автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка метода снижения обрывности волокон и повышение качества прочеса на чесальном аппарате

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Анализ исследований по обрывности волокон и чистоте прочеса на чесальных аппаратах и машинах

1.1.1. Влияние технологического режима чесальных машин на обрывность волокон

1.1.2. Влияние влаги на свойства волокон и их обрывность

1.1.2.1. Структура шерстяного волокна

1.1.2.2. Химический состав и строение кератина шерсти

1.1.2.3.Изменение структуры кератина шерсти под действием нагрузки

1.1.2.4.Влияние увлажнения, эмульсирования и парообработки на обрывность волокон

1.2. Анализ работ по повышению качества прочеса

1.2.1. Влияние технологического режима на количество «мушек»

1.2.2. Влияние эмульсирования, парообработки и увлажнения на качество прочеса

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПАРАМЕТРОВ

КОНФИГУРАЦИИ свойств волокон

2.1. Постановка задачи

2.2. Модель конфигурации волокна и метод теоретического исследования

2.3. Описание состояний конфигураций волокон

2.4. Потенциальная энергия и ее связь с жесткостью волокна на 53 изгиб

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ И КОНФИГУРАЦИИ ВОЛОКОН ШЕРСТИ ЗЛ. Исследование комплексов волокон

ЗЛЛ. Исследование геометрических и структурных свойств комплексов волокон 3 Л Л Л. Метод исследования

3 Л .1.2. Результаты исследования клочков шерсти

3 Л .1.3. Результаты исследования «мушек»

3.2. Исследование конфигураций волокон

3.2.1. Метод исследования и его апробация

3.2.2. Исследование влияния кратковременной растягивающей нагрузки на конфигурацию волокна

3.2.3. Исследование влияния нагрузки и водяного пара на d-критерий конфигурации волокна

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Глава 4. МЕТОД ОБРАБОТКИ ВОЛОКОН ПАРОМ НА 91 ЧЕСАЛЬНОМ АППАРАТЕ

4.1. Устройство для обработки волокон паром на чесальном 91 аппарате

4.2. Методика экспериментальных работ по обоснованию режима обработки водяным паром

4.3. Алгоритм программы для расчета d-критерия на ЭВМ

4.4. Результаты исследования d-критерия волокон

4.5. Результаты исследования D-критерия контура клочка

4.6. Результаты оценки эффективности способа обработки продукта водяным паром

В технологии прядения множество факторов препятствует получению высококачественной пряжи - основного по массе и стоимости компонента готовых изделий.

К этим факторам, в частности, относятся:

- низкое качество волокнистого сырья (снижение его однородности по свойствам, огрубление, засоренность примесями);

- физическая изношенность технологического оборудования отечественных предприятий при существенном отставании его от лучших мировых образцов в части конструкций машин, конструкционных материалов, автоматизации, использования вычислительной техники, систем диагностики работы машин;

- слабо развитая служба контроля и управления качеством пряжи (отсутствие современной лабораторной техники, квалифицированного персонала);

- недостаточная инженерная культура производства (несоблюдение норм эксплуатации машин, нарушения технологического режима и режима среды производственных помещений);

- отток высококвалифицированного (производственного и управленческого) персонала в другие отрасли промышленности.

В условиях слабого финансового положения предприятий, для решения указанных выше проблем особое значение имеет совершенствование существующей технологии.

Простейший анализ показывает, что наряду с положительным эффектом, который преследует каждый технологический процесс, имеют место негативные последствия, сопровождающиеся длительным воздействием на результаты в прядении.

К крупнейшим недостаткам технологии прядения относится снижение длины волокон в результате их разрыва в процессах рыхления и чесания. Это явление типично для шерстяных волокон, потому что силы, необходимые для осуществления соответствующих преобразований в процессах обработки, могут превышать их прочность и эти силы увеличиваются при увеличении длины волокон.

Наибольшая обрывность волокон имеет место в чесании, а именно, на предварительном прочесывателе аппарата при разделении клочков смеси на комплексы (пучки) и отдельные волокна [1]. При существующей технологии их разрыв, по-видимому, неизбежен, однако сведение разрыва волокон до минимума представляется важной технологической задачей.

Разделение клочков до отдельных волокон и обрыв последних имеет следствием еще одно негативное явление - образование спутанных комплексов волокон - «мушек», по которым оценивается качество прочеса. После чесания их число в 1 г допускается до 31 (для крашеной шерсти).

Последствия этих негативных результатов, обусловленных недостатками технологии, состоят в следующем: разрыв волокон ведет к образованию более коротких волокон, что в свою очередь: снижает прочность и равномерность ровницы и пряжи; повышает пуховыделение в процессах чесания и собственно прядения; повышает обрывность пряжи; требует дополнительного перемешивания волокон для лучшего их распределения в пряже и снижения структурной неравномерности; оба последних фактора ведут к дополнительным отходам дорогостоящего сырья и потерям производительности не только в прядении, ни и при последующем использовании пряжи для производства ткани и трикотажа; образование «мушек» ведет к локальному изменению структуры ватки прочеса, ровницы и пряжи и местному (до 3 мм и более в поперечнике) утолщению; неравномерной структуре ватки прочеса, что нарушает процессы деления на чесальном аппарате и вытягивания на прядильной машине; к дополнительной неровноте по толщине ровницы и пряжи, их обрывности, понижению сортности пряжи и изделий из нее.

Таким образом, наличие возникающих в процессе чесания негативных результатов обусловливает цель исследования: разработка метода снижения обрывности волокон и повышение качества прочеса.

Такая цель ставится применительно к чесальному аппарату, учитывая значительный объем производства аппаратной пряжи и необходимость сохранения и развития предприятий, работающих по аппаратной системе прядения.

Стратегия достижения указанной цели и полученные результаты состоят в следующем.

В первой главе проведен анализ отечественных и зарубежных источников по проблеме разрыва волокон и образования «мушек» в процессе чесания.

Установлено:

- влияние факторов технологического режима (гарнитуры, разводок, скоростей рабочих органов, их загрузки волокнистым материалом) и производительности машин на обрывность волокон и качество прочеса;

- изменение свойств волокон под действием растягивающего усилия и влияние на структуру кератина шерсти физико-химических обработок (эмульсирования, парообработки, увлажнения);

- взаимосвязь свойств волокон, изменяемых этими способами, и их способность противостоять разрыву и образованию «мушек».

Накопленный к настоящему времени экспериментальный материал свидетельствует об отсутствии:

- теории, подтверждающей взаимосвязь конфигурации волокон и их свойств (применительно к процессу чесания);

- методов исследования структуры и свойств комплексов волокон, а также достаточного развития методов исследования конфигураций волокон, от которых зависит степень спутанности комплексов; данных, отражающих влияние различных технологических факторов на эти критерии, тесно связанных с обрывностью волокон и чистотой прочеса; эффективных средств изменения свойств обрабатываемого материала непосредственно в процессе чесания.

Во второй главе теоретически обоснована взаимосвязь изгибной (пространственный изгиб многозвенного объекта) жесткости волокна с потенциальной энергией, величина которой не должна превышать определенного значения для сохранения его целостности.

В результате применения положений статистической физики к исследованию перемещений участков конфигураций волокна, установлено: конфигурацию волокон можно описать в 3х - мерной системе координат как совокупность координат концов элементарных отрезков, апроксими-рующих конфигурацию; поворот в пространстве связанных в единый объект - волокно системы элементарных отрезков конфигурации формализованы соответствующими аналитическими зависимостями; конфигурация волокон и силы, затрачиваемые на изменение положения в пространстве участков конфигурации, связаны с их жесткостью на изгиб.

В результате обосновано свойство волокон смеси, которое требует регулирования с целью снижения обрывности волокон и повышения качества прочеса - изгибная жесткость волокон.

В третьей главе представлены результаты исследования геометрических и структурных характеристик клочков шерсти и «мушек», а также конфигураций волокон.

Разработаны и применены методы оценки: геометрической формы и структуры клочков и «мушек»; конфигурации волокон (в последнем случае использованы принципы фрактальной геометрии).

Анализ конфигураций волокон проведен с использованием разработанной программы для ЭВМ.

В результате экспериментальных модельных экспериментов: исследовано влияние: а) зон обработки на структурные и геометрические характеристики клочков, «мушек» и конфигурацию волокон; б) кратковременных растягивающих нагрузок и обработки паром на конфигурацию волокон. установлены взаимосвязи между характеристиками клочков шерсти и «мушек»; предложен для оценки конфигурации волокон специальный d-критерий, обусловленный силами чесания и парообработкой; обоснованы на основе полученных зависимостей рабочие гипотезы о влиянии режимов технологии, в том числе парообработки, на конфигурацию волокон, их обрывность и образование «мушек»; рекомендовано использовать разработанные методы, базу данных по свойствам клочков и волокон, аналитические зависимости при обосновании требований и норм, обеспечивающие снижение обрывности волокон; изменение конфигурации волокон в результате обработки водяным паром и их переходом из неравновесного в равновесное состояние указывает на целесообразность этой обработки в процессе чесания.

Полученные результаты свидетельствуют: о возможности применения разработанных методов для оценки эффективности обработки волокон водяным паром; о наличии существенного влияния на форму волокон этого вида обработки.

В четвертой главе изложено существо нового способа обработки волокнистого продукта водяным паром на предварительном прочесывателе чесального аппарата и результаты его апробации:

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. Разработан метод снижения обрывности волокон и повышения качества прочеса на чесальном аппарате, обеспечивающий повышение длины волокон на 20,7% и улучшение качества прочеса на 49,5% при величине прочесного числа в зоне питания1=149 и количества пара, подаваемого в зону обработки q=0,427 кг/ч.

2. Теоретически обоснована взаимосвязь характеристик конфигурации волокна, сил, действующих на него и изгибной жесткости, что конкретизирует свойство, подлежащее изменению и желательную направленность этого изменения в процессе чесания.

3. Обоснована возможность снижения изгибной жесткости волокон путем их обработки водяным паром непосредственно в процессе чесания; а также место этого воздействия - предварительный прочесыватель чесального аппарата, зона сближения приемного валика и главного барабана.

4. Разработаны методы исследования геометрических и структурных характеристик комплексов волокон, определения степени хаотичности конфигурации волокон и контуров их комплексов с использованием положений фрактальной геометрии.

5. Предложены критерии, связанные с обрывность волокон в процессе чесания и с чистотой прочеса: а) для комплексов волокон - средний радиус контура комплекса, площадь комплекса и степень хаотичности его границы (D-критерий); б) для волокна - степень хаотичности конфигурации волокон (d-критерий). Разработана программа для автоматизации расчета d-критерия конфигурации волокна.

6. Установлены статистические взаимосвязи между характеристиками клочков шерсти, характеристиками «мушек».

1. Протасова В.А. и др. Прядение шерсти и химических волокон. - М: Легпромбытиздат.-1988

2. Certo A. Verbesserte Wollqualitat mit einer neuen Flachkamm Mashine // INTERNATIONAL TEXTILE BULLETIN, №6, 2001, стр. 48-50

3. Ашнин H.M. Кардочесание волокнистых материалов. М.: Легпромбытиздат. - 1985

4. Канарский Н.Я. Теория и практика кардного чесания волокнистых материалов. -М.-Л.: Гизлегпром. 1937, 124с.

5. Гусев В.Е., Цуцков М.Е., Эммануэль М.В. Прядение шерсти. М., Рос-техиздат, 1960, 486 с.

6. Фридман Б.Н. Обоснование путей повышения производительности чесальной машины для льна. Кандидатская диссертация. 1956. МТИ

7. Маршалл В. Анализ скоростей рабочих органов кардочесальной машины. "Шерстяное дело", 1930, №5, (перевод статьи из "Вул рекод")

8. Лежебрух Г.О. Скорость главного барабана при постоянной загрузке его кардной гарнитуры. "научно-исследовательские труды ЦНИИшер-сти", 1949, вып. 5, с. 30-34

9. Хутарев Д.Д. Рациональные режимы переработки триацетатного волокна по тонкогребенной системе прядения. "Шерстяная промышленность", М., ЦИНТИЛегпром, 1965, №20

10. Kraus P.V. Fextilber, 1939,14,113

11. Бакуленко А.В. Исследование сил чесания и оптимизации заправочных параметров узла приемного валика валичной чесальной машины. Дисс. на соиск. уч. ст. кд.н. - М. - 1973, 225с.

12. Тоуненд Р. Обрывность волокон в гребенном кардочесании. "Text Jnst", 1946, №3

13. Тоуненд П.П. и Шпигель Е. Обрыв волокна при кардочесании шерсти. "Fext Jnst", 1946, том XXXVII, №3

14. Михайлов П.Е. Нормализация процесса кардочесания шерсти и химических волокон. М., Издательство "Легкая индустрия", 1975, 144с.

15. Разумеев К.Э. Сырье для шерстяной отрасли промышленности. Конспект лекций. - М. - 1992, 104 с.

16. Панин П.М., Падегимас В.-С.Б. Замасливание и увлажнение волокон в шерстопрядении: Монография. -М.: Легпромбытиздат, 1986. 176с.

17. Гусев В.Е. Сырье для шерстяных и нетканых изделий и первичная обработка шерсти. М.: «Легкая индустрия». - 1977. - 408 с.

18. Дудник А.И. Тепловые обработки и доувлажнение полуфабрикатов французской системы камвольного прядения. Дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н.-М.- 1947, 123с.

19. Астбери У.Т. Основы учения о структуре текстильных волокон. М.-Л.: Гизлегпром.- 1936. - 232с.

20. Астбери У.Т. Новые успехи в области рентгеновского исследования протеиновых волокон (Сборник исследования текстильных волокон при помощи рентгеновских лучей). М.-Л.: Гизлегпром. - 1938

21. Матецкий А.И., Корчагин М.В. Химическая технология волокнистых веществ. М.-Л.: Гизлегпром. - 1940

22. Матецкий А.И. Получение отдельных модификаций кератина шерсти. -Диссертационная работа. 1940

23. Speakmen Y.B. The rigidity of wool and its change with adsorption of water vapour. Transation Faraday Society 1929, p. 92-103.

24. Speakmen Y.B. The adsorption of water by wool. Journal of the society of Chemical - 1930. - №5 industry, p. 209T - 213T

25. Speakmen Y.B. The plastcsity of wool. Textile Kesearch Journal - 1957, 31,p 1-7

26. Александер П., Хадсон Р.Ф. Физика и химия шерсти. Пер. с англ./Под ред. А.И. Матецкого и Х.Л. Зайдес. М., Гизлегпром, 1958. 392 с.

27. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон. М.: Химия, 1985.208 с.

28. Вода в полимерах/ Под ред. С. Роуленда. Пер. с англ. под ред. Г.Е. Заи-кова. М., Мир, 1984. 560 с.

29. Лысенко Л.Я., Элькина Т.Н. Влияние температуры и влажности на усталость волокон шерсти при многократном растяжении. Журнал «Текстильная промышленность», №8, 1978, стр. 73-76.

30. Афанасьев В.К., Лежебрух Т.О., Рашкован И.Г. и др. Справочник по шерстопрядению. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1987, - 488 с

31. Гусев В.Е. Рациональные методы переработки шерсти и химических волокон. М.: Ростехиздат,- 1962, 358с.

32. Гусев В.Е., Коробейников А.П. Причины образования мушек в прочесе и методы их подсчета. «Текстильная промышленность». - 1971, №12, с. 17-18

33. Лежебрух Г.О. Основы технологического режима кардочесания. «Научно-исследовательские труды ЦНИИШерсти». - Гизлегпром. - 1949, с. 25

34. Лежебрух Г.О. Основные положения по кардочесанию смесей для се-рошинельного сукна. Гизлегпром. -1943

35. Лежебрух Г.О. Методы технологического расчета кардочесальных аппаратов. Научно-исследовательские труды ЦНИИШерсти. - 1948

36. Лежебрух Г.О. Основы технологического режима кардочесания. Ч. II. -Научно-исследовательские труды ЦНИИШерсти. Гизлегпром. - 1949. -Сб. 5

37. Лежебрух Г.О. Справочник по шерстопрядению. Гизлегпром. -. - Главы IV и VI. - 1949

38. Touwnend P. and Spiegel Е. Nep formation in worsted carding. Joun. Of the Text. Inst. - 1944. - march, Tr., 17

39. Краус О причинах образования мушек в камвольной шерсти. «Мел-лиан Текста л ьберихте». - 1935. - №3

40. Кауфман Д. Исследование на чесальной машине со шляпками. «Текстиль праксис». - 1962ю - №3

41. Александров Ф.Т., Крылов В.В. Шляпочная чесальная машина с производительностью 15 кг/ч. «Текстильная промышленность». - 1958ю -№6, с. 17-09

42. Борзунов И.Г. Способы уменьшения загрузки барабана и шляпок чесальной машины при увеличении ее производительности. «Известия вузов. Технология текстильной промышленности». - 1965. - №2, с. 55-60

43. Тоуненд Р. Факторы, влияющие а чистоту барабана чесальной машины в гребенном и аппаратном прядении. «Дженал оф текстайл институт». - 1960. -№12

44. Леонтьева Т.И. Исследование влияния замасливания и увлажнения шерсти на технологические процессы приготовления гребенной пряжи. -Дисс. на соиск. уч. степени к.т.н. М. - 1979, 185 с.

45. Townend Р.Р Nep formation in woolen and worsted carding. Journal of the Textile Institute. - 1970, №9, p 244-249

46. Зотиков B.E. и др. Основы прядения волокнистых материалов / Зотиков В.Е., Будников И.В., Трыков П.П. 1959, 299С

47. Капитанов А.Ф. Теоретическое обоснование и разработка способа модификации фрикционных свойств волокон в процессах прядения. Дисс. . д.т.н., Т1,2, 1996, 666 стр.

48. Капитанов А.Ф. Метод расчета координат вершин игл. Огибаемых волокном со случайной конфигурацией геометрической оси. / Известия вузов. Технология текстильной промышленности., №6, 1994, стр. 28-31

49. Данилова С.А. Разработка технологии эмульсирования химического жгута на штапелирующих машинах. Дисс. к.т.н., МГТА, 1998, 368

50. Зубарева Н.И. Разработка эффективности метода эмульсирования полушерстяной ленты. Дисс. . к.т.н., 2000, 203 с

51. Матвеева И.В. Разработка метода снижения обрывности волокон в процессе гребнечесания полушерстяной ленты. Дисс. . к.т.н., 2000, 200с

52. Ефремов М.В. Краткий курс аналитической геометрии. Гостехиздат технико-теоретической литературы., 1954, 256с

53. Ноздрев В.Ф.Я. Сенкевич А.А. Курс статистической физики М: Высшая школа. -1969, 288с

54. Волькенштейн М.В. Конфигурационная статистика полимерных цепей. М.: 1659

55. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров. М.: Высшая школа, - 1983

56. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физики в мире полимеров. М.: Наука. -1989

57. Татевский В.М. Строение молекул. М., Химия, 1977, 512 с

58. Суслов Г.К. Теоретическая механика. -M.-JL, ГИТТЛ, 1946, 655с

59. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Гостехиздат физико-математической литературы, - 1963, 847с

60. Виноградов Ю.С. Математическая статистика и ее применение к исследованиям в текстильной промышленности. М.: «Легкая индустрия», 1964, 320 с

61. Вовк Е.Т., Куликова Е.В. Самоучитель работы на компьютере. М: «ПРИОР», 1997

62. Павлюченко Е.В., Капитанов А.Ф. Изменение характеристик клочков шерсти на предпрочесе чесального аппарата. Тезисы научно-технической конференции «ПРОГРЕСС 2001». - ИГТА. - 2001г

63. Павлюченко Е.В., Капитанов А.Ф. Исследование взаимосвязей между характеристиками мушек. / Известия вузов. Технология текстильной промышленности. -2001 г. №2. - стр. 50-53

64. Нечипоренко В.И. Структурный анализ систем. М.: «Советское радио», 1977, 216 с

65. Севостьянов А.Г. Методы исследования неровноты продуктов прядения. М.: «Ростехиздат», 1962, 388с

66. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. М.: Мир, 1991

67. Капитанов А.Ф., Павлюченко Е.В., Нифтулина Н.В. Исследование конфигураций волокон в клочках шерсти. //Известия вузов. Технология текстильной промышленности. №6, 2000,

68. Капитанов А.Ф. Фрикционные процессы в прядении. Лабораторный практикум. М.: РИО МЕТУ, 2000, 22с

69. Эфрос А.Л. Физика и геометрия беспорядка. М.:«Наука», 1982г., 176 с

70. Пайтген Х.-О., Рихтер П.Х. Красота фракталов. Образы комплексных динамических систем. М.: «Мир», Пер. с агл. Малышева П.В., Сивака А.Г., под редакцией Шарковского А.Н., 176 с

71. Кроновер P.M. Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. М.: Постмаркет, 2000, -352с

72. Капитанов А.Ф., Матвеева И.В., Седнев В.И. Устройство для обработки ленты паром на текстильной машине. Свидетельство на полезную модель №12136 от 01.07.1999

73. Пирогов В.Н., Калягин А.А., Казакевич З.М. Способ подготовки волокнистого материала прядению. АС № 453458

74. Капитанов А.Ф., Павлюченко Е.В., Нифтулина Н.В., Киселев П.А. Устройство для обработки волокнистого материала паром на текстильной машине. Свидетельство на полезную модель №19290

75. ГОСТ 26383-84 Шерсть тонкая сортированная мытая. Технические условия. Изд. стандартов, 1985

76. Кукин С.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение. М.: Легкая индустрия, 1961, 356 с