автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка оптимальной структуры и технологии производства комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток

Введение

1. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития производства химических волокнистых материалов и синтетических швейных ниток (СШН).

1.1. Производство химических волокнистых материалов (ХВМ) и их использование.

1.2. Состояние и перспективы развития производства СШН.

1.3. Состояние российского рынка швейных ниток. Выводы по главе

2. Анализ ранее проведенных исследований и обобщение промышленного опыта в области производства и использования комбинированных нитей и швейных ниток.

2.1. Общая характеристика производства комбинированных нитей.

2.2. Анализ процесса получения комбинированных нитей соединением и скручиванием различных по свойствам нитей.

2.3. Характеристика свойств волокнистых материалов, применяемых для выработки комбинированных швейных ниток.

2.4. Характеристика исходных полиамидных и полиэфирных нитей, использованных для выработки опытных образцов швейных ниток.

2.5. Технология и оборудование, применяемое для производства однородных и комбинированных синтетических швейных ниток.

2.5.1. Анализ технологических схем производства СШН.

2.5.2. Анализ крутильного оборудования, применяемого для производства СШН.

Выводы по главе

Оптимизация параметров кручения и исследование одноцикловых характеристик СШН. Планирование многофакторного эксперимента. Методика проведения исследований. Обработка результатов эксперимента. Решение многокритериальной оптимизационной задачи. Исследование одноцикловых характеристик СШН. Разработка нормативно-технической документации (НТД). Выводы по главе

Проектирование разрывных характеристик СШН. Анализ существующих методов определения разрывных характеристик крученых нитей.

Вывод формулы для расчета разрывной нагрузки двухкруточных нитей сложной структуры.

1. Сравнительный анализ формул Д.И Каландарова и Г.В. Соколова А. Кеворкяна для расчета разрывной нагрузки крученых нитей.

2. Анализ формулы А. Кеворкяна для расчета разрывной нагрузки нити.

3. Вывод формулы для расчета разрывной нагрузки СШН. Выводы по главе

Актуальность работы. Для пошива текстильных изделий широкого потребления и технического назначения применяются швейные нитки из различных натуральных и химических волокон и нитей. Одним из наиболее эффективных путей увеличения объема производства, расширения ассортимента и повышения качества швейных ниток является использование для их выработки синтетических волокнистых материалов (СВМ).

За последние годы во всем мире непрерывно увеличивается производство СШН. Возросшая потребность в C1IIH вызвана в основном расширением производства тканей из химических и особенно синтетических волокон и нитей, т.к. для улучшения эксплуатационных показателей готовой продукции при пошиве изделий из таких тканей необходимо использовать нитки из аналогичного сырья.

СШН изготовляются в основном способом кручения однородных комплексных полиамидных (ПА) или полиэфирных (ПЭ) нитей. Каждая из этих нитей имеет свои преимущества и недостатки.

Общими достоинствами ПА и ПЭ нитей является высокая статическая и динамическая прочность на растяжение; большая сопротивляемость к многократным деформациям на растяжение и изгибание, а также на истирание; они не гниют, не повреждаются молью, устойчивы к воздействию кислот, щелочей и морской воды. Кроме того, каждая из рассматриваемых нитей имеет свои достоинства и недостатки.

ПА нити обладают повышенными показателями по термопластичности, удлинению и электризуемости. Вследствие большого удлинения и малого начального модуля в капроновых нитках под действием малых многократных нагрузок проявляются большие деформации и, как следствие, ослабление швов при эксплуатации изделий.

ПЭ нити обладают высокими показателями по разрывной нагрузке и умеренным удлинением, хорошей сопротивляемостью к знакопеременным на5 грузкам и тепловому старению, отсутствием снижения прочности на растяжение во влажном состоянии, что позволило расширить их применение для производства швейных ниток.

Выработка комбинированных СШН, состоящих из ПА и ПЭ нитей, обеспечивает повышение качества швейных ниток на основе принципа компенсации недостатков одного компонента за счет преимуществ другого.

Для России использование комбинированных швейных ниток из ХВМ имеет особое значение, так как она не располагает собственными ресурсами некоторых видов натурального текстильного сырья, особенно хлопка. Применение комбинированных ниток позволяет более экономично использовать дефицитные натуральные волокна, при одновременном сокращении материальных и трудовых затрат на производство текстильных изделий.

Несмотря на то, что СШН вырабатываются в больших производственных объемах, их структура и технология получения требуют дальнейшего изучения.

На основе теоретических и экспериментальных исследований в диссертационной работе установлены оптимальная структура и разработана технология производства комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток. Следовательно, тема диссертационной работы является актуальной, так как внедрение ее результатов ускоряет решение важной народнохозяйственной проблемы по производству СШН в нашей стране.

Цель исследования. Разработка оптимальной структуры и технологии производства комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток.

В соответствии с поставленной в работе целью решались следующие задачи:

- изучить современное состояние и направления дальнейшего развития производства и использования СШН;

- дать анализ ранее проведенных теоретических и экспериментальных исследований по структуре и технологии производства швейных ниток; 6

- обосновать целесообразность производства комбинированных полиамидно-полиэфирных ниток;

- обосновать технологическую схему производства комбинированных ниток и выбрать оборудование, необходимое для ее реализации;

- провести экспериментальные исследования по выработке опытных образцов ПА, ПЭ и комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток и исследовать их основные физико-механические свойства;

- установить оптимальные технологические параметры выработки комбинированных швейных ниток;

- разработать методику расчета разрывных нагрузок комбинированных швейных ниток;

- разработать нормативно-техническую документацию производства комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток;

Методика исследований. В основе теоретических и экспериментальных исследований применялся комплексный метод, включающий анализ теоретических исследований и практических работ, выполненных в России и других странах по данной или близкой тематике. Работа выполнялась по плану НИР кафедры ПХВ МГТУ им. А.Н. Косыгина. Экспериментальные исследования проводились в учебно-производственной и испытательной лаборатории кафедры ПХВ, на кафедре «Текстильного материаловедения», а также в производственных условиях для стачивания деталей из гобелена ЗАО «НИКРУС», предназначенных для обивки мягкой мебели и в цехе по пошиву одежды и мешков для ее упаковки ЗАО «Нерон и К». В процессе использования нитки показали хорошие результаты, было установлено, что комбинированные поли-амидно-полиэфирные швейные нитки показали более низкую обрывность по сравнению с ПА и ПЭ швейными нитками, а также меньше испытывали трение об ушко иглы, что обеспечивало лучшую проходимость нитки.

При исследовании свойств СШН применялись методики существующих ГОСТов с использованием современных методов математического планирования и статистической обработки результатов эксперимента с помощью пакета 7 программ MathCAD 2001. Достоверность и обоснованность результатов, выводов и рекомендаций подтверждена экспериментами и аналитическими расчетами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- доказана целесообразность производства комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток;

- обоснована структура комбинированных СШН;

- предложена технологическая схема получения комбинированных ниток и обоснован выбор оборудования для реализации этой схемы;

- установлены регрессионные модели, отражающие влияние параметров кручения на свойства швейных ниток;

- проведена оптимизация основных технологических параметров выработки комбинированных швейных ниток;

- предложена методика нахождения оптимальных параметров кручения и условного экстремума СШН с использованием пакета программ MathCAD 2001.

- предложены теоретико-экспериментальный метод и формула для расчета разрывных характеристик синтетических швейных ниток.

Практическая ценность. В диссертационной работе были получены следующие практически важные результаты:

- установлена зависимость физико-механических показателей комбинированных швейных ниток от соотношения величин первой и второй круток;

- предложен метод для расчета разрывной нагрузки швейных ниток;

- разработан проект технических условий и стандарта предприятия, вырабатывающего комбинированные полиамидно-полиэфирные швейные нитки;

Реализация результатов исследований, проведенных в диссертационной работе, позволит улучшить качество СШН и повысить технико-экономические показатели их производства. Следовательно, выработка и использование комбинированных швейных ниток снизит материальные и трудовые затраты на их получение. 8

Выводы и рекомендации, сделанные в диссертационной работе рекомендуется применять в учебном процессе при изучении специальных дисциплин на кафедре «Переработки химических волокон» и использовать на предприятиях, вырабатывающих комбинированные швейные нитки.

Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку:

- на Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-98», МГТА им. А.Н. Косыгина, Москва, 1998 г.;

- на межвузовской научно-технической конференции «Новое в текстильной промышленности», Дмитровоград, 1999 г.;

- на межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РЗИТиЛП, Москва, 2000 г.;

- на внутривузовской научной конференции, МГТУ им. А.Н. Косыгина, Москва, 2001.

Публикации.

1. Наумова Н.В., Григорьева Н.Б. Влияние соотношения первой и второй круток на равновесность полиэфирных двухкруточных нитей. Ж. Химические волокна. - 2000, №3, С. 47.50.

2. Наумова Н.В., Усенко В.А. Оптимизация технологических параметров выработки полиэфирных швейных ниток на тростильно-крутильных машинах. //Известия Вузов. Технология текстильной промышленности. - 2000, №4 . С.8.11.

3. Наумова Н.В., Усенко В.А. Исследование одноцикловых характеристик синтетических швейных ниток. Сборник научных трудов аспирантов. Выпуск 3. МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002 С. 23.27.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит их введения, четырех глав с выводами, общих выводов, библиографического списка использованной литературы, включающего 64 наименования, 6 приложений на 54 страницах. Работа изложена на 118 страницах машинописного текста, включая 31 рисунок и 18 таблиц. 9

Общие выводы.

1. Мировое производство ХВМ за последние 50 лет непрерывно увеличивалось, и их доля в 2000 году достигла 57% от общего производства текстильного сырья, а по прогнозам к 2010 г. составит 70%.

2. Среди ХВМ наблюдается стабильный рост производства основных видов синтетических волокон и нитей: полиэфирных (ПЭ), полиакрилонитриль-ных (ПАН) и полипропиленовых (1111). Одним из наиболее эффективных направлений использования синтетических волокон и нитей является производство и применение различных материалов технического и специального назначения.

3. В связи с распадом Советского Союза осложнилось положение с поставками основных видов натуральных волокон (хлопок и шерсть). Цены на натуральные волокна и нити колеблются в значительных пределах и, как правило, с тенденцией повышения, а цены на ХВМ сохраняют более устойчивое положение с тенденцией понижения. Поэтому важнейшей задачей для нашей страны является быстрое восстановление существующих и создание новых производственных мощностей по производству синтетических нитей (ПЭ, ПП, ПАН).

4. Установлено, что синтетические швейные нитки (СШН) превосходят нитки из натуральных волокон по физико-механическим свойствам и упругим показателям. Они успешно применяются на высокоскоростных швейных машинах, обеспечивая получение прочных, устойчивых к различным деформациям швов при изготовлении и эксплуатации одежды, обуви и других изделий.

5. Анализ состояния российского рынка швейных ниток показал, что нитки отечественного производства по качеству значительно уступают ниткам, поставляемым зарубежными фирмами.

6. Производство комбинированных СШН является одним из наиболее целесообразных способов расширения ассортимента и улучшения их качества пу

112 тем компенсации недостатков одного компонента за счет преимуществ другого.

7. Установлено, что наиболее перспективными являются способы производства комбинированных швейных ниток при использовании однопроцессных машин и машин, оснащенных веретенами двойного и тройного кручения. Технологическая схема производства СШН, разработанная фирмой «Уни-онматекс» апробирована на крутильном производстве ОАО «Крунит». Швейные нитки, вырабатываемые по этой схеме по затратам на производство и качеству, являются конкурентоспособными аналогичным импортным ниткам. Эту технологию рекомендуется использовать для производства комбинированных СШН в России.

8. Исследовано влияние соотношения первой и второй круток на физико-механические и специфические свойства СШН. При проведении экспериментальных исследований применялся метод математического планирования и обработки результатов испытаний. Построены сечения поверхности отклика, отражающие влияние критериев оптимизации на свойства СШН в заданном интервале варьирования. Предложена методика решения многокритериальной задачи с помощью пакета программ MathCAD по нахождению оптимальных параметров кручения СШН. В ходе решения многокритериальной оптимизационной задачи установлены оптимальные параметры кручения СШН.

9. Изучены одноцикловые характеристики СШН и построены кривые изменения полной абсолютной деформации швейных ниток во времени при постоянных растягивающих нагрузках и после них. На основании результатов проведенных исследований было выявлено, что комбинированные поли-амидно-полиэфирные швейные нитки удачно сочетают в себе положительные свойства капроновых и лавсановых нитей, а также лучше проявляют себя в процессе пошива изделий, что является главным доказательством их преимущества перед однородными полиамидными и полиэфирными швейными нитками аналогичной структуры.

Ю.Разработана нормативно-техническая документация, необходимая для организации производства комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток: проекты стандарта предприятия и технических условий.

11. Обстоятельный анализ методов и формул, предложенных различными авторами для расчета разрывной нагрузки двухкруточных нитей сложной структуры показал, что наибольший интерес представляют формулы Д.И. Каландарова-Г.И. Соколова и А. Кеворкяна. Учитывая результаты работ этих авторов, опираясь на теорию кручения волокнистых материалов и используя результаты собственных экспериментальных исследований с применением современных компьютерных программ и математических методов, нами предложена новая формула для расчета разрывной нагрузки двухкруточных нитей. Расчеты разрывной нагрузки капроновых, лавсановых и комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток показал хорошую сходимость расчетных и фактических данных.

12. Реальность разработок подтверждена актом о наработке опытных образцов полиамидных, полиэфирных и комбинированных полиамидно-полиэфирных швейных ниток, положительными заключениями по переработке опытной партии швейных ниток для стачивания деталей из гобелена, предназначенных для обивки мягкой мебели и пошива тарных мешков для упаковки одежды и актом об использовании результатов работы в учебном процессе при изучении специальных дисциплин на кафедре ПХВ (приложение 6).

114

1. Усенко В.А. Проектирование предприятий по переработке химических волокон и нитей М., 1990. - 240 с.

2. Айзенштейн Э.М. Производство и потребление синтетических волокон в мире и в России. М., Текстильная промышленность, 2001, №3, с. 25-33.

3. Кричевский Г.Е. Текстильная химия из XX в XXI век. М., Текстильная промышленность, №4, 2000, с. 14-15.

4. Перепелкин К.Е. Настоящее и будущее химических волокон. Взгляд в следующее столетие. М., ЛегПромБизнес-Директор, №8(22), 2000, с. 1417.

5. Перепелкин К.Е. Мировое производство химических текстильных волокон на рубеже третьего тысячелетия. М, Химические волокна, 2001, №4, с. 35.

6. Капкаев А.А. Химические волокна: Сдвиги в структуре мирового производства. -М, ЛегПромБизнес-Директор, №12(38), 2001, с. 32-33.

7. Chemical Fibres Int. 1999, V.59, №5.

8. Капкаев А.А. Развитие мирового рынка химических волокон- М., Химические волокна, 1995, №2, с. 3-9.

9. Айзенштейн Э.М. Рынки химических волокон стран СНГ и Балтии, М., Текстильная промышленность, 2001, №4, с. 30-33

10. Усенко В.А. Направление дальнейшего развития технического прогресса производства синтетических швейных ниток, Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, 1992, №5, с. 16-23.

11. Крысько А.П., Деханова М.Г. Техника и технология плетения. М.: Легпромбытиздат, 1990. - 176 с.

12. Alterfil Nahfaden mit Neuertwicklung//DNZ-Int.-1997.-№5.-p. 46

13. Alterfil Nahfaden mit Neuertwicklung//DNZ-Int.-2001.-№2.-p. 38-39.

14. Und die Knopfe bleiben dran//wascher. und Reinigungsprax.-1997-№7.-p.9.115

15. Pucker resistant sewing thread// Textile Technological. Digital.- 1995.-№1.-p.56.

16. Полушкин A.A. Нитки, нити, «ПЕТРОНИТИ». M., ЛегПромБизнес-Директор, №7(33), 2001, с. 16.

17. Лобачева Е, Николаев Р. Российская одежда на китайских нитках. М., ЛегПромБизнес-Директор, №11(37), 2001, с. 36-38.

18. Усенко В.А. Шелкокручение. М.:Легкая и пищевая промышленность, 1983.-248 с.

19. Усенко В.А. Производство крученых и текстурированных химических нитей. М.:Легпромбытиздат, 1987. - 352 с.

20. Усенко В.А. и др. Производство фасонных и комбинированных химических нитей/ Усенко В.А., Леденева Н.А., Лалыкина К.М., Снежко Н.Г. и др. М.:ЦНИИТЭИлекпром, 1983. - 48 с.

21. Коган А.Г. Производство комбинированной пряжи и нитей. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.- 143 с.

22. Коган А.Г. и др. Производство комбинированных нитей аэродинамическим способом/Березин Е.Ф., Калмыкова Е.А., Коган Е.М. М.: Легпромиздат, 1988.- 173 с.

23. Производство армированных нитей/Трыков П.П., Романовский В.И., Кульков Н.С. и др./Под ред. П.П. Трыкова. М.:Легпромиздат, 1970. - 310 с.

24. Зотова В.Ф., Усенко В.А. Ткакни из шелково-синтетических нитей. -М.,Текстильная промышленность, 1993. №4, с. 43-44.

25. Усенко В.А., Зотова В.Ф. Использование комбинированных шелко-капроновых нитей для микрохирургического шовного материала. М., Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, 1995. №2, с. 116-117.

26. Матуконис А.В. Строение и механические свойства неоднородных нитей. М., 1971.- 192 с.116

27. Матуконис А.В. Производство, свойства и применение неоднородных нитей. М., 1987. 136 с.

28. Карлавичюс В.Ю. Влияние некоторых структурных факторов на механические свойства нитей неоднородного состава: Автореферат дисс. канд. техн! наук. Каунас. 1975.

29. Технология обработки синтетических швейных ниток из полиэфира. -Проспект фирмы «ДИЦЕ+ШЕЛЛ», М., 1988.

30. Усенко В.А. Производство синтетических швейных ниток. М.: Московский текстильный институт, 1980, - 36 с.

31. Усенко В.А., Шахова Н.В., Родионов В.А. и др. Оборудование для переработки химических волокон и нитей. Учебное пособие. М., Легкая индустрия, 1977, 368 с.

32. Проспекты крутильных машин двойного кручения: VTS-05;06;07;08;09. Выставка текстильного оборудования в Москве, М., 1994.

33. Two for one twister. Int. Bull. 2000. №1, p. 85.

34. Проспект машины тройного кручения фирмы «Saurer». Выставка текстильного оборудования в Москве, М., 1994

35. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. М., Легкая индустрия, 1980, 392 с.

36. Севостьянов А.Г. Математическое планирование эксперимента, Учебное пособие М., 1979, 88 с.

37. Наумова Н.В., Григорьева Н.Б. Влияние соотношения первой и второй круток на равновесность полиэфирных двухкруточных нитей. Ж. Химические волокна. 2000, №3, С. 47. .50

38. Нити текстильные. Правила приемки и методы испытаний. ГОСТ 6611.0-73 -6611.4-73.

39. Беденко В.Е., Сухарев М.И. Технологические свойства швейных ниток. М., Легкая индустрия, 1977, 144 с.117

40. Г. Н. Кукин, А. Н. Соловьев, А. И. Кобляков. Текстильное материаловедение (волокна и нити). М., Легпромбытиздат, 1989. - 352 с.

41. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. Учебное пособие для ВУЗов/ Кобляков А.И., Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. и др. М., Легпромбытиздат, 1986. - 344 с.

42. А.Г. Севостьянов, П.А. Севостьянов Оптимизация механико-технологических процессов текстильной промышленности. М., Легпромбытиздат, 1991. — 256 с.

43. Очков В.Ф. Mathcad 8 Pro для студентов инженеров. М., КомпьютерПресс, 1999. - 523 с.

44. Очков В.Ф. Советы пользователям Mathcad. (Серия «Mathcad для студентов и инженеров»). М., МЭИ, 2001. 196 с.

45. Кирьянов Д.В. Самоучитель MathCAD 2001.- СПб.: БХВ-Петербург, 2001.-544 с.

46. Свойства и особенности переработки химических волокон/ под ред. А. Б. Пакшвера. М., 1975. - 496 с.

47. ОСТ 17534-75 "Нити текстильные. Метод определения компонентов полного удлинения при растяжении нитей нагрузкой, меньшей разрывной".

48. Костицын В.Т. Известия Академии наук СССР, №2, Издательство Академии наук СССР, М., 1938, с. 105.

49. Корицкий К.И. Инженерное проектирование текстильных материалов. М., «Легкая индустрия», 1971. 352 с.

50. Соколов Г.В. Вопросы теории кручения волокнистых материалов. М.: Гизлегпром, 1957, 234 с.

51. Соколов Г.В. Кручение корда и производство кордных тканей из химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1965, - 248 с.

52. Соколов Г.В. Теория кручения волокнистых материалов. М., Легкая индустрия, 1977, 144 с.118

53. Кеворкян А. Влияние крутки на прочность и истираемость искусственных нитей. Известия ВУЗов.Технология текстильной промышленности. №2 (15), 1960, с. 9-16.

54. Щербаков В.П. О построении общей теории разрушения нити и пряжи. // Вестник МГТА: сб. научных трудов, вып. 1/ МГТА. М., 1994. - с. 134138.

55. Symes W.S. Journal of the Textile Institute, Trans.50, 1959, №3, 241.

56. Treloar L.R.G. Journal of the Textile Institute, Trans.56, 1965, №9, 477.

57. Riding G. Journal of the Textile Institute, Trans. 56, 1965, №9, 489.

58. Hearle J. W.S Journal of the Textile Institute, Trans. 49, 1958, №8, 389.

59. Hearle J.W.S., Thakur V.M. Journal of the Textile Institute, Trans. 49, 1961, №2, 49.

60. Hearle J.W.S., El-Behery H. M. A. E., Thakur V.M. Journal of the Textile Institute, Trans. 52, 1961, №5, 197.

61. Белицын M.H. Синтенические нити. M.: Легкая индустрия, 1970, - 192 с.

62. Белицын М.Н. Синтетические и искусственные нити. М.: Легкая индустриыя, 1976, 176 с.

63. Ушакова К.Н. Кручение и снование ацетатных нитей. М., Легкая индустрия, 1967, - 120 с.

64. Каландаров Д.И. Изменение физико-механических свойств вискозных кордных нитей в зависимости от структуры, крутки и технологии производства волокна. Диссертация, Ленинградский текстильный институт им. С.М. Кирова, 1961.119