автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток специального назначения

005017483

ДОРИОМЕДОВ МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОМБИНИРОВАННЫХ ШВЕЙНЫХ НИТОК СПЕЦИАЛЬНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.19.02. — Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О —>

Москва-2012

005017483

ДОРИОМЕДОВ МИХАИЛ СЕРГЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОМБИНИРОВАННЫХ ШВЕЙНЫХ НИТОК СПЕЦИАЛЬНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.19.02. - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2012

Работа выполнена на кафедре прядения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Родионов Вячеслав Алексеевич

Официальные оппоненты: Цитович Ипполит Георгиевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии трикотажного производства федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина»

Мартынова Людмила Анатольевна кандидат технических наук, ведущий инженер общества с ограниченной ответственностью «Протезно-ортопедическое малое предприятие «ОРТЕЗ», ООО «ПРОП МП «ОРТЕЗ»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное об-

разовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

Защита диссертации состоится «£2_» # 2012 г. в / г часов на за-

седании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071 г. Москва, ул. М. Калужская, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Автореферат разослан «г5» 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Ю.С. Шустов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для пошива изделий специального назначения требуются швейные нитки, обладающие высокими физико-механическими свойствами, хорошей перерабатывающей способностью. Качество швейных ниток определяет качество и надежность швейных изделий, и эффективность технологического процесса изготовления одежды. Внешний вид, прочность швейных и других изделий в определенной степени зависят от прочности швов, поэтому качеству швейных ниток придается большое значение.

В различных отраслях промышленности эксплуатируются термостойкие изделия, изготовленные из волокон и нитей на основе ароматических диаминов или диангидридов ароматических кислот - Русар, и полипарафени-лен-1,3,4-оксадиазолов - Арселон. Волокна, нити, швейные нитки и изделия на их основе имеют уникальные свойства.

Потребность в швейных нитках данного вида достаточно высокая, однако, спрос ограничивается высокой стоимостью русара и недостаточной прочностью арселона, поэтому в настоящее время целесообразным и актуальным является разработка комбинированных неоднородных швейных ниток. Это позволит существенно повысить физико-механические, эксплуатационные, гигиенические и эстетические свойства текстильных изделий, в том числе и снизить затраты при производстве, а также позволит значительно расширить ассортиментную группу термо-, огнестойких ниток, обеспечивающих потребительские свойства защитной одежды.

Использование комбинированных швейных ниток из химических волокнистых материалов имеет особое значение, так как бурно развивается отрасль технического текстиля, как в нашей стране, так и за рубежом.

Выбранная тема исследований актуальна в условиях жесткой конкуренции на рынке, кризиса в мировой экономической системе, вступлением в ВТО и, связанной с этим, необходимостью совершенствования технологии изготовления высококачественных швейных ниток с новыми потребительскими свойствами, которая обеспечит конкурентоспособность отечественной продукции над импортной.

Цель исследования. Разработать структуру и технологию производства комбинированных швейных ниток специального назначения, для пошива изделий технического текстиля.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:

- проведен анализ целесообразности использования комбинированных синтетических швейных ниток в текстильной и легкой промышленности;

- выбраны комплексные нити русар, арселон и арселоновая пряжа, для изготовления комбинированных швейных ниток и пошива изделий специального назначения;

- проведены физико-механические исследования исходных комплексных нитей и пряжи различных линейных плотностей;

- проведено с помощью теории механики нити, проектирование прочности исходных нитей служащих для выработки комбинированных швейных ниток;

- разработана новая структура получения комбинированных швейных ниток;

- проведено математическое планирование эксперимента с целью получения оптимальных параметров процесса кручения с использованием пакета программ Excel и MathCAD;

- определены основные технологические параметры, влияющие на физико-механические свойства комбинированных нитей;

- выбраны оптимальные условия кручения нитей с целью снижения их неравновесности;

- проведено исследование влияния натяжения на физико-механические показатели комбинированных швейных ниток;

- проведено исследование влияния влаги и температуры на прочность швейных ниток;

- выведены формулы, для расчета прочности комбинированных швейных ниток;

- наработана опытная партия комбинированных швейных ниток и проведена апробация их в производственных условиях;

- проведен экономический расчет эффективности выработки комбинированных швейных ниток;

- разработан проект технических условий, для швейных ниток;

- получены патенты на две полезные модели и положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по наработке комбинированных швейных ниток проводились в учебно-технологической лаборатории кафедры прядения МГТУ имени А. Н. Косыгина. В работе использовались методы математического планирования эксперимента. При исследовании свойств комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи использовались методы, предусмотренные Государственными Стандартами. Результаты экспериментальных и теоретических исследований обработаны методами математической статистики с использованием ЭВМ и пакета программ Microsoft Office Excel, MathCAD. Научная новизна:

- доказана целесообразность использования комбинированных швейных ниток, для пошива изделий специального назначения;

- разработана структура комбинированных швейных ниток;

- разработана технология и оптимальные технологические параметры выработки комбинированных швейных ниток из комплексных нитей;

- разработана технология и оптимальные технологические параметры выработки комбинированных швейных ниток из комплексных нитей и пряжи;

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

- получены расчетные формулы, для определения абсолютной разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток;

- показана экономическая эффективность выработки данных комбинированных швейных ниток.

Практическая ценность:

- в разработке структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар и арселон;

- в разработке структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар и арселоновой пряжи;

- в разработке производства швейных ниток с низкой себестоимостью;

- в разработке формул для расчета прочности комбинированных швейных ниток;

- в разработке проекта технических условий, для швейных ниток. Использование разработанных комбинированных швейных ниток позволяет расширить ассортимент крученых изделий, вырабатываемых из комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи, для пошива изделий технического текстиля.

Реализация результатов работы. Разработанные структуры комбинированных швейных ниток можно использовать для пошива термостойких тканей технического назначения, специальной защитной одежды, фильтровальных рукавов и т.п.

Апробация работы. Полученные швейные нитки прошли апробацию в производственных условиях, на ООО «НПФ Термостойкие изделия». В процессе использования нитки показали хорошие результаты, было установлено, что нитки из КР-КА (комплексная нитка русар и арселон) и КР-ПрА (комплексная нитка русар и арселоновая пряжа) не уступают швейным ниткам из 100% ниток типа русар, СВМ и т.п.

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на:

- международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2010), Иваново: ИГТА, 2010;

- международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона» (Лен-2010): КГТУ—Кострома, 2010;

- международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2010) - М.; ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010;

- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (По-иск-2011), Иваново: ИГТА, 2011;

- всероссийская научная конференция молодых ученых «Инновации молодежной науки», Санкт-Петербург - СПб.: СПГУТД, 2011;

- 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», КГТУ-Кострома, 2011;

- международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2011) - М.; ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011;

- заседании кафедры прядения «МГТУ им. А.Н. Косыгина», Москва, апрель 2012.

По материалам диссертационной работы опубликовано 7 тезисов докладов на различных конференциях, 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК, 1 статья в аспирантском сборнике, получены две полезные модели и положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 166 страницах машинописного текста, имеет 31 рисунок, 48 таблиц, библиографический список использованных литературных источников включает 146 наименований. Приложения представлены на 57 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, отмечены научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В первой главе анализируется современное состояние производства и тенденции развития химических волокон и нитей общего назначения, как у нас в стране, так и за рубежом, а также рассматриваются общие вопросы производства и свойства швейных ниток, и химических волокон и нитей технического назначения.

Отмечается, что химические волокна и нити применяются для производства различного ассортимента изделий, как технического назначения, так и товаров широкого потребления (фильтровальные ткани, шпагаты, канаты, обивочные ткани, нетканые материалы, тарные мешки, напольные покрытия и т.д.). Происходит постоянное увеличение областей использования химических волокон и нитей, как у нас в стране, так и за рубежом.

Рассматривается различный ассортимент швейных ниток. Отмечается, что в рамках данной работы первостепенный интерес представляют процессы получения неоднородных швейных ниток, состоящих из химических нитей разной природы. Весьма интересными возможностями, высокой производительностью и экономической эффективностью отличаются способы получения комбинированных химических нитей, которые состоят из двух разнородных полимеров, в большинстве случаев отличающихся физическими и химическими свойствами.

Проведенный анализ литературных источников, патентов и опыта предприятий, вырабатывающих швейные нитки, позволил определить оптимальную технологическую схему выработки швейных ниток.

Вторая глава посвящена: обзору термо-, огнестойких волокон и нитей арселон и русар, их получению, особенностям свойств и областям применения; определению оптимальной структуры комбинированных швейных ниток из комплексной нити русар, арселон и комплексной нити русар и арселоно-вой пряжи, для пошива изделий технического текстиля; порядку проведения математического планирования эксперимента и обработки результатов исследований; исследованию влияния параметров процесса трощения и кручения на свойства получаемых крученых швейных ниток; выбору оптимальных параметров промежуточной и окончательной крутки.

Отмечается, что ценные свойства арселона в сочетании с невысокой стоимостью производства и прочностными характеристиками русара, ставят их в ряд наиболее перспективных видов термо-,огнестойких волокон и нитей. Прочность, термостабильность и гигроскопичность волокон, открывают широкие возможности применения арселона и русара в различных областях промышленности - для выработки термостойких фильтровальных тканей, для фильтрации горячих газов в черной и цветной металлургии; защитной одежды металлургов, сварщиков и специалистов, работающих в условиях северных районов, для решения задач в МЧС и Минобороны.

Образцы исходных нитей были испытаны с использованием типовых приборов и стандартных методик по следующим основным физико-механическим показателям: абсолютная разрывная нагрузка (Р, сН), удлинение при разрыве (Е, %), линейная плотность (Т, текс), удельная разрывная нагрузка (Ру, сН/текс). По всем показателям с помощью программы математической статистики были определены средние значения и их характеристики. Физико-механические показатели исходных нитей представлены в табл.1.

Для определения разрывной нагрузки исходных нитей служащие для выработки комбинированных швейных ниток с использованием комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи, кроме стандартной методики с использованием разрывной машины РМ-30 использовалась теория механики нити. Сущность теории заключалась в определении физико-механических показателей, таких как абсолютная разрывная нагрузка, удлинение при разрыве с использованием Венгерской машины ФМ-27 (ВНР) и их дальнейшая математическая обработка, по методике предложенной Щербаковым В.П. производилась в среде MathCAD:

Р» = Р„хпхкх (cos - для комплексных нитей,

где Р„ - средняя прочность элементарных волокон, сН; п - число филамен-тов в нити; к - коэффициент реализации, 3 - угол ориентации элементарной нити, (cos 3)- среднее значение cos & .

Р, = Pexmxkxksx (cos - для пряжи,

где Рв - средняя прочность элементарных волокон, сН; т - число волокон в сечении; к - коэффициент реализации; к, - коэффициент скольжения, 3 -угол ориентации отдельного волокна.

В результате расчёта относительная ошибка прочности исходных компонентов от первоначальной составила не более 5%.

Таблица 1

Показатели Единицы измерения КР КА ПрА

Номинальная линейная плотность текс 29,4 29,4 29,0

Разрывная нагрузка сН 6325,5 897,0 475,0

Удельная разрывная нагрузка сН/текс 214,3 30,5 16,4

Удлинение при разрыве % 3,3 5,1 13,3

Крутка кр/м 98,6 74,2 546

Жесткости при кручении усл. един. 8,5 3,4 3,2

Температура длительной эксплуатации 'С 300 250-300 250-300

Кислородный индекс % 40 29 30

Разработаны структуры комбинированных швейных ниток двух типов:

1. комплексная нить русар и арселон (далее КШН КР-КА);

2. комплексная нить русар и арселоновая пряжа (далее КШН КР-ПрА). Технологические схемы выработки включают:

1. первое трощение и кручение на тростильно-крутильной машине ТКМ-12;

2. второе трощение и кручение в противоположном направлении на тростильно-крутильной машине ТК-136ШН;

3. перематывание на БП-260 В или Хакобе.

Структура готовых швейных ниток и их графическое изображение имеют вид, представленный на рис. 1, 2.

и

а) б) в)

Рис. 1 Стренга (а), сечение (б) КШН КР-КА и КШН КР-ПрА и (в) общий вид

комбинированных швейных ниток, где 1 - арселоновая нить или пряжа; 2 - комплексная нить русар.

КР-29,4текс КА-29,4теке КР-29,4 текс КА-29,4теке КР-29,4текс ПрА-29,Отеке КР-29,4текс ПрА-29,Отеке 2981 | Х74 298 I

г74

г98

г54б

Рис. 2 Графическое изображение структуры швейных ниток КШН КР-КА (29,4 текс 298 + 29,4 текс 274) х БК, х 22К2 (а), КШН КР-ПрА (29,4 текс 298+ 29,0 текс 2546) х БК, х 22К2 (б).

В процессе производства швейных ниток на первом переходе трощения-кручения число отращиваемых нитей 2. На втором переходе трощения-кручения, крученые нити рекомендуется тростить стренги в 2 сложения - это объясняется большой линейной плотностью исходных нитей 29,4 текс. Готовая швейная нитка линейной плотностью 120 текс используется взамен швейной нитки русар линейной плотностью 58,8 текс х 1 х 2.

Перечисленные варианты в табл. 2 использованы для выбора оптимальных технологических параметров выработки неоднородных комбинированных швейных ниток.

Таблица 2

Изменяемый входной параметр Диапазон изменения Используемые бегунки, № Число вариантов

Первая крутка КШН КР-КА, К,, кр/м 205,310,415,520,640 230 5

Первая крутка КШН КР-ПрА, Кь кр/м 370,415,455,480,520 230 5

Вторая крутка для обоих вариантов, К2, кр/м 190,250,310,370,415 260 5

Число сложений при К] и Кг, п 2 - -

Наработанные различные варианты крученых нитей стренг и готовых ниток использованы для выбора оптимальных технологических параметров выработки комбинированных швейных ниток, обеспечивающих наиболее высокие показатели разрывной нагрузки, минимальной неравновесности и оптимальные значения показателей других свойств, регламентируемых стандартом. При этом поэтапно изучались простые регрессионные зависимости между входными параметрами технологического процесса (Кь К2) и показателями основных свойств крученых швейных ниток, что позволило выявить степень влияния каждого из входных параметров на показатели свойств крученых швейных ниток.

Дисперсионный анализ влияния двух факторов - первой крутки К] и второй крутки К2 на зависимый показатель разрывной нагрузки, удлинения при разрыве и неравновесности комбинированных швейных ниток показал значимость влияния обоих факторов.

В ходе анализа предварительно проведенных экспериментов, литературных источников, патентов, полученных результатов были установлены и определены оптимальные параметры (разрывной нагрузки, неравновесности, удлинения при разрыве) выработки комбинированных швейных ниток специального назначения структуры КШН КР-КА (29,4 + 29,4) текс х 18415 х 22230 и КШН КР-ПрА (29,4 + 29,0) текс х 18480 х 27230.

Третья глава посвящена исследованию влияния натяжения, влажности и термообработки, на прочностные свойства комбинированных швейных ниток выработанных на оптимальных параметрах, полученных при планировании эксперимента.

Обычно при кручении, нити подаются с одинаковым натяжением. Комбинированные нити имеют характерную кривую растяжения - двухступенчатый разрыв нити из-за неодинакового удлинения при разрыве, крутки и соответственно угла наклона компонентов, который препятствует полному использованию прочностных свойств компонентов комбинированной нитки.

Чтобы получить КШН с высокими показателями разрывного удлинения, прочности необходимо, чтобы компоненты, имеющие большее разрывное удлинение располагались в центре, а меньшее, но более прочное находилось с наружи. Поэтому было предложено сообщать натяжение комплексной нити арселон больше, чем комплексной нити русар.

Проведенное исследование показало, что оптимальный параметр натяжения, при котором увеличивается коэффициент использования прочности нитей, является натяжение = 36 сН. Это позволяет достичь повышения прочности КШН КР-КА на 8,0 %.

В процессе эксплуатации, как текстильные изделия, так и в частности швейные нитки подвергаются, как механическим, так и погодным атмосферным воздействиям.

К механическим воздействиям относятся: трение о поверхности различной твердости, нагрузка, как в поперечном, так и продольном направлении и т.д. К погодным воздействиям относятся: влияние светопогоды, температуры окружающей среды, а также влажности (воды и водных сред). Последнее имеет место не только при эксплуатации изделий, но и при их хранении. От изменения свойств под действием влаги прямо зависит работоспособность и эксплуатационная надежность изготовленных из них материалов и изделий. На основании сказанного, были проведены исследования влияния влаги на прочностные свойства комбинированных швейных ниток. Испытания швейных ниток проводились при кратковременном (а) и длительном (б) воздействии влаги:

- а) кратковременное воздействие влаги (100% влажность, на время от 2 до 10 мин);

Результаты испытаний основных физико-механических свойств, как в сухом, так и в мокром состоянии, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Значения физико-механических показателей швейных ниток в сухом и

Структура нитки Р, сН 8, % Ру, сН/текс т, текс Рр, сН Е, %

в сухом в мок-мокром в сухом в мок-мокром в сухом в мок-мокром в сухом после высушивания

(29,4 + 29,4) текс х 1 х 2 ^КР-КА) '18315 17758 5,27 5,38 148 144 123,4 17922 5,33

(29,4 + 29,0) текс х 1 х 2 (КР-ПрА) 16712 16377 5,03 5,17 141 138 118,4 16533 5,21

58,8 текс х 1 х2(100% Русар) 26557 26055 4,19 4,25 219 215 121,0 25670 4,23

V -----, . - ^-------— • 'У)

Результаты воздействия воды оценивали по изменению разрывной нагрузки и удлинения при разрыве швейных ниток (в относительных величинах к исходным значениям), которые показаны на рис.3.

Рис. 3 Изменение разрывной нагрузки и удлинения при разрыве в результате длительного воздействия воды.

Анализируя полученные результаты испытаний табл. 3 и рис. 3, для неоднородных швейных ниток и швейной нитки из 100% Русара, видим, что:

- абсолютная разрывная нагрузка во влажном состоянии падает, для всех швейных ниток и это снижение составляет от 1 до 11% в зависимости от времени контакта с водой. Следует заметить, что в первые двое суток происходит основное падение прочности и увеличение удлинения. Потеря прочности составляет для швейных ниток КР-КА 8,0-9,0%, для КР-ПрА 9,0-11%;

- повышение удлинения при разрыве для швейных ниток КР-КА на 4,08,0%, для КР-ПрА на 4,0-9,0%;

- после высушивания первоначальная прочность восстанавливается.

Проведенное исследование термостойкости комбинированных швейных ниток, показала высокую степень устойчивости ниток к высоким температурам. После термообработки при 300°С в течение 25 часов комбинированные швейные нитки сохраняют более 50% от исходных значений разрывных характеристик, а именно КШН КР-КА 52%, КШН КР-ПрА 51%.

Четвертая глава посвящена проектированию разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток.

Рассмотрены общие положения теории подобия и проведено обоснование использования теории подобия и равных размерностей применительно к случаю выработки комбинированных швейных ниток, путём расчета математических комплексов и их решения.

Выведены критерии подобия для прогнозирования абсолютной разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток.

Рассчитан усредненный показатель разрывной нагрузки. С помощью усредненного показателя разрывной нагрузки произведен расчет прогнозируемой абсолютной разрывной нагрузки в зависимости от величины первой и второй крутки.

Выведены уравнения для расчета прогнозируемой абсолютной разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток, имеющие вид:

т2к2

Г, Я,

0,5186 о,0241

Г, Я,

, для КШН КР-КА

Р2=(Р1)

тхкх

0,5633-^1

• тхк,

-0,0474

, для КШН КР-ПрА

Пятая глава посвящена наработке и переработки опытной партии комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи линейной плотности от 117 до 125 текс. В том числе приведен экономический расчет целесообразности выработки комбинированных швейных ниток.

Оптимальная технология выработки комбинированных швейных ниток приведена на рис. 4

КШН #

«за

Исх.н.

Тр,+к,

Тр2+К2

п

т.п.

Рис. 4 Технологическая схема производства комбинированных швейных

ниток.

Наработка опытных образцов швейных ниток производилась в лаборатории кафедры прядения МГТУ им. А.Н. Косыгина. Первая крутка комбинированных нитей стренг осуществлялась при следующих технологических параметрах:

Стренга КР-КА Стренга КР-ПрА

- частота вращения веретен - 6000 мин - частота вращения веретен - 6000 мин

- скорость выпуска - 14,5 м/мин - скорость выпуска - 12,5 м/мин

- номер бегунка - 230. - номер бегунка - 230.

Вторая крутка готовых швейных ниток осуществлялась при следующих технологических параметрах:

КШН КР-КА КШН КР-ПрА

- частота вращения веретен - 6000 мин - частота вращения веретен - 6000 мин

- скорость выпуска - 26 м/мин - скорость выпуска - 26 м/мин

- номер бегунка - 260. - номер бегунка - 260.

Направление второй крутки выбиралось противоположно направлению первой крутки. Первая крутка при наработке стренг имела направление 8, значит, при выработке швейных ниток направление второй крутки Ъ. Перемотка неоднородных комбинированных швейных ниток осуществлялась на БП-260 В. Наработанные образцы подвергались испытаниям по стандартным методикам. Полученные швейные нитки отвечают всем современным требованиям безопасности труда и могут использоваться для пошива изделий специального (технического) назначения.

Данные физико-механических показатели опытных партий швейных ниток приведены в табл.4

Таблица 4

Физико-механические показатели комбинированных швейных ниток

Швейные нитки Р, т, Ру, н,

сН % текс сНУтекс вит/м

КШН КР-КА

(29,4 + 29,4) текс х 1Б415 х 22230 17780 5,2 123,4 144 1,4

КШН КР-ПА

(29,4 + 29,0) текс х 18480 х 22230 16787 5,0 118,4 141 0,9

Переработка опытных образцов швейных комбинированных ниток проведена на ООО «НПФ Термостойкие изделия» в швейном цехе по пошиву специзделий из арселоновых тканей технического назначения. Для пошива использовались швейные машины Подольского механического завода 862 класса с номером иглы 130, причем швейные нитки 117-125 текс с условным обозначением КР-КА и КР-ПрА были использованы для пошива защитной одежды и для сшивания фильтровальных рукавов из нетканого материала, для фильтрации горячих доменных газов.

По результатам переработки было установлено, что:

- переналаживание швейного оборудования при шитье не требуется;

- заправка нитки в ушко с помощью автоматического нитеводителя (как и ручным способом) проходила без осложнений;

- при этом обрывов во время швейной переработки по вине ниток не было. Кроме того, случаев самопроизвольного распускания ниточных переплетений не отмечено;

- ниточные швы, выполненные с использованием неоднородных комбинированных швейных ниток КР-КА и КР-ПрА, способны обеспечить условия равной прочности с арселоновыми тканями технического назначения, как в начальных условиях, так и в момент действия высоких температур.

Проведен экономический расчет эффективности выработки швейных ниток и полученные результаты показали эффективность и сравнительно невысокую стоимость изготовления данных швейных ниток.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В ходе проведенной работы разработана и обоснована технологическая схема выработки комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи, это позволит расширить ассортимент крученых изделий, для пошива изделий специального назначения.

2. Исследовано влияние параметров процесса трощения и кручения на физико-механические свойства комбинированных швейных ниток.

3. Исследованы основные показатели свойств исходных комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи. Рассчитаны итоговые значения по результатам испытаний исходного сырья.

4. С помощью методов математического планирования эксперимента были установлены регрессионные модели отражающие зависимость физико-механических свойств комбинированных швейных ниток от крутки.

5. Исследовано влияние натяжения на изменение физико-механических свойств комбинированных швейных ниток, что позволяет в значительной степени улучшать физико-механические свойства КШН.

6. Исследовано влияние влаги на изменение прочности комбинированных швейных ниток, это позволит прогнозировать изменения физико-механические свойства КШН при её воздействии.

7. Исследовано влияние термообработки на изменение прочности КШН, это позволит определять область применения данных изделий и срок их гарантийной службы.

8. Выведены формулы для расчета абсолютной разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток методом теории подобия.

9. Наработана и переработана опытная партия комбинированных швейных ниток, из комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи. Полученные результаты полностью удовлетворяют поставленным задачам.

10. Проведен экономический расчет эффективности выработки комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи. Полученные результаты показали эффективность и сравнительно не высокую стоимость изготовления данных КШН.

11. Полученные комбинированные швейные нитки, отвечают всем современным требованиям. Швейные нитки указанной структуры обладают достаточно высокой удельной разрывной нагрузкой, малой неравновесностью, жесткостью при кручении и могут с успехом конкурировать с нитками импортного производства.

12. Актуальность и новизна подтверждается полученными патентами на две полезные модели и положительным решением о выдаче патента на изобретение.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Технология получения термостойких комбинированных швейных ниток» / Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности - 2012, №1 (337). С. 37-41.

2. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Термостойкая швейная нитка специального назначения и способ её получения» / Химические волокна -2011, №2. С. 20-22.

3. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Неоднородные швейные нитки для термо- и огнестойкой защиты в условиях опасных для жизни» / Дизайн и технологии-2011, №26 (68). С. 53-58.

4. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Исследование влияния натяжения на физико-механические свойства термостойких комбинированных швейных ниток» / Сборник научных трудов аспирантов. Вып. 17. - М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011 г., С. 3-7.

5. Пат. №106902 Россия, МГЖ D 02 G 3/46. Швейная нитка / Дориомедов М.С., Родионов В.А.: Моск. гос. текстил. ун-т. - №2011113491/12, 08.04.2011 г.; опубликовано: 27.07.2011 г.

6. Пат. №108039 Россия, МПК D 02 G 3/46. Швейная нитка / Дориомедов М.С., Родионов В .А.: Моск. гос. текстил. ун-т. - №2011113490/12, 08.04.2011 г.; опубликовано: 10.09.2011 г.

7. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Комбинированные синтетические швейные нитки», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2010):. Часть 1.- Иваново: ИГТА, 2010,- с. 67.

8. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Комбинированные швейные нитки для защитной одежды огнеборцев», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона» (Лен - 2010): КГТУ - Кострома, 2010.- с. 33.

9. Дориомедов М.С., Фролов A.B. «Неоднородные швейные нитки специального назначения», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2010)-М.; ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010,- с. 20.

10. Дориомедов М.С., Родионов В.А. «Расчет прочности исходных нитей,

служащие для выработки неоднородных швейных ниток специального назначения», Тезисы докладов: Межвузовской н/т конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2011):.Часть 1.- Иваново: ИГТА, 2011,- с. 19.

11. Дориомедов М.С. «Факторы, влияющие на физико-механические свойства швейных ниток специального назначения», Тезисы докладов: Всероссийской научной конференции молодых ученых «Инновации молодежной науки» Санкт-Петербург, 2011,- с. 242.

12. Дориомедов М.С. «Влияние натяжения на свойства комбинированных швейных ниток», Тезисы докладов: 63-й межвузовской н/т конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», КГТУ г. Кострома 2011,- с. 25.

13. Дориомедов М.С. «Влияние влаги на прочность швейных ниток», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2011)-М.; ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011,- с. 25.

Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,00 Подписано в печать 23.04.12

Заказ 154 Тираж 80 © ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина» 2012

61 12-5/3120

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина»

На правах рукописи

Дориомедов Михаил Сергеевич

Разработка структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток специального назначения

Специальность 05.19.02. - «Технология и первичная обработка текстильных

материалов и сырья»

/

Диссертация начсоискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук доцент В.А. Родионов

Москва 2012 г.

Оглавление

Введение. 4

Глава 1. Производство, состояние основных видов химических волокон и нитей. Швейные нитки. 11

1.1 Мировое производство химических волокон и нитей. 11

1.2 Основные виды химических волокон и нитей технического назначения. 18

1.3 Швейные нитки на отечественном рынке. 26

1.4 Состояние производства комбинированных швейных ниток. 29 Выводы по главе 1. 37 Глава 2. Разработка структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток специального назначения. 39

2.1 Выбор исходного сырья для производства комбинированных швейных ниток. 39

2.2 Расчет прочности исходных нитей используемых для выработки комбинированных швейных ниток специального назначения. 49

2.3 Выбор оборудования для наработки комбинированных швейных ниток. 53

2.4 Технологический процесс получения комбинированных швейных ниток и обоснование структуры. 55

2.5 Проведение основного эксперимента. 62 Выводы по главе 2. 97 Глава 3. Исследование влияния натяжения и влажности на прочностные характеристики комбинированных швейных ниток. 100

3.1 Исследование влияния натяжения на свойства комбинированных швейных ниток из комплексных нитей при оптимальных параметрах, полученных при планировании. 100

3.2 Исследование влияния влажности на разрывные характеристики комбинированных швейных ниток. 106

3.3 Термостойкость комбинированных швейных ниток. 112

Выводы по главе 3. 116 Глава 4. Проектирование разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток по методу подобия. 118

4.1 Сущность метода подобия. 118

4.2 Общие положения теории подобия. 119 Выводы по главе 4. 130 Глава 5. Наработка и переработка опытных образцов швейных ниток 131

5.1 Требования к швейным ниткам. 131

5.2 Наработка опытных образцов комбинированных швейных ниток и

их испытание по основным физико-механическим показателям. 132

5.3 Переработка опытных образцов комбинированных швейных ниток. 136

5.4 Расчет экономической эффективности выработки комбинированных швейных ниток. 141 Выводы по главе 5. 149 Заключение 151 Библиографический список использованной литературы 155 Приложения 167

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Для пошива изделий специального назначения требуются швейные нитки, обладающие высокими физико-механическими свойствами, хорошей перерабатывающей способностью. Качество швейных ниток определяет качество и надежность швейных изделий, и эффективность технологического процесса изготовления одежды. Внешний вид, прочность швейных и других изделий в определенной степени зависят от прочности швов, поэтому качеству швейных ниток придается большое значение.[1]

В различных отраслях промышленности эксплуатируются термостойкие изделия, изготовленные из волокон и нитей на основе ароматических диаминов или диангидридов ароматических кислот - Русар, и полипарафени-лен-1,3,4-оксадиазолов - Арселон. Волокна, нити, швейные нитки и изделия на их основе имеют уникальные свойства.

Потребность в швейных нитках данного вида достаточно высокая, однако, спрос ограничивается высокой стоимостью русара и недостаточной прочностью арселона, поэтому в настоящее время целесообразным и актуальным является разработка комбинированных неоднородных швейных ниток. Это позволит существенно повысить физико-механические, эксплуатационные, гигиенические и эстетические свойства текстильных изделий, в том числе и снизить затраты при производстве, а также позволит значительно расширить ассортиментную группу термо-,огнестойких ниток, обеспечивающих потребительские свойства защитной одежды.

Использование комбинированных швейных ниток из химических волокнистых материалов имеет особое значение, так как бурно развивается отрасль технического текстиля, как в нашей стране, так и за рубежом.

Выбранная тема исследований актуальна в условиях жесткой конкуренции на рынке, кризиса в мировой экономической системе, вступлением в ВТО и, связанной с этим, необходимостью совершенствования технологии изготовления высококачественных швейных ниток с новыми потребитель-

скими свойствами, которая обеспечит конкурентоспособность отечественной продукции над импортной.

Цель исследования. Разработать структуру и технологию производства комбинированных швейных ниток специального назначения, для пошива изделий технического текстиля.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:

-проведен анализ целесообразности использования комбинированных синтетических швейных ниток в текстильной и легкой промышленности;

-выбраны комплексные нити русар, арселон и арселоновая пряжа, для изготовления комбинированных швейных ниток и пошива изделий специального назначения;

-проведены физико-механические исследования исходных комплексных нитей и пряжи различных линейных плотностей;

-проведено с помощью теории механики нити, проектирование прочности исходных нитей служащих для выработки комбинированных швейных ниток;

-разработана новая структура получения комбинированных швейных ниток;

-проведено математическое планирование эксперимента с целью получения оптимальных параметров процесса кручения с использованием пакета программ Excel и MathCAD;

-определены основные технологические параметры, влияющие на физико-механические свойства комбинированных нитей;

-выбраны оптимальные условия кручения нитей с целью снижения их неравновесности;

-проведено исследование влияния натяжения на физико-механические показатели комбинированных швейных ниток;

-проведено исследование влияния влаги и температуры на прочность швейных ниток;

-выведены формулы, для расчета прочности комбинированных швейных ниток;

-наработана опытная партия комбинированных швейных ниток и проведена апробация их в производственных условиях;

-проведен экономический расчет эффективности выработки комбинированных швейных ниток;

-разработан проект технических условий, для швейных ниток;

-получены патенты на две полезные модели и положительное решение о выдаче патента на изобретение.

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по наработке швейных ниток проводились в учебно-технологических и производственных лабораториях кафедры Прядения МГТУ имени А.Н. Косыгина, а переработка на ООО «НПФ Термостойкие изделия» в швейном цехе по пошиву специзделий из арселоновых тканей и нетканых материалов технического назначения. В работе широко использовались методы математического планирования эксперимента. При исследовании свойств нитей использовались ГОСТированные методики. Результаты экспериментальных и теоретических исследований обработаны методами математической статистики с использованием ЭВМ и пакета программ Excel, MathCAD.

Научная новизна:

-доказана целесообразность использования комбинированных швейных ниток, для пошива изделий специального назначения; -разработана структура комбинированных швейных ниток; -разработана технология и оптимальные технологические параметры выработки комбинированных швейных ниток из комплексных нитей;

-разработана технология и оптимальные технологические параметры выработки комбинированных швейных ниток из комплексных нитей и пряжи; -получены регрессионные модели отражающие влияние параметров кручения на свойства швейных ниток;

-получены расчетные формулы, для определения абсолютной разрывной нагрузки комбинированных швейных ниток;

-показана экономическая эффективность выработки данных комбинированных швейных ниток.

Практическая ценность: -в разработке структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар и арселон;

-в разработке структуры и технологии производства комбинированных швейных ниток из комплексных нитей русар и арселоновой пряжи; -в разработке производства швейных ниток с низкой себестоимостью; -в разработке формул для расчета прочности комбинированных швейных ниток;

-в разработке проекта технических условий, для швейных ниток. Использование разработанных комбинированных швейных ниток позволяет расширить ассортимент крученых изделий, вырабатываемых из комплексных нитей русар, арселон и арселоновой пряжи, для пошива изделий технического текстиля.

Реализация результатов работы. Полученный ассортимент комбинированных швейных ниток, изготовляемых из комплексных нитей и пряжи, можно использовать для сшивания изделий специального назначения, что подтверждается опытной переработкой партии, и получать разработанную структуру на существующем отечественном оборудовании. Акты о наработке опытных образцов комбинированных швейных ниток и их переработки приведены в приложении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

- Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2010): Иваново: ИГТА, 2010 г.

- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона» (Лён - 2010): КГТУ - Кострома, 2010 г.

- Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль -

2010) - М.; ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010 г.

- Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск - 2011), Иваново: ИГТА, 2011 г.

- Всероссийская научная конференция молодых ученых «Инновации молодежной науки», Санкт-Петербург - СПб.: СПГУТД, 2011 г.

- 63-я межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», КГТУ. -Кострома, 2011 г.

- Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль -

2011) - М.; ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011 г.

Публикации. Тезисы докладов:

1. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Комбинированные синтетические швейные нитки», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной

и легкой промышленности» (Прогресс - 2010):. Часть 1. - Иваново: ИГТА, 2010. - с. 67.

2. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Комбинированные швейные нитки для защитной одежды огнеборцев», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий для экономики региона» (Лен - 2010): КГТУ - Кострома, 2010. - с. 33.

3. М.С. Дориомедов, A.B. Фролов «Неоднородные швейные нитки специального назначения», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2010) - М.; ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010. - с. 20.

4. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Расчет прочности исходных нитей, служащие для выработки неоднородных швейных ниток специального назначения», Тезисы докладов: Межвузовской н/т конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск-2011):. Часть 1. - Иваново: ИГТА, 2011. - с. 19.

5. М.С. Дориомедов «Факторы, влияющие на физико-механические свойства швейных ниток специального назначения», Тезисы докладов: Всероссийской научной конференции молодых ученых «Инновации молодежной науки» Санкт-Петербург, 2011. - с. 242.

6. М.С. Дориомедов «Влияние натяжения на свойства комбинированных швейных ниток», Тезисы докладов: 63-й межвузовской н/т конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», КГТУ г. Кострома 2011. - с. 25.

7. М.С. Дориомедов «Влияние влаги на прочность швейных ниток», Тезисы докладов: Международная н/т конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль - 2011) - М.; ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011. - с. 25.

Статьи:

1. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Технология получения термостойких комбинированных швейных ниток» / Известия Вузов. Технология текстильной промышленности - 2012, №1 (337). С.37.. .41.

2. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Термостойкая швейная нитка специального назначения и способ её получения» / Химические волокна - 2011, №2 С.20...22.

3. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Неоднородные швейные нитки для термо- и огнестойкой защиты в условиях опасных для жизни» / Дизайн и технологии - 2011, №26 (68). С.53...58.

4. М.С. Дориомедов, В.А. Родионов «Исследование влияния натяжения на физико-механические свойства термостойких комбинированных швейных ниток» / Сборник научных трудов аспирантов. Вып. 17. - М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2011 г., С.З...7.

5. Пат. №106902 Россия, МПК Б 02 О 3/46. Швейная нитка / Дориомедов М.С., Родионов В.А.: Моск. гос. текстил. ун-т. - №2011113491/12, 08.04.2011 г.; опубликовано: 27.07.2011 г.

6. Пат. №108039 Россия, МПК Б 02 в 3/46. Швейная нитка / Дориомедов М.С., Родионов В.А.: Моск. гос. текстил. ун-т. - №2011113490/12, 08.04.2011 г.; опубликовано: 10.09.2011 г.

и

Глава 1.

- Производство, состояние основных видов химических волокон и нитей.

Швейные нитки.

1.1 Мировое производство химических волокон и нитей.

Задача создания удобной одежды, защищающей человека от внешней среды, возникла уже на самых ранних стадиях развития человеческого общества. Можно выделить, три этапа решения этой задачи, принципиально отличающихся характером сырья, применяемого для изготовления одежды, в том числе и для её пошива. На первом этапе одежду изготовляли из шкур животных и материалов, получаемых из стеблей растений (прообраза современных тканей); на втором были использованы материалы из природных волокон (хлопок, шерсть, лен, натуральный шелк). Мы являемся современниками третьего этапа, когда в качестве сырья для получения тканей, трикотажа, нетканых текстильных материалов, швейных ниток, а также, для производства разнообразных изделий технического назначения, используют химические волокна и нити. [2]

Производство химических волокон и нитей (ХВН) в настоящее время занимает одно их первых мест в мировом производстве текстильного сырья (мировая тенденция). Она обусловлена тем, что химические волокна и нити являются важнейшим сырьём для изготовления, как товаров широкого потребления, так и широкого ассортимента материалов технического назначения за счет высоких физико-механических и специфических свойств и эксплуатационных показателей.[3,4,5,6]

Увеличение использования в настоящее время химических волокон и нитей взамен натуральных, связано с ростом населения Земли (7 млрд. чел.), а также ростом потребления на душу населения (табл. 1), но конечно, с увеличение числа людей, живущих в благоприятных экономических условиях^]

Мировое потребление волокон и нитей

Год Натуральные, тыс. тонн Синтетические тыс. тонн ИТОГО Населения млрд. Потребление кг/чел.

2010 26,300 49,700 76,000 7,00 11,5

2008 25,171 42,156 67,327 6,75 10,0

2005 26,641 39,512 66,153 6,49 10,2

2000 21,496 31,147 52,643 6,05 8,7

1995 19,600 23,594 43,194 5,69 7,6

1990 21,460 19,380 40,840 5,28 7,7

1985 17,732 16,259 33,991 4,85 7,0

1980 15,227 14,301 29,528 4,46 6,6

К тому же, произошло массовое внедрение текстиля в промышленность не в качестве самостоятельного вида выпускаемого товара, а в качестве его составной части.[8]

При численности населения планеты в 7,00 млрд. человек на душу населения приходится 11,5 кг (табл. 1) текстильного сырья. При этом, потребление волокнистых материалов к долгосрочному прогнозированию 2030 -2050 г. может достигнуть 13,6-17,3 кг в год и более на человека, исходя из настоящего уровня потребления. [9]

Доля химических волокон в текстильной промышленности в настоящее время оценивается в 70-80%, на хлопок, шерсть и шелк приходится 20-30%.

Лидером среди всех видов текстильного сырья остаются полиэфирные волокна и нити, выпуск которых в 2010 г. составил 37,3 млн. т., в том числе волокна - 13,7 млн. т. и комплексные (текстильные и технические) нити -23,6 млн. т. Самые высокие темпы производства наблюдаются в Азии, в Европе и Америке, наоборот, происходит спад. Так, в Китае (табл.3) выпуск ПЭФ комплексных нитей, составил 16,7 млн. т, ПЭФ волокон - 8,432 млн. т [10]. Доля Китая в мировом производстве ПЭФ волокон в 2010 г. составила более 67%. Эти позиции в области ПЭФ, по планам строительства новых мощностей сохранится и впредь. [11]

Мировое производство текстильных волокон и нитей в 2010 г.

Волокна млн. т 2009/2010, ±