автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологических параметров подготовки основных нитей для изготовления высокоплотных тканей на станке СТБ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Н. КОСЫГИНА

На правах рукописи УДК 677.21.023.75(043.3)

КОЗЛОВА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОДГОТОВКИ ОСНОВНЫХ НИТЕЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫСОКОПЛОТНЫХ ТКАНЕЙ НА СТАНКЕ СТБ

Специальность 05.19.03 "Технология текстильных материалов"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

НАУЧНЫ РУКОВОДИТЕЛЬ доктор, технических наук, доцент Юхин С. С.

МОСКВА 1 9 9 8 г.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ ............................................... 4

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ................ 8

1.1 Анализ работ, посвященных исследованию способов подготовки основных нитей к процессу ткачества ....................................... 8

1.2 Анализ работ, исследующих натяжение нитей основы на шлихтовальной машине в I, ПиШ зонах ........................................ 21

1.3 Анализ работ, посвященных пористым системам и капиллярно-пористым структурам, как основам строения и свойств шлихтуемого полотна ....... 25

Выводы по главе 1 ...................................... 31

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................... 33

2.1 Исследование натяжения основных нитей при шлихтовании с использованием усовершенствованной схемы заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ ............................... 33

2.2 Теоретическое обоснование разделения нитей основы в процессе шлихтования ................ 54

Выводы по главе 2...................................... 68

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШЛИХТОВАНИЯ И ДРУГИЕ СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ .................. 70

3.1 Средства и методы исследования ............... 70

3.2 Получение и анализ корреляционных математи-

стр.

ческих моделей процесса шлихтования ....................71

Выводы по главе 3............................................................................92

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШЛИХТОВАНИЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИТЕЙ ОСНОВЫ............................................................93

4.1 Исследование процесса подготовки основ к ткачеству высокоплотных тканей на станке СТБ-180 94

4.2 Исследование стойкости основной пряжи к истирающим воздействиям ....................................................99

4.3 Определение оптимального режима шлихтования в соответствии с количеством нитей основы в заправке на шлихтовальной машине ШБ-11/180-Л-ЗМ ..............................................................106

Выводы по главе 4 ............................................................................109

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ ..................................................................112

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ ..................................................................117

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................118

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ......................................................................................127

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ......................................................................................131

ПРИЛОЖЕНИЕ 3........................................................................164

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 . . . ...............................................................................167

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ......................................................................................173

Введение

В сложившейся экономической ситуации в России текстильное производство, как отрасль легкой промышленности, постепенно "сходит на нет". Борьбу за выживание ведет уже не отрасль, а каждое отдельно взятое предприятие своими силами старается выйти из тяжелого кризиса.

В условиях экономического кризиса возникает необходимость в совершенствовании технологического процесса подготовки нитей основы к ткачеству с целью получения конкурентноспособных тканей на отечественном технологическом оборудовании. Создание конкурентноспособных тканей для оставшихся в рабочем состоянии предприятий - это один из шансов "выжить" самим и не дать исчезнуть отечественному производителю с внутреннего рынка страны.

В технологии подготовки нитей основы к ткачеству известен ряд зарубежных патентов и авторских свидетельств, которые необходимо "брать на вооружение" отечественному текстильному производству для создания качественного сырья.

В отличие от значительного скачка в развитии ткацких станков совершенствование шлихтовального оборудования за рубежом происходит гораздо более медленными темпами. Исследовательские и конструкторские работы в области совершенствования шлихтовальных машин в основном направлены на внесение отдельных усовершенствований с целью повышения качества шлихтования основных нитей, улучшения условий труда и сокращения энергозатрат.

Многие фирмы (West Point) выпускают машины, оснащенные системами контроля шлихтования, включающими ЭВМ, дисплей и печатающие устройства.

В настоящее время накоплен большой отечественный и зарубежный опыт по разнообразному конструктивному оформлению клеильных аппаратов, сушильной части и накатной секции, учитывающий технологические особенности шлихтования основ разнообразного ассортимента из различных видов волокон.

Поэтому целью диссертационной работы является разработка путей совершенствования технологических процессов шлихтования для создания конкурентноспособных высокоплотных тканей на отечественном технологическом оборудовании, расширяющих ассортиментные возможности бесчелночных ткацких станков.

Актуальность диссертационной работы заключается в разработке технологии подготовки нитей основы на отечественном оборудовании для получения конкурентноспособных высокоплотных тканей, пользующихся спросом населения, как на внутреннем, так и на внешнем рынке.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- теоретически доказана и экспериментально подтверждена необходимость использования усовершенствованной схемы заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ;

- установлены математические зависимости между свойствами мягкой пряжи, технологическими особенностями шлихтования и свойствами ошлихтованной пряжи;

- выявлена разница в натяжении нитей в шлихтуемом полотне основы при использовании усовершенствованной схемы заправки шлихтовальной машины;

- определены условия, при которых разница в натяжении нитей в разделенном на части шлихтуемом полотне основы сводится к нулю при соединении частей на первом и пятом сушильных барабанах;

- предложены формулы для расчета эквивалентного радиуса пор при различном количестве слоев нитей в поперечном сечении в пропиточной секции;

- предложена методика проведения испытания нитей на многократное истирание о бердо;

- предложена методика расчета истирающих воздействий берда на станке СТБ-180 при выработке тканей с различным количеством нитей по ширине сурового полотна;

- определены условия, согласно которым необходимо использовать усовершенствованную схему заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ.

Практическая ценность работы:

- проведены исследования нитей на многократное истирание о бердо в условиях, приближенных к условиям работы ткацкого станка, которые позволяют наиболее эффективно оценивать свойства пряжи к такого вида воздействиям;

- определена граница применения классической схемы заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ в зависимости от количества нитей на валах в пропиточной секции, с помощью которой можно выбрать конструктивно-заправочную линию (КЗЛ) шлихтовальной машины и провести подготовку нитей основы к ткачеству в оптимальном режиме;

- полученные математические корреляционные модели процесса подготовки нитей основы к созданию высокоплотной ткани арт. 38МХ позволяют прогнозировать влияние свойств мягкой пряжи и параметров шлихтования на свойства ошлихтованных нитей.

Автор защищает:

- усовершенствованную технологическую схему заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ;

- метод выравнивания натяжений в частях шлихтуемого основного полотна, основанный на строго-определенном расположении валов, осуществляющих последовательное разделение и соединение полотна основных нитей;

- формулы для расчета эквивалентного радиуса пор при различном количестве слоев нитей в поперечном сечении в пропиточной секции;

- математические зависимости свойств ошлихтованной пряжи от свойств мягкой пряжи и технологических параметров шлихтования;

- методику оценки нитей на многократное истирание о бердо в условиях, моделирующих реальное воздействие берда на основу со стороны кромок в процессе тканеформирования на ткацком станке;

- методику определения количества истирающих воздействий берда на основу на станке СТБ-180;

- рекомендации по процессу подготовки высокоплотных основ к ткачеству;

- результаты экспериментальных исследований подготовки нитей основы к ткачеству тканей с различным количеством нитей по ширине сурового полотна;

- результаты экспериментальных исследований применения различных технологических схем заправки шлихтовальной машины ШБ-11/180-Л-ЗМ для выработки одного и того же артикула ткани.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Все литературные источники, связанные с тематикой диссертационной работы, рассматривались по следующим направлениям:

- работы, посвященные анализу способов подготовки основных нитей к ткачеству;

- работы по анализу натяжения нитей основы в зоне нанесения шлихты на шлихтовальной машине ШБ-11/180-Л-ЗМ;

- работы, посвященные пористым системам и капиллярно-пористым структурам, как основам строения и свойств шлихтуемого полотна.

1.1 Анализ работ, посвященных исследованию способов подготовки основных нитей к процессу ткачества.

В ткацком производстве производительность труда и качество вырабатываемых тканей в значительной мере зависят от обрывности нитей на ткацких станках. В свою очередь, обрывность во многом определяется качеством подготовки основ и эффективностью отдельных подготовительных операций, среди которых шлихтование занимает центральное место.

Свойства ошлихтованной пряжи определяются главным образом свойствами мягкой пряжи [1.2]. Согласно многочисленным экспериментальным исследованиям процесс шлихтования повышает прочность пряжи, увеличивает стойкость к истирающим нагрузкам, и хотя нити теряют по показателям гибкости и эластичности незначительные проценты, но при этом приобретают качества необходимые для эффективной переработки в ткачестве.

Получение основ с повышенной стойкостью к истирающим воздействиям, более прочных и гладких, обеспечит снижение обрывности в ткачестве, а в конечном итоге увеличит производительность выпуска тканей с высокими плотностями.

Таким образом, соответствующая подготовка и обработка основных нитей перед процессом ткачества играет очень важную роль.

Учитывая уровень современного отечественного оборудования, состояние отрасли и экономическую ситуацию в стране, а также требования предъявляемые к основе, как базе высокоплотных тканей, становится необходимым рассмотрение возможностей существующего оборудования приготовительного отдела ткачества и способов получения готовой к переработке основы.

Передовые технологии подготовки основных нитей к ткачеству принадлежат иностранным фирмам. Закупку дорогостоящего оборудования не может себе позволить в настоящее время ни одно предприятие отрасли легкой промышленности СНГ. Поэтому добиваться качественной продукции, идущей на изготовление тканей с высокой плотностью по основе, необходимо на существующем оборудовании, но усовершенствованном новыми технологическими и конструктивными разработками.

Этим же путем, путем модификации технического оборудования, предлагает добиться улучшения эффективности шлихтования группа ученых института текстильной технологии в Денкендорфе [2.18].

Шлихтование на двухванной шлихтовальной машине с предварительным замачиванием пряжи в горячей воде в первой ванне не является открытием. Ученые из Денкендорфа экспериментально доказали, что такой способ шлихтования:

- увеличивает стойкость основной пряжи к разрывным нагрузкам

на 15-19%;

- уменьшает ворсистость основных нитей на 50%;

- увеличивает стойкость к истиранию на 70-200%.

Испытания проводились для хлопчатобумажной пряжи при одной и той же рецептуре и неизменных уровнях шлихты в ваннах. Исследования показали, что применение предварительного размачивания основ снижает заминание основных нитей и, как следствие, износ от трения понижается.

Производственные испытания, по внедрению исследуемого способа шлихтования дали следующие результаты:

- уровень обрывности снизился на 70%;

- расход шлихты можно уменьшить на 25-50%.

Авторы исследования объясняют необходимость процесса размачивания изменением свойств пряжи и ее восприимчивости к взаимодействию со шлихтой. Высокое влагосодержание увеличивает активность молекулярных сил к влаге [2.14], а значит, процесс нанесения шлихты будет происходить интенсивней, проникновение глубже, а сам процесс шлихтования будет более эффективным, что и доказано экспериментально немецкими исследователями.

В 1995 году на выставке текстильного оборудования ИТМА-95 в Милане действующие образцы шлихтовальных машин показали фирмы Griffin (США), Tsudakoma (Япония) и Sucker-Muller-Hacoba (Германия) [2.12]. Все представленные модели включают элементы конструкции, позволяющие проводить шлихтование с разделением основы на два и более полотна. На иностранных образцах машин в конструкции отдельных секций включены дополнительные приспособления, которые в соответствии с требованиями технологии имеют целью улучшить качество обрабатываемого продукта и ускорить выпуск тканей,

отвечающих многообразным запросам потребителя.

Например, отличительными особенностями машин фирмы Бис-кег-Ми11ег являются следующие технологические дополнения:

1. раздельная система нанесения шлихты;

2. мокрое разделение (двух- или четырехкратное) после нанесения шлихты;

3. раздельная система сушки основы с последующим соединением;

4. подвижность шлихтующего препарата за счет особенностей устройства бака для шлихты.

Перечисленные дополнения существуют как части одной установки.

Автор [2.17] дает объяснение явления снижения ворсистости ошлихтованной пряжи при шлихтовании с "подлинным разделением" основ, когда полотно ошлихтованной основы разделяется на 2 или 4 части, которые предварительно подсушиваются на двух сушильных барабанах каждая, проходя вместе остальную сушку.

Эффект разделения является значительным: даже с использованием одного прутка ворсистость снижается на 25%, склонность к зали-панию - на 8% и износ пряжи в процессе ткачества на 40%.

Автор делает вывод о влиянии плотности основы в шлихтовальной ванне на ворсистость. Согласно этому утверждению, плотность нитей достигает предельного значения, при котором основные нити начинают касаться друг друга и раствор, проходя назад, не может больше выравнивать выступающие волокна. Ворсистость пряжи уменьшается за счет укорачивания выступающих волокон при сухом разделении в ценовом поле. При поверхностном заполнении вала на 50% (средняя плотность нитей основы) волокно укорачивается до длины 0.5(1 (половина диаметра нити), что не препятствует производительности

процесса ткачества.

При двухванном шлихтовании со средней плотностью нитей на валу ворсистость уменьшается в большей степени, но только до определенной границы.

Исследования по влиянию выравнивающих роликов и антиадгезионного агента на ворсистость показали:

- при общей плотности основы на валу СВ=50% ворсистость снижается от 35 до 55%;

- при общей плотности основы на валу 0В=100% ворсистость уменьшается от 5 до 25%;

- в ткачестве склонность к залипанию снизилась на 10-20%, в то время как износ уменьшился на 25-40%.

В работе отмечается, что в случае, когда общая плотность основы на валу СВ<50% и разделение основ не имеет смысла ворсистость можно уменьшить, используя пористые выравнивающие ролики, контактирующие с неразделенной основой с обеих сторон.

Вопросом снижения ворсистости в процессе шлихтования на стадии перед сушкой после отжима путем создания аэродинамического потока и исследованием технологических особенностей такой установки занимались отечественные исследователи [2.8].

Автор [5.1] предлагает устройство, с помощью которого происходит подсушка нитей после пропитки и отжима, ориентация и приминание одиночных волокон к поверхности нити, влияние на адгезионное взаимодействие контактирующих волокон и нитей в зоне, наиболее способствующей этому.

Технологическими особенностями установки является изменяемый от 0 до 90 градусов угол обдува нитей, варьируемая скорость воздушного потока от 1 до 20 м/с. Обязательным условием установки

должно быть фокусирование в одну точку встречных воздушных потоков на основные нити.

Эффективность данного способа шлихтования оценивалась с помощью ворсистости поверхности основных нитей, рассчитанного с помощью формул (1), (2): к

ДГ = ( Н^^/к, (1)

1 = 1

где ДГ - относительная ворсистость одного точечного измерения;

N1 - количество ворсинок по уровням; - уровни, содержащие ворсинки;

к - общее количество уровней, содержащих ворсинки.

ш

ДГ = [ кдг^/т, (2)

1 = 1

где ДГ - средняя ворсистость,

т - число точечных измерений.

Расчетные данные показал