автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологических процессов пневмомеханического прядения при производстве бархата из кубанского хлопка

Министерство общего и профессионального образования РФ Ивановская государственная текстильная академия

на правах рукописи УДК 677.022.484.001.4.

Семикин Александр Павлович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЯДЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ БАРХАТА ИЗ КУБАНСКОГО ХЛОПКА

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Научный руководитель проф., д. т. н. Изгородин А. К.

ИВАНОВО 1999

Содержание

Содержание____ 2

Введение ___4

1. Аналитический обзор литературы_:_6

1.1. Использование различных волокон в текстильной технологии_6

1.2. Особенности структуры н свойств волокон хлопка_10

1.3.0 возможности прогнозирования свойств волокон хлопчатника_14

1.4. Технология изготовления бархата_18

1.4.1. Эффективность пнсвмопряденкя и свойства волокон_ 18

1.4.2. Влияние низкотемпературной плазмы на свойства волокон хлопка.__ 27

2. Структура и свойства волокон кубанского хлопчатника_39

2.1. Перспективы выращивания хлопчатника на юге России._39

2.2. Особенности структуры кубанского хлопка_45

2.2.1. Особенности структуры волокон кубанского хлопчатника на молекулярном уровне.46

2.2.2 Исследование надмолекулярной структуры волокон_60

2.2.2.1. Рентгеноструктурный анализ._60

2.2.2.2 Оптический анализ структуры _77

2.2.3 Микроструктура волокон кубанского хлопчатника__ 81

2,3 Прочностные свойства волокон__85

2.4. Удельное поверхностное электрическое сопротивление_94

2.5. Диэлектрические свойства волокон__99

2.6. Фрикционные свойства волокон__114

выводы по главе 2_124

3. Совершенствование технологического процесса пневмомеханического прядения ___:_126

3.1. Математическое описание процесса увлажнения одиночных волокон_127

3.2 Разработка модернизированного способа пневмомеханического прядения и устройства для его осуществления_140

3.2.1. Свойства волокон и процессы пневмопрядения_ 140

3.2.2. Разработка способа и устройства обработки ленты перед камерой пневмомеханического прядения_ 143

3.2.3. Сравнительные характеристики пряжи по контрольной и экспериментальной технологиям__ 151

выводы по главе 3 _152

4. Разработка отдельных технологических процессов изготовления бархата ___155

выводы по г дав« 4_166

5. Экономические аспекты выполненных разработок___167

5.1. Состояние текстильной промышленности в России_______ 167

5.2. Целесообразность выращивания хлопчатника на юге России_168

5.3. Экономическая эффективность совершенствования технологии прядения из хлопка собственного производства_172

5.3.1. Экономическая эффективность совершенствования технологии прядения_ 172

5.3.2. Экономическая эффективность использования собственного хлопка при выпуске бархата __ 175

выводы по главе 5___ 176

Выводы_177

Список литературы__180

Приложение 1

Приложение 2

Введение

В условиях рыночных отношений важнейшим фактором, обеспечивающим успешную работу предприятия, является конкурентоспособность выпускаемой продукции. Конкурентоспособность продукции - это само собой разумеющееся требование для любого предприятия развитых стран,, у нас, в России, пока по-настоящему не осознано [1,2]. Большинство предприятий все еще пока ориентируются на удовлетворение внутреннего спроса. Хотя совершенно очевидно, что для стабильной работы необходимо обеспечение конкурентоспособности, как на внутреннем, так и на внешнем рынках. При этом предприятия должны решать три основных проблемы: обеспечение сырьем, организация сбыта, использование современного оборудования с реализацией эффективных технологических процессов. Сложнейшие проблемы сырья и сбыта в настоящее время можно решить, предприняв соответствующие меры организационного характера, а вот для установки современного оборудования и внедрения соответствующих технологий нужны значительные капитальные затраты. Неспособность предприятий своевременно решить указанные выше проблемы обусловила резкое падение уровня производства. С 1990 по 1995 год объем выпускаемых хлопчатобумажных тканей уменьшился с 5624 до 1235 млн. кв. м., а доля потребляемых изделий собственного производства составила в 1995 году лишь 46% [3]. Резкий спад производства, очень низкий уровень инвестиций обуславливает кризисное состояние текстильной отрасли России. Выход из кризисного состояния будет очень трудным, т. к. средств на капитальные вложения у предприятий практически нет, цены на оборудование резко возросли, а из установленного оборудования современным требованиям удовлетворяют лишь 13%. Один из реальных путей поправить ситуацию - это внедрение научно- технических разработок, не требующих существенных капитальных вложений. Другой путь - создание собственной сырьевой базы. В первую очередь речь должна идти о хлопке, г. к. волокно хлопчатника составляет более 50% от общего объема волокон, используемых в текстильной

промышленности. Выращиваемый хлопок необходимо детально исследовать, чтобы максимально использовать его потенциальные возможности - это с одной стороны, а с другой - обеспечить полную переработку волокнистой массы, включая разные виды отходов. Знание всего комплекса физико-механических свойств волокон и волокнистых отходов позволит обоснованно - прогнозировать использование их для производства соответствующих изделий. Во многих случаях свойства волокон в значительной мере, а иногда и полностью определяют свойства ткани. К числу таких тканей относится бархат: волокна пряжи, являющиеся ворсовой основой, непосредственно воспринимают различные внешние воздействия. Свойства волокон в случае бархата определяют его износостойкость, гигроскопичность, устойчивость к трению, устойчивость к действию химчистки: и стирки, теплофизические характеристики ж др. Существенного изменения свойств волокон можно достичь, если модифицировать их, используя различные методы. В ряду используемых методов предпочтение следует отдавать тем, которые позволяют модифицировать только поверхность волокон, не изменяя из основной объем. Поверхностной модификации бывает зачастую достаточно, чтобы кардинально изменить свойства волокон, а значит вид и параметры технологических процессов.

1. Аналитический обзор литературы

1.1. Использование различных волокон в текстильной технологии

Текстильные изделия из хлопка, видимо, начали изготавливать в Индии. По данным греческого историка Геродота туземцы в Индии использовали волокна хлопчатника, начиная с 1500 года до нашей эры. Вплоть до 1500 года нашей эры Индия выла основным производителем хлопчатобумажных тканей. Марко Поло описывает ткани из хлопка, увиденные им в Индии в 1298 году так: ткань едва можно было почувствовать рукой; пряжу с трудом можно выло увидеть невооруженным глазом; муслины из хлопка были так тонки, что расстеленные на траве для отбелки не были видны. Европейцы ткани из хлопка начали делать в больших объемах в XV - XVII веках. В России полный цикл изготовления хлопчатобумажных тканей был реализован в первой трети ХЗХ века. В двадцатом веке волокна хлопчатника составляют основу для производства текстильных изделий [1.1-1.8] - см таблицу 1.1. Анализ данных, приведенных в таблице 1.1, позволяет увидеть состояние обеспечения текстильщиков сырьем и перспективы в этом вопросе.

Россия традиционно была льносеющей державой. начале века мы производили ежегодно более 0,5 млн. т. льноволокна. Однако в последующем посевы льна сократились, и к 1990 году Россия производила только 0,о71 млн. т. льноволокна [1,7]. В настоящее время производство этого вида волокна по прогнозам уменьшилось более чем в два раза по сравнению с 1990 годом. Таким образом, натуральное целлюлозное волокно, которым Россия обеспечивала значительную часть Европы, сейчас составляет около 2% потребностей нашей страны в волокнистой массе [1.2,1.7,1.8]. Причин такого положения много: низкая механизация труда по выращиванию льна; недостаточно удобрений; у нас культивируется, в основном, грубоволокнистый лен и получаемое волокно очень низких сортов; технология переработки льноволокна менее совершенна, чем хлопка; обрывность в прядении и ткачестве очень

высокая. Из сказанного следует, что при нынешнем экономическом положении страны в ближайшие годы льноволокно вряд ли позволит существенно пополнить потребности текстильщиков в сырье.

Объемы производимой нами шерсти составляют около 0,1 млн. т, что позволяет наполовину обеспечить потребности текстильной промышленности в этом виде волокна. Т.е. количественно по шерсти ситуация выглядит не так уж плохо. В качественном же отношении с шерстью проблем тоже много. Получаемая нами шесть грубая, она годится для производства сукна, одеял и т.п. Получение же современных шерстяных тканей с поверхностной плотностью 200г/ кв.м сопряжено с необходимостью закупки высококачественной шерсти за рубежом, например, в Австралии. Доля перерабатываемых волокон шерсти (0,2 млн.т) в общем объеме необходимых России волокон составляет около 10%, а получаем мы внутри страны около 0,1 млн. т, т.е. 5% от потребных волокон.

Значительная доля производимых нами химических волокон - это искусственные волокна, производство которых очень не благополучно с точки зрения экологии. По своим свойствам искусственные волокна уступают синтетическим [1.8]. Доля искусственных волокон в России среди всех химических велика и составляет около 40%. Правда в России есть основания для значительного производства гидратцеллюлозы: у нас очень большие запасы леса, особенно хвойных пород, содержащих значительное количество целлюлозы. Кроме того, по своей структуре на молекулярном уровне гидратцеллюлоза наиболее близка к волокнам хлопчатника. Синтетических волокон очень мало производилось в СССР, а сейчас в России их доля еще меньше, т.к. многие предприятия но выпуску синтетических волокон оказались в странах ближнего зарубежья.

Небольшая доля выпускаемых в СССР синтетических волокон в какой-то мере была оправдана большим объемом выращиваемого хлопка - около 14% мирового производства (табл. 1.1). В настоящее время практически все хлопкосеющие регионы оказались за пределами России. В итоге мы оказались с очень маленьким количеством льноволокна и синтетических волокон, недостаточным количеством для удовлетворения нужд предприятий волокон шерсти, а также искусственных волокон и без хлопка. Положение усугубляется еще тем, что волокна хлопчатника

нужны и, в некотором смысле незаменимы, для других отраслей народного хозяйства. Стратегическое значение хлопка для многих стран легко заметить из сопоставления объемов его производства и цены на него. Количество выращиваемого хлопчатника неуклонно возрастает (табл. 1.1), причем спрос на эти волокна всегда был больше, чем его производство, дефицит волокон хлопчатника все время возрастает. Стоимость хлопка подвержена колебаниям. Причем периоды резкого подъема цены на хлопок, например, после 1810, 1860 и 1917 годов (табл. 1.2) связаны с крупными событиями или потрясениями в мире. Как известно, после 1810 года в Европе была война с французами, в шестидесятых годах XIX века -гражданская война в Америке, а в 1917 году - Октябрьская Социалистическая революция. По данным некоторых авторов кривые изменения стоимости пшеницы и хлопка идут почти параллельно друг другу. Своими замечательными качествами: технологичностью, многоцелевым использованием, относительно невысокой ценой, волокна хлопчатника прочно заняли ведущее место в разных отраслях народного хозяйства. Например, в легкой промышленности хлопок -это хлопчатобумажные и смесовые ткани, трикотаж, нетканые материалы.

После развала СССР Россия, имея широкую сеть текстильных предприятий, оказалась в очень трудном положении в плане сырья. По данным литературных источников, например, [1.7], для нормальной работы текстильных предприятий необходимо ежегодно иметь 2,1 млн.т волокнистого сырья, из них 1,1 млн.т хлопка. В 1990 году мы производили менее одной трети требуемого волокна - всего 0,615 млн.т. К настоящему времени ситуация еще более усугубилась, т.к. производство волокнистого сырья после 1990 года сократилось. Учитывая высокую стоимость хлопка на мировом рынке (около 2 долларов США за 1 кг), значительную долю стоимости сырья в стоимости выпускаемой текстильными предприятиями продукции (около 50%), экономические и стратегические цели нашей страны в ЗАО «Югтекс» (г. Краснодар) развернуты работы по выращиванию собственного хлопчатника. Кстати, Россия уже не впервые вынуждена заниматься хлопководством. В 30 - 50 годы нашего столетия на юге России и Украины выращивали хлопчатник и получали около ста тысяч тонн волокна. В Буденновске был создан институт хлопководства с сетью опорных станций, пунктов и

опытных полей в Краснодарском и Ставропольском краях, Астраханской и Ростовской областях, Дагестане. Уже тогда в передовых хозяйствах урожайность хлопчатника превышала 20 ц хлопка-сырца с 1 га [1.9]. В тоже время в отдельных хозяйствах урожайность составляла 8 ц/га хлопка-сырца. Такая низкая урожайность была обусловлена рядом причин: отсутствием высокоурожайных скороспелых сортов хлопчатника, низким уровнем агротехники, например, использованием черноземных почв, тогда как хлопчатнику нужны обедненные почвы; отсутствием комплекса необходимой техники и механизмов; неправильным районированием. Указанные выше негативные факторы были в определенной мере следствием силового внедрения хлопководства сверху.

В_ к* V« КА

настоящее время инициаторами возрождения российской хлопковой отрасли являются ученые и энтузиасты -текстильщики [1.11]. Практика показала, что из изученных примерно тысячи зарубежных сортообразцов мировой коллекции ни один не может быть использован у нас непосредственно. Хороших показателей можно достичь на сортообразцах, которые получены с учетом специфики юга России: в традиционных районах произрастания хлопчатника он созревает при наличии суммы активных температур равной 4000 (сумма произведений температуры на число дней при данной температуре), а на юге нашей страны это произведение равно 3400 - 3600; в наших южных районах специфичны болезни и вредители хлопчатника; примерно 10% возможных площадей в России под хлопчатником требует незначительного полива. В последние годы в Краснодарском и Ставропольском краях, а также в Астраханской области изучены 995 сортообразцов хлопчатника. В результате гибридизационных работ созданы российские линии хлопчатника, которые созревают за 120 дней; дают урожай 18-20 ц/га хлопка-сырца, их волокна удовлетворяют текстильщиков (волокна 5 и 6 типов). По расчетам специалистов [1.11] к 2000 году площади под хлопчатником могут быть значительны: 150 тыс.га в Краснодарском крае, 300 тыс.га в Ставропольском крае, 150 тыс.га в Астраханской области, 100 тыс.га в Дагестане и Чечне. При таких площадях посева можно будет получать около 300 тысяч тонн хлопка-волокна. Используемые площади под хлопчатник составят примерно 5% от всей пашни в соответствующих регионах, причем эти площади не будут за счет уменьшения посевов

кукурузы, подсолнечника, пшеницы, сахарной свеклы и риса: хлопчатнику годятся почвы с пониженным бонитетом.

Исследование технологических и физических свойств волокон российских сортов хлопчатника является актуальной задачей. Это позволит сделать выводы о целесообразности использования этих волокон в существующих технологических процессах, выявить их потенциальные возможности и прогнозировать применение российского хлопка для решения нетрадиционных задач.

1.2. Особенности структуры и свойств волокон хлопка

Волокна хлопчатника достаточно хорошо исследованы. Комплекс свойств этих волокон уникален. Как правило, в литературе приводят данные о длине волокон, их тонине, плотности, прочности на растяжение, цвете [1.8]. Для решения же задач, связанных с использованием потенциальных возможностей волокон, проектированием волокнистых изделий с наперед заданными характеристиками, оптимизацией существующих и разработкой принципиально новых технологических процессов, обеспечением полной переработки волокнистой массы, включая отходы; использованием электромагнитных радиационных, термических, лазерных и т.п. воздействий необходимо знание всего комплекса сведений о волокнах: молекулярной, надмолекулярной и микроуровневой структуры, упругих, фрикционных, резистометрических, диэлектрических, теплофизических, гигроскопических свойств« Приводимые в литературе данные обычно бывают получены в разных условиях, зачастую эти условия не оговорены. Об изменениях свойств волокон в ходе их переработки и при различных внешних воздействиях, а также об особенностях структуры и свойств различных видов отходов имеются лишь фрагментарные сведения. Кроме того, волокна различных селекции. и зон произрастания могут отличаться. Краснодарский хлопчатник, выращенный в самом северном регионе мира, может существенно отличаться по своей структуре, ф