автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологии и исследование свойств стеклянных нитей новых структур для технических тканей

/ "' ( »*<■ чаи»«

* //£</& У

■у

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ академия

тени а.н.Косыгина

На правах рукописи

УДК 67?.521.022.786(043.3)

ГАСАНХАНОБА ХАБСАТ АБУБАКАРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СТЕКЛЯННЫХ НИТЕЙ НОВЫХ СТРУКТУР ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата техничских наук

Научный руководитель _ . доктор техничских наук,

Н к1сс/ пР°Фесс°Р К, Н, Ушакова

Москва 1999

с

V1

Оглавление

стр.

Введение ......................................................6

Глава 1 Общая характеристика способов получения,

пневмотекстурирования нитей, их структуры, свойств и область применения.....................................11

1.1. Выбор способа изготовления текстурированных нитей из стеклянных нитей...............................11

1.2. Аэродинамические устройства. ' Принцийы получения пневмотекстурированных нитей .......................... 13

1.3. Современное зарубежное оборудование применяемое для производства пневмотекстурированных нитей............. .18

1.4. Влияние технологических параметров на свойства пневмотекстурированных нитей ...........................21

1.4.1. Структура пневмотекстурированных нитей.....;...........24

1.4.2. Литературный анализ основных свойств пневмотекстурированных нитей............................................27

1.4.3. Влияние основных технологических параметров на качество пневмотекстурированных нитей ...................30

1.5. Методы оценки свойств пневмотекстурированных нитей петлистой структуры....................................32

1.6. Применение стеклянных пневмотекстурированных нитей.....38

Выводы по" главе 1 ............................................ 39

Глава 2 Разработка технологии производства пневмотекстурированных стеклянных нитей...................................... 40

2.1. Описание производственного оборудования, применяемого для выработки пневмотекстурированных стеклянных нитей ____ 40

2.1.1. Технологический процесс пневмотекстурирования стеклянных нитей на машине БП-240-0 .............................. 40

2.1.2. Способ аэродинамического текстурирования на ткацком станке................................................ 48

2.1.3. Процесс пневмотекстурирования на машине Е1ЛЕХ АТ ...... 49

2.2. Экспериментальные исследования и применение математического планирования при выработке пневмотекстурированных стек-нитей на машине "ЕЬТЕХ АТ"............................. 53

2.2.1. Исследование физико-механических свойств исходных нитей..54

2.2.2. Исследование влияния величины давления воздуха в аэродинамическом устройстве при пневмотекстурировании стеклянных нитей 420 текс на их физико-механические свойства.......54

2.3. Исследование влияния технологических параметров на свойства пневмотекстурированных стеклянных нитей.............57

2.3.1. Выбор факторов и пределов их варьирования ..............58

2.3.2. Выбор критериев оптимизации ......................... 59

2.3.3. Методика проведения испытаний..........................60

2.3.4. Математические методы и средства исследования.......... 50

2.3.5. Анализ результатов исследований.........................54

2.3.5. Исследование изменения коэффициента объемности от величины

давления в аэродинамическом, устройстве и линейной скорости пневмотекстурирования...................................74

Выводы по главе 2.............................................76

Глава 3 Развитие методов и средств оценки структурной характеристики текстильной стеклонити.............................78

3.1. Методика определения оптического диаметра...............78

■3.2. Исследование текстильной нити в условиях двустренгового подвеса.................................................83

3.3. Анализ у крутки и функции у крутки........................87

3.4. Эффективный диаметр и функция компактности стеклонити...94

3.5. Распушивающий эффект по данным эффективного диаметра и

i . 1

функции компактности...................................105

3.6. Эффективный диаметр и функция компактности крученых нитей..................................................116

Выводы по главе. 3 ........................................... 127

Глава 4 Анализ структуры крученых стеклонитей и использования их при выработке нитепрошивных полотен...................129

4.1. Кручение комплексных нитей ............................129

4.2. Характер изменения физико-механических свойств стеклянных нитей в зависимости от их структуры...................130

4.2.1. Объект и цель исследования ............................131

4.2.2. Исследование влияния величины крутки на физико-механические свойства стеклянных нитей ......................... 132

4.3. Разработка технологии производства нитепрошивных полотен из стеклянных нитей на машинах "Малимо"................138

4.3.1. О некоторых преимуществах использования нитепрошивных полотен ...................................................138

4.3.2. Технология получения нитепрошивных полотен ............140

4.3.3. Результаты исследований физико-механических свойств нитепрошивных полотен......................................145

Выводы по главе 4.............................................145

Обще выводы..................................................148

Библиографический список использованной литературы............151

Приложения.................................................... 159

/

Приложение 1...................................... ,г............'159

Приложение 2.....................................................164

Приложение 3.................................................. 172

Приложение 4.................................................. 188

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из важнейших задач в подотрасли химических нитей и волокон является полное удовлетворение требований перерабатывающих и потребляющих отраслей народного хозяйства по ассортименту и качественным показателям выпускаемой продукции. Создание высококачественных текстильных изделий с заданными свойствами, а также задачи по рациональному использованию сырья и вспомогательных материалов в рыночных условиях ставит новые задачи перед производителем.

Для решения этих задач необходимо глубокое изучение структуры и свойства материала, коренное усовершенствование применяемых и создание новых эффективных способов их переработки. Под новыми структурами стеклянных нитей автор понимает: получение пневмо-текстурированных стеклянных нитей (ПСН), а также крученных нитей, в том числе и нити пологой крутки. Частичное решение этих задач и есть цель данной работы.

По имеющимся сведениям в развитых странах более 95% всех нитей выпускается текстурированными. В настоящее время одним из интенсивно развивающихся способов текстурирования гладких комплексных нитей является и аэродинамическая обработка, которая позволяет получить обширный ассортимент петлистых нитей. По прогнозам в мире ожидается темповое развитие пневмотекстурированных петлистых нитей. Сложная структура пневмотекстурированной нити обеспечивает высокие теплозащитные и механические свойства тканей. Эксплуатационные свойства изделий из синтетических, а также стеклянных волокон и нитей можно повысить путем изменения их структуры, т.е. придания им высокой объемности.

В зависимости от области применения стеклянных нитей в промышленности необходимо чтобы технические текстильные стеклонити имели самые различные параметры. Такие требования к свойствам текстильных стеклянных изделий из основных стекломатериалов привели, с одной стороны, к замене других материалов, с другой к раскрытию новых возможных областей применения.

Известно, что за рубежом для производства тяжелых гидроизоляционных материалов высокого класса применяется стеклосетки, выработанные из текстурированных нитей. Поскольку текстурированная (объемная) жить содержит значительно больше макропор, : чем непрерывная, она выполняет функцию наполнителя, способствуя улучшению т емпе ратуроустойчивост и материала. Выработка текстильных стеклотканей (стекаобоев) например, для декоративных изделий из текстурированных нитей у нас в России не производится (по крайней мере на сегодня сведения по литературным источникам отсутствуют). В последние годы все чаще стали применять при оформлении ресторанов, административных зданий, систем гостиниц и т.д импортные отеклообои. В стекловолокнистых обоях не содержится токсичных компонентов.» отсутствует электростатический заряд. Они способствуют парожроводящей диффузии, т.е. дышат, что улучшает жилой климат в помещении, а также они позволяют создавать самые разнообразные дизайны.

Кручение является одним из основных технологических процессов при производстве текстильных материалов. Известно, что в результате кручения нити приобретают полезные геометрические и механические свойства, при этом открываются большие возможности для создания желаемого эффекта, т.е возможность создавать своеобразную дессина!уру. Физико-механические свойства текстильных нитей и

волокон влияют на протекание технологических процессов и свойства формируемого продукта. Поэтому их необходимо знать и рационально использовать. В данной работе это нашло применение при выборе нитей (основных, уточных и прошивных) при выработке нитепрошивных полотен.

Все выше сказанное дает возможность считать диссертационную работу по разработке стеклонитей новой структуры актуальной. -

Дель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологического процесса получения пневмотекстури-рованных стеклонитей, оптимизация технологических параметров и исследование свойств полученных нитей. Установление оптимальных величин круток, для рационального их использования, в том числе при выработке нитепрошивных полотен с использованием в качестве прошивной нити стеклянную нить пологой крутки (К=0-30 кр/м) взамен крученой (К=100-130 кр/м).. А также необходимо было разработать методику оценки свойств полученных нитей.

В связи с этим были поставлены следующие конкретные задачи:

- выбрать экспериментальную установку для получения пневмотексту-рированных стеклянных нитей (ПСН);

- разработать технологию получения ПСН;

- осуществить оптимизацию процесса пнеЕмотекстурирования;

- изучить влияние основных технологических параметров получения •ПСН на их строение и физико-механические свойства;

- разработать метод и средства оценки структурных характеристик стеклянных нитей различных структур;

- исследовать влияние величины крутки на физико-механические свойства стеклянных нитей;.

- разработать схему получения нитепрошивных полотен с использова-

нием стеклянных нитей оптимальных структур.

Методика исследований. Работа проводилась в лабораторных и производственных условиях.

В основу теоретических и экспериментальны исследований положен комплексный метод, включающий анализ теоретических и практических .работ, выполненных в налей стране и за рубежом по данной или близкой тематике. Для экспериментальных исследований использовались современные, методы математического планирования, статистической обработки экспериментальных данных в сочетании с обработкой информации на ЭВМ.

Качественные показатели стеклянных нитей различных структур определялись в учебной лаборатории кафедры ПХВ МГТА по стандартным методикам в соответствии существующими ГОСТами, а для определения компактности и эффективного диаметра применялась разработанная нами нестандартная методика.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана технология получения пневмотекстурироЕанных стеклянных нитей 250 и 420 текс;

- установлено влияние параметров технологических процессов пневмотекстурирования стеклянных нитей на их физико-механические свойства;

- предложена методика определения компактности и эффективного диаметра стеклянных нитей различных структур.

- выработаны нитепрошиЕные полотна низких поверхностных плотностей на машине "Малимо", где в качестве прошивной нити используется стеклянная нить пологой крутки (К=0-30 кр/м);

Практическая ценность работы: - разработаны технологические параметры процесса пневмотекстури-

рования стеклонитей на модернизированной машине "ЕЬТЕКС АТ"; - разработана программа для определения величин эффективного диаметра стеклянных нитей по аналитическим выражениям функции укрут-ки. Одним из наиболее преспективных способов получения нитепро-шивных полотен на стекловолокнистой основе является предложенная нами технологическая схема, в которой используется в качестве прошивной нити стеклянная нить пологой крутки, позволяющая сократить такие технологические переходы как кручение,.трощение и снование комплексных стеклянных нитей. На основании этого с участием автора разработаны ТУ 6-48-00202956-30-93- Полотно нитепрошивное стекловолокнистое марки НПГ-260 и ТУ 6-48-00202956-30-94- Полотно нитпрошивное стекловолокнистое марок НПГ-260, НПГ-230 и НПГ-210.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы были доложены, обсуждены и одобрены:

- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МГТА (февраль1996);

- на Всероссийских научно-технических конференциях "Современные технологии текстильной промышленности" (Текстиль-96, Текстиль -97, Текстиль-98);

- на кафедре переработки химических волокон МГТА (ноябрь 1998).

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы с выводами, общие выводы, библиографический список использованной литературы и приложений. Работа изложена на: 187 страницах машинописного текста, имеет 45 рисунков, 25 таблиц, библиографический список включает 80 наименования. Приложения представлены на 29 страницах.

ГЛАВА 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПНЕВМОТЕКСТУРИРО-ВАННЫХ НИТЕЙ, ИХ СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Выбор способа изготовления текстурированных нитей из стеклянных нитей

В настоящее время существуют различные способы выработки текстурированных нитей, наиболее распространенным из них является способ, объединяющий процессы кручения, тепловой обработки и раскручивания нитей. Кроме этого способа, при котором получаются эластичные нити, имеются способы получения малорастяжимых нитей (введение дополнительных термокамер), извитых (прессование и тепловая обработка, воздействие острой гранью нагретой пластинки) и текстурированных нитей (путем воздействия на элементарную нить струи воздуха).

Пневмотекстурирование является универсальным способом механического текотурирования комплексных нитей. Петлистую пневмо-текстурированную нить можно получить как ив термопластичных, так и нетермопластичных химических комплексных нитей. В отличие от других способов придания нитям объемности с помощью обработки воздухом можно получать текстурированные нити из любых видов волокон, в том числе и стеклянных.

Нити, текстурированные аэродинамическим способом, занимают по свойствам промежуточное положение между гладкими комплексными нитями и штапельной пряжей.

До последнего времени производство аэродинамически текстурированных нитей было ограничено и по объемам не превышало 2-3% от

общего мирового выпуска текстурированных нитей. Основными сдерживающими факторами являлись: необходимость высокой крутки исходной нити (400-700 витков/м) и низкая производительность используемого оборудования, представляющего собой, большей частью, реконструированные крутильные или мотальные машины, оснащенные приставками - аэродинамическими форсунками с системой коммуникаций.

Основной предпосылкой к расширению области применения этого метода текстурирования явилась разработка новых типов текстуриру-ющих устройств повышенной мощности, позволяющих вырабатывать текстурированные нити на слабокрученных и даже некрученных нитях благодаря использованию эффекта пневмопереплетения элементарных нитей. Комплексная компактная текстурированная нить не нуждается в дальнейшей крутке и может перерабатываться на ткацких станках и трикотажных машинах.

Метод придания повышенной объемности нитям, заключающийся в обработке волокон турбулентными воздушными потоками впервые был разработан в 50-х годах фирмой "Ди Pont" (США) для синтетических нитей Cl] . Текстурированные нити из стекловолокна впервые получены фирмой Owenes Corning: Fiber glass Corporation, а также вырабатываются во Франции фирмой Verre Fextile de Saint geben в Японки"- фирмой Mitsui Co., Ltd. Работ по разработке технологии производства стеклянных текстурированных нитей в России проводились НПО "Стеклопластик" на основе бобинажно-перемоточной машины ВП-240 0, оборудованную'аэродинамическими приборами [23.

Ведущими фирмами, выпускающими пневмотекстурированные нити и оборудование для их получения, являются: " Е. I.du Pont de Nemous and Со" (США), "Heberlein Maschinenfabrik AG" (Швейцария), "Eltex Reut linger" (Германия), "Barmag Banner Maschinenfabrik AG" (Гер-

мания), "Crimpfil" (Великобритания), "Dietze fr Schell Maschinenfabrik GmbH" (Германия).

Немаловажное значение имеет процесс текстурирования стеклянных нитей, в связи с тем, что до сих пор он мало изучен. Считается, что для стеклянных нитей более приемлем метод пневмотекстури-рования, в виду специфических свойств стеклянных нитей.

Широкое внедрение текстурированных стеклонитей в производство имеет большое значение, так как позволяет значительно расширить область применения комплексных стеклянных нитей и ассортимент изделий вырабатываемых из них. Кроме �