автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологии и оборудования для стабилизации линейных размеров трикотажных полотен

На правах рукописи ЧЕНЬ МИНЧЖЭНЬ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН

Специальность 05.19.03. - Технология текстильных материалов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново -1998

№

Работа выполнена в Ивановской государственной текстильной академии.

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор Фролов В.Д,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Герасимов МЛ. кандидат технических наук Власов А.А.

Ведущее предприятие:

АООТ "Куровской текстиль", г.Куровское, Московская область.

Защита состоится " 13- " 1998 г.

в /f часов на заседании диссертационного совета К 063.33.01 в Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000 г.Иваново, пр.Ф Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан " /6 " О/**? 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

КУЛИДА Н.А.

АННОТАЦИЯ

Диссертационная работа посвящена вопросам исследования и разработки технологии и оборудования для стабилизации физико-механических свойств трикотажных полотен в процессе отделки.

В работе рассмотрены основные теоретические положения распределения давления по поверхиости полотна в процессе технологической обработки при санфоризации. Исследована деформация хлопчатобумажного трикотажного полотна и изучено влияние на нее основных технологических факторов. Предложен новый метод определения усадки трикотажного полотна и математической модели равновесного состояния х/б кулирной глади. Выявлены оптимальные параметры работы санфоризационной машины "ОРБ-Г(Китай).

Определены давление на поверхности полотна в процессе технологической обработки и усадка после отделки. Найдены технологические условия работы новой отделочной машины. Предложен новый метод контроля усадки путем оперативной коррекции усадки х/б трикотажного полотна за счет стабилизации длины нити в петле и получена математическая петельная модель и функциональная зависимость формы петли от величины усадки.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Настоящая научная работа выполнена в соответствии с планом внедрения законченных научпых исследований по программе "Основные направления экономического и социального развития КНР на 1990-1998 годы и на период до 2000 года", в которой указано, что одной из основных задач текстильщиков страны является увеличение выпуска хлопчатобумажного трикотажного полотна со

стабильными, устойчивыми размерами, в частности, после стирки путем уменьшения усадки до 1 %.

Актуальность научной работы состоит в том, что в связи с широким внедрением в текстильной промышленности производства трикотажных полотен и изделий из них, возникла необходимость повышения качества выпускаемой продукции и эффективности производства, связанного с повышением устойчивости геометрических параметров трикотажных полотен как в процессе вязания, отделки и эксплуатации, так и после стирки в бытовых и промышленных условиях.

Поэтому устранение нарушений в технологическом процессе вязания при петлеобразовании, отделке трикотажных полотен и изделий из пих, а также в процессе стирки является весьма актуальной задачей.

В связи с созданием технологии новых видов переплетений трикотажных полотеп, а также с раенгарепием ассортимента изделий требуется универсальная технология отделки, учитывающая связь между отдельными физико-механическими свойствами трикотажных полотен и изделий, а также зависимость этих свойств от параметров петель, их соотношения и изменения в процессе усадки.

Для этого необходимо решить теоретические и практические задачи, связанные со стабилизацией геометрических размеров трикотажных полотен в технологическом процессе.

Цель и задачи исследования. Главная цель научной работы состоит в создании технологии для получения хлопчатобумажных трикотажных полотен с улучшенными физико-механическими свойствами, со стабильными и устойчивыми геометрическими размерами при отделке в производственных условиях.

Решение этой задачи связано с теоретическим обоснованием способа активного термомеханического принудительного воздействия на трикотажное полотно с последующей деформацией и стабилизацией

геометрических параметров, получепием равповеспой структуры путем изменения формы петель с направленной ориентацией вдоль петельных столбиков.

Поставленная цель достигнута путем принудительной деформации трикотажного полотна с последующей стабилизацией структуры в технологическом процессе отделки; при этом решен ряд теоретических и прикладных задач:

1. Проведено комплексное изучение связи геометрических параметров трикотажного полотна и изделий из mix в процессе производства и изучено изменение характеристик петель.

2. Найдено изменение геометрических параметров трикотажного полотна в зависимости от характеристики петель и их свойств, которые обобщены и даны в виде программного обеспечения на ЭВМ.

3. Проведены теоретические расчеты и найдены зависимости изменения давления в обрабатываемом вязком трикотажном слое, которое коррелировалось с начальным давлением на внешнем крае поверхности, прямо пропорциональным скорости продвижения параллельных рабочих поверхностей и обратно пропорциональным кубу толщины вязкого слоя.

4. Теоретически рассчитано распределение давления по поверхности малоискривленных рабочих поверхностей усадочной машины при динамическом воздействии па вязкий трикотажный слой.

5. Разработана технология усадки в процессе принудительной деформации петель трикотажного полотна.

6. Найдены технологические возможности стабилизации геометрических параметров трикотажного полотна в процессе отделки в промышленных условиях.

7. Разработан новый метод определения усадки х/б трикотажного полотна.

8. Установлены математическая модель равновесного состояния и соотношение основных параметров структуры х/б переплетений.

Методы исследования. В теоретических исследованиях рассматриваемой задачи использованы математические методы дифференциального и интегрального исчисления, математического моделирования, методы теоретической и экспериментальной гидродинамики и статистические расчеты с применением теории вероятностей. Решение уравнений выполнено аналитическим методом. Основные теоретические положения, полученные в работе, подвергались экспериментальной провфке в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена с применением ЭВМ. Погрешности прямых и косвенных изменений вычислены с использованием методов математической статистики и теории погрешностей.

Научная новизна. В научной работе впервые получены следующие научные результаты:

- экспериментально найдены связи между нестабильностью геометрических параметров трикотажного полотна и изделий из них и изменением характеристик и свойств вязалой структуры;

- теоретически обоснованы зависимости изменения давления в обрабатываемом вязком трикотажном слое, коррелируемого с начальным давлением на внешнем крае поверхности, прямо пропорциональным скорости продвижения параллельных рабочих скоростей и обрат* но пропорциональным кубу толщины вязкого слоя;

- аналитически рассчитано распределение давления по поверхности малоискривленных рабочих органов усадочной машины при динамическом воздействии па вязкий трнкотажпый слой между ними;

- разработана технология усадки в процессе принудительной деформации петель трикотажного полотна;

- проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния технологических параметров на физико-механические свойства трикотажного полотна;

- разработан новый метод определения усадки хлопчатобумажного трикотажного полотна;

- разработана методика расчета рациональных параметров и проведена оптимизация конструктивных параметров рабочих органов усадочной машины БРЭ-Г в процессе отделки трикотажного полотна;

- получена математическая модель и соотношение основных параметров структуры хлопчатобумажных переплетений;

- экспериментально найдены параметры стабилизации геометрических размеров трикотажного полотна в процессе отделки в промышленных условиях.

Практическая ценность. Практическая ценность научной работы заключается в том, что теоретические результаты доведены до внедрения технологии стабилизации геометрических параметров трикотажного полотна в условиях производства на предприятиях Китайской Народной Республики - Уханьской первой трикотажной фабрике и НОАК "Генеральная фабрика № 3510".

Практическая часть диссертации включает промышленные испытания созданной технологии в составе поточной лшпш и внедрение ее в производство для получения устойчивых свойств готовой продукции с рентабельными потребительскими параметрами, что подтверждено актами на внедрение новой технологии и оборудования, позволившими снизить усадку до 1 % в бытовых условиях.

Совокупность результатов работы свидетельствует о стабильности геометрических параметров трикотажного полотна и улучшении потребительских свойств.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в производственных условиях предприятий Китайской Народной Республики в виде новой технологии и оборудования.

Результаты исследований используются в учебном процессе студентами и преподавателями в курсовых, дипломных работах и при выполнении научных исследований в Уханьском институте науки и техники.

Стабилизация геометрических параметров трикотажного полотна обеспечила значительный экономический эффект и позволила получить продукцию с более качественными характеристиками и потребительскими свойствами.

Апробация работы. Материалы по теме научной работы докладывались й получили одобрение на:

- международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности" ("Прогресс-95"),

- Иваново, ИГТА, 1995;

• ■»

Уханьской научно-технической конференции "Трикотаж-96" -Ухань, УКНТ (Уханьская комиссия науки и техники), 1996;

- Уханьской научно-технической конференции "Отделха-95" -Ухань, УКНТ, 1995;

- Пекинской научно-технической конференции "Отдешса-97" -Пекин, ПКНТ, 1997;

- Уханьской научно-технической конференции "Отделка-97" -Ухань, УКНТ, 1997;

- Уханьской научно-технической конференции "Прогресс-97" -Ухань, УТИ (Уханьский текстильный институт), 1997.

- расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА в 1998 году.

Публикации. По результатам выполненных работ опубликовано 17 печатных работ, 2 из которых опубликованы в центральном журнале "Известия вузов. Технология текстильной промышленности", остальные - в межвузовских сборниках научных трудов Ивановской государственной текстильной академии и Уханьского института науки и техники.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4-х глав с выводами, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 90 наименований и приложений.

Основное содержание изложено на 189 страницах, иллюстрировано 61 рисунком и включает 40 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование выбора темы, доказывается ее актуальность, формулируются цепь и основные задачи исследования, описаш!е элементов научной новизны, практическая ценность результатов работы.

В первой главе проводится анализ источников информации, посвященных теоретическому и экспериментальному исследованию процессов формирования хлопчатобумажного трикотажного полотна и процессов его деформации.

В технологическом процессе нашли отражение способы уменьшения усадки х/б трикотажных полотен, а именно, химической стабилизации мерсеризации и щелочной усадки, естественной усадки х/б трикотажного полотна в результате ее увлажнения и сушки без натяжения, механической усадки трикотажного полотна,Рассмотрение этих вопросов связано с уменьшением усадки трикотажного полотна не более,чем на 1 %.

Во второй главе рассмотрены основы механизма деформации и равновесного состояния хлопчатобумажного трикотажа, определены параметры технологии и способы отделки для уменьшения усадки х/б трикотажного полотна до 1 %. Проведен анализ теории технологического процесса усадочной машины для продольного сжатия и установлены условия обработки х/б трикотажного полотна. Определена максимальная сипа трешга, действующая при воздействии подвижных поверхностей барабанов.

В результате исследований получены исходные данные для изучения механизма деформации и равновесного состояния хлопчатобумажного трикотажа: процессы релаксации значительно ускоряются при стирке, замачивании трикотажа, когда ослабляется межмолеку-лярпое взаимодействие и усиливается энергия теплового движения. Вследствие этого происходит значительное изменение геометрических параметров элементарных звеньев н параметров структуры, известное в практике как явление усадки. Разработан способ безусадочной отделки (продольное сжатие), при котором благодаря вибрационным и сжимающим воздействиям смещаются коптактпые точки петель, вследствие чего уменьшается сопротивление перемещению нитей, ослабляются внешние межнитевые связи, и релаксационный процесс деформации трикотажа резко ускоряется.

Рассмотрены две слабоискривленные и приблизительно параллельные поверхности, одна из которых в форме барабана 1 (рисЛ) движется, а другая в виде башмака 2 неподвижна. Между ними помещается текстильное переувлажненное полотно 3. Учитывая реальный технологический процесс на участке длиной /, имеющем форму клина, полагаем, что при распределении скоростей в слое полотна и жидкости

и имеем:

5Р 2,-

vx = ~y2/2^ + Cly+c2 (i)

и зависимость h(x) примет вид:

h = h0 + [(hj — h0) / ¿]x. (2)

Максимум давления достигается в слое точкой х0п (рис.2):

о,\б/л0е

■•max — <2 ' "'

"О

С учетом К = (hi-hj)/ho = 1,2 максимальная сила трения

F^ »0/75nvo¿ /h0. (4)

Дальше рассматриваем две цилиндрические поверхности в зонах I-I и 11=11 (рис.3). Для получения уравнений движения используем уравнение вязкой жидкости:

= f = 0, = (5)

цдс га дз

С учетом скорости колеблющейся поверхности вязкой среды и граничных условий Vx = Vz = 0 и Vy — U при х=0 найдем силу трения Рм на еднницу подвижной поверхности:

д*

Р(Ы)У = = -ku^ctgkh,

а на неподвижной поверхности Рц.п:

Принимая за основу внутренний радиус, получаем градиент скорости г (дч/дс) и путем интегрирования определяем момент вязких сил на радиальном расстоянии:

где т| - коэффициент вязкости.

Для сектора !-I в пределах 60°, то есть 1/6 от кольца вязкой среды, момент вязких сил:

Для сектора II - II в пределах 60°, то есть 1/6 от кольца вязкой среды, на его внешней стороне с радиусом Г1 момент вязких сил составит:

2 _ гУ Мп-д^тдауД/ 2 (7)

(г,2-г2)

где т) - коэффициент вязкости, о - частота;

О - постоянная скорость вязкого кольца на радиусе Г1. Исключая из вышеприведенных уравнений момент вязких сил, находим угловую скорость со для любого радиуса через г, Г1 и О . Тогда получим выражение для градиента скорости в виде:

А "1/Г2-1/Г,2"

Эксперименты, проведенные на основе данной теории, показали, что распределение давления по поверхности полотна зависит от скорости полотна, длины клина, величины зазора и прямо пропорционально скорости прижима.

Рис. 2

Рис.4

Третья глава посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса оптимизации производственных параметров отделочной машины, согласно схеме технологического процесса.

0(уг) - 2,6+0,3x1 -0,15X2-0,08X3-0,05X4+0,26X1X2-0,024X1X3-

-0,026X1X4-0,026X2X3-0,024X2X4+0,026X3X4;

#3(Ув)=2,4-0,2x1-0,03x2-0,15хз+0,04х4+0,003х1хг+0,003хзх4,

где XI - фактор опережения скорости; Хг - фактор разности ширения; хз - фактор температуры барабана; Х4 - фактор температуры пара;

$3(Уг) - усадка трикотажа по ширине; ф(Ув) - усадка трикотажа по длине.

Выявлены оптимальные значения технологических параметров отделочной усадочной машины для продольного сжатия при соотношении скоростей прохождения полота па входе и выходе

(V = (У| - У2) / V! • 100% = 12%), величине ширения (ЛБ= 3,75 см),

температуре барабана СП = 170°С), температуре пара (Тг = 90°С). Получены оптимальные усадки: по горизонтали Уг = 2,34 % и по вертикали Ув = 0,98 %. При этом получены запроектированные показатели усадки по вертикали порядка 1 %.

В четвертой главе исследован новый метод определения усадки хлопчатобумажного трикотажного полотна. Деформация усадки трикотажного полотна предусматривает сокращение геометрических размеров по ширине и длине полотна. Изменение параметров трикотажного полотна во методу массы и площади определяется:

Р^ЮО-^/О^О; 100-10(100-Рк)1/2 (8) где Вс - усадка по площади полотна, %; Ц - линейная усадка полотна, %; в! - масса круга полотна площадью 100 см2; (Зг - масса круга полотна площадью 50 см2.

Метод эллипса является основным направлением для определения деформации х/б трикотажного полотна при помощи вычерчивания круга площадью 100 см2. После стирки контур круга превращается в эллипс, откуда можпо пайти главное максимальное напряжение трикотажного полотна с указанием направления на эллипсе при двухосном напряженном состоянии.

Запишем условие пластичности Мизеса:

(<yl-o2)z + (a2-a3)2+(a3-alf^2Y1. (9)

которое при 0з=О упрощается: Oj2 — Oja2 +022 =Y2.

Если оси декартовых координат направлены по O0i и ОСГг (рис.4а,б), то уравнение (9) описывает уравнение эллипса. Дифференцируя (9), получим:

^-(20! - a2) + 2Cj - О, = 0. ¿70!

Если d(J2 I = 0 , то 0j = 02 / 2 . Тогда уравнение (9) принимает вид:

Р2 t т2 _Л

Y2+(Y/V3)2

где P^-COj + O^; Oj =Ул/3/3; 02 = 2Гл/3/3;

■\т2 2 2 2 1 / ч

У = 0, -0Jс2 + <*2 ;

Проведено исследование математической модели равновесного состояния х/б кулирной глади на ЭВМ и получены уравнения:

I: у1 = 231,74 + 4,68х+0,024х2; II: у1х ~ 11,23 - 1,04х + 0,021х2; III: уш = 321,87-0,138х2 -0,014х2;(Ю) IV: у1У = 26,43+0,69х + 0,02х2; У:уу = 172,23-2,67х + 0,01х2;

где х - горизонтальные координаты петли на ось;

у - вертикальные координаты петли на ось.

Получены взаимосвязи между величинами А, В, б и I, согласно функции: I = Г (А, В, 6),

где I - длина нити в петле, мм; А - петельный шаг, мм; В - высота петельного ряда, мм; ¿1 - толщина (диаметр) нити, мм.

Определены функциональные взаимосвязи:

А = 0,28£ - 0,3 5(1; В = 0,543^ -1,46(1.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ литературных источников и опыт промышленности показали, что существующие способы обработки трикотажного полотна с целью снижения потребительской усадки, как то: использование смолы, уменьшение натяжения, мерсеризация, расправка, сушка-каландрирование, вибрационный метод, метод предельного сжатия и способы химической отделки, имеют недостатки. Происходит ухудшение эксплуатационных качеств полотна: деформация полотна и ухудшение его внешнего вида. Поточные линии конструктивно и технологически сложны.

2. Решены теоретические и практические задачи, связанные со стабилизацией геометрических размеров трикотажных полотен в техноло-

гическом процессе. При этом использованы комбинированные методы: термо-гидрообрабопси, сушки и механического принудительного воздействия па трикотажпое полотно.

3. Аналитический и практический анализ показывают, что обобщенная схема трикотажного полотна представляет собой гиперболу, где средняя наиболее выпуклая часть представляет двухмерное растяжение, а асимметрически приближающиеся к осям концы - одномерное растяжение и основным критерием является изучение формы петель.

4. Напряженное состояние хлопчатобумажного трикотажного полотна зависит, в основном, от свойств пряжи, ее переплетения и технологии отделки и в пределах общей упругости; вязкоупругая (высокоэластичная) медпеннообратимая часть деформации связана с выравниванием напряжения в элементарных звеньях структуры; в зависимости от всего поля и давления в ней преобладают силы трения-сцепления или трения-скольжения.

5. Равновесное состояние трикотажного полотна характеризуется коэффициентом соотношения петельного шага и высотой петельного ряда, которое улучшается с увеличением кинетической энергии сегментов, способствующих возврату в равновесное состояние, и при этом эффект зависит от термодинамики и гидродинамики.

6. Значительную роль в технологическом процессе усадки играет механическое сжатие полотна в направлении петельных столбиков, при этом полотно задерживается в клинообразной зоне - "горячий башмак - подающий вал" с максимальной силой трения, зависящей от геометрических параметров клиновидного слоя и давления. Таким образом, теоретические расчеты показывают, что закон изменения давления в обрабатываемом вязком слое зависит от начального давления на внешнем крае поверхности, прямо пропорционального скорости при-

жима, расстоянию параллельных рабочих поверхностей и обратно пропорционального кубу толщины вязко-упругого слоя.

7. По результатам экспериментальных исследований дана оценка эффективности технологического процесса по переходам отделочного производства: отварка и отбелка, запаривание и усадка продольного сжатия; при этом эффективность каждого технологического перехода оценивалась по основному критерию: длине пряжи в петле путем сравнительного анализа, как на входе отдельного перехода, так и на выходе после завершения перехода на различном ассортименте трикотажного полотна. Достоверность исследований подтверждена двумя по-вторностями в пределах 0,95 по критерию Сгьюдента и Кочрена. Надежность эксперимента подтверждена проверкой техпологического процесса по переходам по второму критерию: поверхностной плотности как на входе каждого перехода, так и на выходе, что позволило установить эффективность каждого перехода и выявить основные технологические параметры.

8. Определены оптимальные технологические условия обработки хлопчатобумажного трикотажного полотна:

• время нахождения во влажной среде - 4 е.;

-разность скоростей трикотажного полотна на входе и выходе-12%;

- ширение - 3,25 см;

- температура вала - 170°С;

- температура среди - 90°С;

- усадка по горизонтали - 2,34 %;

- усадка по вертикали - 0,98 %.

9. Предложен новый метод определения усадки, который показывает, что деформация сжатия трикотажного полотна происход ит во все стороны, и крулый образец переходит в эллипсоидальный образец.

10. Получена достоверная математическая модель равновесного состояния хлопчатобумажного трикотажного переплетения на ЭВМ. Ее достоверность больше 98 %.

И. Получены трикотажные полотна, которые в процессе эксплуатации показали усадку около I %.

12. Исследования структуры петель на ЭВМ и методом эллипса являются важнейшим фактором, определяющим качественные характеристики трикотажного полотна в процессе усадки.

Материалы диссертации отражены в следующих публикациях

I

1. Фролов В.Д., Чень Минчжэнь. Распределение давления по поверхности полотна в процессе технологической обработки / Изв.вузов. Техн.текст.пром-сти. -1994. - № 3. -С.47-50.

2. Фролов В.Д., Чень Минчжэнь. Технологическая обработка текстильного полотна между цилиндрическими поверхностями / Изв. вузов. Техн.текст.пром-сти. -1994, - № 4. -С.45-49.

3. Чень Минчжэнь, Фролов В,Д. Технические условия обработки х/б трикотажного полотна / Межвузовский сборник научных трудов -Иваново, 1994, -С.217-221.

4. Чень Минчжэнь, Фролов В.Д. Деформация трикотажных полотен в процессе технологической обработки / Межвузовский сборник научных трудов - Иваново, 1994.

5. Чень Минчжэнь, Фролов В.Д. Технологические условия обработки х/б трикотажного полотна для уменьшения усадки I Современные тенденции развития технологии и техники текстильного производства ("Прогресс-93"): Тез. докл.междунар.научно-технической конференции - Иваново, 1993. -С.107.

6. Чень Минчжэнь. Исследование технологии крашения активными красителями с выдержкой в холодном состоянии для х/б трикотажного полотна / Изв.вузов. Известия Уханьского текстильного института, 1996. - № 01 (Китай). -С.37-41.

7. Чень Минчжэнь. Исследование реагентов обработки с выдержкой в холодном состоянии х/б трикотажного полотна / Изв.вузов. Известия Уханьского текстильного института, 1996. - № 01 (Китай). -С .39-43.

8. Чень Минчжэнь. Конструирование и образование х/б начесанного с двух сторон трикотажа / Хубэйская трикотажная промышленность, 1997 - № 01 (Китай). -С.25-28.

9. Чень Минчжэнь. Применение растворителей - полиэфируренат в х/б трикотажной отделке / Хубэйская трикотажная промышленность, 1997 -№ 01 (Китай). -С.41-44.

10. Чень Минчжэнь. Технология и оборудование тиснения по шаблонам с утюжкой для шерстяной фуфайки / Хубэйская трикотажная промышленность, 1997 - №01 (Китай). -С.43-47.

11. Чень Минчжэнь. Эксплуатация искусственного белкового волокна / Хубеньская трикотажная промышленность, 1997 - № 02 (Китай).-С.17-19.

12. Чень Минчжэнь. Отделка шерстяного трикотажного полотна и изделий с тиснением / Изв.вузов. Известия Уханьского текстильного института, 1997. - № 02 (Китай). -С.43-47.

13. Чень Минчжэнь. Получение математической модели равновесного состояния х/б трикотажного переплетения на ЭВМ / Извлузов. Известия Уиньского университета, 1997. - № 4 (Китай). -С.53-57.

14. Чень Минчжэнь. Получение отношений функции основных параметров структуры х/б трикотажного переплетения на ЭВМ / Изв. вузов. Известия Уиньского университета, 1997. - № 5 (Китай). -С.51-55.

15. Чень Минчжэнь. Определение оптимальных производственных параметров варочно-беленого однованнового способа для х/б трикотажа с применением метода ортогонального регрессионного планирования эксперимента / Сборник научн.трудов.-УТИ (Китай), 1995.-№ 01. -С.7-11.

16. Чень Минчжэнь. Исследование нового оборудования с выдержкой трикотажа в холодном состоянии / Трикотажная промышленность, 1997. - №01 (Китай). -С.23-27.

17. Lu Bi Tai, Chen Ming Zhen. Assesment of Polyurethanes Prepolymer Water Loving Finish and Its Effect on Polyester. Journal of Textile Rasearch (China). -1993.11.-C.79-83.

Подписано в печать 15.10.98г. Формат 60x84 1/16. Усл. п. л. 1,16. Уч.-изд. л. 1,1.1. Тираж 80 экз.

61- 99-5/656 - 5

ИВАНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

Чень Минчжэнь

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН

Специальность 05.19.03. - Технология текстильных

материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Доктор технических наук

профессор В.Д.ФРОЛОВ

Иваново -1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................5

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ..........................6

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СОВРЕМЕННОЙ ОТДЕЛКЕ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН И ИЗДЕЛИЙ..........и

1.1.Теоретические исследования по усадке х/б трикотажа .... 13

1.2.0бщие методы малоусадочной отделки........................18

1.3.Методы химической малоусадочной отделки..................19

1 АМетоды и технология механической малоусадочной отделки 24

1.5,Выводы по главе .........................31

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСАДКИ ХЛОПЧАТОБУМАЖНЫХ ТРИКОТАЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ..........32

2.1 .Технология и работа усадочной машины для продольного

сжатия..........................................32

2.1.1.Растяжение трикотажного полотна......................32

2.1.2.Деформация трикотажных полотен в процессе отделки 35

2.2.Методы безусадочной отделки х/б трикотажного полотна . 47

2.3.Распрсделение давления по поверхности полотна в процессе технологической обработки....................................53

2.4.Технологическая обработка текстильного полотна между цилиндрическими поверхностями............................61

2.5.Экспериментальные исследования давления на поверхности

полотна в процессе технологической обработки..............69

2.5.1 .Определение распределения давления по поверхности

полотна........................................69

2.5.2.0пределение усадки х/б трикотажного полотна, проведенного между подвижными барабанами и неподвижным башмаком..............................................75

2.6.Выводы по главе................................................77

III. МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ОБРАБОТКА ПАРАМЕТРОВ (ДАННЫХ)........ 79

3 Л Экспериментальные исследования по обработке х/б трикотажного полотна различными растворами.......... 79

3.1 Л .Отваривание и беление х/б трикотажного полотна ... 79

3.1.2.Непрерывный запарной способ беления гипохлоритом натрия и пероксидом водорода..............81

3.1.3.Мерсеризация х/б трикотажного полотна .......83

3.2,Определение геометрических размеров и их соотношений . . 88 З.З.Экспериментальные разработки по запариванию х/б трикотажного полотна.........................102

3.3.1 .Экспериментальное оборудование............102

3.3.2.Статистический анализ по эксперименту.........103

3.3.3 Экспериментальные исследования по компрессии х/б

трикотажного полотна...................105

ЗАЭкспериментальные исследования на усадочной машине для продольного сжатия.......................107

3.4.1. Проведение эксперимента на машине DPS-I (КНР) . . 107

3.4.2.Многофакторный анализ и условия проведения эксперимента .......................... 109

3.5.Методика планирования эксперимента и обработка данных 114

3.6.Поиск оптимальных параметров процесса усадки х/б трикотажа................................ 121

3.7.Выводы по главе ......................... 124

IV. НОВЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСАДКИ Х/Б ТРИКОТАЖНОГО ПОЛОТНА И ПОЛУЧЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАВНОВЕСНОГО СОСТОЯНИЯ Х/Б КУЛИ РНОЙ ГЛАДИ.........................126

4.1 .Новый метод определения усадки хлопчатобумажного

трикотажного полотна....................126

4.1.1 .Определение сокращения х/б трикотажного полотна

по методу массы и площади ...............128

4.1.2.Метод эллипса - прямой путь определения деформации

х/б трикотажного полотна................ 128

4.1.3.Методика эксперимента ................. 131

4.1.4.Плоские напряженные состояния при формировании из листового материала................... 133

4.1 ^.Сравнительный анализ классического эксперимента и

нового метода определения усадки........... 134

4.2,Определение равновесного состояния х/б кулирной глади на ЭВМ ...............................137

4.3. Корректировка данных и получение математической модели х/б глади........................... 143

4.4.Проверка математической модели х/б глади.........146

4.4.1 .Получение отношения функции Г(7)=Г(АДс1)......146

4.4.2. Проверка отношений параметров............156

4.4.3.Пространственная математическая модель равновесного состояния х/б кулирной глади.............157

4.5.Выводы по главе ........................160

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............162

ЛИТЕРАТУРА ............................165

ПРИЛОЖЕНИЯ............................173

ВВЕДЕНИЕ

Трикотажные полотна все шире применяются в качестве предметов быта и изделий из одежды, а также в различных отраслях техники. Хороший внешний вид трикотажных изделий, удобство их в употреблении, несминаемость, воздухопроницаемость, теплозащитные и другие потребительские свойства обеспечивают их быстрое распространение в быту и других отраслях.

В технологии и технике вязания трикотажа сделан крупный шаг вперед по сравнению с традиционными видами производства текстильных полотен, например, по сравнению с производством текстильных изделий методом ткачества, так как современная технология вязания во много раз более производительна, чем ткацкий станок.

Однако, трикотажные полотна и изделия из них имеют существенные недостатки, главным из которых является недостаточная устойчивость геометрических размеров, нестабильность структуры после вязания в процессе усадки полотен и изделий из них, которые после стиркк иногда имеют усадку, достигающую 20 %.

Этот недостаток хлопчатобумажного трикотажа, в основном, обусловлен нарушением технологического процесса вязания в производственных условиях. Рыночные отношения и конкуренция на рынках сбыта значительно повысили требования, предъявляемые к потребительским свойствам х/б трикотажных изделий.

Поэтому создание стабильной структуры и геометрических размеров в процессе усадки, а также новых видов переплетений в трикотажных полотнах и изделиях из них практически имеет неограниченные возможности изменения потребительских свойств и значительно расширяет ассортимент.

В настоящий момент недостаточно изучена взаимная связь между отдельными свойствами трикотажных изделий, а также зависимость этих свойств от параметров, определяющих структуру петель, их соотношение и изменение в процессе усадки.

Наименее изученным вопросом является устойчивость размеров трикотажных изделий, их усадки, особенно после стирки.

До настоящего времени не было получено достаточно теоретических и экспериментальных данных в области изучения усадки хлопчатобумажных трикотажных изделий. Основные исследования в этой области провели проф. И.И.Шалов, проф. А.С.Далидович (Россия), проф. Монден (Англия).

Значительный интерес в теории и практике представляют вопросы исследования связи физико-механических свойств трикотажных изделий с его структурой, ее изменениями в трикотажном производстве в процессе отделки, эксплуатации и главным образом после стирки.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Настоящая научная работа выполнена в соответствии с планом внедрения законченных научных исследований по программе "Основные направления экономического и социального развития КНР на 1990-1998 годы и на период до 2000 года", в которой указано, что одной из основных задач текстильщиков страны является увеличение выпуска хлопчатобумажного трикотажного полотна со стабильными, устойчивыми размерами, в частности, после стирки путем уменьшения усадки до 1 %.

Актуальность научной работы состоит в том, что в связи с широким внедрением в текстильной промышленности производства трикотажных полотен и изделий из них, возникла необходимость повышения качества выпускаемой продукции и эффективности производства,

связанного с совершенствованием технологических процессов, в том числе с недостаточной устойчивостью геометрических параметров трикотажных полотен как в процессе вязания, отделки и эксплуатации трикотажных изделий, так и после стирки в бытовых и промышленных условиях.

Поэтому устранение нарушений в технологическом процессе вязания при петлеобразовании, при отделке трикотажных полотен и изделий из них, а также в процессе стирки является весьма актуальной задачей.

В связи с созданием технологии новых видов переплетений трикотажных полотен, а также с расширением ассортимента изделий требуется универсальная технология отделки, учитывающая связь между отдельными физико-механическими свойствами трикотажных полотен и изделий, а также зависимость этих свойств от параметров петель, их соотношения и изменения в процессе усадки.

Для этого необходимо решить теоретические и практические задачи, связанные со стабилизацией геометрических размеров трикотажных полотен в технологическом процессе.

Цель и задачи исследования. Главная цель научной работы состоит в создании технологии для получения улучшенных физико-механических свойств хлопчатобумажных трикотажных полотен и изделий из них со стабильными и устойчивыми геометрическими размерами при отделке в производственных условиях.

Решение этой задачи связано с теоретическим обоснованием способа активного термомеханического принудительного воздействия на трикотажное полотно с последующей деформацией и стабилизацией геометрических параметров с получением равновесной структуры путем изменения формы петель с направленной ориентацией вдоль петельных столбиков.

Поставленная цель достигнута путем принудительной деформации трикотажного полотна с последующей стабилизацией структуры в технологическом процессе отделки; при этом решен ряд теоретических и прикладных задач:

1. Проведено комплексное экспериментальное изучение связи между нестабильностью геометрических параметров трикотажного полотна и изделий из них в условиях производства, эксплуатации с изменением характеристик петель и свойств на тех же этапах.

2. Найдено изменение геометрических параметров трикотажного полотна в зависимости от характеристики петель и свойств, которые обобщены и даны в виде программного обеспечения на ЭВМ.

3. Проведены теоретические расчеты и найдены зависимости изменения давления в обрабатываемом вязком трикотажном слое, которое коррелировалось с начальным давлением на внешнем крае поверхности, прямопропорциональным скорости продвижения параллельных рабочих поверхностей и обратнопропорциональным кубу толщины вязкого слоя.

4. Теоретически рассчитано распределение давления по поверхности малоискривленных рабочих поверхностей усадочной машины при динамическом воздействии на вязкий трикотажный слой.

5. Разработана технология усадки в процессе принудительной деформации петель трикотажного полотна.

6. Найдены технологические возможности стабилизации геометрических параметров трикотажного полотна в процессе отделки в промышленных условиях.

7. Разработан новый метод определения усадки х трикотажного полотна.

8. Установлены математическая модель равновесного состояния и отношение основных параметров структуры х/б переплетений.

Методы исследования. В теоретических исследованиях рассматриваемой задачи использованы математические методы дифференциального и интегрального исчисления, математического моделирования, методы теоретической и экспериментальной гидродинамики и статистические расчеты с применением теории вероятностей. Решение уравнений выполнено аналитическим методом. Основные теоретические положения, полученные в работе, подвергались экспериментальной проверке в производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена с применением ЭВМ. Погрешности прямых и косвенных изменений вычислены с использованием методов математической статистики и теории погрешностей.

Научная новизна. В научной работе впервые получены следующие научные результаты:

- экспериментально найдены связи между нестабильностью геометрических параметров трикотажного полотна и изделий из них и изменением характеристик и свойств вязаной структуры;

- теоретически обоснованы зависимости изменения давления в обрабатываемом вязком трикотажном слое, коррелируемого с начальным давлением на внешнем крае поверхности, прямопропорциональ-ным скорости продвижения параллельных рабочих скоростей и об-ратнопропорциональным кубу толщины вязкого слоя;

- аналитически рассчитано распределение давления по поверхности малоискривленных рабочих органов усадочной машины при динамическом воздействии на вязкий трикотажный слой между ними;

- разработана технология усадки в процессе принудительной деформации петель трикотажного полотна;

- проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния технологических параметров;

- разработан новый метод определения усадки хлопчатобумажного трикотажного полотна;

- разработана методика расчета рациональных параметров и проведена оптимизация конструктивных параметров в процессе отделки трикотажного полотна на машине ЭР8-1;

- получена математическая модель и отношение основных параметров структуры хлопчатобумажных переплетений;

- экспериментально найдены параметры стабилизации геометрических размеров трикотажного полотна в процессе отделки в промышленных условиях.

Практическая ценность. Практическая ценность научной работы заключается в том, что теоретические результаты доведены до внедрения технологии стабилизации геометрических параметров трикотажного полотна в условиях производства путем его принудительной деформации с последующей обработкой в отделочном производстве на предприятиях Китайской Народной Республики - Уханьской первой трикотажной фабрике и НОАК "Генеральная фабрика № 3510".

Практическая часть диссертации включает промышленные испытания созданной технологии в составе поточной линии и внедрение ее в производство для получения устойчивых свойств готовой продукции с рентабельными потребительскими параметрами, что подтверждено актами на внедрение новой технологии и оборудования, позволившими снизить усадку до 1 % в бытовых условиях.

Совокупность результатов работы свидетельствует о стабильности геометрических параметров трикотажного полотна и улучшении потребительских свойств.

Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены в производственных условиях предприятий Китайской Народной Республики в виде новой технологии и оборудования.

Результаты исследований используются в учебном процессе студентами и преподавателями в курсовых, дипломных работах и при выполнении научных исследований в Уханьском институте науки и техники.

Стабилизация геометрических параметров трикотажного полотна обеспечила значительный экономический эффект и позволила получить продукцию с более качественными характеристиками и потребительскими свойствами.

Апробация работы. Материалы по теме научной работы докладывались и получили одобрение на:

- международной научно-технической конференции "Проблемы развития малоотходных ресурсосберегающих экологически чистых технологий в текстильной и легкой промышленности" ("Прогресс-95"), - Иваново, ИГТА, 1995;

- Уханьской научно-технической конференции "Трикотаж-96" -Ухань, УКНТ (Уханьская комиссия науки и техники), 1996;

- Уханьской научно-технической конференции "Отделка-95" -Ухань, УКНТ, 1995;

- Пекинской научно-технической конференции "Отделка-97" -Пекин, 1ГКНТ, 1997;

- Уханьской научно-технической конференции "Отделка-97" -Ухань, УКНТ, 1997;

- Уханьской научно-технической конференции "Прогресс-97" -Ухань, УТИ (Уханьский текстильный институт), 1997.

- расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА в 1998 году.

Публикации. По результатам выполненных работ опубликовано 17 печатных работ, 2 из которых в центральном журнале "Извес-тия вузов.Технология текстильной промышленности", остальные - в меж-

вузовских сборниках научных трудов Ивановской государственной текстильной академии и Уханьского института науки и техники.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав с выводами, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 90 наименований и приложения.

Основное содержание изложено на 189 страницах, иллюстрировано 61 рисунком и включает 40 таблиц.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СОВРЕМЕННОЙ ОТДЕЛКЕ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН И ИЗДЕЛИЙ

1.1. Теоретические исследования по усадке х/б трикотажа

В настоящее время в отделочном производстве с целью уменьшения потребительской усадки трикотажное полотно подвергается обработке на специальных усадочных машинах.

Способы активного механического воздействия на трикотаж с целью получения максимальной усадки подразделяются на компрессионные, связанные с принудительной деформацией трикотажа, и инерционные, основанные на использовании сил инерции. Как компрессионные, так и инерционные способы направлены на достижение равновесной структуры трикотажного полотна путем изменения формы петель, получивших повышенную ориентац�