Разработка оптимальных технологических параметров изготовления компактной упрочненной пряжи для тканей технического назначения

Актуальность работы В настоящее время одной из ключевых задач, поставленной перед текстильной промышленностью Российской Федерации, является интенсификация сырьевых ресурсов отрасли. По-прежнему лидирующим сырьевым компонентом в мировом балансе текстильного сырья, и в Российской Федерации в частности, продолжает оставаться хлопковое волокно. Мировое потребление хлопкового волокна по прогнозам «Международного консультативного комитета по хлопку» (МККХ) в 2009;2010 сезоне будет превышать производство, что свидетельствует об актуальности задачи интенсификации сырьевых ресурсов.

Перспективой для изменения свойств натуральных и химических волокон является использование нанотехнологий. Обработка полимерных соединений, составляющих структуру натурального волокна, на нано уровне позволяет не только устранить природные дефекты, но и создавать новые, качественно отличающиеся, свойства.

Применение компактной пряжи, обладающей рядом преимуществ, в сравнении с обычной, является перспективным направлением при производстве трикотажных, тканых изделий, особенно для тканей технического назначения. Это связанно, прежде всего, с ее особыми свойствами: повышенной прочностью и другими показателями. Использование комбинаций основных свойств компактной пряжи позволяет не только повысить качество тканей и изделий бытового назначения, вырабатываемых из высокосортного хлопка, но и открывает перспективы для эффективного использования низкосортного сырья при выработке тканей технического назначения для средств защиты и пошива спецодежды.

В связи с этим одно из наиболее перспективных направлений развития техники и технологии хлопкопрядильного производства в Российской Федерации, связанно с применением компактного прядение.

В настоящее время небольшое количество работ посвящено изучению вопросов производства компактной упрочненной пряжи для тканей бытового назначения. Проведенный анализ научной литературы и патентный поиск позволили подтвердить актуальность темы, ее практическую значимость, а также позволили сделать вывод о том, что исследования по выработке тканей технического назначения с использованием компактной упрочненной пневмомеханической пряжи не проводились.

Поэтому разработка оптимальных технологических параметров изготовления компактной упрочненной пряжи для тканей технического назначения является актуальной научной задачей.

Цель и задачи работы Целью диссертационной работы является разработка устройства и оптимальных технологических параметров изготовления компактной упрочненной пряжи для тканей технического назначения, теоретическое обоснование модификации структурных физико-механических свойств пневмомеханической пряжи выработанной по технологии компактного прядения.

Основными задачами исследования являются:

— разработка классификации и выбор на ее основе наиболее перспективных способов изготовления компактной пряжи;

— разработка и создание устройства для производства компактной пряжи;

— установление технологических параметров изготовления компактной упрочненной пряжи на отечественном оборудовании;

— получение математических моделей влияния технологических параметров и параметров заправки прядильной машины на основные физикомеханические свойства пряжи;

— оптимизация технологических процессов изготовления компактной упрочненной пряжи;

— анализ повреждаемости компактной упрочненной пряжи при выработке технических тканей на ткацком станке;

— разработка методик по анализу и оценки структурных физикомеханических свойств пряжи.

Методы исследования В диссертации использовались традиционные методы исследований основных физико-механических свойств волокон и пряжи. При проведении теоретических исследований использованы математические методы дифференциальной геометрии, дифференциального и интегрального исчислений и методы прикладной механики нити.

В экспериментальных исследованиях использованы методы:

— определения неровноты полуфабрикатов и пряжи по линейной плотности на лабораторном компьютерном комплексе USTER TESTER — 4SE;

— определения неровноты полуфабрикатов и пряжи по линейной плотности на лабораторном комплексе KJIA-2;

— определения характеристик свойств пряжи с использованием универсальной испытательной системы «Инстрон» серии 4411;

— определения ворсистости пряжи методом сканирования образцов.

При проведении экспериментальных исследований и обработке экспериментальных данных использованы методы математического планирования эксперимента, установления причинно-следственных связей на основе бинарной причинно-следственной теории информации и функционального аппарата прикладной статистики.

Основные этапы исследования выполнены с применением программных комплексов для ПЭВМ:

— статистический анализ данных, математическое планирование эксперимента, поиск оптимальных параметров с использованием пакетов STATISTICA, MS Excel, MathCAD и MATLAB;

— разработка конструкций устройств и экспериментального стенда, обработка графических изображений с использованием пакета Компас 3D.

V7.0.

Экспериментальные исследования проводились на действующем технологическом оборудовании в производственных условиях и учебной лаборатории кафедры прядения хлопка МГТУ имени А. Н. Косыгина и ОАО «Измайловская мануфактура».

Научная новизна При выполнении работы впервые:

— разработана классификация устройств и способов получения компактной упрочненной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах;

— разработаны конструкции устройств для получения компактной пряжи;

— получены математические модели, характеризующие влияние технологических параметров изготовления компактной упрочненной пневмомеханической пряжи на ее физико-механические свойства;

— проведена оценка повреждаемости компактной упрочненной пряжи при выработке технических тканей на ткацком станке;

— разработаны методики по анализу и оценки структурных физико-механических свойств пряжи.

Практическая значимость работы.

Данная работа проводилась в рамках НИР ГОУВПО «МГТУ имени А.Н. Косыгина» по гранту молодых исследователей 2007 г. (шифр темы 07— 603−12) «Разработка и исследование процессов получения компактной упрочненной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах», а также по госбюджетным НИР: (шифр темы 03−605−12) «Разработка теоретических основ и способа получения упрочненной хлопчатобумажной пряжи на кольцевых прядильных машинах», (шифр темы 06−630−12) «Разработка метода прогнозирования свойств пряжи от свойств хлопкового волокна различных селекционных сортов с учетом изменения его свойств в процессе переработки».

Результатами теоретических и экспериментальных исследований, явилась разработка оптимальных технологических параметров изготовления компактной упрочненной пряжи для тканей технического назначения, позволяющая отечественным текстильным предприятиям повысить качество и потребительские свойства готовой продукции, а также наиболее рационально использовать свои сырьевые ресурсы. Результаты работы могут быть использованы в учебном процессе.

1 АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ И СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПАКТНОЙ УПРОЧНЕННОЙ ПРЯЖИ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Разработана классификация способов получения компактной упрочненной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах, определены и проранжированы основные физико-механические свойства пряжи, применяемой для выработки тканей технического назначения.

2. Разработана и предложена конструкция стержневого интенсификатора крутки, устанавливаемого соосно внутри прядильной камеры пневмомеханических прядильных машин, для механического уплотнения, упрочнения пряжи и снижения ее квадратической неровноты по линейной плотности, обрывности и ворсистости.

3. Получены математические модели, показывающие влияние технологических параметров формирования на основные свойства компактной упрочненной пряжи, определены оптимальные технологические параметры заправки прядильной машины.

4. Максимальное увеличение абсолютной разрывной нагрузки с 180 сН для контрольного образца, выработанного на пневмомеханических прядильных машинах, до 195 сН достигнуто при использовании предложенного стержневого интенсификатора крутки и обработки упрочняющим веществом на основе хитозана.

5. При воздействии на пряжу упрочняющим веществом на основе (акрилокси)пропилтриметоксилана величина абсолютной разрывной нагрузки снизилась на 2−3%, а при обработке в зоне коронного разряда при выбранных параметрах напряжения и силы тока, также происходит снижение разрывной нагрузки.

6. Сравнительный анализ изменений коэффициента вариации по разрывной нагрузки компактной пряжи показывает, что минимальные значения получены соответственно, в порядке уменьшения для контрольного образца 14.3%, при механическом воздействии 12.8%, после обработке упрочняющим веществом на основе хитозана 12.5%, при обработке в зоне коронного разряда 11.8% и обработки вещества на основе (акрилокси)пропилтриметоксилана 9.5%.

7. Установлено, что максимальное увеличение абсолютного удлинения пряжи при разрыве происходит в случае ее обработке в зоне коронного разряда до 20−25% по сравнению с остальными рассмотренными способами.

8. Выявлено, что изменение работы разрыва компактной пряжи в сравнении с контрольным образцом аналогично изменению прочностных свойствабсолютной разрывной нагрузки и разрывного удлинения.

9. Проанализированы характеристики надежности и повреждаемость компактной пневмомеханической пряжи при выработке технических тканей на ткацком станке. Обоснована целесообразность и эффективность использования стержневого интенсификатора крутки в прядильной камере пневмомеханической прядильной машины по сравнению с другими исследуемыми способами получения компактной упрочненной пряжи.

10.Рассчитана себестоимость производства заданного объема пряжи при разных способах ее упрочнения.

11 .Разработаны методики по анализу и оценки структурных физико-механических свойств пряжи, предложены на основании полученных зависимостей обобщенные показатели физико-механических свойств пряжи.

12.Обоснованы модификационные изменения структурных физико-механических свойств компактной пряжи, вырабатываемой на современных пневмомеханических прядильных машинах.

13. Разработана технология изготовления на пневмомеханических прядильных машинах компактной упрочненной пряжи из смеси срсдневолокнистого хлопка с вложением регенерированного волокна.