Разработка технологического процесса регенерации волокон из ошлихтованных концов пряжи

Одним из важнейших направлений повышения эффективности производства в легкой и текстильной промышленности является совершенствование существующей и применение новой технологии производства продукции.

Повышение эффективности работы легкой и текстильной промышленности можно обеспечить путем технического перевооружения и реконструкции предприятий, модернизации оборудования, внедрения новых высокоэффективных машин, технологических. процессов и средств комплексной механизации и автоматизации производства [1].

Особую значимость имеют универсальные технологии и оборудование, созданные на базе проверенных узлов и механизмов, но приспособленных и модернизированных для решения новых технологических задач. Решение таких задач связано в текстильной промышленности с разработкой твердых отходов, представляющих собой ткацкие концы нитей, обрезки тканей или сами ткани или трикотажные изделия, так называемые регенерируемые [2].

Экономия материальных ресурсов является одной из важнейших народнохозяйственных задач.

Для более эффективного использования и экономии материальных ресурсов необходимо широкое внедрение научно-технических достижений, направленных на повышение эффективности применения сырьевых ресурсов, создание необходимых для этого орудий труда, систем машин, высокоэкономичных малоотходных и безотходных технологий [3].

Кризис сырья, существующий не только в России, но и в мировом текстильном производстве, заставляет комплексно подходить к его использованию и повсеместно, внедрять безотходную технологию. Рациональное и эффективное использование текстильных технологических отходов и вторичных материальных ресурсов, получаемых от населения и предприятий, непосредственно влияет на интенсивность развития народного хозяйства и требует нового подхода к экономии сырья и материалов. Этому уделяется особое внимание во всех развитых странах. Ведущие фирмы текстильного машиностроения включили в свои производственные программы специализированные машины для первичной переработки текстильных технологических отходов и вторичных материальных ресурсов. Эти машины характеризуются универсальностью, высокой степенью автоматизации, агрегированием в поточной линии.

Поточные линии для предварительной переработки текстильных отходов включаются в технологические процессы по производству пряжи различного назначения и нетканых текстильных материалов [4,5,6].

Поэтому дальнейший прогресс в текстильной промышленности России связан с решением проблемы использования отходов, представляющих значительный резерв сырья, технологические ресурсы которого в общем хлопчатобумажном производстве составляют 15−20%, их доля в общем балансе сырья увеличивается до 35% при использовании значительного количества вторичного сырья и отходов льняной промышленности и эти отходы могут быть направлены на производство пряжи средних и низких номеров для производства одеял, матов, упаковочных материалов, гигиенических повязок, клеенки и т. д. [7].

Кроме того, в настоящее время возрос интерес к использованию таких отходов как ошлихтованные концы пряжи. Наличие шлихты затрудняет использование этих волокон в производстве ряда текстильных изделий. В связи с этим возникает необходимость в удалении пленки шлихтующих препаратов с нитей основы [2].

В последние годы проблема получения качественных регенерированных волокон, их подготовка к более эффективному использованию в общем сырьевом балансе в хлопчатобумажной промышленности стала являться одной из важнейших ресурсосберегающих экономических и экологических задач.

Актуальность темы

Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планом внедрения законченных научных исследований по программе МНТК «Текстиль России» и Федеральной целевой программе (ФЦП) в соответствии с принятым Правительством постановлением «О первоочередных мероприятиях на 1996 — 1998 годы по решению проблемы отходов в Российской Федерации» .

Актуальность проблемы состоит в том, что необходимость создания новых малоотходных и безотходных технологий возрастает в связи с интенсивным развитием всех отраслей. В первую очередь эта проблема должна быть решена в наиболее мате-риалоемких отраслях народного хозяйства, к которым относится текстильная промышленность, где новые безотходные технологии быстро окупаются.

Использование дополнительного источника сырья в виде регенерированных волокон из ошлихтованных концов пряжи в значительной мере снижает себестоимость текстильного изделия, способствует ритмичной работе текстильного предприятия и рациональному использованию сырья.

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка эффективной технологии, оборудования для разволок-нения ошлихтованных концов пряжи и изыскание возможности последующего использования этих сырьевых ресурсов в хлопчатобумажной промышленности при выработке более широкого ассортимента в виде полуфабрикатов прядения и нетканых материалов.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проведен критический анализ отечественных и зарубежных научных работ по проблеме переработки отходов текстильной промышленности и их использования и обоснована актуальность поставленных задач.

2. Исследованы технологические условия разволокнения ошлихтованных концов пряжи.

3. Дано теоретическое обоснование процесса разволокнения ошлихтованной пряжи, которое подтверждено новыми методами определения физико-механических показателей регенерированных волокон.

4. На основании теоретических разработок создана эффективная технология разволокнения ошлихтованных концов пряжи.

5. Исследованы условия разволокнения ошлихтованных концов пряжи, прошедших дополнительную обработку в виде запаривания, и получены регенерированные волокна после удаления шлихты из пряжи.

6. Физико-механические свойства регенерированных волокон из ошлихтованной пряжи соответствуют нормам смесей, используемых при получении полуфабрикатов прядения и нетканых материалов.

7. Разработано оборудование для смешивания волокон и одновременной очистки волокон от пылящей шлихты и других примесей.

Методика исследований. Постановка, проведение и обработка результатов эксперимента проводились с использованием методов статистического (дисперсионного) анализа.

При проведении исследований применены современные фундаментальные методы с использованием аппарата дифференциального и интегрального исчислений, теории упругости и механики нити. Использовались методы прикладной аэродинамики текстильных машин для анализа взаимодействия рабочих органов в технологическом процессе разволокнения, были найдены качественные характеристики физико-механических свойств регенерированного волокна.

В научно-исследовательской работе в процессе эксперимента использованы материалы из отходов в виде ошлихтованных концов пряжи.

Свойства полуфабрикатов определялись на стандартных современных отечественных и зарубежных лабораторных приборах.

Достоверность теоретических положений подтверждается результатами экспериментальных исследований при проверке созданной технологии и оборудования в производственных условиях.

Для определения параметров технологического процесса и свойств волокон применен новый метод оценки характеристик регенерируемых волокон, полученных из ошлихтованных концов пряжи, по диаграммам «Barbe», «Hauteur», «Tuft» .

Для определения отдельных свойств регенерированных волокон был применен новый способ электронной микроскопии.

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

— дано теоретическое обобщение технологических исследований процесса разволокнения ошлихтованных концов пряжи текстильного производства, экспериментальное решение технологических задач предварительной обработки текстильных отходов и определение физико-механических свойств регенерированного сырья;

— определены условия отрыва части волокон от основной нити и отделения самой нитипри этом определена деформация нити от двух сосредоточенных сил в системе уравнений равновесия и уравнения совместности;

— дано теоретическое и экспериментальное обоснование взаимосвязи технологии разволокнения ошлихтованных концов пряжи и физико-механических свойств, полученного из них сырья;

— разработаны технология и оборудование в поточной линии с комплексным аэродинамическим воздействием на очистку, смешивание;

— разработано устройство для смешивания и рассортировки волокнистого материала, новизна которого подтверждена свидетельством на полезную модель № 10 719 РФ;

— применен новый способ электронной микроскопии для объективной оценки теоретических изысканий и определения наглядной картины поэтапного разъединения ошлихтованной пряжи на поточной линии с характерными элементами воздействия на сырье, нити, их распределение в полотне;

— на основе развитых в диссертации теоретических положений решена задача по созданию более эффективной технологии разволокнения ошлихтованных концов пряжи, определена их пригодность при получении товаров народного потребления.

Практическая ценность. Практическая ценность научной работы заключается в том, что теоретические результаты получили практическое воплощение в виде более эффективной технологии разволокнения ошлихтованных концов пряжи до элементарных волокон с последующим решением практических задач очистки, смешивания и получения готового изделия на АООТ «Куровской текстиль» .

Практическая часть диссертации включает промышленные испытания созданной технологии разволокнения ошлихтованных концов пряжи и оборудования в составе поточной линии. Экспериментальные исследования включают в себя выбор наиболее приемлемого способа удаления шлихты из пряжи и практические рекомендации для получения оптимальных условий разволокнения и наилучших показателей физико-механических свойств элементарных волокон.

Работа выполнена по планам НИР в соответствии с программой МНТК «Текстиль России» и Гранта Госкомвуза РФ.

Совокупные результаты работы свидетельствуют о решении новой перспективной научно-технической проблемы по ряду задач:

1. Обеспечение дополнительным сырьем текстильной промышленности.

2. Рациональное использование сырья.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены на поточной линии в производственных условиях на АООТ «Куровской текстиль» .

Обеспечен возврат в производство регенерированного сырья в виде элементарных волокон.

Результаты исследований, реализованные в диссертации, используются в учебном процессе студентами вузов, в курсовых, дипломных работах и при выполнении НИР, а также текстильными предприятиями и конструкторскими организациями.

Апробация работы. Материалы по теме диссертационной работы докладывались и получили одобрение на: конгрессе «Современные проблемы научно-производственного образовательного комплекса текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 19−22 ноября 1996 г.);

— заседании кафедры механической технологии текстильных материалов (МТТМ) ИГТА (Иваново, 1997 г.);

— научно-техническом совещании инженерно-технических работников АООТ «Куровской текстиль» (г. Куровское, 1997 г.) — международных научно-технических конференциях «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве» (Иваново, 1997 г.), «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 1998 г.), семинаре в рамках международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 1999 г.);

— расширенном заседании кафедры МТТМ ИГТА (Иваново, 1999 г.).

Публикации. По результатам выполненных работ опубликовано 7 печатных работ: 2 печатных статьи в центральном журнале, 4 в межвузовских сборниках научных трудов и докладах на международных научно-технических конференциях, получено свидетельство на полезную модель № 10 719 РФ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав с выводами, общих выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 106 наименований и приложения.

Основное содержание изложено на 142 страницах, включая 47 рисунков и 16 таблиц.

I. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Особо важное значение для успешного проведения рыночных реформ в Российской Федерации приобретает бережливое расходование сырья.

Применение отходов при производстве товаров народного потребления соответствующего ассортимента тканей и нетканого материала позволяет уменьшить (или исключить полностью) потребность в исходном сырье и значительно снизить себестоимость продукции [8,9].

Текстильные отходы в виде ошлихтованных концов пряжи образуются в ткацком производстве.

Подорожание и сокращение сырьевых ресурсов, с одной стороны, и связанные расходы с устранением отходов, с другой стороны, ставят задачу: о необходимости использовать отходы в сырьевом балансе текстильной промышленности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Для рационального использования сырья необходим комплексный подход к разволокнению конкретных отходов в виде ошлихтованных концов — пряжи с учетом его специфики для «мягкого» процесса регенерации и получения при этом элементарных волокон с физико-механическими свойствами, сравнимыми с данными эталона «короткое ослабленное волокно».

2. Теоретически определены условия отрыва части волокон от основной нити, отделения самой нити и ее деформация от двух сосредоточенных сил в системе уравнений равновесия и уравнения совместности, решение которых показывает, что при незначительной нагрузке происходит резкий рост деформации.

3. Аналитически определен базовый вариант решения технологической задачи разъединения пряжи на отдельные элементарные волокна, когда пластические зоны достигли ее геометрического центра при условии непрерывного действия вершины зубчика в виде силового импульса в случае концентрации малых напряжений в одной точке.

4. Для объективной оценки теоретических изысканий и определения наглядной картины поэтапного разъединения ошлихтованной пряжи на поточной линии с характерными элементами воздействия на сырье, нити, их распределение в полотне применен способ электронной микроскопии, который подтверждается результатами технологических исследований новыми методами «Barbe», «Hauteur», «Tuft» для определения физико-механических характеристик хлопкового волокна.

5. Усовершенствованы технология и оборудование поточной линии для разволокнения ошлихтованных концов пряжи путем замены пильчатого барабана во второй секции поточной линии.

130 игольчатым трепалом, а также на выходе поточной линии установлено устройство для смешивания и рассортировки волокон, на которое получено свидетельство на полезную модель № 10 719 РФ.

6. Разработана технология для удаления шлихты из пряжи, что обеспечило при дальнейшем аэромеханическом разволокне-нии улучшение физико-механических свойств волокон по длинам и сохранение прочностных характеристик.

7. Достоверность результатов теоретических разработок подтверждается тем, что определяющие средние величины — сосредоточенные силы, упругая деформация, интенсивность напряжения — подчиняются закону нормального распределения, при этом средняя квадратическая ошибка расчетных значений составляет 3,7%.

8. Экономический эффект от уработки 1 тонны отходов в виде ошлихтованных концов пряжи составил 9920 руб.