Разработка технологии и оборудования для стабилизации линейных размеров трикотажных полотен

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 отделкипри 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 межвузовских 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.

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-каланд-рирование, вибрационный метод, метод предельного сжатия и способы химической отделки, имеют недостатки. Происходит ухудшение эксплуатационных качеств полотна: происходит деформация полотна и ухудшение внешнего вида. Поточные линии конструктивно и технологически сложны.

2. Необходимо всестороннее изучение равновесного состояния петельной структуры трикотажного полотна, взаимного перемещения элементов петель в процесс растяжения. Используя комбинированные методы: термо-гидрообработки, сушки и механического принубитель-ного воздействия на трикотажное полотно. Для этого требуются значительные теоретические разработки и универсальная технология.

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) медленнообратимая часть деформации связана с выравниванием напряжения в элементарных звеньях структурыв зависимости от всего поля и давления в ней преобладает трение-сцепление или трение скольжение.

5. Равновесное состояние трикотажного полотна характеризуется коэффициентом соотношения петельного шага и высотой петельного ряда, который 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 процесс усадки играет механическое сжатие полотна в направлении петельных столбиков, при этом полотно задерживается в клинообразной зоне — горячий башмак и 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, прямопропорционального скорости прижма, расстоянию параллельных рабочих поверхностей и обратно-пропорционального кубу толщины вязко-упругого слоя.

7. По результатам экспериментальных исследований были даны оценки эффективности технологического процессе по переходам отделочного производства: отварка и отбелка, запаривание и усадка продольного сжатияпри этом эффективность каждого технологического перехода оценивалась по основному критерию: длина 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 повторностями в пределах 0,95 по критерию Стьюдента и Коч-рена. Надежность эксперимента подтверждена проверкой технологического процесса по переходам по второму критерию: поверхностная плотность как на входе каждого перехода, так и на выходе, что позволило установить эффективность каждого перехода и выявить основные технологические параметры.

8. Использовалась многофакторная ортогональная регрессионная модель. Наиболее оптимальные технологические условия обработки хлопчатобумажного трикотажного полотна составляют:

— время нахождения во влажной среде — 4″ ;

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

— ширение, 3,75 см;

— температура вала -170°С;

— темепатура — 90 °C;

— усадка по горизонтали — 2,34%;

— усадка по вертикали — 0,98%.

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

10. Получение достоверной математической модели равновесного состояния хлопчатобумажного трикотажного переплетения на ЭВМ, ее достоверность больше 98%.

11. Получены трикотажные полотна, которые в процессе эксплуатации показали усадку около 1%. Новый метод предлагается использовать в технологическом процессе.

12. Исследования структуры петель на ЭВМ и метод эллипса для определения усадки необходимо продолжать.