Разработка процесса парафинирования хлопчатобумажной пряжи для получения трикотажного полотна

Актуальность работьь За последние годы в России наметртась устойчивая тенденция роста вытска трикотажной продтсции, осуществляемая в первую очередь за счет развития малых и средних предприятий.

Основными особенностями отечественного производства трикотажных полотен и изделий являются высокая стои. мость сырья и энергоносителей. В то же время конкуренция на рынке трикотажа со стороны стран ближнего и дальнего зарубежья предъявляет повышенные требования как к стоимости, так и к качеству готовой прод>'кции.

Опыт работы трикотажных предприятий показывает, что одним из основных способов повышения качества и снижешта себестоимости продукции является ул>'чшение параметров и свойств перерабатываемой пряжи. С}тцествующая в стране практика приобретеш1я сырья для трикотажного производства не только не позволяет поктгать высококачественнуто пряжу, но и выщокдает работать частные предприятия на полуфабргжатах, произведенных на разных прядильных фабриках, не специализированных на выпуске тррпсотажной пряжи. На предприятиях малой и средней производительности установлено устаревшее оборудование, условия организации технологического процесса в значительной степени отличаются от оптимальных. Данная ситуация приводит к с>тцественному снижению качества трикотажных изделий. В связи с этим в работе рассматриваются пути повышения качества трикотажной пряжи за счет ул>Лшения ее фгоико-механических и структурных показателей в процессе подготовки к вязанию.

Диссертационная работа выполнена в соответств1Ш с наз-чно-технической программой Мгшобразования Россш! «Перспективные технологии, материалы и изделия легкой и текстильной прохмышленности („Легтекс“)» и заданием Министерства образования Российской Федерации на проведение научных исследований по тематическому плану НИР по теме «Теоретические разработки по выявлению закономерностей поэтапного ослабления связей между текстильными волокнами в процессах деформации крученых и плоских структур и регенерации волокон».

Цель и задачи исследования

Исследования посвящены разработке и внедрению в производство эффективных технологических и технических решений для изменения свойств трикотажной хлопчатобумажной пряжи в процессе парафинирования с возможностью уменьшения капитальных и текущих затрат, повышения производительности кругловязальных машин и улучшения качества выпускаемого полотна.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

Проведен крнгический анализ сЛтцествующих методов и способов подготовки пряжи к вязанию с поз1щш1 предъявляемых требований к трико-тажномЛлл сырью и обоснованы потенщ1альные возможности применения поверхностей вращения в процессе парафинирования. Выбраны современные средства и методы контроля качества пряжи.

На основании теоретических разработок создана эффективная технология подготовки продуктов прядения к вязанию и изучено влияние новых конструктивных элементов устройства на качество пряжи, в соответствии с этим получена математическая модель конусообразной поверхности и оптимизированы режимы обработки.

Разработан принципиально новый узел для парафинирования пряжи непосредственно на трикотажной мапшне с использованием эффекта ложного кручения. Даны теоретические основы для расчета конструктивных параметров устройства в зависимости от линейной плотности и волокнистого состава перерабатываемого прод>тста, технических возможностей трикотажных машин.

Разработан и применен новый способ оценки качества парафишфова-ния пряжи на основе анализа равномерности распределения замасливателя по поверхности субстрата.

Изч’чено влияние технологий парафинирования пряжи на последующие операции отделки трикотажного полотна. Проведен экологический анализ воздействия технологий на окружающую среду.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований предложены устройства для парафинирования пряжи на кругловя-зальных машинах.

Общая характеристика объектов и методов исследования. В качестве объекта исследования в работе выбран процесс парафинирования хлопчатобумажной трикотажной пряжи. Исследованию подвергались:

— образцы пряжи, обработанные путем нанесения парафина в жидкой фазе и распределения его с помощью дополнительного механического воздействия;

— образцы пряжи, обработанные парафином в аморфном состоянии при совмещении с эффекгом ложного кручения.

Работа включает теоретические и экспериментальные методы исследований с использованием аппарата математического планирования эксперимента и статистических методов обработки результатов экспериментов.

Показатели качества пряжи оценивались с применением:

— стандартизированных методик;

— известных в настоящее время физических и технических методов исследования с привлечением современных методов физико-химического анализа: растровой элекгронной микроскопии (РЭМ), спектрофотометрическо-го, вискозиметрического;

— впервые разработанной методики оценки равномерности нанесения технологического препарата по образующей поверхности пряжи.

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

Теоретически обоснована и практически реализована прршципиально новая технология обработки трикотажной пряжи, основанная на нанесении аморфного полимера в жидкой фазе на субстрат с последующим равномерным распределением адгезива по его периметру и стабилизацией структурных параметров волокнистого прод>тсга путем динамического воздействия и и 1 и и объектов правильной геометрической формы в конической вращающейся поверхности. Новизна технологии подтверждена патентом Российской Федераций на изобретение № 2 128 740.

Проведено аналитическое описание устойчивости пряжи к поперечным колебаниям в конусообразной поверхности с промежуточными подвижными звеньями в виде шариков. На основании расчета выбрана оптимальная форма кон>'сообразной поверхности, в которой вероятность воз-шжновеш1я опасных колебаш1й минимальна, что экспериментально подтверждено улучшением свойств пряжи (удельной разрывной нагрузки и коэффициента вариации по разрывной нагрзке).

Найдены оптимальные параметры (угловая скорость вращения конл'-сообразной поверхности и число слоев шариков, воздейств>топщх на нить) распределения технологического препарата по поверхности обрабатываемой нити и выравнивания ее структуры в кощсообразной поверхности.

Исследовано влияние технологий парафинирования пряжи на последующие операции отделки трикотажного полотна. Проведен экологический анализ воздействия технологий на окружающую среду.

Разработан и применен пршщшиально новый метод оценки качества нанесения препарата на нить при подготовке ее к процессу кулирования.

Практическая значимость результатов диссертационной работы.

Работа доведена до практической реализадии на трикотажном производстве.

На основе разработанных в диссертации теоретических положений и экспериментальных исследований решена задача по созданию более эффективных технологий для подготовки пряжи к вязанию непосредственно на трикотажной машине, которые позволяют улучшить качество пряжи и, как следствие, повысить эффективность трикотажного производства с использованием в процессе парафинирования;

— жидкой фазы адгезива и дополнительного механического воздействия на субстрат. Новизна технологии подтверждена патентом Российской Федерации на изобретение № 2 128 740;

— эффекта ложных крзЛений пряжи, создаваемых вьюрковым устройством перед парафиновым валиком. Новюна подтверждена заявкой на полезную модель № 2 001 111 299/20(12 016) от12.03.2001 с решением о выдаче свидетельства РФ на полезную модель от 25.04.2001.

Проведены производственные испыташш устройств. В результате промышленной апробацш! доказана эффективность и практическая значимость предлагаемых технологий подготовки пряжи к вязанию.

Реализация результатов работы. Технологии и устройства прошли апробацию в условиях ОАО «Фурмановская фабрика № 2» (г. Фурманов Ивановской области).

Расчетный годовой экономический эффект от внедрения разработок составит при режиме работы в 1 смену для устройства с дополнительным механическим воздействием 805 тыс.р., для парафинера, совмещенного с неподвижным крутильным органом, — 814 тыс.р.- в 2 смены соответственно 1620 тыс.р. и 1630 тыс.р. (расчет выполнен в ценах 1999 г. в соответствии с даннылщ, представленными в приложении).

Апробация работы. Основные материалы диссерташ-ш доложены и пол5лч-или ноложительн>то оценку на:

— междуттародных научно-технических конференциях «Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов и конструкций в текстильном производстве» (Прогресс-97) и «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-98Л Прогресс-2000, Прогресс-2001)», проходивших в Ивановской государственной текстильной академрш в 1997;2001 годах;

— 1-й международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии (Химия-97)», проходившей в Ивановской государственной химико-технологической академии в 1997 году;

— межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», проходившей в Российском заочном институте текстильной и легкой промышленности в 1998 году;

— межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Дни на>'ки-99», проходившей в Санкт-Петербургском государственном университете в 1999 году;

— международной научно-технической конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности», проходившей в Витебском государственном технологическом университете в 2000 году;

— межвузовской научно-технической конференции асшфантов, магистров и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2001))>, проходившей в Ивановской государственной текстильной академии в 2001 году;

— международной на>'чно-техннческой конференции «Новые технологии в одежде из тканей и трикотажа», проходившей в Московском государственном университете сервиса в 2001 год>';

— заседаш1ях кафедры технологии пшейных изделий Ивановской государственной текстильной академии в 1997;2001 годах.

Публикации. По материалам диссертации оп>''бликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» и 1 статья в периодическом научном журнале «Вестник ИГТА». Полз’чены патент и положительное решение о выдаче свидетельства на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, пять глав с выводами, общие выводы и практические рекомендащш, список литературы, включаюпщй 99 наименоваьшй. Работа состоит из 152 страниц, 40 рисунков и 22 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Разработана принципиально новая механико-фгоико-химииеская технология обработки волокнистого продукта парафином, переведенным из аморфного состояния в жидкую фазу с дополнительным механическим воздействием. Новизна подтверждена патентом № 2 128 740 РФ.

2. Выполнен теоретический расчет собственных частот и форм поперечных колебаний дискретной модели нити в коническом вьюрковом механизме с промежуточными подвижными звеньями и «конусного стержня» из шариков, позволяющий находить наилучшую конфигурацию конической поверхности, при которой вероятность возникновения опасных колебаний минимальна. Экспериментальные испытания подтвердили правильность теоретических исследований.

3. По итогам лабораторных исследований с использованием аппарата математического ттанирования эксперимента и статистического анализа полученных данных на ЭВМ оптимизированы режимы обработки пряжи в конусной поверхности: угловая скорость вращения конусной поверхности (90 с" *) и число слоев шариков (9 слоев), воздействующих на нить.

4. Разработано устройство для парафрширования трикотажной пряжи с дополнительным ложным подкручиванием, позволяющее придать волокнистому продукту комплекс соответствующих технологических свойств, новизна которого подтверждена заявкой на полезную модель № 2 001 111 299Ш (12 016) от12.03.2001 с решением о выдаче свидетельства РФ на полезную модель от 25.04.2001.

5. Для нити, расположенной на конической поверхности парафинера с малым углом конусности, аналитически установлено соответствие кривизны нити на круговом конусе крившне на цилиндре того же радиуса.

6. Даны теоретические основы для расчета усилия продвижения ноти по парафинеру и поверхности вращения, позволяющие моделировать параметры устройства в зависимости от линейной плотности и волокнистого состава перерабатываемого продукта, технических возможностей трикотажных машин.

7. Экспериментально по показателям предельной сорбции и характеристической энергии сорбции для механико-физико-химического способа обработки выбрана максимально допустимая температура адгезива 59 °C. На основании теории объемного заполнения микропор твердого адсорбента (нити) доказано, что использование в процессе парафинирования дополнительных операций механического воздействия геометрических объектов и ложного кручения пряжи значимо не сказывается на результатах последующего крашения трикотажного полотна.

8. Проведены технологические испытания образцов пряжи по комплексу физико-механических показателей. Разработанные способы подготовки пряжи к вязанию (механико-физико-химический и парафинирование, совмещенное с ложным подкручиванием) по сравненрпо с традшщонным позволяют соответственно:

— увеличить прочность пряжи на 5,1%, уменьшая при этом коэффициент вариации по разрывной нагрузке на 12,8% и 10,8%;

— снизить ворсистость на 18,4% и 15,4%, коэффициент трения на 25,1%, а коэффициент вариации по линейной плотности на 35,8% и 33,9%;

— повысить стойкость к истиранию на 6,4% и 5,1%.

9. Разработана и применена методика оценки равномерности распределения технологического препарата по образующей продукта прядения после парафиновой обработки, основанная на анализе интенсивности окрашивания образцов нити.

10. Изучена топография структуры волокнистого продукта с применением растровой электронной мжроскопии по существующей рЛ разработанной методикам исследования строения нити. Выявлено, что улучшение качества формирования структуры нити и равномерное нанесение парафина на ее поверхность достигается при использовании в процессе парафинирования дополнительных операций: механического воздействия и ложного кручения.

11. Экспериментальнью исследования изменения усилий прохождения нити по технологическим переходам круглотрикотажной машины, вызванных установкой устройств для подготовки пряжи к вязанию, показали возможность ликвидации дополнительных натяжений пряжи за счет выбора оптимальной зоны их размещения и наладки оборудования.

12. Разработанные устройства для парафинирования пряжи и нитей апробированы на машине «Мультипике-72"(фирма «Текстима», Германия, 20класс) в условиях вязального цеха ОАО «Фурмановская фабрика № 2». Расчетный годовой экономический эффект от внедрения разработок составит при режиме работы в 1 смену для первого устройства 805 тыс.р., для второго — 814 тыс.р.- в 2 смены соответственно 1620 тыс.р. и 1630 тыс. р.

13. Исследованы экологические аспекты предлагаемых устройств. Изменение способа подготовки пряжи к вязанию не увеличивает электризацию трикотажной пряжи в процессе выработки полотна. Запылениость воздуха рабочей зоны в вязальном цехе снижается при использовании механико-физико-химической обработки на 35%, а при совмещении парафинера с НКОна25%.