Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ работ по проектированию пряжи и гребенной ленты 16
1.1. Анализ работ по проектированию свойств однородной пряжи из волокон различной природы (кроме шерсти) 19
1.2. Анализ работ по проектированию свойств шерстяной пряжи 24
1.3. Анализ работ по проектированию свойств шерстяной гребенной ленты 31
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 37
ГЛАВА 2. Разработка теоретических основ проектирования шерстяной гребенной ленты и пряжи 39
2.1. Проектирование прядильной способности шерстяной пряжи 39
2.2. Проектирование числа толстых и тонких мест в пряже 50
2.3. Исследование обрывности в шерстопрядении 58
2.3.1. Обрывность в шерстопрядении 58
2.3.2. Использование теории случайных выбросов для оценки обрывности . 66
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 80
ГЛАВА 3. Шерстяное волокно и инструментальные методы определения его свойств 82
3.1. Шерстяное волокно и особенности его структуры 83
3.2. Инструментальные методы определения тонины шерсти 87
3.2.1. Проекционный микроскоп 89
3.2.2. Прибор Air-Flow 91
3.2.3. Прибор OFDA 95
3.2.4. Прибор LASERSCAN 97
3.2.5. Сопоставление данных тонины шерсти, полученных различными методами 99
3.3. Инструментальные методы определения содержания шерсти, растительных примесей и выхода 103
3.4. Инструментальные методы определения длины, прочности и места разрыва штапелей немытой шерсти 111
3.4.1. Взаимосвязь между длиной штапелей немытой шерсти и длиной одиночных волокон мытой шерсти 120
3.4.2. Взаимосвязь между прочностью штапелей немытой шерсти и прочностью одиночного волокна в мытой шерсти и в гребенной ленте 123
3.4.3. Взаимосвязь между процентом разрыва штапелей немытой шерсти в средней части штапеля для отечественной и импортной мериносовой шерсти и средней тониной и длиной немытой шерсти 127 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 133
ГЛАВА 4. Шерстяная гребенная лента и разработка методов проектирования ее основных свойств 136
4.1. Шерстяная гребенная лента и особенности определения ее
основных свойств 136
4.2. Исследование основных факторов, влияющих на качество топса. Формулы основных взаимосвязей 13 8
4.3. Проектирование длины волокон шерсти в гребенной ленте 142
4.4. Проектирование неровноты по длине волокон шерсти в гребенной 155 ленте
4.5. Проектирование процента очесов в гребенной ленте 168
4.6. Рекомендации по организации в России предприятий ПОШ, работающих по циклу «немытая шерсть - однопрочесная гребенная лента (топе)» 182
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 185
ГЛАВА 5. Шерстяная гребенная пряжа и разработка методов проектирования ее основных свойств 188
5.1. Шерстяная пряжа и особенности определения ее основных свойств 188
5.2. Проектирование относительной разрывной нагрузки (относительной прочности) шерстяной пряжи 190
5.3. Проектирование абсолютной разрывной нагрузки (абсолютной 203
прочности) шерстяной пряжи
Выводы по главе 5 215
ГЛАВА 6. Взаимосвязь вопросов проектирования шерстяной гребенной ленты и пряжи с классификацией, стандартизацией и сертификацией 217
6.1. Анализ современного состояния производства и переработки шерсти в России 217
6.1.1. Овцеводство и козоводство 221
6.1.2. Первичная обработка шерсти 230
6.2. Анализ современных классификаций шерсти ведущих странэкспортеров 233
6.2.1. Классификация австралийской шерсти 233
6.2.2. Классификация новозеландской шерсти 247
6.2.3. Классификация шерсти производства ЮАР 259
6.3. Классификация отечественной овечьей шерсти на базе результатов современных методов инструментальной оценки основных ее свойств 270
6.4. Предложения по изменениям к нормативной документации в связи с разработанной классификацией отечественной овечьей шерсти 281
6.5. Усовершенствование классификации смесей аппаратного и камвольного производств прядения шерсти 282
6.5Л. Классификация смесей суконного (аппаратного) производства 286
6.5.2. Классификация смесей гребенного (камвольного) производства 291
Выводы по главе 6
Общие выводы и рекомендации
Литература
- Анализ работ по проектированию свойств шерстяной гребенной ленты
- Проектирование числа толстых и тонких мест в пряже
- Инструментальные методы определения тонины шерсти
- Исследование основных факторов, влияющих на качество топса. Формулы основных взаимосвязей
Анализ работ по проектированию свойств шерстяной гребенной ленты
Впервые актуальность и значимость решения задачи проектирования свойств шерстяной гребенной ленты была осознана в работах исследователей научных центров Австралии, Новой Зеландии и ряда других стран мира в начале 80-х годов XX века в результате широкого распространения непрерывной технологии производства гребенной ленты из немытой шерсти в рамках одного предприятия (как правило, предприятия первичной обработки шерсти).
В рамках известного международного проекта ТЕАМ-1 и 2 [23, 24], проведенного на большом фактическом материале на 28 предприятиях в 12 странах мира под эгидой Международной организации шерстяников-текстильщиков, были исследованы показатели качества 603 партий немытой шерсти и определены основные характеристики шерстяной гребенной ленты (топса), выработанной из указанного сырья.
В таблице 1.2 приведены основные характеристики исследованных в проекте ТЕАМ-1 и 2 [23, 24] массивов данных о качественных показателях немытой шерсти и получаемых характеристиках гребенной ленты (топса). Согласно данным проекта TEAM-1 основная формула проектируемого показателя средней длины волокон шерсти в гребенной ленте (топсе) LH имеет следующий вид: LH = aL + bS + cD-eV-jM + A , (1-11) где: L - средняя длина штапелей немытой шерсти, мм; Р - средняя разрывная нагрузка (прочность) штапелей немытой шерсти, сН/текс; D - средняя тонина (диаметр) волокон немытой шерсти, мкм; VM - содержание растительных примесей в немытой шерсти, %; М - процент разрыва штапелей немытой шерсти в средней части штапеля, %; а, Ь, с, e,f - экспериментально установленные коэффициенты, учитывающие степень влиятельности каждого фактора; А - постоянная, определенная для всей совокупности исследованной базы данных проекта ТЕАМ-1 и 2.
Проведенными в рамках проекта ТЕАМ-1 исследованиями было показано, что для универсального случая (т.н. идеального предприятия шерстяной промышленности) а=0,52; b=0,47; с=0,95; е=0,45; f=0,19; А=3,5.
Установленная точность предложенной формулы для проектирования длины волокон шерсти в гребенной ленте LH - ±5,6 мм.
В рамках того же проекта были получены формулы для проектирования показателей неровноты волокон по длине в гребенной ленте CVLh и процента очесов в первом гребнечесании N . Все три формулы проекта ТЕАМ-1 достаточно хорошо описывали совокупное воздействие изученных факторов на основные показатели гребенной ленты (топса), однако, сопоставление фактических и расчетных показателей для ряда партий шерсти (особенно, для тех которые составлены из компонентов низкого качества — т.н. отсортировки и низшие сорта) выявило недостаточную сходимость, дополнительными исследованиями [25] установлено, что фактический процент очесов в первом гребнечесании для смесок из низших сортов и отсортировок отличался от прогнозируемого более, чем в 2 раза (вместо 11% по прогнозу, фактически - 23%).
Существенным этапом дальнейшего уточнения вопросов проектирования шерстяной гребенной ленты стало проведение в Австралии проекта ASMAP, основные результаты которого были доложены на одной из конференций ИВТО в 1992 году [25]. Исследована совокупность данных переработки 321 партий немытой шерсти на 23 предприятиях первичной обработки.
Couchman C.R. и другие исследователи в рамках проекта ASMAP установили, что наилучшие результаты формулы проекта TEAM дают при.их применении для смесей с малым процентом содержания отсортировок и низших сортов (до 10%), а также для партий шерсти, подобранных по результатам инструментального определения шести основных показателей немытой шерсти: тонины, выхода, содержания растительных примесей, длины, прочности и места разрыва штапеля.
Менее известны попытки ряда исследователей получения альтернативных формул и методов проектирования гребенной ленты (топса).
В 1990 году на конференции ИВТО были представлены две работы [48, 49] группы австралийских исследователей в составе DJ. Allen, L.M. Мооу, G.H. Brown и R.A. Rottenbury, посвященные решению вопроса уточнения прогноза основных характеристик гребенной ленты выработанной из монокомпонентных партий немытой шерсти (т.е. без увеличения массы т.н. фермерских лотов шерсти, составляющих в настоящее время в Австралии 6-7 кип или около 1500 кг).
В рамках данных исследований рассмотрены результаты переработки 166 монокомпонентных партий немытой шерсти на исследовательской базе института CSIRO. Установлено, что для указанных партий удалось повысить точность прогноза показателя средней длины волокон шерсти в гребенной ленте (топсе) до ±4 мм.
Проектирование числа толстых и тонких мест в пряже
Число тонких и толстых мест в пряже является весьма важной ее характеристикой, существенно влияющей на ее качество в целом. Именно этот показатель определяет загрузку мотального автомата (очистку пряжи от пороков), а в случае недостаточной очистки - внешний вид пряжи и ткани (или трикотажа).
Ниже тонкие и толстые места в пряже рассматриваются, как проявление естественной неровноты пряжи. Однако, такой подход требует некоторого пояснения. На самом деле появление утонений и утолщений в пряже является следствием двух различных процессов. Во-первых, это проявление обычной неровноты продукта, возникновения, естественной структурной неравномерности материала, связанной с дискретной структурой продукта. Такая неравномерность возникает одинаково, как в положительную, так и в отрицательную сторону, т.е. является симметричной. Во-вторых, утонения и утолщения возникают из-за осаждения (припутывания) на пряжу коротких волокон, пуха и проч. Этот процесс несимметричен: утонения практически не увеличиваются по глубине (т.е. не становятся тоньше), в то время как утолщения увеличиваются весьма существенно (т.е. становятся еще толще).
В то время как утонения обычно не бывают тоньше, чем 40% от средней толщины пряжи, утолщения достигают величины в три и более диаметров пряжи. Поэтому, используя подход, связанный с неровнотой пряжи, мы можем рассчитывать только на прогнозирование числа тонких мест; число же толстых мест может не совпадать с числом тонких. При этом может не соблюдаться симметрия утонений и утолщений. Заметим, что процесс осаждения на пряжу короткого волокна весьма существенно зависит от вида и линейной плотности пряжи, работы пухообдувающих устройств, качества обслуживания машин. Так, для пряжи из мериносовой шерсти несимметричность осаждения короткого волокна является, при прочих равных условиях, минимальной. Следствием этого явления становится достаточно близкая симметрия утонений и утолщений в пряже из мериносовой шерсти.
В настоящем разделе, в соответствии со сказанным выше, мы рассматриваем вопрос о числе тонких мест в чистошерстяной пряже, не имеющей выраженных периодических пороков (если в пряже имеются периодические пороки, то они будут вызывать появление соответствующего числа тонких и толстых мест).
Для того, чтобы решить поставленную задачу, нам потребуются некоторые сведения о корреляционных взаимосвязях между свойствами шерстяной пряжи. Известно, что коэффициент вариации пряжи по линейной плотности CV определяется выражением: где: n - число волокон в сечении пряжи; CVd - коэффициент вариации по тонине волокон; / - индекс неровноты. При / = 1,0-1,25 пряжа является практически некоррелированной, т.е. корреляция имеется только между теми сечениями, расстояние между которыми меньше длины волокна.
Хорошо известно, что для такой пряжи корреляционная функция по числу волокон равна интегральной функции распределения вероятностей по длине / : г(/) = /-( /). (29)
Для функции распределения числа волокон по длине в шерстяной пряже, а в силу выражения (2.9) и для искомой корреляционной функции, имеем: Для определения количества тонких мест можно использовать известные методы теории выбросов [64]; этими методами показано, что, если имеется некоторая случайная функция f(x) переменной х, то количество пересечений этой функцией определенного уровня С сверху вниз (это соответствует тонкому месту) равно: ЛГ(С,Г) = (1/4л-) Л/-г"(0) ехр(-(С2/2сг2)) (2.11) здесь: N - количество выбросов функции ниже некоторого уровня; С - уровень, при пересечении которого фиксируется выброс; Т - протяженность участка, на котором регистрируются выбросы; г"(0) - значение второй производной корреляционной функции исследуемого процесса по аргументу в нуле. Обычно количество выбросов определяется в числе выбросов на 1 км пряжи; это вполне соответствует размерности выражения (2.11), в котором [V- г" {0)] = л/1 / мм2 = 1 / мм.
Инструментальные методы определения тонины шерсти
Тонина шерсти является не только основным результатом селекционной работы и ключевой характеристикой для той или иной породы (породной группы) овец, но и важнейшим свойством шерсти, определяющим ее технологическую ценность. Именно это свойство положено в основу большинства классификаций, стандартов и другой нормативной документации, разработанной в различных странах мира [88, 90-100].
В соответствии с разработанным ЦНИИШерсти, НИИЗПОШ и ВНИИОК межгосударственным стандартом ГОСТ30724-2001 «Шерсть. Термины и определения» [101] тонина шерсти - среднее значение линейного размера поперечного сечения шерстяных волокон. Тонину выражают в микрометрах, 1 мкм = Ю м, наиболее часто используют следующие инструменты для ее определения: - проекционный микроскоп; - прибор Air-flow (т.н. воздушный поток); - прибор OFDA; - прибор LASERSCAN.
В таблице 3.1 приводим следующие нормативы IWTO [102-104] по точности измерения тонины шерсти различными приборами в зависимости от средней тонины волокна. Рассмотрим последовательно указанные в таблице 3.1. инструменты, отметив, что в соответствии с документацией организации ИВТО все они признаются равноправными с точки зрения практики международных торговых операций с шерстью.
Использование проекционного микроскопа для определения тонины шерсти (а также и многих других видов волокон) восходит к 1777 году, когда впервые в исследовании волокон шерсти Daubenton определял их тонину методом сопоставления размера следа, оставляемого волокном на поверхности кварцевого песка, помещенного под микроскоп (с небольшим увеличением - 60:1).
Развитие техники микроскопирования привело в середине 20-го века к выработке международно признаваемой рекомендации, что достаточно точные данные о тонине шерсти можно получить лишь при испытании не менее 200 (лучше 400-600) волокон, при увеличении от 500 до 600 к 1. Процедура подготовки исследуемого образца, проведения испытаний с использованием проекционного микроскопа и анализа его результатов подробно излагается в документации IWTO [101], а также в отечественной и зарубежной научной литературе[106-107].
Определение тонины шерсти с помощью микроскопа является весьма трудоемким процессом, подготовка проб к испытаниям и их проведение для одного образца шерсти может потребовать нескольких часов работы квалифицированного персонала испытательной лаборатории.
До настоящего времени организация IWTO (документация по состоянию на 01.01.2003) признает проекционный микроскоп в качестве базового метода для определения тонины шерсти, по результатам которого производится калибровка серий образцов шерсти для всех остальных приборов - Air-Flow, OFDA, Laserscan. Следует отметить, что в работах Hearle J.W.S. [78, 108-109] подробно излагаются преимущества современного электронного сканирующего микроскопа перед проекционным, а также даются примеры использования данного инструмента в научных исследованиях.
Исследование основных факторов, влияющих на качество топса. Формулы основных взаимосвязей
Следует отметить, что прогнозирование свойств гребенной ленты (топса) получило развитие в связи с тем, что в большинстве стран мира, занимающихся переработкой шерсти, многие предприятия первичной обработки работают по циклу: «немытая шерсть - однопрочесныи суровый топе». Для этих предприятий топе является готовой продукцией, подлежащей реализации.
Отметим, что сама проблема прогнозирования свойств продукции из шерсти может быть поставлена в двух аспектах: - прогнозирование свойств продукции из шерсти, когда сырье (шерстяное волокно) уже имеется на предприятии; - выбор евойств закупаемой шерсти, которая должна обеспечить требуемое качество (фактически - обеспечить требуемые показатели) выработанной из этой шерсти продукции: топса, пряжи, на более отдаленной стадии переработки - ткани, трикотажных или ковровых изделий. Фактически могут быть решены обе сформулированные выше задачи. Задача прогнозирования свойств продукции из шерсти может решаться как на основе использования традиционных методов, так и на основе применения вычислительных систем, которые представляются наиболее перспективными [25-27, 39-42].
Прежде всего, с учетом заданной или ожидаемой линейной плотности вырабатываемой пряжи, на основании известных методов оценки прядильной способности волокон шерсти, определяют необходимую тонину немытой шерсти, обеспечивающую выработку заданной линейной плотности пряжи [51].
После того, как тонина волокна D выбрана, определяются и все остальные параметры волокна (средняя длина L, мм; средняя прочность шерсти на разрыв S , Н/ктекс; среднее содержание растительных примесей VM , %; скорректированный процент разрывов волокон в середине штапеля М , %).
Располагая этими данными, мы можем определить длину волокна после первого гребнечесания LH, неровноту по длине волокон в гребенной ленте - CVH, а также процент очесов в первом гребнечесании - N, используя основные результаты, полученные в рамках известного международного проекта TEAM [23-24].
По нашему мнению актуальным является выяснение вопроса о применимости указанных формул в практике отечественных предприятий, а также в исследовательских задачах.
Проверка формул проекта ТЕАМ-1 и ТЕАМ-2 производилась автором в ходе совместных проектов Международного секретариата шерсти и ЦНИИШерсти [53-64] на ряде предприятий отрасли, проведенных в период с 1986 по 2000 гг.
В универсальные формулы проекта TEAM нами предложено дополнительно ввести т.н. подстроечные параметры - Aj - применительно к конкретному предприятию. Необходимость введения этих параметров обусловлена тем, что каждое камвольное предприятие имеет свои особенности, влияющие на фактическую величину средней длины волокон в гребенной ленте - LH (а также другие характеристики гребенной ленты). Ввиду наличия этих особенностей предприятия фактические данные по длине волокон после первого гребнечесания ЬНфакт. , полученные на конкретном предприятии, могут не совпадать в точности с величиной, предсказанной универсальной формулой проекта TEAM. Для того, чтобы обеспечить совпадение фактических данных с предсказанными для каждого предприятия, может быть использована обычная процедура настройки. Фактическая величина ЬНфает. для конкретного предприятия определяется по универсальной формуле проекта TEAM несколько раз в течении достаточно длительного времени (это время определяется по специальной методике, разработанной для контрольных карт). Затем полученная средняя вычисленная величина И сравнивается со средней величиной ф и определяется среднее отклонение фактического значения Д# от вычисленного LH . Затем осуществляется коррекция величины А по формуле: Аф= А ± А Н.
Похожие диссертации на Методы проектирования шерстяной гребенной ленты и пряжи на основе инструментального определения свойств немытой шерсти
