Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния проблемы переработки текстильных отходов в нетканые материалы различного назначения 13
1.1 .Анализ технологических процессов и оборудования для получения регенерированных волокон из текстильных отходов производства и потребления 13
1.2. Анализ экспериментальных и теоретических исследований процесса разволокнения текстильных
отходов 25
1.3. Современные методы определения показателей качества смесей регенерированных волокон 37
1.4.Основные направления использования регенерированных химических волокон в производстве нетканых материалов различного назначения 45
Выводы 59
Глава 2. Создание экспериментальной установки для разво локнения текстильных отходов из химических волокон . 61
2.1.Устройство и техническая характеристика экспери ментальной установки... : 61
2.2. Исследование влияния различных способов разволокнения текстильных отходов из химических волокон на диаграм му распределения волокон по длине 69
Выводы 87
Глава 3. Выбор текстильных отходов для проведения эксперимента и методика исследований по оптимизации процесса разволокнения 89
3.1. Выбор и подготовка текстильных отходов 89
3.2. Методика исследований по оптимизации процесса разволокнения 94
3.3. Обработка результатов экспериментов 103
Выводы 114
Глава 4. Оптимизация процесса разволокнения отходов тканей из химических волокон на экспериментальной установке и разработка технического задания на создание машины модели МРТО 112
Выводы 135
Глава 5. Разработка новых композиций нетканых геотекстильных материалов с вложением регенерированных химических волокон 137
5.1. Оценка возможности использования полиамидных и других химических волокон, а также их отходов в производстве нетканых геотекстильных материалов 137
5.2. Разработка технологии нетканого геотекстильного материала типа Дорнит с включением смесей регенерированных волокон и нитей 140
5.3. Разработка технологии нетканого фильтровального материала «Регвин-Ф» для дренажных конструкций с вложением регенерированных химических волокон из бытовых изношенных изделий 156
Выводы 170
Общие выводы по работе 172
Список используемой литературы
- Современные методы определения показателей качества смесей регенерированных волокон
- Исследование влияния различных способов разволокнения текстильных отходов из химических волокон на диаграм му распределения волокон по длине
- Методика исследований по оптимизации процесса разволокнения
- Разработка технологии нетканого геотекстильного материала типа Дорнит с включением смесей регенерированных волокон и нитей
Современные методы определения показателей качества смесей регенерированных волокон
Узел резания машины состоит из ножевой головки диаметром 400 мм и противорежущего упора - контрножа, закрепленного на пластине. Ножевая головка - ротор - выполнена в виде фрезы с двумя ножами, установленными под углом к направлению действия резания для уменьшения его усилия.
Положение ножевой головки фиксировано. Расстояние между ножами, закрепленными на ножевой головке, и противодействующим упором регулируется с помощью микрометрического винта путем перемещения контрножа по направлению к ножевой головке.
Машина оснащена электронным детектором для обнаружения металлических и неметаллических предметов, попадающихся в текстильных отходах.
Резальная машина модели 199 фирмы "Autefa Gmbh" [2.31] режет различные виды текстильных отходов с помощью двух вращающихся и одного неподвижного ножа. Длина резки от 18 до 125 мм регулируется бесступенчато посредством увеличения или уменьшения скорости вращения ножевой головки и скорости подачи сырья в зону резания. Машина снабжена металлосигнализатором, ее производительность в зависимости от вида сырья, длины резки и способа загрузки составляет от 800 до 4000 кг/ч.
Многоцелевая ротационная резальная машина модели TR/700 фирмы "Dell orco & Villani" применяется для резания как текстильных отходов, так и строго ориентированных жгутов. Ширина резания 700 мм, а длина резки регулируется изменением скорости питающего конвейера от 7,5 до 75 мм. Скорость измельчения - 600 циклов в минуту. На ножевой головке машины модели TR/700 расположено три ножа под углом к направлению резания. Машина оснащена электронным устройством для обнаружения металлических частиц.
Из стран Восточной Европы серийное производство резальных машин освоено в Польше, где фирмой "Befamatex" выпускаются машины моделей АС39 и АС39А ротационного типа, технический уровень которых соответствует мировым аналогам. [2.34]
Машина модели АС39 отличается компактной конструкцией, простотой обслуживания и наладки. Она оснащена устройством для обнаружения металлических предметов в обрабатываемом сырье и точильным устройством для заточки ножей режущей головки без съема ее с машины. Применяемая в приводе питающего стола бесступенчатая передача позволяет регулировать длину резки отходов в пределах от 20 до 260 мм.
Машина модели АС39А отличается от вышеописанной модели АС39 меньшей на 47% металлоемкостью и меньшей на 56% занимаемой площадью. Производительность машины при рабочей ширине 420 мм составляет 200 кг/ч.
В СНГ наиболее работоспособная резальная машина ротационного типа создана в СКВ Института механики металлополимерных систем АН Республики Беларусь. [2.35] Машина модели ВИРМ-1,8 состоит из блока подачи сырья, узла резки, блока заточки подвижных ножей, устройства фиксации каретки неподвижного ножа, загрузочного и выходного конвейеров, металлосигнализатора и пульта управления.
После измельчения тексильных отходов на резальных машинах они должны быть равномерно поданы в щипальную машину. Эту функцию в современных комплексных линиях по получению регенерированных волокон выполняют автопитатели, толщина и равномерность слоя отходов на выходных конвейерах которых существенно влияет на производительность и эффективность работы щипальной машины, а также на показатели качества получаемых регенерированных волокон [1.6].
Из анализа известных зарубежных автопитателей было установлено, что наиболее эффективны питатели, имеющие дополнительные устройства для их загрузки, несколько камер резервирования сырья и контрольные датчики, следящие за наполнением этих камер. Такое устройство имеет, например, автопитатель модели 0013 фирмы "Laroche & Fills" , работающий обычно в паре с трехбарабанной щипальной машиной модели Super Olympic этой же фирмы.
Авто питатель модели 0013 (рис. 1.1) состоит из конденсора 1, резервной камеры 2 и собственно автопитателя 3. Наличие в нем трех зон резервирования сырья позволяет получить сырьевую смесь, равномерную по составу и по массе. Производительность автопитателя - до 600 кг/ч.
Основным и определяющим качество регенерированных волокон процессом переработки текстильных отходов является процесс их разводокнения осуществляемый на щипальных машинах, эффективность работы которых обуславливает экономическую целесообразность всего дальнейшего процесса переработки и использования отходов. [1.7]
Среди наиболее эффективных щипальных машин, разработанных за рубежом, следует отметить трехбарабанную щипальную машину модели Super Olympic .
Измельченное сырье, равномерно поступающее на питающий конвейер машины из автопитателя модели 0013, подвергается эмульсированию , затем поступает в питающий узел, захватывается им и подается к первому колковому барабану. Из слоя расщипываемого сырья, зажатого между питающим валиком и желобковым столом, колки барабана вырывают отдельные нити и волокна. Регулирующие заслонки, смонтированные около колкового барабана, отсекают неразработанные клочки сырья от разволокненной массы и направляют их на выводящий конвейер, с которого они подаются на колосниковые решетки с разрыхлительными валиками. Примеси, содержащиеся в сырье, выпадают в поддон, а неразработанные клочки с помощью возвратного контейнера поступают для повторного разволокнения. Вся машина, за исключением зоны питания, герметизирована.
Особое внимание в конструкции этой щипальной машины следует уделить желобковой подаче сырья, которая оказывает наиболее благоприятное влияние на процесс разволокнения текстильных отходов, содержащих синтетические волокна. [1.6]
Желобковая подача сырья на щипальной машине Super Olympic осуществляется следующим образом: сырье с питающего конвейера 1 (рис. 1.2) захватывается питающим валиком 2 и втягивается в клиновидное пространство между неподвижным питающим столиком 4 в виде желоба и приводным питающим ватиком 5, сжимается в нем и подается к колковому барабану 3. Наличие питающего валика 2, покрытого резиной и имеющего наружный диаметр 200 мм, в совокупности с желобчатым профилем питающего столика 4 значительно повышает надежность зажима сырья, по сравнению с валичной подачей, и позволяет ближе придвинуть зону зажима сырья к зоне захвата его колками щипального барабана.
Большое влияние на процесс разволокнения и физико-механические показатели полученных регенерированных волокон оказывает конструкция разрывной кромки желоба, наклон и форма поверхности которой определяют угол входа колков в массу разволокняемого сырья, в зависимости от этого материал рвется или постепенно расщипляется.
Исследование влияния различных способов разволокнения текстильных отходов из химических волокон на диаграм му распределения волокон по длине
Развивая исследования по использованию нетрадиционных видов текстильного сырья в производстве нетканых материалов, И.П. Шишов, А.Н. Семенова и Н.А. Лебедев использовали заводскую оленью шерсть и регенерированные волокна из бытовой изношенной верхней одежды для получения клееных утепляющих нетканых материалов [2.40].
Для оптимизации процесса получения клееного утепляющего нетканого материала и его свойств был использован метод рототабельного композиционного планирования второго порядка [2.1, 1.14]. В качестве варьируемых параметров были выбраны: развес холста X; (г/м , привес связующего Х2 (%) и содержание регенерированных волокон в холсте X, (%). В качестве связующего был использован латекс «Вультекс», являющийся концентрированной дисперсией натурального каучука с частичной его коагуляцией, т.к. он обладает хорошей устойчивостью дисперсной системы и не коагулирует при пропитке холстов.
Коагуляция латекса после пропитки им холстов осуществлялась методом замораживания. При вымерзании воды в процессе замораживания каучук распределялся в холсте в виде перепонок, длина и толщина которых зависала от концентрации латекса и его количества. Чем выше концентрация латекса, тем грубее были эти перепонки.
Анализ результатов эксперимента был проведен с использованием ЭВМ. Были получены зависимости значений показателей отдельных свойств клееных утепляющих нетканых материалов от трех указанных выше факторов. Графическое представление этих зависимостей позволило выявить компромиссную область факторного пространства, в которой значения показателей свойств опытного клееного утепляющего нетканого материала сочетаются наилучшим образом. Координаты этой области: X] =
Материал, выработанный при оптимальных значениях факторов, отличается хорошими упруго-прочностными свойствами, имеет меньшую (по сравнению с утепляющим нетканым материалом из 100% оленьей шерсти) объемную плотность и как следствие - большую паропроницаемость. Суммарное тепловое сопротивление клееного утепляющего нетканого материала с оптимальным вложением регенерированных волокон и заводской оленьей шерсти лишь незначительно меньше, чем у материала из 100% оленьей шерсти.
ОЭ Однако, в границах проведенного эксперимента, не удалось снизить жесткость клееного утепляющего нетканого материала до значений 2,5 - 3,0 сН, присущих традиционным полушерстяным ватинам, что налагает определенные ограничения на использование такого материала в качестве утеплителя для зимней одежды, несмотря на достаточно высокие теплозащитные свойства.
Клееные утепляющие нетканые материалы подобного сырьевого состава могут применяться в деталях одежды, подвергающихся при эксплуатации лишь небольшим деформациям, в комбинациях с другими более устойчивыми к многократным нагрузкам и гибкими материалами.
Качество современных прокладочных и утепляющих нетканых материалов для одежды и мебели не всегда отвечает высоким требованиям потребителей, так как известные материалы имеют повышенную неравномерность по структуре, толщине, поверхностной плотности и т.д., быстро изнашиваются в процессах эксплуатации, теряют прочностные, упругие и теплозащитные свойства. Для холстопрошивных ватинов характерны также дефицит и высокая стоимость хлопчатобумажной пряжи, используемой для прошива волокнистого хлоста.
Поэтому О.В. Дивеева, А.Н. Семенова и Н.А. Лебедев провели исследования в направлении выявления наиболее эффективного способа скрепления волокнистого холста и его оптимального сырьевого состава, обеспечивающих получение утепляющих нетканых материалов высокого качества [2.11].
Для выработки утепляющего нетканого материала использовалась восстановленная шерсть из тканого и трикотажного лоскута, шерсть овечья низкосортная грубая и отходы производства полиамидных волокон. Основным критерием выбора сырья являлась его относительная дешевизна и достаточные ресурсы в регионе Западной Сибири, а также высокие теплозащитные свойства материалов из смесей, содержащих шерстяные и полиамидные волокна.
Близость указанных волокон по показателям начального модуля упругости и составным частям деформации растяжения имеет большое значение для создания упругих, стабильных по толщине утепляющих нетканых материалов, способных восстанавливать форму после снятия кратковременных нагрузок, полиамидные волокна обладают наилучшей свойлачиваем остью среди синтетических, увеличивающейся в кислой среде, что является важнейшим условием изготовления утепляющего нетканого материала типа войлоков.
Для выявления наилучшего способа скрепления волокнистого холста при влиянии других факторов на свойства утепляющего нетканого материала авторы использовали метод рационального планирования эксперимента [1.11]. В качестве варьируемых факторов были выбраны содержание отходов полиамидных волокон в смеси Xt (%), поверхностная плотность холстов Х2 (г/м ), содержание грубой овечьей шерсти в смеси Хз (%) и способ скрепления волокнистого холста Х4. Уровни варьирования факторов представлены в табл. 1.4.
В результате обработки данных эксперимента была выявлена нелинейность влияния выбранных факторов на свойства утепляющего нетканого материала. Поэтому в дальнейшем для нахождения оптимального решения был использован метод рототабельного композиционного планирования второго порядка.
Методика исследований по оптимизации процесса разволокнения
Подготовка сырья для эксперимента проводилась следующим образом: ленты в расправленном виде укладывались вдоль конвейера резальной машины модели TS - 40 фирмы «Tessiltecnika" (Италия) и измельчались с шагом резки 50 мм. В результате сырье имело вид лент длиной до 300 мм и шириной от 10 до 30 мм. Затем проводилось его эмульсирование и вылеживание в течение 12 часов. Для этой цели использовалась эмульсия на основе препарата ОС-20 в количестве 5-8% от массы сырья. Состав эмульсии - 3% препарата ОС-20, 97% воды.
Волокнистая масса, получаемая на выходе экспериментальной установки представляет собой комплекс компонентов, состоящий из смеси регенерированных волокон, нитей и не полностью разработанных клочков. Назовем ее - смесь регенерированных волокон и нитей. Содержание каждого компонента в смеси зависит от сырьевого состава перерабатываемых отходов, линейной плотности нитей, строения ткани и т.д. Неполностью разработанные клочки по краям имеют осыпанные нити и сдвинутые относительно друг друга системы нитей основы и утка. Размер клочков может быть равным установленной длине первоначальной резки. Содержание волокон и нитей в смеси может изменяться от 30 до 100%, а клочков от 0 до 70%. Таким образом очевидно, что смесь регенерированных волокон и нитей по своим характеристикам существенно отличается как от первичных волокон, так и от восстановленной шерсти.
Для смеси регенерированных волокон и нитей отсутствуют стандартные методы испытаний, как это, например, имеет место для первичных волокон. Многие методы испытаний, применяемые для восстановленной шерсти по ГОСТ 10376-77 "Шерсть восстановленная из отходов производства и потребления шерстяных и полушерстяных материалов. Технические условия", не могут быть однозначно использованы для оценки свойств смеси регенерированных волокон и нитей. В связи с этим в данной работе использовались, как широко известные методы исследования волокнистых смесей, так и оригинальные, описанные в главе 1.
В качестве показателей, наиболее полно характеризующих процесс разволокнения, были отобраны следующие характеристики смеси регенерированных волокон и нитей: массовые доли волокна, нитей и неразработанных клочков, длина волокна и нитей, масса клочка.
Отбор проб производился по методу принятому в ГОСТ 10376-77 "Шерсть восстановленная из отходов производства и потребления шерстяных и полушерстяных материалов. Технические условия" и ГОСТ 20576-88 "Шерсть натуральная сортированная. Правила приемки и методы отбора проб". Для оценки качества смеси необходимо сначала провести ее разделение на компоненты и определить их массовые доли в смеси. Определение массовых долей волокна, нитей и неразработанных клочков проводилось по ГОСТ 10376-77.
Измерения длины волокна и нитей проводилось методом одиночного промера по ГОСТ 10213.4-73 "Волокно и жгут химические. Метод определения длины" с изменениями, указанными в ГОСТ 10376-77.
Определение показателя «массы клочка» проводилось по следующей методике. От проб, оставшихся после определения массовой доли неразработанных клочков, отбирали 3 точечные пробы массой 70 ±0,1 г каждая. Масса точечной пробы обеспечивала количество клочков в ней не менее 600 независимо от вида отходов тканей (плательные, костюмные, тяжелые технические и т.д.). Измерение массы 500-550 клочков обеспечило величину гарантийной ошибки не более 5%. Измерения массы клочков проводились на весах марки ВЛА-200-М с точностью до 0,0001 г. За окончательный результат испытания принимали среднее арифметическое результатов трех полученных значений массы клочка.
Разработка технологии нетканого геотекстильного материала типа Дорнит с включением смесей регенерированных волокон и нитей
Интенсивное развитие производства геотекстиля для дорожного и гидротехнического строительства базируется на применении химических волокон и их отходов, которые, обладая специфическими физико-механическими и химическими свойствами, обуславливают выполнение геотекстилем при эксплуатации трех наиболее важных функций: армирования, дренажа и фильтрации.
Геотекстиль должен обладать достаточной прочностью и способностью деформироваться при растяжении, сопротивляться пробиванию, продавливанию, проколу, срезу, сжатию, истиранию, заиливанию, а также должен иметь необходимую фильтрационную способность, достаточное гидравлическое сопротивление, небольшую засоряемость и влагопоглощение и наряду со всеми этими качествами иметь небольшую поверхностную плотность. Кроме того, геотекстиль должен быть био- и хемостойким и устойчивым к действию солнечных лучей.
Наибольшее распространение за рубежом в производстве геотекстиля разными способами получили первичные полиэфирные (ПЭ) и полипропиленовые (ПП) волокна, в основном благодаря тому, что они обладают высокой био- и химической устойчивостью. Геотекстиль из этих волокон за первые 3-5 лет эксплуатации в сложных природно -138 климатических условиях теряет только от 10 до 20 % исходной прочности, что связано с процессами естественного старения полимеров. [2.1, 2.4].
ПЭ волокна имеют высокий модуль упругости, относительно небольшое удлинение при растяжении, что ограничивает их ползучесть, высокое сопротивление истиранию и высокую температуру плавления (260С), хорошее сопротивление попеременному воздействию замораживания и оттаивания, удовлетворительную устойчивость к действию солнечных лучей. Недостаток ПЭ волокон состоит в том, что воздействие на них гидроокиси кальция (щелочной среды) заметно снижает их прочность, предопределяя непригодность этих волокон и геотекстиля из них там, где они могут контактировать с известью или слоями бетона, укрепленного известью или цементом, например, при строительстве тоннелей.
При использовании геотекстиля в контакте с горячим битумом или асфальтом основной его характеристикой является температура плавления составляющих волокон. Учитывая, что при температуре около 165С происходит термическое разложение ПП волокон, их контакт с такими материалами нежелателен. Геотекстиль из ПЭ волокон нечувствителен к такому нагреву, так как температура их плавления около 260С.
К выбору вида отходов синтетических волокон и нитей для производства геотекстиля в СНГ подходят с учетом сырьевого баланса предприятий, изготавливающих и перерабатывающих их. Так, для геотекстиля, используемого как несущие прослойки при возведении временных дорог на слабых грунтах, определяющей является их армирующая функция, которая требует от них высоких прочностных и деформационных свойств. Поэтому в качестве основного компонента такого геотекстиля до последнего времени использовались промышленные отходы обычных полиамидных (ПА) волокон и нитей, производство которых наиболее развито в СНГ.
Однако, учитывая известные теоретические положения о низкой кислотостойкости обычных ПА волокон [1.2, 1.10, 1.15] и зная поведение геотекстиля из них в процессе эксплуатации в конструкциях дорог на слабых грунтах в кислых средах с рН = 5 и менее [2.21, 2.28], от их использования при разработке геотекстиля в настоящее время практически отказались.
Необходимость всестороннего изучения проблемы низкой устойчивости полиамидных волокон к действию кислых сред возникла также в связи с тем, что как среди разработчиков и производителей [2,6, 2,7], так и среди потребителей [2,29, 2.42, 2.43] в последние годы укрепилось мнение, что такого явления как-бы не существует и что геотекстили на основе полиамидных волокон вполне пригодны для эксплуатации в сложных природных условиях с повышенной кислотностью грунта или окружающей среды.
Чтобы окончательно прояснить данный вопрос, Н.А. Лебедев разработал установку [2.24] и предложил методику определения химической устойчивости нетканых геотекстильных материалов, посредством которой удалось объективно подтвердить теоретический факт низкой устойчивости обычных полиамидных волокон в кислых средах.
По этой же методике было установлено, что необычные полимидные волокна и их отходы ведут себя в кислых средах по-другому.
К необычным ПА волокнам относятся, например, регенерированные волокна из бывших в употреблении морских канатов, так как они состоят из полимида-6, достоточно устойчивого к действию кислот. Серийное производство геотекстиля из этого сырья освоено на Владивостокской фабрике по переработке вторичных ресурсов. [1.7]
