Разработка технологии разволокнения и получения пористого материала из вторичного текстильного сырья Зырянов Сергей Викторович

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ научно-технической литературы по вопросам переработки текстильных волокнистых отходов 10

1.1. Вторичные материальные ресурсы 10

1.2. Классификация вторичных материальных ресурсов (BMP) 12

1.3. Способы переработки вторичных материальных ресурсов хлопчатобумажной промышленности - 15

1.3.1, Оборудование для обработки волокнистых отходов 16

1.3.2. Существующий технологический процесс переработки вторичных материальных ресурсов на ПИК «Советская Звезда», .18

1.4. Основные виды вторичного текстильного сырья 19

15. Получение из вторичного текстильного сырья восстановленных волокон 21

1.5.1. Оборудование для разработки лоскута 22

1.6. Производство нетканых материалов, как способ переработки восстановленных волокон 32

1,6,1. Особенности структуры нетканых клееных материалов 35

1.6.2 Моделирование процесса пропитки волокнистого слоя полимерным связующим 36

1.6.3 Распределение связующего-как одна из важных характеристик определяющих ^ структуру нетканых клееных материалов (НКМ) 41

1.6.4. Применяемые связующие 44

1.7. Другие способы утилизации вторичных материальных ресурсов 46

1.8. Материалы и изделия для теплоизоляции 47

1.9. Выводы по главе 48

1.10. Цель и задачи исследований 49

2. Разработка теоретических основ технологического процесса разволокнения вторичных материальных ресурсов швейной и трикотажной промышленности . .50

2.1. Свойства волокон, составляющих вторичные материальные ресурсы

текстильной промышленности 50

2.2. Влияние различных факторов на величину усилия разволокнсния 53

2.3. Факторы влияющие на длину и прочность восстановленных волокон 58

2.4. Выводы по главе 62

3. Экспериментальные исследования процесса разволокнения с целью его оптимизации 63

3,1. Схема и основные характеристики экспериментальной установки процесса разволокнения, 63

3.2. Оптимизация процесса разволокнения на экспериментальной установке 66

3.3. Разработка методов оценки качества регенерированных волокон из BMP 76

3.3.1. Метод оценки массовой доли неразработанных клочков по их площади 76

3.4. Результаты эксперимента и их обработка 86

3.4.1. Определение массовой доли волокон смеси 86

3.4.2. Определение средней длины регенерированных волокон 87

3.4.3. Определение разрывной нагрузки регенерированных волокон 88

3.5. Толщина волокон 93

3.6. Выводы по главе ,, .95

4. Анализ процесса пропитки волокнистого настила вязкой жидкостью 97

4.1 Схема и основные характеристики технологического процесса пропитки волокнистого настила 97

4.2 Выбор модели технологического процесса 99

4.3. Составление общего уравнения движения жидкости 101

4.4. Уравнение движения жидкости для режима Ї 102

4.5. Анализ влияния технологических параметров на характер движения вязкой жидкости через волокнистый настил 108

4.6. Выводы по главе 110

5. Получение клееного нетканого материала и влияние свойств волокон на его свойства 112

5.1. Получение клееных нетканых материалов 112

5.2. Влияние механических свойств волокон .118

5.3. Оценка свойств экспериментальных клееных материалов 119

5.4. Выбор показателей качества НКМ и их оценка 121

5.5. Метод комплексной графической оценки качества НКМ 124

5.6. Сравнительная оценка качества НКМ

Выводы

Список литературы

• Получение из вторичного текстильного сырья восстановленных волокон
• Влияние различных факторов на величину усилия разволокнсния
• Разработка методов оценки качества регенерированных волокон из BMP
• Анализ влияния технологических параметров на характер движения вязкой жидкости через волокнистый настил

Введение к работе

Окружающий нас природный ландшафт представляет собой сложную взаимосвязанную систему. Вторгаясь в эту систему, человек и его хозяйственная деятельность оказывают на нее определённое влияние. Огромное воздействие на экологию оказывают промышленные отходы, которые засоряют и захламляют окружающий нас ландшафт.

Решение проблемы переработки промышленных отходов приобретает в последние
годы первостепенное значение. Кроме того, в связи с грядущим постепенным истощением
природных источников сырья для всех отраслей народного хозяйства особую значимость
приобретает полное использование всех видов промышленных отходов. Многие развитые
страны практически полностью и успешно решают все эти задачи. Особенно это касается
Японии, США, Германии, Прибалтийских стран и других III. В условиях рыночной
экономики перед исследователями и промышленниками, перед муниципальными властями
выдвигается необходимость обеспечить максимально возможную безвредность
технологических процессов и полное использование всех отходов производства, то есть
> приблизиться к созданию безотходных технологий.

Работники предприятий лёгкой промышленности, должны стремиться как к
максимальному сокращению образования отходов производства, так и наиболее
рациональному их использованию. Следует добиваться более экономного расходования
материальных ресурсов, снижение материалоёмкости продукции и применение более
дешёвых и менее дефицитных материалов, каковыми являются вторичные материальные
ресурсы (ВМР)./2/
ф В последние годы в лёгкой промышленности проводятся определённые

мероприятия по улучшению сбора и использования BMP, однако уровень использования важнейших видов отходов в настоящее время ешё нельзя признать удовлетворительным.

Многие виды ценных отходов производства пока ещё не перерабатываются (сжигаются, выбрасываются на свалку), либо используются недостаточно эффективно. Одной из причин неудовлетворительного использования вторичных материальных ресурсов является отсутствие систематизированной методической и справочной литературы, в которой приводились бы сведения, касающиеся характеристики отходов, источников и объёмов их образования, технико-экономических показателей установок по подготовке и утилизации вторичных материальных ресурсов,

направлений и эффективности их использования, характеристики изделий из них, нормативно-технической документации /3/.

Актуальность темы

Развитие научно-технического прогресса и увеличение объёмов производства
различных видов материалов влечет за собой рост количества отходов потребления, а
иногда и производства, в связи с чем актуальность переработки вторичных материальных
ресурсов (BMP) будет постоянно повышаться, приобретая все большее значение в
народном хозяйстве страны. Одновременно с этим значительно возрастает потребность в
сырье, в создании новых малоотходных технологий. В первую очередь эта проблема
требует решения в наиболее материалоёмких отраслях промышленности, в частности в
текстильной. В современных условиях дефицита и высокой стоимости сырья все более
актуальными становятся НИР, направленные на совершенствование качества
регенерируемых волокон, выявление их технологических резервов и расширение области
применения. Применение такого сырья для производства товаров народного потребления
ведет к снижению себестоимости готовой продукции, способствует ритмичной работе
предприятия и более рациональному использованию ценного волокнистого сырья
*^! Особую значимость для разработки и расширенного внедрения

ресурсосберегающих технологий имеют усилия как по созданию новых поточных линий для переработки отходов, так и по модернизации оборудования, имеющегося на отечественных предприятиях, комплектации и доработки существующих узлов, механизмов и машин, используемых в текстильной промышленности

Наиболее перспективным и экономически эффективным на сегодняшний день
является использование BMP, получаемых в виде волокнистых отходов, для производства
ш нетканых клееных материалов, обладающих повышенными тепло- звуко- и

гидроизоляционными свойствами. Возможность использования в процессе их производства различных связующих, обработка растворами биопрепаратов, антипиренами и другими специальными составами расширяет область их применения в строительстве и других отраслях народного хозяйства.

Однако, многие вопросы производства нетканых клееных материалов из регенерированных волокон, получаемых из такого вида отходов, как лоскут тканей и трикотажа, все еще остаются не изучены.

Известно, что качество нетканых клееных материалов во многом зависит от эффективной работы линий для механического разволокнения отходов, от оптимизации их

технологических параметров, таких как разводки между рабочими органами, частота вращения разволокняющего барабана, скорость питающего органа и др.

Не менее важным является изучение процесса пропитки волокнистых слоев из регенерированных волокон экологически безопасными и экономичными полимерными связующими с целью установления технологических режимов, необходимых для выпуска на опытно-производственной установке различных пористо-волокнистых настилов и матов для тепло-, звуко- , гидроизоляции, фильтров и т.п.

В связи с этим в настоящей работе рассмотрены вопросы, связанные с разработкой унифицированной ресурсосберегающей технологии выпуска различных пористо-волокнистых нетканых материалов из регенерированных волокон BMP хлопчатобумажной, а также швейной и трикотажной промышленности, с использованием метода пропитки связующим.

Цель работы заключалась в разработке ресурсосберегающей технологии

получения клееных нетканых материалов на базе созданной опытно-промышленной

установки для переработки вторичного сырья - восстановленных волокон из отходов

хлопчатобумажной, швейной и трикотажной промышленности, изготовляемых для

теплоизоляции.

В ходе выполнения диссертационной работы были поставлены и решены следующие задачи:

Проведён анализ применяющихся технологий и конструктивных
особенностей существующего оборудования для переработки волокнистых
отходов и на его основе определены основные направления теоретического
и экспериментального исследования, необходимые для повышения

* эффективности переработки BMP швейной и трикотажной

промышленности;

* Изучен характер изменения свойств различных видов восстановленных
(регенерированных) волокон, предложены формулы для определения их
средней длимы и относительной прочности;

Создана, экспериментальная установка для получения восстановленных
волокон из BMP швейной и трикотажной промышленности;

* Оптимизирован процесс разволокнения на экспериментальной установке по
таким параметрам как массовая доля клочков и нитей, длина волокон и их
разрывная нагрузка;

Разработан оптический метод для определения массовой доли
неразработанных клочков в смеси;

Усовершенствована опытно-промышленная установка для пропитки холстов, полученных из восстановленных волокон, составом связующего; выполнены необходимые расчеты для определения основных параметров технологического режима пропитки;

Подучены экспериментальные образцы нетканых клееных материалов, которые могут применятся в качестве теплоизоляционных и проведена комплексная оценка их качества.

*' Общая методика исследований: Работа включает в себя теоретические и

экспериментальные исследования процессов разволокнения и пропитки BMP швейной и трикотажной промышленности. В качестве вторичного сырья использованы текстильные отходы в виде лоскута, а объектом исследования явились смеси из регенерированных натуральных и химических волокон и клееные нетканые материалы на их основе Все расчеты выполнялись на ЭВМ. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном оборудовании кафедры МТВМ СПГУТД и на действующем опытно -

_и промышленном оборудовании ОАО «Фанема» и ООО «Синтек». При их выполнении

использовались оптические методы исследований, методы планирования эксперимента и экспертных оценок качества с последующей обработкой данных методами математической статистики. Выполненные расчеты и основные выводы подтверждены результатами экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях. Научная новизна. Создана экспериментальная установка для получения восстановленных волокон из BMP швейной и трикотажной промышленности и оптимизированы технологические параметры ее работы;

Выявлена степень влияния процесса разволокнения различных отходов на свойства получаемых волокон; предложены формулы для определения средней длины и относительной прочности восстановленных волокон;

Разработан метод определения массовой доли неразработанных клочков в смеси восстановленных волокон;

Разработан ассортимент новых нетканых материалов, изготовляемых из BMP швейной и трикотажной промышленности, рекомендуемых к использованию в строительстве в качестве теплоизолирующих

Практическая значимость работы состоит в следующем :

* Усовершенствована опытно - промышленная установка для формирования и
пропитки холстов из смеси восстановленных волокон, жидким связующим

Разработаны технологические режимы получения клееных нетканых материалов из восстановленных волокон; получены экспериментальные образцы нетканых клееных материалов для их дальнейшего использования в строительстве, в качестве теплоизоляционных

Результаты диссертационной работы доведены до практического внедрения в производство на ООО «Синтек», где экспериментальная разволокняющая машина

установлена в составе агрегата для производства нетканых материалов и ОАО «Советская
Звезда», где освоена технология получения восстановленных волокон из BMP швейной и
трикотажной промышленности для повторного их использования при производстве
клееных нетканых материалов.

Результаты диссертационной работы рекомендуются к использованию текстильщиками-технологами при разработке и создании нового и модернизации действующего оборудования для разволокнения BMP швейной и трикотажной промышленности. Основные научные разработки внедрены в учебный процесс на кафедре МТВМ Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна при подготовке инженеров, магистров и бакалавров

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных
конференциях технологического факультета СПГУТД в 1995 и 1998 гг.; на научных
семинарах и заседаниях кафедры механической технологии волокнистых материалов в
1995,1998, 2003 и 2004 гг. Отдельные результаты работы были включены в отчет по
выполнению Международной научной программы «Наука ради Мира» по Проекту SfP №
* 973658 за 2003 г.

Публикации.

По материалам работы опубликовано четыре научных статьи, Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, и выводов по основным результатам работы. Содержит 130 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 17 таблиц, а также списка используемой литературы, насчитывающего 105 источников. «

щ Глава I. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПО ВОПРОСАМ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКНИСТЫХ ОТХОДОВ

1.1. Вторичные материальные ресурсы

Вторичные материальные ресурсы (BMP) — это отходы производства и потребления, которые на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве

Отходы производства, относящиеся к BMP — это остатки материалов и сырья,
4 образующиеся в процессе изготовления продукции, не полностью утратившие

потребительскую ценность исходного сырья и материалов. BMP могут использоваться в народном хозяйстве в качестве сырья или добавок к нему.

На рис. 1.1 схематично представлено образование BMP в процессе производства продукции легкой промышленности/4/

Ко вторичным материальным ресурсам не относятся : Возвратные отходы - отходы производства, используемые повторно (без доработки) в качестве сырья для получения основной продукции, при производстве которой ОНИ образуются.

Безвозвратные потери - потери, обусловленные спецификой технологии данного
производства при современном уровне техники (распыление, испарение» усадка и т.п.)
Отбросы - отходы производсгва и потребления, которые на современном уровне развития
науки и техники не могут быть использованы в народном хозяйстве, либо их
использование экономически не целесообразно (например, пыль, отделённые сорные
примеси, репей и т.п.)
* Вторичные материальные ресурсы подразделяются на используемые и не используемые:

Используемые вторичные материальные ресурсы - отходы, которые после соответствующей обработки в настоящее время используются в народном хозяйстве В качестве сырья или добавки к нему для выработки продукции, как основного производства на предприятиях, где эти отходы образуются, так и за их пределами.

Неиспользуемые вторичные материальные ресурсы - отходы, которые не используются в
настоящее время из-за отсутствия капитальных вложений на их переработку, потребителя
щ и разработанных организационно-технических мероприятий по их использованию,

технической документации

Сырье и материалы

Продукция или полуфабрикаты

Безвозвратные потери

Отходы производства

Побочные

продукты

Отбросы

Возвратные отходы обраты

Неиспользуемые в настоящее время

Используемые

Потребители

Неиспользуемые в настоящее время

Для производства продукции на предприятии

Реализуемые внутри отрасли

Рис. 1.1. Схема образования вторичных материальных ресурсов (BMP) в процессе производства продукции легкой промышленности

Побочными продуктами следует считать такие продукты, которые образуются в

* результате физико-химической переработки сырья наряду с основной продукцией, но не
являются основной целью данного производственного процесса могут быть использованы
в качестве готовой продукции или сырья для переработки в других производствах
(например семена хлопка, льна, конопли; мездровый и шерстный жир и т.п.)

1.2. Классификация вторичных материальных ресурсов.

Классификацию вторичных материальных ресурсов следует осуществлять по трём

* основным признакам: по источникам образования отходов, по составу (виду) сырья, и по
направлению использования /3/.

На рис. 1.2. показана классификация BMP по источникам образования. Отходы
классифицируются по подотраслям лёгкой промышленности по следующим группам: 1-
отходы подотраслей текстильной промышленности: хлопчатобумажные, льняные и пенько-
джутовые, шерстяные, шёлкомотальные и шёлковые. 2-отходы подотраслей лёгкой
промышленности : трикотажные, кожевенно-обувные, меховые, искусственных кож и
_fc плёночных материалов.

Классификация BMP по видам сырья подразделяется на три группы: из натурального сырья; 2- из химического сырья; 3- из смешанного сырья (натуральное в смеси с химическим в разных сочетания и пропорциях). BMP из натурального сырья -хлопок-волокно, льняное и другие лубяные волокна, шерсть, шёлк натуральный, кожа и мех. BMP из химического сырья подразделяются на три группы: из химических волокон, из химических нитей и из химических материалов (искусственная кожа). Химические волокна подразделяются на искусственные и сит^тические, а затем по видам волокон и нитей ( по природе исходного полимера).

В данной работе рассматриваются BMP швейной и трикотажной промышленности, а также BMP из натурального хлопкового сырья, то есть использование BMP образующихся в хлопчатобумажной промышленности,

Технические требования к хлопчатобумажным отходам регламентируются ГОСТ
5159-78 Стандарт распространяется на хлопчатобумажные отходы всех видов, получаемых
при переработке хлопкового волокна на прядильно-ткацких и ниточных фабриках. В
* зависимости от вида, характеристики и места образования отходы подразделяют по

номерам. Таких номеров 53, причём для каждого характерно определённое содержание пороков и сорных примесей, выраженное в процентах /6/. На рис.1.3.представлена схема

оассификацин вторичных материальных ресурсов хлопчатобумажной промышленности по физико- механическим свойствам.

BMP ЛЕГКОЙ промышленности

BMP подотраслей текстильной промышленности

BMP подотраслей лёгкой промышленности

Хлопкоочистительной и хлопчатобумажной про мы ш ле н ности

Трикотажной промышленности

Первичной обработки

лубяных волокон, льняной

и пенько джутовой

промышленности

Швейной промышленности

Первично обработки шерсти и валяльно-

воилочной промышленности

Кожевенно-обувной промышленности

Меховой промышленности

Шелковой

промышленности и

шёлкомотания

BMP промышленности искусственных кож и плёночных материалов

Рис. I 2. Схема классификации вторичных материальных ресурсов лёгкой промышленности по источникам образования

BMP хлопчатобумажной промышленности

I- группа прядомые

- группа прядомые

III- группа ватные

IV-группа низкосортные

V-группа обтирочные

VT- кустарные

_Ш.

&

S т

&

Рис. 1.3.Схема классификации вторичных материальных ресурсов хлопчатобумажной промышленности по фшико механическим свойствам

* 1.3. Способы переработки вторичных материальных ресурсов хлопчатобумажной

промышленности.

Одним из средств аффективного использование сырьевой базы в хлопчатобумажной промышленности является рациональная переработка хлопкового волокна низких сортов и прядомых отходов. Хотя переработка хлопкового волокна приводит к увеличению количества отходов производства, которые, однако можно использовать для выработки ваты и другой продукции. На рис. 1,4. показана классификация вторичных материальных

* ресурсов по направлениям использования. BMP хлопчатобумажной промышленности
подразделяются на прядомые - употребляемые в смеси с основным сырьём на выработку
пряжи; ватные - перерабатываемые в смеси с основным сырьём на выработку ваты и
нетканых материалов; весовой лоскут ткани, перерабатываемый в регенерируемое волокно;
не прядомые BMP- перерабатываются на строительные плиты, кровельные материалы,
некоторые виды нетканых материалов

BMP хлопчатобумажной промышленности

_{,' , Г , ,'}

Г І і і І і

Рис. 1.4. классификация вторичных материальных ресурсов хлопчатобумажной
промышленности по направлениям использования.

1.3.1. Оборудование для обработки волокнистых отходов

В труде ПІ представлены сведения об оборудовании для очистки орешка и шляпочного очеса. В частности немецкая фирма «Temafa» рекомендует поточную линию в составе питателя-смесителя BO-KR-0346, пневматического очистителя PR-0714, чистителя Clean-Star.

После первой очистки материал поступает на повторную очистку или в бункер для
отвода очищенных отходов Далее эти отходы транспортируются на пресс или дальнейшую
переработку. Одно из преимуществ замкнутой системы переработки состоит в том, что
#-, технологические отходы поступают на отдельные машины основной цепочки без

затрат труда и после вторичной переработки их сразу можно использовать в производственном процессе. Другое преимущество состоит в том, что используемые волокна из отходов одного и того же происхождения с основной массой волокон, что исключает трудности при их крашении Однако существенным недостатком очистительных линий является их высокая энергоёмкость, узкая специализация и связь с каким-либо одним видом сырья

В работе /6/ показано оборудование для очистки волокнистого материала, когда клочки отходов достаточно разрыхлены. По рекомендациям ИвНИТИ для очистки отходов многие предприятия используют агрегат, в состав которого входит питатель П-1, наклонный очиститель ОН-б-3 и 2—4 машины для очистки отходов, в выпускной части которых установлены пильчатые органы. Машина для очистки отходов изготавливается на базе узла приємного барабана демонтированных чесальных машин, предпочтительно типа ЧММ-450-4 и ЧММ-450-4М с бесхолстовым питанием. Для этой же цели с несколько меньшим эффектом могут быть примерены чесальные машины других типов (с одним приемным барабаном). Но при этом необходима предварительная обработка и привлечение дополнительного оборудования в технологический процесс очистки волокнистых отходов

В статье /8/ описан способ производства пряжи полностью из отходов или с
добавлением хлопкового волокна низких сортов. Состав агрегата; питатели - смесители
Л-1, трепальная машина ТБ-3, головной питатель П-5, цепочка очистительных машин
(ОП-6-1, 40, ОН-6-2). Для очистки отходов, засоренность которых выше нормы, на
* основном агрегате для очистки отходов установлены дополнительные секции в составе

П-1, ЧО, П-5. Эффективность очистки такого усиленного агрегата составляет 66,1 % при исходной засоренности смеси 9,95 % и засоренности после разрыхлительно-

трепального агрегата 3,37%. Качество пряжи из полученной смеси соответствовало лишь Ш-му сорту и поэтому область применения данной пряжи достаточно ограничена

В статье /9/ описаны варианты пригодные для наиболее полного использования отходов в своем же производстве, а именно создание цехов для производства мебельной ваты.

Для производства ваты устанавливают технологическую цепочку, в которую входят
смеситель непрерывного действия СН-1У, вертикальный разрыхлитель ВР-1, трепальная
машина ТО-16, ваточёсальная машина ЧВПО-600, На этой цепочке перерабатывается
^ смесь следующего состава, %; хлопковое волокно V типа-1 сорта - 10, кардные очесы №

12 - 15. пух с чистителей № 17 - 5, орешек и пух чесальный № 7 - 40, орешек и пух трепальный № 4 - 30

Но надо отметить, что не каждое предприятие может иметь возможность для реализации данного варианта переработки волокнистых отходов, в частности, из-за отсутствия необходимых производственных площадей.

Материал /10/ затрагивает проблему использования хлопчатобумажных прядильных отходов Разрабатывались нормы использования отходов, которые должны быть установлены таким образом, чтобы полностью исключить использование первичного сырья, там где его можно заменить вторичным без ухудшения качества продукции. Однако при использовании отходов качество выпускаемой продукции неминуемо снижается и круг ее использования тоже снижается. При этом происходит дополнительное использование оборудования, что увеличивает затраты по переработке хлопчатобумажных отходов.

В работе /II/ разработана технология и оборудование комбинированной поточной
А линии по производству хлопковой пряжи для трикотажных изделий с вложением

регенерированных волокон с поэтапной очисткой базовой смеси и смешиванием её с регенерированными волокнами

В работе /12/ затронуты теоретические аспекты процесса разволокнения отходов
хлопчатобумажных тканей. А именно составлено математическое описание распределения
напряжений в лоскуте текстильного полотна при его взаимодействии с рабочими органами
питающего устройства поточной линии для разволокнения отходов текстильного
_ш производства. При этом используется теория плоского напряжённого состояния, однако

данная теория применима для изотропных материалов и сред, а вторичные материальные ресурсы текстильной промышленности среда не изотропная.

1.3.2. Су шествующий технологический процесс переработки вторичных
Щ материальных ресурсов на прядильно - ниточном комбинате

ОАО «Советская Звезда»

Получаемые на основном производстве кардные очесы разрыхляют и очищают на

специальном оборудовании. После этой очистки массовая доля прядомых волокон

составляет 51—-79%. Разрывная нагрузка волокнистой массы кардного очеса № 10 и 11

должна быть на уровне 4,ЗсН, коэффициент зрелости—1,9, что соответствует

* показателям хлопкового волокна II сорта.

Очес, который добавляется в сортировку для производства кардной или аппаратной пряжи, должен иметь длину короче исходной не более, чем на 2—4 мм При производстве кардной пряжи к сортировке добавляют 6—10 % шляпочного очеса

Рвань ровницы предварительно пропускают через щипальную мдшину для получения однородной массы, которую затем добавляют в свою сортировку. Длина волокон этих отходов должна соответствовать длине волокон исходной сортировки,

Колечки освобождают от концов пряжи, ровницы, пуха, пропуская их через нитеотделительную машину для получения однородной массы волокна. Длина волокна в колечках должна быть не меньше длины волокна в сортировке, нулевая группа должна быть уменьшена в связи с выделением, коротких волокон на предыдущих стадиях процесса.

Из чистой подмети, пропущенной через машину по очистке отходов, получают прядомое волокно, которое должно иметь физико-механические свойства, близкие к свойствам волокна исходной сортировки.

Таким образом, очистка, отходов и подготовка их к прядению является одной из важнейших задач производства. Однако обработка должна протекать с наименьшим повреждением волокон и с наилучшим отделением сорных примесей, что при большом содержании короткого волокна в отходах очень затруднительно

На ОАО «Советская Звезда» проводилась работа по получению уточной пряжи 50
текс на пневмомеханических прядильных машинах, при вложении в смесь 75%
гребенного очёса ст 15, в сочетании с 25% отходов ст 7 и ст И- Смесь
' перерабатывалась на разрыхлительно-трепальном агрегате, состоящем из питателя

смесителя (типа П-1)> очистителя наклонного (ОН-6-3), горизонтального разрыхлителя (типа ГР-6). Далее по переходам использовались чесальная машина, с

получением готовой ленты, Werkbau (Германия), и прядильная машина BD-200RC Однако качество получаемой пряжи согласно техническим условиям соответствовало 3-му сорту, так как принятый процент вложения в смесь отходов оказался завышенным, что и отразилось на ее качестве, т.е. понизилась сортность пряжи, выход пряжи, увеличилась обрывность, ухудшились физико-механические показатели. Однако стоимость такой пряжи ниже по сравнению с производством пряжи из первичного сырья. Но за счет низкого качества такой продукции сбыт её достаточно ограничен.

Из полученных данных можно сделать вывод, что переработка BMP безусловно целесообразна, однако требует дальнейших изысканий по расширению номенклатуры используемых отходов и разработки технологии переработки BMP в потребительские товары, которые могут быть реализованы с прибылью для предприятия.

!.4.0снопные виды вторичного текстильного сырья

Вторичные материальные ресурсы подотрасли лёгкой промышленности, согласно классификации /13/ могут быть определены как вторичное текстильное сырьё и отходы текстильного производства, в состав которых входят отходы бытовые и отходы потребления.

Вторичным текстильным сырьем (ВТС) называются изношенные и бывшие в употреблении волокнистые материалы и изделия, негодные для применения по прямому назначению, но пригодные после соответствующей обработки к использованию в качестве сырья для изготовления промышленной продукции. К ВТС относятся также отходы, получаемые в виде лоскута и различных деталей при раскрое и изготовлении швейных, трикотажных, фетровых и других подобных изделий. Таким образом, ВТС образуется из бытовых и промышленных отходов потребления.

Основную часть текстильного вторичного сырья составляют бытовые отходы потребления, к которым относятся изношенные изделия следующих видов: шерстяные, шубные, валяльно-войлочные, льно-пеньковые, хлопчатобумажные, из химических волокон и нитей.

К промышленным отходам потребления относятся: отработанные технические сукна и ткани, технические войлоки, мешковина, кручёные и плетёные изделия, также отходы

швейного, трикотажного, валяльно-войлочного, фетрового и других производств, получаемых при раскрое тканей, трикотажа, войлока, фетра.

Между бытовыми и промышленными отходами потребления, состоящих их текстильных волокон, имеется существенная разница. Бытовые отходы потребления, как правило, характеризуются значительным износом и загрязнённостью, в то время как большая часть отходов промышленного потребления отличается отсутствием или меньшей степенью износа и загрязнённости Кроме того, значительно различается система заготовок отходов потребления. Если текстильные бытовые отходы заготавливают путем закупок и сбора у населения, причём количество и качество их может резко изменятся в зависимости от различных условий, то отходы промышленного потребления могут заранее планироваться по количеству и видам и направляться для дальнейшего использования более или менее однородными партиями

Согласно классификации /14/, отходы швейного производства подразделяют на шесть основных групп:

Шерстяные смешанные и полушерстяные

Льняные и пеньковые

Хлопчатобумажные

Искусственные и синтетические

Из смешанных волокон

Подметь

Отходы трикотажной промышленности разделяют: по размеру

Поделочные, используемые для пошива мелких изделий

Производственные, используемые для получения восстановленных волокон и выработки обтирочных материалов

Подметь трикотажную

Классификация бытовых отходов потребления по источнику образования и составу может быть представлена как:

Отходы шерстяных изделии

Отходы валялыш-войлочных изделий

Отходы шубных изделий

Отходы льно-пеньковых изделий

Отходы хлопчатобумажных изделий

Ветошь

Отходы ватных изделий

Отходы изделий из искусственных и синтетических волокон

1.5 Получение из вторичного текстильного сырья восстановленных волокон

Как рассматривалось выше вторичное текстильное сырьё состоит из бытовых и промышленных отходов потребления, пригодных для повторною изготовления ИЗ НИХ изделий широкого потребления и технического назначения. Использование вторичного сырья возможно только после соответствующей организационной и технологической подготовки.

К этапам переработки ВТС можно отнести :

Первичную подготовку

Получение восстановленных волокон

Использование восстановленных волокон

Целью первичной обработки вторичного сырья является - перевести неликвидное сырьё в ликвидное, т.е. пригодное для промышленного использования. Технологические процессы первичной обработки таковы: обеззараживание, обеспыливание, опорка, сортировка, прессование в кипы, упаковка, взвешивание и маркировка кип. Такая первичная обработка для многих видов вторичного текстильного сырья является недостаточной и дополняется процессами промывки и карбонизации. Для новых обрезков, поступающих из закройных цехов швейных и трикотажных предприятий, такие процессы, как обеззараживание, опорка, а иногда и сортировка отпадают.

*

1.5.1 Оборудование для разработки лоскута

Основным процессом получения восстановленных волокон из ВТС является метод механического воздействия. Наибольшее распространение получили однобарабанные щипальные машины (волчки). Лоскут на этих машинах разрабатывается двумя способами: «в нитку», с последующим расчесыванием нитей на волокна и «в волокно»./15/

Первый способ более дорогой, но он имеет ряд преимуществ; восстановленное волокно получается длиннее на 3-8 мм, чем при втором способе, чесание нитей предотвращает попадание в смесь неразработанных клочков, которые портят игольчатую гарнитуру чесальных аппаратов. Этот метод применяют для разработки трикотажного н наименее плотного камвольного лоскута

Второй способ обычно применяют для разработки плотных суконных тканей Необходимо отметить, что и при этом способе последующее чесание всегда даёт положительные результаты

В процессе разработки лоскута происходит многократное растяжение и деформация волокна, что вызывает перенапряжение молекулярных цепей в структуре волокон, которое сопровождается потерей прочности, удлинения и обрывами./14/ Для снижения напряжений и улучшения последующей переработки применяют замасливание лоскута, что придаёт волокнам большую гибкость и эластичность, сообщает им большую подвижность друг относительно друга, что обеспечивает разделение лоскута на волокна и предохраняет их от разрушения, уменьшает образование и распыл коротких волокон, повышая выход из лоскута восстановленных волокон. Замасливание лоскута способствует получению волокон большей длины. Для замасливания лоскута применяют жирные технические кислоты (олеиновую кислоту) и минеральные масла (соляровое, веретенное и др.)

На предприятиях работающих в области получения восстановленных волокон используют щипальные машины (волчки) ЩМ-50 и ЩМ-50-1, схема которой представлена на рис. 1.4. Основным рабочим органом машины является барабан I, на котором расположены деревянные планки с набранными металлическими колками длиной 48 мм Лоскут расстилают на питающем транспортёре 2, который медленно подводит его к питающим рифлёным валикам 3 и 4. Барабан разделяет лоскут на нити и волокна. Клочки неразработанного лоскута, захваченные колками барабана, сбиваются снова на питающую

решётку крыльчатым валиком 5. Над барабаном установлен козырёк 6, поддерживаемый болтами 7. Чтобы неразработанные клочки не могли пролетать над козырьком, сверху установлена пластина 8. Наклонный разделитель 9 может перемещаться вверх и вниз

Рис 1А Схема щипальной машины ЩМ-50 для разработки лоскута

Неразработанные клочки, направляемые козырьком, накапливаются в камере 10, откуда их вынимают и снова укладывают на питающую решетку. Призма 11 способствует отделению волокон от колков барабана. Разработанные волокна лоскута под действием центробежной силы и потока воздуха, создаваемого вентилятором 12, направляются в канал 13. Расположенный над вентилятором медленно вращающийся сетчатый барабан 14 подводит слой к плющильным валикам 15 и 16, которые передают разработанное волокно на выводящий транспортер 17. Воздух и пыль из барабана отсасываются вентилятором через боковые отверстия, имеющихся в рамах машины. Чтобы восстановленное волокно задерживаясь на колках, не выпадало, под барабаном установлен железный поддон J 8,

Модернизированная щипальная машина ЩМ-50-1 имеет удлинённый нижний выпускной транспортёр и отдельный электродвигатель, приводящий в движение питающий транспортёр и пару питающих рифлёных валиков Удлинение транспортера (на рис 1-4. показано пунктиром) вызвано тем, что при разработке грязного грубошерстного лоскута волокна не полностью поступают на выводящий транспортёр.

Рассмотренная щипальная машина однотипна с большинством старых машин зарубежных конструкций и имеет общие с ними недостатки:

Отсутствие автоматического питания

Недостаточная длина питающего транспортера

Постоянная нагрузка на питающие валики независимо от толщины слоев

Малая рабочая ширина

Отсутствие вариантов скоростей рабочих органов

Трудность установки точных разводок

Отсутствие механизма для автоматического отвода неразработанных клочков и их подачи на питающую решётку

Плохой отсос пыли

Невысокая производительность

Недостаточное отделение неразработанных клочков

Невысокое качество восстановленных волокон

В связи с этим на основании зарубежного опыта в области создания таких машин создавались новые конструкции, с учётом недостатков присущих матине ЩМ-50. На рис. 1.5 представлена схема однобарабанной щипальной машины ТР-800.

1-питающий транспортер, 2- рифлёные питающие валики, 3- барабан, 4- рычажно-пружинная система, для прочного зажима лоскута, 5- питатель, 6- верхний выводной барабан, 7- нижний выводной барабан.

Данная машина является более совершенной, чем машина ЩМ-50, однако большинство недостатков описанных выше сохранились. При этом энергозатраты увеличились, так как машина оснащена четырьмя электродвигателями с общей мощностью 31,4 квт, вместо 14 квт как на машине ЩМ-50.

Значительно усовершенствована однобарабанная щипальная машина АС-11 выпускавшаяся заводами «Бефама» (Польша): введён удлинённый питающий транспортёр,

верхний валик меньшего диаметра вращается в постоянно укреплённых подшипниках, нижний валик большего диаметра вращается в подвижных подшипниках, прижимаемых к верхним рычажно-пружинным устройствам, что создает постоянный прижим лоскута при вращении барабана; питающие валики и транспортер имеют бесступенчатую регулировку скоростей. Соотношение скоростей барабана и питающих валиков можно изменить не только изменением скорости питания, но и изменением скорости барабана.

Однако ло-іребление энергии данной машины остается достаточно высоким и составляет

24 квт.

Рис 1.5 Схема щипальной машины для разработки лоскута ТР-800

Однобарабанная щипальная машина Уолкер Смит, предназначена для разработки плотного лоскута и выпускалась в нескольких типоразмерах в зависимости от типа разрабатываемого лоскута. Машина имеет механизм предотвращающий возможность травм при работе в зоне питания машины. В зависимости от типа разрабатываемого

Рис 1.6 Схема щипальной машины для разработки лоскута ЩМШЛ-]

1-питающий столик; 2- питающий транспортёр; 3-предохранительный валик; 4-крылъчатый валик; 5-колковый барабан; 6-отбойный нож, 7-козырёк; 8-камера для сбора неразработанных клочков.

лоскута энергозатраты машины составляют от 22 до 26 квт, что так же отрицательно сказывается на стоимости получаемого восстановленного волокна.

Машина ЩМШЛ-1 предназначена для разработки шерстяного лоскута и отходов, содержащих синтетические волокна. Схема щипальной машины ЩМШЛ-1 представлена

на рнс. 1.6

Лоскут разрабатывается в зоне питающих валиков и барабана. Волокно с барабана снимается струёй воздуха от вентилятора, направленной строго по касательной к образующей барабана. Для отбоя неразработанных клочков предусмотрен нож и козырёк В нижней части машины смонтирован воздуховод, по которому полученное волокно транспортируется к выходу из машины

По сравнению с щипальной машиной ЩМ-50-1 размеры рабочих органов машины ЩМШЛ-1 значительно увеличены: диаметр барабана с 665 до 1036 мм, рабочая ширина с 380 до 485 мм, диаметр питающих валиков с 45 до 62 мм. Скорость удлинённого питающего транспортера имеет восемь ступеней, а барабана три ступени. В результате

этих конструктивных усовершенствований производительность машины, в зависимости от сорта лоскута в 2-2,5 раза превысила производительность машин ЩМ-50. При этом мощность потребляемой энергии увеличилась и составляет 21 кВт.

Все рассмотренные выше машины успешно работали на предприятиях занятых в
области получения восстановленных волокон, данные машины в основном направлены на
получение восстановленной шерсти из шерстяных отходов в соответствии с требованиями
ГОСТ 10376-77. /16/ Но в настоящее время актуальна задача получения не только
восстановленной шерсти, но и разработка лоскута, состоящего из синтетических волокон,
* обладающих высокой прочностью. Качественные показатели восстановленных

синтетических волокон полученных на данных машинах невысоки,/14/

Стремление улучшить качество разработанного волокна привело к появлению двух и
трёх барабанных машин. Особое распространение они получили в связи с необходимостью
разработки лоскута из синтетических волокон. Вопрос был решён с помощью унификации
щипальных машин, путем дополнения однобарабанной щипальной машины типовыми
приставками, но в зависимости от вида перерабатываемого лоскута с различной рабочей
^ шириной и различными диаметрами барабанов. Для разработки лоскута, содержащего

шерсть и синтетические волокна или состоящего из химических волокон, оправдывает себя использование щипальных агрегатов, состоящих из щипальных машин, соединённым с одним или двумя щипальными барабанами. Подобная щипальная машина АС-13 (Польша) представлена на рис.1.7,

Щипальная машина фирмы Вильсон Ноулес (Англия), рис 1.8, предназначена для

разработки тяжёлых и плотных видов лоскута.

1-питающий транспортер; 2-питающие валики; 3-нажимной рычаг с пружиной, 4-колковый

барабан,5-крыльчатые валик, 6-козырёк, 7-отбойная доска, 8-выводной транспортёр из

сборной камеры неразработанных клочков; 9-вентилятор; 10-рукавный фильтр; 11-барабан

второй щипальной машины; 12-сборная камера неразработанных клочков; 13-выводящий

транспортёр; 14-конденсорный барабан; 15-нижний передаточный транспортёр.

Рис. 1.7 Схема трёх барабанной щипальной машины АС-13

Рис IK. С\ема luiiiiajbhtu" Усшины Вильсон-Ноулее

Щипальные машины «Аутефа» (Германия), имеют один, два, три и пять барабанов
* Принцип работы такой машины идентичен работе машин показанных выше, однако есть и

некоторые особенности. Направление вращения барабана изменено: оно направлено не как обычно вверх от питающих валиков, а вниз. Другой важной особенностью этой машины является уменьшение пожароопасное при разработке вискозного и других видов легковоспламеняющегося лоскута

На основании рассмотренного щипального оборудования, применяемого для получения восстановленного волокна, можно сделать вывод, что для разработки малопрочного лоскута можно применять однобарабанные, для плотных шерстяных обрезков тканей -двухбарабанные, а для разработки лоскута состоящего из синтетических волокон желательно применять трёх барабанные машины Однако следует заметить, что увеличение количества барабанов на щипальных машинах приводит к увеличению площадей, необходимых для их размещения, а также больших энергозатрат для их работы.

Для получения восстановленных волокон большей длины трикотажный и часть мягкого лоскута перерабатывают на концервальных машинах различного типа. Комбинированная концервальная машина КР-150-Ш представлена на рис.1.9 и представляет собой агрегат, состоящий из однобарабанной концереальной машины, соединенной с чесальной машиной.

Машина состоит из : питающей решётки 1,питающих валиков 2, приёмных валиков 3 и 4, где в зоне их взаимодействия с главным барабаном 6 происходит интенсивная разработка материала, чистильного валика 5, рабочих валиков 7, съёмного валика 8, бегуна 9, съёмного барабана 10, подбегунника 11, переменного валика 12. Прочёс состоит из главного барабана 13, пяти рабочих валиков 14, четырёх съёмных валиков 15, бегуна 16, надбегунником 17, подбегунника 18, съемного барабана 19, чистительного валика 20, съёмного гребня 21, сорной палочки 22, пневмопривода 23.

Получение, на данных машинах более длинного волокна, чем на щипальных является несомненным преимуществом этого вида оборудования. Однако переработка определённого вида лоскута (трикотажного и структурорыхлых тканей), а также большие габаритные размеры и потребляемая мощность можно отнести к их недостаткам.

В работе /17/ описаны проведённые эксперименты по разволокнению BMP состоящих из
ф хлопчатобумажных и смешанных тканей на трёх- и четырёхбарабанных разволокняющих

машинах импортного производства «Laroche & Fills (Франция), Autefa (ЗтЬп(Германия),

Рис. 1.9 Схема комбинированной ко и нереальном машины КР-150-Ш

Dell' Огко & Villani (Италия), Befamatex (Польша), также на модернизированных отечественных машинах ЩМ-50М и ЩМ1ШЫМ (с пропуском сырья 3-4 раза) Полученные результаты оказались всё же недостаточно высокими: наблюдалось значительное количество неразволокнённых клочков (30% и более), нитей (до 35%), а средняя длина полученных волокон составляла от 12 до 16 мм.

Данные полученные в материале /18/ позволяют сделать вывод, что практически на всех щипальных машинах применяемых для разволокнения BMP только технологический режим переработки с малыми скоростями подачи отходов и большими скоростями

* вращения барабанов обеспечивает удовлетворительный уровень качества разволокнения

В работе /19/ представлена технология и оборудование для регенерации волокон из плоских текстильных отходов с теоретическим обоснованием последовательного ослабления связей между волокнистыми текстильными структурами, где определяющим фактором является питающее устройство.

Внедрение новых щипальных машин для разработки лоскута улучшает качество и использование восстановленных волокон и повышает технико-экономические показатели

* Задачу создан современных „ тонически ссерше-ны* шшин еше нельзя сжать
окончательно решённой, поэтому необходимо дальнейшее совершенствование
оборудования и технологии получения восстановленных волокон

1.6. Производство нетканых материалов, как способ переработки восстановленных волокон

Всё же основная масса восстановленных волокон направляется на переработку в нетканые материалы, вырабатываемые, в зависимости от их назначения, по различным технологиям./20/. В балансе сырья для производства нетканых материалов вторичные ресурсы составляют около 40%. Среди них почти 60% составляют отходы хлопчатобумажной и хлопкоочистительной промышленности.

В соответствии с ГОСТ 16430-83 неткаными называются полотна, изготовленные из одного или нескольких видов текстильных материалов или их сочетаний с не текстильными материалами, со скреплённой структурой элементов. Укрупнённо все способы производства нетканых материалов принято делить на три технологии

применяемые для скрепления слоев, сформированных из различных текстильных материалов; механическую, физико-химическую и комбинированную /20/.

По механической технологии получают вязально-прошивные нетканые полотна, иглопробивные полотна.

По физико-химической технологии получают клеенные, термоскреплённые, фильерные и бумагоделательные полотна.

По комбинированной технологии вырабатывают тафтинговые,

электрофлокированные, иглопробивные с пропиткой нетканые материалы

Производство нетканых полотен способом пропитки волокнистых холстов связующим;

Технологические режимы производства клееных нетканых полотен определяются назначением этих полотен, их структурой и используемым оборудованием.

По своей структуре клеенные нетканые полотна разделяются на две большие группы:
плоские и объёмные. В первом случае для пропитки волокнистых холстов используют
пропитывающие устройства, в которых осуществляется пропитка холстов методом
погружения в растворы связующих с последующим отжимом избытка связующего, а во
як втором случае - холсты обрызгивают связующим с помощью разбрызгивающих устройств.

Для производства плоских и объёмных клееных полотен различного назначения применяют клеевые агрегаты отечественные - непрерывного действия, АНК-100,АНК-100-1М и зарубежные - «Артос» и «Брюнкер»(ФРГ), «Вако-Коэки»(Япония)/21/

Технологический режим производства плоских клееных полотен включает в себя следующие операции;

подготовка волокнистого сырья;

холстоформирование,

пропитка волокнистого холста, связующим по схеме «в жале валов»;

сушка в барабанной сушилке,

накатка и обрезка кромок.

Режим производства объёмных клееных полотен определяется следующими операциями :

подготовка волокнистого сырья;

холстоформирование;

пропитка холста связующим наносимое способом распыления из форсунок, сушка,

охлаждение полотна и наматывание готовой продукции

По назначению клееные нетканые полотна можно разделить на следующие основные группы:

1 .прокладочные полотна для швейной промышленности;

2.полотна для основы под полимерные покрытия;

3.полотна фильтровального назначения, включающие полотна для фильтрации жидких сред и аэрозолей;

ч.полотна обувного назначения;

5.полотна медицинского назначения;

б.полотна декоративно-облицовочные;

7.полотна для текстильно-галантерейной и трикотажной промышленности;

8.прочие полотна.

К последней группе относится клеенные нетканые полотна неполной ширины.
например остаток по ширине полотна, получаемого как основа под клеенку, узкие
(шириной 3-6 см) клееные полотна, кромочные остатки. Использование таких узких
полотен отвечает задаче максимального внедрения безотходной технологии производства
клееных полотен.
* В настоящее время проводятся исследования по разработке более широкого

ассортимента клееных нетканых полотен, в связи с чем возможно не только расширение количества видов полотен в основных группах ассортимента, но и возникновение новых групп ассортимента клеенных нетканых полотен /22/

Предпосылками интенсивного роста производства нетканых материалов являются;
прогрессивность технологии, обеспечивающая возможность комплексной механизации и
автоматизации производственных процессов, сокращение трудовых и капитальных затрат,
м широкое использование низкосортного сырья.

Нетканые клееные материалы (НКМ) широко используются в строительстве, машиностроении, не уступая традиционным войлочным материалам по акустическим, тешгофизическим, свойствам, а по химическим и биологическим свойствам их превосходят. Доказана высокая эффективность технических решений, предусматривающих применение нетканых клееных полотен различных структур, в дорожном строительстве, в качестве защитных, защитно-армирующих, дренирующих, фильтрующих прослоек, создающих условия для повышения качества и надёжности, а в некоторых случаях сокращения прямых затрат. /23/

Постоянно расширяется номенклатура НКМ и объемы их производств, что связано
і* с экономичностью производства и развитием химической промышленности, В

строительстве пользуются спросом жесткие и гибкие теплоизоляционные материалы,
сформованные в основном из отходов натуральных и химических волокон или их смесей
на натуральном или органическом связующем. Так, в гибких матах связующее необходимо
для частичного скрепления волокон, а в жестких дополнительно применяют наполнители и
термообработку. Типовые связующие делаются на основе термореактивных смол:
эпоксидных, кремнийорганических, фенольных, пластифицированных латексами, что
повышает эластичность, несминаемость и многократность перегибов. Для повышения
* термостойкости и замедления старения пленки в композицию вводят термостабилизаторы,

например, мочевину и кремнийорганическую эмульсию /24/. Широкое распространение получил тепло-, звукоизолирующий материал "Ворсонит", содержащий пропитку из смеси латекса, метазина, диспергатора, полиметилсилоксана и воды.

1.6.1. Особенности структуры нетканых клееных материалов

j. Нетканые клееные материалы (НКМ) относят к текстильным материалам, так как их

основой являются текстильные волокна и применяют их для тех же целей, что и обычные текстильные материалы. Изготовление нетканых клееных материалов основано на физико-химических процессах, применение которых в ряде случаев позволяет отказаться от использования технологических процессов, характерных для традиционных отраслей текстильной промышленности. Это находит своё отражение в структуре и свойствах нетканых материалов.

Связь между структурой и многими свойствами клееных нетканых материалов
определяется распределением связующего и его количеством в материале. О структуре
клееного нетканого материала можно получить достаточно полное представление, если
известны: соотношения между волокнами и связующим, ориентация волокон,
распределение связующего, характер зон склейки и размеры элементарных ячеек,
образованных склеенными волокнами. В клееных нетканых материалах связующее
обычно, лишь частично заполняет пространство между волокнами, степень заполнения
которого может быть разной для различных видов нетканых клееных материалов
" Структура клееных нетканых материалов существенно отличается от структуры тканей;

отличие определяется главным образом различным характером связей между волокнами в этих материалах В тканях связь между волокнами осуществляется непосредственно за счёт

сил трения и цепкости волокон, в клееных нетканых материалах через промежуточный элемент - связующее

Учет особенностей структуры клееных нетканых материалов, может способствовать улучшению их свойств и расширению области применения.

1.6.2. Моделирование процесса пропитки волокнистого слоя полимерным связующим

В работе /25/ приводятся законы, описывающие движение жидкости, на основании которых можно провести следующие рассуждения

Известно, что свойство «идеальности» жидкости характеризуется отсутствием в ней касательных напряжений и, как следствие, выводимым из этого условием сферичности тензора напряжений Е,

Р=-рЕ (1)

при наличии которого все нормальные напряжения в данной точке среды могут быть выражены через одну скалярную величину - давление.

Уравнение (1) представляет собой пример простейшего реологического уравнения среды. Напомним, что реология является наиболее общим учением о текучести сплошных сред и, соответственно, под реологическими уравнениями (законами) сред понимают уравнения, связывающие компоненты тензоров напряжений, деформаций и их производных по времени.

В простейшем случае прямолинейного (сдвигового), ламинарного движения уравнение текучести обычной вязкой жидкости в соответствии с реологическим законом Ньютона может быть записано так:

Г=А-— (2)

где т - касательная компонента тензора напряжений (трения),

ц - коэффициент пропорциональности (зависящий от температуры и не зависящий от давления), называемый динамическим коэффициентом вязкости ( не путать с кинематическим коэффициентом вязкости v = ц / у , где у - плотность жидкости); первый

имеет размерность Па/с, а второй м² /с; оба эти коэффициента вязкости жидкости убывают с ростом температуры

du/dy - производная скорости сдвига - касательной компонентой тензора скоростей деформации.

Следовательно, существует пропорциональность между касательной компонентой тензора напряжений (трения) т и поперечной к направлению потока жидкости производной скорости сдвига - касательной компонентой тензора скоростей деформации к - du/dy

Реологическое уравнение (2) представляет собой частный случай обобщенного закона Ньютона справедливого для большинства несжимаемых жидкостей (ньютоновских) Этот закон дает линейную связь между тензором напряжений и тензором скоростей деформаций, выражаемую в случае изотропной среды тензорным соотношением:

P = aS + bE, (3)

где а и b - скаляры, а Е — тензорная единица, причем скаляр а = 2р., тогда как b
может быть линейно связан с тензорами напряжений - Р и деформаций S.
Л Отметим, однако, что использование этого уравнения (2) для криволинейных линий

потока недопустимо.

Обобщая понятие давления, введенное в динамику идеальной жидкости согласно системе равенств: Р] і = Ргг = Рзз ⁼ - Р, примем в качестве простейшего допущения, что в ньютоновской несжимаемой вязкой жидкости среднее арифметическое трех нормальных напряжений, приложенных к взаимно перпендикулярным площадкам в любой данной точке среды, взятое с обратным знаком, представляет давление в этой точке:

-1/3(P„+P₂₂4-P₃₃)=P (4)

Уравнение (4) есть закон изотропии нормальных напряжений в условиях равновесия жидкости (называемый законом Паскаля), причем знак минус взятый в определении давления показывает что нормальное напряжение направлено внутрь объема Для «неньютоновских» жидкостей и, в частности, для интересующей нас «вязкопластической» жидкости, в которой наряду с вязкостью наблюдаются и пластические свойства, заключающиеся в наличии некоторого предельного напряжения сдвига, лишь после достижения которого и проявляется «текучесть» среды. Реологическое

уравнение для такой жидкости в простейшем случае сдвигового прямолинейного движения
tfe вдоль оси Ох со скоростью сдвига du/dy может быть представлено так :

т = То+u' є при т > т о (5)

где т₀-предельное напряжение сдвига,

ц'- динамический коэффициент структурной вязкости, причем, при Т < Т о, текучесть отсутствует, т.е. среда ведет себя как твердое тело

Представленная вязкопластическая модель (5) применима к таким жидким средам как

цементные растворы, масляные краски и т.п. Для другого типа жидкостей, лишенных

предельного напряжения текучести, называемых обычно «псевдопластическими» или

«нелинейными», к которым можно отнести и растворы высокополимеров характерно

реологическое уравнение типа Оствальда-Рейнера:

т=к fe (6)

где к и п < 1 почти постоянны в широких интервалах напряжений и скоростей деформаций, а кажущийся коэффициент вязкости т/ є - к к ""' убывает при росте є

Большое внимание уделяется изучению вязко-упругих сред, к которым можно отнести вязкие синтетические материалы или слабые растворы полимеров в ньютоновских жидкостях. В таких случаях при решении задач чаще всего пользуются уравнением Бннгама-Шведова.

При определении совместного действия упругости и вязкости обычно применяют одну из двух известных моделей:

1. Модель Фойхта, основанная на принципе наложения упругого и вязкого напряжений:

т = Ge +цє (7)

где G - модуль сдвига, є -деформация сдвига, e=du/dy - скорость сдвига, ц-
динамический коэффициент вязкости.
А 2. Модель Максвелла, основанная на наложении скоростей упругой и вязкой

деформаций:

к - т /G + т/р. (8)

»

Отметим, что величина Х= ц/G фигурирующая как в первой, так и во второй модели может трактоваться в первом случае, как «время запаздывания», а во втором - как «время релаксации напряжения». Другим существенным отличием в моделях является тот факт, что «тело» по Фойгхту при постоянной нагрузке не обладает свойством беспредельной текучести, тогда как «тело» по Максвеллу при т=т₀ будет течь при постоянной нагрузке с постоянной скоростью сдвига Поэтому среду подчиняющуюся реологическому закону Фойгхта называют вязкоупругнм «наследственным» твердым телом, а «тело» Максвелла -

* вязкоупругой «наследственной» жидкостью. Уравнение (7), с учетом прямолинейного

сдвигового движения, может быть записано иначе:

1г + г = |i = р du/dy (9)

причем при нулевом времени релаксации, Хя=0, равенство (9) приводит к закону Ньютона (2), в соответствии с которым имеет место мгновенное следование напряжения за скоростью деформации. Наличие свойства упругости в вязкоупругой среде приводит к конечной скорости распространения возмущений. Следствием конечности этой скорости является возникновение в движущейся вязкоупругой жидкости зависимости движения в любой данной точке потока от движений в точках, расположенных вверх по потоку, т.е. от «предыстории» потока

Механические свойства некоторых «неньютоновских» жидкостей существенно зависят не только от скорости деформирования, но и от продолжительности деформирования и «предыстории» потока. Современные синтетические материалы, относящиеся к непыотоновским жидкостям, часто называют реологическими; механические законы их движения очень сложны и могут, с известной степенью приближения, рассматриваться как комбинация нескольких простейших законов

При решении практических задач, связанных с движением «неньютоновских»

жидкостей через пористые среды, чаще всего приходиться находить решение системы

уравнений Навье-Стокса. Их совокупность представляет собою нелинейную систему

четырех уравнений в частных производных второго порядка с четырьмя неизвестными

* функциями

Vi , V2 V 3 и р; величины р и и являются заданными постоянными, а проекции объемной силы Fi, F2, F₃ - заданными функциями координат и скоростей. Для получения конкретных

решений при интегрировании этой системы уравнений должны быть использованы

* граничные условия, например, такие как задание расхода жидкости (в случае протекания ее
сквозь каналы) и давления в какой-нибудь точке потока.

Рассмотрим случай установившегося ламинарного течения вязкопластической жидкости по цилиндрической трубе кругового профиля, реологическое уравнение течения которой приведено ранее (5),

где s = - dw/dr = т - То / (i'j ^ПР^И Ъ>^< т < т _w и ноль при т < т о г - текущий радиус точки, т » - напряжение трения. Отметим, что излагаемый подход применим лишь при движениях с очень малыми

* скоростями или в тонких капиллярах, или при движении очень вязких жидкостей. Ось Oz
направим вдоль по оси трубы бесконечной длины, причем поток движется вдоль этой оси
трубы так, что из трех компонент скорости u, v, w остается лишь одна - w, а две другие
равны нулю. Отвлекаясь от действия объемных сил и, полагая движущийся поток
изотермическим, а, следовательно, плотность его - р и коэффициент вязкости р. -
постоянными в соответствии с уравнениями Навье-Стокса получим;

ji(d²w/dx² + d²w/dy^! ) = dp/ dz (10)

Поскольку левая часть уравнения (10) представляет собой функцию только от х и у, а правая - только от z, при независимости координат это может иметь место лишь при условии постоянства левой и правой частей равенства, то есть:

dp/dz = const = - Др/L (11)

где Др - постоянное вдоль трубы падение давления на произвольно выбранном участке длины L. В конкретных расчетах перепад давления Др или задается непосредственно, или выражается через секундный расход жидкости сквозь трубу, среднюю по сечению или максимальную скорости.

Близким по механизму к рассмотренному примеру движения вязкой жидкости сквозь тонкую щель между параллельными плоскостями является фильтрационное движение вязких жидкостей через пористые (волокнистые) среды, описываемое законом Дарси:

j3=-Kgrad(p/,+z), (12)

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННА* БИБЛИОТЕКА

где В - вектор скорости фильтрации в заданной точке, определенный, как предел

Ik отношения секундного расхода жидкости через площадку, перпендикулярную к

направлению максимального расхода к величине этой площадки, при условии, когда она

стремиться к нулю;

к - коэффициент фильтрации, постоянная величина для однородной фильтрующей среды, причем к = /с/и. -gc/і), где с - коэффициент пористости среды, зависящий от геометрического строения и характера пор;

у - удельный вес жидкости;

g - ускорение силы тяжести, арии, соответственно, динамический и
Л кинетический коэффициенты вязкости;

z - характеристика нивелирной высоты, равная ± h (если «щель» между плоскостями, ограничивающими движение потока - 2 h)

Этот закон был выведен на основании обработки результатов многочисленных опытов и, по существу, является пространственным осреднением движения вязкой жидкости по случайно ориентированным и разнообразным по геометрическим формам порам фильтрующей среды

При этом необходима отметить, что при изучении ряссматрипаемогп технологического процесса в первую очередь необходимо определение характера движения жидкости внутри волокнистого настила, что является главной задачей теоретических исследований подобных процессов. Применение общих методов в данном случае связано со значительными трудностями, обусловленными случайным характером распределения пор в волокнистом настиле, неопределенностью процессов обтекания жидкостью извитых волокон и их комплексов и т.д. Поэтому представляется целесообразной разработка упрощенных моделей данного процесса позволяющая определить теоретические зависимости, связывающие характер движения жидкости с физико-механическими свойствами самой жидкости и свойствами пропитываемых ей материалов

1.6.3. Распределение связующего - как одна из важных характеристик определяющих структуру нетканых клееных материалов

* Распределение связующего является одной из важных характеристик, определяющих

структуру нетканых материалов. В этой связи вопрос о влиянии распределения связующего на свойства клееных нетканых материалов обращает на себя внимание большинства

исследователей. Но несмотря на многочисленные работы в этой области - влияние распределения связующего в НКМ, остаётся не вполне ясным.

В труде /26/ изучалось распределение связующего, по результатам которого обнаружили, что в клееных нетканых материалах получаемых с помощью дисперсии полимеров, связующее образует непрерывную пористую пленку в виде системы полых цилиндров, связанных между собой

О возможности рассмотрения клееных нетканых материалов, содержащих значительное количество связующего, как плёнок связующего, армированного волокнами указано в работе /27/.

При изучении связи между распределением связующего и свойствами клееных нетканых материалов можно также пользоваться методами, основанными на определении относительной величины свободной, не покрытой связующим, поверхности склеиваемых волокон, как это описывается в работе американских исследователей /28/. Хотя большинство исследователей применяют обычный метод микроскопии /29,30,27,31/

Чтобы ответить на вопрос о том, какой характер распределения связующего следует
считать оптимальным, необходимо определить основные типы структуры клееных
Иг нетканых материалов. В материале /32/ описаны три основных типа структуры НКМ в

зависимости от характера распределения связующего (рис. 1,6; 1,7; 1,8 ).

Волокно

Связующее

Рис. 1.6. Тип структуры клееных нетканых материалов в зависимости от характера распределения связующего: Сегментная

При сегментной структуре клееного нетканого материала заполнение связующим волокнистой основы не является равномерным. В результате этого многие волокна несут на себе большое количество связующего, которое затрудняет их подвижность и

ориентацию под действием внешних нагрузок, причём значительная часть связующего находящегося на поверхности волокон между склейками , полезно не используется

Волокно

Связующее

Рис. 1.7. Тип структуры клееных нетканых материалов в зависимости от характера

распределения связующего: Агломератная В клееных нетканых материалах агломератной структуры связующее распределяется в волокнистой основе в виде отдельных агломератов - случайных скоплений связующего различной формы. Эта структура имеет те же недостатки, что и сегментная: связующее распределяется неравномерно, большое количество связующего полезно не используется, а наличие связующего на волокнах между склейками снижает подвижность волокон

При точечной структуре связующее распределяется в материале наиболее рационально, степень полезного использования связующего близка к максимальной , а волокна имеют повышенную подвижность. В работах /32,33/ именно данный тип структуры рассматривается как оптимальный, тогда как в работе /34/ лучшими определяются материалы сегментной структуры. В работе /35/ материалы сегментной структуры также считаются более совершенными по сравнению с другими типами.

Таким образом, можно сделать вывод, что структура клееных нетканых полотен может быть оптимальной, если связующее в материалах распределено наиболее рационально и если учтены условия совместной работы волокон и связующего, а также расположение волокон и их геометрические размеры.

СЗплующеё

*

Волокно

Рис. 1.8. Тип структуры клееных нетканых материалов в зависимости от характера

распределения связующего: Точечная

Однако в работе /36/ определено, что одним из недостатков клееных нетканых

материалов по сравнению с тканями, является их неспособность перераспределять

напряжения равномерно по всей структуре, что приводит к преждевременному

разрушению или к преждевременному и необратимому изменению размеров.

Недостатки нетканых материалов заставляют искать новые возможности улучшения их свойств и способов прогнозирования этих свойств для получения таких нетканых материалов, которые удовлетворяли бы требованиям промышленности и потребителей.

1.6.4. Применяемые связующие

Механические свойства нетканых клееных материалов должны зависеть от свойств связующего так как связующее способствует образованию нетканого материала в виде единой системы из склеенных волокон, обеспечивает перераспределение нагрузки между волокнами и принимает на себя часть нагрузки, особенно в тех случаях, когда волокна расположены преимущественно в направлении растяжения нетканого клееного материала Поэтому при решении задач, связанных с определением свойств нетканых материалов, необходимо учитывать влияние свойств связующего и его количества на свойства нетканых материалов. В работах /37,38/ изучалось влияние количества связующего на вязкоупругие свойства клееных нетканых материалов из полиэфирных волокон. Однако выводы сделаны на небольшом количестве экспериментальных данных и поэтому требуют дополнительной проверки. В материале /39/ рассматривается влияние количества связующего на воздухопроницаемость и средний размер пор клеенных нетканых материалов. Как и следовало ожидать, увеличение содержания связующего сопровождается уменьшением размера пор и воздухопроницаемости материала. Анализ

литературных данных, относящихся к изучению связи между количеством связующего и
ft свойствами клееных нетканых материалов, показывает, что большинство исследователей

ограничиваются изложением полученных данных Лишь в некоторых работах сделаны попытки объяснить установленные закономерности. Чаще всего влияние количества связующего на свойства клееных нетканых материалов объясняют изменением числа склеек и характером их распределения в нетканом клееном материале. С этих позиций многие исследователи рассматривают повышение прочности нетканого материала как следствие увеличения количества связующего /40/.

К связующим, применяемым при производстве нетканых полотен способом пропитки
^ волокнистых холстов, относятся водные дисперсии синтетических и натуральных каучуков

(латексы), водные дисперсии некоторых сополимеров, водные растворы полимеров. В качестве вспомогательных веществ используют вулканизирующие («сшивающие») химические реагенты, поверхностно-активные вещества различного действия (смачиватели, эмульгаторы, антивспениватели и др.), кислоты и соли кислотного характера, используемые в качестве катализаторов при структурировании связующих

Физико-химическое строение и свойства используемых связующих определяет самые важные технологические, физико-механические и эксплуатационные свойства нетканых материалов./20/

По данным изложенным в материале /20/ для производства клееных нетканых материалоа различного назначения применяются следующие основные виды латексов; Латекс БНК-40/4, Латекс БСНК, Латекс синтетический СКН-40-1ГП, Латекс синтетический ДММА-65ГП, Латекс синтетический СКС-65ГП, водная дисперсия сополимера винилхлорида с винилацетатом. Акриловые эмульсии марок 1 и А, Эмульсия акриловая МБМ-3,Поливинилацетатная эмульсия и другие, с применением вспомогательных веществ: метазин ,малеиновый ангидрид, препарат ОС-20, алкамон ДС-М и другие

Преимущество дисперсии полимеров перед растворами определяется их негорючестью, исключающей пожароопасность, меньшей токсичностью, малой вязкостью и рядом других положительных свойств

Для обеспечения выпуска высококачественных НКМ необходимо учитывать
комплексное влияние переменных и постоянных факторов процесса с учётом особенностей
используемого технологического оборудования. В настоящее время для производства
Л плоских клееных полотен различного назначения применяют отечественные клеевые

агрегаты непрерывного действия, АНК-100, АНК-100-1М и зарубежные-«Артос», «Брюкнер» (Германия), «Вако-Коэки» (Япония)./21/. Все эти агрегаты проектировались для

выпуска большого объёма продукции: они энергоёмки и имеют достаточно большие
Ц габаритные размеры. То есть для обеспечения экономически целесообразности работы этих

линий, необходима их постоянная и полная загрузка. В связи с этим они вряд ли применимы для организации на каждом предприятии переработки текстильных волокнистых отходов из-за сложностей связанных с постоянной поставкой больших объёмов сырья.

1.7. Другие способы утилизации вторичных материальных ресурсов

* Так же необходимо отметить, что существуют способы утилизации BMP, которые не

подразумевают их дальнейшей переработки. Эти способы не являются приоритетными и широко используемыми, однако всё ещё имеют место. Их применение не целесообразно с многих точек зрения: экологической, экономической, а так же развития научно технического прогресса

В труде /41/ показан один из методов утилизации промышленных отходов - метод сжигания. Рассматриваются различные виды специального оборудования, которые достаточно громоздкие и энергоемкие. Следует отметить, что процесс горения происходит с выделением неприятных запахов и огромным выделением вредных летучих веществ загрязняющих окружающую среду. При этом необходимы постоянные затраты на содержание оборудования и поставок горючих материалов

В статье /42/ описываются рекомендуемые варианты утилизации промышленных текстильных, отходов, такие как организованная свалка и компостирование. Метод организации свалки на свободных территориях является самым простым, но наименее приемлемым способом. Сваливаемый продукт засоряет окружающую среду, так как под действием влаги происходит разложение органических веществ и процесс гниения. Свалка источает зловонный запах и угрожает повышенной пожароопасностью, процессом самовозгорания.

Метод компостирования, при котором свойства разложения органических продуктов, оказывают полезное влияние на плодородные свойства почвы предпочтительнее, но этот метод требует предварительной сортировки текстильных отходов на натуральные и химические, так как химические волокна имеют высокую стойкость к гниению

1.8.Материалы и изделия для теплоизоляции

Тепловая изоляция не только обеспечивает энергосбережение, но также позволяет проводить технологические процессы при заданных параметрах, создавать безопасные и комфортные условия работы обслуживающего персонала, с меньшими потерями транспортировать тепло от источника до потребителя./43/ Кроме того теплоизоляция предотвращает замерзание холодной воды в трубопроводах в зимнее время года, позволяет хранить сжиженные и природные газы в изотермических хранилищах, обеспечивает снижение энергозатрат на отопление зданий и сооружений.

Российский рынок теплоизоляционных материалов в настоящее время достаточно обширен благодаря продукции инофирм, предлагающих широкую номенклатуру теплоизоляционных материалов с различными техническими характеристиками, но по достаточно высокой цене

Номенклатура отечественных теплоизоляционных материалов, предназначенных для тепловой изоляции трубопроводов, не слишком разнообразна. Она представлена традиционно применяемыми изделиями:

матами минераловатными прошивными без обкладочными или в обкладках из металлической сетки, стеклоткани или крафт-бумаги с одной или двух сторон (ГОСТ 21880-90, ТУ 36.16.22-10-89, ТУ 34.26 10579-95 и др.)

изделиями минераловатными с гофрированной структурой для промышленной тепловой изоляции (ТУ 36.16.22-8-91)

плитами теплоизоляционными минераловатными на синтетическом связующем плотностью от 50 до 125 кг/м^э (ГОСТ 9573-96) и др.

Отечественная промышленность теплоизоляционных материалов, к сожалению, практически не выпускает формованные изделия (цилиндры, полуцилиндры, сегменты) из минеральной ваты для изоляции трубопроводов. В связи с этим вместо высокотехнологичных формостабильных теплоизоляционных конструкций для трубопроводов монтажные организации используют неиндустриальные конструкции, требующие больших трудозатрат при монтаже, с применением полотна холстопрошивного стекловолокнистого ПСХ-Т (ТУ 6-48-97-93) или иглопробивного ИПС-Т-1000.

При выборе теплоизоляционных материалов необходимо учитывать, что значения их теплофизических характеристик в конструкциях под воздействием монтажных и эксплуатационных факторов существенно отличаются от указанных в технических условиях.

Импортные изоляционные материалы представлены достаточно обширной номенклатурой волокнистых теплоизоляционных материалов фирма Rockwool (Дания), Partek Paroc Oy Ab (Финляндия), Isover Oy (Финляндия), Izomat (Словакия), IntershtofF (Германия) /44/. Анализ технических характеристик поставляемых на отечественный рынок импортных теплоизоляционных материалов показывает, что в нормативно-техническую документацию, регламентирующую нормы проектирования, могут быть включены только те из них, которые прошли сертификационные испытания по российским методикам и соответствуют требованиям российских стандартов.

В документе /45/ изложены основные требования предъявляемые к теплоизоляционным материалам в России. Развитие и использование отечественных теплоизоляционных материалов будет способствовать более эффективному их использованию из-за возможности учета специфики российских конструкций. Квалифицированное использование этих материалов в теплоизоляционных конструкциях, повысит энергоэффективность, надёжность и долговечность конструкций промышленной тепловой изоляции, что в конечном итоге обеспечит значительную экономию энергетических ресурсов и средств потребителей тепловой энергии.

1.9. Выводы по главе

1. Из всего многообразия BMP можно выделить BMP хлопчатобумажной промышленности, как самые распространенные и перспективные для производства экономичных и экологичных бытовых и технических материалов.

2. При анализе методов применения BMP хлопчатобумажной промышленности
установлено, что предпочтение отдаётся возврату их в основное производство, что нельзя
признать абсолютно целесообразным

3. Одной из возможностей расширения сырьевой базы текстильной
промышленности является использование восстановленных волокон.

4. Используемое оборудование для получения качественного восстановленного волокна нуждается в дальнейшем усовершенствовании.

5. Актуальна задача создания научно обоснованных методов исследования анализа и разработки технологий производства новых материалов из непрядомых вторичных материальных ресурсов хлопчатобумажной промышленности, а так же восстановленных волокон для улучшения экологической обстановки и создания безотходных методов производства, обеспечивающих получение дополнительных доходов предприятиями

6 Переработка BMP хлопчатобумажной промышленности и восстановленных волокон в нетканые материалы, является основным способом переработки вторичного сырья в потребительские товары

7. Анализ оборудования для производства клееных нетканых материалов
показывает, что рациональным способом может быть получение холста из
восстановленных волокон с последующей его пропиткой связующим при использовании
малогабаритного экономичного специализированного оборудования

8. Актуальна задача создания новых теплоизоляционных и других материалов с
использованием доступных, экологически чистых и экономически выгодных компонентов
для работы в различных отраслях промышленности.

1.10. Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы является разработка технологии получения пористого материала из вторичных материальных ресурсов текстильной промышленности.

В задачу исследования, с учётом сделанных выше выводов, входит следующее :

разработать теоретические основы и практические принципы процесса

разволокнения BMP текстильной промышленности в регенерированные

волокна;

усовершенствовать методы оценки качества регенерированных волокон

из BMP;

создать перспективный ассортимент клееных нетканых материалов с

использованием регенерированных волокон;

экспериментально определить механические свойства

регенерированных волокон и оценить их влияние на свойства НКМ;

провести оценку качества полученных экспериментальных

теплоизоляционных материалов;

на основе выполненных исследований произвести усовершенствование

технологического процесса и установки для получения нового

текстильного теплоизоляционного волокнистого материала в условиях

ОАО «Советская Звезда»;

Получение из вторичного текстильного сырья восстановленных волокон

Неразработанные клочки, направляемые козырьком, накапливаются в камере 10, откуда их вынимают и снова укладывают на питающую решетку. Призма 11 способствует отделению волокон от колков барабана. Разработанные волокна лоскута под действием центробежной силы и потока воздуха, создаваемого вентилятором 12, направляются в канал 13. Расположенный над вентилятором медленно вращающийся сетчатый барабан 14 подводит слой к плющильным валикам 15 и 16, которые передают разработанное волокно на выводящий транспортер 17. Воздух и пыль из барабана отсасываются вентилятором через боковые отверстия, имеющихся в рамах машины. Чтобы восстановленное волокно задерживаясь на колках, не выпадало, под барабаном установлен железный поддон J 8,

Модернизированная щипальная машина ЩМ-50-1 имеет удлинённый нижний выпускной транспортёр и отдельный электродвигатель, приводящий в движение питающий транспортёр и пару питающих рифлёных валиков Удлинение транспортера (на рис 1-4. показано пунктиром) вызвано тем, что при разработке грязного грубошерстного лоскута волокна не полностью поступают на выводящий транспортёр.

Рассмотренная щипальная машина однотипна с большинством старых машин зарубежных конструкций и имеет общие с ними недостатки: Отсутствие автоматического питания Недостаточная длина питающего транспортера Постоянная нагрузка на питающие валики независимо от толщины слоев Малая рабочая ширина Отсутствие вариантов скоростей рабочих органов Трудность установки точных разводок Отсутствие механизма для автоматического отвода неразработанных клочков и их подачи на питающую решётку Плохой отсос пыли Невысокая производительность Недостаточное отделение неразработанных клочков Невысокое качество восстановленных волокон

В связи с этим на основании зарубежного опыта в области создания таких машин создавались новые конструкции, с учётом недостатков присущих матине ЩМ-50. На рис. 1.5 представлена схема однобарабанной щипальной машины ТР-800. 1-питающий транспортер, 2- рифлёные питающие валики, 3- барабан, 4- рычажно-пружинная система, для прочного зажима лоскута, 5- питатель, 6- верхний выводной барабан, 7- нижний выводной барабан.

Данная машина является более совершенной, чем машина ЩМ-50, однако большинство недостатков описанных выше сохранились. При этом энергозатраты увеличились, так как машина оснащена четырьмя электродвигателями с общей мощностью 31,4 квт, вместо 14 квт как на машине ЩМ-50.

Значительно усовершенствована однобарабанная щипальная машина АС-11 выпускавшаяся заводами «Бефама» (Польша): введён удлинённый питающий транспортёр, верхний валик меньшего диаметра вращается в постоянно укреплённых подшипниках, нижний валик большего диаметра вращается в подвижных подшипниках, прижимаемых к верхним рычажно-пружинным устройствам, что создает постоянный прижим лоскута при вращении барабана; питающие валики и транспортер имеют бесступенчатую регулировку скоростей. Соотношение скоростей барабана и питающих валиков можно изменить не только изменением скорости питания, но и изменением скорости барабана. Однако ло-іребление энергии данной машины остается достаточно высоким и составляет

Схема щипальной машины для разработки лоскута ТР-800 Однобарабанная щипальная машина Уолкер Смит, предназначена для разработки плотного лоскута и выпускалась в нескольких типоразмерах в зависимости от типа разрабатываемого лоскута. Машина имеет механизм предотвращающий возможность травм при работе в зоне питания машины. В зависимости от типа разрабатываемого 1-питающий столик; 2- питающий транспортёр; 3-предохранительный валик; 4-крылъчатый валик; 5-колковый барабан; 6-отбойный нож, 7-козырёк; 8-камера для сбора неразработанных клочков. лоскута энергозатраты машины составляют от 22 до 26 квт, что так же отрицательно сказывается на стоимости получаемого восстановленного волокна.

Машина ЩМШЛ-1 предназначена для разработки шерстяного лоскута и отходов, содержащих синтетические волокна. Схема щипальной машины ЩМШЛ-1 представлена на рнс. 1.6 Лоскут разрабатывается в зоне питающих валиков и барабана. Волокно с барабана снимается струёй воздуха от вентилятора, направленной строго по касательной к образующей барабана. Для отбоя неразработанных клочков предусмотрен нож и козырёк В нижней части машины смонтирован воздуховод, по которому полученное волокно транспортируется к выходу из машины

По сравнению с щипальной машиной ЩМ-50-1 размеры рабочих органов машины ЩМШЛ-1 значительно увеличены: диаметр барабана с 665 до 1036 мм, рабочая ширина с 380 до 485 мм, диаметр питающих валиков с 45 до 62 мм. Скорость удлинённого питающего транспортера имеет восемь ступеней, а барабана три ступени. В результате этих конструктивных усовершенствований производительность машины, в зависимости от сорта лоскута в 2-2,5 раза превысила производительность машин ЩМ-50. При этом мощность потребляемой энергии увеличилась и составляет 21 кВт.

Все рассмотренные выше машины успешно работали на предприятиях занятых в области получения восстановленных волокон, данные машины в основном направлены на получение восстановленной шерсти из шерстяных отходов в соответствии с требованиями ГОСТ 10376-77. /16/ Но в настоящее время актуальна задача получения не только восстановленной шерсти, но и разработка лоскута, состоящего из синтетических волокон, обладающих высокой прочностью. Качественные показатели восстановленных синтетических волокон полученных на данных машинах невысоки,/14/ Стремление улучшить качество разработанного волокна привело к появлению двух и трёх барабанных машин. Особое распространение они получили в связи с необходимостью разработки лоскута из синтетических волокон. Вопрос был решён с помощью унификации щипальных машин, путем дополнения однобарабанной щипальной машины типовыми приставками, но в зависимости от вида перерабатываемого лоскута с различной рабочей шириной и различными диаметрами барабанов. Для разработки лоскута, содержащего шерсть и синтетические волокна или состоящего из химических волокон, оправдывает себя использование щипальных агрегатов, состоящих из щипальных машин, соединённым с одним или двумя щипальными барабанами. Подобная щипальная машина АС-13 (Польша) представлена на рис.1.7,

Щипальная машина фирмы Вильсон Ноулес (Англия), рис 1.8, предназначена для разработки тяжёлых и плотных видов лоскута. id 1-питающий транспортер; 2-питающие валики; 3-нажимной рычаг с пружиной, 4-колковый барабан,5-крыльчатые валик, 6-козырёк, 7-отбойная доска, 8-выводной транспортёр из сборной камеры неразработанных клочков; 9-вентилятор; 10-рукавный фильтр; 11-барабан второй щипальной машины; 12-сборная камера неразработанных клочков; 13-выводящий транспортёр; 14-конденсорный барабан; 15-нижний передаточный транспортёр.

Влияние различных факторов на величину усилия разволокнсния

Механические свойства нетканых клееных материалов должны зависеть от свойств связующего так как связующее способствует образованию нетканого материала в виде единой системы из склеенных волокон, обеспечивает перераспределение нагрузки между волокнами и принимает на себя часть нагрузки, особенно в тех случаях, когда волокна расположены преимущественно в направлении растяжения нетканого клееного материала Поэтому при решении задач, связанных с определением свойств нетканых материалов, необходимо учитывать влияние свойств связующего и его количества на свойства нетканых материалов. В работах /37,38/ изучалось влияние количества связующего на вязкоупругие свойства клееных нетканых материалов из полиэфирных волокон. Однако выводы сделаны на небольшом количестве экспериментальных данных и поэтому требуют дополнительной проверки. В материале /39/ рассматривается влияние количества связующего на воздухопроницаемость и средний размер пор клеенных нетканых материалов. Как и следовало ожидать, увеличение содержания связующего сопровождается уменьшением размера пор и воздухопроницаемости материала. Анализ литературных данных, относящихся к изучению связи между количеством связующего и свойствами клееных нетканых материалов, показывает, что большинство исследователей ограничиваются изложением полученных данных Лишь в некоторых работах сделаны попытки объяснить установленные закономерности. Чаще всего влияние количества связующего на свойства клееных нетканых материалов объясняют изменением числа склеек и характером их распределения в нетканом клееном материале. С этих позиций многие исследователи рассматривают повышение прочности нетканого материала как следствие увеличения количества связующего /40/.

К связующим, применяемым при производстве нетканых полотен способом пропитки волокнистых холстов, относятся водные дисперсии синтетических и натуральных каучуков (латексы), водные дисперсии некоторых сополимеров, водные растворы полимеров. В качестве вспомогательных веществ используют вулканизирующие («сшивающие») химические реагенты, поверхностно-активные вещества различного действия (смачиватели, эмульгаторы, антивспениватели и др.), кислоты и соли кислотного характера, используемые в качестве катализаторов при структурировании связующих

Физико-химическое строение и свойства используемых связующих определяет самые важные технологические, физико-механические и эксплуатационные свойства нетканых материалов./20/

По данным изложенным в материале /20/ для производства клееных нетканых материалоа различного назначения применяются следующие основные виды латексов; Латекс БНК-40/4, Латекс БСНК, Латекс синтетический СКН-40-1ГП, Латекс синтетический ДММА-65ГП, Латекс синтетический СКС-65ГП, водная дисперсия сополимера винилхлорида с винилацетатом. Акриловые эмульсии марок 1 и А, Эмульсия акриловая МБМ-3,Поливинилацетатная эмульсия и другие, с применением вспомогательных веществ: метазин ,малеиновый ангидрид, препарат ОС-20, алкамон ДС-М и другие

Преимущество дисперсии полимеров перед растворами определяется их негорючестью, исключающей пожароопасность, меньшей токсичностью, малой вязкостью и рядом других положительных свойств

Для обеспечения выпуска высококачественных НКМ необходимо учитывать комплексное влияние переменных и постоянных факторов процесса с учётом особенностей используемого технологического оборудования. В настоящее время для производства плоских клееных полотен различного назначения применяют отечественные клеевые агрегаты непрерывного действия, АНК-100, АНК-100-1М и зарубежные-«Артос», «Брюкнер» (Германия), «Вако-Коэки» (Япония)./21/. Все эти агрегаты проектировались для выпуска большого объёма продукции: они энергоёмки и имеют достаточно большие Ц габаритные размеры. То есть для обеспечения экономически целесообразности работы этих линий, необходима их постоянная и полная загрузка. В связи с этим они вряд ли применимы для организации на каждом предприятии переработки текстильных волокнистых отходов из-за сложностей связанных с постоянной поставкой больших объёмов сырья.

Другие способы утилизации вторичных материальных ресурсов Так же необходимо отметить, что существуют способы утилизации BMP, которые не подразумевают их дальнейшей переработки. Эти способы не являются приоритетными и широко используемыми, однако всё ещё имеют место. Их применение не целесообразно с многих точек зрения: экологической, экономической, а так же развития научно технического прогресса

В труде /41/ показан один из методов утилизации промышленных отходов - метод сжигания. Рассматриваются различные виды специального оборудования, которые достаточно громоздкие и энергоемкие. Следует отметить, что процесс горения происходит с выделением неприятных запахов и огромным выделением вредных летучих веществ загрязняющих окружающую среду. При этом необходимы постоянные затраты на содержание оборудования и поставок горючих материалов

В статье /42/ описываются рекомендуемые варианты утилизации промышленных текстильных, отходов, такие как организованная свалка и компостирование. Метод организации свалки на свободных территориях является самым простым, но наименее приемлемым способом. Сваливаемый продукт засоряет окружающую среду, так как под действием влаги происходит разложение органических веществ и процесс гниения. Свалка источает зловонный запах и угрожает повышенной пожароопасностью, процессом самовозгорания.

Метод компостирования, при котором свойства разложения органических продуктов, оказывают полезное влияние на плодородные свойства почвы предпочтительнее, но этот метод требует предварительной сортировки текстильных отходов на натуральные и химические, так как химические волокна имеют высокую стойкость к гниению

Разработка методов оценки качества регенерированных волокон из BMP

Полученные посредством разволокнения BMP восстановленные волокна представляют собой многокомпонентные смеси собственно волокон, неразработанных клочков нитей, а также содержат большое количество коротких волокон

Качество восстановленной шерсти, используемое для выработки пряжи и валяльно-войлочных изделий должно соответствовать требованиям ГОСТ 10376-77. В данной работе мы руководствовались требованием данного ГОСТа, поскольку на сегодняшний день не разработано требований ГОСТ к разволокнённым смесям с различными по химическому составу волокон

Одним из важных требований к качеству восстановленных волокон, согласно требований ГОСТ 10376-77 - является содержание неразработанных клочков в этой смеси. Как показали наблюдения за реальным процессом разволокнения, на промышленных предприятиях, в смесях разволокнённых BMP образуется достаточное количество неразработанных клочков

Из разволокнённой смеси брались пять навесок массой 0,1 кг. Каждая навеска разбиралась на лабораторном столе и из неё тщательно выбирались неразволокнённые клочки Затем указанные клочки оценивались при помощи разработанного прибора

На основании полученных данных составляется таблица результатов распределения неразволокнённых клочков, значения которой позволяют судить о качестве полученной смеси. Идеальной считается смесь, в которой клочки отсутствуют. Однако из полученных экспериментальных данных можно определить реальное количество клочков на единицу массы смеси и, сопоставив его с допустимым, можно определить показатель её качества

Для этой цели был разработан прибор представленный на рис 3 6 Источник света 1, излучает световой поток, через диафрагму 2, на объектив 3, где происходит параллелизация пучка, на стеклянный столик 5, диаметром рабочей зоны 30мм, г-„ ший иуіил фокусирующей линзой 6 собирается на фотоэлемент 7 Регистрирующее устройство 8 даёт необходимые данные для обработки результата. ,"v.a работы прибора необходимо провеет ею іарнров у ;;р: --,1- І„, .-,...; ..Z ,. на рабочем столе, площадь образца S =0 мм , а сила тока I - достигает максимального значения, мА. Когда рабочий стол, диаметр которого равен JUMM, закрыт польїхльі ,

На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, что наилучшими показателями по данному критерию обладает смесь из натуральных и химических волокон.

На рисунке 3.11. представлен вид смеси регенерированных волокон, полученных на экспериментально опытной установке. В данной смеси перерабатывались отходы швейного и трикотажного производства смешанного химического состава. Данный рисунок показывает, что в состав смеси регенерированных волокон входят различные волокна, которые имеют различный химических состав, отличаются по длине и линейной плотности. Наблюдается достаточно высокая извитость полученных волокон при ЭТОМ извитость волокон, получаемых из трикотажных изделий, выше по сравнению с волокнами получаемые из тканых изделий. Используя в составе смеси синтетические волокна можно, частично компенсировать недостач очную извитость у восстановленных волокон.

Средняя длина регенерированных волокон определялась лабораторным методом Качество изделий находится в прямой связи с длиной волокон из которых они вырабатываются. Поэтому получение из BMP волокон возможно большей длины является важнейшей технологической задачей.

Очевидно, что при переработке вторичного шерстяного сырья, состоящего из волокон большей длины, можно получить и более длинные вторичные волокна.

Однако основное укорочение длины волокон, как уже отмечалось происходит не в процессе износа изделий, а в процессе разработки лоскута в регенирированное волокно

Согласно ГОСТ 10376-77 длина волокон восстановленной шерсти должна находится в пределах от 15 до 29 мм

Длина волокон характеризуется среднеарифметической длиной волокон в мм или средне взвешенной штапельной длиной в мм, а также средним квадратическим отклонением по длине, в мм и коэффициентом вариации в процентах.

В таблице 3.8. показаны значения длины волокон смеси различных сырьевых составов, полученные лабораторным методом на приборе фирмы «WIRA». На основе полученных данных можно сделать вывод, что наибольшая длина получаемых волокон отмечается при переработке волокон состоящих из смеси натуральных и химических. Хотя средние длины всех полученных волокон удовлетворяют требованиям ГОСТ для их дальнейшей переработки в нетканые материалы Извитость волокон также оказывает влияние на качество разволокнённой смеси.

Извитость характеризуется числом извитков на 1 см длины волокна. Благодаря извитости повышаются силы сцепления и трения между волокнами. Волокна, подвергшиеся переработке в изделия и повторной разработке во вторичное сырьё, имеют меньшую извитость по сравнению с первичными волокнами. Данный показатель имеет весомое значение для производства пряжи с использованием регенирированных волокон и не оказывает существенного влияния при производстве нетканых материалов

Регенерированные волокна и изделия из них в большинстве случаев работают при нагрузках значительно меньших, чем критические (разрывные). Однако прочность волокон оказывает большое влияние на сохранение их длины в процессе механической обработки. Чем прочнее одиночные волокна, тем меньше они обрываются при переработке на щипальных, чесальных и других машинах. Если вторичное сырье состоит из более прочных волокон, то при прочих равных условиях, можно рассчитывать на получение из этого сырья волокон большей длины.

Анализ влияния технологических параметров на характер движения вязкой жидкости через волокнистый настил

Данная установка использовалась для получения клееных нетканых материалов из BMP швейной, трикотажной и хлопчатобумажной промышленности после их предварительного разволокнения и формирования в холсты. Восстановленное волокно с экспериментальной разволокняющей установки поступало на чесальный апзегат для формирования холста, с последующей пропиткой связующим. При этом вырабатывались образцы следующих составов: Из натуральных волокон, полученные из отходов хлопчатобумажной промышленности без предварительного разволокнения Из смеси натуральных и химических волокон, полученные из отходов швейной и трикотажной промышленности, с их предварительным разволокнением Полученные на опытно-промышленной установке образцы клееных нетканых материалов были исследованы и доказаны в таблице 5.2.:

Согласно требованиям ГОСТ 16381-77, (Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования), полученные образцы клееных нетканых материалов могут быть использованы для строительства в качестве теплоизоляционных.

С целью расширения ассортимента продукции, получаемой на экспериментальной установке были выработаны экспериментальные образцы на картонном носителе. Данные материалы могут быть окрашены, что создает положительный эффект при выходе объектов на поверхность, а так же обладают другими дополнительными свойствами.

Волокна являются наиболее прочным элементом в структуре нетканых материалов и несут на себе основную нагрузку. Поэтому прочность и деформационные свойства нетканых материалов должны зависеть от механических свойств склеиваемых волокон. Анализ литературных данных показал, что при выборе волокнистого сырья для нетканых клееных материалов к волокнам предъявляют различные требования в зависимости от условий изготовления и предполагаемого применения нетканых материалов. Вопросы о А влиянии механических свойств волокон на свойства нетканых материалов рассматривались в работах /62,31/. При этом учитывались структура волокон, разрывные характеристики, их тонина, длина, извитость, поверхностные свойства и теплостойкость. Полученные результаты говорят о том, что необходимо учитывать не только различные поверхностные свойства волокон, но и их различные деформационные свойства. Полиэфирные волокна прочнее вискозных и характеризуются лучшими упругими свойствами. Это приводит к тому, что после снятия давления полиэфирные волокна в большей степени стремятся выпрямится, в результате этого часть склеек разрушается и прочность нетканого материала снижается, так как нагрузка хуже распределяется между склеенными волокнами.

При рассмотрении влияния свойств волокон на свойства текстильных материалов часто учитывают степень использования прочности волокон. При этом коэффициент использования прочности волокон определяется по формуле: /63/ Р К =— -100 (5.1) Рат где Кв -коэффициент использования прочности волокон в нетканом материале, % Рр-разрывное напряжение нетканого материала в продольном направлении ( в направлении растяжения ), Н/см3 m-количество волокон, расположенных в направлении растяжения Р„ -средняя прочность одиночного волокна, Н

Из уравнения 5.1. можно определить лишь приближённое значение коэффициента К„, так как точную величину количества волокон, расположенных в направлении растяжения установить весьма трудно. Однако даже приблизительная оценка величины Кв , представляет интерес, так как это дает возможность определить какой можно ожидать эффект при упрочнении нетканых материалов в случае повышения степени использования прочности волокон. В идеальном случае величина коэффициента К„ должна быть близка к 100%. При этом нагрузка должна быть равномерно распределена между волокнами и все волокна должны характеризоваться близкими свойствами. На практике этого не наблюдается, так как при переработке BMP швейной и трикотажной промышленности в их состав входят разнообразные волокна.

Качество продукции в текстильной промышленности характеризуется соответствием свойств продукции комплексу и уровню требований, установленных стандартами, техническими условиями, эталонами и др./64/

Поэтому требования, предъявляемые стандартами, должны в полной мере определять пригодность материала для переработки и использования его по назначению.

Известно, что количественно качество продукции оценивают по величине единичных или обобщённых, комплексных показателей. Следует отметить, что применение комплексных оценок показателей качества текстильной продукции является достаточно редким, чаще используют единичные показатели качества, характеризующие отдельные наиболее важные свойства продукции. Очевидно, что для правильной оценки необходим набор таких показателей качества, которые достаточно полно характеризовали бы пригодность материала к переработке и использованию по назначению

Полученные экспериментальные нетканые клеевые материалы могут быть использованы в качестве теплоизоляционных для строительства.

Похожие диссертации на Разработка технологии разволокнения и получения пористого материала из вторичного текстильного сырья

Разработка технологии получения льносодержащего материала для производства вкладных стелек обуви улучшенной гигиеничностиБороздин Сергей Владимирович

Разработка технологии получения текстильных материалов для лечения трофических язвЛевшова Наталия Валентиновна

Разработка технологии получения текстильных лечебных материалов с адгезионными свойствамиМоисеева, Антонина Анатольевна

Разработка технологии получения лечебных текстильных материалов для хирургии и онкологииКоровина, Мария Анатольевна

Разработка технологии получения аппликационных текстильных материалов для лечения заболеваний кожиЕфименкова Мария Геннадьевна

Разработка технологий получения штапелированной ленты, нетканых материалов и нитей из жгутаИголкина, Людмила Михайловна

Разработка технологии получения лечебных текстильных и гидрогелевых материалов для лучевой терапии онкологических заболеванийДанилова Марина Алексеевна

Разработка технологии получения профилактических и лечебных текстильных материалов для косметологии и дерматологии Грибкова Вера Анатольевна

Теоретическое обоснование и разработка технологии получения и применения высокодисперсных пен в процессе печатания текстильных материаловКиселев, Александр Михайлович

Разработка композиции фторсодержащего препарата и технологии ее применения для аппретирования текстильных материалов с целью получения антиадгезионных свойств : водо-масло-грязеотталкиванияАмарлуи Ассиех