Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ работ по исследованию свойств льняного волокна, технологии получения льносодержащеи пряжи, применению методов инженерной энзимологии для улучшения качества изделий из смесей хлопка и льна 13
1.1 Сведения о строении и свойствах льняных волокон и методах их первичной обработки 13
1.1.1 Морфологическая структура льняного волокна 14
1.1.2 Химический состав льна 16
1.1.3 Методы первичной обработки льняных волокон 21
1.1.4 Лен и его место в мировом балансе волокнистого сырья 23
1.2 Исследования, посвященные переработке волокнистых смесей. Особенности смешивания хлопка и льна 26
1.2.1 Сопоставление свойств льна и хлопка 26
1.2.2 Методы котонизации 28
1.2.3 Технологические линии по переработке льносодержащих смесей 37
1.2.4 Влияние процентного вложения льняных волокон на качественные показатели пряжи 43
1.3 Особенности биохимических методов модификации льна и их применение в технологии текстильных изделий 44
1.3.1 Современное состояние промышленных биохимических процессов, принципы строения и действия ферментов 45
1.3.2 Классификация ферментных препаратов 47
1.3.3 Деструкция основных компонентов льна ферментами 50
1.3.4 Изучение опыта применения энзимов для модификации льноволокна и льносодержащих материалов 53
1.4 Возможности использования льносодержащеи пряжи в производстве ниточных изделий 57
1.5 Формулировка цели и основных задач исследований 63
2 Обоснование и анализ объектов и методов исследований 65
2.1 Характеристика объектов исследования 65
2.2 Методы испытаний 67
2.2.1 Определение длины волокон 67
2.2.2 Оценка тонины льняных волокон 68
2.2.3 Методика определения процентного содержания волокон льна в смешанной пряже 70
2.2.4 Изучение поперечных сечений пряжи. Методика получения поперечных сечений 72
2.2.5 Оценка прочностных характеристик пряжи 73
2.2.6 Фрикционные характеристики пряжи 73
2.2.7 Методика определения неровноты продуктов прядения 76
2.2.8 Изучение ворсистости пряжи 79
2.2.9 Гигроскопические свойства льносодержащих материалов 81
2.2.10 Методики микроскопии 83
3 Разработка технологии выработки пряжи и ниток для рукоделия на основе хлопкольняных смесей 84
3.1 Производство кардной хлопкольнянои пряжи кольцевого способа прядения 84
3.2 Производство кардной пневмомеханической льнохлопковой пряжи 87
3.3 Производство ниток для рукоделия на основе кардной пневмомеханической льнохлопковой пряжи 91
3.4 Экспериментальное изучение неровноты по технологическим переходам прядильного производства 93
3.4.1 Краткие сведения о характеристиках неровноты, используемых при оценке эффективности процесса прядения 93
3.4.2. Определение гипотетической и фактической неровноты, а также индекса неровноты по технологическим переходам прядильного производства 96
3.4.3. Сравнение фактических и нормативных показателей неровноты для исследуемых продуктов прядения 100
3.4.4. Анализ волнового характера неровноты и исследование диаграмм и спектрограмм неровноты продуктов прядения 103
Выводы 112
4 Оценка технологических свойств пряжи 113
4.1 Элементы теории смешивания и анализ особенностей поведения льняного компонента в кардной льнохлопковой пряже 113
4.1.1 Элементы теории смешивания 113
4.1.2 Определение процентного содержания волокон льна в смешанной льносодержащей пряже 116
4.1.3 Метод исследования миграции волокон в смешанной пряже 119
4.1.4. Определение миграции волокон в хлопкольняной пряже... 122
4.1.4.1 Обеспечение условий для идентификации льняных волокон в смешанной пряже 122
4.1.4.2 Методы оценки распределения разнородных волокон в пряже 124
4.2 Исследование поверхностных свойств льносодержащей пряжи 129
4.3 Полуцикловые разрывные характеристики льносодержащей пряжи 140
4.4 Влияние крутки на свойства льносодержащей пряжи пневмомеханического способа прядения 143
4.5 Проблема адаптации приборных методов оценки характеристик модифицированного льна 148
5 Аспекты внедрения инженерной энзимологии при производстве льносодержащей пряжи .. 153
5.1 Исследование возможности применения энзимной обработки льняного котонина и хлопкольняных смесей с целью улучшения свойств кардной пряжи 153
5.2 Изучение влияния биохимических обработок на свойства короткого льняного волокна 163
6. Оценка комплексной характеристики качества хлопкольняных ниток для рукоделия и экономической эффективности производства хлопкольняной пряжи 173
6.1 Комплексная оценка качества хлопкольняных ниток для рукоделия 173
6.2 Расчет ожидаемой экономической эффективности 178
Общие выводы 180
Список использованных источников 181
Приложение 201
- Особенности биохимических методов модификации льна и их применение в технологии текстильных изделий
- Возможности использования льносодержащеи пряжи в производстве ниточных изделий
- Методика определения процентного содержания волокон льна в смешанной пряже
- Производство ниток для рукоделия на основе кардной пневмомеханической льнохлопковой пряжи
Введение к работе
В настоящее время потребности российского рынка текстиля более чем на 70% удовлетворяется импортируемой продукцией. Доля импорта в 2000 году составляла по тканям - 15 %, швейным и трикотажным изделиям — 65 %, обуви - 85 %. С каждым годом доля импортного текстиля продолжает увеличиваться. В результате, отечественные предприятия текстильной промышленности теряют прибыль, снижаются поступления налоговых платежей в российские бюджеты всех уровней и во внебюджетные фонды. Общие потери, с учетом сокращения производства отечественного волокнистого сырья, текстильных материалов и технологического оборудования составляют ежегодно не менее 180 миллиардов рублей. При этом мобилизационные нужды России в изделиях текстильной и легкой промышленности могут быть удовлетворены лишь на 17 - 36 % [1].
Допустить дальнейшее увеличение сырьевой зависимости, в которой сейчас находится отечественная текстильная и легкая промышленность, было бы стратегической ошибкой. Кроме того, успешное решение сырьевой проблемы, разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий, создание нового ассортимента товаров, отвечающих возросшим требованиям потребителей к их дизайну, комфортности и экологичности является важным условием повышения конкурентоспособности товаров, выпускаемых отечественной текстильной и легкой промышленностью [2].
В сложившейся ситуации возникла острая необходимость создания надежной сырьевой базы отечественной текстильной промышленности как для производства товаров для населения из натуральных экологически чистых волокон и их смесей с химическими волокнами, так и для других отраслей экономики. Большие перспективы в этой связи приобретает лен, являющийся единственным натуральным волокном, производимым и перерабатываемым на территории России [3].
Это направление сырьевой переориентации Российского текстильного комплекса было отражено в Федеральной целевой программе «Развитие льняного комплекса России на 1996-2001 гг.», которая предусматривала резкое увеличение производства льняного волокна.
Уникальные свойства льняного волокна, такие как: способность поглощать капельную влагу с соприкасающейся с ним поверхности, минимальная электризуемость, достаточная воздухопроницаемость, гигроскопичность и влагоемкость - определяют комфортность изделий из него, способствуют быстрому удалению тепла и влаги от тела человека, обеспечивая ему приятное ощущение прохлады. Ткани и трикотажные полотна с использованием льна хороши для одежды, применяемой при больших физических нагрузках в сочетании с высокой температурой воздуха и повышенной инсоляцией, для детской одежды, различного постельного и столового белья.
Поскольку в последние годы все большее значение придается гигиеничности и экологической чистоте одежды, домашнего текстиля и других предметов обихода можно уверенно утверждать, что рост спроса на экологически чистые льносодержащие ткани и другие изделия из льна будет неуклонно возрастать по мере понимания важности проблемы защиты человека от неблагоприятных воздействий окружающей среды [4].
Именно эти причины обусловили принятие странами Большой Восьмерки (G8) в качестве одной из приоритетных задач 21 века - задачу ускоренного развития технологии комплексной переработки однолетних целлюлозосодержащих растений [5].
Повышенный интерес текстильных предприятий к льняному волокну обусловлен не только его уникальными природными свойствами, но и тем фактом, что лен в настоящее время используется недостаточно рационально [6].
С учетом того, что на современном этапе развития технологии отходы трепания и чесания в России составляют порядка 75% от всего производимого
льняного волокнистого сырья и их использование все еще остается весьма нерациональным, проблема вовлечения коротковолокнистого льна и отходов льнопрядения в качестве дополнительного сырьевого ресурса - котонина для обеспечения текстильной отрасли приобретает народно-хозяйственное значение. Разработка технологии производства пряжи из смесей льняного котонина с натуральными и химическими волокнами на имеющемся парке оборудования на российских хлопко- и шерстоперерабатывающих текстильных предприятиях, создала бы условия для расширения ассортимента выпускаемой продукции, повышения ее конкурентоспособности и снижения зависимости отечественных предприятий от поставок импортных хлопка и шерсти [6].
Установлено, что переработка котонизированного льноволокна в чистом виде с использованием нетрадиционных для льна систем прядения является проблематичной, вследствие низкой прядильной способности такого вида сырья. Однако, введение в смеску со льном других натуральных или химических волокон, улучшающих прядильные свойства смеси и качество получаемой пряжи, позволяет изделиям из нее приобрести новые свойства и модный внешний вид, тем более что в последние годы наблюдается тенденция роста спроса на смесовые ткани и трикотаж [7]. Анализ состояния рынка текстильных изделий и обзор международных выставок моды последних лет свидетельствуют, что изделия из льносодержащей пряжи пользуются спросом, как в России, так и на мировых рынках текстиля [8], но в то же время льносодержащие ниточные изделия практически отсутствуют в ассортименте текстильных предприятий.
Актуальность темы диссертационной работы обусловлена концепцией развития текстильной и легкой промышленности Российской Федерации до 2010 года, в которой определены задачи совершенствования технологии и расширения отечественной сырьевой базы в соответствии с Федеральной целевой программой "Развитие льняного комплекса России".
Повышенный интерес текстильных предприятий к льняному волокну обусловлен не только его уникальными природными свойствами, но и тем фактом, что лен в настоящее время используется недостаточно рационально, хотя и является единственным видом натурального волокнистого сырья, производимым и перерабатываемым на территории России.
Использование коротковолокнистого льна и отходов льнопрядения в качестве дополнительного сырьевого ресурса в текстильной отрасли и переработка котонина, получаемого путем модификации этого льняного волокна в смесях с другими волокнами на имеющемся на российских хлопкоперерабатывающих предприятиях оборудовании, создало бы условия для расширения ассортимента выпускаемой продукции, повышения ее конкурентоспособности, оперативного реагирования на изменение конъюнктуры рынка и снижения зависимости текстильных предприятий от поставок импортного хлопка.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с заказом Федерального агентства по науке и инновациям (РИ -111/004/148 № 02.444.11.7208) в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы» при выполнении НИР «Разработка экологически чистых текстильных материалов с улучшенными гигиеническими свойствами на основе ресурсосберегающих технологий и рационального использования волокнистых отходов льна», а также в рамках международной программы «Наука - ради Мира» Проект SFP № 973658 «Flax». Работа проводилась в сотрудничестве с английским университетом Де Монтфорт (DMU, г. Лестер, Великобритания) в соответствии с договором между СПГУТД и DMU о совместной подготовке аспирантов; с английской стороны руководителем работ являлся Dr. С.А. Гришанов.
Исследования, связанные с аспектами внедрения инженерной энзимологии при производстве льносодержащей пряжи, выполнялись под
руководством д.т.н., проф. Шамолиной И.И., которой автор выражает искреннюю благодарность за помощь и поддержку.
Цель работы состояла в оптимизации технологии переработки смесей модифицированного льняного волокна - котонина с хлопком по кардной системе прядения для получения новых конкурентоспособных изделий — ниток для рукоделия и улучшении свойств льносодержащей пряжи и нитей с помощью методов инженерной энзимологии.
Основные задачи работы:
- оптимизация технологии переработки смесей льняного котонина с
хлопком по кардной системе прядения для получения ниток для рукоделия;
определение потерь котонина в ходе переработки его смесей с хлопком и разработка рекомендаций по составу льносодержащей смеси с учетом назначения вырабатываемой пряжи;
исследование возможности и целесообразности использования методов инженерной энзимологии для улучшения свойств льняного котонина, льносодержащих пряжи и ниток;
разработка методов применения ферментов целлюлазного комплекса на различных стадиях технологического процесса переработки котонина и оценка их эффективности;
изучение особенностей неровноты хлопкольняных полуфабрикатов и пряжи и анализ ее изменения по переходам кардной системы прядения;
- выявление влияния волокнистого состава и способа прядения на физико-механические и технологические свойства льносодержащей пряжи;
- разработка и исследование приборных методов оценки характеристик
модифицированного льняного волокна - котонина и изделий на его основе.
Методы проведения исследований. При проведении исследований использовались методы математического моделирования и оптимизации технологических процессов прядильного производства, корреляционного анализа, математической статистики, оптические и химические методы анализа компонентного состава хлопкольняной смеси, стандартные и
специализированные методы и приборы для определения геометрических и физико-механических свойств текстильных материалов, компьютерная техника и программные продукты Statgraphics, MS Excel, SPSS 13.0 и др. Научная новизна работы:
обоснована возможность расширения ассортимента ниточных изделий за счет использования модифицированного льняного волокна в смесях с хлопком и разработана технология получения льносодержащих ниток для рукоделия по кардной системе прядения хлопка;
разработаны рекомендации по повышению процента выхода льняного компонента из хлопко-льняной смеси при ее переработке по кардной системе прядения хлопка;
установлено влияние способа прядения на миграцию волокон в льносодержащей пряже и ее свойства;
разработаны рекомендации по адаптации современных приборных методов исследования строения и свойств текстильных материалов для определения характеристик модифицированного льняного волокна и продуктов на его основе;
показана возможность применения энзимной обработки хлопкольняных смесей с целью улучшения свойств кардной пряжи и разработаны рекомендации по использованию метода биохимической очистки котонизированного льняного волокна от мелкодисперсной пыли при одновременном улучшении гигроскопических свойств льносодержащих изделий с помощью ферментных препаратов отечественного производства.
Практическая значимость работы. На основе хлопкольняной пряжи линейной плотности 71,4 текс на ОАО «Советская Звезда» с 2003г. вырабатывается новый вид ниток для рукоделия «Ленок» 71,4 текс х 2 (эта совместная разработка ОАО «Советская Звезда» и СПГУТД подтверждена Свидетельством на полезную модель №23440), соответствующий требованиям стандартов на хлопчатобумажные нитки для рукоделия (ГОСТ 8402-84).
Разработана методика определения линейной плотности льняного модифицированного волокна на приборе MICRONAIRE и даны рекомендации по ее применению при лабораторном анализе.
Результаты данной работы внедрены и используются в учебном процессе при проведении НИРС и изучении курсов «Механическая технология текстильных материалов» и «Технология и оборудование текстильного производства» в СПГУТД с 2005 года.
Выработаны рекомендации по использованию ферментов целлюлазного комплекса в прядильном производстве для улучшения свойств кардной хлопкольняной пряжи.
Апробация работы. Результаты работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку на 4 международных научно-практических конференциях (г. Каунас, Литва, 2003.; г. Ош, Киргизстан, 2004.; г. Санкт-Петербург, Россия, 2004, 2005), а также на научных семинарах в университете Де Монтфорт (DMU, г. Лестер, Великобритания) и на кафедре МТВМ Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ, в том числе в 4 сборниках докладов на международных научно-технических конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, содержит 70 рисунков, 38 таблиц, список использованной литературы из 214 наименований и 4 приложения.
Особенности биохимических методов модификации льна и их применение в технологии текстильных изделий
В настоящее время энзимология и прикладная биотехнология интенсивно развиваются в текстильной и легкой промышленности как альтернатива химическим обработкам. Это связано и с повышением размера налогов за загрязнение окружающей среды и ужесточением нормативов для промышленных стоков и выбросов. Применение высокоселективных биологически активных веществ позволяет организовывать производство по принципам рациональности и в то же время получать продукцию с высокими показателями экологичности и гигиенических свойств [71].
Инженерная энзимология - одна из наиболее быстро развивающихся направлений биотехнологии. Ее современные достижения находят широкое применение в различных отраслях промышленности, и приводят к возможности организации новых экологически более чистых процессов получения продукции с улучшенными функциональными свойствами. Поэтому, вполне закономерно, что в последнее время специалисты все чаще обращаются к реакциям биоконверсии и ферментной деструкции полимерных субстратов - белков, полисахаридов, лигнина и других природных материалов [72-75]. Изучение ферментов, их строения, свойств и механизма биологического действия составляет один из главных разделов биохимии и биоорганической химии. К настоящему времени охарактеризовано несколько тысяч ферментов, свыше тысячи из них получены в индивидуальном состоянии.
Согласно современным представлением о структуре ферментов, являющихся глобулярными белками, их молекулы могут быть представлены как простыми, так и сложными белками. В первом случае ферменты называют однокомпонентными, во втором двухкомпонентными. Они представляют собой природные биохимические катализаторы селективного (узконаправленного) действия, протеины (белки) с молекулярной массой от десятков тысяч до миллиона и более, макромолекулы которых построены из аминокислот, соединенных в длинные цепи пептидными связями. Ферменты могут быть панкреатического (животного) происхождения или являться продуктами жизнедеятельности микроорганизмов (бактерии, грибы) [71, 72, 76-78].
Являясь катализаторами, ферменты имеют ряд общих свойств с химическими, небиологическими катализаторами, а именно: они не входят в состав конечных продуктов реакции и не расходуются в процессе катализа, ускоряют реакции, которые могут протекать и без них, не смещают положения равновесия реакции, а лишь ускоряют его достижение. Для ферментов характерны и специфические свойства, в частности, они способны снижать энергию активации реакций в десятки и сотни раз. В отличие от неорганических катализаторов (кислоты, щелочи, окислители, восстановители и т.д.), ферменты проявляют селективное, т.е. избирательное каталитическое действие, участвуя в расщеплении или синтезе одного соединения, а в ряде случаев они влияют на превращение только одного типа связи, например, а-глюкозидной, Р-глюкозидной, пептидной. Ферменты отличаются очень высокой эффективностью, то есть высоким КПД, когда одна молекула фермента способна расщепить несколько миллионов молекул. В современных биотехнологиях данные свойства ферментов позволяют добиваться высокой конверсии конечного продукта и избегать побочных, нежелательных реакций и продуктов.
Как природные катализаторы, ферменты «работают» в мягких условиях (температура 20-70 С, среда близкая к нейтральной, атмосферное давление), что выгодно отличает их от неорганических катализаторов, чаще всего требующих жестких условий (давление выше атмосферного, температура выше 100 С, среда сильно кислая или сильно щелочная). При повышении температуры более 70 С происходит, как правило, денатурация белков, то есть изменение вторичной и третичной структуры, и ферменты теряют свою активность. Денатурация не сопровождается разрывом ковалентных связей в полипептидной цепи макромолекулы фермента, а происходит расщепление дисульфидных мостиков, гидрофобных, ионных, водородных связей.
Существуют термоустойчивые ферменты активные при температурах от 80 С до 110 С. Некоторые ферменты, например каталазы, активны при температурах от 0 до 10 С.
Активность ферментов сильно зависит от рН среды, что связано с амфотерной природой белков и, следовательно, ферментов. Большинство ферментов имеют оптимальную активность при рН среды близкой к нейтральной (5,0-8,0).
На активность и стабильность ферментов значительное влияние оказывает присутствие в системе фермент-субстрат нейтральных электролитов [78]. Ингибиторы тормозят действие ферментов.
На основе способности ферментов катализировать одну или несколько реакций одного типа принята их современная номенклатура. Ферменты сгруппированы в 6 классов в соответствии с типом катализируемой реакции. Знание класса и группы, к которым принадлежит тот или иной фермент значительно облегчит целенаправленный выбор ферментов для решения конкретной практической задачи [71, 79]. Деление на классы осуществляется следующим образом: - оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции; - трансферазы - катализируют реакции переноса группировок с одного соединения на другое: X R + Z = X + R Z; - гидролазы - ускоряют гидролитическое расщепление веществ: X Y + H20 = X OH + Y H; - лиазы - катализируют реакции негидролитического расщепления с образованием двойных связей или реакции присоединения по двойным связям; - изомеразы -катализируют реакции изомеризации соединений; - лигазы (синтетазы) - ускоряют реакции синтеза с использованием энергии макроэнергетических соединений. В пределах классов ферменты группируются в подклассы. Наименование фермента отражает название субстрата плюс окончание "аза": амилаза- субстрат амилоза, мальтаза- субстрат мальтоза [79]. Некоторые ферменты сохранили историческое название, например трипсин [73]. Общим механизмом для всех биохимических реакций, катализируемых ферментами, является образование промежуточного активного комплекса между ферментом и субстратом, с которым происходят каталитические превращения. В качестве субстрата в гидролитических процессах выступают полисахариды, протеины, жиры и т. д. Та область ферментативной молекулы, в которой происходит связывание и превращение субстрата называется активным центром [77]. Активность ферментов, как белковых соединений, обусловлена их специфическим строением, то есть первичной, вторичной и третичной структурой белка. Эта специфичность в строении ферментов определяет их комплиментарность, то есть химическое сродство, пространственное совпадение со строением субстрата. Все факторы, параметры, условия, которые будут способствовать проявлению комплиментарности и, следовательно, образованию активного комплекса, будут ускорять биохимическую реакцию с участием ферментов и, напротив, она будет замедляться, если условия будут препятствовать образованию активного комплекса молекулы. Индивидуальные особенности строения активных центров различных ферментов обуславливают специфичность их действия. Многие группы в активных центрах ферментов функционируют как обобщенные кислоты или основания, воздействуют на субстрат, активируют его и тем самым увеличивают скорость катализа. В качестве кислотно-основных катализаторов в активном центре действуют глутаминовая, аспарагиновая кислоты, гистидин, тирозин, лизин. В протонированной форме они являются кислотными катализаторами, в непротонированной - основными. Мягкие условия, в которых способны работать ферменты, позволяют создавать энергосберегающие технологии, не требующие создания дорогостоящего оборудования (автоклавы, жаропрочные и хемостойкие материалы) [80]. Патентные исследования показывают, что наиболее интенсивно за рубежом разрабатываются способы применения ферментов в кожевенном производстве. Разработки в этом направлении очень интенсивно ведет фирма «Rohm GmbH» (ФРГ), которая еще в 1907 г. запатентовала ферментный способ мягчения кож. В СССР вопросами применения ферментов занимались больше в меховой и льноперерабатывающей подотраслях легкой промышленности. В текстильной отрасли применяются амилолитические и — в меньшем объеме — протеолитические ферменты для расшлихтовки тканей, т. е. снятия крахмала и других смазок, наносимых на ткани в процессе их изготовления с целью укрепления нитей. Гидролиз крахмальной шлихты амилолитическими ферментами протекает в 7 - 10 раз быстрее, чем обычная химическая расшлихтовка, что позволяет вести процесс непрерывно. При этом уменьшается необходимая рабочая площадь, улучшаются условия труда благодаря безвредности применяемых реактивов и значительно повышается производительность [81]. В производстве шелка ферменты применяют для растворения белка серицина (шелковичного клея), а также для удаления жировых примесей [82]. Интенсификация технологии первичной обработки льна и использование для этого ферментов не теряет своей актуальности из-за существенных недостатков традиционных росяной мочки, или расстила, и тепловой мочки (продолжительность процесса, избыток сточных вод, сильный неприятный запах волокна, неуправляемость процесса и т.д.) [81].
Возможности использования льносодержащеи пряжи в производстве ниточных изделий
Расширение области использования коротковолокнистого льна стало возможным благодаря разработке технологии совместной переработки коротковолокнистого льна в смеси с другими волокнами. Новая технология позволяет значительно расширить ассортимент текстильных изделий, улучшить их дизайн и потребительские свойства при сохранении основных физико-механических свойств [2, 35, 55, 140-142]. Использование коротковолокнистого льна в смешанной пряже объясняется не только высокими гигиеническими и хорошими физико-механическими свойствами, но и его невысокой сминаемостью, а также наличием достаточной сырьевой базы.
В настоящее время в России производятся льносодержащие ткани и трикотажные полотна с использованием коротковолокнистого льна, а ниточные изделия практически отсутствуют в ассортименте текстильных предприятий.
Для оценки возможности использования льносодержащей пряжи в производстве ниточных изделий были изучены ассортимент ниточного производства и требования к вышивальным, вязальным и штопальным ниткам.
Необходимо заострить внимание при решении данного вопроса на характеристики и свойствах крученой нити.
Одиночная пряжа, как правило, имеет неустойчивую структуру и неоднородна по своим физическим свойствам, что отрицательно сказывается на ее качественных показателях. Неустойчивость структуры одиночной нити (пряжи) обусловлена тем, что волокна в ней напряжены и под действием сил упругости стремятся вернуться в первоначальное положение. Приложение нагрузки вдоль оси такой нити вызывает перемещение витков крутки и появление раскручивающего момента сил, действующего в плоскости поперечного сечения нити. При ослаблении натяжения нити в ее тонких местах образуются сукрутины и мелкие петли.
Если две или более нитей соединить вместе (стростить) и подвергнуть кручению, полученное изделие нового вида — крученая нить — будет обладать рядом свойств, которых не имеет одиночная нить.
Крученая пряжа имеет более высокую прочность, чем одиночная той же линейной прочности. Степень использования прочности волокна в одиночной пряже, определяемая отношением относительной разрывной нагрузки пряжи к относительной разрывной нагрузке волокна, не превышает 45-50 %. Это объясняется рядом причин: наличием слабых мест в пряже, где количество волокон в поперечном сечении в 1,3 - 1,4 раза меньше расчетного их числа, получаемого из отношения линейных плотностей пряжи и волокна, тем, что волокна имеют конечную длину и др. Процесс кручения позволяет увеличить степень использования прочности волокна в пряже. В однокруточной пряже, выработанной в 2—3 сложения, можно увеличить этот показатель до 50—60%. В зависимости от способов кручения, определяющих структуру пряжи, разрывная нагрузка ее возрастает от 1,2 (при кручении в один переход) до 1,8 раза (при кручении в два перехода) по сравнению с суммой разрывных нагрузок однониточной пряжи, входящей в состав крученой. Объясняется это тем, что при скручивании нити оказывают давление друг на друга, в силу чего увеличивается трение между отдельными волокнами одиночных нитей и между самими нитями. Давление нитей друг на друга возрастает с увеличением крутки и числа нитей, входящих в состав крученой пряжи. Ввиду того, что при образовании крученой пряжи происходит сложение одиночных нитей, возрастает ее ровнота по линейной плотности и по прочности по сравнению с одиночной пряжей. Величина крутки зависит от назначения пряжи, ее линейной плотности и числа скручиваемых нитей. Чем меньшую линейную плотность имеет пряжа, тем большее число кручений ей сообщают, чтобы обеспечить надлежащую прочность. В зависимости от назначения пряжа может быть крутой (креповая крутка), средней и отлогой крутки. В большей степени на качестве крученой пряжи сказывается направление крутки. Для однокруточной пряжи оно обычно противоположно направлению крутки однониточной пряжи, т.е. прядильной. В таком случае крученая пряжа будет уравновешенной, т.е. не дающей петель в свободном состоянии. Изменяя величину и направление крутки, можно сделать крученую пряжу более жесткой или мягкой и гибкой, более гладкой или пушистой, можно повысить устойчивость нити к трению и увеличить ее плотность, сделать нить более уравновешенной. Однокруточная пряжа, выработанная с одинаковым направлением круток в прядении и кручении, обладает большой прочностью и растяжимостью, но получается более жесткой и менее уравновешенной, чем пряжа, скрученная с противоположным направлением крутки ZS. При одной и той же степени кручения прочность пряжи повышается с увеличением длины и прочности волокна. Использование прочности волокна несколько снижается с уменьшением линейной плотности крученой пряжи. Это объясняется относительным увеличением количества волокон, расположенных на поверхности нити. Поверхностные волокна, подвергнутые изгибу вследствие кручения, оказывают меньшее сопротивление разрыву, чем стержневые, менее изогнутые волокна. В соответствии с результатами исследования взаимосвязи наиболее значимых свойств крученой хлопчатобумажной пряжи пневмомеханического способа прядения при изменении коэффициентов первичной и вторичной круток [143] рекомендуется вырабатывать крученую пряжу при несколько пониженном коэффициенте крутки одиночной пряжи а0 (при достаточно высоком уровне подготовки питающей ленты) и повышенном коэффициенте окончательной крутки а\. Понижение а0 позволяет сократить затраты на выработку одиночной пряжи и улучшить механические свойства крученой пряжи, что приведет к снижению ее себестоимости и улучшению качества. Соотношение коэффициентов крутки для однокруточной пряжи различного назначения представлено в таблице 1.5. Сегодняшний ассортимент отечественного ниточного производства достаточно разнообразен, однако не включает льнохлопковой продукции. Помимо "классических" швейных ниток и ниточных изделий из хлопка, льна и шелка в последние годы широкое применение находят швейные нитки из химических волокон (нитки из полиэфирных, полиамидных и вискозных комплексных нитей; нитки из пряжи, выработанной из синтетических жгутовых и штапельных волокон; текстурированные нитки, получаемые из комплексных нитей путем воздействия на них струей воздуха, с последующим скручиванием в два или три сложения; армированные нитки, состоящие из стержневых комплексных синтетических нитей, обычно полиэфирных и обвивающих их хлопковых волокон; прозрачные нитки, вырабатываемые из синтетических, преимущественно полиамидных, нитей; клееные нитки, получаемые из комплексных синтетических нитей путем проклеивания (без скручивания) и т.д.
Методика определения процентного содержания волокон льна в смешанной пряже
В настоящее время не имеется утвержденной методики определения процентного содержания волокон льна (по числу или по массе волокон) в смешанной хлопкольняной пряже, полученной по кардной системе прядения на стандартном хлопкопрядильном оборудовании с применением котонизированного льна В ходе наших исследований применялась методика, разработанная на кафедре МТВМ, в соответствии с которой случайным образом отбирались 10 мм отрезки из пасм исследуемой пряжи, получаемые путем вырезки, с последующим ручным разъединением и подсчетом числа волокон хлопка, льна или других волокон в каждом отрезке (сечении) пряжи под микроскопом при малом увеличении. От каждой пасмы бралось не менее 10 образцов для подсчета числа волокон. Количество проверяемых пасм - 3. В таблице результатов приводятся средние значения числа волокон каждого вида, содержащихся в 30 исследуемых отрезках пряжи, по каждому из исследуемых вариантов пряжи. Если неравномерность по суммарному числу волокон, содержащихся в отрезке (коэффициент вариации по общему числу волокон) превышала 10 %, или неравномерность содержания льняных волокон в 10 мм отрезках пряжи (коэффициент вариации по числу льняных волокон) превышала 35 %, то замеры по таким вариантам повторялись согласно принятой методике.
Следует отметить, что подсчет числа волокон льна в отрезках (сечении) пряжи осложняется, так как в них имеются как элементарные, так и "технические" волокна, представляющие собою комплексы, состоящие из нескольких элементарных, причем определить число элементарных волокон, входящих комплекс, весьма затруднительно (обычно это число колеблется от 2 до 7). Поэтому определение средней линейной плотности льняных волокон в пряже, зависящей как от особенностей предварительной подготовки самого волокна, так и параметров технологического процесса переработки льносодержащей смеси, возможно лишь со значительной степенью приближения.
Очевидно, что количество технических волокон в пряже зависит от степени интенсивности механических воздействий на волокна в ходе технологических процессов и такого ненормированного показателя котонизированного льняного волокна, как его "расщепляемость", т.е. способность легко распадаться на элементарные волокна на всех этапах технологической обработки. Расщепляемость льняных волокон без сомнения зависит от применяемого способа котонизации, однако, установление характера такой зависимости возможно лишь на основе более длительных и массовых исследований.
Средняя линейная плотность волокон льняного котонина в пряже определялась расчетом по формуле: где 8 - объемная масса волокна, принятая равной 0,95 мг / мм , Т - средняя линейная плотность волокон, текс; dp - среднее значение промера диаметра (поперечника) волокон льна под микроскопом в образцах пряжи (мм). Расчетная формула для определения процентного содержания льна по массе в двухкомпонентной пряже имела вид: где пл и пх - число волокон льняного котонина и хлопка, соответственно, в 10 мм отрезках пряжи; Тл и Тх- средняя линейная плотность котонина в пряже и линейная плотность хлопка. Возможность применения описанной выше методики может быть подтверждена сопоставлением со стандартным методом. По методу МТВМ СГГГУТД и по методу, основанному на избирательном растворении одного из компонентов [148, 149] определялось процентное содержание волокон котонина в одной и той же льнополиэфирной пряже. Полученные по указанным методикам результаты оказались достаточно близки друг другу (разница практически не значима - 2 %). Для оценки радиального распределения волокон компонентов в льносодержащей пряже использовался метод Jordi [150]. Преимущество данного метода заключается в том, что в процессе эксперимента плотность упаковки волокон, характер их расположения и крутка пряжи остаются неизменными. Это достигается благодаря следующей процедуре подготовки образцов пряжи для получения поперечных срезов: с обоих концов желатиновой капсулы проделываются отверстия, в которые продевается пряжа (рисунок 2.2), затем места выхода пряжи из капсулы заклеиваются специальным клеящим составом, после чего подготовленная желатиновая емкость заполняется раствором жидкой резины (полимер на основе Technovit 7100 и загустителей). Полимеризация раствора занимает 2-3 часа, после чего следует процедура получения пластинок поперечного сечения (срезов) пряжи толщиной 12 мкм, пригодных для изучения на оптическом микроскопе. К микроскопу подсоединяется видеокамера и с помощью программного обеспечения Global Colour Lab получаемые при десятикратном увеличении изображения поперечного сечения сохраняются в цифровом виде. Эти изображения могут быть использованы для определения распределения волокон в поперечном сечении пряжи, а также измерения диаметров волокон и пряжи. Для анализа полученных изображений поперечных сечений пряжи используется графический редактор CorelDRAW. 2.2.5 Оценка прочностных характеристик пряжи Определение полуцикловых разрывных характеристик пряжи осуществлялось на автоматической разрывной машине Statigraph L, на которой с помощью программы Testcontrol 5 можно проводить стандартизированные испытания на растяжение до разрыва (по ГОСТ РФ или международным стандартам) и производить расчеты всех основных характеристик. Измерительные головки прибора позволяют определять статистические и динамические растягивающие силы. Определение полуцикловых разрывных характеристик пряжи проводились нами в соответствии со стандартом ISO 2062. Трение, эмульсирование или парафинирование пряжи играют важную роль в процессах ее получения и последующей перерабработки в текстильной промышленности. Перечень процессов, на которые влияет трение, включает: натяжение пряжи при перематывании, скольжение волокнистой мычки по цилиндру или нити, проходящей по нитеводителю; поведение волокон при вытягивании; сцепление волокон в штапельной пряже при ее изгибе и растяжении; нагревание иглы и обрыв нитей в процессе пошива и другие. Как известно, классические законы трения [151] утверждают, что сила трения пропорциональна нормальному давлению и не зависит от площади соприкосновения двух трущихся поверхностей. Таким образом, если F - сила трения, а N - нормальное давление получается
Производство ниток для рукоделия на основе кардной пневмомеханической льнохлопковой пряжи
Выработанная из смеси хлопкового и льняного волокон пряжа пневмомеханического способа прядения линейной плотности 71,4 текс использовалась при производстве ниток для рукоделия с условным обозначением «Ленок» в соответствии с технологическим режимом, описанным ниже.
Трощение пряжи (таблица 3.2) осуществлялось на электронной тростильной машине с независимыми головками AES 12 фирмы «Савио» (Италия). Намотка пряжи на выходную паковку производилась на клубочном автомате МНК или на клубкомотальной машине МК-4. Масса клубочка - 64 г. Допускается по согласованию с потребителем выпускать нитки с другой массой клубка или на других видах паковки.
Известно, что неравномерность волокон по их свойствам, нестационарность процессов производства пряжи, различные виды структурной неровноты, дефекты рабочих органов, неправильно выбранный режим работы машин и механизмов и другие причины вызывают неровноту продуктов прядения по толщине, прочности и другим свойствам. [169].
Из-за неровноты продуктов прядения нарушается нормальное протекание технологического процесса, увеличивается обрывность и, следовательно, снижается производительность оборудования и труда, ухудшаются свойства и внешний вид конечного продукта. Вскрытие причин и закономерностей возникновения неровноты в продуктах прядения при осуществлении любого технологического процесса является важнейшей задачей теории и практики прядения [158]. В ходе работы проводились исследования изменения неровноты продукта по линейной плотности (толщине) по переходам кардной системы прядения хлопка.
С целью выявления резервов производства и степени совершенствования технологических переходов в прядильном производстве на ОАО «Советская звезда» был применен статистический метод контроля неровноты на измерительном комплексе фирмы «Keisokki» (Япония) модели КЕТ-80/ШВ с емкостным чувствительным элементом. Объектами исследования были хлопкольняная пряжа (30 % лен, 70 % хлопок) линейной плотности 71,4 текс и полуфабрикаты, из которых данная пряжа была получена. В процессе выполнения исследовательской работы производился расчет гипотетической (идеальной) неровноты продукта по переходам прядильного производств, при этом определялась средняя фактическая неровнота продукта и индекс неровноты по переходам.
Известно, что при осуществлении процессов разрыхления, смешивания и кардочесания не производится «организованное» расположение волокон. Рабочие органы машин, осуществляющие эти процессы, обусловливают «случайное» расположение волокон в волокнистом потоке или ленте. Однако фактическое расположение волокон даже в чесальной ленте отличается от идеального или случайного (рандомизированного) расположения.
Неровнота фактических продуктов всегда выше неровноты идеальных, т.е. продуктов, образованных со случайным расположением волокон. Это различие обусловлено несовершенной работой машин и вытяжных приборов, нестационарной работой их рабочих органов. Таким образом, по величине отклонения характеристик реального продукта от характеристик идеального можно судить об эффективности и совершенстве данного процесса, а также о степени равномерности продукта, образуемого в этом процессе. Теории идеальной, или случайной, ленты было посвящено много работ, весомый вклад в развитие этой теории принадлежит А. Г. Севостьянову, J. Martindale, Н. Breny, Н. Picard, К. Fujino, S. Kawabata, Н. Olerup, Q.A.R. Foster и др.
В этих работах рассматривается две основные схемы образования случайной ленты (схемы Пуассона и Бернулли) и для каждой из них определяются характеристики случайной функции: корреляционная функция, спектральная плотность и градиент неровноты.
Для изучения расположения волокон в продукте и оценки его неровноты обычно используют модель идеального продукта, так как изучение фактического расположения волокон представляется крайне сложным. В основе наиболее известных математических моделей расположения волокон по длине продукта лежит закон Пуассона, в соответствии с которым, предъявляя ряд требований к расположению концов волокон по длине продукта, получают для вероятности пересечения п волокнами данного поперечного сечения продукта следующую формулу (формула 3.1): где п — число волокон, пересекающих данное сечение продукта; / — средняя арифметическая длина волокна; е — основание натуральных логарифмов; к — средняя линейная плотность концов волокон: где т — число волокон на отрезке 2L; И = пср— среднее число волокон в сечении продукта.
