Оценка прядильной способности длинного трепаного льноволокна

ДЛИННОЕ ТРЕПАНОЕ ЛЬНОВОЛОКНО, КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА, ПРЯДИЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ, МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЯДИЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ

Статья посвящена исследованию физико-механических свойств и качественных характеристик длинного трепаного льноволокна, чесаного льноволокна и льняного очеса.

Построены регрессионные модели для зависимостей разрывной нагрузки, гибкости, коэффициента вариации по разрывной нагрузке, коэффициента вариации по гибкости, группы цвета, горстевой длины длинного трепаного льноволокна от номера.

Разработана новая методика оценки прядильной способности длинного трепаного льноволокна для номеров 8, 9, 10, 11, 12, 13. По результатам контрольных прочесов, проведенных в производственных условиях РУПТП «Оршанский льнокомбинат», новая методика обеспечила 56.1 % оценок качества длинного трепаного льноволокна, удовлетворяющих требованием отраслевых норм, против 20.3 % у методики, утвержденной действующим стандартом.

В современных условиях жесткой конкуренции на внутреннем и внешних рынках текстильных товаров усиливается значимость контроля качества на всей технологической цепочке производства текстильных материалов. В связи с этим особую практическую значимость для Республики Беларусь имеет контроль и оценка качества тканей, пряжи и полуфабрикатов, вырабатываемых из отечественного льноволокна. Данная работа посвящена экспериментальному исследованию прядильной способности длинного трепаного льноволокна. Данные о физико-механических свойствах длинного трепаного льноволокна получены с помощью информационной системы контроля качества РУПТП «Оршанский

LONG SCUTCHED FLAX, QUALITY CONTROL, SPINNING ABILITY, METHOD OF DETERMINING OF THE ABILITY OF SPINNING

The article investigates the physical and mechanical properties and quality characteristics of long scutched flax, dressed flax fiber and linen waste.

Regression models were built for dependency of breaking load, flexibility, the coefficient of variation for breaking load, the coefficient of variation for flexibility, color group, length of long scutched flax fiber on the quality index (number).

A new method of estimating the long scutched flax fiber spinning ability for the numbers 8, 9, 10, 11, 12, 13 was developed. As a result of the control carding, implemented under production conditions of RUPTE « Orsha Linen Mill » , new technique provided 56.1 % of long scutched flax quality grades satisfaction of the requirements of industry norms, against 20.3 % with the methodology approved by the current standard.

льнокомбинат» [3, 4], являющегося системообразующим льноперерабатывающим предприятием Республики Беларусь, крупнейшим в Восточной Европе.

Качество длинного трепаного льноволокна характеризуется его прядильной способностью, оцениваемой согласно методике, изложенной в действующих нормативных актах Республики Беларусь и Российской Федерации [1, 2], которая была ГОСТирована в СССР. С помощью номера волокна оценивается номер гипотетического продукта прядения, который можно получить из данного волокна. Таким образом, чем выше номер, тем выше его прядильная способность и меньше линейная плотность пряжи, которую можно из него получить.

Особенности применяемой методики заключаются в том, что низкие значения одного из физико-механических свойств могут быть компенсированы более высоким значением другого. Численная оценка прядильной способности – (номер) находится по следующей формуле:

N = A + A₁X₁ + A₂X₂ + A₃X₃ + A₄X₄ ,    (1)

где X₁ – горстевая длина, см; X₂ – группа цвета; X₃ – разрывная нагрузка, Н; X₄ – гибкость, мм; A , A₁ , A₂ , A₃ , A₄ – коэффициенты, значение которых изменяется в зависимости от значения горстевой длины трепаного льноволокна. После получения расчетного значения номера длинного трепаного льноволокна в него могут вноситься поправки в зависимости от горстевой длины, закостренности, наличия недоработки, значения произведений коэффициентов вариации по разрывной нагрузке и гибкости.

Данная методика призвана обеспечить соблюдение отраслевых норм [5] при производстве льняной пряжи, которые, в свою оче-редь,регламентируют нормы выхода и качественные характеристики чесаного льноволокна и льняного очеса, вырабатываемых из длинного трепаного волокна заданного номера.

В связи с меняющимися климатическими условиями, культивированием новых сортов льна, использованием новых видов удобрений и химикатов меняются вероятностные распределения физико-механических свойств льноволокна и, как следствие, его прядильная способность. Это приводит к учащению случаев несоответствия качественных показателей длинного трепаного льноволокна, чесаного льноволокна и льняного очеса требованиям отраслевых норм [1, 2, 3, 4].

Для экспериментального исследования качественных и физико-механических свойств длинного трепаного льноволокна и производимых из него чесаного льноволокна и льняного очеса в производственных условиях РУПТП «Оршанский льнокомбинат» согласно [1] была проведена серия из 200 контрольных прочесов на льночесальной машине Ч-302-Л, агрегированной с автоматической раскладочной машиной АР-500-Л3.

Распределение номеров (показателей качества) длинного трепаного льноволокна, участвовавшего в контрольных прочесах, соответствует распределению номеров, перерабатываемых на второй фабрике РУПТП «Оршанский льнокомбинат», и приведено на рисунке 1 а.

Для анализа результатов контрольных прочёсов были построены адекватные регрессионные модели со статистически значимыми регрессионными коэффициентами, на уровне значимости а = 0,05.Линии тренда и 95 % доверительные пределы построенных моделей приведены на рисунках 1 б , 1 в , 1 г .

Регрессионная зависимость (рисунок 1 б ) номера чесаного льноволокна от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,                      (2)

где N_Ч – номер чесаного льноволокна.

Как видно из модели (2), статистически значимая (на уровне значимости а = 0,05) взаимосвязь между номерами чесаного льноволокна и длинного трепаного льноволокна отсутствует. При этом среднее значение номера вырабатываемого чесаного льноволокна составляет 15.375. Отсутствие статистически значимой регрессионной зависимости между номерами чесаного льноволокна и длинного трепаного льноволокна, определенных согласно действующих технических нормативных правовых актов, не позволяет использовать номер длинного трепаного льноволокна для адекватного прогнозирования его прядильной способности.

Регрессионная зависимость (рисунок 1 в ) номера льняного очеса от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,                     (3)

где N_О – номер льняного очеса; N_Т – номер трепаного льноволокна, определенный согласно СТБ 1195 [1].

Как видно из модели (3), при увеличении номера перерабатываемого длинного трепаного льноволокна на 1 среднее значение

Рисунок 1 – Распределения качественных характеристик льноволокна при контрольных прочесах

номера вырабатываемого льняного очеса увеличивается на 0.481. Коэффициент детерминации регрессионной модели (3) составляет R² = 0.93 (p-value < 2 · 10^-16).

Регрессионная зависимость (рисунок 1 г) номера льняного очеса от номера чесаного льно- волокна имеет вид:

где N_О – номер льняного очеса; N_Ч – номер чесаного льноволокна.

Как видно из модели (4), при увеличении номера вырабатываемого чесаного льноволокна на 1 среднее значение номера вырабатываемо- го льняного очеса увеличивается на 1.038. Коэффициент детерминации регрессионной модели (4) составляет R2 = 0.35 (p-value < 2 · 10-16).

Согласно требованиям отраслевых норм [5], устанавливающих нормы выхода качественных показателей чесаного льноволокна и льняного очеса при переработке длинного трепаного льноволокна, был произведен перерасчет значений номеров длинного трепаного льноволокна в соответствии с результатами контрольных прочесов (рисунок 2 а ).

Как видно из рисунка 2 а , больше 50 % переработанного в результате контрольных прочесов длинного трепаного льноволокна, согласно отраслевым нормам, соответствует номеру 9 и ниже. Это не соответствует требованиям

Номер трепаного льна (ОН)

Номер трепаного льна (ОН)

б

Рисунок 2 – Распределения качественных характеристик льноволокна при контрольных прочесах

РУПТП «Оршанский льнокомбинат», закупающего длинное трепаное льноволокно не ниже 10 номера.

Согласно критерию Колмогорова-Смирнова была отвергнута нулевая гипотеза (p-value < 2.2^-16) об общем вероятностном законе распределения качественных характеристик (номеров) длинного трепаного льноволокна, определенных согласно методики действующего СТБ (рисунок 1 а ), и соответствующим отраслевым нормам (рисунок 2 а ).

На рисунке 3 приведено совместное распределение номеров длинного трепаного льноволокна, определенных в соответствии с действующим стандартом (СТБ) и отраслевыми нормами (ОН).

Пунктирная линия на рисунке 3 соответствует совпадению показателей качества, определённых в соответствии с действующим стандартом и отраслевыми нормами. Как видно из рисунка, в результате проведенных контрольных прочесов только в 20,3 % случаев обеспечивались качественные характеристики чесаного льноволокна и льняного очеса не ниже требований, заложенных в отраслевые нормы.

На рисунке 4 приведены распределения разрывной нагрузки, гибкости, коэффициента вариации по разрывной нагрузке, коэффициента вариации по гибкости, группы цвета, горстевой длины длинного трепаного льноволокна по номерам, определенным согласно отраслевым нормам.

Номер трепаного льна (ОН)

Рисунок 3 – Совместное распределение номеров длинного трепаного льноволокна, определенных

в соответствии с действующим стандартом (СТБ) и отраслевыми нормами (ОН)

Пунктирная линия на рисунке 3 соответствует совпадению показателей качества, определённых в соответствии с действующим стандартом и отраслевыми нормами. Как видно из рисунка, в результате проведенных контрольных прочесов только в 20,3 % случаев обеспечивались качественные характеристики чесаного льноволокна и льняного очеса не ниже требований, заложенных в отраслевые нормы.

На рисунке 4 приведены распределения разрывной нагрузки, гибкости, коэффициента вариации по разрывной нагрузке, коэффициента вариации по гибкости, группы цвета, горстевой длины длинного трепаного льноволокна по номерам, определенным согласно отраслевым нормам.

Для анализа зависимостей физико-механических свойств длинного трепаного льноволокна от его номера, определенного согласно отраслевым нормам, были построены адекватные регрессионные модели со статистически значимыми регрессионными коэффициентами на уровне значимости а = 0,05. Линии тренда и 95 % доверительные пределы построенных моделей приведены на рисунке 4.

Регрессионная зависимость (рисунок 4 а ) разрывной нагрузки от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,

где P – разрывная нагрузка длинного трепаного льноволокна, Н; N_OH – номер длинного трепаного льноволокна, определенный согласно отраслевым нормам.

Как видно из модели (5), при увеличении номера длинного трепаного льноволокна на 1 среднее значение разрывной нагрузки увеличивается на 4.625 Н. Коэффициент детерминации регрессионной модели (5) составляет R² = 0.051 (p-value = 2.019 · 10^-3), что говорит о высокой вариативности распределения значений разрывной нагрузки.

Регрессионная зависимость (рисунок 4 б ) гибкости от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,              (6)

где F – гибкости длинного трепаного льноволокна, мм; N_OH – номер длинного трепаного льноволокна, определенный согласно отраслевым нормам.

Как видно из модели (6), при увеличении номера длинного трепаного льно-

Номер трепаного льна ОН

Номер трепаного льна ОН

Номер трепаного льна (ОН

Номер трепаного льна (ОН)

Номер трепаного льна (ОН) д

Номер трепаного льна (ОН)

е

Рисунок 4 – Распределения физико-механических свойств длинного трепаного льноволокна по номерам, определенным согласно отраслевым нормам волокна на 1 среднее значение гибкости увеличивается на 1.572 мм. Коэффициент детерминации регрессионной модели (5) составляет R2 = 0.117 (p-value = 2.133 · 10-6), что говорит о высокой вариативности распределения значений разрывной нагрузки.

Регрессионная зависимость (рисунок 4 в ) коэффициента вариации по разрывной нагрузке от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,                      (7)

где CV_P – коэффициент вариации по разрывной нагрузке длинного трепаного льноволокна, %.

Регрессионная зависимость (рисунок 4 г ) коэффициента вариации по гибкости от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,                      (8)

где CV_F – коэффициент вариации по гибкости длинного трепаного льноволокна, %.

Регрессионная зависимость (рисунок 4 д ) группы цвета от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,                         (9)

где C – группы цвета длинного трепаного льноволокна, %.

Регрессионная зависимость (рисунок 4 е ) гор-стевой длины от номера длинного трепаного льноволокна имеет вид:

,                    (10)

где L – горстевая длина длинного трепаного льноволокна, %.

Как видно из моделей (7)–(10), коэффициент вариации по разрывной нагрузке, коэффициент вариации по гибкости, группа цвета и горстевая длина не имеют статистически значимой (на уровне значимости а = 0,05) взаимосвязи с но- мером длинного трепаного льноволокна, определенного согласно отраслевым нормам. При этом каждое из приведенных физико-механических свойств имеет статистически значимый средний уровень.

На основе изложенных результатов экспериментального исследования физико-механических и качественных характеристик длинного трепаного льноволокна, чесаного льноволокна и льняного очеса была предпринята попытка разработки новой методики оценки прядильной способности длинного трепаного льноволокна. Для устранения возможности компенсации низкого относительного уровня одного свойства высоким значением другого было принято решение о том, что методика должна представлять собой совокупность ограничений, накладываемых на каждое из физико-механических свойств.

С помощью методов компьютерного имитационного моделирования, с использованием среды статистических вычислений R [8] были определены минимально допустимые значения физико-механических свойств для номеров длинного трепаного льноволокна с 8 по 13. В качестве изменяемых параметров использовались вероятности, используемые для построения доверительных пределов моделей (5)–(10). В качестве целевой функции, максимизируемой при определении граничных значений физико-механических свойств, использовалась характеристика качества, показывающая долю прочесов, обеспечивающих качественные характеристики чесаного льноволокна и льняного очеса не ниже требований, заложенных в отраслевые нормы:

,             (11)

и где NOH – номер длинного трепаного льноволокна, определенный согласно отраслевым нормам; NHМ – номер длинного трепаного льноволокна, определенный согласно новой методике; n – общее количество прочёсов.

Минимально допустимые значения физико-механических свойств длинного трепаного льноволокна для номеров 8 – 13 представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Минимально допустимые значения физико-механических свойств длинного трепаного льноволокна
N	Разрывная нагрузка, Н	Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, %	Гибкость, мм	Коэффициент вариации по гибкости, %	Длина, см	Группа цвета
8	178	37	32	36	57	2
9	183	37	33	36	57	2
10	188	37	35	36	57	2
11	192	37	37	36	57	2
12	197	37	38	36	57	2
I 13	201	37	40	36	57	2 ____J

Как видно из таблицы 1, свойства длинного трепаного льноволокна, не имеющие статистически значимой взаимосвязи с номером, определенным согласно отраслевым нормам, (7)–(10) имеют постоянные значения.

Согласно таблице 1, был произведен перерасчет значений номеров длинного трепаного льноволокна. Совместное распределение номеров длинного трепаного льноволокна, определенных согласно таблице 1, и номеров согласно отраслевым нормам приведено на рисунке 5.

Как видно из рисунка 5, оценка качества, полученная по новой методике, в 56,1 % случаев обеспечивает качественные характеристики чесаного льноволокна и льняного очеса не ниже требований, заложенных в отраслевые нормы.

С использованием бутстреп метода [9] в среде статистических вычислений R было получено вероятностное распределение характеристики качества (11) новой методики (рисунок 6).

В таблице 2 приведены квантили распределения характеристики качества (11) новой методики, рассчитанные с помощью бутстреп метода.

Как видно из таблицы 2, с вероятностью в 95 % значение характеристики качества новой методики будет находиться в диапазоне 48.351

Рисунок 5 – Совместное распределение номеров длинного трепаного льноволокна определенных по новой

методике (НМ) и согласно отраслевым нормам (ОН)

– 63.736 %, а с вероятностью 50 % – в диапазоне 53.846 – 59.340.

ВЫВОДЫ

Разработана новая методика оценки прядильной способности длинного трепаного льноволокна для номеров 8, 9, 10, 11, 12, 13. По результатам контрольных прочесов, проведенных в производственных условиях РУПТП «Оршанский льнокомбинат», новая методика обеспечила 56.1 % оценок качества длинного трепаного льноволокна, удовлетворяющих требованиям отраслевых норм, против 20.3 % у методики, утвержденной действующим стандартом.

характеристики качества новой методики, %

Рисунок 6 – Распределение характеристики

качества новой методики

Таблица 2 – Квантили распределения характеристики качества новой методики
2.5%	5%	25%	50%	75%	95%	97.5%
48.351	50.549	53.846	57.142	59.340	62.637	63.736    1

дов в ткачестве и отделке льняных (смешанных) тканей, Научно-исследовательское республиканское унитарное предприятие «Центр научных исследований легкой промышленности» РУП «Центр научных исследований легкой промышленности», Минск, 2011. 29 с.

fabrics, Republican Unitary Research Enterprise «Research Center Light industry» RUE «Research Center of Light Industry », Minsk, 2011, 29 p.