Получение высокорастяжимой нити однопроцессным способом на машине ПК-100

В Витебском государственном технологическом университете на кафедре «Прядение натуральных и химических волокон» разработан способ получения высокорастяжимой нити однопроцессным способом на машине ПК-100. Высокорастяжимая нить используется вместе с неэластичными волокнами для изготовления трикотажных изделий и придает одежде свойства эластичности и растяжимости, обеспечивая ее функциональность, удобство, возможность хорошего покроя и стабильность формы.

В настоящее время производство обкрученных эластомерных нитей производится на специализированном оборудовании, характерным признаком которого является расположение полых веретен друг над другом. Такое расположение увеличивает габариты машины по высоте и усложняет заправку веретен.

Целью данных экспериментальных исследований являлось установление влияния параметров формирования высокорастяжимой нити на модернизированной машине ПК-100 на ее свойства, а также определение оптимальных величин первого и второго кручения.

Главным преимуществом данного cпособа получения высокорастяжимой нити является то, что он реализуется на базе уже готовой машины – необходима всего лишь ее модернизация, заключающаяся в устранении питающей рамки и вытяжного прибора из заправки машины, установки переходного валика и нитенаправителя. Производство нити происходит однопроцессным способом, аналогично современному зарубежному оборудованию.

На рисунке 1 представлена технологическая схема получения высокорастяжимой нити однопроцессным способом на машине ПК-100.

Паковка с высокорастяжимым компонентом 2 устанавливается на бобинодержатель и прижимается к мотальному барабанчику 1. Скорость вращения мотального барабанчика меньше скорости оттяжной пары 12 в необходимое количество раз для создания необходимого растяжения высокорастяжимого компонента. Далее высокорастяжимая нить через нитепроводник 3 поступает снизу в канал полого веретена 5, где скручивается при выходе из веретена с пряжей 6. При этом происходит первое кручение нити. Затем нить поступает через нитенаправитель 8 и вращающийся направляющий ролик 9 во второе веретено, где происходит скручивание нити с пряжей 10. При этом происходит второе кручение и окончательное формирование высокорастяжимой нити. Сформированная нить 11 с помощью оттяжной пары 12 и раскладывающегося прутка 13, мотального барабанчика 14 наматывается на выпускную паковку 15.

Рисунок 1 – Технологическая схема модернизированной прядильно-крутильной машины ПК-100 для получения высокорастяжимых нитей

В качестве обкруточного компонента может быть использована хлопчатобумажная, полушерстяная пряжа, комплексные и текстурированные химические нити. В качестве стержневой эластомерной нити может быть использована нить «Спандекс», Дорластан или LYCRA®.

В условиях лаборатории кафедры ПНХВ были проведены экспериментальные исследования по оптимизации технологического процесса получения комбинированной высокорастяжимой нити, при выполнении которых в качестве стержневого компонента использовалась эластомерная нить «Спандекс» линейной плотности 50 текс. В качестве обкруточного компонента использовалась полушерстяная пряжа линейной плотности 22 текс производства ОАО «Полесье».

Предварительные эксперименты позволили установить интервалы варьирования величин первого ( X ) и второго ( Y ) кручений, при которых происходит устойчивое формирование высокорастяжимой нити. Уровни X и Y представлены в таблице 1.

Величина крутки при первом и при втором кручении изменялась на машине частотой вращения веретен.

Таблица 1 – Уровни и интервалы варьирования входных параметров

Варьируемые параметры	Ед. измер.	Интервал варьирования	Уровни факторов
			-1	0	+1
X – крутка при первом кручении	кр/м	100	1480	1580	1680
Y – крутка при втором кручении		100	970	1070	1170

Исследования свойств крученой эластомерной нити проводились в условиях лаборатории кафедры ПНХВ по существующим методикам. Был проведен полный двухфакторный эксперимент по матрице Коно. При проведении эксперимента нарабатывались 9 образцов высокорастяжимой пряжи, которые проверялись по всем необходимым показателям.

В качестве критериев оптимизации выступали:

– равновесность крученой пряжи, кр/м;

– растяжимость крученой пряжи, %

– коэффициент вариации по длине витка первого кручения, %;

– коэффициент вариации по длине витка второго кручения, %.

Данные показатели в наибольшей степени характеризуют качество формирования высокорастяжимой нити и возможность ее дальнейшей переработки в трикотажном производстве.

Растяжимость определялась по следующей формуле:

R = ^L 1 - ^L0 _e 100%

L0

, где L0 – первоначальная длина образца,

L 1 – длина образца после растяжения.

Коэффициенты вариации по длине витков первого и второго кручения в наибольшей степени отражают равномерность обкрутки эластомерного сердечника нитями. Чем меньше данный показатель, тем лучше внешний вид пряжи и полученных из нее изделий. Данный показатель рассчитывался при оценке вариации между тридцатью двухсантиметровыми отрезками пряжи. Отрезок пряжи разбирался на витки первого и второго кручения, а затем оценивалась неровнота между длиной витков отдельно для первого и второго кручения.

Линейная плотность нитей определялась согласно ОСТ 17-247.0-81 «Нить полиуретановая «Спандекс» обкрученная. Метод определения линейной плотности».

В результате обработки экспериментальных данных были получены уравнения моделей для следующих величин:

для равновесности высокорастяжимой пряжи

N = 5.6 - 2.8·X + 0.33·Y + 3.33·Y2 - 0,75X·Y;

для растяжимости высокорастяжимой пряжи

Y2 = 49,8 + 3.5·X + 4.3·Y + 2.36·X2 - 0.75X·Y;

для коэффициента вариации по длине витка первого кручения

CV1 = 5.3 - 0.87X + 1.1-X2 + 0.25^X^Y;

для коэффициента вариации по длине витка второго кручения

CV2 = 5- 0.85^X -0.48^Y + 2.09^X2 + 1.87^Y2.

На основании полученных регрессионных моделей был построен совмещенный график (рис. 2) зависимости критериев оптимизации от входных параметров эксперимента для нахождения зоны оптимума. По оси Х отложена в натуральных значениях первичная крутка, а по оси Y – вторичная крутка.

Рисунок 2 – Совмещенный график линий равного уровня зависимости свойств крученой эластомерной нити от величины первого и второго кручения

Свойства полученной высокорастяжимой пряжи при оптимизации параметров процесса кручения сравнивались со свойствами аналогичной высокорастяжимой пряжи производства Российской Федерации, используемой при производстве трикотажных изделий на ОАО «Полесье». К данному виду пряжи на ОАО «Полесье» предъявляются следующие требования:

– растяжимость пряжи не менее 54%;

– равновесность пряжи не более 10 кр/м;

– коэффициент вариации длины витка первого кручения – не более 5,4 %;

– коэффициент вариации длины витка второго кручения – не более 7 %.

Оптимальному сочетанию величин первичной и вторичной крутки соответствует область АВСD.

Таким образом, оптимальные параметры кручения высокорастяжимой пряжи, согласно полученной оптимальной зоне, следующие:

– первичная крутка 1650 < К 1 < 1680 , кр/м;

– вторичная крутка 1025 < К 2 < 1130 , кр/м.

Для определения оптимального предварительного растяжения эластомерной нити «Спандекс» при формировании высокорастяжимой нити проведены экспериментальные исследования с целью установления влияния данного показателя на эластичные свойства крученой эластомерной нити. Предварительное натяжение необходимо для получения высокорастяжимой нити с заданными эластическими, деформационными свойствами: создается на машине ПК-100 за счет разницы скоростей оттяжной пары 12 и скорости подачи эластомерного компонента валом 1 (рис. 1). Эксперимент проводился при постоянном соотношении круток К1 / К2 = 1,48. Скорость оттяжной пары 12 V1 оставалась неизменной, равной 6 м/мин, т.к. крутка и соотношение круток при проведении эксперимента должно было оставаться постоянным. Предварительное растяжение «Спандекса» ε изменялось скоростью вращения мотального вала V2:

V 1

V 2

.

При различных соотношениях скоростей на опытном стенде были наработаны образцы крученой эластомерной нити и проверены следующие эластичные свойства:

– линейная плотность крученой эластомерной нити, Текс;

– равновесность;

– растяжимость, %;

– жесткость нити сН/мм;;

– относительная остаточная деформация ( Еост ), %;

На основании полученных данных были построены графики зависимости критериев оптимизации от величины предварительного растяжения «Спандекса» (рис.3).

Рисунок 3 – Совмещенный график влияния предварительного растяжения «Спандекса» на эластичные свойства высокорастяжимой нити

Проанализировав данные графика, можно сделать следующие выводы:

– при увеличении предварительного растяжения комплексной нити «Спандекс» более чем в 2,5 раз нить становится более равновесной. Это объясняется тем, что большая усадка готовой нити после выхода из зоны формирования в большей степени компенсирует образующийся крутящий момент в нити;

– линейная плотность высокорастяжимой нити напрямую зависит от предварительного растяжения «Спандекса» и возрастает при его увеличении со 139,9 до 168,2 текс, т.к. витки первой и второй обкручивающих нитей больше сжимаются и усаживаются при сжатии высокорастяжимого сердечника, тем самым увеличивается количество витков обкручивающей пряжи на единицу длины нити и ее линейная плотность. В результате обработки экспериментальных данных средняя линейная плотность получилась равной 145 текс.

– растяжимость нити увеличивается с 85,6% до 107,2% при увеличении предварительного растяжения «Спандекса», поскольку более вытянутый «Спандекс» больше усаживается вместе с готовой нитью.

Для определения жесткости от каждого из наработанных образцов было взято по пять десятисантиметровых отрезков, к которым подвешивался на время груз массой m (5 г). Жесткость определялась по следующей формуле: