Прогнозирование разрывной нагрузки комбинированной высокорастяжимой пряжи пневмомеханического способа прядения

На кафедре «ПНХВ» УО «ВГТУ» разработан технологический процесс получения комбинированной высокорастяжимой пряжи пневмомеханическим способом формирования [1], отличающийся тем, что при формировании хлопчатобумажной компоненты происходит обкручивание эластомерной нити. Комбинированная пряжа состоит из эластомерной полиуретановой нити и обкручивающей ее хлопчатобумажной пряжи [2]. Поскольку эластомерная нить во время формирования комбинированной пряжи находится в растянутом состоянии, то линейную плотность комбинированной пряжи можно найти:

T

Tкп.= Tх.б. + , • 100, (1) kэл.ф где Tэл - линейная плотность эластомерной нити, текс; kэлф - растяжение эластомерной нити при формировании, %; Тх б - линейная плотность хлопчатобумажного компонента, текс. При Тх.б. = 45 текс, Тэл = 15 текс, kэл.ф = 300% линейная плотность комбинированной высокорастяжимой пряжи составит Ткп = 50 текс. При этом процентное содержание эластомера составит 10%.

В связи с разработкой нового технологического процесса становится актуальной задача прогнозирования относительной разрывной нагрузки комбинированной высокорастяжимой пряжи. Для расчета относительной разрывной нагрузки пряжи из смеси хлопка с химическим волокном пользуются формулой, предложенной А. Н. Ванчиковым [3, с. 54]. По этой формуле можно рассчитать относительную разрывную нагрузки пряжи, состоящей из смеси разнородных волокон, однако она не выражает физического смысла комбинированной пряжи. Профессор А. Г. Коган [4 с. 25] для расчета относительной разрывной нагрузки комбинированной пряжи предложил формулу:

Р.        +    100 X1 • —

0 к.п.      0 м.р.      0 б.р.

100    £2 ’ где Р0кп. - относительна разрывная нагрузка комбинированной пряжи, сН/текс; Р0мр - относительная разрывная нагрузка менее растяжимого компонента, сН/текс; Р0бр - относительная разрывная нагрузка более растяжимого компонента, сН/текс; X 1 - доля по массе менее растяжимого компонента, %; £1 - разрывное удлинение менее растяжимого компонента, %; £2 - разрывное удлинение более растяжимого компонента, %.

Таким образом разрывная нагрузка комбинированной пряжи определяется разрывной нагрузкой покрывающего компонента и разрывной нагрузкой комплексной нити. Формула А.Г. Когана учитывает неодновременный разрыв компонентов комбинированной пряжи из-за их различного разрывного удлинения и процентного соотношения.

Поскольку в рассматриваемой комбинированной пряже в качестве обкручивающего компонента используется пряжа пневмомеханического способа прядения, то относительную разрывную нагрузку обкручивающей составляющей можно рассчитать по формуле К. И. Корицкого [5 c. 46]:

P 0 хх. =

к

T х .

А о • k

где А ₀ - показатель геометрических свойств волокна:

А _о = 0,1 / в ( 1,25 - 0,015 / в ) -L ,      (4)

Л/ о

в

l _в – штапельная массодлина волокна, мм; z – коэффициент зрелости волокна;

T _в – линейная плотность хлопкового волокна, текс; k – поправка на крутку:

k = 1

^а Т кр - “ Т

а — коэффициент крутки; а_т - критический коэффициент крутки: кр

а_Т = 31,6

кр

Для хлопчатобумажного компонента линейной плотностью 45 текс, круткой 750 кр/м, при l _в = 32 мм, z =1,93; T _в = 0,181 текс, относительная разрывная нагрузка P =11,04 сН/текс. 0 хх.б

Моментом разрыва комбинированной пряжи считается момент разрыва одного из компонентов комбинированной пряжи. Разрывное удлинение хлопчатобумажной пряжи (5-8%) значительно меньше разрывного удлинения эластомерной нити (400900%). При формировании комбинированной пряжи растяжение эластомера, как правило, не доходит до предельных значений. После разрыва хлопчатобумажного компонента комбинированной пряжи эластомерная нить продолжает растягиваться. Таким образом, моментом разрыва комбинированной высокорастяжимой пряжи считается момент разрыва обкручивающего компонента. Разрывное удлинение хлопчатобумажной пряжи пневмомеханического способа формирования можно рассчитать по формуле К. И. Корицкого [5 c. 48]:

£хл = (11,7 + 0,0977хаАо/3k.

Для хлопчатобумажного компонента (45 текс, 750 кр/м) разрывное удлинение £ _хл = 7,1%.

В формуле А.Г. Когана коэффициент £1 jt22 — доля использования разрывной нагрузки более растяжимого компонента, всегда меньше единицы. В комбинированной высокорастяжимой пряже рабочий участок эластомерной нити ограничен предварительным растяжением эластомерной нити и разрывным удлинением обкручивающего компонента. В пределах рабочего участка зависимость относительной растягивающей нагрузки эластомерной нити от удлинения может быть линейно аппроксимирована с помощью коэффициента kэл.р kэл.ф . При использовании относительной растягивающей нагрузки эластомерной нити при формировании комбинированной пряжи, вместо относительной разрывной нагрузки, формула примет вид:

Р = Р + Р .

P 0 к.п    P 0 хх. ⁺ P 0 эл.

^{Т эл}./^к эл . ф

•

V Тхб/100 + Тэл./кэлф J

к эл. р kэл.ф ,

где P _{0 эл.} – относительная растягивающая нагрузка эластомерной нити при формировании комбинированной пряжи, %; k _{эл . р} – растяжение эластомерной нити в момент разрыва комбинированной пряжи, %. В формуле (8) коэффициент использования растягивающей нагрузки эластомерной нити k _{эл . р} k _{эл . ф} всегда больше единицы.

В сформированной комбинированной высокорастяжимой пряже растяжение эластомерной нити равняется k _{эл . ф} . При разрыве комбинированной пряжи эластомерная нить получает дополнительное удлинение. Растяжение эластомерной нити в момент разрыва комбинированной пряжи можно получить:

k

к = к , ч— эл. р    э^ЗЛ. ф +

эл . ф    хл

= k эл. ф

Г о А 1+ -хл-

V

100;.

При к _эл . _ф = 300%, - _хл = 7,1 % растяжение эластомерной нити в момент разрыва комбинированной пряжи k _{эл . р} = 321,3 %.

Подставляя (8) в (7) получаем:

P 0 к.п. = P 0 хх.б + P 0 эл. •

f        Т эл./ к эл . ф

Л

• VТх.б./100 + Тэл./кэлф J

• • 1+-хл-

• V 100),

По (10) при P = 11,04 сН/текс, P = 4,6 сН/текс, T = 15 текс, T = 45 текс, хх.                                                эл.                                       эл.                              х. .

- _хл = 7,1%, к _эл . _ф = 300%, относительная разрывная нагрузка комбинированной высокорастяжимой пряжи P _{0 к.п.} = 11,066 сН/текс.

На рисунке 1 приведены расчетные и экспериментальные значения относительной разрывной нагрузки комбинированной высокорастяжимой пряжи линейной плотности T _к.п. = 50 текс с 10% содержанием эластомерной нити Дорластан линейной плотностью T _эл. = 15 текс с предварительным растяжением при формировании k _{эл . ф} = 300%.

Рисунок 1 – Расчетные и экспериментальные значения относительной разрывной нагрузки комбинированной высокорастяжимой пряжи

Таким образом, формула для расчета разрывной нагрузки комбинированной высокорастяжимой пряжи пневмомеханического способа прядения с хлопчатобумажным обкручивающим компонентом имеет вид:

р

P 0 к.п

³⁹ -

V

V T ^./ lOO + Т эл./ к эл . ф J

^Т эл./^к эл. ф

1 +

(11,7 + 0,097 Т х.б. )

А

- 1/3

k

где T _х.б. – линейная плотность обкручивающей хлопчатобумажной пряжи, текс;

Тэл - линейная плотность эластомерной нити, текс; А 0 - показатель геометрических свойств волокна; kэл.ф – растяжение эластомерной нити при формировании, %; k – поправка на крутку; P0 эл. – относительная растягивающая нагрузка эластомерной нити при формировании комбинированной пряжи, сН/текс.

Предложенная формула (11) может быть использована для прогнозирования разрывной нагрузки комбинированной пряжи, состоящей из комплексной полиуретановой нити, обкрученной хлопчатобумажной пряжей пневмомеханического способа прядения.