Разработка технологии получения комбинированной хлопкохимической пряжи малой линейной плотности

На кафедре «Прядение натуральных и химических волокон» разработана технология получения комбинированной пряжи малой линейной плотности с использованием хлопковой волокнистой мычки и комплексных химических нитей.

Целью проводимых исследований являлось: оптимизация технологического процесса получения пряжи линейной плотности 15.6 текс из гребенной ровницы и комплексной химической нити. Назначение пряжи данного вида – производство «экологичных» гардинных изделий из натурального хлопкового волокна. Применение комплексных химических нитей позволяет повысить разрывную нагрузку пряжи, снизить показатели неровноты по линейной плотности и разрывной нагрузке.

Выработка комбинированной пряжи осуществлялась на модернизированной кольцевой прядильной машине П-66-5М4. Машина оборудована дополнительной рамкой для установки бобин с комплексными химическими нитями. На рамке установлен гребенчатый нитенатяжитель, обеспечивающий постоянное натяжение комплексной химической нити.

На первом этапе исследований был проведен предварительный эксперимент по выбору оптимального соотношения частных вытяжек в вытяжном приборе кольцевой прядильной машины и определению оптимального процентного соотношения компонентов пряжи, при котором достигается наилучшее покрытие хлопковой мычкой стержневой химической нити.

Для исследования влияния линейной плотности комплексной химической нити на физико-механические свойства комбинированной пряжи были наработаны три варианта пряжи линейной плотности 15,6 текс с различной линейной плотностью стержневого компонента. В качестве стержневого компонента использовались следующие комплексные химические нити:

• -    капроновая комплексная нить линейной плотности 3,3 текс;

• -    полиэфирные комплексные нити линейной плотности 5 и 7,6 текс.

В качестве входных параметров принимались: частная вытяжка в передней зоне вытягивания: 13,13, 15,18, 20,0; процентное содержание стержневого компонента в структуре армированной пряжи: 20, 30,.50%.

В результате исследований определялись следующие выходные параметры: коэффициент вариации по линейной плотности, разрывная нагрузка комбинированной пряжи, коэффициент вариации по разрывной нагрузке, разрывное удлинение комбинированной пряжи, застилистость комплексной химической нити волокном.

Физико-механические свойства комбинированной пряжи различных вариантов представлены в таблице 1.

При получении комбинированной пряжи необходимо, чтобы волокна покрывали комплексную химическую нить по всей её поверхности. Экспериментально и теоретически было установлено, что хорошая застилистость комплексной химической нити волокном достигается при отношении линейной плотности комплексной химической нити Т 2 к линейной плотности комбинированной пряжи Т к , равном 0,3 и меньше. Процентное содержание комплексной химической нити в комбинированной пряже выражается следующей зависимостью:

Z=(T 2 /T к ) 100%

Установлено, что наилучшая застилистость стержневого компонента волокнами хлопка достигается при содержании в пряже комплексной химической нити в количестве 20% и хлопчатобумажной мычки - 80%. При данном соотношении достигается также наименьшая неровнота пряжи по линейной плотности и разрывной нагрузке.

На втором этапе исследований был проведён двухфакторный эксперимент, целью которого являлось определение оптимального значения крутки комбинированной пряжи и натяжения комплексной химической нити до вытяжного прибора.

Интервалы варьирования входных факторов установлены исходя из технических возможностей оборудования с учетом результатов предварительных исследований: крутка армированной пряжи от 800 до 1100 кр/м, натяжение комплексной капроновой нити от 20 до 40 сН

Таблица 1– Физико-механические свойства комбинированной пряжи

Наименование параметра	Единица измерения	Значение параметра
Линейная плотность пряжи	текс	15,5	15,9	15,8
Линейная плотность химической нити	текс	3,3 п/а	5 п/эф	7,6 п/эф
Процентное содержание химической нити	%	20	30	50
Линейная плотность мычки	текс	12,5	10,8	8,2
Процентное содержание волокнистой мычки	%	80	70	50
Коэффициент вариации по линейной плотности	%	3,48	4,24	4,76
Относительная разрывная нагрузка пряжи	сН/текс	13,77	13,71	18,8
Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, Сvp	%	4,35	5,2	4,78
Разрывное удлинение пряжи	%	4,56	5,72	9,16

Критериями оптимизации выбраны следующие   физико-механические характеристики комбинированной пряжи:

• У 1 – коэффициент вариации по линейной плотности пряжи, Cт, %; У 2 -относительная разрывная нагрузка пряжи, Р о , сН/текс; У 3 – разрывное удлинение, ε, %; У 4 – коэффициент вариации по разрывной нагрузке, Cр, %.

В результате обработки экспериментальных данных с помощью пакета прикладных программ «Statistica for Windows» на ЭВМ были получены следующие регрессионные математические модели зависимости критериев оптимизации от входных факторов эксперимента:

• -    коэффициент вариации по линейной плотности пряжи

y1=2.47-1.109·x1+0.799·x1·x2+0.869·x1·x1

• -    относительная разрывная нагрузка комбинированной пряжи

y2=18.847+0.905·x1+0.173·x2-1.147·x2·x2+0.253·x1·x2

• -    разрывное удлинение

y3=5.633+0.183·x1-0.35·x1·x1-0.15·x2·x2

• -    коэффициент вариации по разрывной нагрузке

y4=8.0-0.33·x2+0.3·x1·x1+0.725·x1·x2

Анализируя полученные математические модели, было установлено, что на все исследуемые показатели качества комбинированной пряжи линейной плотности 15,6 текс величина крутки (Х1) и натяжение комплексной капроновой нити (Х2) оказывают влияние почти в равной степени. Оптимизация заправочных параметров работы машины проводилась в системе компьютерной алгебры «Maple 9.5» методом полного перебора численных значений. В результате рекомендованы следующие параметры заправки кольцевой прядильной машины П-66- 5М4:

• -    крутка комбинированной хлопкокапроновой пряжи 1050 кр/м;

• -    натяжение комплексной капроновой нити 31 сН.

Проведён сравнительный анализ физико-механических свойств одиночной хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 15,6 текс и хлопкокапроновой комбинированной пряжи (таблица 2).

Анализируя полученные данные, установлено, что комбинированная хлопкокапроновая пряжа значительно более равномерна по линейной плотности и по разрывной нагрузке. Это объясняется тем, что в структуре пряжи 20% составляет более равномерная комплексная капроновая нить. Разрывная нагрузка комбинированной хлопкокапроновой пряжи выше за счет более прочной комплексной химической нити, которая является стержневым компонентом в структуре пряжи.

Таблица 2– Свойства комбинированной хлопкокапроновой и одиночной хлопчатобумажной пряжи линейной плотности 15,6 текс

Показатель	Хлопкокапроновая комбинированная пряжа	Хлопчатобумажная пряжа
Линейная плотность, текс	15,3	15,6
Относительная разрывная нагрузка, сН/текс	19,8	18,6
Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, %	8,2	10,5
Разрывное удлинение, %	5,5	5,4
Неровнота по прибору Устер, %	11,95	14
Неровнота на коротких отрезках, %	15,4	17,9
Количество утолщений (+50%) на 1 км пряжи, шт	267	387
Количество утонений (-50%) на 1 км пряжи, шт	5	69

ВЫВОДЫ

• 1.    Разработан технологический процесс производства комбинированной хлопкокапроновой пряжи линейной плотности 15,6 текс с использованием хлопковых волокон и комплексной химической нити.

• 2.    Оптимизирован сырьевой состав комбинированной хлопкокапроновой нити (20% комплексной химической нити и 80% хлопчатобумажной мычки). Получены оптимальные параметры заправки кольцевой прядильной машины П-66- 5М4 – крутка пряжи 1050 кр/м; натяжение комплексной нити 31 сН.

• 3.    Установлено, что разрывная нагрузка хлопкокапроновой комбинированной пряжи выше, чем хлопчатобумажной, также комбинированная пряжа значительно более равномерна по линейной плотности и по разрывной нагрузке.