ANALYSIS OF DEFORMATION PROPERTIES OF COTTON-POLYESTER BLENDED YARN PRODUCED BY RING SPINNING

УДК 667.022.3-486.1.017.273

Аннотация

В эксперименте с помощью оптического релаксометра изучались одноцикловые механические свойства низкокрученых смешанных нитей, полученных методом модификации, под воздействием нагрузки. Для определения деформации низкокрученых нитей проводились исследования с нагрузкой, составляющей 25% от разрывной силы. В ходе экспериментов образцы 100% хлопка, 100% полиэстера, хлопка/полиэстера 80/20%, 60/40% и 50/50% смешанных нитей с линейной плотностью T=14,7 (Ne=40/1) были подготовлены в прядильной системе с использованием немецкой кольцевой прядильной машины «Zinser-350» в производственных условиях предприятия «OSBORN Textile».

Было показано, что при увеличении содержания полиэстера в смесовых нитях до 20%, 40% и 50% деформационные свойства смесовых нитей увеличились в среднем на 45,80%, 58,02% и 67,72% соответственно по сравнению со 100% хлопчатобумажной пряжей. С увеличением содержания полиэстера в смесовых нитях деформационные свойства также увеличивались.

Abstract

In an experiment, the single-cycle mechanical properties of low-twist blended yarns obtained by modification were studied under load using an optical relaxometer. To determine the deformation of the low-twist yarns, tests were conducted with a load equal to 25% of the breaking strength. During the experiments, samples of 100% cotton, 100% polyester, 80/20% cotton/polyester, 60/40% cotton, and 50/50% blended yarns with a linear density of T = 14.7 (Ne = 40/1) were prepared in a spinning system using a German Zinser-350 ring spinning machine under the production conditions of OSBORN Textile. It was shown that with increasing polyester content in blended yarns to 20%, 40%, and 50%, the deformation properties of the blended yarns increased by an average of 45.80%, 58.02%, and 67.72%, respectively, compared to 100% cotton yarn. With increasing polyester content in the blended yarns, the deformation properties also increased.

Ключевые слова: хлопок, полиэстер, деформация, прочность пряжи на разрыв, веб-камера.

Keywords: cotton, polyester, deformation, yarn tensile strength, webcam.

Введение

Известно, что основной продукцией или одним из основных материалов текстильного предприятия является пряжа. В настоящее время одним из основных направлений создания и совершенствования текстильных машин является повышение их производительности за счет увеличения скорости технологического оборудования. Для выполнения этой задачи необходимо глубоко проанализировать механические явления, происходящие в полученной пряже, знать ее механические свойства.

Кратко можно сказать, что изучение статических, кинематических, динамических аспектов воздействия на пряжу в технологических процессах и определение пределов технологических возможностей оборудований работающих на этой основе, а также определение оптимальных значений формы, размеров скоростей рабочих органов, проектируемого технологического оборудования, в зависимости от свойств пряжи.

Литературный обзор

В результате структурного расположения волокон определенной длины и толщины напряжение, получаемое при образовании текстильных нитей, связано с силой взаимодействия, которая осуществляется ​​трением каждого волокна в пучке, а также в прядильном треугольнике [1,2] и за счет упругой связи между волокнами в пряжи. Таким образом, механические свойства получаемых нитей зависят от разницы длины и диаметра волокон (линейной плотности) и условий прядения. По мере увеличения диаметра волокна по длине фактор напряжения уменьшается [3,4].

В процессе кольце прядения прядильный треугольник играет важную роль в обеспечении качества пряжи и эффективности процесса. В прядильном треугольнике важное значение имеет распределение натяжения в волокнах. В зависимости от положения волокон в прядильном треугольнике они имеют различное натяжение [5]. Длина прядильного треугольника и скорость процесса могут существенно влиять на динамические свойства натяжения [6]. Напряжение всегда возникает в самом узком участке, который является самым слабым звеном волокна [7,8]. Каждое волокно на основе пряжи эффективно сопротивляется приложенной нагрузке, когда пряжа подвергается деформации. Жесткость волокна может влиять на удлинение пряжи [9].

Прочность и свойства при растяжении смесовых нитей, полученных роторно и аэродинамическим способом, зависят частично от распрямления волокон и частично от несовместимости свойств при растяжении составляющих их волокон. Предполагается, что деформация, зависящая от времени, зависит от перераспределения отрезков волокон в пряжи натяжения взаимного смещения волокон натяжение и деформации [10].

Изменение деформации компактных и традиционных нитей изучалось экспериментально с использованием модели Кельвина. Установлено, что время реализации внутреннего ресурса пряжи зависит от свойств используемого сырья, способа прядения пряжи, состояния ее намотки и других факторов [11].

Исследованы механические свойства нитей из смеси синтетических и хлопчатобумажных волокон и установлено, что механические свойства полиэфирных нитей лучше подходят для производства тканей верхней одежды [12,13,14]. Существуют различные методики оценки изменений деформации пряжи. Многие ученые изучали деформационные свойства пряжи под нагрузкой в ​​направлении оси пряжи. В основном они основаны на оптической системе или механическому способу [15].

Цель исследовательской работы

Изучение деформационного состояния смесовой пряжи за счет увеличения состава полиэфирных волокон с хлопковыми волокнами с помощью прибора оптического релаксометра.

Последовательность проведения эксперимента

Первоначальные эксперименты были проведены на оптическом релаксометре. В эксперименте использовали оптический измерительный прибор для изучения состояния деформации пряжи под действием нагрузки и при освобождении от нагрузки. Это устройство позволяет с высокой точностью измерять деформационное состояние пряжи при воздействии на нее нагрузки в 25% от разрывной нагрузки [sN] по программе «TENSO».

Метод и материалы

Свойства волокон в смеси, приготовленной для пряжи, изготовленной в производственных условиях предприятия ООО «OSBORN Textile».

Свойственные показатели хлопкового волокна: T=0,186 teks, L=32 mm, M=3.6, Str=28 sN/teks, SFI=8.4%, Elg= 7.1%, Rd=80.6 %, +b,=7.2%, SCI=130.

Показатели полиэфирного волокна: T=0,164 teks, L=38 mm, Str=53 sN/teks, Elg= 18.0%/.

В ходе опытов получены экспериментальные варианты пряжи из 100% хлопка и 100% полиэстера, хлопко-полиэфирной пряжи в соотношении 80/20%, 60/40% и 50/50% по кардной системе с круткой 920 кр/м, линейной плотностью 15 текс (Ne=38) на кольцепрядильной машине «Zinser-350», установленная на данном предприятии.

При определении качественных показателей полученных образцов использованы приборы лаборатории предприятия фирмы USTER Uster® Tester 6 для определения неравномерности пряжи, а механические свойства нити на приборе Uster® Tensojet 4. Свойства волокон, использованных в научных исследованиях, и состав компонентов смеси представлены выше. В таблице 1 приведены качественные показатели смесовой пряжи, в таблице 2 приведены показатели деформации образцов.

Проценты Uster Statistics (USP-Uster Statistics Percentiles) были введены в 1965 г. и на сегодняшний день используются в текстильной промышленности для оценки качества пряжи по стандартным значениям 5 %, 25 %, 50 %, 75 % и 95 % [16].

Таблица 1. Физико-механические показатели пряжи линейной плотностью T= 15 (Ne 38) текс

В таблице 1 неравномерность смешанной пряжи по массе CVm [%], тонкие (-50% [/км]) и толстые места +50% [/км] уменьшилась в соответствии с пределом качества с увеличением содержания полиэстера. Можно увидеть, что неравномерность уменьшилась с 18,20% на 15,56%, когда процентное содержание полиэфира увеличилось с 20% до 40%. Самый высокий показатель неравномерности соответствовал в пряже хлопок/полиэстер 80/20%. Наименьший результат наблюдался, когда содержание полиэстера достигало 50 %, неровность нити уменьшалась на 14,17%.

Механические свойства пряжи увеличиваются с увеличением содержания полиэстера в смесовой пряже на 20%, 40% и 50%.

Удельная разрывная нагрузка пряжи составляет 15,31 [sN/tex], 16,71 [sN/tex] и 19,71 [sN/tex], что соответствует требованиям качества USP 50%.

Удлинение при разрыве увеличивалось параллельно с отношением удлинению Elong.% полиэстера. При содержании полиэстера на пряже 50% мы видим, что удлинение при разрыве пряжи увеличилось на 3,26% по сравнению с классом качества Uster 50%.

Было замечено, что работа при разрыве смешанной пряжи B-work [sNsm] увеличилась с 324,9 до 410,3 [sNsm] при увеличении содержания полиэфира с 20% до 40%. Самый высокий результат составляет 580,95 [sNsm], когда содержание полиэфира достигает 50%, что на 7,96% больше по сравнению с классом качества USP 50%.

Разрывная нагрузка пряжи B-Force, [sN] при содержании полиэстера в смесовой пряже на 20%, 40% и 50% составляет соответственно 251,1; 246,7 и 291 [sN]  и полностью соответствует требованиям класса качества Uster 50%. Самый высокий результат для смешанных нитей соответствует пряжа хлопок/полиэстер 50/50%.

Деформации образцов определены на новом предложенном приборе, физико-механические свойства приведены в табл. 2.

Таблица 2. Деформационные показатели образцов

Анализ результатов. В результате различных деформировании образцов под действием нагрузки разница между графиками на рис.1 увеличилась. Было замечено, что деформация пряжи из 100% хлопка происходила медленно. При увеличении состава полиэстера до 20 %, 40 % и 50 % в смесовой пряже, было замечено, что показатели деформации смесовой пряжи увеличились на 45,80 %, 58,02 % и 67,72 % соответственно, по сравнению со 100 % хлопковой пряжей. По мере увеличения доли полиэстера в смешанной пряже деформационные свойства также увеличивались. Эта ситуация объясняется различием в строении нити, а также в состоянии и расположении волокон в пряжи. Из графика рис.1 видно, что остаточная деформация нитей увеличилась. Установлено, что остаточная деформация у 100% хлопковой пряжи относительно меньше. Изменения деформации смешанной хлопко-полиэфирной пряжи в единицу времени является реологическим законом, и это явление было зафиксировано с помощью устройства оптической камеры.

Рисунок 1. Графики деформации пряжи

Из графиков деформации пряжи рис.1 видно, что графики деформации хлопчатобумажной и смешанной пряжи одного номера, полученные с помощью релаксометра, отличаются друг от друга. Исследования показали, что пряжи из 1) 100% хлопка менее деформируются по сравнению с 3), 4) и 5) смешанными хлопко-полиэстерными пряжами. Были проведены эксперименты по изучению деформационного состояния образцов хлопчатобумажной и смесовой пряжи, полученных в эксперименте, за короткое время, в течение 5 секунд, под действием нагрузки и при разгрузке. Изменения хлопчатобумажной и смесовой пряжи под нагрузкой такие же, как и изменения после нагрузки, т. е. при расслаблении. Можно увидеть, что если сопротивление пряжи нагрузке в течение определенного периода времени велико, то возвращение в исходное состояние относительно высокое даже при снятии нагрузки.

Вывод.

Установлено, что хотя линейная плотность хлопчатобумажной и смешанной пряжи в начальные моменты деформации пряжи одинакова, их сопротивление к растяжению различно. При анализе одноцикловых деформаций хлопчатобумажной и смесовой пряжи, смесовая хлопко-полиэстерная пряжа имеет высокое сопротивление к растяжению, а при увеличении содержания полиэстера в смесовой пряже до 20 %, 40 % и 50 % показатели деформации смесовой пряжи в среднем увеличились, соответственно, на 45,80%, 58,02% и 67,72% по сравнению со 100%-ной хлопчатобумажной пряжей.  

Список литературы:

1. Xuzhong Su, Weidong Gao, Xinjin Liu, Chunping Xie, Bojun Xu. (2014), Theoretical Study of Yarn Torque Caused by Fibre Tension in the Spinning Triangle, Fibres & Textiles in Eastern Europe; 2014, Vol. 22, № 6(108):
2. Dehghan Mahdiyeha & Ekhtiyari Esfandiyar. (2014), Review of distribution of fiber tension at the spinning triangle. Journal of the Textile Institute, 2014,
3. C. M. Deng, L. J. Wang, X. G. Wang. (2007), Modeling the Tensile Strains of Non-uniform Fibers. Fibers and Polymers, May 2007, Vol. 8, № 3, pp. 289-294
4. Turmanov I., Allaniyazov G., Kozhametov B. Study of technological properties of cotton fibers selected from different zones of the seed // Problems of Science. - 2020. - No. 5 (53). - P. 16-18.Review of distribution of fiber tension at the spinning triangle Dehghan Mahdiyeh & Ekhtiyari Esfandiyar The Journal of The Textile Institute, 2014 
5. You Huh, Hyung Jin Kim, Jong Seong Kim. (2008) Tension dynamics of the fibers in a triangular plane flow of bundle. Fibers and Polymers, 2008;
6. Dynamic Responses of Irregular Fibers Under Axial Tension Wenyi Yan, Zhi Li, Xungai Wang, Lijing Wang Journal of Applied Polymer Science, (2009)
7. Investigation of mechanical damage of cotton fiber in the process of pressing and baling // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Paluanov B.A. [и др.]. 2022. 3(96). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13229
8. J.K. Gafurov, B.M. Mardonov, M.H. Peerzada, K. Gafurov (2015), Investigating the Strain State of Fibres Located on the Helical Line in Extended Yarn. Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2015; Vol. 23, №2(110), рр. 19-24.
9. Sett SK, Mukherjee A, Sur D. Tensile Characteristics of Rotor and Friction Spun Jute Blended Yarns. Textile Research Journal. 2000;70(8):723-728.
10. Yarn Deformation with view of its structural structure To cite this article: J K Gafurov et al 2018 IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 459 012042
11. The influence of the cotton/polyester fiber mixture ratio on the quality of yarn Fayzullaev Sh.R., Rakhmatullinov F.F., Kozhametov B.T., Tukhtabaeva O.K. In: International scientific review of the problems and prospects of modern science and education. lxxxiv international correspondence scientific and practical conference. Boston, 2022. pp. 4-8.
12. Shavkat, Fayzullaev, Kolondorov Murodjon, and Kojametov Batir. "Effect of thread on yarn quality ofcotton/polyester blend yarn." prospects of development of science and education 1.6 (2023): 19-22.
13. Kozhametov B.T., Fayzullaev Sh.R., Rakhmatullinov F.F. Analysis of the properties of yarn from a mixture of cotton and chemical fibers // Universum: technical sciences: electronic. scientific journal. 2022. 5(98). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13657 (date of access: 13.01.2023).O.Abdurasulov, Q.G’afurov, “Cho’zilgan iplar deormasiyasi o’zgarishini aniqlovchi asbob”, Magistratura ilmiy maqolalar to’plami 2017y. 108-110 b.
14. Testing/Standards Uster Statistics celebrates 60 years” 10th July 2017 Innovation in Textiles Uster, access mode, https://www.innovationintextiles. com/ Uster-statistics-celebrates-60-years/