Влияние соотношения смеси волокон хлопок/полиэстер на качественные показатели пряжи

АННОТАЦИЯ

В научной статье приводятся результаты исследования влияния долевого содержания смеси волокон хлопок/полиэстер на показатели качества смесовой пряжи, широко используемой в текстильной промышленности. Хлопко-полиэстерная пряжа Ne 30/1 была изготовлена в трех различных вариантах на кольцевых прядильных машинах. Качественные показатели готовой пряжи были определены с помощью испытательных приборов фирмы USTER (Uster TESTER-4, Uster UTR-5 и др.). Сравнивались такие показатели пряжи, как CV% (коэффициент вариации), количество утонений, утолщений и количество непсов (узелков). Для исследования влияния долевого содержания компонентов смеси на качественные показатели пряжи был проведен однофакторный дисперсионный анализ. Все результаты тестирования были оценены при уровне значимости a <0,05 и a <0,01.

ABSTRACT

The scientific article presents the results of a study of the influence of the proportion of cotton / polyester fiber blend on the quality indicators of blended yarn. Cotton polyester yarn Ne 30/1 was produced in three different versions on ring spinning machines. The quality indicators of the finished yarn were determined using USTER testing devices (Uster TESTER-4, Uster UTR-5, etc.). Comparison was made for such yarn indicators as CV% (coefficient of variation), the number of thinning, thickening, the number of neps in the yarn. To study the effect of the fractional content of the components of the mixture on the quality indicators of the yarn, a one-way analysis of variance was carried out. All test results were evaluated at the p-value a<0.05 and a <0.01.

Ключевые слова: качество пряжи, смесовая пряжа, неровнота, волокно полиэстер.

Keywords: yarn quality, mixed yarn, unevenness, polyester fiber.

Введение. Общемировое потребление всех видов волокон, включая натуральные, только за прошедшее пятилетие увеличилось почти на 19%, причем процентная доля натуральных волокон непрерывно снижалась, а доля химических волокон выросла более чем на 20% и составляет две трети от мирового производства [1].

Рисунок 1. Мировое производство полиэфирных волокон и нитей в 2012-2025 гг. млн.т (Источник: Chemical Fibers International)

Наиболее востребованной на рынке синтетических волокон и нитей является полиэфирная продукция. Около 93% полиэфирных волокон и нитей в мире производится в странах Юго-Восточной, Восточной и Южной Азии.   По данным Chemicals Fibers International, мировые мощности по производству полиэфирных волокон и нитей непрерывно растет и к 2025 году достигнет
61 млн т. (рис. 1). [2].

Предприятия текстильной промышленности выпускают разнообразные текстильные изделия, исходным сырьем для которых являются различные натуральные и химические волокна. В процессе технологического развития было разработано и внедрено множество способов, являющихся аналогом кольцепрядильным машинам. В качестве сырьевого материала, необходимого для производства пряжи на кольцепрядильных машинах, используется, в большей степени, хлопок. Кроме хлопка, так же используются волокна из хлопковых отходов, искусственные волокна, полиэстер, акрил, полиамид, полипропилен, смесь хлопка с синтетическими волокнами или смесь различных синтетических волокон.

В текстильной промышленности хлопок является основным сырьем. Основные свойства хлопкового волокна: длина, тонина, прочность и растяжимость. Кроме этого, хлопок обладает такими важными свойствами как зрелость и извитость. Изделия из хлопкового волокна обеспечивают комфорт, легко окрашиваются и легко стираются. Данные качества позволяют широко использовать хлопковые волокна для изготовления верхней и нижней одежды. Хлопковые волокна используются не только для создания одежды, но и для изготовления другой различной продукции, такой как простыни, обивочная ткань, скатерти, ткани для занавесей, полотенца. Но есть и отрицательные стороны у изделий из хлопкового волокна – быстро мнется, теряет форму, теряет прочность после воздействия солнечных лучей, склонна к выгоранию.

В последние годы был зарегистрирован прирост в использовании таких смесей как полиэстер/хлопок. Смешивание волокон хлопка и полиэстера - обычная практика в текстильной промышленности. По сравнению со 100% хлопком изделия из смеси хлопка и полиэстера обладают  более высокими прочностными характеристиками, поскольку синтетические волокна дают повышенную прочность и стойкость к истираниям, более удобны в носке и обладают лучшими свойствами, не требующими особого ухода, гораздо лучше удерживают цвет и изделия дольше сохраняют презентабельный внешний вид, а наличие в составе хлопковых волокон, обеспечивают гигиенические свойства, уменьшается пиллингуемость и статическая электризация, улучшается равномерность ленты, ровницы и пряжи [3].

Полиэстеровое волокно, без добавления к нему другого волокна, также пользуется большим спросом на промышленных рынках. Данное волокно обладает такими свойствами, как высокая термостойкость, прочность и устойчивость к истиранию, высокая несминаемость, устойчивость к внешним факторам - свету, ультрафиолетовым лучам, термопластичность - благодаря чему изделия хорошо держат складки, плиссе, гофре. Полиэстеровое волокно не меняет своих механических качеств, а именно остается таким же прочным, упругим, не мнущимся под действием различных факторов - воды, света, тепла, и, благодаря, этому изделия из такого волокна всегда хорошо сохраняют форму, даже после стирки, не мнутся, не дают усадку и за ними легко ухаживать. Имеет следующие недостатки, которые присущи всем синтетическим волокнам: низкая гигроскопичность, повышенная электризуемость, и образование "катышков" [4].

Данные особенности, которыми обладает полиэстеровое волокно, улучшаются при смешивании его с хлопком. По этой причине смесь полиэстер/хлопок применяется довольно широко. Нити, изготовленные из смеси полиэстер/хлопок, используются для различных целей, например, при изготовлении как женской, так и мужской одежды (рубашки, блузки, юбки, платья, одежда на каждый день, легкие летние жакеты), а также для изготовления постельного и столового белья. Для данной цели, используются нити, номера которых варьируются между 15 tex и 50 tex (Nm 27 и Nm 15, Ne 16 и Ne 40) [5].

Полиэстер и хлопок смешиваются в разных пропорциях в зависимости от назначения ткани. Критической проблемой в технологии смешивания волокон является выбор их соотношения в смеске.

Результаты исследований. Авторы в работе [6] исследовали влияние изменения процентного содержания полиэфирного волокна на разрывную нагрузку, удлинение при разрыве, неровноту по линейной плотности, наличие толстых и тонких мест, количество непсов и ворсистость кардной и гребенной пряжи кольцевого и пневмомеханического способов прядения. Установлено, что зависимость прочности на разрыв всех протестированных нитей от процентной доли полиэфирных волокон в смеси носит параболический характер. Прочность пряжи из смеси хлопка и полиэфирных волокон увеличивается с увеличением содержания полиэфирных волокон в смеси волокон. Количество тонких и толстых мест, непсов у классической пряжи выше, чем у пневмомеханической пряжи, и уменьшается с увеличением процентной доли полиэфирных волокон в смесях пряжи.

В научной работе было исследовано влияние соотношения смеси волокон хлопок/полиэстер на качество пряжи, которая широко используется в текстильной промышленности. Для выработки образцов пряжи были использованы хлопковое волокно селекционного сорта Sulton, выращиваемое в Каракалпакском регионе и полиэстеровое волокно. Образцы волокон, отобраны в соответствии со стандартом O’z DSt ISO 6741-2:2019 (Текстиль. Волокно и пряжа. Определение торговой массы партий.

Часть 2. Методы получения лабораторных образцов), качественные показатели определялись на приборе USTER AFIS PRO 2. В таблице 1 указаны свойства волокон, используемых в научном исследовании.

Таблица 1.

Пoкaзaтeли физикo-мeхaничeских свoйств вoлoкнa

Три образца пряжи Ne 30/1 из смеси хлопок/полиэстер были изготовлены в производственных условиях СП ООО “OSBORIN TEXTIL”. Соотношение волокон в смеске приведено в таблице 2.

Таблица 2.

Долевое содержание компонентов в смеси

Значения неровноты по сечению (% CVm), количество утолщений (+50%/км), утонений (–50%/км) и непсов пряжи были oпрeдeлeны нa прибoрах USTER TESTER-4, USTER UTR-5.

Рисунок 2. Зависимость неровноты по сечению смесовой пряжи от соотношения волокон в смеске

Пряжа всeх вaриaнтoв линeйнoй плoтнoсти 20 тeкс вырaбaтывaлись пo фaбричнoму плaну прядeния нa oднoм и тoм жe тeхнoлoгичeскoм oбoрудoвaнии и нa oдних и тeх жe прядильных вeрeтeнaх пoслeдoвaтeльнo [7]. Все испытания проводились при пяти повторностях. Срeдниe рeзультaты oснoвных пoкaзaтeлeй физикo-мeхaничeских свoйств пряжи всeх вaриaнтoв привeдeны в виде гистограмм на рисунках 2-5.

Значения неровноты по сечению пряжи, изготовленной из смеси хлопок/полиэстер, показаны на рисунке 1. При изучении значений неровноты пряжи, было отмечено, что самое низкое значение % CVm наблюдается в 100% полиэстерной пряже. При изучении смесовой пряжи было отмечено, что при с увеличением доли хлопкового волокна, значение % CVm увеличивается. Иначе говоря, однородность таких свойств в полиэстерной пряже, как тонина и длина приводит к тому, что, в пряже с высоким долевым содержанием полиэстера, индекс неравномерности улучшается. Следовательно, такой показатель, как неровнота по сечению пряжи может быть улучшен за счет увеличения доли более равномерного по свойствам полиэстерового волокна.

Рисунок 3. Зависимость количества утонений смесовой пряжи от соотношения волокон в смеске

Изучив результаты испытаний количества утонений в пряже, приведенных на рисунке 2, может быть отмечено, что утончения в 100% полиэстерной пряже находятся на уровне —%50/км. Утонения в указанной области хлопковой пряжи образуются вследствие того, что, количество волокна в данном срезе меньше требуемого. Наибольшее количество утонений встречается в образце пряжи из смеси хлопок/полиэстер в соотношении 50/50%, далее, по порядку, в образце пряжи из смеси хлопок/полиэстер в соотношении 70/30%. В результате отмечено, что наи болший количество утонченных мест встречается в смеси хлопок/полиэстер 70/30%, так как используемое полиэстерное волокно намного тоньше используемого хлопкового волокна и меньшее количество волокна в срезе полиэстерной нити меньше влияет, по сравнению со срезом в хлопковой нити, на толщину среза.

Количество утонений в образце пряжи из смеси хлопок/полиэстер в соотношении 50/50% немного превышает количество утонений в образце из смеси хлопок/полиэстер в соотношении. Это происходит из-за того, что в срезе хлопок/полиэстер 70/30% наблюдается более однородное распределение волокна, так как хлопковое волокно не набегает на полиэстерное волокно.

Значения количества утолщений, представленные на рисунке 3, имеют структуру, схожую со значением количества утончений. Минимальное количество утолщений наблюдается в 100% полиэстеровой пряже. В образцах пряжи из смесей, где соотношение хлопка было больше соотношения полиэстера, наблюдается большое количество утолщений.

Рисунок 4. Зависимость количества утолщений смесовой пряжи от соотношения волокон в смеске

Это происходит из-за того, что количество волокна в срезе утолщения нити превышает требуемое количество. Так как хлопковое волокно более плотное по сравнению с полиэстерным волокном, следовательно, и количество утолщений в нити, в которой используется больше хлопка, будет выше.

На рисунке 5 приведены сведения о количестве непсов (узелков), встречающихся в пряже хлопок/полиэстер. Количество узелков в пряже из 100% полиэстера совпадает с количеством узелков в пряже, изготовленной из смеси хлопок/полиэстер в соотношении 70/30% и является минимальным значением. При увеличении доли хлопковых волокон в смеси, количество узелков в пряже тоже увеличивается.

Рисунок 5. Зависимость количества утолщений смесовой пряжи от соотношения волокон в смеске

Из-за своей структуры хлопковое волокно является волокном, создающим основу для образования узелков. Наличие незрелых волокон, такие процессы, как волокноотделение, разрыхление, очистка и смешивание в разрыхлительно-очистительном отделе способствуют увеличению количества узелков в хлопке. Следовательно, при увеличении долевого содержания хлопкового волокна в смеси, невозможно избежать увеличения количества узелков в пряже.

Для статистического исследования влияния соотношения смеси хлопок/полиэстер на качественные показатели пряжи был проведен однофакторный дисперсионный анализ, при уровне значимости a <0,05 [8]. Наблюдаемое значение критерия Фишера-Снедекора по показателям приведен в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты однофакторного дисперсионного анализа

Учитывая, что число степеней свободы числителя k₁=2, а знаменателя k₂=12 и что уровень значимости a=0,05 по стандартной таблице [3] находим критическое значение F_кр (0,05;2;12) = 3,88. В связи с тем, что F_набл >F_кр, принимаем нулевую гипотезу о существенном влиянии фактора на результаты экспериментов (нулевую гипотезу о равенстве групповых средних отвергаем). Другими словами, групповые средние в целом различаются значимо, т.е. в результате проведенного однофакторного дисперсионного анализа влияния соотношения смеси хлопок/полиэстер на качественные показатели пряжи, было установлено, что соотношение смеси оказывает влияние (уровень значения: ɑ=0,05) на значения неровноты по сечению, количество утолщений и узелков в пряже.

Вывод. Вследствие проведенного научного исследования, было установлено, что, лучшие показатели имеет пряжа, изготовленная из 100% полиэстера. При увеличении долевого содержания хлопкового волокна в смеси, значения неровноты по сечению, количество утонений, утолщений и узелков в пряже ухудшаются. В результате однофакторного дисперсионного анализа, проведенного с целью статистического исследования влияния соотношения смеси полиэстер/хлопок на значение качества пряжи, было установлено, что соотношение смеси оказывает значительное влияние на такие показатели, как неровнота по сечению пряжи, количество утолщений и узелков.

Список литературы:

1. Гришанова И. А., Мигачева О. С. Состояние мирового и отечественного рынков синтетических волокон, нитей, нетканных материалов и его перспективы // Вестник технологического университета. - 2015. Т.18, №9, С.191-195.
2. Электронный ресурс http://www.kstu.ru/servlet/contentblob?id=203501
3. Baykal P. D., Babaarslan O., Erol R. Prediction of Strength and Elongation Properties of Cotton/Polyester-Blended OE Rotor Yarns// FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe - January/March 2006, Vol. 14, No. 1 (55), pp 18-21.
4. Akhtar K.S., Ahmad S., Afzal A., Anam W, Ali Z., Hussain T. Influence and comparison of emerging techniques of yarn manufacturing on physical-mechanical properties of polyester/cotton blended yarns and their woven fabrics// Journal of the Textile Institute – Volume 111, Issue 4, 2020, pp. 555-564.
5. Lilian Skokan André Tremblay Cyril Muehlethaler. Differential shedding: A study of the fiber transfer mechanisms of blended cotton and polyester textiles// Forensic Science International Volume 308, March 2020, 110181
6. Jackowska L, Cyniak D, Czekalski J, Jackowski T. Modelling the Dependencies between the structure of feeding streams and the parametrs of cotton/polyester blended yarns manufactured with the use of ring and rotor spinning mashines// Fibres & Textiles in Eastern Europe July / September 2007, Vol. 15, No. 3 (62)
7. Ш. Файзуллаев, Ш.Махкамова, М. Исломова, Б.Кожиметов “Аралашма таркибининг ип хоссаларига таъсири” «Тенденции развития текстильной промыщленности: проблемы и пути решения» I-Международная научно-техническая конференция. 23-24 апрель 2021г. г Термез ТГУ, Б.354-358
8. Ш.Файзуллаев, Ш. Махкамова “Исследование влияния долевого содержания компонентов в смеси на пороки внешнего вида хлопко/ полиэстеровой пряжи” Журнал «UNIVERSUM: технические науки» № 4 (85), Москва 2021 г. Апрель 64-68 ст.