ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СВОЙСТВ ВОЛОКОН В ПРОЦЕССЕ ПРЯДЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ЧЕСАНИЯ

АННОТАЦИЯ

В данной статье исследованы и рассмотрены изменение основных физико-механических свойств волокон и степени их очистки в технологическом процессе прядения. Основной целью исследования является определение оптимальных технологических параметров процесса прядения для производства качественной пряжи с использованием волокон, которые оцениваются по нормативам системы Uster^®.

Средневолокнистый хлопок I-сорта, 4 –типа, селекции «Порлок-4» использовался для получения пряжи со средним номером Ne 30/1, которая была выработана на кольцепрядильной машине Zinser 72.

 Пряжа, полученная из полуфабрикатов, собранных при различных технологических параметрах по переходам прядильного процесса проявляет переменные свойства. Изучение всех этих параметров играет важную роль для достижения более качественных подходов прядильного процесса.

ABSTRACT

In this article, the change in the basic physical and mechanical properties of fibers and the degree of their purification in the technological process of spinning are investigated and considered. The main goal of the study is to determine the optimal technological parameters of the spinning process for the production of quality yarn using fibers that are evaluated according to the standards of the Uster® system.

Medium-fiber cotton I-grade, 4-type, selection "PORLOQ-4" was used to obtain yarn with an average count of Ne 30/1, which was produced on a Zinser 72 ring spinning machine.

Yarn obtained from semi-finished products collected at different technological parameters along the transitions of the spinning process exhibits variable properties. The study of all these parameters plays an important role in achieving better approaches to the spinning process.

Ключевые слова: качество, дефекты, чесание, непс, тонкие места, толстые места, ворсистость, прочность, пряжа

Keywords: quality, defects, carding, neps, thin place, thick place, hairiness, strength, yarn

I. Введение

«Что прочешешь то и выпрядешь» - это известная поговорка, широко используемая среди текстильщиков во всем мире [1]. Прядение является важной основой всей текстильной промышленности. Чесание считается сердцем прядильного процесса. Процесс чесания оказывает большое влияние на конечный продукт, то есть на качественные показатели пряжи такие как: равномерность, дефекты (IPI) и чистота.

Параметры производственных скоростей чесания должны быть оптимизированы для улучшения качества продукции и достижения производительности. Любые вращающиеся механизмы или детали чесальной машины влияют на качество получаемого продукта; ленты, пряжи. Параметр скорости чесальной машины изменяет поведение волокна в последующих процессах; вытягивании, предпрядении и в прядении.

Немного про истории чесания, Льюис Пол изобрел чесальную машину с ручным приводом в 1748 году. Ричард Аркрайт усовершенствовал эту машину и в 1775 году получил патент на новый двигатель. Чесальная машина   чрезвычайно развилась с момента ее создания [2].

С 1965 года производительность увеличилась примерно с 5 кг/ ч до 180 кг/ч [3]. Чесальные машины нынешнего поколения очень сложны со многими функциями, датчиками регулирования, мониторинг узелков-neps, операции с микропроцессорным управлением, настройки с сервомотором, интегрированные шлифовальные системы (IGS)-фирмы Rieter [4], тройным приёмным барабаном, неподвижными шляпки–сегментами, с увеличенным площадью чесания и автоматическим сбором отходов, точки всасывания для извлечения пуха и удобный для обслуживания дизайн машины. А последним прорывом на чесальных машинах совершила фирма «Trutzschler» усовершенствовав свои предыдущие чесальные машины с самонастраиваемыми функциями (T-CON, GAP Optimization) новой модификации TC-19i [5].  Эти особенности чесальных машин помогают достигнуть более высокого темпа производства качественной ленты, и минимального времени простоя машины для операций по техническому обслуживанию.

Сегодня для достижения наилучшего производства и качества поставляемого материала необходимо оптимизировать скоростные параметры чесальной машины, такие как скорость приёмного барабана, скорость главного барабана, скорость шляпок и скорость съёмного барабана. Изменение качественных параметров чесальной ленты приводит к сбоям в последующих процессах; вытягивания, предпрядения и прядения [6].

Оптимизация означает определение нормативов для материала, производимого с определенным количеством и скоростью. Скорость приёмного барабана влияет на удаление сорных примесей, а также может привести к повреждению волокна; частота вращения главного барабана влияет на индивидуализацию волокон; скорость шляпок отвечает за очистку и удаление коротких волокон и не влияет на равномерность продукта. Изучение всех этих параметров играет важную роль в достижении наилучшего качества при производстве чесальной ленты.

Суть процесса чесания заключается в отделении волокон друг от друга, она заключается в оптимизации и удаление в них мелких и вредных сорных примесей, а также волокна с пороками, приведении волокон в частично параллельное состояние [7].

 II. Материалы и методы.

Отобраны образцы волокна, по переходам с текучими материалами методом случайной выборки. Образцы хлопка селекции «ПОРЛОК-4» который на сегодняшний день является единственным сортом сельскохозяйственных растений, созданный применением технологии генной инженерии, обладающим уникальными свойствами –высокой урожайностью, скороспелостью и высоким качеством волокна подвергались испытаниям на лабораторном оборудовании по системе AFIS [8] при лабораторных комнатных условиях [9]. Исследуемые свойства образца хлопка приведены   на таблице 1.

Таблица 1.

Качественные параметры волокнистого материала

Хлопковое волокно обрабатывалось на трепальном цехе для разрыхления, очистки и последующей подачи на чесание. Полуфабрикаты были отобраны из 3-х различных технологических параметров процесса прядения. Где применялось технологическое оборудование фирмы Trutzschler [11]: модельTC-15 чесальная машина с производительностью 70 кг/час. Хлопковое волокно смешиваясь обрабатывался от приготовительного цеха до прядения. Чесальная лента была обработана на ленточной машине первого перехода модели TD-9 и второго перехода ленточной машины модели TD-8, а затем ленточная лента перерабатывалась на ровничной машине модели Zinser 5M и на кольцепрядильной машине модели Zinser 72, обычно кольцепрядильная машина работала со средней скоростью вращения веретена 17000 мин^-1.  Пряжа c номинальным номером Ne 30 (Nm50) была выпрядена в при постоянной крутке 775 на метр.

Таблица 2.

Параметры качества хлопкового волокна в процессе прядения по переходам (данные по AFIS)

На таблице 2, показаны изменения качественного показателя волокон, которые были использованы для данного исследования. Из таблицы видно, что в процессе разрыхления и очистки в волокнах увеличивается улелки-neps и укорачиваются волокна. Это можно объяснить тем, что в процессе разрыхления и очистки волокна подвергаются воздействию механизмов машин что, приводит увеличению узелков. Эти узелки могут создать основную проблему в готовой пряже, что повлияет на увеличение значения IPI [10]. И этот феномен способствует ещё большему вниманию исследователей к этому разделу процесса прядения.

III. Технологическая часть.

На таблице 3 приведены параметры технологических процессов по переходам:

Таблица 3.

Параметры технологических процессов по переходам в процессе прядения

IV. Результат и обсуждение

Выработанные пряжи из трех разных технологических параметров прядильного процесса были протестированы на лабораторном оборудовании Uster-Tester 5 и на приборе для определения прочности и удлинения Uster-Tenzojet-4, данные результатов тестирования приведены ниже:

Таблица 4.

Сравнительное исследование различий качественных параметров пряжи, разработанной по 3-м различным параметрам процесса прядения

1) Влияние типов технологических параметров прядильных процессов на равномерность пряжи, (U%)

Рисунок 1. Влияние 3-х разных технологических параметров прядильного процесса на равномерность пряжи.

Из рисунка 1 можно наблюдать динамику изменения качества пряжи по неравномерности. Как видно из трех различных технологических   параметров, приведенных в последнем третьем технологическом процессе результаты испытаний дали положительный эффект. Значительное изменение наблюдается на равномерности пряжи. Это можно объяснить тем, что из трех различных технологических параметров на 3-м процессе изменили (увеличили) плотность чесальной ленты и таким образом была достигнута компенсация рабочей площади чесальной машины волокнистым материалом. Поскольку новые чесальные машины увеличены в ширину, их рабочая площадь также увеличилась (от 1,28 м до 1,5 м).  Скорость съемного барабана также была снижена (от 200 м/мин до 180 м/мин) за счет увеличения плотности чесальной ленты, но производительность чесания не менялся. Интенсивность чесания была улучшена за счет увеличения скорости шляпок (от 200 мм/мин до 300 мм/мин). Очевидно, что снижение скорости выпуска и увеличение скорости шляпок дали положительный результат, где и было достигнуто уменьшения неравномерности пряжи.

2) Влияние типа технологических параметров прядильных процессов на дефекты пряжи.

Рисунок 2. Влияние различных типа параметров на дефекты (IPI) пряжи

Дефекты пряжи включают в себя тонкие-толстые места и узелки-neps обозначают как IPI (Imperfection). На рисунке 2 показано, что при увеличении частоты вращения главного барабана с 520 до 560 оборотов мин^-1 происходит непрерывное уменьшение дефектов пряжи. При более высокой скорости главного барабана чесальной машины, приводит к уменьшению общего IPI пряжи. Более высокая скорость шляпок дает хороший результат улучшения эффективности удаления узелков. За счет эффективного удаления узелков и короткого волокна, эффективно снижается ворсистость пряжи. Если увеличить скорость съёмного барабана, IPI пряжи увеличится из-за плохого перехода волокна из главного барабана на съёмный барабан и дополнительной генерации узелков [12].

3) Влияние типа технологических параметров на ворсистость;

На рисунке 3 показано влияние различных типов технологических параметров на ворсистость пряжи. Было замечено по мере увеличения скорости чесания незаметно меняется ворсистость пряжи. Что касается ворсистого покрова на теле пряжи, то в нем нет никаких существенных изменений. Ворсистость на пряже увеличивается по мере увеличения скорости главного барабана, из-за высокого разрыва волокна и в итоге образования коротких волокон.

Рисунок 3. Влияние 3-х разных типа технологических параметров на ворсистость

Разделение волокон друг от друга происходит по большей мере, когда скорость главного барабана ниже. Ворсистость оптимальна при оптимальной скорости съёмного барабана, потому что более высокая скорость съемного барабана разрывает волокно, в связи с этим короткое волокно увеличивается, следовательно, увеличивается ворсистость [13]. Хотя в нашем эксперименте мы увеличили скорость главного барабана и шляпки, но есть способ уменьшить скорость съемного барабана. Следовательно, здесь также можно сказать, что влияние скорость производительности чесания не является значительной для ворсистости пряжи.

4) Влияние разных типа технологических параметров на прочность одиночной нити (Rkm)

Рисунок 4. Влияние 3-х разных типа технологических параметров на прочность одиночной нити (Rkm)

Скорость приёмного барабана увеличили для достижения более эффективной очистки волокнистого материала, удаления сорных примесей и короткого волокна. Снижение содержания короткого волокна на чесальной ленте увеличивает показатель прочности пряжи (RKM, cH/tex). Прочность пряжи увеличивается с увеличением скорости шляпок. По мере того, как скорость шляпок увеличивается, эффективность очистки чесания также увеличивается, за счет этого увеличивается показатель RKM на пряже. На нашем примере мы также можем предположить, что с увеличением скорости приемного барабана, так и шляпок RKM пряжи значительно увеличивается.

5) Влияние технологических параметров на удлинение пряжи

Рисунок 5. Влияние разных типа технологических параметров на удлинение пряжи

На рисунке 5 показано влияние технологических параметров на удлинение пряжи. Можно предположить, что увеличение скорости главного барабана, шляпок и приемного барабана улучшает интенсивность расчесывания волокон в процессе чесания, что влияет на их ориентацию, в результате чего при разрыве увеличивается удлинение пряжи.

V. Выводы

Увеличение скорости производства чесальной машины, влекущее за собой неправильное прочесывание, приводит к увеличению неравномерности чесальной ленты и снижению эффективности удаления непсов, что напрямую влияет на неравномерность и дефекты (толстые, тонкие и непсы) пряжи.

Наряду с более высокой ворсистостью пряжи для более высокой скорости кардочесания указывает на меньшую интеграцию волокон с телом пряжи. Более высокая неравномерность, более высокие дефекты и более низкая интеграция волокон в пряжу приводят к снижению прочности пряжи.

При изменении производительности чесания от 180 до 220 м/мин повышается эффективность удаления непсов на чесальной машине, уменьшается неравномерность (Um% и CVm%) ленты и прочность пряжи, дефекты (утолщения, утонения и непсы) и ворсистость пряжи увеличивается.

Скорость выпуска чесальной машины 180 м/мин показывает лучшую эффективность удаления непсов, лучшую неравномерность ленты и пряжи, а также наименьшие дефекты.

Поэтому в рамках оптимизации процесса скорость кардочесания следует выбирать в зависимости от качества ткани, которая будет изготовлена ​​из соответствующей пряжи.

Список литературы:

1. Leifeld, F./ New features of a high-tech card // Melliand Textilberichte International Textile Reports, 10: 75, 1994.
2. Mahmoudi M. R., Lawrence C. A., Dehghani A. A., Greenwood B. D. / The  effect of fixed flats on yarn quality // Journal of the textile institute. 93(2000) 197-209
3. Sanjar Tojimirzaev, Muhammad Sadikov, Shokhruh Rasulov, Javohir Mirzaahmedov, А.F.Plekhanov / Observation of Damage of Cotton Fiber in the Processes of Blowing, Cleaning and Carding // E3S Web of Conferences 320, 03009 (2021) ESEI 2021, https://doi.org/10.1051/e3sconf/202132003009
4. Rieter Card C 75, The Concept for Excellence, Rieter Machine Works Ltd., Winterthur, Switzerland, http:/ / www.rieter.com/ en/ Wikipedia/ articles/ fiber-preparation/ the-card/ the-operating-zones-of-the-card/ feed-device-to-the-licker-in/ . https://www.rieter.com/products/systems/fiber-preparation/card-c-75
5. https://www.truetzschler-spinning.de/en/products/card/detailed-information/card-tc-19i/
6. Vasudevan, P. / An investigation into the effect of licker-in design on carding performance // PhD thesis, The University of Leeds, Leeds, U.K., April 2005.
7. Artzt, P., Short staple spinning: Quality assurance and increased productivity. ITB—International Textile Bulletin 49(6): 10, 2003.
8. Uster^® statistics-2018, https://www.uster.com/en/service/uster-statistics/
9. ASTM D1776:2004. Standard practice for conditioning textiles for testing.
10. Bogdan, J.F. and Feng, I.Y.T. / Neps and how to control them // Textile World 102(5): 91, 1952.
11. Card TC 15- Brochure, Trutzschler Spinning,Trützschler GmbH & Co. KG Textilmaschinenfabrik, Mönchengladbach, Germany. https://www.truetzschler-spinning.de/en/products/card/technical-highlights/
12. Cripps, H. / High speed revolving flats: An enhancement to card performance // Proceedings of Beltwide Cotton Conference, San Antonio, TX, 1995, p. 1389.
13. V.D Chaudhari, Prafull P Kolte, A.D. Chaudhari / Effect of card delivery speed on ring yarn quality // International Joutnal on Textile Engineering and Process, Vol. 3(4), 2017, 13-18