Свойства хлопчатобумажной пряжи

    ВВЕДЕНИЕ 

       В настоящее время одной из ключевых задач поставленной перед текстильной  промышленностью Российской Федерации,  является интенсификация сырьевых ресурсов отрасли. По-прежнему лидирующим сырьевым компонентом в мировом балансе текстильного сырья, и в Российской Федерации в частности, продолжает оставаться хлопковое волокно.

       Широкое распространение хлопкового волокна  объясняется его выдающимися  свойствами, а именно: хорошей прядильной способностью благодаря извитости, гибкости и прочности. По своим свойствам  это самый подходящий материал для  одежды человека, а также для многих технических целей. Хлопчатобумажные ткани пригодны как для жаркого, так и для холодного климата. Хлопковые изделия изумительно  хорошо могут подражать изделиям из других волокон (например, трико  и вельвет – шерстяным изделиям, бумажное полотно – льняным, сатин  и ластик – шелковым). Вот почему весьма широк и разнообразен ассортимент  хлопковых изделий. Благодаря гибкости и прочности хлопковое волокно  является незаменимым во многих технических  изделиях, например, в автомобильных  шинах. Хлопковые угары дают хорошую вату, хлопковый линтер – хороший искусственный шелк, вату, лаки, взрывчатые вещества; ядро семени – кормовую или удобрительную муку, – словом все отбросы здесь хорошо утилизируются.

       Перспективой  для изменения свойств натуральных  и химических волокон является использование  нано технологий. Обработка полимерных соединений, составляющих структуру натурального волокна, на нано уровне позволяет не только устранить природные дефекты, но и создавать новые, качественно отличающиеся, свойства.

       Результатами  теоретических и экспериментальных  исследований, явилась разработка оптимальных  технологических параметров изготовления компактной упрочненной пряжи для  тканей технического назначения, позволяющая  отечественным текстильным предприятиям повысить качество и потребительские  свойства готовой продукции, а также наиболее рационально использовать свои сырьевые ресурсы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. СВОЙСТВА  ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА

       Хлопок  обладает следующими свойствами: цвет или окраска, влажность, засоренность посторонними примесями наличие  пороков или дефектов естественных, и дефектов от обработки, степень  зрелости волокна, извитость, длина  волокна, тонина волокна, крепость, растяжимость, ровность, плотность, блеск и шелковистость.

       Но  все эти качества или свойства имеют неодинаковое значение для  прядения, в то время как некоторые  имеют значение только для прядения пряжи (сорность, влажность), другие свойства имеют большое значение для крепости пряжи и для прядильной способности (длина, тонина).

       Измерения длины волокна – это непосредственное измерение линейкой штапеля, вытащенного  из клочка хлопка руками. Этот метод  измерения длины быстрый, но неточный. Результат зависит от навыков  и умения испытателей. Кроме того, длина штапеля зависит и от влажности хлопка, так как сухие  волокна более извиты и короче, тогда как влажные – всегда прямее и длиннее.

       Существуют  более точные методы для измерения  длины волокна, но они более кропотливые; они применяются в лабораториях. Это измерения на различных приборах.

       Крепость  пряжи мало зависит от крепости волокна, но в гораздо большей степени  она зависит от длины волокна  и его тонины, а также от целого ряда других свойств: извитости, растяжимости, а также от структуры пряжи.

       Различные опыты показали, что при разрыве  пряжи рвутся не все волокна, а  от 40 до 60% волокон растаскиваются; вот  почему для крепости пряжи не столько  важна крепость волокна, сколько  те его свойства, которые увеличивают  трение между волокнами.

       Если  волокна будут иметь большую  длину, то трение между ними будет  больше, точно так же, если волокна  будут тоньше, а, следовательно, больше будет и поверхность их соприкосновения, т.е. трение между ними будет больше.

       Процент использования крепости волокна  в хлопчатобумажной пряже колеблется от 26 до 46,5%, т.е. крепость пряжи всегда меньше суммы крепостей волокон, ее составляющих. Опыты показали, что  хлопки более толстые имеют большую  силу сцепления, и также, что хлопки с равномерной извитостью имеют  большую силу сцепления, чем с  неравномерной извитостью.

       1.1 ДЛИНА ВОЛОКНА

         Волокна хлопка, даже из одной  коробочки, имеют разброс по  длине, поэтому различают штапельную  и модальную длины волокна. 

       Штапельную  длину определяют экспертным органолептическим  путем. Выдергивая из клочка хлопка мычку  волокон, или штапель, распрямляя его  и измеряя длину линейкой. Более  точным методом является инструментальный с помощью прибора Жукова.

       Модальная длина – это длина волокон, которые содержаться в хлопке в наибольшем процентном количестве.

       База  определяется по трем смежным наибольшим значениям веса. Чем выше база, тем  равномерней хлопок.

       Равномерность хлопка – это произведение модальной  длины на базу. По равномерности  сравнивают хлопок различной длины. Равномерным считается хлопок, у  которого показатель равномерности  более 1000.

        1.2 ЗРЕЛОСТЬ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА

       Рост  и развитие волокна начинается сразу  же после оплодотворения цветка, когда  начинает развиваться завязь. За первые 25 – 30 дней происходит рост волокна  в длину, а потом начинается заполнение трубочки клетчаткой. Весь период развития занимает около 60 дней.

       1.3 ИЗВИТОСТЬ

       Когда коробочка лопается, волокна соприкасаются  с воздухом, сильно высыхают, стенки волокна спадаются, причем волокно  закручивается вокруг своей оси. Закрученность изменяется по своему направлению, она идет то влево, то вправо. Число завитков или поворотов  ленточки называют извитостью. Извитость  определяется путем подсчета числа  завитков под микроскопом.

       Извитость колеблется и изменяется на одном  волокне. Если извитость более равномерна, то сила сцепления волокон будет  больше. Извитость волокон зависит  от степени зрелости.

         1.4 ТОНИНА И МЕТРИЧЕСКИЙ НОМЕР

       Тонина  оказывает большое влияние на качество пряжи. В поперечном сечении  пряжи может разместиться при  одинаковой ее линейной плотности большее  число тонких волокон, чем толстых, а от количества волокон в сечении  зависит ее прочность. Кроме того, из более тонкого волокна можно  получить пряжу более высокого номера или меньшей линейной плотности.

       В производственных условиях тонина волокна, а также полуфабрикатов и пряжи, определяется условной мерой толщины  – линейной плотностью или метрическим  номером. Номером волокна называется отношение суммарной длины группы волокон к весу этих же волокон.

       Линейная  плотность волокна – это обратная величина номеру, измеряемая в тексах.

       Тонковолокнистый  хлопок имеет следующие номера: 6000 и выше, средневолокнистый: 5000…6000, грубоволокнистый: 3000…4500.

       1.5 ПРОЧНОСТЬ ВОЛОКНА,  РАЗРЫВНАЯ ДЛИНА  И РАЗРЫВНОЕ УДЛИНЕНИЕ.

       Прочность или крепость волокон характеризуется  силой, вызывающей его обрыв. Различают  прочность одиночного волокна и  прочность штапеля. Для измерения  прочности волокон используются динамометры.

       Для сравнения прочности волокон  разной тонины определяют разрывную длину волокон.

       Разрывная длина продукта (волокна, полуфабриката, пряжи) – это длина, при которой  он разрывается под действием  собственного веса. Чем выше разрывная  длина волокна, тем ценнее хлопок.

       Разрывное напряжение – это разрывное усилие, приходящееся на 1 мм² поперечного сечения волокна. По этой величине сравнивается относительная прочность волокон.

       Качество  хлопка характеризуется также разрывным  удлинением, которое обычно составляет при разрыве хлопковых волокон  в среднем 5…7% от первоначальной длины  волокна и зависит от степени  зрелости и влажности волокон.

       1.6 ВЛАЖНОСТЬ

       Хлопок  – гигроскопический материал, то есть он довольно сильно впитывает в себя влагу. Количество влаги, содержащейся в хлопке, постоянно изменяется в  зависимости от влажности окружающего  воздуха. В сильно увлажненном воздухе  хлопок может впитывать в себя до 27 % влаги от своего веса. Чтобы  определить содержание влаги в хлопке его подвергают высушиванию в  особом приборе. В него закладывается  партия хлопка (300-500 г), воздух внутри прибора  нагревается до 105⁰С.  Опыты показали, что различные виды хлопка при одной и той же температуре и при одной и той же относительной влажности воздуха имеют различное содержание влаги. С понижением температуры хлопок впитывает больше влаги.

       Метеорологические элементы так влияют на процесс адсорбции:

       1. С увеличением относительной  влажности воздуха влажность  хлопка растет.

       2. С увеличением температуры влажность  хлопка уменьшается.

       3. С увеличением давления влажность  хлопка увеличивается.

       Излишняя  влажность хлопка понижает выход  пряжи из хлопка.

       1.7 РОВНОСТЬ ВОЛОКНА

       Одинаковость  длины волокна в хлопке также  определяется практически при выщипывании штапеля. Определяется классификаторами на ощупь при приготовлении штапеля путем вытягивания и при разрыве штапеля руками.

       1.8 СОРНОСТЬ ХЛОПКА

       Сорность  влияет на ценность хлопка как товара, так как при обработке более  сорных хлопков будет выделяться больше угаров, следовательно, будет  меньше выход пряжи.

       При классификации сорность определяется на глаз, но, кроме того, на фабриках хлопок испытывают на выход ленты, пропуская  его через трепальные и чесальные  машины. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. СТРОЕНИЕ  ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА

       Хлопковое волокно представляет собой трубку из тонкой кожицы (кутикулы), которая  наполнена целлюлозой. Целлюлоза  откладывается в ней слоями (кольца роста), внутри остается незаполненное  пространство – канал. Таким образом  стенки волокна состоят из нескольких слоев целлюлозы; каждый слой состоит  из спиралей (фибриллы), причем спирали  идут в разные стороны. Целлюлоза  состоит из тонких нитей (мицелл) и  имеет правильное кристаллическое  строение, которым объясняются такие  свойства клетчатки, как способность  к двойному лучепреломлению и  форма получаемых рентгенограмм. Оболочкой  для трубочки служит тонкая наружная кожица. По мере созревания волокна  наружный его диаметр не изменяется, а внутренний канал уменьшается  за счет наслоения клетчатки. Полное развитие волокна заканчивается  раньше, чем происходит усыхание и раскрытие коробочки хлопчатника. На всех волокнах снаружи имеется тонкий слой растительного воска, оказывающий положительное влияние в процессе переработки волокон на текстильных предприятиях. Благодаря наличию воска облегчается относительное скольжение волокон при вытягивании и при чесании.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       3. ПОРОКИ ВОЛОКНА ХЛОПКА 

       Все пороки, встречающиеся в хлопке, можно разделить на две группы:

• естественные пороки
• пороки от обработки.

• больные волокна
• мертвые волокна

       Больные волокна представляют собой скопление  волокон желтого или коричневого  цвета, под микроскопом на таких  волокнах видны бактерии или грибки.

       Мертвые волокна представляют собой скопление  волокон в виде плоской лепешки  или блестящей или матовой. Хотя мертвое волокно может быть и  в виде отдельных волокон, но различить  отдельные мертвые волокна можно  только под микроскопом, тогда как  пластинки из мертвых волокон  видны невооруженным глазом.

       Больные или мертвые волокна слабы, отходят  в угар и понижают выход. Мертвые  волокна не прокрашиваются.

       Все дефекты обработки хлопка можно  подразделить на два класса:

       1. Семя и его частицы. При очистке  хлопка в общей массе могут  остаться недозрелые семена, разрезанные  семена. Наличие семян в хлопке  понижает выход пряжи из хлопка.

       При прядении такие волокна удаляются, но частично проходят в пряжу и  называются галочками.

       2. Дефектные волокна. Их можно  подразделить на порванные, завитые,  скрученные и т.д., поэтому здесь  будем иметь:

       а) Рваные волокна, более короткие или  пух

       б) Завитки, жгутики

       в) Узелки

       Завитки легко расщипываются пинцетом и  состоят из зрелых волокон.

       Жгутики похожи на завитки, но они длиннее  и плотнее, и поэтому труднее  растаскиваются, завитки уничтожаются в трепании и в чесании, тогда  как крупные жгутики не могут  расчесаться и выпадают в угар. Встречаются в хлопке и комбинации жгутиков и завитков.

       Рваные  волокна и пух при прядении уходят в угар, понижая выход пряжи. Значительное количество рваных волокон  в хлопке понижает его качество и  стоимость и иногда заставляет основное волокно переводить в уточное.

       Узелки  представляют собой небольшое белое  плотное скопление волокна, от которого в стороны отходят усики. Узелки имеются и в сырце, тогда они  состоят из незрелых волокон. Узелки являются злокачественным пороком, так как очень трудно отделяются на машинах и проходят в пряжу, делая ее неровной, шишковатой и  слабой.

       Посторонние примеси.

         В хлопке встречаются следующие  посторонние примеси: частицы  листка, прицветника, коробочки,  стебля, а также песок и земля.  Кроме того в хлопок иногда  попадают совершенно посторонние  предметы (палки, гвозди, проволока  и т.д.). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       4. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  ХЛОПКА 

       Химический  состав хлопкового волокна следующий: целлюлоза, воск, азотистые вещества, причем целлюлозы содержаться до 95%, следовательно, значительная составная  часть – клетчатка или целлюлоза.

       Целлюлоза растворяется в швейцеровом реактиве (аммиачный раствор гидрата окиси  меди).

       Серная  кислота на целлюлозу оказывает  различные действия: в зависимости  от концентрации серной кислоты клетчатка  может обуглиться, раствориться, измениться химически.

       При воздействии на волокно смесью хлористого цинка и йода получается характерное  синее окрашивание.

       Под действием раствора едкого натра ( NaOH) растительные волокна сначала разбухают, а затем растворяются.

       Явление разбухания хлопковых волокон получило название мерсеризации.

       Придание  тканям новых свойств

       В основе процессов современной отделки  тканей лежит обработка их синтетическими смолами, проникающими в волокна  и образующими дополнительные межмолекулярные (поперечные) связи. Но при обработке  тканей указанными смолами, как правило, понижается прочность тканей.

       Для придания тканям новых свойств применяют  синтетические смолы – высокомолекулярные соединения, получаемые в процессе обработки тканей полимеризацией или  поликонденсацией из низкомолекулярного соединения – предконденсатов.

       Несминаемую отделку (придание малой сминаемости) хлопчатобумажные ткани получают обработкой на отдельных агрегатах или поточных линиях. Ткань может находиться в  мокром, сухом или влажном состоянии.

       Для сохранения прочности ткани при  обработке смолами либо применяют  мерсеризацию под натяжением, либо используют кремнийорганические препараты  и др.

       В последние годы получили распространение  новые способы несминаемой отделки  тканей: на ткань только наносится  препарат, а термообработке подвергается уже готовое швейное изделие. В отечественной промышленности такой способ получил название «форниз». В этом случае получаются устойчивые швы, складки и другие формы, упрощается изготовление одежды из тканей, не обработанных смолами.

       Для стабилизации линейных размеров тканей, т.е. снижения усадки после стирок, ткани  подвергают механическим усадкам, мерсеризации или обработке термореактивными смолами.

       Для придания некоторым тканям (одежным, платочным и др.) водоотталкивающих  свойств их обрабатывают специальными гидрофобизирующими препаратами. В  качестве реагентов могут применяться  эмульсии восков, содержащие соли алюминия или циркония, кремнийорганические  соединения, органические комплексы  хрома (хромолан) или алюминия (алюмолан) и др. обработка фторсодержащими  производными придает ткани грязеотталкивающие свойства.

       Некоторые ткани подвергаются огнестойким, бактерицидным  и др. обработкам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       5. КЛАССИФИКАЦИЯ ХЛОПКОВОГО ВОЛОКНА 

       Оценка  сырья проводится по стандартам, учитывающим  совокупность всех показателей свойств  хлопка. По этим стандартам главными показателями являются зрелость, прочность волокна  и наличие сорных примесей и пороков  в волокне. В зависимости от этих показателей хлопок относят к  сортам: отборный, I, II, III, IУ, У, УI.

       Если  фактическая сумма пороков и  засоренности больше предельной, то хлопок считается нестандартным.

       На  фабриках  сорт хлопка обычно определяют сравнением образца с контрольным  эталоном или под микроскопом. 
 

       Таблица 1

         Показатели качества хлопко-волокна по сортам

       II. ПРЯДЕНИЕ ХЛОПКА И ЕГО СМЕСЕЙ НА ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЯДИЛЬНЫХ МАШИНАХ 

1. ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКАЯ  ПРЯДИЛЬНАЯ МАШИНА

       Широкое использование пневмомеханических прядильных машин (ППМ) в хлопкопрядении позволило повысить производительность в два и более раз по сравнению  с кольцевыми машинами и уровень  рентабельности для определенного  диапазона толщин пряжи.

       Для стабилизации процесса прядения решающее значение имеет способность пряжи  передавать крутку, что определяется, главным образом, величиной воздействующих на нить сил натяжения и числом волокон в сечении пряжи.

       В процессе формирования нити в прядильном роторе пневмомеханической прядильной машины число волокон является главным  фактором, поскольку сила натяжения  в точке вплетения волокон  не подаются влиянию.

       Пневмомеханическая  прядильная машина включает следующие  основные узлы и механизмы:

• прядильные блоки;
• механизм выпуска пряжи, состоящий из выпускного и мотального валов с устройствами запрядки и паковкодержателями;
• механизм раскладки пряжи кулачного типа;
• головную, хвостовую и средние секции;
• транспортер паковок.

       Одной из широко известных моделей пневмопрядильных машин, получивших признание во многих странах мира, является появившаяся  в конце прошлого века автоматизированная машина Autocoro фирмы Schlathorst (Германия). Эта машина оснащена целым рядом различных оригинальных средств автоматики и контроля процесса прядения, что отличает ее от известных других фирм.

       Основные  направления совершенствования  пневмомеханического способа прядения и конструкций машин заключается  в следующем:

• сохранение тенденции к дальнейшему повышению частоты вращения роторов до 150 тыс. об/мин и более;
• создание системы для непрерывного питания пневмопрядильного оборудования лентой;
• совершенствование систем  съема и транспортирования готовой продукции;
• совершенствование систем транспортирования полуфабрикатов между переходами с их автоматической установкой на рабочих местах машин;
• создание экономичных приводов скоростных рабочих органов машин;
• совершенствование систем оперативного получения информации о ходе процесса и постоянного контроля качественных показателей готовой продукции с одновременной корректировкой отклонений.

       Пневмомеханический  способ прядения хорошо зарекомендовал себя при изготовлении пряжи средней  и большой линейных плотностей. Производство пряжи линейной плотностью 15,4 текс и менее пневмомеханическим способом сдерживается по ряду причин. Неоптимальность  параметров дискретизации приводит к увеличению доли разрываемых волокон. Специфика структуры пряжи пневмомеханического способа прядения обуславливает более низкий коэффициент использования разрывной нагрузки волокон в разрывной нагрузке пряжи.

       Наглядное представление о влиянии параметров заправки пневмомеханической прядильной машины на свойства пряжи дала графическая  интерпретация. При анализе построенных  зависимостей оказалось, что невозможно обеспечить одновременно улучшение  всех показателей при каких-либо одних установленных значениях входных факторов. Для принятия компромиссного решения были построены совместные зависимости, что позволило определить следующие оптимальные параметры заправки для выработки пряжи линейной плотностью 15,4 текс: частота вращения дискретизирующего барабанчика 6000 мин-1, крутка 1170 кр./м.

       Сравнивая физико-механические свойства пряжи, выработанной при оптимальных параметрах заправки пневмомеханической прядильной машины, с требованиями ОСТ 17-298-87, было отмечено, что данная пряжа удовлетворяет  требованиям технических условий  на выработку пряжи первого сорта  для трикотажа.

       Разработана классификация способов получения  компактной упрочненной пряжи на пневмомеханических прядильных машинах, определены и проранжированы основные физико-механические свойства пряжи, применяемой для выработки тканей технического назначения.

       Разработана и предложена конструкция стержневого  интенсификатора крутки, устанавливаемого соосно внутри прядильной камеры пневмомеханических прядильных машин, для механического уплотнения, упрочнения пряжи и снижения ее квадратической неровноты по линейной плотности, обрывности и ворсистости.

       Максимальное  увеличение абсолютной разрывной нагрузки с 180 сН для контрольного образца, выработанного  на пневмомеханических прядильных машинах, до 195 сН достигнуто при использовании предложенного стержневого интенсификатора крутки и обработки упрочняющим веществом на основе хитозана.

       Хитозан представляет собой ионогенный полисахарид  с комплексом весьма ценных в практическом отношении свойств, таких как  биологическая активность, биодеградируемость, водорастворимость, биосовместимость, а также высокая сорбционная  способность. Хитозан достаточно широко используется в пищевой, химической, косметической промышленности, сельском хозяйстве, ветеринарии, медицине, а также в качестве селективного сорбента тяжелых металлов.