Свойства хлопкобумажной 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.

       Основной  вид текстильных нитей состоит  из волокон, соединённых скручиванием (иногда склеиванием). Пряжу различают  по виду волокон, назначению, способам выработки и отделки, свойствам  и особенностям структуры.

       Хлопчатобумажную  пряжу вырабатывают: гребенную (наиболее тонкую) толщиной 5—18,5 текс, в основном из тонковолокнистого хлопка; кардную (средних толщин) — 13,3—100 текс, из средневолокнистого хлопка, и аппаратную (больших толщин) — более 100 текс, из угаров и низких сортов хлопка.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ПРЯДИЛЬНОЕ  ПРОИЗВОДСТВО

     Прядильное  производство - совокупность технологических  процессов, необходимых для выработки (из относительно коротких волокон) непрерывной  нити — пряжи, используемой для изготовления текстильных изделий: тканей, трикотажа, гардин, сетей, шнуров, ниток, канатов  и др. Иногда прядильное производство называют прядением.

     В зависимости от вида перерабатываемых волокон различают хлопко-, шерсто-, льнопрядение и т.п. В прядильное производство волокна, поступающие  на переработку, разрыхляются и очищаются, затем из волокон формируется  лента, из которой после вытягивания  и укрепления (кручения или сучения) получают ровницу. В дальнейшем из ровницы  или из ленты вытягиванием или  дискретизацией (разделением) с последующим  сложением и кручением вырабатывается пряжа.

       В прядильном производстве различают  3 основных этапа переработки  волокон: подготовку волокон к  прядению и формирование ленты;  предпрядение — получение ровницы;  прядение — формирование пряжи.  В некоторых случаях первые  этапы объединяются (аппаратная  система прядения) или исключается  2-й этап, а пряжа производится  непосредственно из ленты (безровничное  прядение).

     Подготовка  волокон к прядению начинается с  разрыхления (разделения на мелкие клочки) спрессованного сырья при помощи игл, колков, зубьев и др. рабочих  органов питателей, рыхлителей, разрыхлителей  и др. машин. Очистка волокон от примесей производится главным образом  механическим способом в трепальных машинах (возможны также аэродинамические и электропневматические способы). Разрыхление обычно сопровождается очисткой волокон, а очистка (трепание) — разрыхлением

       Затем обрабатываемый материал  подвергается чесанию, в результате  которого волокна разъединяются  и окончательно очищаются от  мелких и цепких примесей и  пороков. Различают 2 основные  метода чесания: кардочесание, при  котором волокна подвергаются воздействию игл или зубьев рабочих органов шляпочной или валичной чесальной машины и гребнечесание, которое осуществляется на гребнечесальных машинах.

     В результате кардочесания образуется тонкий слой мало распрямленных и слабо  ориентированных волокон (ватка-прочёс), который на тех же чесальных машинах  формируется в ленту. После гребнечесания  получается ватка-прочёс, состоящая  из более длинных и хорошо распрямленных  ориентированных волокон.

     Этап  подготовки волокон в прядильном производстве завершается на ленточных  машинах вытягиванием ленты до заданной тонины и сложением её. При вытягивании, обычно осуществляемом механическим вытяжным прибором, лента в результате смещения волокон утоняется, волокна при  этом распрямляются, разъединяются  и ориентируются. В процессе сложения лент отдельные участки их складываются в самых разнообразных комбинациях, что обусловливает выравнивание продукта. Для получения эффективного распрямления и смешения волокон  процессы вытягивания и сложения повторяются 2—3 раза. Наиболее эффективно выравнивание толщины ленты с  помощью автоматического регулятора, который изменяет размеры вытяжки  в вытяжном приборе в зависимости  от толщины входящей в прибор лепты.

     Прядение  непосредственно из ленты на кольцевых  прядильных машинах не получило широкого распространения, т.к. в этом случае конструкция вытяжных приборов машин  усложнялась. Поэтому на этапе предпрядения из ленты вырабатывается ровница. На ровничных машинах осуществляются процессы вытягивания и кручения (или сучения) ленты, а также наматывание  ровницы на катушку. Кручение придаёт  ровнице необходимую прочность  и осуществляется с помощью рогульчатого веретена. 

     Интенсивность кручения характеризуется круткой   веретена   . 

     На  последнем этапе прядильного  производства — прядении, ровница  вытягивается до тонины пряжи в вытяжных приборах, скручивается, т. е. превращается в пряжу, из которой формуется  паковка (початок). Кручение и наматывание пряжи ведётся крутильно-мотальным механизмом, включающим веретено, кольцо и бегунок. Перспективны безверетённые способы прядения, обеспечивающие увеличение производства в 2—3 раза. При таком прядении процессы кручения и наматывания осуществляются самостоятельными рабочими органами . Учитывая вид сил, действующих на волокна, различают следующие способы безверетённого прядения: пневмомеханический, вихревой и электромеханический.

     Например, при пневмомеханическом прядении дискретизированные волокна струей воздуха подаются в быстро вращающуюся камеру, где  отбрасываются на сборную поверхность (жёлоб) камеры, образуя ленточку, которая  выводится из камеры и наматывается на бобину. Кручение пряжи происходит в результате вращения камеры. Для  производства гребенной пряжи из шерсти, используется безверетённое  самокруточное прядение. При формовании самокруточной пряжи осуществляется вытягивание продукта (ровницы или  ленты) в вытяжном приборе; реверсивное  кручение ленточек в крутильном устройстве; самоскручивание при продольном соединении 2 продуктов, имеющих крутку периодически меняющегося направления; наматывание пряжи.

     На  хлопкопрядильных фабриках вырабатывают различную пряжу:

однониточную  суровую и крашеную, меланжевую, кардную, гребенную,

основную, уточную и др.

 В  зависимости от назначения пряжу  выпускают различной линейной  плотности. Благодаря высокой  прядильной способности хлопкового  волокна из него можно выработать  пряжу от самой малой линейной  плотности—5 текс до самой большой  линейной плотности— 1000 текс. Линейная  плотность пряжи в системе  текс характеризуется отношением  массы в граммах к ее длине  в километрах. Чем тоньше волокна,  тем более тонкую, прочную и  равномерную по прочности можно  выработать из них пряжу.

     Принято считать пряжу линейной плотности

• менее 15,4 текс - пряжей малой линейной плотности (тонкой);
• от 15,4—33 текс пряжей средней линейной плотности (средней толщины);
• более 33 текс пряжей большой линейной плотности (большой

толщины).   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. СПОСОБЫ ПРЯДЕНИЯ

           Пряжа должна иметь заданную  линейную плотность, чистоту,  прочность и неровноту по прочности.  Кроме этого, пряжа отдельных  видов в зависимости от назначения  должна иметь пониженную крутку, пушистость, хорошую окрашиваемость  и т. д. Свойства пряжи могут  резко изменяться, если при выработке  её из одних и тех же волокон,  применять разные системы прядения.

       Система прядения - это сочетание  машин, на которых последовательно  перерабатывают волокна или смеси  волокон в пряжу. 

     В хлопкопрядильном производстве для  переработки хлопка и смесей хлопка с химическими волокнами применяют  три системы прядения:

           • кардную,

           • гребенную

           • аппаратную.

            Кардная система прядения получила  наибольшее распространение.

     По  этой системе прядения из средневолокнистого хлопка вырабатывается

пряжа средней линейной плотности от 15,4 до 33,3 текс. В основном из нее вырабатывают миткаль, бязь и трикотажные изделия. В этой системе применяется кардное  чесание волокон на шляпочных  чесальных машинах, в прядильном отделе используют пневмомеханические прядильные машины типа БД-200. Применение в прядении роторных машин и аэромеханических позволяет по кардной системе  выработать пряжу большой линейной плотности из отходов хлопкопрядильного  производства и хлопка низких сортов.

     Гребенная система прядения применяется тогда, когда требуется выработать пряжу  повышенной чистоты, прочности и  равномерности. По гребенной системе  прядения вырабатывают пряжу малой  линейной плотности (менее 15,4 текс). По этой системе перерабатывают тонковолокнистый хлопок. В случае, если потребитель  хочет иметь пряжу средних  линейных плотностей более прочной  и равномерной, то, по желанию потребителя, данную пряжу можно также вырабатывать из средневолокнистого хлопка по гребенной системе прядения. Волокнистый материал после прочесывания на чесальных шляпочных машинах еще раз прочесывается на гребнечесальных машинах.

     В гребенной системе прядения используется кольцевой способ прядения. Пряжа  линейной плотности более 10 текс вырабатывается из одной ровницы, а пряжа 10 текс и меньше — из двух ровниц при  сложении ровниц с одного ровничного перехода в рамке прядильной машины. Пряжу линейной плотности 5—6,8 текс рекомендуется вырабатывать из ровницы  в два ровничных перехода. Гребенная  система прядения имеет 9—10переходов  при холстовом  питании чесальных  машин и 8—9 переходов при бесхолстовом питании.

      В кардной системе используется  три способа прядения:

       • кольцевой,

      • пневмомеханический

      • безверетенный (роторный или  аэромеханический).

       Безверетенный способ и частично  кольцевой способ используются  в аппаратной системе прядения  для производства пряжи линейной  плотности

84 текс  и больше.

      Развитие технического прогресса  в хлопкопрядении привело к  созданию различного типа прядильных  безверетенных машин с разделенными  процессами кручения и наматывания,  что позволило значительно увеличить  скорость прядения.

• Кольцевой способ предполагает получение пряжи на кольцевых прядильных машинах при использовании 6 технологических переходов при холстовом питании чесальных машин и 5 переходов при бесхолстовом питании. Пряжа кольцевого способа прядения на 15-20 % прочнее пряжи, выработанной с применением пневмомеханического способа прядения. Пряжа для трикотажного производства и ниточных изделий преимущественно вырабатывается на кольцевых машинах из-за требований к пониженной крутке.
• Пневмомеханический способ предполагает выработку пряжи на пневмомеханических прядильных машинах с использованием 5 технологических переходов при холстовом питании чесальных машин и 4 переходов при бесхолстовом. Данный способ позволяет при пониженной прочности пряжи повысить производительность труда, снизить расходы электроэнергии и увеличить съем продукции с 1 м2 производственной площади.
• Другие способы производства пряжи (роторный, аэромеханический или

др.) применяются  из соображений экономии сырья, производственных площадей, а также с учётом требований потребителя к качеству пряжи, нитей, ниточных изделий. 

     Схема производственного процесса хлопкопрядения.

3. ГРЕБНЕЧЕСАЛЬНАЯ КОМПАКТНАЯ ПРЯЖА

     По гребенной системе вырабатывается пряжа малой линейной плотности или средней, но с повышенной прочностью. Для выработки такой (гребенной) пряжи используются тонковолокнистые сорта хлопчатника. По сравнению с кардной гребенная пряжа более прочная, ровная, гладкая и чистая. Чтобы получить такую пряжу, в процесс дополнительно добавляется гребнечесальный переход. На этом переходе волокна прочесываются гребнем (гребнечесание), в результате чего из продукта вычесываются и удаляются короткие волокна (очес). Лента, выходящая в гребнечесальной машины, состоит из длинных, ровных, хорошо распрямленных волокон, и поэтому пряжа получается высокого качества. 

     Для того чтобы процесс гребнечесания  проходил без излишней потери длинных  волокон и их повреждения, последние  должны быть достаточно распрямлены, а  продукт, поступающий на машину - равномерным. Поэтому лента с кардочесальных машин проходит дополнительно две  подготовительные операции: соединение в холстики по 16-20 лент и вытягивание (утонение) холстиков. 

     Гребенная система имеет последовательность переработки, представленную в ниже приведенной таблице1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Таблица1

Последовательность  переработки гребенной системы 

     Гребнечесальные машины для хлопка 

     Качество  гребенной пряжи, из которой изготавливают  прочные, тонкие, изящные ткани, должно отвечать самым высоким стандартам. Высококачественная пряжа и ниточные изделия могут быть выработаны только с применением высококлассных гребнечесальных  машин. В последнее время для  получения специальных тканей технического назначения, там где требуется  повышенная прочность, чистота и  равномерность свойств изделий, также широко применяется процесс  гребнечесания.

      Одновременно с повышением требований к качеству гребенной пряжи постоянно  совершенствуются конструкции гребнечесальных  машин. Специалисты текстильных  предприятий хорошо знают гребнечесальные  машины, выпускающиеся фирмами Rieter, Marzoli, Vouk, Hara, Howa, Toyoda, Lakshmi, Textima, Whitin, Plat и  др. В настоящее время особой популярностью  в России и в мире пользуются машины фирм Rieter, Marzoli, Vouk. Фирма Rieter является лидером  в производстве этих машин. На ИТМА 2004 эта компания представила новую  гребнечесальную машину Rieter Е 72. Элементы конструкции тисочного механизма  были разработаны с помощью компьютерной технологии. Тщательно расчитанная  с помощью компьютерной техники  кинематика взаимодействия рабочих  органов позволила достичь 400 циклов гребнечесания в мин. При этом тиски в процессе чесания подводят зажатую бородку на минимальное  расстояние к гребенному сегменту.

     Весь  процесс гребнечесания контролируется компьютером.

     На  данной машине перерабатывается хлопок с длиной волокна более 27 мм. Гребенные  сегменты типа Primacomb 5014 и 7015 обеспечивают эффективное прочесывание подаваемой порции бородки, причем величина питания  может изменяться от 4,3 до 5,9 мм. Верхний  гребень в зависимости от ассортимента может иметь плотность игл на 1 см — 26 или 30. Машина имеет централизованную систему удаления гребенного очеса.

     Характерной особенностью этой машины является пневматическое соединение концов дорабатываемого  и нового холстиков, автоматическая заправка холстиков и транспортировка  пустых цилиндров к лентосоединительной  машине. Максимальная масса холстика — 25 кг при его ширине 300 мм и диаметре 650 мм. Общее число сложений на машине — 8.

     На  гребнечесальной машине Cm 500 фирмы Marzoli качество выпускаемой гребенной  ленты полностью контролируется. На данной машине применен высокоэффективный  тисочный зажим, а гребенные сегменты и самоочищающийся верхний гребень  обеспечивают оптимальные условия  гребнечесания. За работой гребенных  сегментов ведется постоянный контроль, к тому же сегменты постоянно очищаются. Гребенной очес и пыль могут удаляться  как в централизованную систему  удаления отходов, так и в специальную  фильтр-камеру. На машине предусмотрена  панель для оператора, облегчающая  контроль технологического процесса и  уход за машиной.

     Тисочный  механизм выполнен из сплавов алюминия и имеет облегченную конструкцию, однако тиски обеспечивают надежный зажим холстика в период гребнечесания. На машине применена новая кинематика тисочного механизма, при этом значительно  уменьшена скорость закрытия губок  тисков. Холстик зажимается равномерно по всей длине тисков.

     Очистка верхнего гребня, имеющего плотность 26 игл/см, осуществляется сжатым воздухом, что исключает необходимость  ухода за ним со стороны оператора. Периодичность чистки программируется  на пульте.

     Гребенной сегмент может иметь 4 или 5 секторов. Гребенной сегмент с 4-мя секторами  и рабочим углом 90° используется, если необходимо иметь процент гребенного очеса до 16%. Для более ответственного ассортимента, в случае, когда запланировано 16 и более процентов гребенного очеса следует применять гребенной  сегмент с 5 секторами и рабочим углом 112°. Секторы сегмента могут иметь различный набор игл или зубьев, отличающихся по высоте, толщине и плотности гарнитуры. При этом цвет сектора характеризует его набор. Набор секторов может обеспечить требуемое качество гребенного прочеса для различного ассортимента изделий. Секторы гребенного сегмента можно легко поменять. Причем в случае поломки поменять можно не весь гребенной сегмент, а лишь тот сектор, что поврежден. Время очистки гребенного сегмента задается с пульта управления. Здесь же отражаются все дефекты по каждому гребенному выпуску. Электронная панель для оператора облегчает контроль технологического процесса и уход за машиной.

     Для улучшения качества гребенной ленты  из прочеса применен вытяжной прибор системы 3Ч4. Нагрузка на каждый валик  пневматическая — от 40 до 80 кг, при этом пыль и пух из зоны вытягивания удаляются непрерывно с помощью системы пневматики. Контроль качества гребенной ленты осуществляется с помощью датчика в зоне выпускных цилиндров.

     Электродвигатель  имеет регулируемый привод, обеспечивающий эффективность процесса гребнечесания  и экономию электроэнергии. Детали привода рабочих органов выполнены  с расчетом на высокую скорость выпуска  машины. Весь привод работает в закрытой масляной ванне, что обеспечивает высокие  скоростные параметры машины. Причем число циклов гребнечесания в  минуту может достигать 400. Холстики могут транспортироваться как на специальных тележках, рассчитанных на 4 холстика, так и по навесному  конвейеру. Кроме этого может  быть предусмотрен специальный робот, перемещающийся по рельсам, находящимся  сверху гребнечесальных машин. Он осуществляет автоматическую транспортировку 4 или 8 холстиков с холстоформирующей  машины без вмешательства оператора. Одна холстоформирующая машина типа LW1 работает на 8 гребнечесальных машин. Основные технические характеристики работы машин приведены в таблица 3 
 

     Таблица 3

     Основные  технические характеристики работы машин.