Разработка технологии производства пряжи с использованием верблюжьей шерсти для получения высококачественных трикотажных изделий

Шерстяная промышленность является одной из важнейших отраслей текстильной промышленности как в Монголии, так и во всем мире. На предприятиях шерстяной промышленности изготавливают шерстяные и полушерстяные ткани, а также изделия технического назначения, одеяла, ковры, пледы, пряжу для трикотажного производства и войлочные изделия (валенки, войлок и т. д.). Предметом труда в шерстяной промышленности в основном является овечья шерсть и химические волокна. Кроме этого, шерстяная промышленность перерабатывает козью, верблюжью шерсть и шерсть других животных. В Монголии перерабатывается верблюжья шерсть, козий пух для пряжи трикотажного производства, ячья и овечья шерсть используется лш. коврового и валяльно-войлочного производства.

По гигиеническим и теплозащитным свойствам с шерстью несравнимо ни одно натуральное и химическое волокно [1].

Основными показателями свойств шерсти являются ее линейная плотность, длина, количество посторонних примесей и степень дефектности. Результирующим показателем шерсти является ее прядильная способность [2].

От перерабатываемого сырья, его качества и состояния зависят организация производства, характер технологического процесса, число переходов, система применяемого оборудования и качество продукции [3,4].

Как утверждают авторы [5, 6], из-за неправильной стрижки и ухода за скотом качество шерсти снижается, она теряет свою прочность и упругость, появляются короткие волокна, которые снижают среднюю длину и тонину волокна, а в связи с засоренностью шерсти растительными и минеральными примесями уменьшается выход пряжи, повышается обрывность в прядении, что приводит к снижению производительности оборудования и прядильной способности шерсти. Натуральная шерсть в зависимости от ее качества и физико-механических особенностей находит применение для производства определенных видов продукции: тканей, трикотажных изделий, ковров, валяльновойлочных изделий и т. д. Для удовлетворения потребности в исходном сырье и удешевления смеси предусматривается полное использование отходов собственного производства, а планируемый выпуск продукции обеспечивается сырьем, основные свойства которого стандартизированы, что облегчает выбор его для выпуска кондиционной пряжи и изделий из нее [7−10].

Процессы переработки шерсти в пряжу, ткань и другие изделия весьма многообразны. Шерсть, полученная даже от животных одной породы, неоднородна по тонине и длине волокон. После линьки и стрижки шерсть очень загрязнена жиропотом, различными растительными, землистыми и минеральными примесями, поэтому до отправки на прядильную фабрику или цех шерсть подвергают первичной обработке, которая заключается в сортировке, разрыхлении, промывке и сушке. После этого мытую шерсть направляют в прядильное производство. Из массы таких волокон, расположенных беспорядочно, необходимо получить пряжу, состоящую из параллельно расположенных, распрямленных волокон, соединенных между собой путем скручивания. Эта пряжа должна быть пригодной для получения из нее тканей и трикотажных изделий, она должна обладать определенными заранее заданными свойствами: линейной плотностью, растяжимостью и равномерностью по длине и тонине [11 — 13].

По утверждению авторов [14 — 16], в зависимости от линейной плотности и назначения пряжи, а также видов перерабатываемого волокна и его параметров в прядильном производстве применяются машины различных типов и различные способы осуществления технологических процессов.

При любом способе прядения пряжу получают из массы волокон после ряда сложных операций, из которых некоторые являются общими для всех способов прядения [17, 18].

После предварительной обработки смесь направляют на чесальные аппараты, где волокнистый материал под действием рабочих органов, покрытых игольчатой или пильчатой лентой, превращается в тонкий волокнистый прочес. В прочесе волокна разъединены, частично распрямлены и ориентированы в одном направлении [19].

По подтверждению источников [20 — 23] способы получения ровницы определяют способы прядения. Пряжа, выработанная по тому или иному способу, поступает далее в ткацкое или трикотажное производство.

В целях наиболее полного удовлетворения запросов в тканях и трикотажных изделиях, выпускаемых шерстяной отраслью, старые предприятия подвергаются коренной реконструкции с полной заменой морально и физически устаревшего технологического оборудования на более совершенное. Реконструкция будет проводиться на базе широкого применения высокопроизводительных пневмомеханических, роторных и самокруточных прядильных машин, комплексно-механизированных и автоматизированных линий непрерывного и малогабаритного технологического процесса.

Основное внимание уделяется улучшению использования сырья и созданию автоматизированных поточных линий, оснащенности текстильной промышленности пневмомеханическими прядильными машинами [24 — 26].

В шерстяной отрасли текстильной промышленности получило дальнейшее развитие производство тканей и трикотажных изделий с повышенными потребительскими свойствами, за счет использования высококачественных видов шерсти (козьего пуха, ангорской и верблюжьей шерсти), пряжи малой линейной плотности, специальных видов отделки (антистатической, умягчающей, малоусадочной и другие), осуществляющееся в основном за счет внедрения достижений науки и техники в производство, реконструкции, усовершенствования и технического перевооружения действующих предприятий [27, 28].

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы

диссертации. В настоящее время в Азии вновь восстанавливается и развивается шерстяное производство в легкой промышленности, которое стояло на грани банкротства и находилось в состоянии кризиса в связи со снижением потребности и ухудшением свойства изделий из шерсти животных [29].

Шерстяная отрасль является главным звеном и движущей силой легкой промышленности Монголии. Новое правительство начало принимать меры, чтобы восстановить шерстяное производство и поднять легкую промышленность вновь на ноги. В 2001 году вышел указ правительства о том, что 2001 год объявлен годом восстановления национальной промышленности, которая была разрушена, как после извержения вулкана [30].

Как описано в [31], одной из мер являлось создание новой программы «Шерсть и пух», на основании которой была оказана финансовая поддержка легкой промышленности в размере приблизительно 18 миллиардов тугриков, а также были предусмотрены и утверждены новые ГОСТы и ОСТы для корректировки технологических процессов и переработки шерсти и пуха на предприятиях. В связи с этим в 2001 году в шерстяной отрасли прибавилось 37 новых фабрик по производству шерстяных изделий. В настоящее время более 80 фабрик и комбинатов ведут свое дело. Из них 42 фабрики по первичной обработке шерсти, 37 фабрик по производству трикотажных изделий, один комбинат для производства валяльно-войлочных изделий, еще один комбинат по производству ковров и один комплексный комбинат по производству трикотажа и тканей. При этом первичная обработка шерсти и прядильное производство ведется совместно и предусмотрено увеличение использования мощности фабрик и комбинатов. Отмечено, что использование мощности фабрик и комбинатов увеличилось в первичной обработке шерсти на 20,2%, в чесании на 17,1%, в прядении на 2% и в трикотажном производстве на 10,5%.

В Монголии из верблюжьей шерсти изготавливают не только трикотажные изделия, но и одеяла и камвольные ткани. Выпускаемые из верблюжьей шерсти (трикотажные) изделия отличаются от других видов изделий из шерсти: повышенной прочностью, низкой теплопроводностью, малой пиллингуемостью. Они удобны, мягки и отвечают требованием гигиены.

Недостаток данных изделий заключается в том, что не формоустойчивы из-за малой усадки удлиняются после стирки, где происходит изменение линейных размеров, что приводит к ухудшению качественных свойств трикотажных изделий. В результате снижается конкурентоспособность изделий, как на внутреннем, так и на мировом рынке.

Как отмечают авторы [32], качество трикотажного изделия — это комплекс эксплуатационных, эстетических и гигиенических характеристик. Утрата одного из компонентов этого комплекса делает трикотаж непригодным для дальнейшего использования. Согласно условиям эксплуатации верхних трикотажных изделий из верблюжьей шерсти, показатели качества должны включать в себя: устойчивость к стирке и к растяжимости после нее. Повышение этих качественных показателей изделий зависит от качества пряжи, а качество пряжи зависит от техники и технологии, начиная от начальных звеньев технологического процесса (ПОШ), физико-механических свойств выбранного и перерабатываемого сырья.

Поэтому диссертационная работа посвящена актуальной проблеме изучения и развития направления, связанного с повышением потребительских свойств трикотажных изделий, вырабатываемых из пряжи с содержанием верблюжьей и овечьей шерсти.

Цель работы заключается в разработке технологии производства пряжи с использованием верблюжьей шерсти для получения высококачественных трикотажных изделий.

Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:

1. Усовершенствована промывная барка, на основе изучения движения волокнистого пучка в промывной барке с учетом теории фильтрации при гидродинамической обработке шерсти для эффективной промывки и очистки волокнистого материала от сорных, минеральных примесей и жира.

2. Разработана математическая модель процесса промывки шерсти с усовершенствованной моечной баркой, в которой с помощью колосниковых устройств, взаимодействующих с волокнистым пучком, за счет движения грабельного механизма происходит интенсивная промывка и очистка шерсти.

3. Разработана методика расчета скоростей и давления при взаимодействии волокнистого материала с рабочими парами чесальной машины и получены значения проекций ударной волны с учетом внутренней аэродинамики с целью тщательного и интенсивного отделения и выпада грубых волокон из перерабатываемого сырья в процессе обезволашивания шерсти.

4. Составлена смесь верблюжьей шерсти с другими видами шерсти для получения высококачественной аппаратной пряжи и изделий из верблюжьей шерсти.

Объекты и методы исследования. Задачи, поставленные в данной работе, решались как теоретически, так и экспериментально. В теоретических исследованиях применены методы интегрального и дифференциального исчислений, векторного анализа, дифференциальной, аналитической и начертательной геометрии, текстильного материаловедения, сопротивления материалов, методы теоретической механики и теории упругости.

В работе представлена математическая модель процесса мойки шерсти в усовершенствованной моечной барке. В условиях производства корпорации «GOBI» экспериментально получены данные о содержании минеральных и сорных примесей, а также жира в шерстяной массе при обработке двумя способами: классическим и предложенным.

Основные теории, использованные и полученные в работе, подвергались экспериментальной проверке в лабораторных и производственных условиях с применением современной измерительной аппаратуры. Обработка результатов эксперимента выполнена на основе методов математической статистики на ПЭВМ. Оценка точности прямых и косвенных измерений осуществлялась в соответствии с положениями метрологии. В исследованиях использованы верблюжья, овечья шерсть, козий пух, перерабатываемые на комбинате «GOBI» (Монголия).

При выполнении экспериментальных работ применены современные измерительные приборы:

1. «USTER FL 100», «USTER AL 100» — для определения длины волокна шерсти (Италия).

2. Электронный микроскоп «USTER OFDA 100» — для определения тонины волокна шерсти (Италия).

3. Прибор KJIA — 2 — для определения неровноты и пороков пряжи (Россия).

4. Разрывная машина РМ -3 — 1 — для определения разрывной нагрузки и удлинения однониточной и крученой пряжи (Россия).

Показатели физико-механических свойств шерсти и пряжи определялись по существующим стандартным методикам.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие результаты, представляющие научную новизну:

— теоретически определено изменение остаточного промывочного раствора, проходящего вдоль сечения волокнистого пучка, под действием гидродинамических сил в технологическом процессе промывки шерсти;

— экспериментально доказана целесообразность применения усовершенствованной моечной барки, где между грабельным механизмом и ложным дном установлен ряд полых цилиндров в виде колосника для эффективной промывки и очистки шерсти от жира, сорных и минеральных примесей, за счет ударного и постоянного колебательного воздействия на пучки;

— теоретически определена зона интенсивного отделения и выпада сорных частиц и грубых волокон при взаимодействии с рабочими парами чесальной машинытеоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность выбора компонентов в смеси для производства пряжи с использованием верблюжьей шерсти, что приводит к снижению стоимости сырья, улучшению формоустойчивости после стирки и внешнего вида трикотажных изделий.

Практическая ценность работы. Полученные теоретические и экспериментальные результаты выполненной работы могут быть непосредственно использованы при создании новых и совершенствовании существующих технологий в шерстопрядильном производстве.

Комплексное проектирование смеси и технологические средства по получению высококачественной пряжи позволили существенно повысить качество и внешний вид трикотажных изделий. Кроме того, предложенная смесь позволяет значительно снизить себестоимость продукции за счет введения более дешевой овечьей шерсти.

Следовательно, можно ожидать увеличения объема производства высококачественной пряжи и трикотажных изделий, роста конкурентоспособности их на рынке.

Реализация результатов работы. Промышленная реализация результатов работы диссертации осуществлена в корпорации «GOBI» (Монголия).

Усовершенствование моечной барки позволило увеличить эффективность промывки и очистки шерсти от сорных, минеральных примесей и жира, повысить качество шерстяной смеси за счет улучшения ее структурных показателей.

Выбранное сырье для смешивания с верблюжьей шерстью позволило улучшить качество пряжи, уменьшить растяжимость трикотажных изделий, снизить себестоимость продукции, при этом обеспечить рост конкурентоспособности данной текстильной продукции на рынке.

Апробация работы. Результаты исследований и основные материалы диссертации доложены, обсуждены и получили одобрение на:

— межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск — 2002 г., 2004 г.), Иваново, ИГТА;

— международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс — 2002 г.), Иваново, ИГТА;

— международной научно-технической конференции «Перспективы использования компьютерных технологий в текстильной и легкой промышленности» (Пиктел — 2003 г.), Иваново, ИГТА;

— расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов Ивановской государственной текстильной академии (г. Иваново, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ, из них 3 статьи в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», 1 патент на полезную модель и тезисы докладов четырех конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка литературы, включающего 126 наименований, изложена на 163 страницах машинописного текста, включает в себя 57 рисунков, 47 таблиц и 4 приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. На основе изучения движения волокнистого пучка в промывной барке и взаимодействия его с концентрированным раствором синтетических моющих средств с учетом теории фильтрации при гидродинамических условиях обработки шерсти усовершенствована моечная барка для более эффективной промывки и очистки шерсти от сорных, растительных примесей и жира. В отличие от традиционной конструкции предложено установить ряд полых цилиндров между грабельным механизмом и ложным дном (патент РФ на полезную модель № 36 834).

2. Выполнено математическое моделирование процесса промывки шерсти с помощью колосниковых устройств, взаимодействующих с элементами волокнистых пучков за счет грабельного механизма, где происходит эффективная промывка и очистка волокнистой смеси путем ударного и постоянного колебательного воздействия на пучки в процессе их движения в промывной барке.

3. Для процесса обезволашивания шерсти разработана методика расчета параметров взаимодействия воздушно-волокнистой смеси с рабочими органами, получены значения проекций ударной волны с учетом внутренней аэродинамики и определена зона интенсивного отделения и выпада сорных частиц, а также грубых волокон при взаимодействии рабочих органов в чесальной машине.

4. В результате производственных испытаний установлено, что при использовании усовершенствованной моечной барки содержание сорных, растительных примесей и жира в шерстяной массе уменьшилось на 15% по сравнению с классическим способом промывки шерсти. После процесса обезволашивания шерсти количество грубых волокон в ней сократилось с 30% до 5%, при этом в отходах содержание пуховых волокон уменьшилось с 15% до 10%.

5. Согласно расчету прядильной способности смеси и резерва выявлено, что для получения высококачественной смесовой верблюжьей пряжи малой линейной плотности нецелесообразно добавление козьего пуха, а для получения пряжи высокой линейной плотности — овечьей шерсти.

6. На основе расчета выявлено, что для снижения стоимости изделия из чистошерстяной пряжи к верблюжьей шерсти рекомендуется добавлять овечью шерсть. Стоимость смеси верблюжьей и овечьей шерсти почти в 3 раза ниже, чем смесь верблюжьей шерсти с козьим пухом, и на 15,5% ниже, чем стоимость 100% верблюжьей шерсти, при этом сохраняются качественные показатели изделий.

7. Теоретические расчеты подтверждены экспериментальными исследованиями. При исследовании аппаратной верблюжьей пряжи выявлено, что с повышением линейной плотности и во влажном состоянии разрывная нагрузка и удлинение пряжи увеличиваются в 2 раза, по сравнению с нормальным состоянием. Следовательно, после стирки трикотажные изделия из пряжи, выработанной из 100%-ной верблюжьей шерсти, в большей степени склонны к растяжимости, чем к усадке.

8. Исследования по определению разрывной нагрузки и удлинения аппаратной пряжи из выбранных компонентов сырья в различных состояниях показали, что вложение в смесь менее 70% верблюжьей шерсти приводит к усадке, а более — к увеличению размеров трикотажных изделий после стирки. Верблюжья и овечья шерсть в смеси восполняет недостающие свойства друг друга больше, чем смесь верблюжьей шерсти с козьим пухом. Это доказано и тем, что на исследуемом трикотажном образце из смешанной пряжи (верблюжья шерсть с овечьей шерстью) по сравнению с другими образцами после стирки изменений линейных размеров не происходило.

9. Для выпуска формоустойчивых после стирки и более экономически выгодных трикотажных изделий рекомендуется использовать пряжу из верблюжьей шерсти (около 70%) и овечьей шерсти.

10. Все исследования, полученные экспериментальные данные и расчет стоимости сырья для выбора компонента смеси с верблюжьей шерстью проведены в соответствии с методами составления смесок, со стандартами и техническими требованиями корпорации «GOBI» (Монголия).