Производство меланжевой пряжи

СОДЕРЖАНИЕ

1. Литературный обзор

1.1 Общая характеристика меланжевого производства

1.2 Новые способы получения меланжевых пряж

1.3 Новые способы смешивания

1.4 Проектирование и оценка качества меланжевых пряж и процессов их производства

Выводы по разделу

2. Технологическая часть

2.1 Технологическая часть по производству хлопчатобумажной пряжи

2.1.1 Основные показатели физико-механических свойств суровой хлопчатобумажной пряжи

2.1.2 Сырье для выработки пряжи

2.1.3 Составление плана прядения и выбор оборудования

2.1.3.1 Составление плана прядения

2.1.3.2 Выбор оборудования и его характеристика

2.1.4 Составление таблицы выходов полуфабрикатов и пряжи и расчет коэффициента загона

2.1.5 Расчет количества смеси, полуфабрикатов и пряжи, вырабатываемых в 1 час

2.1.6 Расчет количества машин по всем переходам

2.2 Технологическая часть по производству меланжевой хлопкополиэфирной пряжи

2.2.1 Основные показатели физико-механических свойств меланжевой хлопкополиэфирной пряжи

2.2.2 Сырье для выработки пряжи

2.1.3 Составление плана прядения и выбор оборудования

2.1.3.1 Составление плана прядения

2.1.3.2 Выбор оборудования и его характеристика

2.1.4 Составление таблицы выходов полуфабрикатов и пряжи и расчет коэффициента загона

2.1.5 Расчет количества смеси, полуфабрикатов и пряжи, вырабатываемых в 1 час

2.1.6 Расчет количества машин по всем переходам

Выводы по разделу 2

3. Исследовательская часть

3.1 Исследование влияния состава меланжевой пряжи на её физико-механические свойства

3.2 Сравнительный анализ методик определения неровноты смешанных пряж

3.3 Оптимизация процесса формирования меланжевой пряжи пневмомеханическим способом прядения

3.3.1.Обоснование выбора влияющих факторов

3.3.2 Обработка данных

3.3.3 Оценка значимости коэффициентов регрессии

3.3.4 Описание моделей

Выводы по разделу 3

4. Опытная проработка

Выводы по разделу 4

1. Литературный обзор

1.1 Общая характеристика меланжевого производства

Меланжевое производство - процесс изготовления ткани из пряжи, вырабатываемой из смеси разнородных и разноцветных волокон. Различное процентное содержание сурового и окрашенного волокна в смеси дает широкую гамму цвета, которую нельзя получить при крашении. Из двух и более компонентов различных цветов можно получить пряжу новых цветов, интересных и оригинальных.

Ассортимент пряжи, используемой в меланжевом производстве, очень разнообразен. В качестве основы; используют крученую пряжу в два сложения. Уточная пряжа может быть одиночной и крученной.

Диапазон линейных плотностей вырабатываемой пряжи очень большой -- от 15,4 до 100 текс.

В меланжевом производстве используют пряжу кардного прядения следующих разновидностей:

1 меланжевая, состоящая из волокон разного цвета;

2 цветная, полученная из окрашенного в один цвет хлопкового волокна;

3 крашенная, полученная при крашении суровой пряжи;

4 суровая, полученная из сурового хлопкового волокна;

5 «жаспе», полученная из двух ровниц разного цвета;

6 крученая простой или фасонной крутки, полученная скручиванием двух нитей: меланжевой с цветной или суровой, а тают скручиванием нитей различной плотности.

Сырьем для меланжевого производства служит хлопковое волокно (основной компонент), различные отходы хлопчатобумажной промышленности, химическое волокно. Наиболее пригодным для меланжевого производства является волокно 5-го и 6-го типов отборного и первого сортов как наиболее зрелое и наименее засоренное. Для выработки пряжи линейной плотности 50-60 текс рекомендуется использовать хлопковое волокно 7-го типа первого и второго сортов.

Широко используются химические штапельные волокна: вискозные, лавсановые, нитроновые, капроновые. Количество химических волокон в меланжевых сортировках возросло до 20-30%. Химическая лаборатория строго контролирует количественное содержание химических волокон в пряже, так как это влияет на ее качество и себестоимость.

Меланжирование осуществляется на всех переходах прядильного производства и различными способами. Меланжирование делится на простое и сложное (см.схему 1).

Меланжирование называют простым, когда смешивание волокон различною цветка осуществляется один раз на одном каком-либо переходе прядильною производства.

Для получения сложных меланжей с большим количеством цветов производят комбинированное меланжирование, т.е. сочетают два и более способа простого.

Простое меланжирование подразделяется на

1. Смешивание волокнами:

- в лабазах;

- на решетке агрегата;

- в смешивающей машине;

- в питателях-смесителях;

- на однопроцессной трепальной машине.

2.Смешивание полуфабрикатами:

холстами (на однопроцессной трепальной машине, на холстовой трепальной машине, на чесальной машине);

лентами (на чесальной машине, на ленточной машине, на лентосоединительной машине);

ровницами (на ровничной машине, на прядильной машине).

На меланжевых комбинатах в основном применяют простое меланжирование, которое обеспечивает получение пряжи дешевой, но достаточно хорошего качества.

Особенности меланжевого производства:

- эмульсирование волокна после крашения и увлажнение химических волокон при введении их в смесь;

- большая вместимость лабазов механизированных или немеханизированных для смешивания компонентов смеси и перемешивания партий крашеного волокна в больших объёмах:

- использование трепальных машин с игольчатым трепалом, разрабатывающим зажгученные волокна, что позволяет улучшать структуру холста;

- в 2-3 раза большее количестве чесальных машин, чем при переработке сурового хлопкового волокна при одинаковом объеме выпуска пряжи;

- использование лентосоединительных машин на 20 сложений лент при полуторном и двойном прочесах:

- использование трех переходов ленточных машин при меланжировании лентами;

- повышение освещения в цехах на 10-20%, так как перерабатывается
крашенное волокно;

- необходимость окрашивать детали машин для облегчения наблюдения за ровницей и пряжей.

Меланжирование

. Простое . . сложное .

. волокнами .

Холстами лентами ровницей

На чесальной машине

В лабазах
на решётке агрегата
на однопроцесных трепальных машинах
на холстовой трепальной машине
на ленточной машине
на лентосоединительной машине
на ровничной мешине
на прядильной машине

Рисунок 1.1 Способы меланжирования.

1.2 Новые способы получения меланжевых пряж

Существует большое количество способов получения меланжевых пряж. Многие из них разработаны давно и широко применяются на текстильных предприятиях. Также имеется много новых способов, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки и, возможно, требуют доработки и дальнейшего изучения.

Согласно предлагаемому зарубежными исследователями способу, получают пряжу, цвет которой изменяется по ее длине. Для получения такой пряжи используют несколько кип волокна, окрашенного в несколько выбранных цветов. С применением электронных весов отвешивают порции волокон равной массы, например 200 грамм. Каждую порцию составляют волокна разного цвета при разном содержании их в каждой порции. Например, для получения оттенков серого цвета от белого до черного в последовательные порции массой 200 грамм к бельм волокнам добавляют соответственно 5, 10, 15 и т.д. грамм черных волокон. Взвешенные порции укладывают вручную в открытые камеры, установленные перед чесальной машиной со стороны ее питания. Порции волокон последовательно подают в чесальную машину, на выходе которой получают волокнистую ленту или ровницу; наматываемую в бобины. Далее лента перерабатывается на прядильной мотальной и крутильной машинах.

Также была предложена меланжевая пряжа линейной плотности 100 текс и выше из коротких волокон, которая получается на кольцевой или иной прядильной машине из разноокрашенной волокнистой ленты. Многоцветный эффект пряжи является результатом наличия по всей длине пряжи участков различного цвета длиной 10 - 100 метров. Кроме того, между этими участками пряжа имеет промежуточные зоны длиной 10см-1м. Каждая промежуточная зона пряжи состоит из волокон, окраска которых постепенно переходит от цвета предыдущего окрашенного участка пряжи к цвету последующего её участка. Дня получения пряжи с цветным эффектом.

Применяется волокнистая лента линейной плотности 5 ктекс из волокон длиной 40мм Т=0,15текс. На ленте способом печатания образуются отдельные участки различною извета длиной от 1 до нескольких десятков сантиметров. Возможно наличие между некоторыми окрашенными участками волокнистой ленты белых неокрашенных участков. Приводится описание устройства для нанесения различной окраски на одинаковые по длине или разные по длине участки волокнистой ленты.

Зарубежными учеными были проведены исследования способа смешивания волокон и стадии процесса, на котором производится смешивание, на свойства меланжевой пряжи. Окрашенное и суровое волокно различной степени разрыхления и очистки смешивали па машинах РТА и ленточных машинах. Наряду со свойствами вырабатываемой пряжи оценивали степень повреждения волокон и равномерность их распределения. Показано, что раздельная обработка суровых и окрашенных волокон на машинах РТА и чесальных машинах позволяет получать более равномерную пряжу с меньшим содержанием пороков. Минимальное число воздействий на суровое волокно при смешивании его с окрашенным волокном на ленточных машинах обеспечивает повышение прочности пряжи. Смешивание на машинах РТА обеспечивает большую равномерность цветовых оттенков в пряже. Смешивание на ленточных машинах можно использовать при выработке фасонной меланжевой пряжи.

Приведены сведения о различных зарубежных фирмах, занимающихся выпуском пряжи для ткацкого и трикотажного производства. Одна из них фирма «Конгкиат» (Таиланд).

Конгкиат - одна из самых известных в мире фабрик по производству меланжевой пряжи. Предприятие производит в год 4800 тонн окрашенной в клочках пряжи по современной технологии пневмомеханического прядения. Сегодня здесь работает 8 машин типа Автокоро 288 с 240 прядильными местами каждая. Машины оборудованы оптическими системами контроля качества пряжи Королаб и выпускает готовую к продаже пряжу для ткацкого и трикотажного производства

Поскольку дальнейшая переработка пряжи происходит в различных процессах, то машины оснащены устройствами для парафинирования и выпускают пряжу на конических паковках, максимальный диаметр которых составляет 254 мм.

Материал для Автокоро проходит подготовку в большом предпрядильном цехе, работающем как по традиционной, так и по современной технологии. Для переработки используются различные сорта хлопка в комбинации с окрашенными волокнами, чтобы получить двухцветную, многоцветную, а также окрашенную в светлые тона пряжу. Достижение максимально возможной гибкости прядильных машин - это требование было наиважнейшим с самого начала деятельности фирмы Kongkiat, так как предусматривалось производство мелких партий пряжи из самых различных материалов в широком диапазоне линейных плотностей, с различной длиной нити на паковке и различного цвета.

Различные соотношения смеси, различные значения крутки и эффекты могут быть реализованы быстро и просто, чтобы точно выполнить все пожелания клиентов и произвести пряжу для выпуска новых изделий.

Обычно линейная плотность производимой на Автокоро пряжи лежит в диапазоне 15-30 текс. Но по желанию клиента может выпускаться и более грубая пряжа до 85 текс, а если необходимо, то может выпускаться крученая пряжа всех видов.

При производстве пряжи линейной плотности 20 текс качество хотя и стоит на переднем плане, но производительность является наиболее важным критерием. Так, при переработке окрашенного хлопка даже при величине крутки. К=730кр/м достигается превосходная стабильность прядения. Качество пряжи при прочности 123сН/текс и удлинении 4,9 % оценивается как первоклассное, Применение выпускной воронки KS R4 целесообразно при выпуске пряжи дня трикотажного производства.

Путем выбора пригодных элементов прядильной системы можно в любое время легко варьировать выпуск пряжи без длительного времени переналадки машины. Важнейшие нитенаправляющие и влияющие на качество пряжи элементы, такие как роторы, адаптеры, расчесывающие барабанчики, выпускные воронки и устройства Torque Stop могут быть сняты и установлены без применения инструмента и на работающей машине. Таким образом, несмотря на небольшие размеры партий и их большое разнообразие простоя не возникает.

Таблица 1.1 - Виды вырабатываемых пряж

Вид пряжи	Вид волокна	Процентное содержание
1	2	3
хлопчатобумажная	хлопок	100%
фасонная	хлопок	100%
«фламме»	хлопок	100%
хлопкополиэфирная	хлопок полиэфир	60% 40%
хлопкополиакрильная	хлопок полиакрил	50% 50%
хлопкополиакрильная	Хлопок Полиакрил (микроволокно)	50% 50%
хлопкополиэфирная	Хлопок Полиэфир (цветной)	95 - 99% 1 - 5%
хлоплополиакрильная	Хлопок Полиакрил (цветной)	95 - 99% 1 - 5%
хлопковискозная	хлопок Вискоза (цветная)	95 - 99% 1 - 5%

Таблица 1.2 - Заправочные параметры прядильной машины Автокоро 288

Материал	100% хлопок (до 90% окрашен)
Линейная плотность	Текс (Nm, Ne)	20 (50, 30)
Ротор	тип	K230D
Частота вращения ротора	об/мин	120000
Расчесывающий барабанчик	тип	B174DN
Частота вращения	об/мин	8300
Выпускная воронка	тип	KSR4
Скорость выпуска	м/мин	128
Эффективная производительность	г/пр. м. час	154

Таблица 1.3 - Физико-механические свойства пряжи

Материал	100 хлопок (до 90% окрашен)
Линейная плотность	Текс (Nm, Ne)	20 (50, 30)
Прочность пряжи Удлинение пряжи Неровнота пряжи Коэффициент крутки	сН/текс, % CV% Кр/м	12,3 4,9 14,8 130/4,3
Пороки пряжи: - утонения -утолщения -шишки	1м 1м 1м	17 70 73
Ворсистость пряжи	индекс Н %	4

Машины Автокоро оборудованы системой контроля качества пряжи Королаб фирмы Шлафхорст, которая гарантирует, что на паковку попадает только пряжа безупречного качества.

Автокоро на прядильной фабрике частично оборудованы устройствами фирмы Амслер для производства фасонной пряжи, которые позволяют выпускать пряжу с узелками и «фламме». 100-процентная воспроизводимость эффектов гарантируется микропроцессорной системой управления. Могут производиться паковки, как с заданной длинной нити, так и определенного диаметра. Тем самым формат паковок может быть оптимально согласован с процессом последующей переработки пряжи.

На выбор имеется более 500 цветовых кодов, определяемых в соответствии с пожеланиями клиентов. Дополнительно по представленному образцу в собственной лаборатории может быть составлена и включена в коллекцию почти любая новая окраска.

Пряжа фирмы Kongkiat используется в области круглого вязания для производства спортивной одежды футболок и нижнего белья, а также перчаток и блузок. В области плоского вязания выпускается в основном пуловеры. Ткани из этой пряжи используются для пошива костюмов, мужских сорочек, блузок, джинсовых и декоративных изделий.

Фирма недавно прошла сертификацию по стандарту ISO 9002 и выполняет высокие требования к качеству, в том числе такие, как, например, квалифицированное обслуживание машин и сопровождение материала от волокна до пряжи. Проверки измерительных средств и средств контроля качества пряжи также производится в соответствии с этим стандартом. Лаборатория оснащена современным оборудованием для испытания сырья и пряжи.

Непрерывный контроль качества и производительности всей установки Автокоро осуществляется электронной системой регистрации данных Центральный Информатор WinCL. Эта система обменивается информацией с каждой системой Реформатор отдельных машин и накапливает в банке данных информацию по каждой машине. Таким образом, вся информация доступна в любое время. А обращение к более старым данным партий наиболее важно при переработке мелких партий с различными параметрами настройки, с тем чтобы иметь возможность предложить покупателям пряжу с требуемыми характеристиками.

Автокоро 288, работающие на фирме Kongkiat убеждают высокой универсальностью прядильной камеры в отношении используемого материала, линейной плотности пряжи и формата паковок, отличным качеством пряжи для ткацкого и трикотажного производства, а также фасонной пряжи, возможности обеспечения качества за счет систем Королаб и WinCL. Пряжа из смеси хлопковых и полиэфирных волокон вырабатывается из смеси средневолокнистого хлопка и полиэфирных волокон линейной плотности 1-1,7 текс со средней длиной 35-40мм. Полиэфирные волокна в пряже составляют 1-10% от массы хлопковых волокон. При этом хлопковые или полиэфирные волокна могут быть белыми или цветными. Метрический коэффициент крутки пряжи может составлять 75-100. Предлагаемая пряжа обладает высокой разрывной нагрузкой, по внешнему виду она напоминает фасонную пряжу и может быть одноцветной или многоцветной. Полиэфирные волокна в процессе формирования пряжи, особенно в процессе вытягивания, укладываются равномерно, благодаря чему пряжа приобретает периодическую ворсистость.

Разработанная кафедрой МГВМ МГТУ им. Косыгина технология производства фасонной меланжевой пряжи позволяет выработать одиночную пряжу пневмомеханического прядения с различными эффектами по линейной плотности цвету или их совокупности. На разработанном одновыпускном стенде пневмомеханического прядения с установленным на нем прядильным устройством с электронной системой управления проведен активный эксперимент по выработке одиночной пряжи с эффектом полного плавного перехода от одного цвета к другому на различных длинах волн. Хлопчатобумажная пряжа линейной плотности 42 текс вырабатывалась из двух цветных лент линейной плотностью 3,5 ктекс. Проведенная оптимизация позволила определить зону оптимальной работы машины. Сравнение физико-механических свойств экспериментальной пряжи с требованиями ГОСТа показало, что в результате проведенной оптимизации найден оптимальный режим работы машины, обеспечивающий выработку одиночной хлопчатобумажной пряжи пневмомеханического прядения с меланжевым эффектом.

Одной из главных проблем является разработка нового ассортимента текстильных изделий, при производстве которых возможно максимальное использование традиционных для республики видов сырья. Получение текстильных изделий, обладающих новыми потребительскими свойствами, достигается при сочетании в составе пряжи различных натуральных и химических волокон, что позволяет использовать весь комплекс ценных свойств, присущих компонентам смесей. Существует многообразие нетрадиционных способов прядения, таких как камерный и бескамерный пневмомеханический, аэромеханический, аэродинамический способ формирования пряжи в стационарном вихре и с использованием пневмофорсунок.

В настоящее время производство меланжевых пряж и изделии из них является одним из наиболее перспективных направлений развития текстильной промышленности Особенностью разработанного на кафедре ПНХВ УО «ВГТУ» технологического процесса производства меланжевой пряжи является то, что цветная химическая лента, полученная на ленточной резально-штапелирующей машине типа ЛРШ и прошедшая несколько переходов смешивающих машин СМ-2-45, соединяется на чесальной машине с хлопковым холстом. При этом исключаются процессы разрыхления и очистки химического волокна, снижается количество его пороков за счет пороков, образующихся на разрыхлительно-очистительном агрегате, а также исключаются проблемы, возникающие при перезаправке агрегата с цветного волокна на суровое. При соединении компонентов на чесальной машине достигается хорошее качество смешивания за счет многократного сложения слоев волокон и практически исключается ручьистость возникающая при соединении компонентов лентами на ленточной машине.

При разработке новой технологии исследовались процессы кардочесания, вытягивания и кручения, что позволило внести изменения в заправочные параметры чесальных, ленточных, ровничных и прядильных машин. Кроме стандартных показателей важно было определить также специфические свойства, характеризующие качество технологического процесса получения меланжевой пряжи. Для этого была разработана специальная методика расчета градиента неровноты смешивания. Опытная партия меланжевой пряжи была выработана на ГРУПП «Гронитекс».

Сообщается об исследовании, при проведении которого на бескамерных пневмомеханических прядильных машинах модификации DREF-3 вырабатывали пряжу из хлопковых и вискозных волокон, а также из их смеси. При этом использовали хлопковые волокна разновидностей J-34 и Digvijay с близкими свойствами и вискозное волокно Т=0,22 текс длиной 51мм. Хлопковые и вискозные волокна перерабатывали на чесальной машине в ленту линейной плотности 4 ктекс. Ленту пропускали через два перехода ленточных машин и получали ленту линейной плотности 3ктекс.

На бескамерной пневмомеханической машине модификации DREF-3 эту ленту перерабатывали в пряжу структуры ядро-оболочка разной линейной плотности. Во всех вариантах одна лента пропускалась через вытяжной прибор для формирования сердечника пряжи, и пять лент обрабатывались расчесывающим барабанчиком для формирования оболочки пряжи. Исследования показали, что разрывные нагрузки и удлинения пряжи из хлопковых и вискозных волокон снижались при уменьшении линейной плотности пряжи, а для пряжи из смесей этих волокон влияние линейной плотности пряжи на разрывную нагрузку имело обратный характер. Введение 6% вискозных волокон в оболочку пряжи приводило к существенному повышению разрывной нагрузки пряжи при ее малой линейной плотности. Увеличение содержания вискозных волокон до 12% отрицательно влияло на разрывную нагрузку пряжи, любой линейной плотности. Неравномерность пряжи увеличивалась с уменьшением ее линейной плотности. Введение 12% вискозных волокон в оболочку пряжи существенно повышало неравномерность пряжи и содержание в ней пороков.

Анализ проведен для двухкомпонентной пряжи, состоящей из хлопковых и полиэфирных волокон. Приведены данные, характеризующие разницу между расчетным и действительным числом волокон в поперечном сечении пряжи, а также, влияние вида волокон на плотность упаковки, соотношение компонентов смеси и разницу их осевого расположения. Особо тщательно исследовалось распределение пучков волокон, Показано, что приведенные методы анализа могут использоваться для исследования внутренней структуры пряжи.

Также имеются результаты исследований смешанной пряжи из хлопковых и полиэфирных волокон с различным вложением компонентов полученной кольцевым и пневмомеханическим способами прядения. Хлопковое, и полиэфирное волокна перерабатывались раздельно на одном РТА фирмы Platt (Великобритания). Смешивание компонентов осуществлялось летами на ленточных машинах (3 перехода). Полученная смесовая лента подавалась затем либо на ровничную машину и далее на кольцевую прядильную машину, либо на пневмомеханическую модификации БД-200-РН. Анализ результатов исследований показал, что CV по линейной плотности с увеличением крутки снижается как у пряжи кольцевого, так и у пряжи пневмомеханического прядения, однако упряжи кольцевого прядения после прохождения критической зоны (а=60-66) он начинает возрастать. Пряжа пневмомеханического прядения по сравнению с пряжей кольцевого имеет меньший СV по разрывной нагрузке, значение которого увеличивается с ростом крутки. Оба вида пряжи имеют различные свойства, что обусловливается различным расположением волокон в сечении пряжи.

1.3 Новые способы смешивания

В зависимости от объёма перерабатываемой смеси волокон, разницы свойств компонентов, их долей в смеси, требований, предъявляемых к качеству пряжи, а также от типа установленного на прядильной фабрике оборудования могут применять разные способы смешивания.

Смешивание слоями с составлением настила заключается в том, что отдельные компоненты в виде клочков укладываются слоями в требуемом соотношении по массе и затем от всех слоёв отбирают волокно по вертикали. Составление настила компонентов и отбор от него смеси волокон на современных фабриках механизированы. Смешивание слоями применяют при изготовлении небольших партий из смесей волокон, а также при смешивании хлопкового и химических штапельных волокон, которые плохо поддаются обработке в чистом виде в процессе трепания и чесания (например, капроновое волокно). Этот метод позволяет смешивать компоненты практически в любой пропорции.

Не рекомендуется смешивать разнородные волокна на РТА, подавая их в один питатель-смеситель, так как это приводит к рассортировке волокон. Предпочтительно химические волокна вводить в смесь через отдельный питатель-смеситель с дозатором. Недостатком способа смешивания химических волокон на РТА является потеря химических волокон в виде отходов, состоящих из волокон разных видов.

Камерный метод смешивания заключается в том, что компоненты либо небольшими партиями, либо в виде предварительно разрыхлённой массы, состоящей из клочков, в определённом количестве, соответствующем рецепту смеси, поступают в камеру машины, где перемешиваются под действием движущихся органов машины. В большинстве случаев применяют непрерывную подачу компонентов в камеру машины и вывод из неё смеси.

Недостатки камерного способа смешивания те же, что и способа смешивания слоями.

Смешивание лентами осуществляется на ленточных машинах после раздельной переработки волокон в трепании и чесании. Если гребенную пряжу вырабатывают из смеси хлопкового волокна с химическими, то смешивают ленты хлопкового волокна с гребнечесальных машин, и ленты из химических штапельных волокон, полученных с ленточных машин после кардочесания. Целесообразность применения такого метода смешивания обусловлена тем, что он позволяет подготавливать волокна компонентов в режиме, соответствующем их свойствам. При этом лучше сохраняются ценные свойства химических волокон, и меньшее их количество попадает в отходы.

Особое внимание уделяется качеству смешивания при подготовке полуфабриката из крашенных волокон и смесей с небольшим вложением одного из компонентов(98% и 2%). Применяемое на большинстве текстильных предприятии смешивание волокон различных видов лентами на ленточных машинах не всегда дает желаемый эффект. Разработанная специалистами фирмы «Ритер» смешивающая машина Uniblend А80 обеспечивает точное и надежное дозирование и смешивание компонентов.

Технологическая цепочка фирмы «Ритер» предназначена для переработки хлопковых, химических волокон и их смесей. Число машин в линии зависит от объема и качества перерабатываемого волокнистого материала.

Выработанная фирмой концепция бережной очистки волокнистого материала одним разрыхлительно-очистительньм валиком позволяет обрабатывать волокно в свободном (не зажатом) состоянии, что исключает зажгучивание сырья и сохраняет его первоначальные прочность, эластичность и длину. При этом выход прядомого волокна в угары минимальный.

Эффективность разрыхления, смешивания и очистки волокна, а также пыле и пухообдувания обеспечивается за счет применения специальной гарнитуры для рабочих органов машин на всех стадиях обработки материала

Также при ограниченных производственных площадях обработке небольших партий кип или при частой смене материала целесообразно применять малогабаритные разрыхлительно-смешивающие машины с производительностью 400-600 кг/час.

В современных поточных линиях по переработке хлопка используют кипные питатели с верхним отбором волокна и с параллельно-последовательной подачей компонентов смеси. Такая подача обусловливает пространственно-временную неравномерность поступления отдельных компонентов в поточную линию, что ухудшает эффективность смешивания. Одним из наиболее экономичных путей повышения качества смешивания является оптимальная организация пространственно-временной подачи компонентов, которая определяется схемой питания поточной линии и предполагает определенное пространственное расположение кип в различных компонентов в ставке. Качество смешивания является одним из наиболее важных факторов, определяющих свойства многокомпонентных пряж. При производстве пряж из разноцветных волокон низкое качество смешивания приводит не только к повышению неровноты по физико-механическим свойствам, но и к возникновению разнооттеночности текстильных изделий. Поэтому для разработки технологии получения меланжевых пряж на одном из первых этапов необходимо разработать технологическую цепочку, обеспечивающую снижение неровноты смешивания на различных отрезках пряжи. Для этих целей на ГРУПП «Гронитекс» было наработано 9 опытных партий меланжевой хлопконитроновой пряжи, которые отличались процентным вложением нитронового волокна, способом полготовки компонентов к смешиванию, видом смешиваемых компонентов, переходом, на котором осуществляется их соединение, количеством ленточных переходов и конструкцией ленточных машин. Оценка качества смешивания осуществлялась с использованием градиента неровноты смешивания. Для его построения проведен количественный химический анализ смеси, основанный на последовательной обработке испытуемых навесок длиной от 10 до 200метров диметилформамидом с удалением нитронового волокна. Установлено, что при сложении лент на ленточной машине из-за ярко выраженной ручьистости в полуфабрикатах в процессе вытягивания создаются различные поля сил трения, что приводит к повышению неровноты каждого компонента по линейной плотности, как в полуфабрикатах, так и в пряже. Наименьшая неровнота по смешиванию достигается при соединении компонентов на чесальной машине. Чесальная машина обладает высокой смешивающей способностью на уровне единичного волокна, поэтому при вытягивании чесальной ленты между волокнами различных компонентов возникает большое количество контактов, создается общее поле сил трения и снижается неровнота от вытягивания.

Исследователями предлагается способ получения пряжи из смеси натуральных и искусственных волокон. В качестве натурального волокна может использоваться шерстяное, хлопковое или льняное волокно, а в качестве искусственного волокна - целлюлоза или модальное. Соотношение в смеси между натуральными и искусственными волокнами может составлять 60:40, 70:30 или 80:20%. Линейная плотность целлюлозных волокон 0,3 текс. Оно подвергается крашению до смешивания. После смешивания волокон смесь перерабатывают в пряжу с применением традиционных технологий.

Организация SITRA (Индия) провела исследование по сравнению смешивания волокон на машинах РТА, ленточных и лентосоединительных машинах. При проведении исследования смешивали 67% полиэфирных волокон традиционного и пониженного качества и 33% хлопковых волокон. Полученную из смесей разных способов смешивания пряжу, испытывали с определением разрывной нагрузки и удлинения, равномерности и наличия сорных примесей. Показано, что при смешивании волокон на лентосоединительной машине пряжа имела наиболее высокую разрывную нагрузку и наименьшее количество сорных примесей, а также длинных толстых и тонких мест.

1.4 Проектирование и оценка качества меланжевых пряж и процессов их производства

Проектирование меланжевой пряжи представляет собой важную, но весьма трудоёмкую технологическую задачу. Поэтому перспективна разработка средств автоматизации процесса проектирования. В связи с этим созданы алгоритмы графического моделирования отрезков меланжевой пряжи и отображение их внешнего вида на экране монитора. При этом учитывались особенности строения пряжи, связанные с технологией ее выработки, заправочные параметры пряжи и вероятностный характер расположения волокон в теле пряжи. Разработаны структура автоматизированного рабочего места для проектирования меланжевой пряжи и объективные статистические критерии, позволяющие оценить распределение волокон разного цвета на поверхности пряжи. Рассмотрены примеры моделирования меланжевой пряжи, выработанной различными способами.

Исследователями в этой области анализируется возможность оптимизации выбора соответствия по цвету предварительно окрашенных волокон для их смешивания. Разработанный алгоритм предусматривает первоначальное спектрофотометрическое испытание всех отобранных цветных волокон на соответствие цвета. Если начальное спектрофотометрическое соответствие не отвечает колорометрическим требованиям, полученные данные подвергаются повторной колорометрической проверке. При этом за счет применения псевдоинверсного алгоритма отпадает необходимость ограничения числа окрашенных в разные цвета волокон.

В связи с этим был разработан алгоритм, позволяющий моделировать расположение поперечных сечений волокон в сечении пряжи. Распределение волокон в поперечном сечении пряжи оказывает существенное влияние на свойства и особенности пряжи. Задача исследования распределения волокон в поперечном сечении связана с задачей миграции волокон в объеме пряжи. Необходимо создание объективных критериев для оценки распределения волокон. Новые возможности для решения этих задач предоставляет использование современной ЭВМ. Разработанный алгоритм является удобным инструментом для сравнения различных критериев и моделирования миграции волокон.

Отмечается что многие особенности пряжи (внешний вид, поведение при переработке и окрашивании и т. д.) определяет распределение волокон в ее поперечном сечении. Неравномерность распределения разнородных волокон в смеси вызывает появление структурной неровноты продукта, оказывает отрицательное влияние на процесс вытягивания и свойства пряжи, что сказывается на внешнем виде готовых изделий. Известно много показателей для оценки неравномерности распределения разнородных волокон в тангенциальном направлении сечения пряжи и тенденции волокон к сегрегации в радиальном направлении (степени миграции).

Чрезвычайно трудно оценить различительную способность показателей экспериментальными методами из-за большой трудоемкости и сложности формирования пряжи с заданной степенью неравномерности распределения разнородных волокон. Для преодоления этого разработаны: компьютерная модель поперечного сечения пряжи с заданной степенью миграции, методы расчета различных показателей с помощью ПЭВМ, методы оценки различительной способности известных показателей. Разработанная модель позволила расположить применяемые, на практике показатели в порядке возрастания их различительной способности.

Использовались методы анализа поперечных сечений пряжи из смеси волокон. Анализ проведен на основе измерений действительных поперечных сечений пряжи при разном соотношении компонентов смеси и при использовании приведенных методов оценки. Особое внимание уделено анализу радиального распределения волокон разных компонентов и наличию пучков волокон одного компонента. Рассматриваются полученные при этом данные с учетом неровноты пряжи, расположения волокон в ней, тесности упаковки и соотношения компонентов.

Проведены исследования по определению эффективности компьютерных моделей процесса смешивания волокон в прядильном производстве. При проведении исследования использовались данные, полученные с трех разных прядильных фабрик. Исследование показало, что модель, полученная в основе целевого программирования, обеспечивала более высокую прибыль при более низких затратах. Эта модель особенно эффективна при использовании многостадийного процесса и большого числа компонентов. Эта модель основана на использовании простых формул. Однако для их получения требуется специальная структуризация данных. В ряде случаев преобразование данных вызывает трудности.

Также были проведены исследования целью, которых было получение зависимости уровня обрывности пряжи в пневмомеханическом прядении от состава смеси, т.е. установление связи обрывности с показателями физико-механических свойств волокон смеси. Переменными характеристиками в составе смеси были: средневзвешенная массодлина волокна, средневзвешенная разрывная нагрузка, коэффициент зрелости, средневзвешенное содержание пороков и сорных примесей в перерабатываемой сортировке, влажность волокна. Результаты исследования позволили получить упрощенные адекватные модели для показателей процесса с отбрасыванием незначимых факторов. Создана программа, позволяющая проводить оптимизацию смеси с помощью ЭВМ.

Актуальность работы обусловлена тем, что в условиях развивающейся рыночной экономики текстильные предприятия поставлены перед необходимостью частой смены вырабатываемого ассортимента, использованием нового ассортимента пряжи и текстильных полотен из неё. Эта проблема осложняется повышением требований к дизайну изделий, что напрямую связано с новыми колористическими решениями в области полотен. Одним из резервов в этом направлении является использование разных видов меланжевой пряжи. Из сказанного, очевидно, что проблема производства качественной меланжевой ткани может быть разделена на ряд крупных и достаточно сложных научных, технологических и производственных задач. В их числе можно выделить задачу проектирования меланжевой смеси волокон с прогнозированием получаемого внешнего вида меланжевой пряжи, выработанной из этой смеси различно окрашенных волокон.

Решение этой задачи представляет значительные трудности, так как оно связано с прогнозированием цвета получаемой смеси и проявлением разных оттенков цвета волокон в пряже. Как правило, такие задачи на комбинатах решают путем накопления в течение многих лет базы данных о выработанных артикулах пряжи и ткани, технологии их производства, применяемых красителях, вспомогательных и отделочных материалах, режимах.

Такая информация, безусловно, образует ценнейший фонд знаний по меланжевой технологии, но при проектировании производства нового ассортимента она далеко не всегда оказывается достаточной.

Другой подход заключается в выпуске пробных партий и отработке на них технологии производства. Однако это достаточно трудоемкий, дорогостоящий и длительный процесс.

Современные мощные компьютеры с большой памятью, высоким быстродействием, специальными или даже общего назначения процессорами, ориентированными на работу с графикой, цветные мониторы с высокой степенью разрешения и огромной доступной палитрой цветов (несколько миллионов оттенков), - все эти современные технические средства позволяют считать актуальной задачу создания основ автоматизированного проектирования меланжевых смесей и пряжи, вырабатываемой из меланжевых смесей.

Таким образом, целью данной работы является решение важной научно-технической задачи разработки теоретических и алгоритмических основ проектирования внешнего вида меланжевой пряжи, получаемой из смеси различно окрашенных волокон с учетом особенностей выработки и внутренней структуры пряжи на основе применения методов графического компьютерного моделирования.

Решение данной задачи включает решение следующих подзадач: а) изучение особенностей проявления цвета отдельных волокон во внешнем виде пряжи; б) разработку алгоритмов моделирования расположения отдельных волокон в поперечных сечениях пряжи с учетом способа и особенностей се получения и состава смеси; в) разработку алгоритмов моделирования внешнего вида меланжевой пряжи заданного цветового и смесового состава и выработанной определенным способом прядения; г) разработку объективных критериев оценки качества получаемого внешнего вида пряжи и исследование их эффективности; д) разработку макета программной системы для автоматизированного проектирования меланжевой пряжи, определение ее структуры и состава.

1. Впервые решена важная научно-техническая задача разработки теоретических и алгоритмических основ проектирования внешнего вида меланжевой пряжи, получаемой из смеси различно окрашенных волокон с учетом особенностей выработки и внутренней структуры пряжи на основе применения методов графического компьютерного моделирования.

2. Определены и решены следующие задачи для протезирования вида проектируемой пряжи:

а) разработаны алгоритмы моделирования расположения отдельных волокон в поперечных сечениях пряжи с учетом способа и особенностей ее получения и состава смеси;

б) разработаны алгоритмы моделирования внешнего вида меланжевой пряжи заданного цветового и смесового состава и выработанной определенным способом прядения;

в) предложены объективные критерии оценки качества получаемого внешнего вида пряжи и исследование их эффективности;

г) разработан макет программной системы для автоматизированного проектирования меланжевой пряжи, определение ее структуры и состава.

3. Разработана математическая модель смеси с учетом различий в цвете компонентов, позволяющая прогнозировать цвет проектируемой смеси и учитывать как средние значения и дисперсии длины и тонины волокон компонентов, так и законы распределения волокон по длине и тонине.

4. Решена задача точечного и интервального прогнозирования доли компонента в смеси по результатам выборочного обследования, позволяющая установить статистическую однородность или неоднородность смеси.

5. Построена компьютерная статистическая модель распределения сечений волокон компонентов в поперечном сечении продукта (ровницы, пряжи) на базе применения методов Монте-Карло.

6. Разработаны алгоритмы имитации расположения волокон в поперечном сечении и видимом изображении данного сечения на проекции продольного изображения пряжи и алгоритмы моделирования внешнего вида меланжевого волокнистого продукта для случайной структуры при равномерном перемешивании компонентов, для ручьистой структуры, для композитной структуры и для продукта, скрученного из двух стренг. Предложены также алгоритмы моделирования полотен из меланжевой пряжи. Алгоритмы реализованы в виде программ для ЭВМ.

7. Предложены объективные статистические критерии равномерности распределения компонентов разного цвета на изображении отрезка меланжевой пряжи: статистики хи-квадрат, статистики "ближайшего соседа", - и алгоритмы их оценки, а также известные частотные критерии и характеристики корреляционные функции и спектральные плотности дисперсии, ранговые критерии чередования серий.

8. Впервые смоделирован на компьютере внешний вид отрезков меланжевой пряжи для различных условий ее формирования и состава и разработана методика анализа моделируемых изображений меланжевой пряжи с использованием продольных и поперечных сечений изображения пряжи.

9.Впервые выполнено моделирование меланжевой пряжи с регулярным расположением компонентов и со случайным расположением.

10. Разработана и предложена к использованию методика проектирования внешнего вида меланжевой пряжи с использованием алгоритмов компьютерного моделирования и автоматизации процесса проектирования и приведены примеры спроектированного внешнего вида пряж кольцевого, пневмомеханического способов прядения, армированной пряжи, двухстренговой пряжи, что говорит о широком диапазоне возможного использования разработанных алгоритмов и моделей.

Разработанный комплекс программ и основанная на его применении методика автоматизированного проектирования меланжевых смесей позволит существенно сократить время разработки новых видов пряжи, удешевить её проектирование, в ряде случаев обойтись без разработки образца за счет оценки внешнего вида меланжевой пряжи на экране ПЭВМ. Широкое внедрение предлагаемой методики в промышленности позволит расширить ассортимент пряжи, получаемой из меланжевых смесей.

Выводы по разделу 1

1. Изучение различных литературных источников показало, что ассортимент меланжевых пряж, используемый в ткацком и трикотажном производстве, достаточно широк. Было выяснено, что существует большое количество новых способов получения меланжевых пряж, которые разработаны отечественными и зарубежными исследователями. Несмотря на имеющиеся недостатки, они достаточно прогрессивны и позволяют получить пряжу высокого качества и пользующуюся потре6ительским спросом.

2.Специалистами ряда компаний и исследовательских центров проводятся разработки новых высокопроизводительных и улучшающих качество продукции способов смешивания и штапелирования. Однако исследования в этой области не завершены, а новые разработки требуют дополнений и дальнейших исследований.

3. Выяснено, что большое внимание уделяется разработке средств автоматизированного процесса проектирования свойств меланжевой пряжи и параметров технологического процесса. Разрабатываемые программы необходимы для прогнозирования физико-механических свойств пряжи, создания моделей процесса смешивания волокон в прядильном производстве, а также для графического моделирования меланжевой пряжи и отображение их внешнего вида на экране монитора.

2 Технологическая часть

Для проведения исследований и определения экономического эффекта техническая и экономическая части дипломного проекта состоят из двух частей.

Первая часть - базовая - производство хлопчатобумажной пряжи. Вторая часть - экспериментальная - производство меланжевой пряжи (смесь хлопкового и полиэфирного волокна).

За основу производства меланжевой пряжи взят способ, который в данное время используется на Барановичском производственном хлопчатобумажном объединении (БПХО). Смешивание происходит на чесальной машине: на скатывающие валы устанавливается хлопковый холст с трёпальной машины, а под питающий цилиндр заводится необходимое количество полиэфирных лент, которые вырабатываются на чесальной машине сагрегированной с РОА (см. рис. 1). Затем меланжевая лента проходит два ленточных перехода, и поступают на пневмомеханическую прядильную машину.

Такой способ смешивания более равномерен и обеспечивает наиболее точное процентное соотношение цветного волокна в конечном продукте, за счет равномерности по линейной плотности полиэфирной ленты. Т.е. можно с большой уверенностью сказать о точности вложения и распределении полиэфирных волокон сначала в меланжевой чесальной ленте, а затем после смешивания на ленточных машинах, - в пряже. При использовании пневмомеханических прядильных машин типа БД-200 можно ограничиться двумя переходами ленточных машин, так как при многократном сложении дискретного потока волокон в камере хорошо ликвидируется ручьистость, имевшаяся в ленте.

2.1 Технологическая часть по производству хлопчатобумажной пряжи

2.1.1 Основные показатели физико-механических свойств суровой хлопчатобумажной пряжи

В зависимости от выбранного в проекте ассортимента продукции должен выбираться и сорт пряжи. Задача проектировщика заключается в том, чтобы выбрать такую сортировку хлопка, химических волокон и такой технологический процесс на фабрике, чтобы при минимальных затратах на сырье и обработку вырабатывать пряжу, соответствующую ГОСТ.

Необходимо иметь в виду, что стоимость сырья в себестоимости пряжи составляет около 70-75% и оптимальный выбор сырья для выработки пряжи требуемого качества имеет очень большое значение.

1) Согласно [4, с.24] основная пряжа I-го сорта вырабатывается по кардной системе прядения.

2) Основные физико-механические свойства основной пряжи линейной плотностью 20 текс представлены в таблице 1[7, с.8].

Таблица 2.1 - Основные физико-механические свойства основной пряжи

Линейная плотность, текс	Допустимое относительное отклонение кондиционной линейной плотности от номинальной, %	При испытании одиночной нити
		Удельная разрывная нагрузка	Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, %	Показатель качества (не менее)
		сн/текс	гс/текс
20	+2,0	9,8	11	13	0,86

2.1.2 Сырье для выработки пряжи

Для пряжи I сорта, линейной плотностью 20 текс для кардной системы прядения, удельная разрывная нагрузка равна [7,с.8]:

Рогост = 9,8 сн/текс

Для данной линейной плотности пряжи, вырабатываемой по пневмомеханическому способу прядения, типовые сортировки имеют вид [7, с.14]:4-I, 5-2.

При этом сумма пороков должна составлять не более 2,5%.

Долю первого компонента примем равной 1=0,60; доля второго компонента составляет 2=0,40.

На основе выбранной типовой сортировки по таблице 10 [7, с.14] для хлопка 4 типа выбираем селекционный сорт 5904-И (машинный способ сбора), а для хлопка 5 типа выбираем селекционный сорт Ан-Самарканд-2 (машинный способ сбора).

Основные показатели технологических свойств волокон приведены в таблице 3.

Таблица 2.2 - Технологические свойства хлопкового волокна [7, с.16].

Селекционный	Сорт	%	Lшт,	Тв,	Рв,
сорт	хлопка	вложения	мм	мтекс	сН
5904-И	1	60	36,5	166	4,5
Ан-Самарканд-2	2	40	33,7	172	4,3
Средневзвешенные показатели	35,38	168,4	4,42

Рассчитаем относительную разрывную нагрузку пряжи по формуле проф. Соловьева А.Н. с учетом поправочного коэффициента , учитывающего строение пряжи пневмомеханического способа прядения [1, с.9]:

Рорасч = Рв/ Тв *(1 - 0,0375 Но - 2,65/ Тпр/ Тв )*(1 - q/ Lшт )*К**, (1)

где

1) Рв - разрывная нагрузка волокна, сН

2) Рв = Рв1 * 1 + Рв2 * 2; (2)

Рв = 4,5*0,60+4,3*0,40=4,42 сН.

3) Тв - линейная плотность волокна, текс

4)

Тв = Тв1 * 1 + Тв2 * 2; (3)

Тв = 0,166*0,60+0,172*0,40=0,1684 текс.

3) Lшт - штапельная длина волокна, мм

Lшт = Lшт1 * 1 + Lшт2 * 2; (4)

Lшт = 36,5*0,60+33,7*0,40=35,38 мм.

4) Но - неровнота пряжи по разрывной нагрузке в процентах, характеризующая влияние технологического процесса. Для пневмомеханического способа прядения Но= 3...3,5%. Принимаем Но = 3%.

5) Для хлопка q = 5.

6) К - коэффициент, учитывающий влияние крутки; К = f(ф - кр), где кр - критический коэффициент крутки - определяют по эмпирической формуле проф. Соловьева А.Н., которая для пневмомеханического способа прядения имеет вид

кр = 0,316(1900-70*Рв)*Рв/Lшт + 57,2/ Тпр ]; (5)

кр=0,316[(1900-70*4,42)*4,42/35,38+57,2/20]= 0,316*(198,7+12,79)=66,8;

7) По таблице 22 [5, с.265]в соответствии с заданной линейной плотностью Тпр = 20текс и штапельной длиной волокна Lшт = 35мм, фактический коэффициент крутки ф принимаем равным ф = 53,7

8) Тогда (ф - кр) = 53,7-66,8=-13,1 что соответствует К = 0,8 (таблица 12 [7, с.19]).

9) - коэффициент, характеризующий состояние оборудования. При нормальном состоянии оборудования = 1.

10) - поправочный коэффициент, учитывающий строение пряжи пневомеханического способа прядения, принимаем = 0,85[ ].

11) Тогда

Рорас =4,42/0,1684*(1-0,0375*3 - 2,65/20 /0,1684 )*(1-5/35,38)*0,85*0,8*1 =26,25*0,64*0,86*0,8*0,85=9,82сН/текс, что можно считать приемлемым, поскольку значение превышает допустимое в пределах 0,5сН/текс, что установлено ГОСТом.

2.1.3 Составление плана прядения и выбор оборудования

План прядения - это параметры, характеризующие технологический процесс, т. е. данные о линейной плотности продукта, величинах вытяжек и круток, числе сложений, скорости органов, влияющих на производительность машин, к. п. в., к. и. м. и производительности машин.

Выбор планов прядения в известной степени предопределяется ассортиментом машин и неразрывно с ним связан.

При утверждении параметров планов прядения необходимо, чтобы каждый из них был обоснован. Обычно при выборе параметров руководствуются справочным материалом на основе исследовательских работ и опытов, проведенных на фабриках. От выбранных планов прядения зависит количество машин, качество выпускаемой продукции, производительность оборудования и груда, и себестоимость выпускаемой продукции, т. е. основные показатели, определяющие эффективность работы предприятия.