ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РАСТОРГУЄВА МАРІЯ ЙОСИПІВНА

УДК 677.011.021

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ ОТРИМАННЯ

БАГАТОКОМПОНЕНТНОЇ ПРЯЖІ

З ВИКОРИСТАННЯМ КОНОПЛЯНОГО КОТОНІНУ

Спеціальність 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Херсон – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Горізонтова Олена В’ячеславівна,

Херсонський національний технічний університет,

доцент кафедри механічної технології

волокнистих матеріалів

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Валько Микола Іванович, Херсонський національний технічний університет, професор кафедри переробки, стандартизації і сертифікації сировини;

кандидат технічних наук, доцент Защепкіна Наталія Миколаївна, Київський національний університет технологій та дизайну, доцент кафедри матеріалознавства та технології переробки текстильних матеріалів.

Провідна установа:

Львівська комерційна академія, кафедра товарознавства непродовольчих товарів, Центральна спілка споживчих товариств України, м. Львів.

Захист відбудеться 16 травня 2007 року о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

Автореферат розісланий 12 квітня 2007 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Сучасні умови економічного розвитку вітчизняної легкої промисловості потребують вирішення проблеми розширення власної сировинної бази. Уявлення про бавовну, як про основну і майже єдину сировину для виробництва сучасного текстилю, небажано. Таким чином, виникла необхідність звернути увагу на такий шлях розширення сировинної бази, як реалізація потенційних можливостей традиційних для України видів сировини, насамперед конопляного волокна.

Актуальність теми. Випуск вітчизняної конкурентоспроможної текстильної продукції може бути забезпечений при використанні в якості вхідної сировини різноманітних за асортиментом видів ниток і в тому числі пряжі з натуральних екологічно чистих волокон. Текстильні вироби з них, які виконані в стилі “еко-натурель”, користуються у всьому світі величезною популярністю завдяки їх нетрадиційному виду і комплексу високих споживчих властивостей. Серйозною альтернативою бавовні в Україні можуть стати луб’яні волокна, тому що їх вирощування з давніх-давен велось на території України. Текстильні вироби з луб’яних волокон мають більш високі медико-біологічні і захисні властивості в порівнянні з бавовною. Завдяки такому унікальному комплексу властивостей луб’яних волокон як гігієнічність, висока міцність, низький електричний опір, комфортність, природна бактерицидність у всьому світі росте попит на текстильну продукцію з луб’яних волокон не тільки технічного, але й побутового призначення. Особливе місце серед таких виробів займають ткані, неткані і трикотажні полотна, які містять льняне або конопляне волокно.

На межі 20-21 століть всесвітнє визнання отримали змішані тканини і трикотажні вироби на основі багатокомпонентних пряж з модифікованих луб’яних і хімічних волокон. Модифіковані льняні волокна сьогодні широко застосовуються в текстильній промисловості у відмінності від конопляних волокон, технології переробки яких застаріли. Для того щоб не втратити це важливе джерело текстильної сировини, потрібен комплексний науково обґрунтований підхід до розробки нових і удосконалення відомих технологій отримання, змішування і прядіння конопляних волокон. Рішенню цих актуальних питань і присвячена дисертаційна робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною програм дослідження кафедр переробки, стандартизації і сертифікації сировини та механічної технології волокнистих матеріалів Херсонського національного технічного університету за темою: “Отримання луб’яної сировини підвищеної якості за матеріало- і енергозберігаючими технологіями”, номер державної реєстрації – 0102U005291, замовник – Міністерство освіти і науки України, дата реєстрації – 30.10.01 р., протокол № 2.

Роль автора полягає в розробці ідеї та реалізації технології створення змішаної пряжі на основі котонізованого конопляного волокна.

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є отримання високоякісної багатокомпонентної пряжі на основі котонізованого конопляного волокна та інших натуральних і хімічних волокон. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- обґрунтувати можливість використання конопляного котоніну електроімпульсного способу обробки для створення багатокомпонентних сумішей;

- визначити фізико-механічні показники котонізованого конопляного волокна, отриманого електроімпульсним способом, які характеризують його прядильну спроможність;

- визначити критерії оцінювання якості готового продукту заданих споживчих властивостей для отримання багатокомпонентної пряжі на основі конопляного котоніну;

- розробити математичну і комп’ютерну моделі, які дозволяють проектувати багатокомпонентні суміші для отримання готового продукту із заданими споживчими властивостями;

- розробити технологію отримання багатокомпонентної пряжі на основі котонізованого конопляного волокна на обладнанні бавовнопрядильних виробництв;

- визначити економічну ефективність розробленої технології прядіння багатокомпонентної пряжі на основі конопляного котоніну.

Об’єкт дослідження - технологічні процеси отримання, змішування і прядіння багатокомпонентної пряжі на основі конопляного котоніну.

Предмет дослідження – котонізоване конопляне волокно і багатокомпонентна пряжа на його основі.

Методи дослідження. Поставлені в роботі задачі вирішувались з використанням сучасних теоретичних і експериментальних методів дослідження.

Теоретичні дослідження базуються на використанні категорій аналізу, синтезу, порівняння як основних філософських категорій пізнання; основ фізичних явищ електричних розрядів в рідинах; основних положень теорій змішування і прядіння натуральних і хімічних волокон; основ лінійної математики для комп’ютерного моделювання технологічного процесу змішування.

Експериментальні дослідження отримання котонізованого конопляного волокна проводились на лабораторній установці електроімпульсної обробки луб’яного волокна; отримання багатокомпонентної пряжі на основі котонізованого конопляного волокна здійснювалось на діючому обладнанні ВАТ “Херсонський БК”.

Обробка результатів експериментів проводилась методами математичної статистики, регресійного і кореляційного аналізу.

Комплексна оцінка фізико-механічних властивостей котонізованого конопляного волокна і багатокомпонентної пряжі проводилась на основі державних стандартів і діючих технічних вимог підприємств.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в розвитку теоретичних основ технології отримання багатокомпонентної пряжі на основі котонізованого конопляного волокна з урахуванням заданих споживчих властивостей готових виробів. При цьому вперше:

- визначено фізико-механічні властивості котонізованого електроімпульсним способом конопляного волокна, які характеризують його прядильну спроможність;

- розроблено математичну і комп’ютерну моделі, які дозволяють проектувати багатокомпонентні суміші різного якісного і кількісного складу;

- розроблений технологічний процес отримання високоякісної багатокомпонентної пряжі на основі конопляного котоніну і визначені оптимальні технологічні параметри її отримання на обладнанні бавовнопрядильних виробництв.

Практичне значення одержаних результатів. На основі теоретичних узагальнень результатів математичного і комп’ютерного моделювання та експериментальних досліджень запропоновано науково обґрунтовану технологію проектування багатокомпонентної пряжі з заданими споживчими властивостями текстильних виробів, яка пройшла апробацію на ВАТ “Херсонський БК”.

Апробована у виробництві технологія змішування і прядіння трьохкомпонентної пряжі лінійної щільності 42 текс на основі котонізованого конопляного волокна наступного складу: котонізоване конопляне волокно 30%; бавовна 40%; лавсан 30% (акт виробничих випробувань від 2 листопаду 2006 р.). Річний економічний ефект від зниження собівартості пряжі за рахунок внесення в суміш конопляного котоніну складає 1340 грн. на 1 т пряжі.

Результати досліджень використовуються в навчальному процесі кафедр “Механічна технологія волокнистих матеріалів” та “Переробка, стандартизація і сертифікація сировини” Херсонського національного технічного університету.

Новизна одержаних результатів підтверджується двома патентами України на коноплевмісну и бавовновмісну пряжу, а також авторським правом на комп’ютерну програму “Composit”.

Особистий внесок здобувача. В роботах, виконаних зі співавторами, особистий внесок здобувача полягає в постановці задач дослідження [1]; в обґрунтуванні і визначенні шляхів удосконалення технології змішування волокон [2-4]; в обґрунтуванні вибору способу котонізації конопляного волокна [5,10]; в розробці бальної оцінки впливу властивостей конопляного волокна на споживчі властивості текстильних виробів [9]; в розробці математичної і комп’ютерної моделі для проектування багатокомпонентної пряжі [6-8]. Безпосередньо автору належить: проведення лабораторних випробувань конопляного котоніну; розробка технологічного режиму отримання багатокомпонентної пряжі [6,7]; обробка експериментальних даних; формулювання висновків і рекомендацій.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи було розглянуто й ухвалено:

1. На науково-практичних конференціях „Проблеми легкої і текстильної промисловості України” (Херсонський державний технічний університет, м. Херсон, 2004 – 2005 рр.).

2. На розширеному науковому семінарі кафедри “Механічна технологія волокнистих матеріалів” Херсонського національного технічного університету (м. Херсон, 2006 р.).

3. На міжкафедральному науковому семінарі Херсонського національного технічного університету (м. Херсон, 2006 р.).

4. На міжкафедральному науковому семінарі Львівської комерційної академії (м. Львів, 2007 р.).

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи викладений в 10 наукових працях, в тому числі 5 статей, 1 авторське право, 2 деклараційних патенти України і 2 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура і об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п’яти розділів основної частини, висновків і рекомендацій, списку використаних літературних джерел і додатків. Дисертація викладена на 137 сторінках друкованого тексту, містить 21 таблицю, 35 рисунків, включає список літератури зі 139 джерел і 7 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи.

В першому розділі проведений аналіз результатів наукових досліджень з проблем переробки конопляних волокон. Наведені історичні відомості розвитку питання застосування луб’яних культур в текстильному виробництві і розкриті резерви для розширення сировинної бази України за рахунок використання традиційно національної сировини - коноплі. Установлена можливість використання конопляного волокна для виробництва тканин побутового призначення, що дозволить поліпшити не тільки споживчі властивості текстильних виробів, але й знизити їх собівартість. Однак для цього необхідна попередня обробка конопляного волокна. Показано, що в якості такої обробки може застосовуватися фізико-механічна котонізація конопляних волокон електроімпульсним способом, після якої конопляний котонін можливо буде переробляти на бавовнопрядильному обладнанні. Відмічено, що основоположниками теорії і практики процесів змішування і прядіння волокон є професора О.Г. Севостьянов, О.М. Соловйов, В.Є. Гусєв, В.О. Усенко, а також інші вчені, які заклали основи проектування сумішей волокон за одиничними показниками якості без урахування властивостей кінцевого продукту. В сучасних умовах розвитку текстильної промисловості найбільш ефективним є проектування багатокомпонентних сумішей із заздалегідь заданими споживчими властивостями готових виробів. Використання національної сировини – конопляного волокна – розширить асортимент і підвищить конкурентоспроможність текстильної продукції.

В зв’язку з цим, сформульовано мету роботи і визначені напрямки дослідження.

В другому розділі визначені об’єкт, предмет і методи досліджень. В першому підрозділі описані процеси, які здійснюються при фізико-механічній котонізації конопляного волокна електроімпульсним способом. В другому підрозділі викладено методику мікроскопічного дослідження отриманого конопляного котоніну. В наступних підрозділах приведені методики дослідженнь фізико-механічних показників конопляного котоніну і багатокомпонентної пряжі, отриманої на його основі, згідно ДСТ і технічних вимог на випуск пряжі.

Третій розділ присвячений комплексному експериментальному дослідженню властивостей конопляного котоніну, який отриманий електроімпульсним способом котонізації.

Аналіз наукової літератури щодо структури і будови луб’яних волокон показав, що конопляне волокно відноситься до лубоволокнистих матеріалів і має однотипну будову з волокном льону. Тому правомірно висунуто гіпотезу про можливість первинної переробки конопляного волокна за технологією переробки льняних волокон з послідуючою його котонізацією.

Для отримання конопляного котоніну прийнятий найбільш ефективний і екологічно безпечний спосіб фізико-механічної котонізації, заснований на електроімпульсній обробці волокнистого матеріалу. Переваги цього способу перед іншими способами котонізації луб’яних волокон доказано в попередніх піонерських роботах по котонізації льняного волокна.

Сутність способу електроімпульсної котонізації полягає у використанні електричного розряду у воді, як засобу перетворення енергії, що призводить до процесів руйнування волокнистих матеріалів і зміни їх фізико-механічних властивостей. При цьому руйнуються і видаляються інкрустуючі речовини (пектин и лігнін), відбувається механічне розщеплення пучків комплексних волокон на елементарні. В результаті електроімпульсної обробки вхідного продукту потоншуються волокна, їх довжина і розривне навантаження зменшується.

Для оцінки ступеня впливу електроімпульсного способу котонізації на конопляне волокно в лабораторії матеріалознавства кафедри механічної технології волокнистих матеріалів Херсонського національного технічного університету проведені дослідження структури і властивостей конопляного котоніну, отриманого при наступних режимах електроімпульсної обробки: 1000, 1500, 2000, 2500 і 3000 імпульсів електричних розрядів, що за тривалістю відповідає 5,5, 8, 11, 13 і 16 хв. обробки коноплі. Порівняльна оцінка впливу процесу котонізації на конопляне волокно проводилась методом дослідження мікрозрізів. На рис. 1 і 2 представлені мікрозрізи технічних волокон коноплі і волокон, котонізованих електроімпульсним способом при режимі 2500 імпульсів обробки. Візуальне вивчення зміни морфологічної структури волокон коноплі за допомогою мікроскопа полягало у визначенні ступеня розщеплення технічних волокон на елементарні і визначенні їх діаметру.

Рис. 1. Мікрозріз технічного волокна коноплі

Рис. 2. Мікрозріз конопляного котоніну, отриманого

при 2500 імпульсів обробки

Під мікроскопом визначали кількість елементарних волокон в групах, яка змінювалась в залежності від кількості імпульсів обробки і складала від 1 до 9 волокон. На рис. 3 представлена графічна інтерпретація розподілення елементарних волокон в групах при різних режимах електроімпульсної котонізації.

Рис. 3. Залежність ступеня розщеплення волокон конопель

від кількості циклів електроімпульсної обробки

Аналіз отриманих залежностей показав, що при збільшенні інтенсивності впливу на конопляне волокно від 1000 до 2000 імпульсів ступінь розщеплення конопляного волокна збільшується, але в ньому ще міститься велика кількість груп, які мають 3 і більше елементарних волокон. При режимі обробки, який дорівнює 2500 імпульсів електричних розрядів, в мікрозрізах визначаються групи, які містять тільки від 1 до 4 волокон. З них найбільший відсоток складають групи, які містять 2 волокна (44%). При режимі електроімпульсної обробки з інтенсивністю електричних розрядів, рівною 3000 циклів, спостерігається найбільший ступінь розщеплення конопляних волокон на елементарні. В цих зразках є групи, які складаються з 1, 2 і 3 волокон, вміст яких досягає 50%.

Таким чином, проведені візуальні дослідження мікрозрізів конопляного котоніну підтвердили прийняту раніше гіпотезу про можливість котонізації конопляного волокна фізико-механічним способом.

Але тільки на основі мікроскопічних даних про ступінь розщеплення комплексних волокон коноплі на елементарні не можна судити про можливість їх використання в сумішах з іншими волокнами для подальшої переробки в пряжу. Критерієм придатності волокон для технологічної переробки на прядильному обладнанні є показники довжини, товщини і розривного навантаження, які в комплексі оцінюють прядильну спроможність волокна. Тому наступним етапом роботи була якісна оцінка прядильної спроможності отриманого конопляного котоніну за результатами статистичної обробки довжини, діаметру і розривного навантаження, а також за відсотковим вмістом коротких і довгих волокон. Результати експериментальних досліджень представлені в табл. 1.

Таблиця 1

Показники прядильної спроможності котонізованого конопляного волокна при різних режимах електроімпульсної обробки

Найменування показника | Режим електроімпульсної обробки

1000 | 1500 | 2000 | 2500 | 3000

Штапельна довжина, мм | 46,5 | 43,4 | 38,6 | 37,9 | 32,7

Середня довжина волокна, мм | 34,88 | 32,14 | 28,39 | 26,78 | 23,20

Коефіцієнт варіації за довжиною, % | 40,7 | 39,7 | 40,5 | 38,5 | 45,7

Середній діаметр волокна, мкм | 23,77 | 20,75 | 17,88 | 15,46 | 13,4

Коефіцієнт варіації за діаметром, % | 24,40 | 26,70 | 27,20 | 26,26 | 29,70

Лінійна щільність волокон, мтекс | 680 | 510 | 370 | 280 | 210

Середнє розривне навантаження, сН | 10,1 | 9,12 | 7,51 | 6,67 | 5,52

Коефіцієнт варіації за розривним навантаженням, % | 8,04 | 9,0 | 9,3 | 10,8 | 11,9

Кількість довгих волокон (довших за 45 мм), % | 30 | 15 | 10 | 7 | 5

Кількість коротких волокон (менших за 15 мм), % | 6 | 9 | 13 | 15 | 22

Комплексна оцінка результатів електроімпульсної обробки конопляного волокна дозволила визначити оптимальний режим котонізації, який складає 2500 імпульсів обробки волокна електричними розрядами. При такому режимі спостерігається достатньо високий ступінь розщеплення комплексних волокон коноплі на елементарні, фізико-механічні показники яких відповідають аналогічним показникам середньоволокнистої бавовни. В зв’язку з цим було висунуто наступну робочу гіпотезу про можливість використання конопляного котоніну для формування пряжі за кардною системою прядіння на бавовнопрядильному обладнанні.

У четвертому розділі наводиться аналітичне дослідження процесу складання багатокомпонентних сумішей на основі конопляного котоніну з метою створення високоякісної пряжі, яка може застосовуватись для виготовлення тканин побутового призначення із заздалегідь заданими споживчими властивостями.

Як натуральні, так і хімічні волокна мають комплекс цінних фізико-механічних властивостей. Ці властивості доповнюють одне одного, що дає можливість отримувати із суміші таких волокон пряжу високої якості. Між властивостями волокон і пряжі існує тісний взаємозв’язок. Тому розробка методів проектування властивостей багатокомпонентних сумішей і пряжі є важливою задачею, рішення якої сприяє раціональному і ефективному використанню сировини, а також отриманню продукції високої якості.

Суттєвим технологічним недоліком натуральних волокон, особливо конопляних, є велика нерівнота за довжиною і товщиною, що ускладнює їх переробку. Тому необхідно до суміші, яка містить конопляне волокно, підібрати хімічні волокна з такими показниками довжини, товщини та їх частковим вмістом, які дозволили б знизити нерівноту суміші до мінімально допустимого значення і отримати при цьому пряжу високої якості.

Для проектування складу суміші використовувались котонізовані конопляні волокна, отримані при режимі електроімпульсної обробки, рівному 2500 імпульсів електричних розрядів.

Правильно складена суміш оцінюється величиною коефіцієнта варіації, який є характеристикою нерівноти суміші. За зробленими розрахунками нерівноти різних сумішей конопляного котоніну з хімічними волокнами встановлено, що для отримання якісної рівномірної багатокомпонентної пряжі за кардною системою прядіння на основі конопляного котоніну необхідно використовувати в сумішах від 40 до 70% хімічних волокон довжиною 32-38 мм і товщиною 16-18 мкм.

В якості критеріїв проектування багатокомпонентних сумішей застосовувались вимоги до складових сумішей в балах, отримані на основі досвіду роботи передових підприємств і оцінки експертів, основні споживчі властивості тканин і собівартість суміші, яка проектується. При цьому в даній роботі вперше розроблено бальну оцінку ступеня впливу конопляного волокна на споживчі властивості тканин. Результати статистичної обробки даних представлені в табл. 2.

Аналогічно бальній оцінці ступеня впливу властивостей різних волокон в сумішах на споживчі властивості тканин розроблено бальну оцінку самих споживчих властивостей тканин основних груп призначення, яка наведена в табл. 3.

Дані табл. 2 і табл. 3 є основними критеріями проектування оптимального складу багатокомпонентних сумішей.

Таблиця 2

Вплив різних видів волокон

на споживчі властивості виробів

Показники | Оцінка властивостей готових виробів

з різних волокон, бали

коноплі

А1 | бавовна

А2 | льон

А3 | віскоза

А4 | лавсан

А5 | вовна

А4 | нітрон

А7 | капрон

А8

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

1. Міцність | 4 | 3 | 4 | 3 | 5 | 2 | 4 | 5

2. Незминальність | 2 | 3 | 2 | 3 | 5 | 5 | 4 | 3

3. Стійкість до тертя | 3 | 3 | 3 | 3 | 4,5 | 4 | 3 | 5

4. Драпіруємість | 2 | 3 | 2 | 3 | 5 | 4 | 5 | 4

5. Усадка | 3 | 3 | 3 | 2 | 5 | 3 | 5 | 4

6. Стійкість до електростатичних зарядів | 5 | 5 | 5 | 5 | 2 | 5 | 3 | 2

7. Термостійкість | 5 | 5 | 5 | 5 | 4 | 5 | 4 | 3

8. Стійкість до пілінгу | 4 | 4 | 4 | 4 | 1 | 5 | 4 | 1

9. Структура | 3 | 4 | 4 | 3 | 3 | 5 | 4 | 3

10. Стійкість забарвлення | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 | 2

11. Об’ємне заповнення | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 5 | 4

12. Вологість, % | 15 | 13 | 14 | 13 | 1 | 16 | 1,5 | 4

Таблиця 3

Оптимальні споживчі властивості тканин основних груп

Показники | Позначення | Вимоги до сумішей, бали

платтяні тканини | костюмні тканини | пальтові тканини

1 | 2 | 3 | 4 | 5

1. Міцність | Y1 | 3 | 4 | 4

2. Незминальність | Y2 | 4 | 4 | 4

3. Стійкість до тертя | Y3 | 3 | 4 | 4

4. Драпіруємість | Y4 | 4 | 4 | -

5. Усадка | Y5 | 4 | 3 | 3

6. Стійкість до електростатичних зарядів | Y6 | 4 | 4 | 3

7. Термостійкість | Y7 | 4 | 4 | 3

8. Стійкість до пілінгу | Y8 | 4 | 4 | 4

9. Структура | Y9 | 4 | 4 | 4

10. Стійкість забарвлення | Y10 | 4 | 4 | 4

11. Об’ємне заповнення | Y11 | 4 | 4 | 4

12. Вологість, % | Y12 | 10 | 6 | 5

Метою проектування оптимального складу багатокомпонентної суміші є встановлення функціональної залежності між властивостями волокон і властивостями готових виробів. Враховуючи те, що споживчі властивості тканин різного призначення мають різну питому вагу (табл. 3), розрахунок складу сумішей повинен виконуватись окремо для кожного виду тканин.

Найбільш комплексно і детально принципи підбору волокон при складанні багатокомпонентних сумішей представлені формулою А.А. Сініцина, яка визначає залежність між показниками, що характеризують ту або іншу властивість волокон в складі суміші, якщо відома сума додатків якісних показників волокон з урахуванням частки їх участі в суміші:

, (1)

де Yi – показник якості готової продукції, бали;

Ai – показник певної властивості компонентів суміші, бали;

Xi – частковий вміст компонентів суміші.

В залежності від кількості властивостей Yi багатокомпонентної суміші, які проектуються, на основі вхідних даних табл. 2 і табл. 3, використовуючи формулу (1), складено систему лінійних рівнянь, яка представляє собою математичну модель багатокомпонентної суміші для виготовлення пряжі із заздалегідь заданими показниками властивостей тканини:

Система рівнянь (2) є прикладом розрахунку суміші, яка складається з п’яти компонентів для виготовлення пряжі, призначеної для формування тканин платтяного асортименту (табл. 3). Останнє рівняння системи (2) є умовою рівності суми компонентів суміші одиниці. При рішенні даної системи рівнянь дотримуються задані вимоги до суміші і забезпечується мінімум її собівартості і максимум резерву прядильної спроможності:

, (3)

де Fmin – цільова функція;

С1,…С5 – оптова ціна i-того волокна за 1 кг, грн.

Аналіз системи рівнянь (2) дозволив зробити висновок, що її рішення можливо методами лінійної математики з використанням сучасних комп’ютерних технологій. З цією метою створено програму “Composite”, яка захищена авторським правом і дозволяє в інтерактивному режимі задавати вхідні дані і моделювати різні варіанти багатокомпонентних сумішей із заздалегідь заданими споживчими властивостями готових виробів з урахуванням досягнення мінімуму собівартості суміші.

Оптимальні склади сумішей з різним відсотковим вмістом конопляного котоніну для тканин різного призначення, які розраховані за допомогою комп’ютерної програми “Composite”, представлені на рис. 4.

В п’ятому розділі представлені результати апробації спроектованих багатокомпонентних сумішей котонізованих конопляних волокон з іншими натуральними і хімічними волокнами.

Прядильне виробництво є основною і найбільш відповідальною частиною механічної технології волокнистих матеріалів, яка представляє сукупність

Платтяні тканини

Білизняні тканини Костюмні тканини

Пальтові тканини Трикотаж

Тканини шкільного асортименту

Рис. 4. Варіанти багатокомпонентних сумішей

складних технологічних процесів, за допомогою яких з різних волокон отримують пряжу певної товщини і міцності. Пряжа є вхідним продуктом ткацького, трикотажно-галантерейного, стрічково-мереживного та інших виробництв текстильної промисловості, тому її властивості, які отримані в процесі прядіння, проявляються в готових виробах і відбиваються не тільки на їх зовнішньому вигляді, але й на експлуатаційних властивостях. Таким чином, пряжа, яка проектується, повинна мати необхідні показники якості, такі як лінійна щільність, нерівнота, міцність, кручення, подовження, які нормуються стандартами і технічними вимогами. При цьому висока якість виготовленої пряжі зменшує обривність на ткацьких, трикотажних та інших машинах, підвищує їх продуктивність, збільшує вихід готової продукції, тобто впливає на основні техніко-економічні показники текстильного виробництва. Тому метою наступних експериментальних досліджень було отримання високоякісної багатокомпонентної пряжі на основі котонізованого конопляного волокна з іншими натуральними і хімічними волокнами.

При виробництві пряжі формуються її фізико-механічні властивості, такі як нерівнота, лінійна щільність, питоме розривне навантаження і розривне подовження, які визначають її технологічність і залежать від оптимального вибору геометричних показників волокон. Для прогнозування властивостей пряжі, яка проектується, попередньо були проведені аналітичні розрахунки показників технологічних властивостей пряжі із сумішей різних видів волокон для тканин різного призначення: білизняних, платтяних, костюмних, пальтових, для шкільної форми і для трикотажних виробів. В табл. 4 представлені технологічні властивості пряжі, призначеної для виготовлення тканин платтяної групи.

Таблиця 4

Технологічні властивості багатокомпонентної пряжі

для виготовлення платтяних тканин

Показники технологічних властивостей | Коноплі 30% Бавовна 30% Віскоза 20% Нітрон 20% | Коноплі 30% Бавовна 40% Лавсан 30% | Коноплі 50% Віскоза 20% Нітрон 20% Лавсан 10%

Середня лінійна щільність волокон, текс | 0,292 | 0,211 | 0,301

Середня питома щільність, г/см3 | 1,44 | 1,46 | 1,42

Середній діаметр волокон, мкм | 16,16 | 13,43 | 16,51

Коефіцієнт варіації за міцністю, % | 9,15 | 7,37 | 8,62

Коефіцієнт варіації за лінійною щільністю, % | 5,15 | 4,7 | 3,9

Число волокон в поперечному перерізу | 64 | 203 | 79

Лінійна щільність, текс | 19 | 42 | 24

Аналіз результатів, наведених в табл. 4, показав, що спроектовані суміші мають високу прядильну спроможність, оскільки властивості пряжі, що прогнозуються, виготовленої на їх основі, відповідають вимогам, які пред’являються ДСТ і ТВ на пряжу, отриману з відносно рівного волокна, яким є бавовняне волокно.

На основі теоретичних і експериментальних досліджень властивостей

конопляного котоніну і процесу проектування багатокомпонентних сумішей розроблено технологію отримання змішаної пряжі за кардною системою прядіння бавовни, яка захищена патентом України. В умовах ВАТ “Херсонський БК” було виготовлено пряжу лінійною щільністю 42 текс наступного волокнистого складу: конопляний котонін – 30%; бавовна – 40%; лавсан – 30%. На рис. 5 представлена схема технологічного ланцюжку виготовлення пряжі з вмістом конопляного волокна № 1, 2 і 3.

Рис. 5. Схема технологічного процесу отримання багатокомпонентної

пряжі з конопляним котоніном

Дослідження фізико-механічних властивостей отриманої коноплевмісної пряжі лінійної щільності 42 текс проводились за стандартними методиками, результати яких представлені в табл. 5.

Таблиця 5

Порівняльна характеристика

фізико-механічних властивостей пряжі

Найменування показників | Значення

Спроектована трьохкомпонентна пряжа | Бавовняна пряжа

1. Лінійна щільність, текс

номінальна

фактична |

42

41,5 | 42

2. Відхилення від номінальної лінійної щільності, % | 1,19 | 1,5

3. Коефіцієнт варіації за лінійною щільністю, % | 4,0 | 5,0

4. Відносне розривне навантаження, сН/текс | 11,9 | 9,8

5. Відносне розривне подовження, % | 10,8 | 9,5

6. Коефіцієнт варіації за розривним навантаженням, % | 12,8 | 9,8

7. Кручення, кр./м | 470 | 561

8. Коефіцієнт кручення | 30,5 | 36,4

9. Вологість, % | 8,5 | 8,5

10. Обривність на 1000 веретен за годину | 90 | 60

Аналіз отриманих результатів показує, що спроектована трьохкомпонентна пряжа з вмістом конопляного котоніну має високі фізико-механічні показники, які незначно відрізняються від характеристик бавовняної пряжі. Збільшення обривності спроектованої пряжі в порівнянні з бавовняною при виготовленні на прядильній машині є наслідком засміченості бігунків прядильної машини пухом конопляного волокна. Але рівень обривності не виходить за норму і не впливає на можливість переробки коноплевмісної пряжі в ткацькому виробництві при виготовленні тканин побутового призначення.

Висновки

1. На основі розвитку основних положень теорії змішування і прядіння волокон розроблено технологію проектування і отримання багатокомпонентної пряжі з вмістом котонізованого конопляного волокна, практична реалізація якої дозволить знизити собівартість виробництва пряжі, розширити асортимент і підвищити конкурентоспроможність текстильної продукції.

2. З метою освоєння вітчизняних видів текстильної сировини вперше запропоновано використати котонізоване конопляне волокно при виготовленні тканин побутового призначення. Для підготовки конопляного волокна до застосування в сумішах з натуральними і хімічними волокнами вперше теоретично обґрунтовано і експериментально доведено можливість фізико-механічного способу його котонізації шляхом електроімпульсної обробки.

3. На основі комплексної оцінки морфологічної структури і прядильної спроможності котонізованого конопляного волокна, яка визначається наступними показниками: середня довжина волокна – 26,8 мм, діаметр волокна – 15,5 мкм, середнє розривне навантаження – 6,67 сН, доведено можливість використання його в сумішах для отримання багатокомпонентної пряжі на бавовнопрядильному обладнанні.

4. Проведено оцінку значимості показників якості конопляного волокна і розроблені критерії оцінки впливу властивостей конопляних волокон на споживчі властивості готових текстильних виробів.

5. Вперше отримано математичну модель багатокомпонентної суміші, яка визначає оптимальний частковий вміст компонентів суміші з урахуванням споживчих властивостей готових виробів і мінімізації її собівартості. Для її реалізації розроблено комп’ютерну програму “Composite”, яка захищена авторським правом.

6. Розроблено технологію отримання трьохкомпонентної пряжі лінійної щільності 42 текс, до складу якої входять: конопляний котонін – 30%, бавовна – 40%, лавсан – 30%. Пряжа виготовлена за кардною системою прядіння бавовни, технологія її отримання захищена патентом України.

7. Апробація технології прядіння трьохкомпонентної пряжі на бавовнопрядильному обладнанні підтвердила ефективність виконаних досліджень. Очікуваний економічний ефект від зниження собівартості пряжі за рахунок внесення в суміш конопляного котоніну складає 1340 грн. на 1 т пряжі.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Расторгуева М.И., Горизонтова Е.В., Тиманов В.Н. Исследование возможности использования конопляного волокна в смесях // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – 2004. – № 1(8). – С. 134 – 136.

Дисертанту належать експериментальні дослідження електроімпульсної обробки конопляного волокна і формування механізму створення багатокомпонентної пряжі.

2. Расторгуева М.И., Горизонтова Е.В., Ивченко Т.И. Использование химических волокон для создания многокомпонентных смесей // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2004. – № 2(20). – С. 164 – 166.

Дисертанту належать експериментальні дослідження з визначення технологічних властивостей пряжі з використанням хімічних волокон.

3. Расторгуева М.И., Горизонтова Е.В. Выбор длины и толщины химических волокон для смешивания с льняным котонином // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. – 2004. – № 2(9). – С. 82 – 85.

Дисертанту належать теоретичні та експериментальні дослідження підбору хімічних волокон для змішування їх з льняним котоніном.

4. Расторгуєва М.Й. Вибір довжини та товщини хімічних волокон для змішування з модифікованим конопляним волокном // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. – 2006. – №2 (28). – С. 110 – 113.

5. Расторгуєва М.Й. Вплив електроімпульсної обробки на розщеплення конопляного волокна // Легка промисловість. – 2006. – №4. – С. 51.

6. Комп’ютерна програма “Composite”: А. с. 19191 Україна / О.В. Сєров, М.Й. Расторгуєва, О.В. Горізонтова – № 19258; Заявл. 16.11.2006; Опубл. 10.01.2007.

7. Пат. 12541 МПК (2006) D02G3/04 C09C1/14 / Бавовновмісна пряжа / О.В.Горізонтова, М.Й. Расторгуєва (Україна). – № 200507641; Заявлено 01.08.2005; Опубл. 15.02.2006, Бюл. № 2. – 2 с.

8. Пат. 12542 МПК (2006) F26B9/00 D02G3/04 / Коноплевмісна пряжа / О.В.Горізонтова, М.Й. Расторгуєва (Україна). – № 200507644; Заявлено 01.08.2005; Опубл. 15.02.2006, Бюл. № 2. – 2 с.

9. Расторгуева М.И., Горизонтова Е.В., Тиманов В.Н., Исследование многокомпонентных смесей, содержащих конопляное волокно // Тезисы межвузовской конференции “Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”. – 2004. № 1(8). – С. 302.

Дисертанту належить теоретичне визначення критеріїв технології змішування різних волокон з конопляним котоніном.

10. Расторгуева М.И., Горизонтова Е.В., Тиманов В.Н. Исследование свойств конопляного волокна физико-механического способа котонизации // Тезисы межвузовской конференции “Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины”. – 2005. – № 1(10). – С. 271 – 272.

Дисертанту належать експериментальні дослідження властивостей конопляного котоніну при різних режимах обробки.

АНОТАЦІЯ

Расторгуєва М.Й. Розробка технології отримання багатокомпонентної пряжі з використанням конопляного котоніну. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.19.03 – технологія текстильних матеріалів. – Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню процесу проектування багатокомпонентної пряжі з вмістом конопляного котоніну, яка призначена для виготовлення текстильних виробів із заздалегідь заданими споживчими властивостями. Для отримання конопляного котоніну обраний фізико-механічний спосіб котонізації. Якість отриманого котоніну оцінювалась за показниками довжини, діаметра та розривного навантаження, що підтвердило його придатність для використання в сумішах з іншими волокнами. В результаті аналітичного дослідження процесу змішування волокон отримано систему лінійних рівнянь, яка представляє собою математичну модель багатокомпонентної суміші для виготовлення пряжі з урахуванням споживчих властивостей текстильних виробів, при рішенні якої забезпечується мінімум собівартості суміші. Розроблено технологію отримання змішаної пряжі лінійної щільності 42 текс за кардною системою прядіння бавовни, до складу якої входить конопляний котонін – 30%, хлопок – 40%, лавсан – 30%.

Ключові слова: багатокомпонентна пряжа, конопляний котонін, електроімпульсна обробка, суміш волокон, споживчі властивості.

АННОТАЦИЯ

Расторгуева М.И. Разработка технологии получения многокомпонентной пряжи с использованием конопляного котонина. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.19.03 – технология текстильных материалов. – Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2007.

Диссертация посвящена исследованию процесса проектирования многокомпонентной пряжи с содержанием конопляного котонина, предназначенной для выработки текстильных изделий с заранее заданными потребительскими свойствами.

Анализ результатов научных исследований по проблемам использования лубяных волокон в текстильном производстве Украины позволил определить основные направления совершенствования технологии смешивания и прядения волокон. Известно, что в настоящее время актуально использование для создания текстильных материалов натуральных экологически чистых волокон. Текстильные изделия из них пользуются во всем мире огромной популярностью благодаря их нетрадиционному виду и комплексу высоких потребительских свойств. К таким волокнам относится конопля, выращивание которой издревле велось на Украине. Поэтому одним из резервов дальнейшего развития текстильной промышленности может стать использование его в качестве компонента при составлении смесей, что позволит не только расширить сырьевую базу Украины, но и повысить конкурентоспособность текстильной продукции.

На сегодняшний день отсутствуют технологии переработки конопляных волокон для выработки из них тканей бытового назначения. Это обусловлено особенностями строения и химического состава конопляного волокна, которое по своим свойствам близко к льняному. Исходя из этого выдвинута гипотеза о возможности первичной переработки конопляного волокна по технологии переработки льняных волокон, которые в последнее время подвергаются различным способам котонизации.

Для получения конопляного котонина принят наиболее эффективный и экологически безопасный способ физико-механической котонизации, основанный на электроимпульсной обработке волокнистого материала в жидкости. При этом разрушаются и удаляются инкрустирующие вещества (пектин и лигнин) и механически повреждается поверхность волокна, то есть происходит расщепление пучков комплексных волокон на элементарные. В результате исходный продукт утоняется, уменьшается его длина и разрывная нагрузка.

Для оценки степени воздействия электроимпульсного способа котонизации проведены исследования структуры и свойств полученного конопляного котонина, для чего были изготовлены микросрезы конопляного волокна до и после обработки электроимпульсным разрядом при различной степени воздействия. Визуальное изучение морфологической структуры волокна с помощью микроскопа заключалось в определении степени расщепленности технических волокон на элементарные, что позволило подтвердить принятую ранее гипотезу о возможности котонизации конопляного волокна.

Критерием пригодности волокон для технологической переработки на прядильном оборудовании являются показатели длины, толщины и разрывной нагрузки, которые в комплексе оценивают прядильную способность волокна. Поэтому качество полученного конопляного котонина оценивалось по результатам статистической обработки длины, диаметра и разрывной нагрузки, а также по процентному содержанию коротких и длинных волокон.

В результате установлено, что оптимальным является режим, при котором интенсивность воздействия на волокно составляет 2500 импульсов электрических разрядов. Данный котонин по физико-механическим параметрам соответствует средневолокнистому хлопку, поэтому может быть использован для формирования пряжи по кардной системе прядения на хлопкопрядильном оборудовании.

Для подтверждения этого вывода проведено аналитическое исследование процесса проектирования многокомпонентных смесей на основе конопляного котонина с целью создания высококачественной пряжи, предназначенной для выработки тканей бытового назначения с заранее заданными потребительскими свойствами.

Существенным недостатком натуральных волокон, и особенно конопляных, является большая неровнота по длине и толщине, что затрудняет их переработку в чистом виде. Поэтому необходимо к смеси, содержащей конопляное волокно, подобрать химические волокна с такими показателями длины, толщины и долевого содержания, чтобы неровнота смеси была минимальной и позволяла получать пряжу высокого качества. В результате расчетов установлено, что для получения качественной равномерной многокомпонентной пряжи по кардной системе прядения на основе конопляного котонина необходимо использовать в смесях от 40 до 70% химических волокон длиной 32-38 мм и толщиной 16-18 мкм.

В качестве критериев проектирования многокомпонентных смесей использовались требования к составляющим смесей в баллах, полученные на основе опыта работы передовых предприятий и оценки экспертов. При этом впервые разработана бальная оценка степени влияния конопляного волокна на потребительские свойства тканей.

Целью проектирования оптимального состава многокомпонентной смеси является установление функциональной