Особенности технологии волокнистых отходов для выработки качественной пряжи

Резюме

В статье рассматривается возможность регенерации волокнистых отходов на том же предприятии, где эти отходы получены. Качество и количество технологических отходов зависят от свойств исходного сырья, системы и планов прядения и назначения текстильной продукции. Установлено, что прядильная ценность любых отходов определяются длиной волокна, равномерностью распределения, долей пуха и засоренности, а также возможностью их очистки от посторонних примесей. С применением пневмомеханического способа прядения началось исследование возможностей выработки пряжи данным способом с использованием в смеси отходов производства и низкосортного хлопка. Выбранная цепочка технологического оборудования позволяет перерабатывать более дешевые смеси, с повышенной засоренностью обеспечивая нормальное прохождение технологического процесса без увеличения обрывности в прядении, и без снижения качества пряжи. В результате исследования свойств, предварительно решена задача пригодности отходов прядильного производства после соответствующей регенерации для производства пневмомеханической пряжи высокого качества как на существующем оборудовании производств, так и на линиях нового поколения.

Ключевые слова: регенерация волокон, ресурсосберегающие технологии, снижение себестоимости продукции, качество, эффективность,прядильная машина, пневмомеханическая пряжа, волокнистые смеси.

Во всем мире получает все большее распространение перспективная стратегия переработки отходов, которая предполагает регенерацию прядомого волокна на том же предприятии, где эти отходы получены. В этом случае, волокно, выделенное из отходов на специальном оборудовании, может быть снова использовано в сортировке для приготовления пряжи ниже средних и средних плотностей, что приведет к экономии сырьевых материалов.

Количество и качество технологически неизбежных отходов зависят от свойств исходного сырья (засоренности, количества коротких волокон-пуха, влажности и др.), системы и планов прядения (количество технологических переходов, заправочных параметров оборудования, конструкции машин и т.д.) и назначения пряжи. Другая часть отходов обусловлена прерывностью технологического процесса, техническим состоянием машин, квалификаций рабочих и организационными условиями.

Отходы содержат частицы сора и волокна. Волокно попадает в отходы по разным причинам: хлопковое волокно в зависимости от селекции содержит различное количество коротких волокон, узелков, комочков, которые выделяютcя вместе с частицами неволокнистых отходов на машинах приготовительного отдела вследствие недостаточного разрыхления, а также содержания большого количества незрелых волокон, что способствует образованию и выделению дополнительных узелков волокна; из-за высокой влажности воздуха в цеху происходит слипание волокна и выделение его вместе с сором; при использовании волокнистых смесей нестабильных по длине волокна, вследствие несоответствующих разводок между рабочими органами приготовительных машин, в отходы выделяются и полноценные прядомые волокна; при агрегировании машин конфигурация пневмопроводов и их длина влияют на образование жгутиков, а это непосредственно увеличивает выпадение прядомого волокна в отходы [1].

К увеличению отходов приводит также многократная сушка хлопка-сырца на хлопкозаводах, при этом волокно становится более хрупким, возрастает процентное содержание коротких волокон, ухудшаются его физико-механические свойства, увеличивается обрывность пряжи. В зависимости от вида, характеристики, места образования отходов и возможном направлением использования, отходы разделены на 6 групп. (номера отходов соответствуют ОСТ 17-88-86). Наибольшую ценность для повторного использования представляют отходы прядильного производства I и II прядильных групп [2,3].

Прядильная ценность любых отходов определяются длиной волокна, равномерностью распределения, долей пуха и засоренности, а также возможностью их очистки от посторонних примесей. При пневмомеханическом способе прядения выход отходов I прядомой группы незначителен, в данном случае интерес представляют отходы II прядомой группы. Для выработки пряжи из отходов и низкосортного хлопка до 80 годов прошлого столетия использовались только аппаратная и кольцевая системы прядения, характеризующиеся низкой производительностью труда и оборудования, низкой очистительной способностью и высокой запыленностью. С 1980 годов для выработки пряжи больших линейных плотностей из отходов производства началось широкое внедрение разработанного в ЦИИХБИ (Россия) высокопроизводительного безверетенного роторного способа прядения (машины ПР-150-1, ПР-200). Роторные машины ПР-150 и ПР-200 предназначались для выработки пряжи линейной плотности 84-220 текс из хлопка низких сортов и отходов производства, очистительный эффект машин ПР достигал 50%, что позволяло перерабатывать ленту с засоренностью до 10%, повысить производительность труда в 1,5-2 раза. Пряжа роторного прядения была значительно чище пряжи аппаратного и кольцевого прядения, выработанной из того же полуфабриката и не уступала по физико-механическим показателям пряже аппаратного прядения [4].

В этот же период внедрялся также аэродинамический способ прядения аэродинамическая прядильная машина ПАМ – 150 предназначалось для выработки пряжи линейной плотности ΙΙΙ – 333 текс (завод – изготовитель «Пензмаш», Россия). Конструкция машин ПАМ-150 максимально была унифицирована с конструкцией, серийно выпускаемой пневмомехани-ческой прядильной машиной БД–200–М69. В конструкции прядильного устройства использован принципиально новый способ формирования пряжи в неподвижной аэродинамической прядильной камере с помощью воздушного вихря, создаваемого отсасывающим вентилятором. В аэродинамической камере отсутствуют условия для скопления пуха, грязи, сорных примесей. Пряжа, полученная по аэродинамическому способу прядения по сравнению с пряжей с кольцевых машин, обладала большей пушистостью, удлинением, меньшей разрывной нагрузкой, неровнотой по линейной плотности и большой прочностью на истирание.

В настоящее время хлопчатобумажная промышленность, стала интенсивно оснащаться машинами пневмомеха-нического способа прядения. Пневмомеханические прядильные машины обладают рядом преимуществ и открывают возможности для автоматизации процесса. Пряжа пневмомеханического способа прядения имеет особенности, связанные с процессом формирования пряжи [5]. Структура пряжи пневмомеханического способа прядения характеризуется наличием стержневой части, поверхностных слоев и наружных обвивочных волокон. Распрямленность волокон в этой пряже ниже, чем в пряже кольцевого прядения, что приводит к неравномерности разрыва волокон, и, следовательно, к снижению ее прочности (на 20-25%). Пневмомеханическая пряжа обладает повышенной равномерностью по прочности, удлинению и линейной плотности, повышенной объемностью и меньшей ворсистостью. Пряжа ПМСП обладает лучшими упругими свойствами, повышенной устойчивостью к истиранию и многоцикловым деформациям, лучшей равновестностью. В ней меньше количество тонких, толстых мест и ниже неровнота по сечению.

С внедрением пневмомеханического способа прядения началось исследование возможностей выработки пряжи данным способом с использованием в смеси отходов производства и низкосортного хлопка [6,7]. Было установлено, что причиной обрывов при пневмомеханическом способе прядения являются внезапные сопротивления (помехи), возникающие на пути крутки, набегающей к месту формирования пряжи. Такими помехами могут быть: сор, скопления пуха (т.е. скопление незаработанных комплексов волокон и собственно пуха) и тонкие места, чередующиеся с утолщениями (такое место поглощает крутку, уменьшает плечо крутящего момента, неспособного перейти на утолщения).

Установлено, что на уровень обрывности при пневмомеханическом способе прядения оказывают влияние основные качественные показатели питающей ленты: содержание пороков и сорных примесей в ленте и масса порока, разъединенность комплексов волокон, неровнота ленты. Средняя масса отдельного порока не должна превышать 0,07-0,1 мг, массовая доля жестких пороков в ленте 0,4-0,5% для пряжи 25 текс и более. Коэффициент вариации по массе однометровых отрезков не должен превышать 1,5% по сечению– 4,5%. Сорные примеси, содержащиеся в ленте, оказывают негативное влияние на процесс выработки пряжи. Сорные примеси по величине делятся на крупные и мелкие (пыль и микропыль). Они могут быть причиной обрыва или создавать 132

слой оседающей в прядильном роторе, что изменяет геометрию сборной поверхности и оказывает отрицательное влияние на процесс прядения и внешний вид пряжи [14]. Известно, что показатели пряжи находятся, в прямой зависимости от показателей сырья позволит снизить интенсивность засорения рабочей поверх-ности ротора мелким сором, пылью, пухом. Согласно F. Stahlecker [7], показатель неровноты по Устеру, возрастает с увели-чением пыли и сора, а разрывная длина пряжи снижается. Существует прямая зависимость между чистотой питающей ленты и обрывностью пряжи. H. Stalder [8] указывает на увеличение отложений пыли в роторе в зависимости от частоты его вращения. Согласно полученным данным при увеличении частоты вращения ротора (пряжа 77 текс) с 30000 до 40000 мин отложения пыли возрастают в 3-8 раз. Следовательно, при возрастании частоты вращения ротора можно ожидать ухудшения качества пряжи, прежде всего в отношении муарового эффекта. Однако H. Stalder делает вывод о том, что имеются определенные возможности улучшения качества пряжи, путем подбора ротора соответствующей конструкции. В роторе оптимальной конструкции откладывается вдвое меньше пыли. При этом особое влияние оказывает форма желоба ротора.

Таким образом, при переработке сортировок с низкосортным сырьем диаметр ротора должен увеличиваться, а частота его вращения снижаться, что позволяет снизить интенсивность засорения рабочей поверхности ротора мелким сором, пылью, пухом.

В работе [9] отмечается, что с увеличением линейной плотности питающей ленты до 4,56 текс (вместо 4,00 текс при выработке пряжи на машине БДА-10 снижается неровнота и засоренность выпускаемого продукта).Проведенные исследования подтверждают возможность выработки пряжи больших линейных плотностей с вложением в смеску отходов второй прядомой группы при условиях: - максимальной их очистки и обеспыливания;- высокой равномерности смешивания компонентов; - использования полуфабриката большой линейной плотности;- наличия систем сороудаления на пневмопрядильных машинах.

Установленное на действующих предприятиях современное оборудование обеспечивает выполнение вышеуказанных требований. Современная цепочка технологического оборудования позволяет перерабатывать более дешевые смеси, с повышенной засоренностью одновременно обеспечивая нормальное прохождение технологического процесса без увеличения обрывности в прядении, и без снижения качества пряжи. Большое значение на процесс формирования пряжи оказывает конструкция ротора прядильной машины. Во многих странах проводились работы по выбору оптимального диаметра роторов, их формы и покрытия. В настоящее время предприятия оснащаются пневмомеханическими прядильными машинами со скоростью вращения ротора до 150000 мин^-1, что достигнуто благодаря созданию роторов диаметром 28 мм, т.е. уменьшением его диаметра.

Для выполнения работы по разработке производственной программы с расчетом потребности сырья, полуфабрикатов, сопряженности оборудования по переходам, проведен анализ заправочных параметров марли и проведены соответствующие расчеты. Для определения потребного количества оборудования необходимо знать параметры ткани, т.е. марли. Поэтому изучены заправочные параметры марли (Таблица 1).

Таблица 1 – Заправочные параметры ткани

Отсюда видно, что в ткани используется пряжа пневмомеханическая линейной плотности 20 текс.

Результаты и их обсуждение. Выбор системы прядения определяется толщиной пряжи и ее назначением. При выборе системы прядения необходимо использовать последние достижения техники хлопкопрядения, чтобы обеспечить высокую эффективность производства. Кроме этого эффективность производства зависит от правильного выбора технологической цепочки оборудования. Для обоснования выбора оборудования необходимо дать сравнительный анализ эффективности использования принятой машины, отличительные особенности и преимущества в сравнении передовых фирм. Для дальнейшего проектирования технологических процессов производства необходимо было разработать и обосновать план прядения пневмомеханической пряжи линейной плотности 20 БД текс.

Выбор системы прядения, т.е. выбор определенного ассортимента машин, на которых будет производиться перера-ботка сырья для получения пряжи, тесно связан с разработкой плана прядения. План прядения представляет собой совокуп-ность параметров, характеризующих технологический процесс приготовления пряжи. План прядения включает следующие данные: линейную плотность полуфабрикатов и пряжи, число сложений, вытяжку, крутку, коэффициенты крутки, частоту вращения основных рабочих органов, коэффициенты полезного времени машин (КПВ), коэффициенты использования машин (КИМ), теоретическую, плановую и расчетную производительности.

Таким образом, определены все параметры плана прядения проектируемого прядильного производства (Таблица 2 ).

Таблица 2 – Краткий план прядения для выработки пряжи линейной плотности 20 БД текс

Список литературы

1. Д.А.Полякова,А.П.Алленова и др.Отходы хлопчатобумажной промышленности.Справочник.М:Легпромбытиздат,2010.374с.
2. В.П.Широков, А.Н. Смирнов, Ю.В. Павлов и др. Прядение хлопка низких сортов и отходов производства. М: Легкая и пищевая промышленность. 2004, 296 с.
3. Е.К.Ганеман, В.М.Юдин и др. Качественная характеристика хлопчатобумажных отходов и пути их рационального использования. М: Легпромбытиздат, 2004, 314 с.
4. Ю.В.Павлов, А.Б.Шапошников, А.Ф.Плеханов, А.А. Минофьев, К.Ю. Павлов Теория процессов, технология и оборудование прядения хлопка и химических волокон. Иваново: ИГТА, 2000, 392с.
5. Н.Н.Труевцев. Свойства пряжи пневмомеханического способа прядения. Санкт-Петербург: Спутник 2007, 278 с.
6. JiangX.Y., HuJ.L.,ChengandK.P., Postle Determining the Cross-Sectional Packing Density of Rotor Spun Yarns.// Textile Research Journal, 2005, № 75, pp. 233-239.
7. Ф.М.Плеханов. Технологические процессы пневмомеханического прядения. М: Легпромбытиздат, 1986,177 с.
8. Т.В.Колмонович, Н.П.Ермолаева, В.А. Кулина. Технологические режимы работы чесальных и ленточных машин при выработке пряжи больших линейных плотностей на машине БДА.// сборник научных трудов ЛенШИТП, М: ЦНИИТЭН легпром, 1990, №10, С.230-234.