Основы технологии текстильной промышленности

Основы технологии текстильной промышленности

1. Виды волокон.

2. Свойства волокон.

3. Системы прядения.

Текстильная отрасль промышленности является частью легкой индустрии. Отрасли этой индустрии вырабатывают предметы потребления, составляющие в основном группу Б. Легкая индустрия включает текстильную, швейную, обувную, кожевенную и другие отрасли промышленности. Легкая промышленность выпускает примерно пятую часть всей промышленной продукции в нашей стране и дает четвертую часть всех доходов, поступающих в бюджет.

Текстильная промышленность производит продукцию групп А и Б. Хлопок, лен, шерсть, шелк, используемые непосредственно для выработки бытовых и технических тканей, и ткани, идущие на швейные предприятия для производства одежды, относятся к группе А. Ткани, нити, вата, ватин, трикотаж и другие изделия, реализуемые в торговле, относятся к группе Б.

1. Виды волокон.

Текстильные волокна — твердые гибкие тела, имеющие сравнительно большую длину и малую толщину. Так, например, средняя длина хлопковых волокон составляет 35 мм, а средняя толщина — 20 мкм; волокон из натурального шелка — соответственно 600 мм и 15 мкм.

Элементарные волокна — одиночные волокна, которые не могут быть разделены на более тонкие и короткие. К ним относятся хлопковые, шерстяные, шелковые и химические волокна. Технические волокна — природные растительные волокна, состоящие из многих элементарных волокон, склеенных между собой клеящим пектиновым веществом. Это волокна льна, конопли, джута и др.

Жгутовые волокна (жгут) — химические волокна, состоящие из большого числа параллельно расположенных элементарных волокон бесконечно большой длины.

Штапельные волокна получают на химических заводах путем разрезания жгутовых волокон на отрезки длиной от 32 до 120 мм. Они относятся к волокнам элементарного типа.

Мононити из синтетических волокон бесконечно большой длины используются для производства тканей, трикотажных изделий, рыболовных сетей, лесок, щеток и т. п. Их также относят к типу элементарных.

Текстильные волокна делятся на три класса: природные, искусственные и синтетические. Классы подразделяются на подклассы, подклассы — на группы, группы — на подгруппы, а подгруппы — на разновидности волокон.

Природные волокна представляют собой высокомолекулярные соединения. Различают два подкласса природных волокон — органического и минерального состава. Волокна органического состава делятся на волокна растительного и животного происхождения. Растительные волокна получают из различных частей растения. В зависимости от этого их делят на следующие группы: семенные, стеблевые, лиственные и плодовые. К семенным волокнам относят хлопковые, к стеблевым — волокна льна, пеньки, канатника, рами и др., к лиственным — новозеландского льна, манильской пеньки, сизали и др., к плодовым — волокна из скорлупы кокосовых орехов. Волокна животного происхождения делятся на две подгруппы: шерстяные и шелковые. К первой относят овечью, козью, верблюжью шерсть и др., ко второй — волокна, получаемые благодаря жизнедеятельности гусениц тутового и дубового шелкопрядов.

К подклассу волокон минерального состава относятся природные асбестовые волокна, получаемые из горных пород.

Искусственные волокна бывают двух подклассов: органического и минерального состава. Волокна органического состава — это целлюлозные и белковые волокна. В группу целлюлозных волокон входят искусственные волокна, изготовляемые из целлюлозы и ее эфиров. Эти волокна делятся на подгруппы гидратцеллюлозных и эфироцеллюлозных волокон. К гидратцеллюлозным относят вискозные, полинозные, медно-аммиачные волокна, к эфироцеллюлозным — диацетатные и триацетатные.

Подкласс волокон минерального состава делится на две группы: силикатных и металлических волокон. Силикатные волокна получают из стекла (стеклянные волокна), металлические — из различных металлов и их сплавов (золотые, серебряные, латунные, медные, алюминиевые и другие волокна). Металлические волокна широко применяются для украшения шелковых, шерстяных тканей и текстильных изделий, а также для технических целей.

При производстве синтетических волокон сначала получают мономер, представляющий собой низкомолекулярное соединение. Затем мономеры с помощью полимеризации или поликонденсации превращают в полимеры — высокомолекулярные соединения, а из них вырабатывают синтетические волокна. Все синтетические волокна делятся на гетероцепные и карбоцепные. Гетероцепные волокна получают из полимеров, макромолекулы которых состоят из углерода, азота, кислорода, серы и др. В подкласс гетероцепных входят полиамидные и полиэфирные волокна. Карбоцепные волокна — получают из полимеров, макромолекулы которых содержат в основной цепи только атомы углерода.

Текстильные волокна состоят из макромолекул, обладающих большой молекулярной массой. Так, например, молекулярная масса капронового волокна—16500...22600; вискозного — 50000... 100000; хлопкового—1620000...2430000 и льняного— 5632000.

Макромолекула волокна построена из многократно повторяющихся элементарных звеньев. Звено состоит из различных химических элементов. Количество элементарных звеньев n, составляющих макромолекулу, называют коэффициентом полимеризации (поликонденсации). У различных высокомолекулярных соединений n может составлять от нескольких сот до нескольких тысяч единиц. Например, у макромолекулы капрона n равно 100...200, целлюлозы вискозного волокна—300...400, целлюлозы хлопка — 10000... 15000, целлюлозы льна — 36000 и т. д. Общим свойством текстильных волокон является то, что они все построены из макромолекул. Волокна друг от друга отличаются химическим составом и строением.

В волокнах действуют химические (в элементарных звеньях) и межмолекулярные (между макромолекулами) связи. К межмолекулярным связям относятся силы Ван-дер-Ваальса и водородные связи. Межмолекулярные связи предопределяют механическую прочность, температуру плавления, застывания, кипения и другие свойства волокнообразующих полимеров.

Свойства волокон зависят также от коэффициента полимеризации. Чем он выше, тем длиннее макромолекулы волокна, тем они прочнее. Макромолекулы текстильных волокон бывают линейные и сетчатые. Хлопковые, льняные, шелковые и искусственные волокна имеют макромолекулы линейной структуры, шерстяные — сетчатой, синтетические — линейной и сетчатой.

2. Основные технологические свойства волокон

Основными технологическими характеристиками текстильных волокон являются: длина, толщина, прочность, относительное удлинение при растяжении, плотность, извитость, рассыпчатость, дефектность, электризуемость и др.

Длина волокон хлопка, шерсти, лубяных и химических волокон находится в прямой связи с толщиной и прочностью пряжи. Она определяет выбор систем прядения. С учетом длины волокон устанавливают режим обработки волокнистых материалов и получения пряжи. Чем длиннее волокно, тем меньшую можно держать крутку пряжи, тем больше число контактов между волокнами. Следовательно, из более длинного волокна при одинаковой крутке можно получить более прочную пряжу. Натуральные волокна различаются между собой по длине. Так, например, в хлопковой массе со средней длиной волокна 31...32 мм имеются волокна длиной от 6 до 50 мм, а в однородной тонкой шерсти при средней длине 55 мм — от 8 до 100 мм.

Толщина волокна характеризует его поперечный размер. Чем меньше толщина волокон, тем более тонкую, равномерную и прочную пряжу можно из них выработать. Чем прочнее пряжа, тем меньше обрывность ее в прядении и ткачестве, тем выше производительность труда. Из тонкой пряжи можно выработать тонкие и легкие ткани и трикотажные изделия. Линейная плотность волокна измеряется в тексах (г/км) как отношение массы (г) к длине волокна (км).

Под извитостью понимают количество извитков, приходящихся на 1 см длины волокна. От нее зависит технология переработки волокон, качество получаемых пряжи и изделий. Извитость волокон придает пряже, тканям, трикотажу пушистость, эластичность, объемность, за счет чего обеспечивается их более низкая теплопроводность.

Плотность волокон — отношение массы вещества волокна к его объему: Чем меньше плотность волокна, тем больше объемность пряжи, ткани и трикотажа.

Прочность волокна — способность воспринимать без разрушения растягивающие усилия. Абсолютная прочность (разрывная нагрузка) определяется усилием, приложенным к волокну, при котором оно разрывается. Усилие выражается в ньютонах. Относительная прочность (удельная разрывная нагрузка) — это усилие, вызывающее разрыв волокна, отнесенное к линейной плотности волокна. Чем прочнее волокно и чем оно более однородно по прочности, тем легче технологический процесс его обработки, меньше обрывность волокон, выше выход продукции и производительность труда в чесании и прядении.

Рассыпчатость волокон характеризует степень легкости разделения их пучков на элементарные волокна без обрыва. Чем выше рассыпчатость волокон, тем легче процессы кардочесания и гребнечесания, а следовательно, и выше качество прочеса, пряжи и ткани.

Дефектность химических волокон характеризуется наличием склеек, мушек, жгутиков и других дефектов, возникающих в процессе производства и переработки этих волокон.

В процессе механической обработки и переработки волокнистый материал электризуется. Электризуемость — это способность материалов к генерации и накоплению зарядов статического электричества. Электрические заряды возникают в результате взаимного трения волокон и нитей, трения их о рабочие органы машин (иглы игольчатой гарнитуры, иглы гребней, сучильные рукава, ремизы, бёрда и др.), а также действия давления, сжимающих и растягивающих усилий. Степень электризуемости волокон зависит от их строения, состояния поверхности, площади соприкосновения, давления на волокна, скорости движения волокон и нитей и других факторов.

Эффективность применения химических волокон

Химические волокна в текстильной промышленности — дополнительное дешевое высококачественное сырье.

Кроме того, применение химических волокон дает возможность улучшить экономические показатели работы текстильных предприятий, повысить качество продукции и расширить ее ассортимент. Добавление химических волокон способствует улучшению однородности волокон смеси по длине, толщине, прочности, а также снижению обрывности в прядении и ткачестве, повышению производительности оборудования. Использование жгутовых химических волокон в текстильном производстве позволяет не выполнять такие сложные и трудоемкие технологические процессы, как подготовка волокон к смешиванию, смешивание, кардочесание, гребнечесание и др. Кроме того, приготовление ленты путем штапелирования способствует уменьшению количества единиц необходимого оборудования, производственных площадей и трудозатрат. При переработке химических волокон методом штапелирования по сравнению с обычным способом переработки штапельного волокна расходы электроэнергии сокращаются примерно в 5 раз, производительность труда повышается почти в 2 раза.

При использовании химических волокон повышается выход пряжи из смеси (на 1...3 %), снижается себестоимость изготовляемых тканей и изделий. Так, себестоимость трикотажного жакета из чистой шерсти примерно в 4 раза выше себестоимости изделия того же размера из высокообъемной нитроновой пряжи.

С введением 5...10 % капронового волокна стойкость тканей к истиранию увеличивается в 1,8...2 раза. Добавление к шерсти 50...55 % лавсановых волокон способствует повышению прочности ткани, ее сопротивления к истиранию, стойкости к сминаемости. Изделия из нитроновых волокон в смеси с вискозными обладают повышенной прочностью, объемностью и шерстистостью.

Применение профилированных и полых химических волокон позволяет вырабатывать более легкие и объемные ткани и трикотажные изделия, а также экономить до 30...40 % сырья в текстильной промышленности. Кроме того, ткани из лавсана и объемной пряжи мало уступают по качеству чистошерстяным, а по ряду свойств даже превосходят их. Добавление синтетических волокон с натуральным обусловливает удешевление текстильных изделий.

1. Понятие о прядении

В текстильном производстве хлопковые, льняные, шерстяные, натуральные шелковые и химические волокна перерабатывают в изделия. Совокупность технологических процессов, применяемых для переработки этих волокон в пряжу определенной толщины и прочности, называют прядением. Так, например, процесс выработки шерстяной гребенной пряжи линейной плотностью 10...50 текс включает разрыхление волокнистого материала, смешивание, чесание, гребнечесание, вытягивание волокон и прядение.

Совокупность машин и процессов, посредством которых волокна перерабатывают в определенный вид пряжи, называется системой прядения.

Системы прядения различаются по числу переходов, их назначению, виду, качеству сырья и качеству вырабатываемой продукции. Но в системах прядения различных волокон разные процессы имеют одно и то же назначение, например процессы разрыхления и чесания в аппаратной и гребенной системах получения шерстяной пряжи, процесс гребнечесания в гребенных системах получения пряжи из хлопковых и шерстяных волокон. Кардная система прядения используется для переработки хлопковых волокон, но может быть применена и для прядения шерстяных, коротких льняных (льняного очеса) и химических волокон. Поэтому кардную, гребенную и аппаратную системы прядения можно рассматривать как типовые.

2. Кардная система прядения

Получение пряжи из хлопковых волокон по кардной системе прядения включает пять основных технологических переходов: 1) разрыхление, очистку и смешивание волокон; 2) кардочесание на чесальных, валичных и шляпочных машинах; 3) сложение и вытягивание лент; 4) предпрядение и 5) прядение (формирование пряжи).

Указанная система прядения широко используется в производстве пряжи линейной плотностью 15,5...84 текс, которую вырабатывают из средневолокнистого хлопкового и химического волокна. Кроме того, кардную систему прядения можно применять для изготовления льняной пряжи из короткого волокна и очеса (котонина), меланжевой пряжи из хлопка и штапельных химических волокон, окрашенных в разные цвета.

Хлопок поступает на предприятия в вагонах отдельными партиями по 60...70 кип, которые называются марками. На складе каждую партию (марку) размещают отдельно друг от друга, т. к. волокна в марках и кипах отличаются по технологическим свойствам и прежде всего по длине, толщине, прочности и извитости. При переработке хлопка производят составление смеси (сортировки) волокон из нескольких партий (марок). Подбор марок ведется так, чтобы различие технологических свойств волокон было незначительным. Различают хлопковые волокна семи типов, характеризующиеся длиной, толщиной и прочностью. Волокна первого типа — самые длинные, тонкие и прочные, седьмого — очень короткие, грубые и весьма слабые по прочности.