Разработка технологии получения пряжи из отходов параарамидных нитей и тканей для изделий, эксплуатируемых в условиях повышенных температур

Используемые ПАА отходы включают два вида отходов: отходы производства комплексных ПАА нитей и регенерированное ПАА волокно, причем отходы из ПАА нитей, представляющие собой массу перепутанных неразделенных обрезков нитей с гладкой поверхностью существенно повышают неоднородность смеси и способствуют росту потерь ПАА волокон в процессе их переработки.

Было разработано три варианта сырьевых композиций с вложением от 45 до 100% ПАА волокнистых отходов. Для улучшения прядильной способности смеси и обеспечения необходимых гигиенических свойств проектируемыми изделиями в двух вариантах смеси предусматривалось вложение гидрофильных шерстяных волокон в количестве 22-30% от массы смеси.

Ниже представлены избранные для исследования варианты смесок:

смеска №1: ПАА -100% (состоит на 50 % из разволокненных отходов производства комплексных параарамидных нитей и на 50% из регенерированного параарамидного волокна из лоскута);

смеска №2 : ПАА-70% (состоит на 50 % из отходов производства комплексных параарамидных нитей и 50% из регенерированных параарамидных волокон из лоскута) и шерсть -30%;

смеска №3: ПАА-45% (состоит на 50 % из отходов производства комплексных параарамидных нитей и 50% из регенерированных параарамидных волокон из лоскута), штапелированное параарамидное волокно Тварон-33 и шерсть-22%;

Третья глава посвящена исследованию технологического процесса прядения и прядильной способности полученных механическим способом регенерированных ПАА отходов и отходов производства комплексных нитей как в чистом виде так и в смеси с шерстяными волокнами.

Приводятся результаты экспериментов по производству двух-и трехкомпонентной смешанной пряжи на пневмомеханической прядильной машине ППМ-240-Ш содержащей ПАА отходы (до 50%); шерстяное волокно (от 40 до 50%), ПАН волокна (20%). Были исследованы физико-механические свойства пряжи, которые подтвердили, что пряжа всех трех вариантов обладает малой неровнотой как по разрывной нагрузке, так и по линейной плотности и хорошими прочностными показателями, причем добавление ПАН волокна привело к существенному увеличению прочности пряжи, но в тоже время вызвало повышенную электризуемость смеси даже при дополнительной обработке замасливателем параарамидного тканого лоскута, что потребовало повторной обработки замасливателем смеси во время чесания на чесальной машине.

В производственном эксперименте пряжа вырабатывалась по аппаратной системе прядения из смеси, включающей регенерированные волокна из ПАА тканого лоскута, пропущенного через концервальную машину К-11-Ш. Смешивание регенерированных ПАА волокон, отходов из ПАА нитей и волокон шерсти осуществлялось слоями, причем компоненты смеси накладывались друг на друга в пропорции, соответствующей рецептуре смеси.

Для улучшения процесса смешивания компонентов, что особо необходимо в случае переработки ПАА отходов из комплексных нитей, смесь дополнительно пропускалась через щипально-замасливающую машину.

Для улучшения прядильной способности компонентов смеси проводилось замасливание и вылеживание смеси, а затем осуществлялось чесание на трехпрочесном аппарате «Бефама CR -24». Пряжа вырабатывалась на кольцепрядильной машине ПБ-114-Ш1 с тремя вариантами крутки. В ходе исследования технологического процесса получения пряжи из отходов в смеси с шерстью производилась оценка фактического содержания компонентов в смеси по переходам, которая показала, что процентное содержание компонентов смеси находится в пределах запланированного.

На основании проведенного экспертного опроса (коэффициент конкордации W=0.64) было установлено, что наиболее существенными технологическими параметрами, влияющими как на стабильность технологического процесса, так и на свойства полученных вариантов пряжи, являются крутка пряжи и процентное содержание ПАА отходов в смеси.

В соответствии с этим исследовалась зависимость изменения основных физико-механических показателей пряжи номинальной линейной плотности 90 текс, содержащей ПАА отходы от заправочных параметров прядильной машины ПБ-114-Ш1 и количества содержания ПАА волокон в смеске.

В качестве основных варьируемых параметров были выбраны:

Х₁ - крутка пряжи, которая варьировалась в пределах 260-360 кр/метр;

Х₂ - содержание ПАА отходов, которое изменялось 70-100%.

В качестве выходных параметров исследования были выбраны:

Y₁ - удельная разрывная нагрузка, сН/текс;

Y₂- относительное разрывное удлинение, %

Y₃- удельная разрывная нагрузка при t⁰=300⁰C

В результате статистической обработки проведенного полного факторного эксперимента получены математические модели для каждого из исследуемых показателей свойств КП пряжи:

Y₁=36.7+ 2.0X₁ + 1.3Х₂ (1)

Y₂=4.5+0.36X₁+0.28X₂ (2)

Y₃ =7.75+ 9.2 X₁ + 6.2 X₂ (3)

Как видно из формул (1-3) наибольшее влияние на исследуемые показатели оказывает крутка пряжи, с увеличением которой в исследуемых пределах их значения возрастают.

Процентное содержание волокон ПАА в смеси оказывает несколько меньшее влияние, причем, значения контролируемых показателей в исследуемых пределах возрастают, что объясняется более высокими механическими свойствами волокон ПАА в сравнении с шерстью.

На основании полученных результатов были рекомендованы технологические параметры заправки кольцепрядильных машин для выработки опытной пряжи, содержащей ПАА отходы на предприятии ООО «Институт технических сукон». Были выработаны опытно-промышленные партии из всех предложенных вариантов смесей и изучены их физико-механические свойства, результаты частично представлены в таблице 1.

Таблица1 - Физико-механические свойства опытных образцов КП пряжи

Примечание - Кроме указанных выше в диссертации представлены физико-механические показатели и для других 6 вариантов опытной пряжи, отличающиеся волокнистым составом и круткой. В диссертации представлены физико-механические показатели ПМ пряжи.

Разрывная нагрузка и разрывное удлинение пряжи определялись на разрывной машине STATIGRAPH- L , позволяющей получить как диаграмму растяжения пряжи, приведенную на рис.1, так и значения разрывной нагрузки и удлинения, указанные в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что образцы пряжи имеют высокие прочностные показатели (особенно вариант № 1), что еще раз подтверждает возможность использования данной пряжи в производстве материалов для спецодежды.

Из рис.1 видно, что добавление шерстяного волокна в смеску (вар.4) существенно не меняет характер диаграммы растяжения, однако, видно, что вар.1, содержащий ПАА отходы, имеет большую разрывную нагрузку и упругость, по сравнению с вар. 4, который, в свою очередь, является более податливым и менее жестким. Особенно это видно, начиная с деформации равной 2%.

Рис. 1 - Диаграмма растяжения пряжи КП вар.1 и вар.4

Для анализа связей между характеристиками основных физико-механических свойств опытной пряжи (разрывной нагрузки-P_p,разрывным удлинением-e_p и массой образца пряжи - m), выработанной разными способами прядения - кольцевым (КП) и пневмомеханическим (ПМ) строились регрессионные графы (рис.2а и рис.2б).

Можно видеть, что разрывная нагрузка пряжи Х₁ положительно связана с линейной плотностью (масса образца Х₃) и разрывным удлинением Х₂, тогда как сами они связаны между собой в случае КП отрицательно, а ПМ - положительно; взаимовлияние, по сути дела, отсутствует, так как влияния разрывного удлинения и массы образцов на разрывную нагрузку значительно выше, чем обратное влияние.

Высокий уровень коэффициентов аккореляции R_123, R₂₁₃, R_{312 ,} свидетельствует о существенной зависимости таких свойств как разрывная нагрузка (для КП пряжи из смеси 70% ПАА отходы + 30% шерсти), разрывное удлинение (для всех вариантов) и масса (для КП пряжи из смеси 50% ПАА отходы + 50% шерсти) от внешних воздействий, т.е. от факторов, не включенных в число исследуемых, что указывает на необходимость дальнейшего совершенствования технологии подготовки волокнистого сырья к прядению.

Были проведены исследования, позволяющие охарактеризовать структурные особенности смешанной пряжи, содержащей ПАА отходы.

На рис. 3 представлены результаты цифровой микрофотосъемки продольного вида КП пряжи из смеси 70% ПАА отходы и 30% шерсти, полученные при помощи оптической компьютеризированной системы "Мicrocolor 2000" при увеличении х297.

Рис.3 - Микросъемка продольного вида КП пряжи из смеси 70% ПАА отходы и 30% шерсти

На рис.3 видна оболочка, состоящая из промежуточного слоя-2, образованного преимущественно шерстяными волокнами со спиралевидным их расположением, и прерывистого внешнего слоя, образованного ворсом из параарамидных волокон - 1, закрепленных в стержневом слое.

Такая структура пряжи способна обеспечить текстильным материалам комплекс свойств, включающих термостойкость и прочность, за счет высокомодульных параарамидных волокон, а также гибкость и улучщенные гигиенические свойства за счет содержания шерстяных волокон в оболочке пряжи. Разработанную смешанную пряжу можно использовать как в изготовлении ткани верха и трикотажа для защитной одежды, так и специальных материалов для изготовления ее отдельных элементов (подшлемник, воротник, напульстник и др.).

Были проведены исследования изменения прочности КП пряжи на базе ПАА отходов вар.1 и вар.4 при действии высоких температур. Вначале варианты исследовались в нормальных условиях, а затем при температуре от

100-300 ⁰С через каждые 50 ⁰С (разрыв пряжи проходил непосредственно в термокамере сразу после нагрева образцов), причем верхний температурный предел 300 ⁰С был принят в соответствии НПБ 157-97. Установлено, что увеличение температуры существенно влияет на механические свойства исследуемых образцов, причем с увеличением температуры прочность обоих вариантов снижается. Из рис. 4 видно, что падение прочности наблюдается уже при значении температуры 100 ⁰С, когда прочность пряжи составляет примерно 65 - 85 % от исходного ее значения при нормальных условиях. Далее с увеличением температуры до 200 ⁰С прочность падет почти на 50 % и с дальнейшим увеличением температуры падение прочности существенно возрастает у пряжи всех исследуемых вариантов.

Рис.4.Гистограммы изменения прочности в зависимости от температуры для КП пряжи, содержащей регенерированные пара-арамидные волокна (1-20⁰С; 2-100⁰С; 3-150⁰С; 4-200⁰С;5- 250⁰С; 6-300⁰С)

Четвертая глава посвящена наработке и исследованию образцов тканых и трикотажных полотен, выработанных из пряжи, содержащей ПАА отходы.

Получение опытных образцов ткани проходило на оборудовании предприятия ООО «Институт технических сукон». Был изучен полный комплекс физико-механических показателей и исследовано изменение прочности ткани под действием высоких температур.

В таблице 2 представлены значения показателей физико-механических свойств тканых образцов, отличающихся между собой волокнистым составом и круткой пряжи. Как видно из таблицы 2 все варианты тканых образцов имеют достаточно высокие прочностные показатели.

Совместно с кафедрой материаловедения СПГУТД было проведено исследование стойкости тканого образца к прожиганию, чтобы изучить возможность применения материала в условиях повышенных температур.

Cравнение полученных результатов с нормами пожарной безопасности НПБ 157-99 свидетельствуют о пригодности ткани для использования ее в производстве боевой одежды пожарных. Также получено заключение о возможности применения опытной ткани для изготовления специальной одежды, выданное лабораторией средств индивидуальной защиты - ФНПР-НИИОТ в г. Иваново. Проводилась наработка опытных образцов трикотажа из опытной пряжи вариантов 1 и 4. Трикотажные полотна изготавливались в лаборатории кафедры ТиОТП СПГУТД на плосковязальной машине ПВКМ 3 и 8 классов переплетением ластик 1+1. Основные показатели опытных трикотажных полотен представлены в таблице 3.

Таблица 2 - Физико-механические свойства тканых полотен на базе ПАА отходов

Таблица 3 - Физико-механические показатели трикотажных полотен на базе ПАА отходов

Примечание - Кроме выше указанных вариантов, в диссертации представлены физико-механические показатели свойств еще 8 образцов тканых полотен и 8 образцов трикотажных полотен, отличающихся между собой волокнистым составом и круткой пряжи.

3. Цымаркина О.Н., Иванова Н.Д. Труевцев Н.Н. Новые текстильные материалы на основе ресурсосберегающей технологии переработки регенерированного огнестойкого СВМ волокна в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами // Сборник трудов молодых ученых и студентов СПГУТД (Дни науки), 2003, с.35.

4. Цымаркина О.Н., Труевцев Н.Н., Гусаков А.В., Бородин С.В. Разработка ресурсосберегающей технологии получения текстильных материалов на основе регенерированного волокна СВМ // Сборник трудов аспирантов и докторантов «Проблема экономики и прогрессивной технологии в текстильной, легкой и полиграфических отраслях промышленности» - СПГУТД, №5, 2003, с.25.

5. Цымаркина О.Н., Труевцев Н.Н. Исследование свойств новых текстильных материалов, полученных на основе ресурсосберегающей технологии переработки регенерированного огнестойкого СВМ волокна в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами // Материалы Всероссийской н.т.к. «Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности». «Поиск-2004».- Иваново, ИГТА, 2004, с.15.

6. Цымаркина О.Н., Труевцев Н.Н. Использование регенерированных волокон СВМ в чистом виде и в смеси с натуральными волокнами для получения текстильных материалов специального назначения// 2-ая специализированная выставка-конференция «Отходы в доходы». - СПб, Выставочный центр Северо-Запада РФ,2004, с.28-30.

7. Цымаркина О.Н., Иванова Н.Д. Разработка технологии и исследование физико-механических и огнестойких свойств ткани на базе регенерированного огнестойкого волокна для специальной защитной одежды// Материалы Всероссийской н.т.к. «Молодые ученые развитию текстильной и легкой промышленности». «Поиск-2005».- Иваново, ИГТА, 2005, с.61-62.

Публикации в перечне журналов ВАК

8. Цымаркина О.Н., Шурыгина Н.В., Кузнецов Ю.И. Разработка технологии получения пряжи из регенерируемого волокна СВМ в смеси с шерстью (нитроном) по аппаратной системе прядения шерсти// Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 2002, №2, с. 42-45.

9. Цымаркина О.Н., Столяров О.Н. Изменение механических свойств пряжи на базе регенерированных арамидных волокон под действием высоких температур// Известия вузов. Технология текстильной промышленности,2008,№3, с. 38-40.

Размещено на Allbest.ru