книги из ГПНТБ / Кулагина, М. И. Новые способы прядения шерстяных и химических волокон

линии, определяющий крутку поверхностных волокон, и угол на­ клона винтовой линии, т. е. угол кручения волокон.

На основании теории геометрического строения рассмотрим, как изменятся параметры структуры пряжи одной линейной плот­ ности, если ее видимый диаметр увеличивается. Если изготовить пряжу новым способом и на кольцевой прядильной машине из одного и того же сырья при одинаковом числе кручений на 1 м, то среднее число волокон в сечении и их волокнистая масса будут одинаковы. Но диаметр пряжи на новой машине da будет в k раз больше, чем диаметр пряжи d на кольцевой машине, т. е.

Одна и та же волокнистая масса распределяется в различных объемах единицы длины пряжи. Найдем соотношение объемных масс.

Подставив в это равенство значение dn из формулы (1), найдем соотношение объемных масс, выраженное через структурный па­ раметр k, характеризующий разницу в диаметрах:

Так как по условию &>1, то объемная масса пряжи при новом способе будет в k2 раз меньше объемной массы пряжи, получае­ мой кольцевым способом. При прочих равных условиях

ю

Так как /е>1, то шаг витка при новом способе прядения будет больше, чем при кольцевом. Следовательно, фактическая крутка при новом способе прядения всегда будет меньше заправочной во столько раз, во сколько диаметр пряжи, получаемой новым спо­ собом, больше диаметра обычной пряжи. Это подтверждается сравнением коэффициентов крутки.

(19)

Так как /г> 1, то при новом способе прядения пряжа при той же заправочной крутке получается более отлогой, чем при кольцевом, т. е. пряжа может быть слабее обычной. Следовательно, для обес­ печения одинакового коэффициента крутки при изготовлении пря­ жи новым способом необходимо брать заправочную крутку выше, чем на кольцевой прядильной машине.

При этих условиях объемные массы пряжи будут различны. Поэтому, создавая новые способы прядения, необходимо учиты­ вать возможные изменения объемности пряжи.

Под объемностью понимают степень сосредоточения волокни­ стой массы в сечении пряжи. Через показатели объемности стре­ мятся выразить структурную характеристику пряжи, определяю­ щую, как правило, внешний вид нити. Объемность — величина, об­ ратная коэффициенту заполнения сечения пряжи волокном, пока­ зывает, во сколько раз объем единицы длины готового продукта больше объема волокнистой массы в той же единице длины. Пока­ зателем объемности нити служит ее объемная масса, но способы определения объемной массы крайне трудоемки.

Наиболее полное представление о характере внешней струк­ туры пряжи дают исследования под микроскопом ее продольного вида. Как при малом, так и при большом увеличении в пряже любой структуры можно ясно различить тело или стержень и ок­ ружающую его волокнистую массу в виде петель, кончиков воло­ кон и спутанных ворсинок. По концам этих петель можно опре­ делить контур пряжи. Зона отделенных волокон, как правило, не­ равномерна и по своей величине, и по плотности. Сравнение внешнего строения пряжи, полученной новым способом, со строе­ нием обычной пряжи позволяет оценить работу нового прядиль­

13

ного устройства и его эффективность в реализации крутящего мо­ мента. Различна может быть и пушистость пряжи.

Пушистость пряжи принято измерять количеством ворсинок и отделенных кончиков волокон, выступающих за контур пряжи. Все остальные волокна, находящиеся за поверхностью стержня нити, но двумя концами заработанные в нее, а также ворсинки в пределах контура пряжи характеризуют объемность пряжи. За показатель объемности принимаем величину W — отношение объ­ ема отрезка пряжи Уп, взятого по внешнему контуру без волокон,

Объем волокнистой массы может быть определен теоретически по формуле

ndn

VB= /г.

где d0 — диаметр пряжи, не имеющей воздушных промежутков. Объемная масса ее будет равна удельному весу волокна у.

Величину d0 для пряжи, изготовленной из любых волокон и любым способом прядения, можно определить расчетным путем по фор-

При переработке смесей шерсти с синтетическими волокнами1 разного удельного веса в формулу следует подставлять фактиче­ ский удельный вес уф, рассчитанный с учетом процентного соотно­ шения вкладываемых волокон. В этом случае величина d0 будет определяться с небольшой ошибкой, так как истинное распреде­ ление различных по природе волокон в сечении пряжи не всегда соответствует заданному в смеси.

Экспериментальное определение показателя объемности сводит­ ся к замеру одной величины — фактического диаметра пряжи dn

14

Зная соотношение фактического диаметра пряжи к расчетному, можно определить изменение объемности.

Следовательно, применяя новые способы прядения, можно вы­ рабатывать пряжу, близкую по структуре и прочности к обычной, если параметры и условия ее формирования (натяжение нити, ха­ рактер растягивающих и скручивающих усилий, метод сообщения крутки, геометрические размеры прядильной мычки в зоне фор­ мирования) будут близки к аналогичным параметрам на кольце­ вых прядильных машинах. Изменение этих условий в ту или дру­ гую сторону приведет к структурным и прочностным отклонениям пряжи от обычной.

Особое внимание следует уделять геометрическим размерам волокнистой пряди, так как от ее формы зависит реализация кру­ тящего момента, что определяет не только крутку, но и эффектив­ ность процесса прядения.

КЛАССИФИКАЦИЯ НОВЫХ СПОСОБОВ ПРЯДЕНИЯ

Условимся называть новыми, независимо от даты патентова­ ния, все способы прядения, отличающиеся от классического (коль­ цевого) отсутствием баллона нити.

Реально осуществленные идеи (в виде стендов, образцов, про­ мышленных машин) содержат различное решение трех основных технологических операций процесса прядения: утонение полупро­ дукта с целью формирования мычки для прядения, кручение во­ локнистой пряди или упрочнение ее другим способом, наматывание готовой пряжи.

В классическом прядении эти операции осуществлялись только механическими средствами при непрерывном движении потока волокон. В настоящее время наблюдается стремление использо­ вать для первых двух операций физические и химические средства.

общим названием безбаллонные в отличие от баллонных способов (рогульчатого, кольцевого, колпачного).

По системе подачи питающего продукта в зону прядения их можно разбить на две большие группы.

1. Прядение мычки на основе классической системы непрерыв­ ного прядения, но с использованием новых средств кручения, по­ зволяющих в два-три раза повысить скорость выпуска пряжи. Пре­ дусматривается обычная технология процессов вытягивания и фор­ мирования мычки, но сообщение крутящего момента волокнистой ленточке, непрерывно поступающей в зону кручения, осуществляет­ ся новыми крутильными органами, принципиально отличными от крутильных органов кольцевого способа. К первой группе относят­ ся центрифугальиое, безбаллонное, термохимическое, термопласти­ ческое прядение, производство самокрученой пряжи и др.

15

2. Неклассические способы — прерывистое прядение, или пря­ дение с разделением мычки на отдельные волокна. Эти способы объединяют под общим названием прядение с разрывом, или пря­ дение со свободным концом волокон. Операцию утонения при этих способах доводят до стадии разъединения питающего про­ дукта на отдельные волокна и образования разрыва в потоке их. Несвязанность волокон, подаваемых в зону формирования пряжи, является необходимым условием процесса прядения. В. дальней­ шем разъединенные волокна сгущаются для формирования пряди, подвергаемой скручиванию.

Отличительной особенностью неклассических способов пряде­ ния является не только разъединение мычки, но и конструктивное разделение операций кручения и наматывания.

Внутри каждой группы новые способы прядения могут быть классифицированы на подгруппы, определяемые средствами, при­ меняемыми для утонения мычки и скручивания пряди. В общем виде новые способы можно классифицировать следующим об­ разом:

механическое прядение — все операции выполняются механиче­ скими средствами;

физико-механическое прядение — утонение полупродукта или кручение его, или частично и то и другое, выполняется с помощью физических средств (электронно-ионной технологии, магнитных по­ лей и т. п.), остальные операции — механические;

химико-механическое прядение — аналогично используют хими­ ческие и механические средства;

комбинированные способы прядения — частично используют все указанные выше средства.

Принцип действия прядильных машин может быть совершенно различен, а название подгруппы непрерывного и прерывистого прядения — одинаковым.

Дальнейшее подразделение новых способов прядения можно предусматривать по принципам действия или работы крутильного органа или по средствам формирования и передачи крутящего момента. В тех случаях, когда процесс скручивания волокнистой пряди заменяется другим способом упрочнения, способы можно также подразделять по роду применяемых средств и механизмов. За некоторыми из них закрепилось название по имени автора или фирмы.

Согласно предлагаемой систематизации все новые способы пря­ дения можно отнести к соответствующим подгруппам:

к механическому прядению — прядение с помощью крутильных насадок, способ Meimberg и др.;

к физико-механическому прядению — формирование пряжи с помощью центробежных сил, развиваемых при вращении крутиль­ ного органа,— центрифугальное прядение; формирование пряжи с использованием силовых линий магнитного поля; прядение с ис­ пользованием сил трения, обеспечивающих ссучивание волокон и создание крутящего момента с разным направлением вращения —

16

волокнистого материала в зону кручения, вторая часть —■принцип скручивания. В большинстве работ приведена примерно одинако­ вая классификация различных способов прядения:

подача и транспортировка волокна пневматические, скручивание —

электромеханический — ориентация и параллелизация волокон осуществляются под действием электростатического поля, скручи­ вание — механическое; при использовании струи воздуха для луч­ шего съема волокон с гарнитуры утоняюще-разъединяющего уст­ ройства и транспортировки их способ прядения называют пневмоэлектромеханическим;

гидродинамический, или гидравлический (П. Стренг, патент США, № 2944381, май I960 г.) — волокна скручиваются в пряжу в водяном вихре, специально создаваемом вихревым соплом, ко­ торое является гидродинамическим крутильным органом; волокна подаются давлением водяной струи;

аэродинамический (К. Гетцфрид, патент ФРГ, № 1056018, ок­ тябрь 1960 г.) — подача и параллелизация волокон осуществляет­ ся с помощью воздушного потока, скручивание — с помощью воз­ душной и вихревой струи;

•электростатический — распрямление и параллелизация волокон проводятся в неподвижном электростатическом поле, скручива­ ние— во вращающемся электростатическом поле.

Некоторые зарубежные авторы [4] подразделяют способы пре­ рывистого прядения на четыре группы по подаче волокон в зону формирования пряжи:

1)контролируемая подача волокон без сложения (например,

способ Barker/SRRL);

2)контролируемая подача волокон со сложением (например,

механический способ Meimberg);

3)свободная неконтролируемая подача волокон без сложения (например, гидравлические способы);

4)свободная неконтролируемая подача волокон со сложением (например, аэродинамический способ Gotzfried).

Такая классификация не дает полной характеристики способа прядения.

Институтом Shirley (Англия) была разработана классификация способов прерывистого прядения с подразделением их на четыре

18

группы по направлению подачи волокна на сборную поверхность прядильного устройства:

1)Fluid Vortex Systems — системы с вихревой струей; волокна подаются по касательной в вихревой поток, где они захватывают­ ся концом пряжи, которая выводится из системы по оси потока против его движения (изучено восемь устройств, в том числе спо­ собы Burkhard, Gotzfried);

2)Axiale Assembly Systems — системы с осевой сборной по­ верхностью; волокна с помощью пневматики подаются на сбор­ ную поверхность, ориентирующую их вдоль оси вращающейся пряжи (электростатические способы);

3)Tuft Laying Systems — системы с раскладыванием вытяги­ ваемых волокнистых бородок; пучки волокон, выдергиваемые из питающей мычки с помощью эксцентрикового валика, расклады­ ваются па сборной поверхности и подводятся к концу пряди, ко­ торая проходит радиально через тело эксцентрикового валика и отводится аксиально (изучено 12 устройств, в том числе способы

Barker и SRRL);

4)Peripheral Assembly Systems—системы с периферийной сбор­ ной поверхностью; волокна располагаются на периферии вращаю­ щегося элемента (изучено 15 различных устройств, в том числе способы Berthelson, Pavek, SASM и др.).

Подобная классификация конкретно характеризует прерыви­ стые способы прядения, но не дает представления о природе дей­ ствующих усилий в зоне формирования пряжи и поэтому не может быть признана полной.

ВСССР, ЧССР и некоторых других странах неклассические способы прерывистого прядения называют безверетенными, так как кручение и наматывание пряжи осуществляются без веретена. Подобную классификацию новых способов нельзя признать пра­ вильной, так как и в группе непрерывного прядения, основанного на классическом принципе, появились безверетенные прядильные машины, на которых крутящий момент создается и сообщается пряже без веретена [(например, при производстве самокрученой пряжи).

Сдругой стороны, прядильную центрифугу при центрифугаль-

ном способе иногда называют центрифугальным веретеном, ч-го соответствует его назначению, но неверно с точки зрения ха­ рактеристики конструкции. Центрифуга — это механизм, широко применяемый в технике и не являющийся разновидностью вере­ тена.

На безверетенных пневмомеханических машинах крутильноформирующим органом является быстровращающаяся чашка на осевой опоре — центрифуга. Поэтому в некоторых странах пнев­ момеханические прядильные машины называют центрифугальными безверетенными. Эти способы иногда называют способами ротор­ ного прядения или турбинного прядения. Поскольку терминоло­ гия по новым способам прядения в мировой практике пока не отработана и не является общепринятой, при освещении зарубеж­