Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория процессов, технология производства и оборудование подготовки смесей, холстообразование. Учебно-методическое пособие.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
М. В. Антонова
ТЕОРИЯ ПРОЦЕССОВ,
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА
И ОБОРУДОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ
СМЕСЕЙ, ХОЛСТООБРАЗОВАНИЕ
Учебно-методическое пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2017
1
УДК 677.4.02(07)
ББК 37.235я7
А72
Антонова М. В.
ISBN 978-5-7882-2271-4
ISBN 978-5-7882-2271-4
©
Антонова М. В., 2017
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2017
УДК 677.4.02(07)
ББК 37.235я7
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
канд. техн. наук, доц. В. Х. Абдуллина
ген. директор ООО «Квинта» канд. техн. наук А. С. Парсанов
А72
Теория процессов, технология производства и оборудование
подготовки смесей, холстообразование : учебно-методическое
пособие / М. В. Антонова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед.
технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2017. – 91 с.
Рассмотрены методы обработки сырья для производства нетканых
материалов, дано описание применяемого оборудования. Приведены
лабораторные работы, связанные с анализом и изготовлением нетканых
материалов, применяемых в производстве текстильных изделий.
Предназначено для обучающихся по направлению подготовки 29.03.02
«Технология и проектирование текстильных изделий», профиль подготовки
«Технология текстильных изделий».
Подготовлено на кафедре технологии химических, натуральных
волокон и изделий.
2
ВВЕДЕНИЕ
Процесс производства нетканых материалов складывается из
нескольких основных этапов:
- подготовка компонентов к смешиванию;
- смешивание;
- чесание;
- холстоформирование;
- скрепление волокнистого холста.
Подготовка компонентов к смешиванию включает в себя такие
процессы и операции, как разрыхление и трепание, замасливание и
эмульсирование волокнистых материалов, подбор компонентов смеси
в соответствии с требуемым составом, обработка каждого компонента
смеси.
Прежде чем волокнистый материал спрессовывается в кипы и
поступает на завод, он проходит первичную обработку. В частности,
шерсть подвергают мойке. После первичной обработки волокнистый
материал, как правило, содержит большое количество сорных
примесей и пороков, которые должны быть удалены. Эти сорные
примеси удаляются в процессах разрыхления и трепания
волокнистого материала, а более эффективную очистку обеспечивает
чесание.
При производстве нетканых материалов используются почти все
известные виды волокнистого сырья. Однако для производства
нетканых полотен используются смеси волокон различного
происхождения. Поэтому смешивание компонентов является важным
технологическим процессом, требующим особого внимания.
Получение из волокнистой массы продукта высокого качества
достигается с помощью процесса чесания, после которого масса
волокон преобразуется в прочес. Как правило, прочес, снятый с
чесальной машины, имеет низкую поверхностную плотность, что
ограничивает его применение в качестве основы для нетканых
материалов. Поэтому прочес отправляется на процесс
холстоформирования, при котором получается волокнистый холст с
заданными свойствами. Сформированные холсты подвергаются
скреплению, в основном физико-механическими способами.
3
1. ПОДГОТОВКА КОМПОНЕНТОВ К СМЕШИВАНИЮ
1.1. Теоретические основы мойки шерсти
При мойке шерсти происходят следующие процессы:
смачивание, диспергирование, эмульгирование, пенообразование,
удаление загрязнений.
Смачивание - это удаление воздуха из шерсти с помощью воды.
Силы сцепления между молекулами воды выше сил сцепления
молекул воды с молекулами жира, поэтому капля воды на жирной
поверхности приобретает овальную форму. Смачивающая
способность воды при этом низкая. Для улучшения смачивающей
способности воды уменьшают ее поверхностное натяжение, путем
применения моющих веществ (поверхностно-активных веществ).
Диспергирование — это измельчение твердых и жидких веществ
в жидкой среде. Эмульсия – это дисперсная система из двух
несмешивающихся жидкостей (жир — вода), состоящая из
измельченных частиц (размером более 0,1 мк) жидких веществ в
какой-либо жидкой среде. Для устойчивости эмульсии в нее вводят
эмульгаторы, которыми также являются моющие вещества.
Измельчение производят механическим или физико-химическим
способом. Для того чтобы создать устойчивую дисперсную систему, в
нее вводят вещества, которые создают вокруг измельченных частиц
защитный адсорбционный слой, препятствуя тем самым обратному их
соединению. В качестве таких веществ применяют моющие вещества,
которые обладают различным диспергирующим действием.
При погружении шерсти в водный раствор моющего вещества
вносится некоторое количество воздуха. Пузырьки воздуха в растворе,
покрываясь слоем моющего вещества, поднимаются на поверхность и
создают пену. Основными веществами, применяемыми при мойке
шерсти являются вода, мыло, ПАВ, сода, поваренная соль. Самый
распространенный способ – мойка шерсти в водной среде.
Для мойки существенное значение имеет жесткость воды,
которая определяется наличием в ней солей кальция и магния.
Существует жесткость карбонатная (временная), обусловленная
4
наличием в воде бикарбонатов кальция Са(НС03)2 и магния
Mg(HC03)2, и нeкарбонатная (постоянная), обусловленная наличием в
воде хлоридов и сульфатов кальция и магния: СаС12, MgCl2, CaS04 и
MgS04. Общей жесткостью называют суммарную концентрацию
солей кальция и магния в воде. Жесткость воды оказывает влияние на
мойку шерсти мылами: соли кальция значительно снижают моющую
способность мыла, а соли магния почти на нее не влияют. При мойке
шерсти нельзя использовать воду, загрязненную взвешенными
частицами веществ: глины, песка, остатками органических
соединений. Для мойки должна быть использована предварительно
очищенная фильтрами вода.
При мойке шерсти нельзя допускать повторного оседания
удаленных загрязнений на шерсть (ресорбции). Лучшей способностью
удерживать загрязнения обладает мыло. Мыло производится на
основе растительных и животных жиров. Мыло – это соль жирной
кислоты, которую получают путем омыления растительных и
пищевых жиров щелочами. Свойства мыла зависят от свойств
исходных образующих его продуктов:
- растительные масла дают мягкие мыла мазеобразной
консистенции, кроме хлопкового масла, которое дает твердое мыло;
- животные жиры дают твердые мыла;
- натриевые мыла твердые, негигроскопичны и высыхают при
лежании;
- калиевые мыла мягкие, гигроскопичные.
Очищающие свойства мыла определяются его растворимостью в
воде, вязкостью водных растворов, гидролизом в водных растворах и
другими свойствами, такими как поверхностная активность,
способность к адсорбции и др.
Если раньше для промывки шерсти использовались мыла, то
сейчас применяют синтетические моющие средства – ПАВы, которые
позволяют провести этот процесс более качественно. Эти вещества
проникают между поверхностью волокна и загрязнениями, отделяют
эти загрязнения и удаляют их с поверхности волокна. Их действие
можно описать следующим образом: они смачивают поверхности
соприкосновения волокна и загрязнений, обволакивают загрязнения
упругой пленкой (образуется адсорбционный слой), измельчают их и
переводят в состояние суспензии (в случае твердых загрязнений) или
эмульсии (в случае жирных загрязнений).
5
У синтетических ПАВ моющая способность зависит от
концентрации водородных ионов в растворе. Поверхностно-активные
вещества (ПАВ) делятся на три группы:
1) анионактивные, у этих ПАВ моющей способностью обладает
анион — отрицательно заряженная частица;
2) катионактивные, у этих ПАВ моющей способностью обладает
катион — положительно заряженная частица;
3) неионогенные, эти ПАВ участвуют в мойке шерсти целыми
нейтральными молекулами, при этом гидрофобный конец молекулы
ориентируется в сторону загрязнений или волокна, а гидрофильный —
адсорбирует воду, образуя вокруг загрязнения гидратную (водную)
оболочку.
Ознакомимся с современным представлением о действии
моющих веществ по П. А. Ребиндеру. Молекулы всех моющих
веществ образуются из двух частей: первая часть — это длинная
углеводородная (парафиновая) цепочка, которая гидрофобна; другая
часть молекулы гидрофильна, находится на противоположном конце,
состоит из меньшей группы атомов и хорошо растворяется в воде
(рис. 1). В анионактивных ПАВ эта группа состоит из атомов азота,
кислорода и натрия.
Рис.1. Схема моющего действия ПАВ
Растворяясь в воде, моющие вещества диссоциируют на ионы.
Один конец иона гидрофилен, а другой — гидрофобен. В результате
гидрофобные части молекул стремятся выйти на поверхность воды, а
гидрофильные остаются в воде. Большая часть ионов поднимается на
6
поверхность и располагается гидрофильными частями в воду,
благодаря чему снижается поверхностное натяжение раствора. При
дальнейшем растворении ПАВ, когда вся поверхность занята ионами
или молекулами, гидрофобные части ионов начинают соединяться
между собой, образуя мицеллы. Мицеллы имеют вид:
- мелких частиц в виде шариков при растворении до 1 %
моющего вещества;
- решетчатых слоев или стержней при растворении свыше 1 %
моющего вещества.
Главное свойство ПАВ по П. А. Ребиндеру — способность
молекул прочно связываться с поверхностью тел, покрывая их слоем
толщиной в одну молекулу. Этот слой называется
мономолекулярным.
Еще одним веществом, используемым при мойке шерсти,
является сода. Сода Na2C03 представляет собой углекислый натрий
(карбонат натрия). В процессах мойки шерсти соду добавляют в
водные растворы моющих веществ. В растворах она вступает в
реакцию с омыляемой частью шерстного жира, образуя мыла и
бикарбонаты. Добавление соды увеличивает отделение загрязнений и
мало влияет на отделение жира от волокна.
Поваренная соль NaCl представляет собой твердое
кристаллическое вещество, широко распространенное в природе. При
промывке шерсти поваренную соль применяют как активирующую
добавку, повышающую моющую активность синтетических моющих
веществ.
Растворимость шерсти в щелочи в присутствии поваренной
соли снижается. Хлорид натрия снижает вредное влияние соды на
шерсть, причем это действие усиливается с увеличением
концентрации соли в растворе. Соль также увеличивает упругость
волокна шерсти, уменьшает поперечное набухание волокон, снижает
эффект свойлачивания.
Для ускорения процессов мойки шерсти все чаще стали
применяться специальные составы, содержащие в себе органические
растворители. В качестве органических растворителей применяются
изопропиловый спирт, гексан и др.
Для повышения моющей способности и экологической
безопасности составов, в них включают поверхностно-активные
вещества (ПАВ), ферменты и ферментные препараты, воду, и
пенетраторы. Вышеуказанный состав позволяет получать мытую
7
шерсть высокого качества с содержанием жира 0,5-1,15% ,
минеральных примесей 0,1-0,2%.
В итоге, процесс мойки шерсти водными растворами моющих
веществ, представляет собой сложный физико-химический процесс с
преобладанием физических явлений.
1.2. Сушка шерсти
Сушкой шерсти называют процесс приведения массы волокна в
гигроскопически равновесное состояние с окружающим воздухом.
Процесс сушки воздухом основан на способности воздуха поглощать
водяные пары при различной температуре, причем с повышением
температуры эта способность увеличивается.
С помощью тепловой или воздушной сушки из шерсти можно
удалить связанную влагу.
Существует несколько условий, для лучшего проведения
процесса сушки шерсти.
1) Шерсть высохнет быстрее, если она хорошо разрыхлена.
2) Продолжительность сушки изменяется в зависимости от
толщины высушиваемого слоя.
3) Продолжительность сушки уменьшается по мере возрастания
температуры воздуха и его влагоемкости.
4) При высыхании волокна влага в начале сушки испаряется
быстрее, чем в конце сушки.
5) Высокая температура пагубно влияет на шерсть, поэтому
оптимальной температурой для сушки шерсти является температура
о
45-60
.
Нормальной влажностью шерсти после сушки считается
влажность 17 % по отношению к абсолютно сухому веществу.
При первичной обработке шерсти наибольшее распространение
получил конвективный способ сушки, при котором тепло,
необходимое для испарения влаги, передается шерсти с помощью
газообразного теплоносителя конвекцией. С экономической точки
зрения, такой способ не совсем выгодный, так как затрачивается
значительное количество энергии для его осуществления. В настоящее
время разрабатываются более совершенные устройства для сушки
8
шерсти, в которых используется энергия электромагнитного поля
сверхвысокой частоты. После мойки и сушки шерсть упаковывается в
кипы и отправляется на шерстоперерабатывающие предприятия, где
подвергается дальнейшей обработке. Первыми и самыми важными
операциями на таких предприятиях являются процессы подготовки
сырья к смешиванию, так как именно от них зависит качество
получаемой продукции.
1.3. Разрыхление и трепание волокнистого материала
Для создания лучших условий для очистки волокнистой массы
от сорных примесей применяется процесс разрыхления, который
осуществляется расщипыванием и ударным воздействием на волокна
рабочих органов машин. Также разрыхление помогает обеспечивать
лучшее смешивание компонентов смеси. Расщипывание
осуществляется путем введения в волокнистый материал зубьев или
игл рабочих органов машин, которые взаимодействуя с
разравнивающим валиком (или гребнем), разделяют клочки волокон
на более мелкие. В основном расщипывание, например, хлопка,
происходит в несколько этапов. Первый этап обработки хлопкового
волокна на разрыхлительно-трепальном агрегате сводится к тому, что
расщипывание происходит посредством воздействия на
спрессованное волокно ножевых барабанов автоматических
питателей. В результате такой обработки связь между волокнами, а
также между волокнами и сорными примесями, уменьшается. На
втором этапе происходит перемешивание клочков, которое начинается
в смесителях непрерывного действия СН-3 и продолжается на
последующих машинах. На третьем этапе происходит разрыхление с
одновременной очисткой волокна в свободном состоянии на машинах
с ножевыми или колковыми барабанами.
Четвертый этап разрыхления и очистки осуществляют на
горизонтальном разрыхлителе. Ударное воздействие заключается в
нанесении ударов зубьями или колками рабочих органов по
волокнистому материалу. Бородка волокнистой массы зажата при
этом питающими цилиндрами. В результате этих ударов волокна
сдвигаются относительно друг друга, связи между ними ослабевают и
9
крупные клочки разделяются на более мелкие, приводя к уменьшению
объемной массы материала и выделению из нее сорных примесей.
При разрыхлении волокнистый материал оказывает
сопротивление. Величина сопротивления волокон зависит от ряда
факторов:
- чем больше объемная масса волокнистого материала, тем
больше усилие, необходимое для его разрыхления;
- сопротивление разрыхлению тем больше, чем больше
влажность волокнистого материала (связано это с тем, что при
увеличении влажности сила упругости волокон, давление на соседние
волокна и стремление волокон занять больший объем уменьшаются);
- сопротивление волокон разрыхлению тем больше, чем больше
длина волокон, чем они тоньше, менее распрямлены и шероховатее их
поверхность.
Процесс разрыхления характеризуется его интенсивностью и
эффективностью. Интенсивность разрыхления зависит от степени
воздействия на волокнистый материал рабочих органов машин: чем
больше воздействие, чем выше интенсивность. Эффективность
разрыхления характеризуется изменением обьемной массы
волокнистого материала, и определяет степень его разрыхленности.
Целью трепания шерсти является разрыхление ее, разделение
крупных клочков на мелкие, удаление из шерсти пыли и возможно
полная очистка ее от сорных примесей. Трепание осуществляется в
зажатом и свободном состоянии. Трепание в зажатом состоянии
осуществляется ударным воздействием органов машин на часть
волокнистого слоя, остальная часть слоя зажата в питающем
механизме. Ударное воздействие осуществляется с помощью зубьев,
колков или планочного трепала. В результате такого трепания клочки
волокон разделяются на более мелкие и очищаются от сорных
примесей. Такая обработка является пятым этапом очистки волокна на
разрылительно-трепальных машинах. Трепание в свободном
состоянии осуществляется в потоке воздуха, где волокна
подвергаются ударам органов трепания. Сила ударов органов
трепания в таком состоянии менее интенсивна, чем при трепании в
зажатом виде.
При разрыхлении и трепании создаются благоприятные условия
для перемешивания волокон, уменьшаются усилия, действующие на
иглы и волокна в процессе чесания, благодаря чему волокна меньше
10