Разработка процесса антистатической обработки хлопколавсановых смесей в пневмопрядении тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.03, кандидат технических наук Москвин, Юрий Геннадьевич

• Москвин, Юрий Геннадьевич
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Москвин, Юрий Геннадьевич

Введение

1. Состояние вопроса исследования 8 I.I. Обзор литературы и задачи исследования

Выводы

2. Экспериментальные исследования электризации волокон при выработке хлопколавсановой пряжи в пневмопрядении

2.1. Методика для определения степени электризации полуфабрикатов и пряжи

2.1.1. Единица измерения степени электризации

2.1.2. Прибор для определения величины и знака электризации

2.1.3. Расчет необходимого числа испытаний при измерениях электростатических зарядов

2.2. Электризация волокон на технологических переходах при выработке хлопколавсановой пряжи в пневмопрядении

2.2.1. Электризация волокон на трепальной машине

2.2.2. Электризация волокон на чесальной машине

2.2.3. Электризация волокон на ленточной машине

2.2.4. Электризация волокон на пневмомеханической прядильной машине

Выводы

3. Исследование процессов рассеяния электростатических зарядов с волокнистых материалов 76 3.1. Постановка общей задачи

3.2. Анализ размерностей

3.3. Стационарная задача

3.4. Задача о точечном источнике

3.5. Рассеяние зарядов в холсте

3.6. О граничных условиях

3.7. Утечка зарядов с холста

3.8. О пондеромоторных силах

3.9. Прочностный аспект ВМ 92 • ЗЛО. Микроклиматический аспект 95 Выводы

4. Исследование технологии выработки хлопколавсановой пряжи с применением антистатической обработки волокон

4.1. Установка для антистатической обработки волокон

4.2. Антистатическая обработка волокон

4.3. Определение оптимального количественного состава компонентов эмульсии с помощью метода ортогонального планирования эксперимента

4.4. Контрольный вариант выработки хлопколавсановой пряжи с применением антистатической обработки волокон

4.4.1. Повышение производительности чесальных и ленточных машин путем антистатической обработки волокон

4.4.2. Снижение обрывности пряжи на пневмомеханических прядильных машинах

Выводы

5. Производственные испытания эффективности обработки волокон при выработке хлопколавсановой пряжи 121 5.1. Применение эмульсии на основе лаурилового спирта при выработке хлопколавсановой пряжи на пневмомеханических прядильных машинах

5.2. Применение эмульсии на основе лаурилового спирта при выработке хлопколавсановой пряжи на кольцевых прядильных машинах

5.3. Применение эмульсии на основе лаурилового спирта при антистатической обработке вискозных волокон

5.4. Применение эмульсии на основе лаурилового спирта при выработке хлопковискоздай пряжи на кольцевых прядильных машинах

5.5. Эмульсирование хлопка

5.6. Внедрение эмульсии на основе лаурилового спирта на текстильных предприятиях 135 5.6.1. Экономическая эффективность использования в прядении эмульсии на основе лаурилового спирта

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процесса антистатической обработки хлопколавсановых смесей в пневмопрядении»

В постановлении ХХУ1 съезда КПСС определены основные направления развития народного хозяйства. Главной задачей одиннадцатой пятилетки является последовательное осуществление курса коммунистической партии на подъем материального и культурного уровня жизни советского народа на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства, ускорение научно-технического прогресса и перевода экономики на интенсивный путь развития /I/. В числе других отраслей народного хозяйства партия поставила важные и ответственные задачи перед работниками текстильной промышленности. В текущей пятилетке выпуск продукции должен увеличиться на 18-20%, выработку всех видов тканей планируется довести до 12,7 млрд. м^ в год; почти весь указанный прирост продукции предусматривается получить путем повышения производительности труда. Важная роль в повышении производительности труда отводится научно-техническому прогрессу, поскольку основа основ научно-технического прогресса - это развитие науки. Только на основе ускоренного развития последней возможно решение поставленных задач /2/.

Внедрение научных достижений на текстильных предприятиях страны способствует созданию принципиально новых технологических процессов, интенсификации производства, улучшению качества выпуС' каемой продукции и снижению обрывности в прядении и ткачестве.

Актуальность диссертационного исследования, выполненного в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ИвНИТИ, утвержденным заместителем Министра легкой промышленности СССР от 08.01.81 г., а также с единым планом внедрения законченных научно-исследовательских работ Минлегпрома СССР на

- б

1984 г. /АЕ-12/16718/ состоит в том, что исследования направлены на решение важной проблемы в текстильной промышленности -- повышения прядильной способности хлопколавсановых смесей путем антистатической обработки волокон и снижения обрывности в прядении.

Целью настоящего исследования является разработка мероприятий по устранению электризации хлопколавсановых смесей в пневмо-прядении. Исключение электризации путем антистатической обработки волокон способствует повышению производительности технологического оборудования и снижению обрывности в прядении.

Методика исследования. При теоретическом изучении вопроса рассеяния электростатических зарядов с волокнистых материалов использовался метод самосогласованного поля, хорошо известный в статистической физике; причем рассмотрены частные случаи, которые интегрируются до простых формул, представляющие наибольший интерес. В экспериментальной части работы применялся метод математического планирования эксперимента и методы математического моделирования. Производственные испытания выполнялись по стандартным методикам. Обработка и анализ результатов эксперимента проводились с помощью методов математической статистики и теории вероятностей с применением ЭВМ.

Научная новизна. В работе впервые теоретически доказана и экспериментально подтверждена возможность значительного снижения электризации лавсановых волокон и смесей их с хлопком путем обработки двухкомпонентной эмульсией на основе спиртов жирного ряда. Установлены предельные допустимые величины электростатических зарядов, не вызывающих затруднений при обработке волокон на технологических переходах. Разработаны оптимальные параметры исследуемого процесса, позволяющие проводить антистатическую обработку в наиболее благоприятных условиях.

Получены экспериментальные зависимости изменения величины электростатического заряда в полуфабрикатах в зависимости от параметров работы технологического оборудования и режима антистатической обработки волокон.

Разработана конструкция распылителей, способствующих более эффективной обработке волокон различными препаратами.

Практическая ценность диссертационного исследования состоит в том, что его результаты обеспечили повышение качественных показателей полуфабрикатов и снижение обрывности в прядении в среднем на 20-25%, что подтверждается внедрением научных разработок на текстильных предприятиях.

Экономический эффект от внедрения результатов работы на прядильно-ткацкой фабрике "Шуйский пролетарий", Новогоркинской прядильно-ткацкой фабрике, прядильно-ткацкой фабрике им. Красина, Южской прядильно-ткацкой фабрике и Тейковском хлопчатобумажном комбинате составил более 440 тыс. руб. в год.

Реализация результатов работы. В соответствии с единым планом внедрения законченных научно-исследовательских работ Минлег-прома СССР на 1984 г. /АЕ-12/16718/ от 21,12.83 результаты настоящего исследования приняты к внедрению на ряде предприятий отрасли.

Объем работы. Работа изложена на страницах машинописного текста содержит 5 глав, общие выводы, ^ рисунков, 3*1 таблицы, перечень использованной литературы из 82. наименований и три приложения.

- 8

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

Использование натуральных волокон в текстильной технологии насчитывает свыше тысячи лет, в то время как широкое применение химических волокон начато с 1950 г.г., а синтетических только с I960 г. Преимуществом химических волокон по сравнению с натуральными является их высокая технико-экономическая эффективность, доступная сырьевая база и широкая сфера применения. В настоящее время в прядении хлопка химические волокна широко используются как в чистом виде, так и в смеси с хлопком, и становятся основным сырьем для многообразного ассортимента текстильных изделий широкого потребления и технического назначения.

I.I. Обзор литературы и задачи исследования

В мировом производстве основных видов текстильного сырья наблюдается тенденция снижения удельного веса натуральных волокон в связи с увеличением производства химических волокон, главным образом синтетических. В общем балансе текстильного сырья химические волокна в I960 г. составляли 22,4% всех текстильных волокон. В 1970 г. их доля возросла до 37,8% и в 1978 г. составила 47,6%. За этот же период доля натуральных волокон снизилась с 77,6 (I960 г.) до 52,4% (1978 г.) /3/.

В области прогнозов текстильного сырья на долгосрочную перспективу по оценкам советских и зарубежных специалистов наблюдается не только общность основных тенденций по развитию сырьевой базы, но и близость абсолютных величин производства важнейших видов волокон /4/. Производство количества натуральных волокон почти не изменится. Выпуск химических волокон и нитей увеличится с 16,0 млн. т в 1980 г. до 38,0-38,5 млн. т в 2000 г., причем в основном за счет синтетических волокон (табл. I.I).

Таблица I.I

Вид волокон Производство, млн. т

1980 г. | 1990 г. 2000 г

Натуральные волокна и нити 14,8-16,0 14,0 14,0-16,7 в том числе: хлопок 13,0-14,4 12,0 12,0-14,7 шерсть 1,8-1,6 2,0 2,0

Химические волокна и нити 15,0-16,0 27-29 38,0-38,5 искусственные 3,7-4,0 3,5-5,5 6,5-3,5 синтетические 12,0 23,5 31,5-35,0

Всего 30,5-32,0 41,0-43,0 52,0-55,2

Опережающие темпы роста производства синтетических волокон определяются несколькими причинами. Одна из них - удорожание сырья в производстве искусственных волокон. Кроме того, дальнейшее развитие производства последних связано с необходимостью соблюдения все более жестких требований по охране. окружающей среды, вызывающие большие капитальные затраты.

Основными разновидностями синтетических волокон являются полиэфирные, полиамидные и полиакрилнитрильные. Они занимают около 98,8% мирового производства синтетических волокон. В нашей стране и других высокоразвитых странах мира особое внимание уделяется преимущественному развитию производства полиэфирных волокон /5/. Возрастание их роли в сырьевом балансе хлопчатобумажной, шерстяной, шелковой и трикотажной промышленности объясняется в первую очередь их общепризнанными ценными свойствами: высокой формоустойчивостыо, совместимостью со всеми видами натуральных волокон, хорошей прочностью, свето и термоустойчивостью /6,7/. По мнению экспертов (американских фирм ,,X>u Poa/t $ английских„JC J и ФРГ,, 3>in,aniii л/oie^ f K I985 П0Лиэфирные волокна составят 66% мирового выпуска синтетических волокон /8/. В нашей стране производство полиэфирных волокон в XI пятилетке возрастет на 30$. Прирост обеспечится за счет освоения новых мощностей Могилевского производственного объединения /5/.

Полиэфирное волокно лавсан - одно из наиболее ценных синтетических волокон, прочное, упругое с удлинением при разрыве до 40%. В отличие от ряда других синтетических волокон лавсан устойчив к действию высоких температур, хорошо сопротивляется действию светопогоды, истиранию и действию кислот. Поскольку лавсан придает изделиям несминаемость, износоустойчивость и малую усадку (1-1,5$), он широко применяется в производстве сорочечных, плательных, костюмных и технических тканей. В отечественной промышленности и за рубежом переработка штапельного волокна лавсан в хлопкопрядении в больших количествах производится в смеси с хлопком. Лентоштапелирующие машины или конвенторы, сокращающие технологический процесс выработки пряжи, пока не нашли широкого применения вследствие неудовлетворительного качества штапелированной ленты /9/. Не получил распространения и способ производства пряжи из малоразвесного жгута, так как получение однопроцессной пряжи дороже шталельной. Исследования в МТИ и ЛенНИИТП показали, что пневмомеханические прядильные машины более эффективны для выработки пряжи из химических волокон и их смесей с хлопком, чем кольцепрядильные /11-14/. Данное обстоятельство подтверждают также зарубежные исследования /15-17/. Преимущество смешанной пряжи с пневмомеханических прядильных машин заключается в более равномерном раецределении разнородных волокон в сечении пряжи и в отсутствии ручьистой структуры. Ткани и трикотажные полотна из такой пряжи окрашиваются более равномерно, чем полотна из смешанной пряжи с кольцепрядильных машин. Лучшее расцределение разнородных волокон в сечении пряжи с машин

БД-200 объясняется вьфавнивающим эффектом прядильной камеры за счет большого числа сложений /II/.

Использование пневмомеханических прядильных машин для выработки пряжи из смесей хлопка с химическими волокнами, в частности с полиэфирным волокном лавсан, является перспективным, но при этом создаются проблемы возникновения статического электричества в системе подготовки полуфабрикатов к пневмопрядению. Статическая электризащя волокон в прядении, препятствующая интенсификации технологического процесса, наблюдается прежде всего, когда отдельные волокна относительно слабо связаны друг с другом и обладают большой свободой перемещения. В процессах разрыхления волокнистой массы электростатические заряды создаются в результате взаимного трения волокон при их разделении. Эти заряды в большинстве случаев незначительны по сравнению с зарядами при контакте массы волокон с рабочими органами технологического оборудования. Заряженные волокна, притягиваясь к рабочим органам машин, вызывают задержку волокнистого материала, приводящую к структурной неровноте выходящего продукта, а в отдельных случаях и к прерыванию технологического процесса. Для определения поверхностной плотности зарядов волокон исходят из некоторых теоретически обоснованных и экспериментально проверенных закономерностей /18/, которые выражают зависимость между плотностью зарядов на поверхности плоского материала (например, полотна, холста на трепальной машине), движущегося со скоростью V , и удельным поверхностным сопротивлением Rg :

Э= е а." с5о & V . где б - начальная плотность зарядов после нарушения контакта; е - постоянная величина, которая для текстильных материалов колеблется от 0,2 до 5;

0 - универсальная диэлектрическая постоянная Ф/см).

Цри 1^=0,2 из (I.I) получаем условие, при котором электризация волокон не нарушает технологический процесс: fev^ смо VCM (Ie2)

Это условие должно соблюдаться при выработке холстов на трепальной машине.

При переработке холстов на чесальных машинах вследствие максимального разъединения волокон почти каждое отдельное волокно соприкасается с зубьями гарнитуры и отрывается от них с большой скоростью. Большие поверхности соприкосновения и значительные скорости отрыва волокон, при которых заряды не успевают рассеиваться, создают условия для сильной электризации волокон. Последняя нарушает процесс чесания, приводит к их зажгучиванию и неровноте чесальной ленты. При достижении заряда определенной величины прочес становится ворсистым и пушит по краям. При этом характерным является притягивание прочеса к съемному барабану, гребню и выпускным валикам, в результате чего происходит его обрыв. Для исключения помех от статической электризации исследователями П.А.Полоником, М.Като, В.Вегенером, А.Кестингом /19-22/

Т? Р рекомендуется плотность зарядов не выше 10x10 Кл/см и удельное сопротивление материала 10^ 0м.см. г/

Б.Эксхаузен выявил, что заряд 10"' Кл/г является общим граничным условием значения величины заряда для всех волокон /23/. При величине заряда более 10 Кл/г возникают электростатические помехи. В пересчете на единицу площади значение плотности заряда 4*10"^ Кл/см^ согласуется с приведенными ранее результатами. При переработке волокнистой массы на поточной линии кипа-лента с применением бункерного питания чесальных машин условие (1.2) также справедливо. Однако в этом случае следует учитывать геометрическую структуру выходящего из бункера слоя и использовать не удельное поверхностное сопротивление fe , а удельное объемное сопротивление Pv . Тогда условие успешной переработки волокнистого материала на поточной линии без электростатических помех принимает вид

RvV= J^'-JL Ом.сн*/а Ц.З) где у - скорость продвижения настила;

JU - удельный вес настила в бункере, г/м^; d - плотность волокнистого настила в бункере, г/см3.

На ленточных машинах электростатические заряды на волокнах образуются вследствие их взаимного перемещения при вытягивании и сдавливании вытяжными парами. Практика показывает, что заряд увеличивается с увеличением вытяжки и скорости выпуска ленты. В результате взаимного отталкивания одноименно заряженных волокон в мычке, последняя становится рыхлой и увеличивается распу-шение отдельных волокон. Мычка легко притягивается к цилиндрам и валикам вытяжного прибора, что приводит к обрывности ленты. Дальнейшие затруднения возникают при укладке ленты в таз. Вследствие ее сильной электризации лента начинает гофрироваться в канале лентоукладчика, а при укладке в таз происходит соскальзывание отдельных витков друг с друга. Следует заметить, что за счет лучшей связи волокон в ленте по сравнению с прочесом электростатические помехи наблюдаются при более высоких плотностях зарядов. В процессе переработки волокнистых лент на ленточных машинах с целью исключения помех от электризации волокон необходимо соблюдать условие /18/:

Р V < г' Ю~?Т 0И.СМ/ где Т - линейная плотность ленты, текс; $ - ширина мычки после выхода из вытяжного прибора, мм; d - плотность волокон в ленте, г/см3.

На пневмомеханических прядильных машинах электростатические заряды возникают в процессе разъединения волокон дискретизирую-щим барабанчиком, а также из-за трения волокон о внутреннюю поверхность прядильной камеры. Действие этих зарядов на машине БД-200 значительно снижается за счет более прочной связи между волокнами вследствие 1футки. Однако и такая степень электризации способствует излишней пушистости пряжи, отрыву коротких волокон и их распылению, приводящим к обрывности пряжи.

На основании вышеизложенного заключаем, что хорошими антистатическими свойствами обладают волокна, удельное поверхностное

Q ТТ сопротивление которых не превышает 10-10 Ом.см. Синтетические волокна являются хорошими диэлектриками. Поскольку удельное сопротивление полиэфирного волокна лавсан составляет 10"^ Ом.см п для хлопка 10 Ом.см), переработка лавсанового волокна при высоких скоростях технологического оборудования представляет определенные трудности вследствие его сильной электризации. Без надежных количественных данных о степени электризации лавсановых волокон на технологических переходах невозможна правильная оценка помех, вызываемых зарядами статического электричества, и обоснованный выбор действенных мер по их устранению.

Большой вклад Bi изучение статической электризации внесли советские ученые Н.Г.Дроздов, П.А.Полоник, И.В.Ченцов, В.П.Ра-довицкий, Б.Н.Стрельцов, Н.А.Бородовский, А.В.Морозов, В.Ф.Андросов, К.С.Сутеев, П.Л.Гефтер, И.В.Локшина и др. Среди зарубежных исследований следует отметить работы Л.Лебе, .В.Лебеля, В.Гон-золь веса, Д.Артура, М.Бюллера, Г.Гельмгольца, П.Генри, Б.Пилле-ра, З.Травничека и др. При рассмотрении явлений электризации волокнистых материалов главнейшую проблему представляет вопрос о природе электростатических зарядов и процессов, приводящих к их рассеянию (диссипации). По современным представлениям электризация обусловлена целым рядом различных процессов и сопутствующих им явлений. В большинстве случаев в основе электризации лежит контакт между двумя телами и его последующее нарушение. Величина электростатического заряда при контакте оггределяется свойствами контактирующих поверхностей - их структурой и природой. Существенное значение при контакте двух тел имеет трение, увеличивающее поверхность взаимодействия контактирующих тел. В этом случае увеличивается число контактов, при которых происходит электризация, и тем самым увеличивается общий электростатический заряд на каждом из тел при их последующем разъединении. В общем случае трение твердых тел, в том числе и волокнистых материалов, определяется из уравнения /24/: д/ - сила соцротивления двух тел цри их движении; /Уо - силы межмолекулярного воздействия при соприкосновении движущихся тел. сравнительно невелика; основное значение имеет сила > , которая возрастает с увеличением дипольного момента полярных групп волокнообразующего полимера и с уменьшением электропроводности волокон. При движении волокон и их трении между собой возникают силы электростатического взаимодействия, способные значительно увеличить силу трения :

1.5) где F - сила трения; - коэффициент трения;

Нормальная сжимающая сила д/ при трении волокон обычно

1.6) где д/f - силы физико-химического взаимодействия движущихся тел; д/2 - силы электростатического взаимодействия.

Следовательно,

F= | (а/+л/j + A^j (х.7)

Отсюда видно, что заряды, возникающие на поверхности волокон, не только увеличивают коэффициент трения, но и затрудняют или вовсе нарушают их технологическую переработку. Многими исследователями установлено, что статическая электризация представляет чисто поверхностный эффект, однако существующие теории возникновения зарядов разнообразны и противоречивы. Эти причины следует искать как в сложности самого явления, обусловленного рядом различных и сопутствующих процессов, так и в сложности теоретических и экспериментальных исследований. Точность результатов, полученных различными исследователями, обусловливается выбранной методикой измерения, характером соприкосновения; контактирующих тел и воздействием внешних условий. Среди различных теорий, объясняющих статическую электризацию, наибольшее распространение получила теория, рассматривающая электризацию как перенос носителей зарядов с одной поверхности на другую, а также электризация в результате ориентации полярных молекул вещества.

Электризацию как перенос носителей зарядов с одной поверхности на другую применительно к технологии волокнистых материалов пытался объяснить Д.Артур. Основными носителями электростатических зарядов в твердых телах он считает только электроны и указывает /25/, что переход зарядов в диэлектрике возможен только в зоне проводимости. Однако в этом случае создается проводимость диэлектрика при его электризации, что противоречит многочисленным опытам. Заряженный диэлектрик не изменяет свои диэлектрические свойства. Сторонник такой же концепции В.Гонзальвес

26/ при рассмотрении электризации волокнистых материалов допускает присутствие на поверхности диэлектриков электронов, которые покидая диэлектрик, образуют "дырки", выполняющие роль положительных зарядов. При этом полагается, что на диэлектрике существуют места переноса электронов. Л.Леб считает /27/, что при контакте металла с диэлектриком в точке непосредственного соприкосновения происходит переход электронов или ионов вследствие эффективной контактной разности потенциалов при расстоянии между телами порядка 5 А и делает вывод о приобретении диэлектриком заряда за счет перехода на его поверхность электронов из металла в соответствии с контактной разностью потенциалов. Если диэлектрик заряжается положительно при контакте с металлом, то происходит переход ионов. Зонная теория электризации диэлектриков подверглась критике Я.И.Френкелем /28/, который не считает правильной теорию электризации диэлектриков, являющуюся модифицированной копией теории металлов. Правильность такого вывода подтверждается существованием трибоэлектрического ряда напряжений для волокнистых материалов, который характеризует электростатические свойства различных волокон /29/.

Трибоэлектрический ряд напряжений различных волокнистых материалов

Положительный конец Влажность %

Полиамидные волокна 4

Протеиновые волокна, шелк (из коконов) II

Шерсть 17

Целлюлозное волокно 13,5 Сталь

Ацетатное волокно 6,5

Полиэфирное волокно 0,4

Продолжение трибоэлектрического ряда напряжений

Полиакрилнитрильное волокно Поливинилхлоридное Полиолефиновое волокно

1,0 0,5 О

Отрицательный конец

Анализ экспериментальных данных показывает, что сталь при контакте с ацетатными, полиэфирными, полиакрилнитрильными и другими волокнами сообщает им заряды отрицательного знака, а при контакте с целлюлозными, шерстяными, протеиновыми и полиамидными волокнами - заряды положительного знака. Объяснить такое явление переходом электронов с одной поверхности на другую довольно сложно.

Аналогичный эксперимент подтверждается теорией, рассматривающей электризацию как результат поляризации и ориентации поляр' ных молекул, сторонник которой М.Бюллер /30/ считает, что при соприкосновении двух тел в месте контакта образуется двойной электрический слой. Последний при нарушении контакта мгновенно разделяется, образуя на каждом из тел заряды противоположного знака. Принципиальные исследования в этой области проведены Г.Гельмгольцем /31/, которого следует считать основоположником теории двойных слоев. Двойной электрический слой Г.Гельмгольца состоит из зарядов противоположного знака, образующих электрическую емкость подобно обкладкам конденсатора. Двойные электрические слои образуются между твердыми, твердыми и жидкими, и жидкими фазами вещества.

В начале XX века Коен и его сотрудники установили /32/, что при соприкосновении двух диэлектриков положительно заряжается диэлектрик с более высокой диэлектрической постоянной, а величина электризации двух соприкасающихся тел (диэлектриков) пропорциональна разности их диэлектрических постоянных.

Для объяснения этого явления Коен допускает также образование в месте контакта двух тел двойного электрического слоя с отрицательным зарядом снаружи вследствие неуравновешенных молекулярных сил притяжения на поверхности тел.

Аналогичного мнения придерживается и Н.К.Адам /33/. Такая точка зрения до сих пор представляется наиболее приемлемой и объяснимой, поскольку кроме электризации, на теории двойных электрических слоев основаны теории ряда физических и химических явлений, имеющих разнообразную природу.

При рассмотрении электризации волокнистых материалов центральными являются процессы, приводящие к рассеянию зарядов. На основании какой-либо одной из современных теорий, объясняющих статическую электризацию, нельзя разработать единого способа ее устранения, возможно лишь создать условия для снижения или нейтрализации зарядов статического электричества.

Основными мероприятиями, направленными на снижение и нейтрализацию зарядов статического электричества в текстильной промышленности, являются внутренняя и внешняя модификация поверхности волокон (введение модификаторов при формировании волокон на заводе изготовителе), заземление электропроводящих частей оборудования, создание оптимальных микроклиматических условий переработки волокон, применение нейтрализаторов статического электричества и антистатическая обработка волокон.

Большой интерес для текстильной и трикотажной промышленности представляет физическая модификация поверхности волокон. Из разнообразных способов физической модификации поверхности волокон /34/ основным является обработка изделий полимерами, имеющими необходимые функциональные группы. В результате на поверхности волокон образуется полимерная пленка, придающая ему антистатические свойства /35/. Для создания последней используются полиспирты, полиамины с различными затвердевающими веществами. В ряде исследований предлагается химическая модификация поверхности полиэфирных волокон путем реакции прививки радиационным методом акриловой кислоты и ее производных /34/. Однако полиэфирные волокна с пиниженной электризуемостью до сих пор не выпускаются за исключением опытных партий.

За последнее время увеличилось производство модифицированных полиэфирных волокон. Сополимеры получают при замене в макромолекуле полиэфира до 10% терефталевых звеньев звеньями соответствующих антистатиков. В результате полиэфирные волокна становятся более гидрофильными и отличаются лучшими антистатическими свойствами.

Несмотря на множество предлагаемых способов снижения электризации полиэфирных волокон путем их физической и химической модификации, такие волокна пока не нашли широкого применения. Поскольку получение новых важных свойств волокон путем химической модификации приводит к ухудшению их эксплуатационных свойств, многие обработки целесообразно проводить уже на готовых изделиях. Перспективным направлением является модификация поверхности волокна в условиях отделочного производства. В связи с оснащением текстильных предприятий новым высокопроизводительным оборудованием такое направление заслуживает внимания.

При создании теории образования двойных слоев в местах контакта (трения) двух тел Г. Гельмгольц пришел к выводу, что заряды, равные по величине, но противоположные по знаку, образуются на поверхности обоих тел. Если соприкасающиеся тела являются проводниками и хорошо заземлены, то происходит мгновенное рассеяние зарядов с их поверхности. На этом явлении основан один из способов снижения зарядов статического электричества с волокнистых материалов путем заземления токопроводящих частей технологического оборудования /36-37/.

Однако практика показывает, что заземление оборудования почти во всех случаях не дает желаемого результата /38-39/. Это объясняется высокими изоляционными свойствами волокон (удельное объемное сопротивление полиэфирных волокон Ю^4 Ом.см), а также высокими скоростями их переработки. Отвод зарядов с помощью заземления считается надежным, если сопротивление заземления меньше 100 Ом /40/.

Повышение относительной влажности в производственных помещениях обусловливает возникновение на волокнистых материалах электропроводной пленки, увеличивающей их проводимость. При этом снижается величина электростатического заряда. В табл. 1.2 приведены оптимальные микроклиматические условия, устраняющие затруднения при переработке различных волокон вследствие их электризации /41/. v Таблица 1.2

Волокно Wo, % % , % %

Хлопок 11-13 75 6-8

Шерсть 20 80 13-14

Вискозное 13 60-65 13

Ацетатное 13 98 5,5-6,0

Полиамидное* 3,5-4,0

Полиакрилнитрильное-* 0,5

Поливинилхлоридное* 0

Полиэфирное* 0,5

В табл. 1.2 VJ0- влагосодержание волокон, устраняющее электрические помехи, относительная влажность воздуха, равновесная с Wo , W- кондиционная влажность волокон,

- 22

- помехи, не исчезающие даже при Ф =100%.

Из табл. 1.2 видно, что повышение относительной влажности воздуха благоприятно воздействует на переработку гидрофильных волокон (хлопок, шерсть, вискоза), но не устраняет электризацию гидрофобных синтетических волокон. Следует отметить, что с повышением относительной влажности воздуха ухудшаются гигиенические условия труда работающих (комфорт есть ^=50*60% при температуре (t =20+24°С /42/) и усиливается коррозия технологического оборудования.

Устранение электростатических зарядов с волокнистых материалов путем ионизации воздуха сводится к образованию электрического поля над участком заряженного продукта. Для создания ионизирующего поля используются нейтрализаторы, принцип действия которых основан на явлениях радиоактивного излучения, коронного разряда и термической ионизации. Изучались способы устранения зарядов статического электричества с помощью нейтрализаторов П.А.Полоником /38/, Н.А.Капцовым /43/, К.А.Некрасовым /44/, А.С.Блейкисом /45/, М.Л.Бубис, В.В.Живетиным, В.Н.Матковым, Т.А.Корнюхиной /46/.

При ионизации воздуха путем радиоактивных излучений используют источники о^ или р лучей. В качестве источников oL лучей применяют чаще всего радий, нанесенный на металлическую фольгу и помытый слоем серебра или золота. Дальнодействие такого прибора невелико и составляет около 6x8 см. Источники р -лучей - это цриборы, которые содержат таллий 204, стронций 90 или иттрий 90. Дальность действия - излучателей более I м. Источники J3 - лучей по эффективности уступают источникам оС - лучей. Недостатком всех радиоактивных приборов является медленная разрядка волокон. Работа с приборами, содержащими радиоактивные изотопы, даже при тщательном соблюдении всех мер предосторожности сопряжена с постоянной опасностью для обслуживающего персонала.

Ионизация воздуха путем коронного разряда основана на создании вокруг острия электрического поля с высокой концентрацией силовых линий. Нейтрализаторы такого типа обычно состоят из генератора высокого напряжения и гребня с рабочими иглами. В не-, посредственной близости от концов игл происходит интенсивная ионизация воздуха. Величина напряженности поля у острия иглы зависит от радиуса ее кривизны, напряжения на электроде и электрической емкости воздуха. Эффективность ионизации воздуха у всех нейтрализаторов подобного типа резко уменьшается с увеличением расстояния между иглами и заряженной поверхностью, что затрудняет их применение в текстильной промышленности. Представляется довольно сложным обеспечить в определенной мере надежную защиту работающих от высокого напряжения, подаваемого на иглы. Исследования, проведенные Л.Ю.Рейнстом /47/, показали, что при электронной термоэмиссии в металлах наблюдается вццеле-ние большого количества положительных ионов. С повышением температуры накала металла и подачей на него напряжения ионизация становится биполярной, а при дальнейшем повышении температуры преобладает отрицательная ионизация. Испытания термоионизаторов, проведенные П.А.Полоником, свидетельствуют о том, что термоионизаторы имеют ограниченное применение и пригодны только для нейтрализации электростатических зарядов на волокнистых материалах с отрицательной полярностью. Поскольку общий недостаток всех нейтрализаторов статического электричества заключается в создании ими лишь локальной нейтрализации зарядов и требовании тщательной защиты при обслуживании оснащенного ими оборудования, наиболее широкое распространение в текстильной промышленности получила обработка волокон антистатическими препаратами.

По характеру действия все используемые в настоящее время антистатические препараты разделяются на группы, обеспечивающие стойкую и нестойкую обработки. К первой относятся вещества непосредственно добавляемые в прядильный раствор при производстве волокон. Для обработки полиэфирных волокон в условиях Моги-левского комбината синтетического волокна, перерабатываемого по хлопчатобумажной системе прядения, применяют препараты фирмы "Ай-Си-Ай" - сирразол (Великобритания) /48/. Для этой же цели используется отечественный аналог сирразола - стеарокс СП-9.

Антистатическая обработка препаратами второй группы обеспечивает временное придание антистатических свойств волокнам с целью их бесперебойной переработки. К таким препаратам предъявляются требования, заключающиеся в хорошей растворимости в воде или возможности образования водных эмульсий, достаточной эффективности при малых концентрациях, легкой вымываемости препарата в случае необходимости с пряжи и ткани, а также в преимущественном расположении препарата на поверхности волокна.

Особенно важным свойством антистатических препаратов является увеличение поверхностной проводимости волокон, особенно синтетических. В настоящее время отечественная промышленность выпускает несколько групп антистатических препаратов, действующих на антистатические свойства волокон /49-51/. Это прежде всего углеводороды парафинового ряда, жиры и масла, гигроскопические и поверхностно-активные вещества. Углеводороды парафинового ряда, жиры и масла не увеличивают поверхностную проводимость волокон, поскольку не являются электролитами и не обладают гигроскопическими свойствами. Однако, несмотря на это, они представляют ценные составные части антистатических эмульсий, так как влияют на характер контакта между волокнами, а также между волокнами и рабочими органами оборудования. Образуя на поверхности волокон маслянистые пленки, такие соединения стабилизируют эффект трения. В связи с этим основная цель обработки химических волокон указанными препаратами состоит не в увеличении или уменьшении трения, а в поддержании его на постоянном уровне и сглаживании его резких колебаний, возникающих вследствие различных свойств поверхностей необработанных волокон.

Гигроскопические вещества образуют на поверхности волокон пленку влаги, снижая таким образом их поверхностное электрическое сопротивление и трение. Основными представителями гигроскопических веществ являются многоатомные спирты, которые адсорбируют на поверхности волокон влагу из атмосферы, создавая тонкий проводящий слой, способствующий утечке электростатических зарядов /52/. Недостаток таких антистатиков заключается в невысокой эффективности при пониженной относительной влажности воздуха.

Наибольшим антистатическим эффектом обладают поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые при добавлении в воду даже в небольших количествах снижают поверхностное натяжение воды к различным средам, что способствует лучшему смачиванию волокон особенно гидрофобных. В настоящее время такие ПАВ широко применяются в качестве антистатиков, действие которых основано на по/ вышении электропроводности различных волокнистых материалов. Все синтетические ПАВ в зависимости от свойств, проявляемых ими при растворении в воде, подразделяются на ионогенные (анионоак-тивные, катионоактивные, амфотерные) и неионогенные. Ионогенные препараты в отличие от неионогенных в водных растворах диссоциируют на положительные или отрицательные ионы. Амфотерные соединения в кислой среде проявляют катионоактивные свойства, в щелочной - анионоактивные. Такая классификация ПАВ является наиболее удачной при сопоставлении эффективности антистатического действия. Исходное сырье для получения ПАВ представляют жирные кислоты^ спирты жирного ряда, алкиламины и белковые соединения.

Поверхностно-активные вещества имеют полярное ассиметрич-ное строение молекул и состоят из гидрофильной и гидрофобной частей. Нанесенный на волокно ПАВ удерживается через гидрофобную часть молекулы силами Ван-дер-Ваальса, а гидрофильная часть обращена в сторону воздуха, в результате чего образуется адсорбционный молекулярный слой и расстояние между волокнами увеличивается. Возникает граница раздела соприкасающихся волокон и их электризация уменьшается, так как для перехода носителей зарядов необходим очень тесный контакт между телами. В этом проявляется контактный эффект действия ПАВ. Поскольку ионогенные ПАВ являются электролитами, они также повышают поверхностную проводимость волокон. Экспериментально установлено, что электропроводность растворов ПАВ не характеризует их антистатическую эффективность по отношению к синтетическим волокнам /54-55/. Антистатическая эффективность определяется электропроводностью волокон в сухом состоянии. На основании такого заключения предложен метод прогнозирования антистатической эффективности ПАВ для волокон.

Способность молекул ПАВ адсорбироваться на поверхности волокон с образованием плотного слоя является одним из важнейших условий их антистатического действия. Особое место в этом занимает связь толщины поверхностного слоя антистатика с его эффективностью. Ранее /56-58/ получены количественные зависимости между величиной адсорбции антистатика и поверхностным сопротивлением обработанных полимеров. Величину адсорбции антистатика можно изменять путем изменения его концентрации в растворе или эмульсии, а также количества эмульсии, наносимой на волокнистый материал.

Поскольку до настоящего времени не создано теории, объясняющей связь между строением ПАВ и их антистатическим действием, при выборе антистатиков требуется большая экспериментальная работа. Проведены исследования ионогенных, амфотерных и неионоген-ных ПАВ отечественного производства /59/. В табл. 1.3 приведены результаты исследований антистатической эффективности 27 препаратов при обработке тканей из различных химических волокон. Оценка эффективности антистатиков выполнена по изменению величины электропроводности, а также электрического сопротивления и оценена по пятибальной системе. Один и тот же препарат, являющийся высокоэффективным для одних волокон, может проявить меньший антистатический эффект для других или совсем утратить антистатические свойства. Следовательно, действие антистатика характеризуется не только его способностью снижать величину электрического потенциала, но и способностью обладать сродством к волокну. Последнее зависит от природы волокон, их структуры, гигроскопичности и физико-механических свойств. Данное обстоятельство необходимо учитывать особенно при антистатической обработке смесей различных по своей природе волокон.

Штапельные полиэфирные волокна с целью придания им антистатических свойств рекомендуется /60/ обрабатывать эмульсиями, в состав которых входят антистатики отеарокс-6, выравниватель-А, препарат 0С-20, алкамон 0С-2. В качестве замасливателей могут использоваться олеиновая кислота или минеральное масло /61-62/. К недостаткам таких эмульсий относятся:

I. Слабая адгезионность (связанность) антистатиков с волокном. При переработке обработанного волокна на первоначальных стадиях технологического процесса (рыхление, трепание, чесание) и при транспортировке его по пневмосистемам вследствие слабого контакта антистатика с волокном значительная часть волокна теряется, оседая на соприкасающихся поверхностях машин, механизмов, приборов и загрязняет их. При этом снижается равномерность

Таблица 1.3

Результаты исследований антистатической эффективности препаратов на тканях из химических волокон -у Капроновые Ацетатные Лавсановые Нитроновые Полипропи- Виниловые Хлорино-

Препарат леновые вые

I 2 I 2 I 2 I 1 2 I 2 I 2 I | 2

Алкамон ГН 4,5 5 4 3 4,5 5 4,5 5 4 5 3,5 5 5 5

Алкамон ДС 5 5 5 5 5 5 4,5 5 5 5 5 5 5 5

Алкамон flG-2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5

Алкамон 0 4,5 5 5 5 5 5 4,5 5 5 5 5 5 4,5 5

Оксифос 4,5 5 4,5 5 4,5 5 3 5 5 5 3,5 5 4 4,5

ОП-7 3,5 I 3,5 5 4 5 3 5 I 5 3,5 5 4 5

ОП-Ю 4 I 3,5 4 4 5 3 5 2 — 3,5 5 4 5

0П-20 3,5 I 3 3 4,5 5 3,5 5 2 5 — — - —.

Стеарокс-б 2,5 4,5 3 4 4 5 3 5 I 5 3,5 3 4 5

Стеарокс-920 4 5 2,5 3,5 4,5 5 3,5 5 5 5 3,5 3,4 4 5

Препарат 0С-20 4,5 5 I 4 4,5 5 4 5 2 5 3,5 4 4 4

Выравниватель А 4,5 5 4,5 3,5 5 5 3,5 5 2 5 4,5 4,5 4,5 5

Синтанол ДС-10 4,5 5 I 3,5 5 5 4 5 5 5 4 2,5 4 2

Этамон ДС -4 4 5 5 5 5 5 5 2,5 4 3 5 3 4

Тетрамон 4,5 5 5 5 4,5 5 4 5 5 5 4,5 5 4,5 5

Аламин-17 I 4,5 I I 4 5 4,5 5 5 4 3,5 I 3,5 4,5

Проксанол-181 3,5 3 3,5 I 3 5 4 5 2 3,5 4 5 3,5 5 го 00

Продолжение таблицы 1.3

Препарат х Капроновые Ацетатные Лавсановые Нитроновые Полипропиленовые Виниловые Хлори-новые

I 1 2 I 1 2 I 1 2 I 2 X 1 2 I 2 I 2

Проксанол-305 3,5 2 2,5 I 3,5 5 3,5 5 I 4 4 5 3,5 5

Проксамин-385 3,5 2,5 3 I 3,5 5 3,5 4,5 2,5 4,5 4 5 3,5 5

Смачиватель НБ I I I I 2,5 I I I I I 2,5 I I I

Сульфолеин CK .I 2 I I 2,5 21 II I I III

Бетаналь П 2,5 2 I 4 3,5 4 4 • 5 I 3 I - 3 I I

Ксилиталь 0-10 4 5 4 5 4,5 5 4,5 5 4 5 4 4 4,5 5

Ксилиталь 0-15 4 5 3,5 5 4,5 5 4,5 5 3,5 5 4,5 5 4 4

Ксилиталь ПР 4 5 4 5 4 5 3,5 5 3,5 5 4 545

Ка.рбозолин С 4,5 5 3,5 5 5 5 4,5 5 4,5 5 4,5 5 5 5

Бетаин Л-15 45 4,5 5 5 55 55 5 5 555 го <о Концентрация 10 г/л;

I - электропроводность; 2 - электризуемость. распределения антистатика на поверхности волокон, дестабилизируется трение волокон и уменьшается эффективность антистатической обработки;

2. Требование использования только умягченной воды для эмульсии, в которой в качестве замасливателя применяется олеиновая кислота, поскольку в жесткой воде образуются нерастворимые мыла, осаждающиеся на волокнах, что способствует появлению на ткани пятен при рфашении;

3. Неудовлетворительная вымываемость минеральных масел из пряжи и ткани, в результате чего оставшееся масло в ткани приводит к более быстрому ее загрязнению и ухудшению в свою очередь внешнего вида готовых изделий.

В настоящее время для полиэфирных волокон выпускаются антистатические препараты с повышенной адгезией к их поверхности, в большинстве случаев представляющие полимерные соединения, взаимодействующие с активными группами волокон. К ним относятся эпамин Об (СССР), аркостат АС (фирма пХёхст",ФРГ), нонакс-Ибб и 975 (фирма "Бемс-Феттхеми", ФРГ). Следает отметить, что такие препараты рекомендуется применять для антистатической обработки только готовых изделий /34/. Использование их для обработки волокон нецелесообразно, так как они трудно удаляются при последующих заключительных отделках ткани.

Таким образом, создание антистатиков для обработки химических волокон перед прядением, лишенных указанных выше недостатков, представляет весьма актуальную задачу. Это позволит стабилизировать процесс прядения, улучшить качество полуфабрикатов, повысить производительность труда и оборудования, снизить обрывность пряжи.

Существенным фактором при оценке действия антистатического препарата является выбор показателей, характеризующих его антистатический эффект. Обычно для таких целей используют два основных метода: определение электрического сопротивления волокнистого материала и величины генерируемого заряда, а также скорости его утечки с волокнистого материала.

Широкое использование электрического сопротивления для измерения электростатических характеристик различных препаратов основано в большинстве случаев на том, что чем ниже электрическое сопротивление обработанного волокнистого материала, тем меньше его электризация и выше скорость утечки заряда. Следует отметить, что электрическое сопротивление отдельных волокон имеет меньшее практическое значение, чем сопротивление массы волокон, поскольку во втором случае учитываются контакты меэвду волокнами. Кроме того, для измерения сопротивления массы волокон можно использовать волокнистый материал на любой стадии переработки. Уменьшение сопротивления массы волокон путем их антистатической обработки представляется самым эффективным для устранения электрических зарядов. Последние могут передвигаться во всем объеме волокна и по его поверхности. В большинстве химических волокон с большим электрическим сопротивлением и незначительной влажностью электростатические заряды движутся по поверхности, поэтому для таких волокон более важное значение приобретает удельное поверхностное электрическое сопротивление.

Существуют различные способы и методики измерений сопротивлений волокнистых материалов, основными из которых являются гальванический, электрометрический и электронный. В первом случае сопротивление вычисляют по закону Ома, в электрометрическом способе используется метод зарядки и разрядки конденсатора. Последний способ измерения сопротивления основан на применении электронных измерительных приборов - тераометров. Принципиальные схемы таких приборов приведены в монографии /29/.

В нашей стране производятся тераометры Е6-3, Ф-507 и ЕК6-7 с тд для измерения электрических сопротивлений порядка IO-ICr^ Ом. В последнее время во ВНИИПХВ создан и заводом "Ивмашприбор" освоен серийный выпуск прибора ИЭСТВ-I, предназначенного для измерения объемного и поверхностного сопротивлений различных текстильных волокон. За рубежом используются серийные приборы для регистрации больших электрических сопротивлений: decttonie ingttument me^oPimetet <29й(„[ёрманх.

Cmurt Кодера ни, Инк")'} Сепсо EdecKtion'ie Electrometer („Централ Саентифик Компани);

Одним из основных условий при измерениях электрического сопротивления волокнистых материалов является выдерживание отобранных образцов в строго заданных температурно-влажностных условиях (температура 20+2°С и относительная влажность воздуха 65+3%).

Антистатический эффект различных препаратов по величине электрического сопротивления определяется согласно табл. 1.4 /64/.

Таблица 1.4

Электрическое сопротивление К , Ом

Ю9 - Ю10 Ю10- Ю12 ю12- га13

Ю13 и более

Эффект антистатической обработки

Хороший

Удовлетворительный Мало удовлетворительный Плохой

Важную характеристику антистатической обработки волокон представляет также электропроводность. Многие исследователи отмечают взаимосвязь между электропроводностью и электризуемостью различных волокнистых материалов. Так, исследования В.Лебаля /10/ показали, что электропроводность синтетических волокон, обработанных антистатиками, изменяется по-разному. Большинство антистатиков способствует увеличению электропроводности, полиэфирных и поливинилхлоридных волокон; при обработке полиамидных волокон установлено незначительное увеличение этого показателя. В.С.Тугеев /65/ изучал влияние аппретов на основе замасливателей, электролитов и гигроскопических веществ на электропроводность штапельных волокон. Полученные результаты показали, что электропроводность штапельных волокон значительно увеличивается при нанесении на них аппрета только в случае повышенной относительной влажности воздуха (более 52-54%). Следовательно, антистатические препараты не только увеличивают электропроводность волокнистых материалов, но и изменяют ее в зависимости от влажности воздуха.

Между электропроводностью и электризуемостью волокон существует связь /66/, заключающаяся в увеличении электропроводности с уменьшением электризации. Поскольку электропроводность является величиной обратной сопротивлению, для уменьшения электризации необходимо уменьшить сопротивление, что представляет одно из необходимых условий при разработке новых антистатических эмульсий для обработки волокон. Другим важным свойством эмульсий является быстрое и равномерное распространение ее внутрь волокнистой массы, что достигается путем введения в состав эмульсий высокоэффективных смачивателей, снижающих поверхностное натяжение эмульсии к волокну. Из ПАВ в наибольшей степени таким свойством обладают неионогенные препараты, поверхностная активность которых с общей формулой

СпНгпч (0СНл-СНг)х0Н [ где 16HS*n. иХ^&Щ в сотни раз выше поверхностной активности анионоактивных веществ с тем же П /67/. В табл. 1.5 приведены значения поверхностного натяжения для основных ПАВ, применяемых в текстильной промышленности /68/.

Таблица 1.5.

Препарат

Стеарокс-б Лаурокс-9 ОП-Ю 0С-20

Синтанол ДС-10 Синтамид-5 Авироль Оксанол 0-7 Оксанол 0-18 Олеокс-7

Поверхностное натяжение дин/см (мн/м) при концентрации, мг/л

10 100

55 46,4

39,5 38,5

41,0 37,1

50,3 45,2

39,6 37,8

29,7 29,3

40,4 33,5

44,8 44,4

46,2 42,6

63,5 50,0

Большинство ПАВ, главным образом анионоактивные и неионоген ные препараты, являются одновременно хорошими эмульгаторами. Механизм действия последних основан на образовании мелкодисперсных частиц масла (антистатика) в воде в виде эмульсий, за счет чего увеличиваются гидрофильные свойства эмульсий и повышается их стабильность. При правильном подборе антистатика и эмульгатора и соблюдении их определенных пропорций получают высокоэффективные стабильные и хорошо сохраняющиеся эмульсии. К другим важным требованиям, предъявляемым к антистатическим эмульсиям для обработки волокнистых материалов, следует отнести долговременный антистатический эффект, термо и светоустойчивость, нетоксичность и отсутствие неприятного залаха, способность не вызывать коррозии технологического оборудования, сохранение или улучшение качества полуфабрикатов и снижение обрывности пряжи, доступность и экономичность препаратов, входящих в состав эмульсий, возможность использования таких эмульсий для различных видов волокон.

Несмотря на то, что в настоящее время на практике пока не удается в полной мере выполнить все указанные требования, цели разработки новых видов эмульсий для обработки волокон преследуют их максимальное осуществление.

Выводы

1. Опережающие темпы роста производства синтетических волокон в общем балансе текстильного сырья требуют интенсификации процессов их переработки на текстильных предприятиях. Цри введении высокоскоростных процессов переработки таких волокон, в частности полиэфирного волокна лавсан, возникают значительные трудности вследствие образования в волокне больших зарядов статического электричества.

2. Существующие теоретические и экспериментальные исследования электризации волокнистых материалов позволяют значительно уменьшить отрицательные эффекты этого явления. Несмотря на удачные решения многочисленных проблем такого рода, периодически возникают другие проблемы как следствие внедрения новых технологических процессов, повышения производительности оборудования и увеличения объемов переработки синтетических волокон.

3. Без надежных количественных и качественных данных о степени электризации полуфабрикатов и пряжи невозможны правильная оценка помех, вызываемых зарядами статического электричества, и разработка эффективных мер по их устранению.

4. Одну из главных проблем при устранении электростатических явлений в текстильной технологии представляет проблема рассеяния (диссипации) зарядов с движущегося волокнистого материала. Отсутствие единого взгляда на эту проблему обусловлено в первую очередь сложностью явления и зависимостью его от многочисленных факторов.

5. Среди существующих в настоящее время многочисленных способов борьбы с зарядами статического электричества наиболее эффективным является отвод зарядов с полуфабрикатов и пряжи путем антистатической обработки волокон.

6. Основные требования, предъявляемые к антистатическим препаратам для обработки волокон, состоят в высоком антистатическом эффекте, нетоксичности и отсутствии резкого неприятного запаха, термо и светоустойчивости, легкой вымываемости при необходимости из пряжи и ткани, антикоррозийности по отношению к технологическому оборудованию, повышении качественных показателей полуфабрикатов и снижении обрывности пряжи, в экономичности и доступности при обработке больших партий волокна.

Целью настоящей работы является изучение электризации волокон при получении хлопколавсановой пряжи пневмомеханическим способом и разработка мероприятий по устранению электростатических зарядов путем антистатической обработки волокон. Основную задачу проводимых нами исследований составляет улучшение качества полуфабрикатов и пряжи, повышение производительности технологического оборудования и снижение обрывности в прядении.

Заключение диссертации по теме «Технология текстильных материалов», Москвин, Юрий Геннадьевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенный нами анализ теоретических и экспериментальных исследований свидетельствует о том, что до настоящего времени достаточно не изучены процессы электризации и рассеяния электростатических зарядов с волокнистых материалов на технологических переходах пневмопрядения.

2. Впервые выполнены экспериментальные исследования процесса электризации волокон на технологических переходах пневмопрядения при выработке хлопколавсановой пряжи (хлопок 67%, лавсан 33%). Изучен характер электростатических помех в прядении.

3. Разработана методика определения величины и знака зарядов волокнистых материалов с помощью Венгерского промышленного переносного прибора PD -Об. Установлено, что величина и знак заряда волокнистых материалов зависит от природы волокон и ос-.новных параметров работы технологического оборудования при их переработке.

4. Наибольшая электризация хлопколавсановых полуфабрикатов возникает на чесальных и ленточных машинах, где электростатический заряд ленты прямо пропорционален скорости ее выпуска и обратно пропорционален линейной плотности.

5. Определена величина технологически допустимых зарядов хлопколавсановых полуфабрикатов, при которых исключается возможность возникновения электростатических помех в прядении. На трепальных машинах максимальный заряд волокон не должен превышать величины -ЗхЮ~9 Кл/с, на чесальных машинах -8х10~9 Кл/с,

ГУ на ленточных машинах -1x10 Кл/с и на пневмомеханических прядильных машинах -5хЮ~9 Кл/с.

6. Впервые выполнено аналитическое исследование процесса рассеяния электростатических зарядов с движущихся волокнистых материалов. Теоретически задача решалась методом самосогласованного поля, хорошо известного в статистической физике.

7. Получена система двух уравнений в частных производных относительно плотности зарядов и электрического потенциала.

8. При некоторых допущениях решена задача об утечке зарядов с движущегося волокнистого материала. Плотность тока утечки заряда зависит в основном от его удельной проводимости и диэлектрической проницаемости.

9. С целью увеличения тока утечки заряда с движущегося волокнистого материала необходимо и достаточно повысить его электропроводность и снизить диэлектрическую проницаемость, что обеспечивает быструю нейтрализацию зарядов.

10. Рассмотрен вопрос о пондеромоторных силах, имеющих ку-лоновскую природу и действующих внутри волокнистого материала, ослабляя его прочность. Эти силы при снижении плотности индуцируемых зарядов уменьшаются с уменьшением скорости движения волокнистого материала и главное с увеличением его проводимости.

11. Показана стабилизирующая роль микроклимата в технологическом процессе переработки волокнистых материалов и влияние влажности окружающей среды на их электрические свойства.

12. Разработана принципиальная схема установки для антистатической обработки волокон в составе емкостей для приготовления и раздачи эмульсии, электронасосов марки ПА-22, эмульсопроводов и пневматических распылителей эмульсии.

13. Создан пневматический распылитель эмульсии (ПРЭ), отличающийся широким диапазоном производительности, а также автоматической очисткой выходного отверстия от засорений. Конструкция распылителя предусматривает возможность изменения формы и размеров факела, что позволяет производить антистатическую обработку волокон в любой точке разрыхлительно-трепального агрегата.

14. Предложена новая эмульсия на основе высокоэффективного антистатика лаурилового спирта и смачивателя синтанола ДС-10, отличительной особенностью которой является быстрое и равномерное распространение внутрь волокнистой массы, повышенная адгезия антистатика к поверхности волокон, высокий антистатический эффект при переработке лавсановых, вискозных волокон и их смесей с хлопком.

15. С помощью метода ортогонального планирования эксперимен та определен оптимальный количественный состав входящих в эмульсию компонентов.

16. Найдены математические модели процесса антистатической обработки хлопколавсановых смесей в пневмопрядении, на основании которых выявлены оптимальные параметры антистатической обработки волокон.

17. Наименьшая степень электризации хлопколавсановых смесей достигается при нанесении эмульсии в количестве 3% с концентрацией лаурилового спирта, равной 2,45%. Минимальная обрывность пряжи на пневмомеханических прядильных машинах наблюдается при концентрации лаурилового спирта 0,45% и количестве эмульсии, наносимой на смесь, 2,45%.

18. Уменьшение электризации хлопколавсановой смеси способствует повышению равномерности полуфабрикатов на коротких и средних отрезках. Коэффициент вариации чесальной ленты при испытаниях однометровыми отрезками снижается на 5,2%, а при испытаниях на приборе "Устер" на 7,4%. Аналогичное явление наблюдается и на ленточных машинах, где эти показатели соответствуют 8,3% и 11,2%.

19. Повышение равномерности полуфабрикатов на чесальных и ленточных машинах и уменьшение электризации волокон на пневмомеханических прядильных машинах приводит к снижению обрывности хлопколавсановой пряжи на 22%; по качественным показателям пряжа соответствует I сорту.

20. В результате антистатической обработки хлопколавсановой смеси эмульсией на основе лаурилового спирта и синтанола ДС-10, повышается производительность чесальных машин на 23%, ленточных на 16,5% при одновременном снижении в 5-10 раз электризации волокон.

21. Применение эмульсии на основе лаурилового спирта и синтанола ДС-Ю для антистатической обработки вискозных волокон и их смесей с хлопком снижает обрывность пряжи на кольцевых и пневмомеханических прядильных машинах до 30%, на мотальных на 17% и на сновальных до 13%.

22. Использование лаурилового спирта в качестве замаслива-теля для эмульсирования хлопка способствует уменьшению обрывности кардной и гребенной пряжи на 25-30% без изменения ее качественных показателей.

23. Общий экономический эффект от внедрения эмульсии на основе лаурилового спирта на различных текстильных предприятиях составил более 440 тыс.руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Москвин, Юрий Геннадьевич, 1984 год

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981.

2. Тихонов Н.А. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981-1985 г.г. и на период до 1990 г.-М.: Политиздат, 1981.

3. Легостаева Г.М. и др. Мировое производство синтетических волокон и нитей. Синтетические волокна. М.:НИИТЭХИМ, 1980.

4. Андрейчук Г.М. и др. Прогноз развития производства химических волокон в текстильной технологии на 1990 г. Текстильная промышленность за рубежом. М., 1978.

5. Семенов В.П. Перспективы развития производства химических волокон. Текстильная промышленность, № 4, 1982.

6. Гусев В.Е. Химические волокна в текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1971.

7. Венчиков А.Н. Справочник по переработке химических волокон по хлопкопрядильной системе. М.: Легкая индустрия, 1970.

8. Pfad.mod el e?ad /J S,k /977,

9. Харебов А. А. Опыт переработки конверторной ленты на оборудовании для хлопчатобумажной промышленности. Науч. тр. ЦНИХБИ за 1964 г. - М.: Легкая индустрия, 1966.

10. Textile Weei£y.f л/ 2.013, №67

11. Севостьянов А.Г., Шилова Н.И. Безверетенное прядение. -М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1969.

12. Ванчиков А.И., Плетникова К.Н. Использование химических штапельных волокон в хлопчатобумажной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1974.

13. Смирнова Э.Я., Шилина Л.С. Разработка технологии производства пряжи из смеси полиэфирного волокна лавсан с хлопком.

14. В кн.: Вопросы новой технологии в хлопчатобумажной промышленности. М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1979.

15. Манакова А.П. и др. Выработка пряжи из вискозного волокна на пневмомеханических прядильных машинах ДД-200-Текстильная промышленность. Л.: ЦНИИТЭИлегпром, 1977.

16. Коварж Я., Волески Р. Опыт выработки пряжи из химических волокон на машинах БД-200. Текстильная промышленность,8, 1974.

17. Textile Иoni&., л/5 1969. Г7. lext\t ; л/3 W4D.

18. Лебель В. Оценка электростатических свойств текстильных материалов. Информ. бюллетень, № 6 М., ЦЩИИ, 1972.19. Lotd P. Textile №62.

19. Полоник П. А. Борьба со статическим электричеством втекстильной и легкой промышленности. М.: Легкая индустрия, 1966.

20. КаЬ М., Jozftinde К, £tatie е£есЬъ'1$\саЬоп4 *изуоп giapfe jti&ie in spinning рюсе^л. 1 Text Mqc?\. M, Japan rJ2, <g58.

21. Пакшвер А.Б. и др. Свойства и особенности переработки химических волокон./ Пакшвер А.Б., Мельников Б.Н., Усенко В.А., Соловьев А.Н., Кукин Г.Н. М.: Химия, 1975.25. fctLx D. Уичпаб 0.t. Textile УпзЫиРе./^г, 4955.

22. Gon&Pwg V/ Textile Re&ecnck ^fout па 6 W 1953i > '

23. Леб Л. Статическая электризация.- М. :Госэнергоиздат,1963.

24. Френкель Я.И. Электричество. № 8 - М.:Госэнергоиз-дат, 1947.

25. Лебедь В. и др. Статическое электричество при переработке химических волокон.- М.: Легкая индустрия, 1966.30.' Вн£ег М, Textlf-Ргах.'е д/1, 1957. si. НеСтРюШ H.L.P. find. Ptix* 337.7

26. Coefinu. Cut* ' A.Z.f. Pti&M. mk.

27. Дцам H.K. Физика и химия поверхностей. М.: Гостех-издат, 1957. '

28. Пашкевичюс В.В., Жукаускене Д.В. Снижение электризации полиэфирных волокон и изделий из них. Э.И. Текстильная промышленность в СССР, № 29. М. :ЦНИИТЭИлегпром, 1979.

29. Пиковская О.Г. и др. Один из путей снижения электризу-емости синтетических волокон и изделий из них. Текстильная промышленность, № 7, 197I.

30. А.с. 68072 (СССР). Приспособление для удаления статических зарядов с нитей в ткацких станках. Наумов А. А.

31. Пиллер Б., Травничек 3. Синтетические волокна и особенности их переработки в текстильной промышленности.- М.:Рос-техиздат, I960.

32. Полоник П.А. Борьба со статическим электричеством в текстильной и легкой промышленности.- М.: Легкая индустрия, 1966.

33. Сахаров П.П., Маркеев Н.Н. Электризация шелка на ткацких станках.- Шелк, № 2,- М., 1938.

34. Гефтер П. Л., Локшина И.В. Правила защиты от статического электричества в шелковой промышленности. М.: ЦНЙИТЭИлег-пром, 1977.41. 6oti6 W., Hinqert F. Text;?. Ы 5k, тъ.

35. Конышев И.й. Текстильные структуры, технологии, системы и микроклимат. Деп. ЦНИИТЭИлегпром, № 546. Л.П-Д 82.

36. Капцов Н.А. Электроника. М., Гостехтеоретиздат, 1953.

37. Некрасов К.Л. Радиоизотопные нейтрализаторы статического электричества.- Текстильная промышленность, № I, 1975.

38. Блейкис А.С. Применение радиоизотопных нейтрализаторов в текстильной промышленности.- Текстильная промышленность, № 8, 1971.

39. Бубис М.Л. и др. Новый нейтрализатор статического электричества.- Текстильная промышленность, № I, 1982.

40. Рейнст Ю.Я. Приборы для измерения и исследования тепловых и молекулярных явлений. Изд-во ин-та НТИ АН СССР, 1957.

41. Варенич Е.М. и др. Обработка полиэфирного волокна антистатическими препаратами. Химические волокна, № 2, 1975.

42. Шварц А., Перрид Д., Берг Д. Поверхностно-активные вещества и моющие средства.(Пер. с англ. Л.Г.Булавина).- М.: Изд-во иностр. лит-ры, I960.

43. Павлова М.В. Новые текстильно-вспомогательные вещества, выпускаемые за рубежом. М.: ЦНИИТЭИлегпром, 1966.

44. Филинковская Е.Ф., Серебрякова З.Г. Текстильно-вспомогательные вещества в производстве химических волокон.- М.:Химия, 1970.

45. Василенок Ю.И. Защита полимеров от статического электричества. Л.: Химия, 1975.

46. Токаи, И. МарУтоХ. Koie качаку d3ciceli,j Т 11 rJ h №69.

47. Терняева Т.Г. Влияние поверхностно-активных веществ на электризацию синтетического волокна винол.- Текстильная промышленность, № II, 1966.

48. Терняева Т.Г. Автореферат кандидатской диссертации.

49. Л., ЛИТЛП им. С.М.Кирова, 1971.

50. Василенок Ю.И. и др. Пластические массы, № 5, 1975.

51. Василенок Ю.И. и др. Пластические массы, № 2, 1974.

52. Василенок Ю.И. и др. Пластические массы, № 5, 1974.

53. Крюкова А.С., Лапина Р.А., Мизуч К. Т. Применение антистатических препаратов в текстильной промышленности. ВХО им.Менделеева, № 3, т.15, 1970.

54. Терняева Т.Г., Бородовский Н.А. Действие антистатиков на лавсан и нитрон. Текстильная промышленность, № 4, 1966.

55. Терюшнов А.В. и др. Прядение хлопка и химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1973.

56. А.с. 471407 (СССР). Замасливатель для обработки волокнистых материалов. Опубл. в Б.И. вып. № 19, 1975, Сорокоумова Ф.А. и др.63. 1^уль В. Е., Царский Л.Н. и др. Электропроводящие полимерные материалы. М.: Химия, 1968.64.

57. Т^геев К.С., Меос А.И. Влияние различных авиважных препаратов на злектризуемость вискозного волокна. Текстильная промышленность, № 2, 1968.

58. Ангарова Т.В., Лапина Р.А., Крюкова А.С. Научно-техническая информация. М.: Шелковая промышленность, № 3, 1967.

59. Степанов В.А., Саввин А.П. Химические волокна, № I,1971.

60. Герасимов Л.С., Пакшвер А.Б. Химические волокна, № 2, № 4, № 6, 1962.

61. Озерский О.Н. Исследование влияния механических факторов на электризацию химических волокон в процессе переработки.-Дис. на соиск. учен, степени канд.техн.наук. Рукопись -МТИ,1973.

62. Гефтер П.Л. и др. Приборы и методы определения электри-зуемости текстильных материалов в производственных и лабораторных условиях. Обзор ВНИИПХВ.- М., 1969.

63. Васильев A.M. Введение в статистическую физику.- М.: Высшая школа, 1980.

64. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике.- М.: Наука, 1966.

65. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Справочник по физике. М.: Наука, 1964.

66. Москвин Ю.Г. Усовершенствование технологической обработки текстильных волокон.- Информ. листок № 42, 1983.

67. Москвин Ю.Г. Разработать технологический процесс антистатической обработки хлопколавсановых смесей в пневмопрядении.-Отчет по науч.-иссл. работе, Иваново, № 800II565- ИвШИИ, 1981.

68. Конышев И.И. Элементарная теория идеальных волокнистых структур. Деп. в ЦНИИТЭИлегпром, № 548, Л.П.-Д 82.

69. Радовицкий В.П., Стрельцов Б.Н. Электроаэромеханика текстильных волокон. М.: Легкая индустрия, 1970.

70. Никольский Б.П. и др. Справочник химика, т. 2 Л.: Химия, 1971.

71. Адлер Ю.П. Методические вопросы планирования эксперимента. -Дис. на соиск. учен, степени канд. техн. наук. Рукопись -МХТИ, 1965.

72. Тихомиров В.Б. Математические методы планирования эксперимента при изучении нетканых материалов. М.: Легкая индустрия, 1968.

73. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов.- М.:Физматгиз, 1965.

74. Москвин Ю.Г. Технологический процесс с применением новых замасливателей волокнистой массы.- Отчет по науч.-иссл. работе № 76023108, 1978.