Разработка технологии регенерации волокон хлопка из текстильных отходов и их использование совместно с профилированным лавсаном в трикотажных полотнах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Чеберяк, Ирина Александровна

• Чеберяк, Ирина Александровна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чеберяк, Ирина Александровна

Введение.

1. Аналитический обзор литературы.

1.1. Регенерированные волокна.

1.1.1. Значение ресурсосберегающих технологий для текстильной промышленности

1.1.2. Текстильные отходы: переработка и нерешенные проблемы.

1.1.3. Поточные линии для переработки текстильных отходов.

1.1.4. Щипальные машины.

1.1.5. Технологическая линия производства пряжи с использованием регенерированных волокон для трикотажных изделий.

1.2. Использование модифицированных волокон для улучшения потребительских свойств трикотажных изделий.

1.3. Новые трикотажные материалы, направления их развития и области применения.

Выводы по главе 1.

2. Теоретические и экспериментальные исследования усовершенствованной технологии получения регенерированных волокон.

2.1. Двухфазная система переработки волокнистых отходов с непрерывным потоком тепла с градиентом концентрации.

2.2. Поточная линия для регенерации отходов текстильных материалов.

2.3. Устройства для регенерации текстильных отходов, рассортировки волокон и экспериментальные исследования их физических моделей.

Выводы по главе 2.

3. Экспериментальные исследования трикотажной пряжи с регенерированнми волокнами, полученными на базовой поточной линии.

3.1. Исследования регенерированных волокон.

3.2. Исследования трикотажной пряжи с регенерированными волокнами.

Выводы по главе 3.

4. Теоретические и эспериментальные исследования трикотажных полотен из многокомпонентной пряжи.

4.1. Влагопоглощающие свойства многослойного полотна для функциональной одежды.

4.2. Экспериментальные исследования профилированных лавсановых нитей и хлопчатобумажной пряжи с регенерированными волокнами.

4.3. Экспериментальные исследования трикотажных полотен из обычных и профилированных лавсановых нитей, а также хлопчатобумажной пряжи с регенерированными волокнами.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии регенерации волокон хлопка из текстильных отходов и их использование совместно с профилированным лавсаном в трикотажных полотнах»

Среди текстильных материалов трикотажные полотна, благодаря неограниченным возможностям структурообразования и использования различных видов сырья1 (включая специально модифицированные, микропроволоку, фольговые, стеклянные, углеродные и асбестовые нити, высокорастяжимые и др.), находят все более широкое применение во всех областях жизнедеятельности человека. В свою очередь, в структуре по гребления сырья все большая роль принадлежит волокнам, обладающим специальными свойствами, отвечающими условиям эксплуатации и функционального обеспечения, как человека, так и различных объектов инфраструктуры и техники.

К таким свойствам относят:

- физические (горючесть, электропроводимость, прочность, эластичность, способность сопротивляться изгибу, адсорбция и др.);

- химические (маслозащитные, нерастворимые);

- микробиологические (антибактерицидные, репелентные против насекомых);

- эстетические (внешний вид), органолептические;

- физиологические (комфортность);

- тепловлагоперенос, растяжимость, компрессия и др.

Таким образом, кроме обычных видов сырья появились новые, основанные на высоких технологиях и многочисленных патентах и заявках.

Нанотехнологии позволяют изменить структуру волокон на молекулярном уровне и создать высокотехнологичные материалы, отвечающие различным запросам потребителей.

В настоящее время удельный вес химических волокон в мировом потреблении на душу населения составляет 62%, причем с учетом долгосрочного прогноза развития к 2010 г. эта доля увеличится до 80%. По оценкам ООН ожидается, что в связи с ростом населения Земли к 2040 г. по сравнению с 2000 г. потребление энергии (в тоннах нефтяного эквивалента на одного человека) увеличится на 50%, производство ВВП на одну «душу» в долларах США — на 60%, потребление текстиля в килограммах на одного человека — на 85%. Планета вряд-ли сможет выдержать такие темпы роста потребления.

Выход из этой ситуации — вовлечение в производство текстильных регенерированных волокон.

Производить конкурентоспособную продукцию невозможно без снижения'материалоемкости'текстильных изделий, то есть наряду с оптимизацией ассортимента и структурных свойств изделий необходимо использовать отходы и вторичные материальные ресурсы. В настоящее время в условиях острого дефицита натурального сырья для текстильной промышленности утилизация и повторное использование волокнистых отходов имеет большое экономическое значение.

Необходим принципиально новый подход к проблеме развития сырья в текстильной отрасли России, с учетом ослабления зависимости от импорта хлопка и шерсти, значительная часть которого может быть заменена котонизированным- льном, химическими волокнами, регенерированным сырьем, а также восполнена за счет рациональной технологии разработки отходов текстильной промышленности. Известно, что использование отходов позволяет значительно сократить расходы на сырье, загрузить простаивающие производственные мощности, создать дополнительные рабочие места. Нельзя забывать и об экологическом факторе: использование текстильных отходов значительно снизит негативное воздействие на окружающую среду, связанное с производством волокнистого сырья и уничтожением отходов. За счет использования отходов пряжи в виде регенерированных волокон идет экономия натурального сырья при неизменном качестве изделия, снижается себестоимость продукции, возрастает прибыль предприятия.

Мировой опыт показывает, что успех на рынке химических волокон и изделий из них возможен только при объединении усилий предприятий, производящих химические волокна, и предприятий, производящих и реализующих текстильные изделия.

Актуальность. Главная проблема легкой промышленности России -создание условий для развития экономики* отраслей на основе их инновационного обновления^ обеспечивающих повышение экономической эффективности,, экологической .безопасности, ресурсосбережения и конкурентоспособности продукции-:

Стратегическая! программа, создания текстильно-промышленного комплекса в; Ивановской области предполагает модернизацию действующих предприятий на базе инновационных технологий с внедрением конкурентоспособного ассортимента, в том числе с использованием химических волокон и нитей, и организацию новых. Необходимо; широкое применение как лучших мировых достижений» в области техники и технологии текстильного производства, так и отечественных разработок, в том числе на основе нано-технологий. ^ : : : • '

Использование; синтетических нитей нового поколения позволяет улучшить потребительские свойства- одежды^ ее комфортность, а применение пряжи с* регенерированными волокнами дает ресурсосбережение; экономию-натурального сырья-и, как следствие этого, снижает себестоимость продукции, делает ее доступной широким массам населения.

Для использования сырья, являющегося; отходами, текстильной промышленности, требуется создание- новых технологий и поточных линий; по его переработке с целью получения регенерированных волокон с сохранением; основных свойств;(длина, прочность) и их дальнейшего применения для производства товаров бытового и технического назначения.

Цель работы — создание усовершенствованных новых технологий для получения полноценного сырья из текстильных отходов и его использование совместно с профилированным лавсаном в трикотажных полотнах.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

• математически описана двухфазная система переработки волокнистых отходов с непрерывным потоком тепла;

• создана усовершенствованная технология'и поточная линия-для* регенерации отходовтекстильных материалов; спроектировано устройство для регенерации текстильных отходов; произведены экспериментальные- исследования- физических моделей устройств: для регенерации и аэромеханической рассортировки волокон;

•г определены физико-механические свойства пряжи-с регенерированными волокнами-, полученными, на базовой поточной линии; теоретически обоснованы процессы влагопереноса и влагопоглощения в многослойном" полотне, состоящем из модифицированных нитей и натуральной пряжи с регенерированными волокнами;

•' экспериментально, исследованы физико-механические свойства профилированных лавсановых нитей и. полотен, выработанных из, них и пряжи, содержащей .регенерированные волокна;

• оценена ожидаемая экономия-насырье за счет применения регенерированных волокон.

Методы и средства, исследований. Для решения задач, поставленных в работе, использованы-теоретические и экспериментальные методы.

В теоретических исследованиях применены методы дифференциального-исчисления; математического моделирования, гидродинамики, текстильного-материаловедения: Экспериментальные исследования-проводились с использованием стандартных методик и испытательных приборов.

Характеристики- длин регенерированных волокон определены« на системе приборов, фирмы «Пейер» (Швейцария)^ с получением диаграмм и таблиц с цифровыми показателями: Разрывная* нагрузка одиночных волокон -регенерированных, из типовой сортировки хлопка и из прядильной смеси -измерена на универсальном приборе УМИВ-3.

Исследования физико-механических свойств хлопчатобумажной пряжи с использованием регенерированных волокон проведены на приборе КЛА-2, разрывной машине РМ-3-1 и на круткомере КУ-500-2МЗ.

Экспериментальные: исследования/разрывной нагрузки и удлинения; при разрыве одиночных нитей профилированного: лавсана и хлопчатобумажной пряжи:с регенерированными волокнами проведены на.машине РМ-3-1. Обработка результатов испытанш'! осуществлена с помощыотфограмм для расчета статистических характеристик случайной величины: су300 и суаг!.

Контроль полиэфирных нитей ^хлопчатобумажной пряжи с регенерированными волокнами на равномерность по линейной плотности?выполнен: на, приборе КЛА-2.

Износостойкость^ трикотажных полотен определена на приборе ТИ- 1М, воздухопроницаемость — с помощью прибора У 56 V (Китай). Скорость воздушного потока через пробу (полотно) измерена с многократной повторно-стыо при помощи термоанемометра ТА — ЛИОТ.

Паропроницаемость исследована с, помощью?» термоконстантного» бака и стаканас водойШрочностьна прорыв измерена приборомУСО 162(Китай).

Достоверность, полученных, результатоввыводов,.обеспечена обоснованным объемом выборок, применением методов; математической статистики;: согласованностью результатов-теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается:

• в математическом описании двухфазной; системы, переработки волокнистых отходов;

• в проектировании щадящей технологии с авторскими техническими устройствами для получения регенерированных волокон с сохранением их качественных показателей;:

• в развитии теоретических основ процессов влагопереноса: и влагопог-лощения в многослойном полотне для спортивной одежды.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Экспериментальные исследования профилированных лавсановых нитей и пряжи с использованием регенерированных волокон, а также трикотажных полотен переплетения гшатированная гладь (грунтовая нить - профилированный лавсан, платировочная — хлопчатобумажная с регенерированными волокнами в количестве 10%) показали целесообразность их использования при производстве функциональной одежды и одежды бытового назначения.

Разработаны поточная линия для регенерации отходов плоских текстильных материалов (патент на полезную модель РФ № 75661 от 02.04.2008) и устройство для ¡регенерации текстильных отходов (патент на изобретение РФ № 2362846 от 10:12.2007).

Полученная технология по переработке отходов позволяет эффективно решать сырьевую и экологическую проблемы.

Отдельные результаты работы в виде стендов и материалов для лекций внедрены в учебный процесс кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА.

Пряжа из хлопковых регенерированных волокон в смеси с типовыми использована при выработке трикотажных изделий на ООО «Тритекс» (Иваново).

Апробация работы. Работа- поддержана грантом ИГТА для молодых исследователей 2009 г.

Результаты работы докладывались, обсуждались и получили; положительную оценку:

• на международной» научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные.-материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС), 2008 г., Иваново (ИГТА);

• на межвузовских' научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК), 2008, 2009 гг., Иваново (ИГТА);

• на Восьмой Всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века», 2009 г., Москва (МГТУ);

• на 61-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», 2009 г., Кострома (КГТУ);

• на молодежном научно-инновационном конкурсе «УМНИК-2009», Иваново (ИГТА);

• на расширенном заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА, 2009 г.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», входящем в список изданий, рекомендованных ВАК (2 статьи), сборниках материалов различных конференций (8 тезисов), а также получены 1 патент на полезную модель и 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, 7 приложений. Работа выполнена на 128 страницах, содержит 44 рисунка, 24 таблицы, список использованных источников из 100 наименований, приложения, занимающие 14 страниц.

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Чеберяк, Ирина Александровна

Общие выводы

1. Математически описана двухфазная система переработки волокнистых отходов с непрерывным потоком тепла с градиентом концентрации, а на ее основе создана щадящая технология регенерации текстильных отходов.

Общий критерий, полученный при описании стационарного состояния непрерывной двухфазной системы регенерации волокнистых отходов, подтверждает правильность выбранной технологической схемы и соответствует диссипативной функции с общим критерием эволюции.

2. Разработана поточная линия для переработки отходов текстильных материалов, позволяющая увеличить процент выхода прядомого волокна, снизить повреждаемость, значительное укорочение и недостаточную однородность волокон, а также сохранить начальные природные свойства и повысить стабильность физико-механических.

Выход прядомого волокна с аналоговой поточной линии составляет 7582%.

3. Спроектировано устройство для регенерации текстильных отходов, обеспечивающее повышение выхода волокна в процессе разволокнения, интенсификацию разработки суровой пряжи с учетом плотности и вида материала, а также исключение значительного укорочения волокон в процессе регенерации.

4. Экспериментальные исследования двух физических моделей, одна из которых имитирует работу устройства для регенерации волокон, другая - их аэромеханическую рассортировку, подтвердили, что запаривание суровой пряжи перед регенерацией является эффективным. При этом разволокнеиие происходит в щадящих условиях, не разрушается структура волокна и не снижается его прочность, повышается выход прядомого волокна.

Суровая пряжа Средняя длина волокна, мм Выход прядомого волокна, % до запаривания 16,9 64 Д после запаривания 22,9 79,0

5. Доказано, что регенерированные волокна, полученные на. аналоговой поточной,линии, являются прядомыми и пригодными для изготовления пряжи в условиях производства на поточных линиях. Среднее значение длин регенерированных волокон; по диаграмме «Барбе» соответствует международному стандарту ISO, а разрывная! нагрузка этих волокон-FOGXy.

Исследуемая» хлопчатобумажная, пряжа; выработанная с использованием-регенерированных волокот в количестве 10%, соответствует ГОСТу 9092-81 «Пряжа; хлопчатобумажная? для> трикотажного производства» и пригодна для промышленного использования:

6. Теоретически; обоснованы .процессывлагопереноса и влагопоглощения в многослойном полотне для спортивной одежды.

Получены, математические модели для трикотажного полотна; гладкого платированного переплетения, где внутренний слой состоит из нитей профилированного лавсана Coolnice (обладает высокой капиллярностью, гигроскопичностью, влагоотдачей), который быстро переносит влагу от кожи спортсмена и передает ее на наружный: слой; состоящий из хлопчатобумажной пряжи с вложением регенерированных волокон (имеет высокую гигроскопичность, влагопоглощаемость, воздухопроницаемость), этот слой накапливает влагу, которая затем испаряется в атмосферу.

Таким образом, достигается сухость и комфорт при носке. Это подтвердили и экспериментальные исследования

7. В результате проведенных экспериментальных исследований выявлено, что наилучшее сочетание, свойств хлопка , и профилированного лавсана имеет вариант трикотажного полотна гладкого платированного переплетения Coolnice + хлопок (Coolnice — грунтовая; хлопчатобумажная с регенерированными волокнами - платировочная нить). Совместное использование этих нитей улучшает потребительские свойства трикотажных изделий.

8. Ожидаемая экономия на сырье за счет использования хлопковых регенерированных волокон составляет 10447,76 тыс. руб. (1689,6 т/год).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чеберяк, Ирина Александровна, 2010 год

1. Васильев, А. Н. Проблемы обеспечения текстильной промышленности России сырьем / А. Н. Васильев // Изв. вузов. Технол. текстил. пром-ти. -1995. Вып. 6.2. www.yellowpages.com.

2. Экономия сырья в текстильном производстве / Е. Н. Бершев и др.. -М., 1984. С. 80.

3. Раевский, В. А. Резервы улучшения использования сырья / В. А. Раевский // Текстильная промышленность. 1976. - № 5. - С. 22.

4. Рациональное использование сырья основа эффективности производства // Текстильная промышленность. - 1981. - № 4. — С. 1—3.

5. Полякова, Д. А. Отходы хлопчатобумажной промышленности: справочник / Д. А. Полякова и др.. М.: Легпромбытиздат, 1990. - 208 с.7. www.cotton.org.

6. Дращук, Т. Н. Об эффективности переработки отходов в цехах ширпотреба / Т. Ы. Дращук // Текстильная промышленность. — 1975. № 6. - С. 7 -8.

7. Фролов, В. Д. Технология и оборудование текстильного производства. Ч. 1. Производство пряжи и нитей / В. Д. Фролов и др.. Иваново: ИГТА, 2006. 436 с.15. www.olenta.ru.16. www.rosetextile.com.17. www.sohim.by.

8. Малоотходная технология в текстильном производстве / В. Д. Фролов и др.. М.: Орехово-Зуевская типография, 1986. - 497 с.

9. Петканова, Н. Н. Переработка текстильных отходов и вторичного сырья / Н. Н. Петканова и др.. М.: Легпромбытиздаг, 1991. - 240 с.

10. Кахраманов, Ф. Р. Новые технологии регенерации отходов текстильного производства и способы получения пряжи из них / Ф. Р. Кахраманов, В. Д. Фролов. Иваново: ИГТА, 2005. - 292с.

11. Башков, А. П. Разработка ресурсосберегающих технологий для производства нетканых материалов технического назначения / А. П. Башков, В. Д. Фролов. Иваново: ИГТА, 2007. - 288 с.

12. Лебедев, Н. А. Теоретические основы процесса разволокнения текстильных отходов / Н. А. Лебедев // Текстильная промышленность. 1995. -№ 6. - С. 13 - 15.23. www.encyclopedia.com.24. www.books.google.com.25. www.TheCompanyStore.com.26. www.textil.cz/vub.

13. Разумеев, К. Э. Переработка восстановленных полиэфирных волокон в текстильные изделия / К. Э. Разумеев, Т. И. Кудрявцева // Текстильная промышленность. 2004. - № 11. - С. 48 - 50.

14. Фролов, В. Д Производство текстильных материалов на основе малоотходной технологии / В. Д. Фролов и др.. Куровское, 1995. - 268 с.29. www.query.nytimes.com.30. www.textileworld.co.uk.31. www.wto.org.html.32. www.intermediates.invista.com.

15. Липенков, Я. Я. Прядение шерсти: учебник для текстильных техникумов: 4.1 / Я. Я. Липенков. М.: Легкая индустрия, 1979. - С. 107-110.

16. Цитович, И. Г. Технический текстиль как наукоемкий продукт. Развитие трикотажных технологий / И. Г. Цитович, А. Ф. Андреев, Н. В. Галушкина // Текстильная промышленность. 2005. - № 9. - С. 16 - 20.35. www.msnbc.msn.com.36. www.syntechfibres.com.

17. Двухслойный кулирный трикотаж // Изв. вузов. Технол. текстил. пром-ти. 1990. - № 6. С. 128.57. www.dobrota.ru.58. www.medirus.ru.59. www.supporthosiery.com.60. www.supriva.com.

18. Фролова, И. В. Пряжа для производства трикотажа: текст лекций / И. В. Фролова. М., 1992.

19. Поспелов, Е. П. Технология нового двойного кулирного трикотажа / Е. П. Поспелов, Н. А. Соловьев // Изв. вузов. Технол. текстил. пром-ти. -1971.-Вып. 4.-С. 44.

20. Кобляков, В. А. Двухслойные полотна верхнего трикотажа / В. А. Кобляков, Г. М. Зурина // Текстильная промышленность. — 1990. № 11. - С. 62.

21. Кочеткова, О. В. Двухслойный кулирный трикотаж / О. В. Кочеткова, И. В. Барская // Изв. вузов. Технол. текстил. пром-ти. 1989. - Вып. 1. - С. 21.

22. Поспелов, Е. П. Двухслойный трикотаж / Е. П. Поспелов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - С. 5.66. www.cratex.ru.

23. Кочеткова, О. В. Двухслойный кулирный трикотаж / О. В. Кочеткова, И. В. Барская // Изв. вузов. Технол. текстил. пром-ти. 1990. Вып. 6. - С. 128.

24. Буланцева, Н. Л. Новые трикотажные полотна / Н. Л. Буланцева // Текстильная промышленность. 1986. - № 4. — С. 21.

25. Фролова, И. В. Двухфазная система переработки волокнистых отходов с непрерывным потоком тепла с градиентом концентрации / И. В. Фролова, С. Ю. Капустин, И. А. Чеберяк, Д. Е. Жуков // Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. 2008. - № 4. - С. 71 - 75.

26. Чеберяк, И. А. Новая технология регенерации отходов текстильного производства / И. А. Чеберяк'// Студенты и молодые ученые КГТУ производству: сб-к матер. 61-й межвуз. науч. - техн. конф. молодых ученых и студ./ КГТУ. - Кострома, 2009. - 2.4. - С. 89.

27. Севостьянов, А. Е. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности: учеб;, для вузов текстильной промышленности / А. Е. Севостьянов. М.: Легкая индустрия, 1980.-392 с. :

28. Фролова, И: В. Влагопоглощающие свойства многослойного полотна для функциональной одежды / И. В. Фролова, И. А. Чеберяк // Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. 2008. - № 2. - С. 73 - 78.

29. Кафаров, В. В. Основы массопередачи / В. В. Кафаров. М.: «Высшая школа», 1971.

30. Крассий, Г. Г. Справочник трикотажника / Г. Г. Крассий. Киев: Техника, 1975. - 299 с.

31. Марисова, О. И. Трикотажные рисунчатые переплетения / О. И. Ма-рисова.-М.: 1984.

32. Торкунова, 3. А. Испытания трикотажа / 3. А. Торкунова. М.: 1985.