Текстильная переработка стеклянного волокна

 

После получения первичной нити далее происходит ее переработка в соответствующий вид материала. Наиболее широко на рынке востребованы следующие виды материалов: ровинг из непрерывной нити, стеклянные ткани, стеклохолсты, маты из рубленого волокна, нити для текстильной переработки.

В результате процесса вытяжки получается непрерывное волокно в виде готового к продаже продукта – директ-ровинга или такого же директ-ровинга, но намотанного на специальную картонную гильзу – кег. Ровинг на кеге является полуфабрикатом для дальнейшей переработки, в том числе, трощения.

Директ-ровинг, предназначенный для трощения, называется комплексной нитью. Очевидно, что комплексная нить состоит из количества монофиламентов, соответствующего количеству фильер в питателе. Таким образом, текс комплексной нити зависит от: текса монофиламента, определяемого его диаметром; количества монофиламентов в комплексной нити.

Зная требуемый текс комплексной нити и количество фильер в питателе можно легко посчитать диаметр монофиламента, который необходимо получить:
   Диаметр монофиламента = Квадратный корень (Tекс x 477 / количество фильер питателя)

И наоборот, зная диаметр монофиламента, текс считаются по формуле:
   Текс = Квадрат диаметра монофиламента x количество фильер питателя / 477

 

Ниже приведена таблица зависимости текса комплексной нити от диаметра монофиламента для питателей 200, 418 и 836 фильер.

Диаметр монофиламента

Количество фильер питателя

200 фильер

418 фильер

836 фильер

10 мкм

42 текс

88 текс

175 текс

13 мкм

71 текс

148 текс

296 текс

17 мкм

121 текс

253 текс

506 текс

Таблица 1. Зависимость линейной плотности комплексной нити от диаметра монофиламента.

 

В силу малого текса, директ-ровинг в виде готового продукта крайне редко используется потребителями, которым, в зависимости от применения, обычно нужны ровинги намного более высокого текса, например, такие, как 600, 1200, 2500 и 4800.

Как уже упоминалось выше, в результате процесса вытяжки получается непрерывное волокно в виде готового к продаже продукта – директ-ровинга или такого же директ-ровинга, являющегося полуфабрикатом для дальнейшей переработки, намотанного на специальную картонную гильзу – кег. По сути – это один и тот же продукт, но между ними, все же имеются некоторые различия: 

 

Параметр

Тип продукта

Директ-ровинг

Комплексная нить

Уровень готовности продукта к продаже

Готовый продукт

Полуфабрикат для операций трощения, крутки или рубки

Паковка

Внутренний размот

Внутренний или наружный размот

Держание замасливателя

Повышенное с равномерным распределением по всей бобине. Ровинг на ощупь кажется более жестким, чем комплексная нить.

Близкое к минимальной границе допуска, с неравномерным распределением по бобине от центра до поверхности. Ровинг на ощупь кажется более мягким по сравнению с директ-ровингом

Таблица 2. Сравнение свойств директ-ровинга и комплексной нити.

 

Из цеха печей нить на бобинах, пройдя промежуточный склад, поступает на размоточно-крутильные машины, где она разматывается, скручивается и наматывается на бумажные патроны; после первой крутки нить поступает на тростильно-крутильные машины, где стращивается и скручивается в направлении, обратном направлению первой крутки, и наматывается на бумажные патроны (нить для основы и товарная нить) или на деревянные шпули (нить для утка).

Скрученные основные нити с крутильных машин непосредственно на початках поступают на сновальные машины, на которых они устанавливаются в шпулярнике (сновальной рамке). Со шпулярника нити, находящиеся под определенным натяжением, наматываются последовательно лентами на сновальный барабан, а затем все одновременно перевиваются на ткацкий навой. Основа на навоях поступает в проборный отдел для пробирания нитей в ламели, ремиз и бердо ткацкого станка; эта трудоемкая операция выполняется ручным способом.

Пробранные основы устанавливаются на ткацкие станки и из них вырабатываются ткани. Если применяется некрученый уток, он при выработке тканей наматывается на уточные шпули на уточно-перемоточном автомате. Наработанная ткань и лента поступают в мерильно-браковочный отдел для контроля качества, чистки и закатки в рулон, после чего ткань и лента отправляются потребителям.

Под кручением любого волокнистого материала понимают сообщение ему деформации, в результате которой каждое поперечное сечение волокнистого материала поворачивается относительно соседних сечений на некоторый угол, причем направление поворота одинаково по всей длине.

За единицу крутки в метрической системе принимают число кручений на метр или на сантиметр длины волокнистого материала. При кручении на машине одни конец нити прижимается в выпускном приборе или в точке схода с бобины, другой вместе с бегунком вращается вокруг веретена, по кольцу. Таким образом, за один оборот бегунка нити сообщается одно кручение.Размотка и кручение производятся для получения стеклянной нити необходимой толщины на наиболее удобной по форме и массе паковке и для улучшения технологических свойств нити.

При первом кручении стеклянной нити, состоящей из параллельно ориентированных волокон, крутку воспринимает не только скручиваемая нить, но и каждое волокно в отдельности. После первого кручения стеклянные волокна располагаются по винтовым линиям переменного радиуса с постоянным шагом, т. е. волокна в нити переходят из наружных слоев нити во внутренние и наоборот.

В результате второго кручения стеклянной нити (одновременно со сложением) в обратном направлении по отношению к первому нить в целом приобретает крутку, а нити первого кручения и волокна, составляющие их, соответственно теряют такое число кручений, какое получает нить. В стеклянной нити, компенсированной по крутке, волокна располагаются по винтовым линиям, шаг которых постоянен и равен шагу кручения. При расположении волокон и нитей по винтовой линии они скрепляются и уплотняются, причем с увеличением степени крутки и диаметра волокна плотность стеклянной нити возрастает.

Это объясняется увеличением радиальных усилий между волокнами нити при крутке, а также повышенной жесткостью волокна большого диаметра.
При кручении одиночной стеклянной нити до 150 кручений/м ее прочность не изменяется, а при дальнейшем кручении прочность нити уменьшается. После второго кручения (со сложением) прочность стеклянной нити повышается до определенного предела, затем снижается.
Критическое значение крутки, при котором прочность стеклянной нити максимальна, находится в интервале 200-350 кручений/м и зависит от толщины нити и диаметра волокна, образующего нить. Прочность крученой стеклянной нити зависит от прочности исходных нитей, но не равна суммарной их прочности.

 

Факторы, влияющие на прочность крученой нити:

1.   Разнопрочность нитей, составляющих крученую нить. Когда растягивающая нагрузка воспринимается нитями равномерно, первыми рвутся более слабые нити, и вся нагрузка  воспринимается  меньшим  числом  нитей,  следовательно,  разрывная  нагрузка крученой   нити   должна   быть   меньше   суммарной   прочности   нитей,   подвергающихся кручению.
Коэффициент   использования   прочности   нитей,   входящих   в   крученую   нить, обусловлен разной прочностью каждой нити, он тем ниже, чем больше число сложений нити при кручении и чем выше неровнота (коэффициент вариации) этих нитей по прочности. Для нити  в  восемь  сложении  (из  волокна  диаметром  5-7  мкм)  коэффициент  использования прочности стеклянных нитей достигает 0.85.

2.   Разная длина нитей. В процессе сложения нитей при кручении каждая из них имеет свое натяжение, поэтому в зону кручения поступают нити разной длины. Чем больше нити отличаются по длине, тем меньше коэффициент использования прочности этих нитей. При воздействии на крученую стеклянную нить растягивающей нагрузки первыми порвутся более короткие нити, после чего нагрузка будет восприниматься меньшим числом нитей.

3. Повреждаемость  нитей. В процессе прохождения стеклянных нитей по нитенаправляющим крутильной машины отдельные волокна обрываются и прочность нитей снижается.  Коэффициент  использования  прочности  нитей  в крученой стеклянной  нити, обусловленный повреждаемостью нитей, составляет 0,88—0,99.

Отрицательное влияние каждого из перечисленных факторов можно уменьшить и, таким  образом,  увеличить  коэффициент  прочности  нитей,  входящих  в  крученую  нить, совершенствуя технологический процесс кручения.

 

Направление крутки
Различают крутку правого и левого направления. При правой крутке стеклянной нити витки идут снизу вверх слева направо; она условно обозначается буквой Z.

При  левой  крутке  витки  идут  снизу  вверх  справа  налево;  такая  крутка  условно обозначается буквой S. Крутка правого направления получается при вращении веретена по часовой  стрелке  (если  смотреть  на  него  сверлу),  левого  направления  –  при  вращении веретена против часовой стрелки. В промышленности стеклянного волокна первая крутка принята левого направления, вторая – правого.

 

Намотка крученой стеклянной нити
Одновременно с кручением стеклянная нить наматывается на бумажный патрон. Веретено, вращаясь, тянет за собой нить, которая, в свою очередь, тянет за собой бегунок. Под действием веса бегунка возникает центробежная сила, которая прижимает бегунок к кольцу. Возникающее трение вызывает торможение движения бегунка, и число его оборотов уменьшается, в результате нить наматывается на патрон, надетый на веретено. В непосредственной зависимости от веса бегунка находится плотность намотки стеклянной нити на початок, которая выражается отношением массы стеклянной нити к объему намотки и зависит от плотности самой нити и плотности ее намотки на початке.

Плотность намотки (в г/см3) может быть подсчитана по формуле ρ=m/V, где m – масса стеклянной нити на початке, V – объем намотки стеклянной нити на початке. Плотность намотки  имеет  большое  значение  при  дальнейшей  переработке,  упаковке,  хранении  и транспортировке. Чем толще нить,  тем менее плотна намотка ее на початок. Плотность намотки  стеклянных  нитей  толщиной  6,  8  и  13  текс  составляет  1,4-1,5  г/см3    (что соответствует 60-70 условным единицам показания денсиметра системы ЦНИИЛВ), нитей толщиной  108  и  200  текс  –  от  1  до  1,2  г/см3.  На  уточную  шпулю  стеклянная  нить наматывается с плотностью до 2 г/см3.

Размотка  стеклянной  нити   с   бобин  и  первое  ее  кручение  осуществляются  в промышленности  стеклянного  волокна  на  кольце-крутильных  машинах.  На  некоторых заводах  для  размотки  стеклянных нитей  с  одновременным сложением от  2  до  4  нитей применяются размоточно-тростильно-крутильные машины. На  этих  машинах стеклянные нити разматываются с неподвижных бобин.

 

Трощение и второе кручение
Стеклянная нить, как правило, подвергается двойному кручению (в два перехода). Жесткость стеклянного волокна обуславливает неустойчивость стеклянной нити. Нить стремится раскрутиться после первого кручения, в результате чего на ней образуются петли. Для получения компенсированной (равновесной) нити применяется второе кручение в направлении, обратном первому, с одновременным сложением. Для второго кручения стеклянных нитей с одновременным сложением применяются тростильно-крутильные машины.

 

Подготовка уточной нити
Подготовка утка к ткачеству заключается в создании паковки, которая дает возможность перерабатывать уточную пить в ткань на ткацком станке.
Крученую уточную нить для изготовления стеклянных тканей  получают непосредственно на уточно-крутильных машинах, однако ее можно получать и на мотальном автомате, перематывая нити на уточные шпули. Это особенно целесообразно при приготовлении  утка  толщиной  108  текс  и  более.  Если  в  качестве  утка  применяется некрученая стеклянная нить, то уток может быть получен только на мотальном автомате.

 

Снование основных стеклянных нитей
Технологический   процесс   снования заключается в навивке на ткацкий навой параллельно друг другу расчетного количества основных нитей определенной длины. Снование основных стеклянных нитей производится в большинстве случаев с неподвижных паковок массой 0,3-1 кг, в зависимости от толщины перерабатываемых нитей, полученных на крутильных машинах. В настоящее время ведутся исследования,   цель   которых   значительно   увеличить   массу   паковок.   При   сновании стеклянных нитей не допускается разнонатянутость одиночных нитей и лент, приводящая к провисанию отдельных участков ткани. Одинаковое натяжение нитей достигается, когда шпулярник содержится в хорошем техническом состоянии и натяжные приборы регулярно очищаются.  Основные  паковки,  установленные  в  шпулярнике,  должны  по  возможности иметь одинаковую массу  и  равное натяжение нитей внутри  паковки. Проборку нитей в ценовое    бердо    необходимо    вести    по    вертикальным    рядам.    Учитывая    низкую сопротивляемость  стеклянных  нитей  истиранию  и  изгибу,  не  допускается  скрещивание основных нитей. Детали, направляющие нити, должны быть изготовлены из керамических материалов. Шпулярник должен быть установлен на таком расстоянии от барабана, чтобы угол изгиба крайних нитей лепты в бердах машины был минимальным. При электризации нитей основы необходимо применять приспособления для снятия электрических зарядов.

Форма  намотки  нитей  на  барабан  должна  быть  строго  цилиндрической.  Чтобы сохранить   такую   форму   намотки   основы   на   ткацком   навое,   ствол   должен   быть цилиндрическим,  типы  не   погнуты,   а   фланцы  расположены  под  прямым  углом   по отношению  к  оси  навоя.  На  поверхности  фланцев  не  допускаются  заусенцы.  Фланцы необходимо устанавливать на  расстоянии друг  от  друга, равном ширине основы. Точно замерить ширину основы можно с помощью темной нити, проложенной через основные нити на   последнем  обороте  барабана  при   сновке  каждой  ленты.  Концы  основы  следует равномерно приклеивать к стволу навоя липкой лентой, а не привязывать узлами.

Технологическая  схема  ленточной  сновальной  машины  представлена  на  рис. 1. Машина оснащена шпулярником 7 для прерывного снования, на котором размещено 400 паковок, полученных на тростильно-крутильных машинах. Основные нити, сматываясь с неподвижных паковок шпулярника, проходят через натяжные приборы, проволочные петли 6 тиратронной станции, ценовое бердо 5, ленточное бердо 4 и наматываются на сновальный барабан 3. Сматываясь со сновального барабана, основа огибает направляющий валик 2 и навивается  на  ткацкий  навой.  На  данной  машине  осуществляется  рассредоточенная  и прямолинейная  проводка  нитей   от   шпулярника  до   барабана,  что   очень   важно   при переработке стеклянных нитей. Тиратронная станция автоматически останавливает барабан при обрыве одной из навиваемых на него нитей. Ценовое бердо, закрепленное в рамке с направляющими прутками  на  сновальном столе,  предназначено для  прокладывания цен. Ленточное бердо равномерно распределяет нити по ширине ленты, определяет плотность нитей в ленте и ширину ленты.

 

Сновальная машина
Рис. 1
. Технологическая схема сновальной машины. 1 –  навой; 2 –  направляющий валик; 3 - барабан; 4 – ленточное бердо; 5 – ценовое бердо; 6 – проволочные петли; 7 – шпулярник.

 

Сновальный барабан, изготовленный из  листового алюминия, имеет угол  наклона постоянного конуса 6°. Торцы барабана закрыты. Барабан смонтирован на выдвигающейся тележке.   Мгновенная   остановка   барабана   после   получения   сигнала   осуществляется тормозной системой.

 

Пробирание основных стеклянных нитей
На   этой   стадии  технологического процесса нити основы пробирают в ламели, ремиз и бердо, которые являются съемными приспособлениями ткацкого станка.

Ламели   представляют   собой    тонкие   стальные   пластины;   они    служат   для автоматической остановки ткацкого станка при обрыве основных нитей. Учитывая малую сопротивляемость стеклянных нитей  многократному воздействию изгибающих усилий  и истиранию, при переработке стеклянных нитей применяют самые легкие ламели. Однако даже при применении таких ламелей возможно образование ворсистости стеклянных тканей; это указывает на необходимость уменьшения веса ламелей и полировки их поверхностей, соприкасающихся с нитью.

С помощью ремиза на ткацком станке образуется зев, в  который прокладывается уточная нить. Ремиз состоит из нескольких ремизок. Количество ремизок зависит от рисунка переплетения ткани, плотности нитей основы и может быть от двух до двенадцати. Каждая ремизка  состоит  из   галев,  расположенных  в   специальных  рамках.  При   переработке стеклянных нитей применяют галева из стальной луженой проволоки с питым глазком.

Бердо служит для равномерного распределения нитей основы с заданной плотностью по ширине ткани, для прибоя уточной нити к опушке ткани и является направляющей челнок плоскостью. При выработке стеклянных тканей применяются как сварные, так и паяные берда,  в  зависимости  от  станка,  на  котором  вырабатывается  ткань.  Плотность  берда определяется его номером. Номер берда выражается количеством пластин (зубьев) на 10 см и выбирается в зависимости от плотности основы и числа нитей, пробираемых в один зуб. Обычно в зуб берда при выработке электроизоляционных стеклянных тканей полотняного переплетения  пробирают по две нити, при выработке конструкционных стеклянных тканей сатинового переплетения – по три нити и т.д.

Процесс пробирания стеклянных нитей в ламели, ремиз и бердо производится на проборных станках. Проборный станок состоит из остова, подвески для ламелей и ремизок, тележки для основы и пассета. Проборщица вводит крючок в очередной глазок ремизки и в отверстие ламели. Подавальщица набрасывает на  крючок  определенную пить  основы,  а проборщица обратным движением на себя протаскивает ее через отверстие ламели и глазок галева ремизки.

 

Ткачество стеклянной нити
Формирование стеклянной ткани, как и всякой другой ткани, происходит в результате взаимного переплетения двух систем нитей (основы и утка).

Основные нити располагаются вдоль ткани, уточные нити – в поперечном направлении ткани.

Переплетением называется определенный порядок  чередования перекрытий нитей одной системы с нитями другой. Переплетение нитей в ткани определяет ее строение, а следовательно и свойства. Стеклянные ткани в зависимости от их назначения вырабатывают главными, сложными, мелкоузорчатыми и крупноузорчатыми переплетениями.

Главными переплетениями вырабатывают ткани следующего назначения: электроизоляционные (полотняное переплетение),    конструкционные    (сатиновое и полотняное переплетения), фильтровальные (саржевое, сатиновое и полотняное переплетения). Сложным (многослойным) переплетением вырабатываются стеклянные ткани специального конструкционного назначения. Мелкоузорчатым и крупноузорчатым переплетениями вырабатывают стеклянные ткани декоративного назначения.

Технологическая схема ткацкого станка для получения стеклянных тканей представлена на рис. 2. В процессе выработки ткани основные нити сматываются с ткацкого навоя 1 с определенным натяжением, создаваемым основным тормозом. Обогнув скало 2, основные нити проходят через отверстия ламелей 3, глазки галев ремизок 4 и между зубьями берда 5, переплетаются с утком, образуя ткань. Заправка основных нитей в глазки галев ремизок позволяет с помощью зевообразовательного механизма разделять основные нити на две группы. За счет подъема одной группы нитей и опускания другой образуется зев, в который  прокладывается  уточная  нить.  Далее  зев  закрывается,  проложенная  уточина прибивается к  опушке  ткани  (к  последней уточной  нити  ткани).  Все  это  происходит в течение  одного  оборота  главного вала  ткацкого станка.  В  течение  следующего оборота главного вала станка также открывается зев, прокладывается и прибивается уточная нить. Однако те основные нити, которые поднимались в предыдущем рабочем периоде станка, в этом периоде опускаются, и соответственно другая группа нитей поднимается. В результате основные  нити  переплетаются  с  уточной  нитью,  образуй  тем  самым  элемент  ткани. Сформированная ткань огибает пальян 6, огибает направляющий валик 7 и навивается на товарный валик 8.
Схема челночного ткацкого станка для изготовления стеклянных нитей
Рис. 2
. Технологическая схема челночного ткацкого станка. 1 – навой; 2 - скало; 3 - ламели; 4 - ремизки; 5 - бердо; 6 - вальян; 7 – направляющий валик; 8 – товарный валик.

 

Однослойные  стеклянные  ткани  изготавливаются в  промышленности стеклянного волокна чаще всего на рапирных или пневматических ткацких станках.

 

 

Использованы материалы из учебного пособия "Стеклянные волокна". С.И. Гутников, Б.И. Лазоряк, Селезнев А.Н.