СПОСОБ МЕХАНИЧЕСКОЙ УСАДКИ ТЕКСТИЛЬНОГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF MECHANICAL SHRINKAGE OF TEXTILE MATERIAL

Изобретение относится к текстильной промышленности и может быть использовано в отделочных производствах на тканеусадочных машинах различных типов.
Известен способ усадки ткани, осуществляемый с использованием устройства для механической усадки (Авторское свидетельство СССР №125536, класс 8b, 33. Устройство для механической усадки ткани / А.И. Щеголев, Б.А. Воробьев, М.В. Беляков. - №615504/28; заявл. 02.01.1959; опубл. 1960 г, Бюл. №2. - 2 с.: ил.), заключающийся в том, что обрабатываемую ткань пропускают через рабочий зажим, образованный бесконечным эластичным полотном и гладким металлическим усаживающим валом, после прохождения которого она механически усаживается; при этом влияющие на усадку общее натяжение и поперечная деформация эластичного полотна осуществляются перемещениями натяжного и прижимного валов соответственно.
К недостаткам можно отнести то, что данный способ влечет быстрый износ эластичного полотна вследствие применения лишь неравномерно распределенных по рабочей ширине машины интенсивных статических нагрузок между прижимным и усаживающим валами для обеспечения необходимого процента усадки ткани.
Известен способ усадки ткани (Авторское свидетельство СССР №1567693, МКИ D06C 21/00, Способ усадки ткани / Ю.Г. Фомин, И.А. Киселев, А.Г. Свиридов, С.В. Белов. - №4328890/31-12; заявл. 17.11.87; опубл. 30.05.90, Бюл. №20. - 3 с.: ил.), заключающийся в том, что ткань увлажняют, а затем пропаривают путем проведения лицевой стороны ткани по обогреваемой цилиндрической поверхности, охватываемой по дуге ветвью резинового ремня под нагрузкой; при пропаривании ткани ее дополнительно проводят изнаночной стороной по дополнительной цилиндрической поверхности, охватываемой по дуге другой ветвью резинового ремня под нагрузкой; увлажнение ткани проводят в две стадии, сначала с лицевой стороны, а затем перед дополнительным пропариванием - с изнаночной стороны, при этом величина нагрузки на резиновый ремень составляет не более 0,6 кН/пог. см.
Недостатком способа является неравномерный по рабочей ширине машины износ резинового ремня, а также невозможность контроля и регулирования уровня усадки текстильного материала.
За прототип взят способ усадки ткани (Пат. RU 2090681 (C1) Российская Федерация, МПК D06C 21/00, Способ усадки ткани и устройство для его осуществления / Фомин Ю.Г., Соколов А.С.; заявитель и патентообладатель Ивановская гос. текст, академия. - №94031671/12; заявл. 30.08.94; опубл. 20.09.97, Бюл. №26. - 6 с.: ил.), заключающийся в увлажнении и пропаривании ткани сначала с лицевой, затем с изнаночной сторон, причем перед увлажнением и пропариванием ткани производят настройку путем охвата тканью усаживающих валов на угол, зависящий от плотности ткани, а в процессе увлажнения и пропаривания ткани осуществляют раздельную регулировку нагрузки на ткань по каждой кромке в зависимости от отклонения усадки ткани от заданной величины.
К недостаткам этого способа относятся: малый эксплуатационный ресурс резинового ремня из-за неравномерного по рабочей ширине износа ввиду изгибной деформации приводного вала от поперечной статической нагрузки; негативное влияние на физико-механические свойства (снижение потребительских свойств) усаживаемого текстильного материала, подвергнутого предшествующим операциям заключительной отделки (например, аппретирования) по причине двустороннего его пропаривания; высокая потребляемая мощность привода системы вследствие создания статической технологической нагрузки, затрачиваемая на вращение усаживающего и прижимного валов.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности усадки за счет снижения фрикционных сил между нитями в зоне усадки (зоне контакта усаживающего вала и резинового ремня).
Указанный технический результат достигается тем, что в способе усадки текстильного материала, заключающемся в охвате текстильным материалом обогреваемой цилиндрической поверхности усаживающего вала и в контакте с охватывающей ее по дуге ветвью резинового ремня под нагрузкой, согласно изобретению, нагрузку на текстильный материал в зоне его контакта с цилиндрической поверхностью усаживающего вала и резинового ремня осуществляют силовым амплитудофазочастотным воздействием с частотой изменения силы
<mrow><mi>v</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>υ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>к</mi><mo>⋅</mo><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>υ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
1
1
2
1
2
2
где v - частота изменения силы, υ - скорость движения текстильного материала, l - шаг расположения уточных нитей, k=k+k - приведенный коэффициент жесткости системы, k - коэффициент жесткости резинового ремня, k - коэффициент жесткости текстильного материала, А - амплитуда воздействия силы, m - приведенная масса системы «усаживающий вал - механизм нагружения», υ - скорость воздействия силы, при этом скорость перемещения текстильного материала в зоне усадки выдерживают меньшей на 2…6% скорости текстильного материала до зоны усадки и после нее, а для воздействия на текстильный материал в зоне его контакта с цилиндрической поверхностью усаживающего вала и резинового ремня используют средство для динамического импульсного нагружения, выполненное, например, в виде электромеханического преобразователя.
Процесс усадки осуществляется в результате изменения структурных параметров текстильного материала за счет относительного перемещения уточных нитей вдоль основных, тем самым увеличивается поверхностная плотность текстильного материала.
Увеличивая поверхностную плотность, мы уменьшаем по максимуму шаг (расстояние) между уточными нитями.
n
τ
Система «усаживающий вал - текстильный материал - резиновый ремень - приводной вал» (фиг.2) находится в напряжено-деформированном состоянии под воздействием как нормальных q напряжений, так и касательных q. Эти напряжения являются причиной как поперечных, так и продольных деформаций резинового ремня и текстильного материала, находящихся в зоне контакта между усаживающим и приводным валами.
Так как система «резиновый ремень - текстильный материал» представляет собой по реологическим характеристикам упруго-вязкую систему (Кукин, Г.Н. Текстильное материаловедение (волокна и нити): учебник для вузов / Г.Н. Кукин, А.Н. Соловьев, А.И. Кобляков; под ред. д-ра техн. наук Г.Н. Кукина; - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Легпромбытиздат, 1989. - 352 с.: ил. ISBN 5-7088-0198-0), то уточные нити полотна текстильного материала, проходящего через зону АС, подвергаются воздействию силового поля, касательные составляющие которого вызывают их (нитей) относительное смещение вдоль основных нитей в направлении движения полотна, что и является целью технологического процесса уплотнения - механической усадки, которая происходит на дуге геометрического скольжения ВС с предшествующей дугой покоя АВ, где величина усаживающей силы больше силы сопротивления материала ей. Снижение натяжения текстильного материала на входе его в зону контакта с усаживающим валом и резиновым ремнем обеспечивает уменьшение сопротивления его усаживающей силе, величина которой во многом определяет процент усадки. Импульсный режим нагружения системы в зоне усадки и уменьшение натяжения на входе в эту зону обеспечивает уменьшение сопротивления продольному перемещению уточных нитей за счет уменьшения сил трения между ними и нитями основы, которые определяются посредством сил нормального давления, возникающих при взаимодействии переплетающихся нитей основы и утка. При этом упругая компонента прямой деформации основной нити уменьшается, а к ней добавляются упруго-вязкие свойства основной нити. Одним из основных факторов, повышающих эффективность процесса усадки при импульсном нагружении, является уменьшение силы трения движения между нитями по сравнению с силой трения покоя, которая характерна способам и устройствам, реализующим статический режим нагружения зоны усадки, т.е. где прижимной вал и резиновый ремень взаимодействуют с усаживающим валом с фиксированной по величине и направлению статической нагрузкой.
Таким образом, снижение натяжения текстильного материала и использование знакопеременных динамических нагрузок на него в зоне контакта усаживающего вала и резинового ремня обеспечивают протекание процесса усадки с большей интенсивностью (эффективностью) и в конечном счете с большим процентом усадки.
На фиг.1 представлена схема осуществления заявляемого способа. На фиг.2 показана схема взаимодействия элементов системы «усаживающий вал - текстильный материал - резиновый ремень - приводной вал».
2
Способ реализован на линии усадки ЛУ-180 при обработке ткани «фланель арт.1640», состоящей из 85% хлопка и 15% вискозы, имеющей рабочую ширину 150 см и поверхностную плотность 180 г/м.
С ширильной машины текстильный материал 1, поступал на ролик 2 рычажного компенсатора 3 с пневмоцилиндром 4, уменьшая свое натяжение за счет изменения рабочих скоростей машины. Рычажный компенсатор 3 синхронизировал рабочие скорости усадочной машины и предшествующей машины следующим образом: скорость перемещения текстильного материала 1 в зоне усадки выдерживали меньшей на 2…6% скорости текстильного материала 1 до зоны усадки АС и после нее, в результате чего снижалась величина натяжения текстильного материала. При снижении скорости меньше, чем на 2%, влияние импульсного режима нагружения практически не сказывается на эффективности процесса усадки. При снижении скорости более чем на 6% резко падает величина продольного натяжения, вследствие чего утрачивается стабильность транспортировки текстильного материала по рабочим органам тканеусадочной машины, что способствует резкому смещению полотна текстильного материала относительно средней линии машины, в результате чего возможны обрывы полотна, его наматывание на вращающиеся органы машины и неравномерная подача в зону усадки АС. Кроме того, превышение скорости на величину большую 6% приведет к пробуксовыванию («зажевыванию») текстильного материала в зоне усадки и образованию на нем муарового эффекта (складок). Зона усадки АС образована обогреваемой поверхностью усаживающего вала 5 и резиновым ремнем 6 по дуге их контакта.
В момент прохождения текстильного материала 1 по дуге АС к нему прилагали нагрузку, осуществляемую силовым амплитудофазочастотным воздействием, используя средство для динамического импульсного нагружения, представляющее собой, например, кулису 7, шарнирно соединенную со штоком 8 пневмоцилиндра 9, на поршень которого действуют колебания от электромеханического преобразователя. При этом частота изменения силы определялась по математическому выражению
<mrow><mi>v</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>υ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mi>l</mi></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>к</mi><mo>⋅</mo><mi>A</mi></mrow><mrow><mi>m</mi><mo>⋅</mo><msub><mi>υ</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
1
1
2
1
2
2
где v - частота изменения силы, υ - скорость движения текстильного материала, l - шаг расположения уточных нитей, k=k+k - приведенный коэффициент жесткости системы, k - коэффициент жесткости резинового ремня, k - коэффициент жесткости текстильного материала, А - амплитуда воздействия силы, m - приведенная масса системы «усаживающий вал - механизм нагружения», υ- скорость воздействия силы.
2
6
В зависимости от структурных характеристик обрабатываемой ткани и рабочей скорости машины осуществляли настройку работы средства динамического импульсного нагружения, а при проектировании и конструировании в зависимости от диапазона структурных характеристик обрабатываемого текстильного материала определяли его технологические характеристики. Для обрабатываемой ткани «фланель арт.1640», состоящей из 85% хлопка и 15% вискозы, имеющей рабочую ширину 150 см и поверхностную плотность 180 г/м при скорости движения ее 10…30 м/мин в зоне усадки, шаге расположения уточных нитей 0,49 мм, приведенном коэффициенте жесткости системы 21,8·10 Н/м, амплитуде воздействия силы 1,5 мм, приведенной массе системы «усаживающий вал - механизм нагружения» 350 кг и скорости воздействия силы 0,52…1,53 м/с, частота изменения силы, генерируемая средством динамического импульсного нагружения, после подстановки в приведенное математическое выражение, при скорости движения текстильного материала в зоне усадки 10 м/мин и скорости воздействия силы 0,52 м/с составила 525 Гц, а при увеличении скоростей движения текстильного материала и воздействия силы до 3 Ом/мин и 1,53 м/с соответственно - 1,08 кГц.
Нити основы, при меньшем их натяжении, позволяли передвигаться между ними нитям утка в структуре текстильного материала с большей легкостью из-за снижения сил трения между ними (нитями).
Усадка текстильного материала происходила в зоне АС контакта его с обогреваемой поверхностью усаживающего вала 5 и ветвью резинового ремня 6 за счет входа его на растянутых (зона АВ) и выхода на сжатых (зона ВС) волокнах последнего, а также воздействия на систему знакопеременными нагрузками средством для динамического нагружения. При импульсном режиме нагружения текстильного материала в зоне усадки АС в структуре его нитей имело место уже присутствие силы трения движения между нитями, меньшей чем сила трения покоя в статически нагружаемых системах (в прототипе и всех известных тканеусадочных машинах). За счет этого обеспечивалось протекание процесса усадки интенсивнее и при меньших нагрузках.
Привод ведущего вала 10 осуществлялся с помощью электродвигателя. Натяжной вал 11 имел возможность перемещения вдоль направляющих, задавая продольное натяжение резинового ремня 6 и угол охвата им усаживающего вала 5.