Садыкова Ф.Х. и др. Текстильное материаловедение и основы текстильных производств

Подождите немного. Документ загружается.

9. Каковы цель и сущность первичной обработки шерсти? Какие свой-

ства волокна учитываются при оценке его качества?

10. Перечислите стадии развития тутового шелкопряда, первичной обра-

ботки и получения нити шелка-сырца. Какие свойства шелка-сырца учиты-

ваются при оценке его качества?

Глава III. СВОЙСТВА ВОЛОКОН И НИТЕЙ

1. ПРИНЦИПЫ ОТБОРА ПРОБ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ

ИСПЫТАНИИ И ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ

Текстильные материалы поступают на фабрики партиями, и

выработанная из них продукция также формирует отдельные

партии. Партией называют массу материала одинакового каче-

ства и происхождения, комплектуемую одновременно и оформ-

ленную одним документом о качестве.

Партия любого материала состоит из многих упаковочных

единиц: партия волокон — из многих кип; партия нитей — из

нескольких десятков и сотен ящиков, содержащих паковки с

нитями (шпули, катушки и бобины); партии тканей, трикотаж-

ных и нетканых полотен — из многих кусков.

По мере поступления каждая партия должна быть испытана

в лаборатории для оценки качества материала. Испытание всех

объектов партии потребовало бы очень много времени и затрат

материала. Кроме того, после ряда испытаний, например опре-

деления разрывной нагрузки, материал непригоден для даль-

нейшего использования. Обычно от партии отбирают часть ма-

териала (пробу) для проведения испытаний с целью измерения

необходимых показателей качества. В математической статисти-

ке партию продукции называют генеральной совокупностью, а

отобранную для испытаний пробу—выборкой.

Выборка (проба) должна быть представительной, т. е. в

достаточной степени отражать свойства всей партии материала

(генеральной совокупности). Для этого она должна быть ото-

брана с соблюдением определенных правил. При их нарушении

оценивать качество партии материала по данным испытаний

выборки нельзя, поэтому эти правила должны строго соблю-

даться. Из разнообразных методов отбора проб наиболее ши-

рокое применение нашел метод наибольшей объективности.

Сущность его в том, что пробу отбирают наугад из разных ча-

стей партии. При этом выборка представительна, если каждому

объекту генеральной совокупности обеспечена одинаковая (рав-

новероятная) возможность попасть в выборку. Так, все кипы,

составляющие партию волокон, все ящики с нитями, все куски

тканей, трикотажных и нетканых полотен должны быть под

рукой, т. е. равно доступны для отбора.

Из партии любого вида материала отбирают пробы первого

и второго вида. Проба первого вида испытывается с целью

определения показателей качества материала, а второго вида —

только влажности.

Правила отбора проб (выборок) регламентированы в соот-

ветствующих стандартах. В соответствии с терминологией, при-

нятой в ГОСТ 20566—75 и ГОСТ 15895—77, общая для всех

видов материалов схема отбора проб выглядит следующим об-

разом: от партии, в зависимости от числа упаковочных единиц

продукции, отбирают выборку, т. е. определенное число кип с

волокном, ящиков с нитями, кусков ткани и т. д.

Из каждой упаковочной единицы в выборке отбирают точеч-

ную пробу (например, пласт волокна определенной массы из

кипы, определенное число паковок с нитями, отрезок ткани,

трикотажного полотна и т. д. по всей ширине). Совокупность

точечных проб составляет объединенную пробу. От каждой то-

чечной пробы отбирают элементарные пробы, объем (размеры)

которых установлен в стандартах на методы испытаний. Так,

например, при испытании хлопкового волокна для определения

содержания пороков и сорных примесей по ГОСТ 3274.0—72

из объединенной пробы отбирают среднюю лабораторную про-

бу, состоящую из мелких клочков хлопка, взятых со всех то-

чечных проб. Масса элементарной пробы зависит от уровня

содержания пороков и сорных примесей и при содержании их

менее 5 % составляет 50 г, а 5 % и более — 10 г.

Для определения линейной плотности, разрывной нагрузки,

зрелости и длины волокна отбирают малую среднюю лаборатор-

ную пробу, состоящую из 16—20 мелких клочков хлопкового

волокна, отбираемых с разных мест общей пробы, массой 4—

5 г. Из нее приготовляют с помощью специального вытяжного

прибора пробную ленточку, в которой отсутствуют крупные по-

роки и сорные примеси, волокна очень хорошо перемешаны.

Отделяя вдоль всей пробной ленточки навеску волокна массой

190—200 мг, отдельные волокна тщательно распутывают, удаля-

ют мелкие сорные примеси, кожицу с волокном и узелки, с по-

мощью вытяжного прибора формируют окончательную ленточ-

ку, в которой благодаря многократному перемешиванию содер-

жатся волокна со всех точечных проб, т. е. она является пред-

ставительной выборкой.

При испытании суровых и готовых тканей любого волокнис-

того состава по ГОСТ 20566—75 отбирают выборку, состоящую

не менее чем из трех кусков, если объем партии до 5000 м,

и трех кусков плюс дополнительно по одному от каждых по-

следующих начатых 5000 м.

От каждого куска отбирают точечную пробу — кусок ткани,

отрезанный по всей ширине ее, и длиной, зависящей помимо

ширины ткани от необходимого числа показателей качества,

подлежащих определению. От каждой точечной пробы приготов-

ляют элементарные пробы в виде полосок определенной дли-

ны и ширины для определения разрывной нагрузки ткани, в

йиде круЖочков для определения устойчивости к йсТираНию

и др. Размеры и форма их должны соответствовать установлен-

ным в стандартах на методы испытаний.

Оценку соответствия материала нормативам стандарта или

технических условий производят по результатам испытаний эле-

ментарных проб.

В результате испытаний получают некоторое число величин,

представляющих собой числовые показатели свойства материа-

ла. Обычно эти показатели колеблются в определенных преде-

лах в зависимости от неравномерности материала. Поэтому со-

вокупность результатов отдельных измерений заменяют сводны-

ми характеристиками, выражающими уровень изучаемого свой-

ства и неравномерность материала.

Для получения типичного уровня показателя у данной вы-

борки в практике текстильных исследований определяют выбо-

рочную среднеарифметическую величину X, складывая все по-

казатели Х\, Х2, . . ., Хг,

• •

•, х

и деля сумму на их число п:

Неравномерность показателей отдельных измерений харак-

теризуется средним квадратическим отклонением и коэффици-

ентом вариации.

Различают среднее квадратическое отклонение смещенное и

несмещенное. Малое число испытаний (п < 30) позволяет опре-

делить смещенное среднее квадратическое отклонение 5, значе-

ние которого занижено по сравнению со средним квадратиче-

ским отклонением б во всей партии материала (генеральной

совокупности). При неизвестной средней арифметической вели-

чине а для всей партии среднее квадратическое отклонение под-

считывают по формуле

где (xi — X) — отклонения отдельных результатов испытаний х; от среднего

арифметического X.

Несмещенное среднее квадратическое отклонение S

близко

к значению его б во всей партии материала и рассчитывается

по формуле

(г

X = (х, -f- Х

+ ... +Х[+ ... + x

)/tl = £

(2)

(3)

5„ = M

где М

— коэффициент, зависящий от числа испытаний п.

Его значения приведены ниже.

п 2 3 4 5 10 20 31 51

1,253 1,128 1,085 1,064 1,028 1,013 1,008 1,005

(4)

Смещенный С и несмещенный С

коэффициенты вариации

равны соответственно S и S

, выраженным в процентах от

средней арифметической величины для выборки:

С= 100S/X,

= msjx.

(5)

(6)

Иногда неравномерность свойств материала выражают ко-

эффициентом неровноты Н (%), который подсчитывают по фор-

муле

H = Z\Xi~x\m/(nX). (7)

i=i

Он представляет собой среднее отклонение отдельных ре-

зультатов испытаний х; от среднего арифметического X, выра-

женное в процентах.

При большом числе измерений вычисление сводных характе-

ристик ввиду трудоемкости выполняют другими методами.

Ценную информацию дает кривая распределения получен-

ных результатов испытаний (рис. 14). При ее построении по

оси абсцисс откладывают в порядке возрастания числовые по-

казатели xi изучаемого свойства, а по оси ординат — число

случаев Y одинаковых показателей. Как видно из рис. 14, при

небольшой выборке распределение отдельных результатов про-

исходит по ломаной линии приблизительно симметрично отно-

сительно среднего арифметического показателя.

Из кривой распределения видно, в каких пределах колеблют-

ся числовые показатели изучаемого свойства и какова наиболее

типичная (чаще встречаемая) их величина. При большом чис-

ле испытаний, равном 50 и более,

для многих свойств текстильных

материалов получают вместо ло-

маных плавные кривые распреде-

ления. Чем круче кривая распре-

деления, тем равномернее мате-

риал и меньше 5 и С.

Однако сводные характери-

стики выборки нельзя распро-

странять на всю партию мате-

риала, так как они содержат так

называемые «ошибки выборки»,

возникающие в результате того,

что практически выборка очень

Рис. 14. Кривая распределения, получен-

ная по результатам небольшого числа

испытаний (1), и нормальная кривая

распределения (2)

мала по сравнению со всем объемом материала в генеральной

совокупности. Поэтому, необходимо рассчитать ошибки выборки

или доверительный интервал, в пределах которого могут нахо-

диться постоянные значения сводных характеристик во всей пар-

тии материала (средней арифметической а, среднего квадрати-

ческого отклонения б и коэффициента вариации U).

При однократной выборке любым из способов и нормальном

законе распределения результатов испытаний доверительный

интервал при двухсторонней доверительной вероятности опреде-

ляется как

J-e<a<f+e, (8)

где 8 — абсолютная доверительная погрешность, или гарантийная ошибка вы-

борки среднего.

е = t

S/л/Ti, (9)

где tу — коэффициент Стьюдента, зависящий от числа испытаний п и дове-

рительной вероятности y — 0,95.

Значения п и i

приведены ниже.

п 3 4 5 10 20 30 51 101 к,

ty 4,303 3,182 2,776 2,262 2,093 1,699 1,676 1,660 1,645

Вероятность Р нахождения границ средней генеральной со-

вокупности в указанном интервале

Р(Х-е<а<Х + е) = у. (10)

Формулы (9) и (10) двухсторонних границ используются для

нейтральных характеристик (таких, как длина волокон, линей-

ная плотность волокон и нитей), в которых нежелательны от-

клонения от норм как в ту, так и другую сторону.

При негативных характеристиках (например, засоренность,

уровень неровноты) используют односторонние доверительные

границы. Например «засоренность ткани должна быть не вы-

ше...», «уровень неровноты — не выше...», «разрывная нагрузка

должна быть не ниже...» и т. д.

При нормальном законе распределения результатов испыта-

ний можно утверждать, что в 975 случаях из 3000 средняя

арифметическая а генеральной совокупности будет находиться

в пределах ошибки, рассчитанной по формуле (9). При несоот-

ветствии распределения результатов испытаний нормальному

закону распределения эта вероятность составляет не менее 0,75.

Относительная доверительная погрешность

6= 100e/J= mtyS/WnX). (11)

Определение доверительного интервала среднего квадрати-

ческого отклонения а генеральной совокупности обычно произ-

водится, когда генеральная средняя а неизвестна. Двухсторон-

ний доверительный интервал генерального среднего квадратиче-

ского отклонения ст при доверительной вероятности у определя-

ется из соотношения

РК<а<а

) = у, (12)

|де ст„ и Ob — нижняя и верхняя односторонние доверительные границы.

Они определяются по формулам

(T„ = Z

S, (13)

= Z

S, (14)

где Z„ и Z, — коэффициенты, определяемые при вероятности у = 0,90.

Ниже приведены значения коэффициентов Z

и Z

п 3 4 5 10 20 30 51 101 со

0,578 0,620 0,649 0,729 0,794 0,825 0,861 0,897 1

4,42 2,92 2,37 1,65 1,37 1,28 1,2 1,13 1

Как видно из формулы (9), величина ошибки выборки за-

висит от числа испытаний и неравномерности материала по

изучаемому свойству. Чем выше неравномерность материала,

тем выше S и С; следовательно для получения одинаковых по

точности результатов следует выполнить большее число испы-

таний. Если ошибка велика и точность полученных результатов

не удовлетворяет, то по формулам (9) и (11) определяют, ка-

кое число испытаний следует выполнить, чтобы получить пока-

затели X и С с ошибкой, не превышающей заданных величин.

Качество измерений считается достаточно хорошим, если гаран-

тийная относительная ошибка выборки не превышает ±5%.

2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Геометрическими называют свойства, определяющие размеры

волокон и нитей. К ним относятся длина волокон и толщина

(тонина) волокон и нитей.

ДЛИНА ВОЛОКОН

Длиной L называют расстояние между концами волокон в рас-

прямленном состоянии.

Распрямленностью называется отношение расстояния между

концами волокна в нераспрямленном состоянии к его длине.

С повышением распрямленности волокна растет разрывная на-

грузка пряжи, уменьшается ее разрывное удлинение, а также

пушистость и ворсистость.

Длина волокон определяет выбор системы прядения, основ-

ные параметры процесса прядения (разводки между рабочими

органами, величина крутки, выбор вытяжных приборов и др.).

Она определяет и ряд свойств пряжи, например разрывную на-

грузку. При одинаковой крутке пряжа из более длинного во-

локна будет прочнее, так как площадь контакта волокон, а сле-

довательно, и сила трения между ними будет больше.

Длина химических волокон, получаемых разрезанием жгу-

та, довольно однородна и колеблется в небольших пределах в

отличие от натуральных волокон. Так, в массе хлопка при сред-

ней длине 31/32 мм имеются волокна с длиной от 6 до 50 мм,

в однородной шерсти при средней длине 55 мм — от 8 до

100 мм, а в неоднородной грубой шерсти при средней длине

140 мм от 8 до 240 мм.

Длина и характер распределения по длине волокон разного

вида неодинаковы. Типичные средние длины (мм) волокон раз-

личных видов приведены ниже:

Хлопок 25—45

Лен

элементарное волокно 15—20

техническое » 500—700

Шерсть

тонкая 50—80

грубая 50—200

Асбест 9—20

Определение длины промером одиночных волокон. Из про-

бы, отобранной от партии для проведения испытаний, берут не-

большую навеску и промеряют длину всех волокон без исклю-

чения в этой навеске. Каждое волокно распрямляют до исчезно-

вения волн и извитков, затем промеряют масштабной линейкой

расстояние между его концами. После промера всех волокон

для облегчения обработки результатов, волокна разделяют

на группы длин с определенным интервалом и считают число

волокон в каждой группе. Так при определении длины хлопка

разница в длине соседних групп равна 2 мм, шерсти — 10 мм.

В последнем случае к первой группе относят волокна с длиной

от 0 до 10 мм, со средней длиной 5 мм, ко второй от 10 до 20 мм

со средней длиной 15 мм и т. д. Зная число волокон и среднюю

длину их в каждой группе рассчитывают среднюю арифметиче-

скую длину L

, мм, называемую часто средней длиной, по фор-

муле

= Ljrtj + L

+ ... + + «2 + ••• + n

= H{L

)l'Zn

(15)

где ft), n

, ..., ni — число волокон в группе со средней длиной соответственно

2-ь L

Li, мм.

При числе промеров 200—400 волокон и более этот способ

обеспечивает высокую точность результатов. Недостатком его

является большая трудоемкость.

Определение длины рассортировкой штапеля. Известен ме-

тод определения длины волокон рассортировкой штапеля, вы-

ложенного из пробы волокна, на группы с определенным ин-

тервалом по длине. Рассортировку осуществляют на приборах

разных типов.

Штапель представляет собой пучок более или менее рас-

прямленных волокон, уложенных так, чтобы с одного его края

кончики всех волокон находились на одной прямой и были

расположены послойно по высоте штапеля (рис. 15): в

нижнем

слое штапеля — самые длинные, а в каждом последующем —

все короче и короче.

Трудоемкие ручные операции укладки штапеля, а затем рас-

сортировки его на группы с заданным интервалом осуществля-

ются автоматически приборами, разработанными в СССР,

МШУ-1 (механическим штапелеукладчиком) и МПРШ-1 (меха-

ническим переукладчиком и рассортировщиком штапеля). По-

сле рассортировки штапеля каждая группа волокон взвешивает-

ся и рассчитывается средняя массодлина волокон, мм,

L = L

+ L

+ ... + LintiKnti + m

+ ... + mi) =

где т\,т

, ...,

in-,

— масса волокон со средней длиной соответственно

Для хлопкового волокна помимо указанных выше определя-

ют еще две характеристики: модальную массодлину и штапель-

ную массодлину.

Модальная массодлина L

— это длина волокон, составляю-

щих группу с наибольшей массой. Штапельная массодлина

Lm — средняя массодлина из всех волокон, длина которых

больше модальной. Их подсчитывают по специальным фор-

мулам.

Неравномерность волокон по длине оценивают средним ква-

дратическим отклонением S, мм, и коэффициентом вариации

С, % по формулам (3) и (5), а несмещенные показатели S

С„ — соответственно по формулам (4) и (6). При определении

длины по числу п или массе т отдельных групп длин волокон

(16)

Рис. 15. Схема штапеля с ровным краем и послойным располо-

жением волокон

Рис. 16. Упрощенная принципиальная схема электроемкостного

прибора для определения длины волокон

эти формулы будут иметь следующий вид:

5 = V(£i ~ ia)

щ + (L

- L

)

• •->•

"'... + (L

-L

)

/(n

+ n

+ . ..)—"1 =

(17)

5 = V(ii-L)

m, + (L

~L)

+ ...

... -f(L, - L)

/(m

+ m

+ ...) - 1 =

= V2(L

~Z)

(

-/(2m

- 1),

S • 100/L

C = 5- 100/L

•a>

(18)

(19)

(20)

О неровноте текстильных материалов, в частности по

длине волокон, можно судить по характеру кривой распреде-

ления или штапельной диаграмме. Чем круче кривая распре-

деления и уже пределы колебания длин, тем равномернее ма-

териал.

При построении штапельной диаграммы длина волокон от-

кладывается по оси ординат, а по оси абсцисс — суммируемые

показатели частот (числа или массы волокон в каждой группе).

Чем более полога штапельная диаграмма, тем равномернее во-

локно по длине.

Для определения длины волокон применяют различные оп-

тические (например, фотоэлементные), электроемкостные и дру-

гие приборы. Наиболее перспективными являются электроем-

костные приборы. Упрощенная принципиальная схема одного из

них приведена на рис. 16. При помещении штапеля 2 с ровным

краем между обкладками конденсатора 1 и 3 измеряют емкость

конденсатора, которая пропорциональна массе волокон, нахо-

дящихся между ними.

При перемещении штапелька в направлении, указанном

стрелкой, и постепенном уменьшении его массы уменьшается

емкость конденсатора, а следовательно, и выходного сигнала,

поступающего в миллиамперметр 4. Стрелка его первоначально

устанавливается на делении 100 %• При продвижении штапель-

ка стрелка миллиамперметра фиксирует массу волокон опреде-

ленной длины в процентах от исходной. Выходные сигналы от

миллиамперметра передаются к регистрирующему прибору 5,

записывающему кривую распределения волокон по длине или

штапельную диаграмму, и к аналоговой вычислительной маши-

не 6, подсчитывающей среднее квадратическое отклонение S,

мм, и коэффициент вариации С, %.

ТОЛЩИНА (ТОНИНА) ВОЛОКОН И НИТЕЙ

Толщину (тонину) волокон и нитей выражают прямыми ха-

рактеристиками: поперечным размером сечения d (мм, мкм) и

площадью поперечного сечения F (мм

, мкм

), а также косвен-

ными — массой единицы длины или длиной, содержащейся в

единице массы.

Во многих странах мира и в СССР для определения массы

текстильных материалов принят грамм (г), а длины — километр

(км). Единица измерения толщины называется линейной плот-

ностью, текс, и определяется по формуле

Т = m/L, (21)

где пг — масса волокна млн отрезка нити, г; L — их длина, км.

Целесообразно линейную плотность (толщину) тонких воло-

кон выражать в мг/км, т. е. в миллитексах (мтекс), а толстых

нитей, веревок и канатов в кг/км, т. е. в килотексах (ктекс).

Чем выше показатель линейной плотности волокон или ни-

тей, тем они толще, т. е. этот показатель характеризует тол-

щину.

Толщина (тонина) — важное свойство волокон и нитей. Чем

тоньше волокно (до определенного предела), тем более тонкую,

равномерную и прочную пряжу можно спрясть. Из более тон-

ких нитей вырабатывают более тонкие, легкие ткани и трико-

тажные полотна с меньшим расходом сырья. Однако необходи-

мо иметь в виду, что чрезмерная тонина приводит к большой

склонности волокон запутываться, образовывать узелки и ко-

мочки, что вызывает повышенную обрывность в прядении, а

также ухудшает внешний вид и качество пряжи и изделий

из нее.

Рассмотрим взаимосвязь прямых и косвенных характеристик

толщины и тонины.

Если отрезок волокна или нити без пор и каналов имеет

длину L, мм, площадь поперечного сечения F, мм

, и состоит

из вещества плотностью 7, мг/мм

, то масса его т, мг, будет

равна

т = FLy, (22)

а площадь поперечного сечения

F = m/{Ly). (23)

Однако

m/L = Г/1000. (24)

Подставляя значение m/L из равенства (24) в формулу

(23), получаем

F = Г/(1000у) = 10

Г/у. ' (25)