CC BY
22
УДК [677.021:533.6]:515.780
ПРОПИТКА СУРОВЫХ ТКАНЕЙ И МЕТОДЫ ЕЕ КОНТРОЛЯ
В.Б. Кузнецов, Е.Е. Корочкина, О.В. Блинов
Ивановский государственный политехнический университет
В статье приведены результаты использования весового метода оценки степени пропитки суровых тканей при интенсифицирующем воздействии ультразвуковых колебаний различных частот. Разработана методика эксперимента и лабораторная установка, принцип работы которой заключается в использовании тензометрических весов. Установка обеспечивает достаточно широкий диапазон ультразвуковых частот. Аппаратурно-программный комплекс был использован для получения результатов по степени пропитки суровой хлопчатобумажной ткани без интенсифицирующего воздействия и с использованием ультразвуковых колебаний. Экспериментальные исследования по интенсификации процесса пропитки суровых тканей с использованием ультразвуковых колебаний были выполнены на специально сконструированной установке. Такая установка позволяла варьировать частоту и длину волны упругих колебаний за счет использования комплекса магнитострикционных преобразователей. Сформулированы выводы о влиянии ультразвуковых колебаний на процесс пропитки суровых тканей.
Ключевые слова: весовой метод, степень пропитки, суровые ткани, ультразвуковые колебания, вакуумирование, предварительное запаривание.
Процесс пропитки пористых материалов, к которым относятся и текстильные материалы, имеющих сквозные, тупиковые и квазитупиковые капилляры и поры, может быть условно разделён на две стадии [1]. Первая стадия - «быстрая», в которой заполняются сквозные капилляры и скорость заполнения поровой структуры жидкостью определяется лишь вязким сопротивлением. Вторая, «диффузионная», в которой заполняется объем порового пространства материала, оставшейся незаполненным в «быстрой» стадии. У плохо смачиваемых текстильных материалов, таких как суровые хлопчатобумажные ткани, практически отсутствует явление капиллярного впитывания. В связи с этим вопросы интенсификации процесса и контроля степени пропитки привлекают внимание исследователей.
При реализации технологических процессов обработки тканей, интенсифицируемых ультразвуковыми колебаниями, в жидкой фазе возника-
ет комплекс физических явлений -акустическая кавитация, фрактальная турбулизация, активизация массооб-менных диффузионно-адсорбционных процессов за счет разрушения ламинарного слоя раствора, прилегающего к поверхности текстильного материала. Одной из важнейших задач при этом является необходимость контроля влагосодержания тканей на всех этапах их обработки.
Ранее [3] была выполнена сравнительная оценка системы контроля кинетики и параметров процесса пропитки волокнистых материалов весовым и электронным методом. В результате проведенных исследований было установлено, что широко распространенный весовой метод точен, универсален и находит наибольшее практическое применение. В этой связи была разработана методика эксперимента и лабораторная установка, принцип работы которой заключается в использовании тензометрических весов. Весы в заданном интервале времени передают данные об измене-
нии веса текстильного материала в микроконтроллер, в котором осуществляется первичная обработка и накопление информации. Затем с помощью специально разработанного программного обеспечения происходит обработка накопленных результатов, которые выводятся на экран персонального компьютера в виде графических зависимостей степени пропитки ткани от времени. Предложенный ап-паратурно-программный комплекс был использованы для получения результатов по степени пропитки суровой хлопчатобумажной ткани без интенсифицирующего воздействия и с использованием ультразвуковых колебаний.
Экспериментальные исследования по интенсификации процесса пропитки суровых тканей, с использованием ультразвуковых колебаний, были выполнены на специально сконструированной установке, которая позволяла варьировать частоту и, соответственно, длину волны упругих колебаний за счет использования комплекса магнитострикционных преобразователей. Применение в установке излучателей с ферритовым сердечником обеспечивало высокую степень вариативности при выборе резонансной частоты, что в свою очередь позволило достичь максимального эффекта интенсификации исследуемого процесса. Все технологические процессы, реализуемые ультразвуковыми установками, основаны на использовании механических колебаний ультразвуковой частоты в диапазоне от 18 до 50 кГц. Так интенсивность ультразвука в воде на частоте 20 кГц, соответствующая порогу кавитации, составляет около
0,3 Вт/см2 [4].
Принимая во внимание сказанное выше, в экспериментальной установке использовали излучатели, обес-
печивающие получение резонансных частот в диапазоне от 23 кГц до 29 кГц. Эксперимент проводился на ткани арт.7071 «Башмачная хлопчатобумажная суровая». Ткань пропитывали водой при комнатной температуре и подвергали воздействию ультразвуковых колебаний.
На рис. 1 представлены кинетические кривые зависимости степени пропитки от времени, без интенсифицирующего воздействия (а) и с использованием УЗ-колебаний с оптимальной частотой 25,3 кГц (б), выбранной в результате проведения эксперимента при температуре жидкости 20°С.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что ультразвуковое воздействие с частотой 25,3 кГц оказывает значительное влияние на начальном этапе пропитки суровой ткани арт.7071. В результате комплексного воздействия кавитационных и турбулентных явлений происходит в первую очередь заполнение структуры ткани, межволоконного пространства и сквозных капилляров. Этого достаточно для того, чтобы существенно интенсифицировать такие процессы обработки суровых тканей как расшлихтовка, отварка и отбеливание при использовании соответствующих текстильных вспомогательных веществ, предназначенных для проведения каждой из этих операций.
Отмечая положительное воздействие ультразвуковых колебаний, представляется интересным их сопоставление с таким традиционным способом как повышение температуры воды, так и с наиболее эффективными - вакуумирование и предварительное запаривание [2]. На рис. 2 представлена зависимость степени пропитки от температуры пропитывающей воды.
На рис. 3 приведены кинетические зависимости степени пропитки суровой ткани при использовании предварительного запаривания текстильного материала в среде насыщенного пара (кривая 1), вакуумиро-вания (кривая 2), а также ультразвукового воздействия (кривая 3) и без интенсификации (кривая 4).
Сопоставляя результаты, представленные на рис. 2, б и рис. 3, вид-
но, что одинаковая степень пропитки 80% достигается только при температуре воды близкой к температуре ее кипения при атмосферных условиях. При этом следует отметить, что использование высоких температур пропитки является наиболее энергозатратным процессом и, соответственно, с экономической точки зрения нецелесообразно.
б{%)
а
линия гренда R2 = 0,952
♦ данные эксперимента
2000
4000
6000
8000
t{ceK)
б
Рис. 1. Кинетика пропитки ткани арт. 7071 «Башмачная хлопчатобумажная суровая» а - без интенсифицирующего воздействия; б - с использованием УЗ-колебаний
с частотой 25,3 кГц.
Рис. 2. Влияние температуры на степень пропитки ткани арт. 7071 «Башмачная хлопчатобумажная суровая»
Время, мин
1 - предварительное запаривание; 2 - вакуумирование; 3 - УЗ-колебания с частотой 25,3
кГц; 4 - без интенсификации
Рис. 3. Кинетика пропитки суровой ткани при различных способах интенсификации
процесса
В обоих случаях интенсифицирующее воздействие на степень пропитки превосходит достигаемое при использовании ультразвука, что подтверждается и результатами корреляционного анализа, выполненного на временном участке 20 мин и определении на его основе коэффициента
Пирсона. Полученные значения составили 0,374005 и 0,470906 процентов соответствия.
Необходимо отметить и тот факт, что предварительное запаривание, в среде насыщенного пара, является наиболее эффективным из всех рассматриваемых.
Кроме того, в этом случае происходит заполнение не только межволоконного пространства и сквозных капилляров, но и тупиковых и квазитупиковых капилляров. Однако оборудование для вакуумирования достаточно сложно с конструктивной точки зрения и требует значительных затрат и квалификации персонала при эксплуатации. Оборудование для предварительного запаривания в этом плане предпочтительнее как с точки зрения его изготовления, так и с точки зрения эксплуатации. Однако и оно достаточно энергозатратно. Кроме того, далеко не во всех технологических операциях обработки текстильных материалов требуется столь глубокое проникновение материальных растворов в структуру волокнистого материала. Таким примером может служить процесс подготовки текстильных материалов под печатание пигментными красителями, поскольку данный процесс основан на явлении адгезии за-
сти ткани. Таким образом, анализ различных вариантов интенсификации процесса пропитки свидетельствует о возможности использования для этих целей ультразвуковых колебаний.
ЛИТЕРАТУРА
1. Герасимов М.Н. Пропитка тканей: теория процесса, технология, оборудование. Иваново: Ивановская государственная текстильная академия. 2002. 176 с.
2 .Герасимов М.Н. Применение паровой обработки текстильных материалов для повышения эффективности процессов отделки: дисс.... д-ра техн. наук: 05.19.03. Санкт-Петербург. 1991.394 с.
3. Соловьев С.Е., Корочкина Е.Е., Константинов Е.С. Системы контроля кинетики и параметров процесса пропитки волокнистых материалов весовым электронным методом // Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2013. № 2 (34). С. 119-123.
4. Шибашов А.В., Шибашова С.Ю. Изучение влияния низкочастотного ультразвукового поля на пероксидные растворы // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2012. № 2 (338). С. 73-75.
Рукопись поступила в редакцию 16.01.2018
густителеи и связующих на поверхно-
IMPREGNATION OF SEVERE FABRICS AND METHODS OF ITS CONTROL
V. Kuznetsov, E.Korochkina, O. Blinov In article results of use of a weight method of an estimation of degree of impregnation of severe fabrics are resulted at intensifying influence of ultrasonic fluctuations of various frequencies. The technique of experiment and the laboratory installation, which principle of work consists in use of tensometric scales is developed. The installation provides a wide enough range of ultrasonic frequencies. Hardware and software complex has been used for reception of results on degree of impregnation of a severe cotton fabric without intensifying influence and with use of ultrasonic fluctuations. Experimental researches on an intensification of process of impregnation of severe fabrics with use of ultrasonic fluctuations have been executed on specially designed installation. Such installation allowed to vary frequency and length of a wave of elastic fluctuations at the expense of use of complex of magnetostrictive converters. Conclusions about influence of ultrasonic fluctuations on process of impregnation of severe fabrics are formulated.
Key words: weight method, impregnation degree, severe fabrics, ultrasonic fluctuations, vacuuming, preliminary steaming.
References
1. Gerasimov M.N. Propitka tkanej: teoriya processa, tekhnologiya, oborudovanie. Ivanovo: Iva-novskaya gosudarstvennaya tekstil'naya akademiya. 2002. 176 s.
2 .Gerasimov M.N. Primenenie parovoj obrabotki tekstil'nyh materialov dlya povysheniya ehffek-tivnosti processov otdelki: diss.... d-ra tekhn. nauk: 05.19.03. Sankt-Peterburg. 1991. 394 s.
3. Solov'ev S.E., Korochkina E.E., Konstantinov E.S. Sistemy kontrolya kinetiki i parametrov processa propitki voloknistyh materialov vesovym ehlektronnym metodom. Sovremennye naukoemkie tekhno-logii. Regional'noe prilozhenie 2013. № 2 (34). S. 119-123.
4. SHibashov A.V., SHibashova S.YU. Izuchenie vliyaniya nizkochastotnogo ul'trazvukovogo polya na peroksidnye rastvory . Izvestiya vuzov. Tekhnologiya tekstil'noj promyshlennosti. 2012. № 2 (338). S. 73-75.
