Одним из основных направлений, позволяющих улучшить эксплуатационные свойства синтетических нитей, является процесс текстурирования. В настоящее время около 70 % синтетических нитей текстильного ассортимента выпускается в текстурированном виде. Текстурирование синтетических нитей линейной плотности до 30 текс производится преимущественно методом ложного кручения − деформации нитей под воздействием высокой крутки. Каждая элементарная нить при скручивании также закручивается вокруг своей оси и приобретает такую же крутку, как и вся нить в целом. В результате термофиксации крутящий момент с элементарных нитей снимается, но они приобретают спиралеобразную форму.
При последующем охлаждении нити раскручиваются, комплексная нить приобретает повышенную объемность и способность к эластичной растяжимости. В процессе раскручивания спиралеобразная форма нити нарушается, а каждая отдельная элементарная нить вновь закручивается, но на этот раз в противоположном направлении. В итоге комплексная нить оказывается состоящей из некрученых элементарных нитей, обладающих упругостью, пропорциональной величине крутки и обусловленной спиралеобразной формой отдельных элементарных нитей. При этом упругость нити считают результатом крутящего момента, приобретенного элементарными нитями на последней стадии процесса, т.е. при раскручивании. Процесс текстурирования позволяет придать нитям высокую объемность, извитость, большую упругую растяжимость. Получаемая таким образом нить высокоэластична и в этом виде не пригодна для большинства направлений использования. Вторая термообработка нити используется для снижения усадки и стабилизации структуры нитей с получением среднеили малорастяжимых нитей.
Для ложного кручения прменяются механизмы роторного и фрикционного типа. Общим признаком механизмов ложного кручения роторного типа является наличие полого шпинделя в виде трубочки или стержня небольшого диаметра – вьюрка. В настоящее время роторные механизмы применяются практически только при текстурировании специальных нитей со скоростями до 400 м/мин.
Увеличение скорости текстурирования с 70 до 1500 м/мин за период с 1950-х гг. до настоящего времени объясняется, в первую очередь, успехами в конструировании крутильных механизмов и практически полным переходом от роторных (вьюрковых) к фрикционным крутильным механизмам. Несмотря на постоянное усовершенствование роторных и разработку других механизмов ложного кручения, фрикционные оказались экономичнее со всех точек зрения.
Наибольшее распространение получили трехшпиндельные фрикционные крутильные узлы (прил. 4). Фрикционные диски расположены в трех параллельных осях таким образом, что диски каждой оси попеременно входят в промежутки между дисками других осей. Нить находится в центре трех осей, при этом она зигзагообразно огибает края каждого диска. Диски вращаются в одном направлении, в результате чего нить от первого питающего механизма до фрикционного механизма закручивается против часовой стрелки, после фрикционного механизма до второго питающего устройства – раскручивается по часовой стрелке.
Поверхности крутильных элементов, соприкасающиеся с нитью, должны обладать высоким коэффициентом трения. Традиционно на текстурирующих машинах используются стойкие к механическим воздействиям (керамические, металлические с алмазно-никелевым покрытием) и мягкие (полиуретановые) фрикционные диски толщиной 4, 6 и 9 мм. Разработаны также фрикционные диски с резиновым покрытием. При комнатной температуре стойкость к истиранию этих дисков ниже, чем полиуретановых, но при рабочих температурах (около 90 °С) некоторые компоненты прядильной препарации, содержащейся в нити, снижают стойкость к истиранию полиуретановых дисков в большей степени, чем резиновых. Кроме того, резиновые обладают высоким коэффициентом трения, что обеспечивает оптимальный контакт нити с диском.
Фирмой ТЕМСО (Германия) выпускается широкий ассортимент механизмов ложного кручения с приводом от индивидуального двигателя, предназначенных для использования на высокоскоростных текстурирующих машинах при более низком уровне генерируемого шума. Расхождения в частоте вращения между отдельными механизмами ложного кручения снижаются до 30 %. Передача движения от электродвигателя к механизму осуществляется зубчатым ремнем или непосредственно с вала электродвигателя на вал шпинделя фрикционных дисков механизма. В результате на подшипники подается более низкое механическое напряжение при отсутствии ременного удара, а это удлиняет межремонтный пробег машины.
В начале 1970-х гг. началось бурное развитие процесса совмещения вытягивания с текстурированием (получение DTYнитей), что позволило ликвидировать весьма затратный крутильно-вытяжной переход. Практическое применение в настоящее время нашли два варианта совмещенного процесса вытягивания и текстурирования (рис. 29): последовательное проведение этих операций (секвент-процесс) и одновременное (симультан-процесс).
Рис. 29. Схемы совмещенных процессов вытягивания с текстурированием
При секвент-процессе (последовательном проведении вытягивания и текстурирования) POY-нить с питающей паковки через нитепроводники с помощью питающей пары II поступает в зону вытягивания, где расположен термопластификатор и охлаждающая шина. Затем, пройдя первую вытяжную пару (питающие валы III), поступает в зону текстурирования. В первой зоне между питающей и первой вытяжной парой осуществляется вытягивание нити за счет разности их линейных скоростей, а во второй зоне – контролируемая усадка в пределах до 15 %. Изменяя величину усадки во второй зоне в зависимости от колебаний натяжения в первой зоне, обеспечивают постоянство натяжения в зоне текстурирования. После второй вытяжной пары (питающие валы IV) текстурированная нить поступает во вторую термокамеру (устройство термофиксации) и выпускное устройство (питающие валы V). С помощью фрикционного цилиндра и нитеводителя готовая текстурированная нить принимается на выходную паковку.
Для осуществления симультан-процесса первую вытяжную пару выключают из работы. Нить вытягивается в зоне текстурирования путем регулирования отношения скоростей питающего устройства, расположенного перед термопластификатором, и второй вытяжной пары, установленной за механизмом ложного кручения.
Для получения малорастяжимых и среднерастяжимых текстурированных нитей предусмотрена зона второго нагрева. В камеру термофиксации нить подается с нагоном 6−9 % за счет разности скоростей валов второго вытяжного и выпускного механизмов. В камере нить подвергается повторной тепловой обработке при температуре 165−225 °С. Под воздействием высокой температуры нить получает усадку, структура нити фиксируется, тем самым повышается устойчивость извитости текстурированной нити.
Исходная нить может иметь любую степень предориентации. Но с учетом тенденции повышения скоростей формования целесообразнее использовать РОY-нити. При скорости формования до 4000 м/мин РОY-нити имеют коэффициент остаточного вытягивания ≤ 2, который и реализуют на машине совмещенного вытягивания и текстурирования.
Обе cxeмы совмещенного процесса по сравнению с обычным способом вытягивания и текстурирования на раздельных машинах экономически выгодны и обеспечивают качество нити, отвечающее современным требованиям. Однако между собой они различаются как по свойствам текстурированной нити, так и по экономическим показателям.
Cеквент-пpoцеcc дает возможность получить нити с более высокой разрывной нагрузкой, степенью ориентации и модулем упругости. При симультан-процессе получают нити с лучшей извитостью и большей равномерностью, а также с лучшей способностью к накрашиванию в случае использования POY-нитей в качестве исходных. Технико-экономические данные также свидетельствуют о преимуществе симультан-процесса.
Выбор процесса зависит от типа, линейной плотности и назначения текстурированной нити. Секвент-процесс наиболее целесообразно применять для переработки невытянутых ПА-нитей. Текстурированные ПА-нити, полученные по этому способу, предназначены в основном для производства чулочноносочных изделий. POY ПЭФ-нити текстурируются по симультан-процессу.
Крупнейшие фирмы (Oerlikon Ваrmag, Inventa Fischer, Rieter-Scragg Ltd и др.) уделяют особое внимание созданию высокопроизводительных производственных установок для текстурирования. Одним из основных показателей, определяющих производительность машин, является скорость выпуска нити, которая на современных машинах составляет от 900 до 1500 м/мин. Такое увеличение скоростей обусловило пропорциональное увеличение размеров зон нагрева и охлаждения. Для облегчения заправки уменьшают высоту машины за счет компоновки устройств для нагрева и охлаждения нитей в наклонном положении.
Следует отметить, что при высоких механических скоростях всех узлов современных текстурирующе-вытяжных машин рабочие скорости выпуска нитей ниже и составляют в основном 900−1100 м/мин. Ограничения скорости связаны с неустойчивостью процесса, пределом прочности при растяжении нити и условиями теплопередачи. Граница устойчивости процесса – начало вибрации нити, приводящей к обрывности или ухудшению качества нити. Должны предприниматься следующие действия: снижение натяжения нити при определенной скорости процесса; снижение кратности вытягивания (поэтому для высокоскоростного процесса предпочтительнее POY-нити); сохранение величины крутки. Эти меры требуют сокращения зоны кручения (от устройства останова крутки до вытяжного устройства), в которой находятся термопластификатор, охлаждающая пластина и фрикционное устройство, и зоны вытягивания.
Компоненты зоны кручения обладают потенциальными возможностями увеличения скорости процесса, сохраняя при этом его устойчивость.
Фактором, определяющим качество текстурированных нитей, является путь, который проходит нить, особенно в зоне между термопластификатором и механизмом ложного кручения. Введение любого препятствия на этом пути влечет за собой резкое увеличение натяжения, а следовательно, и повышение дефектности нити. Кроме того, у каждого нитенаправителя, особенно там, где осуществляется поворот на 80° и выше, наблюдается потеря крутки, что в сумме может составить до 10 %. Для уменьшения влияния гарнитуры были разработаны, например, вращающиеся нитенаправители, которые не препятствуют распространению крутки. При симультан-процессе уменьшение числа кручений, получаемых нитью, происходит также за счет наложения вытягивания на текстурирование.
Подача исходных нитей на машины текстурирования осуществляется со шпулярников, которые могут быть стационарными или образуются из тележек с паковками, поступающими от машин формования без перегрузки бобин. Нити заправляются с помощью пневматических устройств, иногда применяется механическая заправка.
При конструировании машин по возможности стараются избегать больших перегибов заправочной линии в зоне текстурирования. В машинах различных фирм используют три основные конфигурации: V, М и Т (рис. 30; прил. 5).
Конфигурация М – термопластификаторы 1 располагаются почти вертикально на консольной раме, наклонные охлаждающие шины 2 соединяют выход из нагревателя с крутильным устройством, угол между ними составляет 165°. Это обеспечивает компактную конструкцию длинных зон нагрева и охлаждения для нитей высокой линейной плотности при высоких скоростях.
Рис. 30. Конфигурации зон нагрева и охлаждения: а – конфигурация М; б – конфигурация V; в – конфигурация Т
Конфигурация V – расположение термопластификатора 1 и охлаждающей шины 2 обеспечивает почти прямолинейный путь нити между входом в нагреватель и крутильным устройством. Нагреватель установлен под углом поверх консольной рамы соосно с компонентами зоны охлаждения. Камера охлаждения представляет собой закрытый корпус из цементированной стали с отсосом паров замасливателя, с дорожкой для нити, покрытой керамикой. Угол направляющих составляет около 10°, что обеспечивает минимальное повреждение нити и позволяет текстурировать многофиламентные и микрофиламентные нити.
Т-конфигурация на современных машинах характеризуется наличием укороченных зон первого нагрева и охлаждения при применении электронагревателей или их отсутствием (для ПА-нитей).
В первой зоне нагрева применяется, как правило, контактный способ (с конденсационным обогревом поверхности, реже с индукционным). Температура термопластификатора устанавливается в зависимости от скорости выпуска, вида и линейной плотности нити, а устройства термофиксации на 10−30 °С выше. Рабочая поверхность термопластификатора (утюжка) чаще всего представляет собой слегка выпуклую металлическую пластину для термообработки контактным способом одной или двух нитей, движущихся в керамических желобках (рис. 31, 32). Точность регулирования температуры достигает ± 1 °С. При высоких скоростях выпуска продолжительность нагрева нити в термопластификаторе составляет 0,3−0,4 с (в зависимости от длины).
Рис. 31. Электрический термопластификатор HTI: а – вид сверху; б – вид спереди; в – вид сбоку; 1 − нагревательный элемент; 2 − короткая зона; 3 − длинная зона; 4 − нагреватель; 5 − желобки для движения нити; 6, 7 − датчики температуры; 8 − корпус термопластификатора; 9 − корпус нагревателя; 10 − нагревательная съемная пластина; 11 − отсос паров замасливателя; 12 − нитепроводники; 13 − измерительные втулки; 14 – опоры
Рис. 32. Съемная пластина термопластификатора HTI
С целью интенсификации процесса продолжаются работы по усовершенствованию конструкций нагревателей, применению наиболее эффективных теплоносителей (газ, жидкость, пар и др.), подбору оптимального распределения температуры по длине устройства.
Предлагаются конструкции с многократным прохождением нити через термопластификаторы с целью уменьшения их размеров, с одновременной обработкой нескольких нитей в одном устройстве, особенно при трощении нитей.
Конденсационный нагрев позволяет получать равномерное температурное поле по всей длине термопластификатора. Теплоноситель (например, масло) нагревается в нижней части камеры и доводится до кипения. Пары масла поднимаются вверх вдоль нагревательной пластины и конденсируются в охладительной камере. Конденсат стекает в емкость по каналу. Далее цикл повторяется. Контроль и поддержание температуры на заданном уровне осуществляются с помощью регулятора давления. Нагреватели такого типа эффективнее электрических. Потребление электроэнергии снижается до 80 % (в зависимости от заданной температуры).
Для охлаждения нити после термопластификатора используются охлаждающие элементы (шины) в виде плоских пластин или трубок. Охлаждение осуществляется окружающим воздухом или принудительно потоком циркулирующего воздуха или воды с температурой 22−24 °С. Большое значение придается определению оптимальных размеров зоны охлаждения, так как
при поступлении в крутильный узел горячей нити резко возрастает количество оборванных элементарных нитей, и повреждаются полиуретановые диски. Для сокращения длины зоны охлаждения предлагается дополнительная система охлаждения нити с помощью водяных струй между термопластификатором и охлаждающей шиной. Посредством образовавшейся «паровой подушки» нить, нагретая до 200 °С, охлаждается до более низкой температуры перед охлаждающей шиной.
При использовании V-конфигурации должны быть предусмотрены останавливающие (тормозящие) кручение приспособления (рис. 33) в верхней части термопластификатора, которые укорачивают зону кручения и снижают вибрацию нити на участке от питающего механизма до начала нагревателя.
Для второй зоны нагрева характерно применение индукционного способа или нагрева жидким теплоносителем (масло, динил). В различных моделях машин используются как трубчатые нагреватели, которые обеспечивают большую интенсивность теплопередачи, так и плоские, более дешевые, менее энергоемкие, удобные в заправке и легкие в обслуживании. Диаметр трубок нагрева – 3–10 мм. Увеличение его приводит к вибрации нити, что, возможно, связано с накоплением статического электричества. Уменьшение диаметра сопровождается ухудшением контроля за нитью. Для увеличения времени прогрева нити при снижении длины нагревателя внутреннюю поверхность трубок иногда выполняют в виде спирали.
Устройства термофиксации чаще всего обрабатывают все нити одной секции машины. Это позволяет уменьшить количество устройств на машине и время заправки нитей.
Перед наматыванием на нить наносится замасливатель путем соприкосновения с замасливающим валиком.
Рис. 33. Конструкции блокирующих кручение устройств: а – детали устройства на машине AFK (1 − втулка; 2 − подшипник; 3 − гребенки; 4 − опорное кольцо; 5 − крепежные винты); б – узел в сборе; в – машины FK6-1000 (размещение устройства на направляющей)
На всех современных машинах используются устройства измерения натяжения нити (рис. 34), равномерность которого во времени и между паковками является параметром, косвенно характеризующим равномерность качественных показателей нити. Используются датчики различных фирм (например, UNITENS®2 фирмы Oerlikon Ваrmag, On line Tensor® OLT фирмы FAG и др.). Устройства состоят из сенсора, электронного блока обработки данных и ЭВМ с программным обеспечением. Система UNITENS имеет функцию определения среднего значения, оценки отклонений и коэффициента вариации, что позволяет использовать эти данные для сортировки нити по качеству. В комбинации с устройством GreelManager фирмы Oerlikon Ваrmag для обнаружения узлов на нити с помощью датчиков на шпулярнике на систему UNITENS также подается информация о необходимости замены питающей паковки. Таким образом можно отследить данные о питающей паковке с каждой позиции формования, т.е. интегрировать машину DTY в общую систему управления процессом.
После выпускного механизма размещают нитенаблюдатели (датчики) бесконтактного типа. При обрыве нити от нитенаблюдателя подается электрический импульс на электромагнитный нитеобрезатель, и подача нити в питающий механизм прекращается.
Повышение скорости выпуска привело к увеличению размеров выходных паковок. Значительное увеличение длины раскладки нити на паковке, а следовательно, и длины пустого патрона усложнило компоновку приемно-намоточных устройств. Намоточные механизмы стали располагать в три или четыре яруса (прил. 6). Как шпулярники, так и приемно-намоточные устройства на ряде машин устанавливаются на выносных стой
Рис. 34. Внешний вид (а) и схема (б) датчика натяжения нити: 1 – корпус датчика; 2 – изгибная пружина; 3 – электронное устройство; 4 – сигнальный выход; 5 – траектория движения нити
ках, что несколько увеличивает габаритные размеры машин, но облегчает их обслуживание. Форма паковки может быть как цилиндрическая, так и биконическая. Конструкции приемнонаматывающих устройств позволяют получать паковки с различной конусностью (10−30°). Раскладочные механизмы предусматривают переменную длину раскладки и возможность изменения количества двойных ходов нитеводителя, чтобы обеспечить необходимую конусность и плотность намотки. Биконическая паковка является товарной и может непосредственно использоваться в трикотажном и ткацком производствах. Существует одно общее требование, которому должны отвечать все современные машины для производства текстурированных нитей: они должны предусматривать полностью автоматический съем паковок с каждого рабочего места. Для этого были разработаны устройства для автоматического съема полных паковок, установки пустых шпуль и перезаправки нити (рис. 35). Все это улучшает условия труда и повышает производительность машин.
Системы привода машин обеспечивают пользователю свободу выбора: индивидуальный одномоторный привод с постоянной скоростью для каждой машины; приводы с регулируемой скоростью для независимой работы по сторонам для двухсторонних машин или для независимой работы по секциям.
Рис. 35. Схема автоматического устройства съема паковок: а – доффер; б – машина вытягивания и текстурирования; 1 – шкаф для паковок нити; 2 – контроллер; 3 – направляющий электрорельс; 4 – датчик уровня; 5 – устройство заправки нити; 6 – узел обрезки нити; 7 – захват паковок; 8 – панель управления; 9 – бампер; 10 – узел намотки; 11 – бобинодержатель; 12 – направляющие; 13 – поворотное устройство; 14 – подача сжатого воздуха; 15 – шпулярник
Машины текстурирования, как правило, являются универсальными, позволяющими перерабатывать различные виды синтетических нитей. На различных моделях могут быть установлены различные крутильные механизмы, варьироваться число рабочих мест и секций, длина термопластификатора, охлаждающей шины, устройства термофиксации, способ их обогрева и охлаждения.
Технико-экономические показатели работы текстурирующих машин возрастают, если эти машины оснащены пневмосоединяющими устройствами (ПСУ) для придания нити компактности за счет обработки сжатым воздухом, проходящим через узел пневмосоединения специальной конструкции (аэродинамический способ компактирования нити) (рис. 36).
Сжатый воздух подается в канал для прохождения нити из соосно противолежащих отверстий, образуя в канале турбулентные вихри, которые сначала разъединяют элементарные нити, а затем переплетают их между собой. Переплетенные участки (узлы) распределяются по длине нити на определенном расстоянии, зависящем от натяжения нити, количества элементарных нитей в комплексной нити и давления воздуха.
Пневмосоединяющие устройства устанавливаются перед устройством термофиксации и крепятся на основании прижимного механизма вытяжного вала.
Рис. 36. Пневмосоединяющее устройство типа SlideJetТМ-FT15-2: а – общий вид; б – разрез; 1 – реактивная вставка; 2 – основа ползунка; 3 – корпус; 4 – прижимная пластина; 5 – держатель прижимной пластины; 6 – рычаг разборки; 7 – рычаг заправки
Подача сжатого воздуха давлением 0,05−0,35 МПа в ПСУ осуществляется через гибкие шланги, подсоединенные к общему трубопроводу сжатого воздуха, проходящему вдоль машины. ПСУ устроено по принципу открытый – закрытый узел, т.е. открыт для заправки нити, закрыт при работе. Пневмосоединение в определенной мере представляет альтернативу кручению, а получаемые при этом нити могут непосредственно перерабатываться на ткацких станках и трикотажных машинах.
Для совмещенного процесса текстурирования с вытягиванием многие фирмы (Oerlikon Ваrmag, Rieter-Scragg Ltd (Германия), TMT Machinery INC (Япония), DuPont De Nemour (США) и др.) предлагают различные машины (односторонние и двухсторонние), которые отличаются механизмами ложного кручения, направлением движения нити, длиной термокамер, конструкцией отдельных узлов, комплектацией и т.п. (рис. 37).
Крупнейшим производителем оборудования этого типа является фирма Oerlikon Ваrmag, доля которой на этом секторе мирового рынка превышает 40 %. В качестве примера можно привести универсальную машину FK6-1000 этой фирмы, которая обеспечивает:
Рис. 37. Компоновка машины вытягивания и текстурирования: 1 – нитепроводник; 2 − питающие цилиндры; 3 − термопластификатор; 4 − охлаждающее устройство; 5 − крутильный механизм; 6 − вытяжные цилиндры; 7 − камера термофиксации; 8 − выпускные цилиндры; 9 − замасливающий цилиндр; 10 − приемная паковка; 11 − тележка обслуживания; 12 − шпулярник
- возможность соединения двух одинаковых или различных нитей в направлении S/Z-, S/Sили Z/S-крутки с получением трощеных или комбинированных текстурированных нитей;
- разную кратность вытягивания для разных нитей за счет установки дополнительного питающего вала, вплоть до четырех валов в целом на машину;
- возможность изменения температуры термопластификатора с помощью дистанционного управления;
- контроль качества нити на каждом рабочем месте с помощью системы измерения натяжения UNITENS.
Наличие обогреваемого ролика, ПСУ и других приспособлений для обработки и заправки нитей, в том числе широкий набор фрикционных дисков, позволяет получать разнообразную готовую продукцию: одиночную и трощеную, пневмосоединенную, высокоэластичную и малорастяжимую, комбинированную текстурированную нить – двухцветную, разноусадочную, с различной накрашиваемостью и т.д. На машине созданы возможности переработки нитей спандекс. При получении трощеных нитей на машине FK6-1000 по сравнению с раздельным процессом до 30−40 % сокращаются затраты и производственные площади.
Технологический процесс получения равновесных и равнодлинных нитей при трощении на машине текстурирования заключается в следующем (рис. 38): нити 1 со шпулярников подаются на питающие валы 2, 3, затем в зону первичного нагрева 4 и через зону охлаждения 5 – на крутильные механизмы 6.
Первая нить – с направлением S-крутки, вторая – с направлением Z-крутки . После этого нити поступают в зону соединения, затем проходят через питающие валы 7, 9 и ПСУ 8, где сдвоенная нить компактируется, образуя одну равновесную нить. Далее нить поступает в устройство термофиксации 10, проходит через выпускной вал 11, замасливающий узел и наматывается на выходную паковку 12. Комбинированные нити получаются по аналогичной схеме с использованием различных исходных нитей.
Рис. 38. Возможные схемы комбинирования нитей на машине FK6-1000: а – комбинированная нить; б – разноусадочная нить; в – трехкомпонентная нить
Создан ряд модификаций машины FK6-1000 (рис. 39, а), различающихся конструктивными узлами, системой обогрева, размерами технологических устройств, энергопотреблением: FK6-М1000, FK6-V1000, FK6-V1000-HTI, FK6-M1000-Multi, FK6-V1000-Multi.
Машина фирмы модели FK6V-1000 Multispindle оснащена двойным стационарным шпулярником, представляющим собой «башни» с углом вращения 270° и посадочными местами для POY-нитей. Нить получает Sили Z-крутку. Каждый крутильный механизм имеет отдельный привод. Направление крутки изменяется автоматически. Используются керамические фрикционные диски. Машина оснащается динильным нагревателем V-конфигурации длиной 2 м, обеспечивающим оптимальные условия текстурирования LOY-, MOY-, POY-, микрофиламентной и многофиламентной нитей.
Рис. 39. Машины вытягивания с текстурированием FК6V-1000 (а) и AFK-V (б)
Прогрессивной разработкой фирмы Oerlikon Ваrmag является машина AFK, работающая в автоматическом режиме. Ее основными особенностями являются:
- машина двусторонняя с раздельным приводом для каждой из сторон, что позволяет производить одновременно разные типы нитей;
- за счет установки дополнительных питающих валов возможна наработка нитей многократного трощения способами S/Z-, S/S-, Z/Z-крутки и комбинированных нитей;
- сравнительно низкое натяжение как фактор стабильности процесса, позволяющее сократить длину зон скручивания и вытягивания нити;
- нитенаправляющие трубки имеют устойчивую к износу азотированную поверхность, глубокий V-образный профиль и специальный дизайн;
- благодаря новой геометрии расположения нитепроводников достигается стабильность процесса и минимальное число обрывов нити в HTI-нагревателе длиной 1 м и 0,7 м (электрическом);
- значительное уменьшение длины зоны охлаждения за счет использования трубки с интенсивным охлаждением нити;
- возможность переработки микрофиламентных нитей 0,03 текс/филамент и ниже;
- скорость может достигать 1500 м/мин при низком уровне вибрации.
Существует ряд модификаций машины AFK (рис. 39, б), отличающихся конструктивными узлами, системой обогрева, размерами технологических устройств, энергопотреблением: AFK-M, AFK-V, AFK-V-HTI, AFK-2, AFK-M-Multi, AFK-VMulti.
Для высокоскоростных машин марок FK6-1000 и AFK фирма разработала текстурирующие устройства (рис. 40) фрикционного типа 8 (тангенциальный ременный привод) и 8Е (индивидуальный привод) для текстурирования нитей линейной плотности до 330 дтекс. Дополнительными преимуществами текстурирующего устройства типа 8Е являются низкий уровень шума, снижение энергетических затрат, простое переключение направления кручения (S/Z).
Рис. 40. Текстурирующие фрикционные устройства: а – тип 8; б – тип 8Е; в – вид узла сверху
Между текстурирующим устройством и камерой термофиксации используется система двух питающих валов. Вытяжной механизм состоит из прижимного и разделительного роликов. Сделав три витка вокруг указанных роликов (расстояние между витками 3−4 мм), нить поступает через ПСУ на второй питающий вал, который служит для центровки и стабилизации натяжения нити в пневмосоединяющем устройстве, что обеспечивает стабильность процесса пневмосоединения.
На машине AFK-2 используются электрические термопластификаторы, состоящие из двух независимых нагревательных элементов длиной 300 и 700 мм, и нагреватели термофиксации длиной 700 мм. Запатентованные фирмой керамические вставки для прохода нитей на этих нагревателях легко удаляются при техобслуживании и позволяют их легкую очистку вне машины, поэтому производитель нити может выбрать замасливатель, обеспечивающий высокое качество нити, не уделяя особого внимания требованиям по уходу за нагревателями на машине. Это позволяет работать при более высоких скоростях и текстурировать с высоким качеством микрои многофиламентные нити. За счет подающих роликов с независимыми приводами оптимизирована подача нити на входе термопластификатора. Машина имеет самую короткую из машин этой серии зону текстурирования и вытягивания.
Одним из последних достижений фирмы Oerlikon Ваrmag следует признать универсальную машину текстурирования MPS с большими возможностями и высокой технико-экономической эффективностью. Машина может использоваться для текстурирования нитей из ПЭТ, ПА 6 и 6,6, ПП, ПБТ, ПЛА, ПТТ и других полимеров в диапазоне линейных плотностей от 30 до 330 дтекс. Каждая секция может работать автономно, выпуская одновременно любые из перечисленных выше продуктов. Можно получать специальные и комбинированные нити. Благодаря оптимальной схеме компоновки эту машину можно разместить в любом помещении, с экономией до 25 % рабочего пространства по сравнению со стандартной.
Техническое обслуживание текстурирующе-вытяжных машин из-за большого расхода времени является дорогостоящей операцией, поэтому концепция развития машин текстурирования включает требование по доведению этих расходов до возможного минимума.
Рис. 41. Компоновка машины MPS
Машина MPS отличается удобным обслуживанием. В ней отсутствует контактная проводка нити, для заправки выбран самый короткий путь (рис. 41), заправка нити на устройстве термофиксации выполняется полностью автоматически, что сокращает затраты времени на эту процедуру на 30−60 с.
Машина MPS – односторонняя, с намоточными устройствами в трех уровнях, с двумя обогревателями и устройством автоматического съема паковок с каждого рабочего места. Общее количество позиций в намоточной части машины – 120, по 24 позиции в секции. Оснащена крутильными механизмами 8Е, расположенными на машине в два ряда и имеющими индивидуальные приводы.
Преимуществами машины MPS являются:
- индивидуальный двигатель для каждого привода;
- все приводы имеют индивидуальное включение и выключение;
- преобразователь постоянного тока на одну секцию (12 позиций);
- индивидуальный контроль скорости на каждой отдельной системе привода для секции из 12 позиций;
- высокая механическая скорость 1500 м/мин.
На машине AFK-MPS-V-Multi предусмотрен процессор Takeup с программируемым управлением раскладки нити на патрон для снижения амплитуды колебания натяжения при намотке. Бобинодержатели в зоне намотки оснащены кольцевыми тормозами для останова паковок. Машина укомплектована автоматом для замены патронов.
Машина AFK-MPS-V-Multi оснащена двойным стационарным шпулярником, представляющим собой четыре «башни» с углом вращения паковки на 270° на каждом посадочном месте. Входные паковки со сформованной нитью устанавливаются по центру относительно входного отверстия нитенаправляющих трубок.
От шпулярника нити через систему нитепроводников заправляются с помощью пневмопистолета в нитенаправляющие трубки, которые предназначены для предотвращения обрывности нити при ее прохождении от шпулярника до машины. Затем нить через электромагнитный нитеобрезатель подается с помощью пневматических подъемников в термопластификатор контактного типа длиной 2000 мм, обогреваемый динилом. На входе и выходе из термопластификатора предусмотрена система отсоса паров препарации. На каждом подъемнике используется два механизма ограничения крутки, придаваемой нити в процессе текстурирования.
После термопластификатора нить, проходя по поверхности изогнутой шины длиной 1100 мм, охлаждается циркулирующим воздухом комнатной температуры. Охлажденная нить поступает в крутильное устройство. Далее нить проходит через датчик контроля натяжения нити UNITENS и заправляется на другие питающие валики (ПСУ находится между валиками), что обеспечивает стабильность процесса пневмосоединения. С помощью инжектора нить заправляется в устройство термофиксации трубчатого типа, внутренний профиль которого спиральный, с внутренним диаметром трубки 4 мм и длиной 1300 мм.
Для предотвращения неравномерного износа поверхности первого, второго и третьего питающих механизмов предусмотрены траверсы с нитепроводниками, совершающими возвратно-поступательное движение.
Посредством сдваивающих роликов возможно четырехкратное сложение нити до камеры термофиксации.
Далее нить подается в зону намотки, где заправляется на цилиндрический патрон длиной 290 мм, зажатый в бобинодержателе между центровочными дисками. Намотка нити может осуществляться как на бумажные патроны, так и на перфорированные полипропиленовые патроны, что позволяет исключить последующую дополнительную стадию перематывания. Форма паковки – цилиндрическая, вид намотки – прецизионный крестовый, масса паковки – 4−6 кг. Каждое место машины оснащено двумя нитенаблюдателями для исключения образования намотов. На машине AFK-MPS-V-Multi нарабатываются двухконусные и цилиндрические паковки: максимальный диаметр – 300 мм, максимальная длина – 254 мм.
Машина текстурирующе-вытяжная ТМА фирмы Menegatto (Италия) работает со скоростью выпуска нитей до 1500 м/мин. Машина выпускается в двух модификациях: с ручным (FT-модель) и автоматическим (FTF-модель) съемом паковок. Машина имеет вертикально установленный термопластификатор длиной 1 м, за которым расположена почти вертикальная система охлаждения; над ней установлены дисковые механизмы ложного кручения с тангенциальным или индивидуальным приводом. Устройство термофиксации машины модели FTF длиной 0,7 м установлено горизонтально в зоне обслуживания машины, что обеспечивает ей компактность. При этом съем наработанных бобин производится со стороны прохода между машинами.
Текстурированные нити наматываются в бобины массой до 10 кг, пpи этом контроль ведется либо по длине, либо по массе. Машина состоит из секций по 24 места, полностью собираемых на заводе-изготовителе. Управление работой машины осуществляется централизовано, с применением разработанного фирмой программного обеспечения.
Текстурирующе-вытяжная машина модели HTS-15V (Япония) работает при скорости, превышающей 1200 м/мин, обеспечиваемой за счет использования усовершенствованной системы нитенаправителей в нагревателях, а также двухсекционных загнутых охлаждающих пластин. Термопластификатор с электрическим обогревом имеет длину 1,04 м, устройство термофиксации – 0,6 м. На машине устанавливается 216 трехшпиндельных дисковых фрикционных механизмов ложного кручения, обеспечивающих кручение нити в обоих направлениях. Паковки с текстурированной нитью имеют диаметр до 300 мм. Отсутствие вибрации наматывающих механизмов позволяет получать паковки правильной формы, легко разматывающиеся на последующих текстильных операциях.
Рис. 42. Крутильные узлы: а – Позиторк 5; б – Позиторк 2Т
На машинах вытягивания и текстурирования фирмы RieterScragg Ltd марки Дроусет используются две конфигурации зоны нагрева/охлаждения – V и M.
Машины могут быть оборудованы механизмами ложного кручения нескольких конструкций: Позиторк 2А при скоростях до 1200 м/мин для всего диапазона нитей, Позиторк 5 для скоростей до 1500 м/мин для микронитей, Позиторк 2Т (сдвоенная версия) – шестишпиндельный узел для нитей в два сложения (рис. 42).
В крутильном узле Позиторк 5 используются полиуретановые крутильные диски толщиной 9 мм, что уменьшает нагрузку на диск и увеличивает срок их службы. Изменение уровня крутки выполняется ступенчатой регулировкой межцентровых расстояний между дисками дистанционно за несколько секунд.
Если в других машинах крутильные узлы устанавливаются соосно с трассой нити, то затем в крутильном узле нить изгибается, и прямолинейность ее движения нарушается. В результате возрастает натяжение и возможность повреждения нити. В устройства Позиторк нить поступает под тем же углом, под которым она перемещается затем через крутильные диски, т.е. обеспечивается меньшее количество изгибов нити и стабильность ее качества (рис. 43).
Машины Дроусет оснащены специально разработанной системой замасливания текстурированной нити МЕТОЙЛ с использованием аппликаторов, как при формовании (рис. 44). Это позволяет устранить недостатки роликовой системы замасливания при высокой скорости движения нити, особенно для микронитей (разбрызгивание замасливателя и увеличение натяжения). Система работает по принципу регулируемого потока замасливателя, поступающего из коллектора через диафрагмы, расположенные позади аппликаторов. Уровень нанесения замасливателя меняется изменением давления замасливателя в питающем коллекторе. Точность нанесения замасливателя составляет ± 10 % от номинала (для системы роликов ± 25 %).
Рис. 43. Оптимизированный путь нити в устройстве Позиторк
Рис. 44. Узел замасливания с помощью аппликатора
Разработаны усовершенствованные бобинодержатели с минимальным проскальзыванием нити, оптимизированной геометрией намотки, минимальной вибрацией. Во время процедуры съема включается торможение паковки, которая автоматически освобождается на опоры. Паковки легко удаляются вручную или автосъемниками.
Совмещение процесса вытягивания и текстурирования с трощением нити и получение равнодлинных равновесных нитей со сбалансированным крутящим моментом (Sи Z-крутки) возможны на большинстве современных машин. При этом приемная зона машины используется только на 50 % (рис. 45, а). Машины Дроусет могут быть выполнены для обработки 432 нитей вместо 216, т.е. практически с двойной производительностью. В этом случае машина оснащается устройствами
Рис. 45. Путь нити с двойной входной подачей (а) и двойной плотности (б)
Позиторк 2Т, дополнительным шпулярником для удвоенного количества исходных паковок, четырехдорожечными термопластификаторами и охлаждающими шинами с двойными дорожками. Эта же конфигурация может быть использована для получения специальных «фасонных» нитей, например для сложения дисперснои катионоокрашенных ПЭФ-нитей, нитей вытянутых с разным коэффициентом и т.п. (рис. 45, б). Привод машины может выполняться одним двигателем либо двумя с возможностью независимой работы по сторонам.
Фирмой Rieter-Scragg Ltd разработана уникальная бесконтактная система контроля качества нити оn line – КВАЛИТОР (рис. 46). Датчик установлен после устройства термофиксации и измеряет не косвенный показатель качества нити – натяжение, а прямой – объемность. Этот показатель непосредственно связан с параметрами технологического процесса и хорошо соотносится с лабораторными измерениями объемности. Измерения производятся 10 раз в секунду.
Разброс уровня объемности по всей паковке используется для вычисления коэффициента качества индивидуальных паковок, им автоматически присваивается сортность в соответствии с установленными пределами. Результаты передаются на автоматический съемник продукции для конкретных действий. Машина по запросу комплектуется устройством автоматического съема ИНТЕРДОФФ, которое обслуживает только одну машину (рис. 47), поддерживает связь с системой управления
Рис. 46. Место установки датчика объемности КВАЛИТОР
Рис. 47. Устройство ИНТЕРДОФФ машиной по всему съему и предпринимает различные действия на каждой позиции.
Машины для текстурирования полиамидных нитей. В настоящее время не существует принципиальных различий в технологиях текстурирования полиэфирных и полиамидных нитей. Главным отличием является использование контактных нагревателей для ПЭФ-нитей, в то время как для ПА 6 они могут быть или отсутствовать.
Текстурированные нити из ПА 6 делятся на две группы: низкой линейной плотности (тонкие, в основном это нити для чулочно-трикотажных изделий от 11 до 44 дтекс) и средней линейной плотности от 44 до 120 (170) дтекс. Вторую группу целесосообразно разделить на две подгруппы. Первая представляет традиционный рынок нитей с линейной плотностью филамента 2,2 дтекс и выше; вторая – это новый и быстрорастущий рынок нитей с линейной плотностью филамента ниже 2,2 дтекс (высокотонкие микрофиламентные нити). Фирма Oerlikon Ваrmag приняла вполне логичное решение: машины для текстурирования нитей из ПА 6 будут базироваться на моделях AFK и FK6-1000. В результате было создано оборудование со специальной конфигурацией, которая обеспечивает высокую производительность для одной категории нитей и достаточно приемлемую производительность – для другой.
Для текстурирования нитей из ПА 6 средней линейной плотности были созданы три типа систем нагрева и охлаждения:
- М-конфигурация с обогреваемыми теплоносителем, нагревателями длиной 2,5 и 2 м, охлаждающим устройством длиной 2,1 и 1,75 м;
- V-конфигурация с обогреваемыми теплоносителем, нагревателями длиной 2 м и охлаждающим устройством длиной 1,1 м;
- V-конфигурация с высокотемпературным электронагревателем HTI длиной 1 м и охлаждающим устройством длиной 1,2 м.
Для текстурирования микрофиламентной (0,55 дтекс/филамент), высокотонкой (приблизительно 1,1 дтекс/филамент) и многофиламентной нити лучше использовать системы V-конфигурации с обогреваемыми теплоносителем, нагревателями длиной 2 м. Благодаря прямому и более короткому пути нити обеспечивается более низкое натяжение при текстурировании и сохраняются более высокие значения извитости, улучшенная эргономика и непрерывное слежение оператора за обрывами нити на машине. М-конфигурацию планируется заменить конфигурацией HTI-V, которая дает возможность увеличить рабочую скорость намотки на 100−150 м/мин, одновременно сохранить качественные показатели готовой продукции: прочность, растяжимость и извитость. Высокотемпературные контактные электрические нагреватели HTI требуют применения в качестве исходного материала POY-нитей, а также обработки их замасливателем. В верхней части высокотемпературного нагревателя устанавливают тормозящие распространение крутки устройства новой конструкции, что позволяет увеличить скорость приема нити ПА 6 еще на 100−200 м/мин.
При текстурировании нитей из ПА 6, содержание замасливателя в которых составляет 0,6−0,8 %, в нагревателе и в зоне охлаждения возможно появление пены и конденсата. В этом случае в нагреватель устанавливаются специальные вставки для прохода нити, которые вынимаются для чистки. Охлаждающие устройства в машинах для ПА 6 имеют специальное покрытие, которое предотвращает стекание и неконтролируемое попадание конденсата на нить.
Для изготовления тонкой нити, используемой в чулочно-трикотажных изделиях, как правило, используют твердые керамические диски. Для достижения большей извитости используют диски из полиуретана. Комбинированное применение твердых металлических дисков (в частности, входных и выходных) вместе с дисками из полиуретана продлевает их ресурс, позволяет достичь более высокого качества нити.
Для достижения лучших результатов пневмосоединения между текстурирующим устройством и нагревателем термофиксации также используется система двух питающих валиков для стабилизации натяжения.
Производители и потребители нитей из ПА 6 в настоящее время предпочитают более мягкие паковки для нитей средней линейной плотности и для получения высокотонких и микрофиламентных нитей. При высокой плотности намотки на краях паковок возникают участки, приводящие к дефектам крашения. На машинах для ПА предлагается использовать новую усовершенствованную намоточную технологию фирмы Oerlikon Ваrmag. Технология интересна своей особенностью формирования паковки. Натяжение во время намотки автоматически регулируется и корректируется с увеличением диаметра паковки, что обеспечивает одинаковую плотность паковки по всей длине.
Разнообразие машин текстурирования, а также их конструктивных узлов указывает на то, что аппаратурное оформление процесса текстурирования постоянно совершенствуется, а ведущие фирмы-производители непрерывно обновляют действующие производства на основе прогрессивных разработок.