Měření hmotové nestejnoměrnosti a vad v přízi

Nestejnoměrnost přízí byla měřena na aparatuře Uster Tester 4 SX , která pracuje na kapacitním principu (obr. 7). Měření hmotové nestejnoměrnosti spočívá v průchodu délkového vlákenného materiálu mezi deskami kondenzátoru. Se změnou hmoty vlákenného materiálu se mění kapacita kondenzátoru, která je převedena na změnu proudu, jež je úměrná změně hmotnosti vlákenného materiálu (11).

Obr. 7: Kapacitní princip měření na přístroji Uster Tester 4 SX (11)

23 2.6. Chlupatost

Chlupatost je charakterizována množstvím z příze nebo z plošné textilie (tkanina, pletenina, rouno) vystupujících nebo volně pohyblivých konců vláken, nebo vlákenných smyček. Kritériem pro posuzování je počet odstávajících vláken, jako délkových jednotek, nebo plošných jednotek, ve směru kolmém k přízi, nebo plošně naměřeného odstupu konců vláken (12).

Přízi je možno charakterizovat jako délkový útvar skládající se ze dvou oblastí, oblast vnitřní a oblast vnější. Vnitřní oblast tvoří seskupení téměř pravidelně zakroucených vláken a vytváří pevné kompaktní jádro příze. Vnější oblast je chápána jako oblast chlupatosti příze. V této oblasti lze rozlišit oblast řídké a husté chlupatosti. Hustá chlupatost přiléhá těsně k jádru příze a ovlivňuje kladně především užitné vlastnosti. Hustá chlupatost je např.

příčinou vyššího zakrytí textilie, příze i plošné textilní útvary mají jemnější, měkčí omak, sametový vzhled. Řídká chlupatost je považována za chlupatost příze, která negativně ovlivňuje další zpracovatelské procesy. Při průmyslovém pletení a tkaní se příze ve vysokých odtahových rychlostech tře o různé vodící části stroje a volné konce vláken se tak mohou uvolňovat a shrnovat. Tím se mohou vytvářet vnější vlákenné shluky na samotné přízi výrazně přesahující průměr dané příze (12).

To v konečném důsledku vede při pletení a tkaní ke zvýšení napětí dané příze a dalším negativním jevům - zvýšená přetrhovost a pruhovitost v následné plošné textilii. Dále se tyto odstávající volné konce vláken mohou uvolnit a být zatkány nebo zapleteny do textilie a tím negativně ovlivňovat kvalitu výsledné tkaniny, pleteniny.

2.6.1. Měření chlupatosti

2.6.1.1. Měření chlupatosti na přístroji Uster Tester 4 SX

Metoda měření je založena na optickém principu. Příze je prosvětlována svazkem monochromatických infračervených paprsků. Na povrchu odstávajících vláken a těle příze dochází k částečnému pohlcení a odrazu světla. Přímé paprsky jsou vlivem použití a vzájemnému nastavení polarizačních čoček (polarizátoru a analyzátoru) eliminovány a odražené

24

paprsky jsou pomocí soustavy čoček opět spojeny a zaznamenány pomocí světlo citlivého senzoru. Princip je naznačen na obr. 8.

Chlupatost je v případě Uster Tester 4 SX popsána souhrnnou charakteristikou - indexem chlupatosti H. Ten je definován jako úhrnná délka odstávajících vláken v cm na povrchu příze připadajících na jeden centimetr příze. Na začátku měření je provedena kalibrace optického senzoru bez testované příze, po proměření daného úseku příze je stanoven index chlupatosti s ohledem na jeho kolísání na kalibračním úseku příze a poté jsou sledovány odchylky oproti této hodnotě (měření je prováděno pro každý 1cm příze) (12).

Obr. 8: Princip hodnocení chlupatosti příze - Uster Tester 4 SX (12)

2.6.1.2. Měření chlupatosti na aparatuře Zweigle G567

Přístroj Zweigle G567 pracuje na optickém principu. Vyhodnocuje změny intenzity světla způsobené průchodem odstávajících vláken pomocí řady fototranzistorů (obr. 9). Na začátku měření je provedena kalibrace jednotlivých senzorů bez testované příze, po proměření daného úseku příze je vymezen její povrch, následně je proměřena testovaná příze dle zadaných parametrů. Je sledován počet konců odstávajících vláken ni od povrchových vláken v délkových kategoriích (i= 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm, 15 mm).

Pro stanovení průměru příze je použit postup související s vyhodnocením průběhu změn intenzit na kalibračním úseku příze. Výstupem analýzy je absolutní četnost konců chlupů v délkových kategoriích (12). Výsledky měření na přístroji Zweigle jsou v oblasti „řídké“ chlupatosti kompletnější než z přístroje vyrobeného firmou Uster Technologies.

25

Délka odstávajících vláken se měří směrem od povrchu příze. Zobrazení se provádí diferenční metodou: vlákna registrovaná v určité délkové třídě ni se odečítají od vláken registrovaných v nižší třídě (ni -1). To se provádí pro každou třídu. Takto jsou v jedné délkové třídě počítána jen ta vlákna, která této délce skutečně odpovídají. Nejčastěji se pro hodnocení chlupatosti měřené na přístroji Zweigle používají součtová kritéria S12 a S3. Kritérium S12 je definováno jako počet odstávajících konců vláken v první a druhé kategorii (1 mm, 2 mm) a kritérium S3definováno jako součet počtu všech odstávajících konců vláken delších než 3 mm a to včetně této délky. Tato součtová kritéria poskytují informaci o rozložení vláken do dvou typů chlupatosti. „Krátká odstávající vlákna“ jsou definována jako vlákna do 3 mm délky a „vlákna odstávající dlouhá“ svojí délkou tuto hodnotu překračují. Veškerá naměřená data jsou závislá na proměřené délce, kde počet odstávajících vláken je v každé délkové kategorii udáván na proměřenou délku (13).

Obr. 9: Princip hodnocení chlupatosti příze – Zweigle G567 (12)

2.7. Vlákenné materiály

2.7.1. Vlna

Z přírodních živočišných vláken má pro vlnařské přádelny největší význam ovčí vlna. Jedná se o přírodní živočišné vlákno za srstí, nejčastěji získané střihem ovcí (ovčí rouno). Surová, potní vlna obsahuje v průměru jen méně než polovinu váhového množství spřadatelných vláken, 10–45 % je tuk a pot, 5–20 % jsou nečistoty, které se dostaly do srsti na pastvině, mimo toho mohou vlákna pojmout až 25 % vlhkosti. Veškerý pot se ze surové vlny odtraňuje praním, tuk se odstraňuje praním částečně (získaný lanolin se dále

26

zpracovává) a rostlinné příměsi se mohou odstraňovat buď karbonizací kyselinou sírovou za zvýšené teploty (zuhelnatění), nebo mechanicky. V České republice se převážně pracovávají vlny dovážené. Ve většině případů se dováží praná vlna v balících nebo se také dováží vlněné česance. Jemnost vlny se vyjadřuje v mikrometrech. Jemnosti vlněných vláken se mohou pohybovat v rozmezí 14 μm – 31 μm. Pevnost vlněných vláken za sucha se pohybuje v rozmezí 0,9 – 1,8 cN/dtex. Délka vlněných vláken (merino) se pohybuje v rozmezí 50 – 150mm (4).

2.7.2. Nomex

Nomex® - obchodní název pro meta-aramidové vlákno vyráběné společností DuPont, se vyznačuje speciálními tepelně-izolačními vlastnostmi.

Jedná se o aromatický nylon, metavariantu para-aramidu Kevlaru. Typickým použitím tohoto materiálu jsou ochranné obleky pro hasiče. Tkaniny a pleteniny z vlákna Nomex® se používají k výrobě ochranných oděvů odolných vůči teplu a ohni. Úplety a tkaniny z nich vytvořené jsou lehké a příjemné k běžnému použití, při zachování nejvyšších ochranných parametrů a dlouhé životnosti. Vlákno je inherentně nehořlavé a odolnost proti ohni je zachována i po mnohonásobném praní. Nomex, je vlákno vyznačující se zejména velkou tepelnou odolností, ohnivzdorností a při přímém kontaktu s plamenem karbonizuje, neodkapává. Nomexová vlákna mají pevnost za sucha 7,2 – 7,8 cN/dtex.

Obr. 10: Strukturní vzorec vlákna Nomex (14)

2.7.3. Polyamid 6.6

Vyznačuje se vyšší chemickou odolností (rozpouští se jen v některých fenolech). Základní surovinou při výrobě PA 6.6 je fenol. K tavení dochází dříve než k hoření. Je nerozpustný v acetonu, nebo vařících roztocích NaOH.

Je rozpustný v koncentrované kyselině mravenčí, rozpouští se ve studené HCL.

Krystalizuje rychleji než PA 6.Při spalovací zkoušce vydává specifický zápach

27

(jako celer). Vlákna se vyznačují vysokou pevností za sucha 3,6 - 4,1 cN/dtex.

Jsou známy dva možné způsoby výroby. Na počátku výroby PA 6.6 dochází k mísení metanolových roztoků, kyseliny adipové a hexametyléndiaminu za varu. Vzniká nylonová sůl, která rychle kondenzuje. Prvním způsobem výroby PA 6.6 je polykondenzace 60% nylonové soli v autoklávu při ohřevu na 260 – 280°C (pod dusíkem). Reakce trvá 4 – 16 hod. Vlákna vznikají vytlačením do vody. Druhým způsobem výroby PA 6.6 je zvlákňování. Dochází k tavení při 270°C a tavenina je odtahována 600-1200m/min. Vzniklá vlákna jsou ofukována v chadící šachtě parou.

Obr. 11: Strukturní vzorec PA 6.6 (14)

2.8. Technologie výroby vlnařské příze v podniku Schoeller Křešice s.r.o.

Vlněný vlákenný materiál je dodáván ve formě česanců. Před přečesáváním jsou zařazeny dvě pasáže posukování pro zlepšení stejnoměrnosti a orientace vláken v pramenech předkládaných k přečesávání.

Chemická nekonečná vlákna jsou dodávána ve formě kabelů. Kabel je na trhacích konvertorech upravován na prameny z chemických vláken o délce určené pro zpracování vlnařskou technologií. Prameny z konvertoru nejsou přečesávány. Po dvou pasážích posukování dochází na česacím stroji NSC Schlumberger k přečesávání vlněných česanců. Přečesávání je v technologickém procesu zařazeno za účelem vyloučení krátkých vláken, odstranění zbylých nečistot a vad. Výstupem je přečesaný česanec, který se ukládá do konví. Výčesky z tohoto stroje se pohybují mezi 0,5 – 1,5%. Pokud se vyrábí příze směsová dochazí po přečesání vlněných česanců k jejich směsování. Po přečesání následuje jedna pasáž posukování na posukovacím stroji s až dvanácti násobným družením. Stroj je vybaven dvouhřebenovým průtahovým ústrojím s řetězovým pohonem hřebenů. Poté je česanec předkládán mísícímu posukovacímu stroji s vyrovnavačem nestejnoměrnosti, dále předpřádacímu sortimentu zakončeného finizérem. Ve všech případech se

28

jedná o posukovací stroje od firmy NSC. Na první pasáži jsou stroje s vyrovnavačem nestejnoměrnosti. Stroje v druhé a třetí pasáži již nejsou vybaveny vyrovnavači nestejnoměrnosti. Sortiment je zakončen finizérem s dvou řemínkovým průtahovým ústrojím. Následné dopřádání je prováděno na prstencových dopřádacích strojích s dvouřemínkovým průtahovým ústrojím nebo na kompaktním dopřádacím stroji. Výsledným produktem je potáč s přízí, která nemá ustálený zákrut. Po této operaci je nutné provést fixaci zákrutů propařením v tlakovém pařícím aparátu od firmy Welker. Po ustálení zákrutů následuje proces soukání, které je prováděno na strojích Autoconer. Tyto stroje jsou vybaveny zařízením Uster Quantum, které kontroluje kvalitu přesoukávané příze. Zařízení zaznamenává vady a na základě nastavení vystřihuje ty vady, které svojí délkou a velikostí překračují nastavené limity, čímž dochází k čištění příze. Příze je přesoukávána na kuželové nebo válcové cívky s křížovým vinutím. Skaní je prováděno na dvouzákrutovém stroji firmy Volkmann, na kterém se vkládají 2 zákruty na jednu otáčku vřetene. První zákrut je přízi ukládán v dutém vřetenu, druhý v úseku vnějšího balónu. Podle přání objednavatele je možné přízi objemovat pařením na stroji Superba.

Parafinování je prováděno u 90 % celkové produkce (15).

2.9. Kompaktní dopřádání, stávající poznatky a předpoklady

Kompaktní dopřádání je modifikací klasického prstencového předení (obr. 12). Modifikace spočívá v zařazení zhušťovací zóny mezi zónu protahování a zónu tvorby příze. Při klasickém prstencovém dopřádání vzniká bezprostředně za protahovací zónou přádní trojúhelník, ve kterém jsou vlákna ležící na výšce trojúhelníka namáhána menší tahovou silou než vlákna ležící na jedné ze stran trojúhelníka, ty nejsou dostatečně zakrucována a podílejí se na vzniku chlupatosti. U kompaktního předení je vlákenný materiál po protažení ještě více zhušťován a potom zakrucován. Tohoto efektu je v případě kompaktního prstencového dopřádacího stroje (Suessen Fiomax 2000), používaného ve firmě Schoeller Křešice s.r.o. docíleno přidáním prodyšného mřížkově tkaného řemínku, pod kterým je umístěna odsávací trubice napojená na ventilátor, který vytváří podtlak (obr. 11) (16).

29

Obr. 12: Detail a schéma průtahového ústrojí s modifikací na kompaktní dopřádání – Suessen EliTe (17)

Dochází tak k zhuštění a zúžení vlákenné stužky a tak i k ještě většímu zmenšení zákrutového trojúhelníku. Tímto je možno docílit např. snížení chlupatosti, nebo zvýšení pevnosti a tažnosti. Na obr. 13 je schématicky zobrazeno částečné zmenšení přádního trojúhelníka vlivem kompaktního dopřádaní.

Obr. 13: Prstencové a kompaktní dopřádání (4)

U prstencového kompaktního dopřádacího stroje se částečnou redukcí zákrutového trojúhelníku dosahuje:

a. Rovnoměrnějšího napínání vláken při zakrucování.

b. Lepšího svázání vláken s tělem příze, které se podílí na její pevnosti.

30

c. Snižování chlupatosti lepším přikrucováním konců vláken k tělu příze, ale záleží na vlastnostech vláken (např. podíl krátkých vláken).

d. Vyšší tažnosti příze.

e. Vyšší míry orientace a napřímení vláken. Lze použít nižší počet zákrutů v porovnání s klasickou prstencovou přízí při zachování stejné pevnosti (18).

Diplomová práce zkoumá také vliv průtahu na vlastnosti prstencové kompaktní vlnařské příze. Průtah negativně ovlivní nestejnoměrnost příze. Při protahování přástu v průtahovém ústrojí kompaktního prstencového dopřádacího stroje jsou po sobě jednotlivá vlákna posouvána vlivem rozdílné obvodové rychlosti válečků v průtahovém ústrojí. Nejmenší nestejnoměrnost vlivem průtahu vzniká při tzv. ideálním průtahu, při kterém předpokládáme, že se vzdálenost mezi dvěma libovolnými vlákny (např. předními konci vláken) zvýši tolikrát, kolik činí hodnota průtahu. Díky variabilní délce protahovaných vláken a kolísáním průtahových sil, které jsou ovlivněny např. mírou orientace vláken, úrovní mezivlákenného tření, hmotnou nestejnoměrností předlohy, velikostí průtahu, přítlakem válců vlákna nepřejímají skokově rychlost následujících válečků v jediném bodě průtahového pole, ale nahodile. Proto se vzdálenost mezi konci dvou libovolných vláken nezvýší přesně tolikrát kolik činí velikost průtahu a tím se nestejnoměrnost prohlubuje. (10).

Nestejnoměrnost předlohového vl. útvaru se průtahem rozšiřuje na delší vlnové délky.

Firma Suessen zabývající se výrobou strojů pro kompaktní předení uvádí nárůst pevnosti kompaktních přízí až o 15% a nárůst tažnosti až o 25%

oproti přízím klasickým prstencovým (19). Firmy propagují, že lze zvýšit tímto způsobem výrobnost příze, jelikož je možno vyrobit kompaktní přízi s menším počtem zákrutů při zachování stejné pevnosti jako má příze klasická prstencová s větším počtem zákrutů. Při přibližně stejném počtu zákrutů kompaktních a prstencových přízí se dle firmy Suessen nárůst pevnosti jemnějších

31

kompaktních bavlněných přízí (7,4 tex, 10 tex a 11,8 tex)pohybuje kolem 20-30% u přízí hrubších pouze kolem 5% . Práce (16) prokázala nárůst tažnosti téměř u všech kompaktních přízí v rozmezí 5-10%, pouze u kompaktní příze jemnosti 20 tex je tažnost o 5% nižší. Výsledky experimentu provedené v práci (16) se neshodují zcela přesně s daty, která uvádějí výrobci, ale i přesto potvrzují, že kompaktní příze je oproti přízi prstencové pevnější a tažnější.

Experimentální práce (20) porovnávala rozdíly vybraných vlastností mezi kompaktní přízí a konvenční prstencovou přízí. Byl zkoumán vliv dopřádací techniky a vlákenné suroviny – 100% vlněné příze, 100%PA příze a příze směsové 45%WO/55%PET, 50%WO/50%PA. Použitým materiálem byly příze se staplovou křivkou odpovídající staplové křivce vlněných vláken.

Výsledky této práce (20) prokázaly, že kompaktní příze mají lepší vlastnosti než příze klasické prstencové. 100% vlněná kompaktní příze měla lepší pevnost, tažnost, nestejnoměrnost, menší počet vad a nopků, chlupatost než příze klasická prstencová. Směsové kompaktní příze se staplovou křivkou odpovídající vlněným vláknům měli také lepší vlastnosti než klasické prstencové příze, ale ne v takovém rozsahu jako 100% vlněná kompaktní příze. Např. kompaktní příze 50%WO/50%PA měla statisticky významné zlepšení pevnosti a nestejnoměrnosti oproti klasické prstencové přízi pro hladinu významnosti 5%. V práci (20) bylo publikováno, že rozdíl mezi přízemi vypředenými klasickým prstencovým a kompaktním prstencovým dopřádáním je výraznější při použití přírodních vláken. Rozdíl je znatelnější při větším procentuálním zastoupení přírodních vláken.

Většina výzkumů týkajících se kompaktní příze je zaměřena na srovnávání vlastností kompaktních a prstencových přízí (21; 22; 23; 24).

Výsledky prací potvrzují , že kompaktní příze mají lepší vlastnosti v mnoha ohledech, protože vlákna jsou téměř úplně intergrována do těla příze. Hlavními výhodami kompaktní příze je menší chlupatost, větší pevnost a tažnost (24).

Podle práce (25) zkoumající vliv podtlaku vzduchu ve zhušťovací zóně a vzdálenosti přástů na kompaktní bavlněnou přízi eli-twist se ukázal vliv těchto faktorů na chlupatost, nestejnoměrnost a počet vad.

32

Obr. 14: Suessen Elitwist – příze dvojmoskaná, tvořená přímo na dopřádacím stroji (26)

Tato práce ukázala především vliv zvýšení podtlaku na zmenšení chlupatosti. Při zvětšování podtlaku dochází k menšímu výskytu vad. Toto se projevilo především u menších vad (silná +35%, slabá místa -30%, a nopky na 140%), které se se projevili méně. Práce (25) dále ukázala, že podtlak nemá významný vliv na snížení nestejnoměrnosti.

V tuto chvíli nejsou dostupné výsledky zabívající se vlivem faktorů podtlaku a průtahu na vlnařskou přízi. Nalezené publikace (20; 23; 25; 22;

20; 24) se věnují především porovnáváním vlastností mezi klasickou prstencovou přízí a přízí kompaktní.

V rešerní části diplomové práce uvedeme několik předpokladů, které budeme dále zkoumat a v experimentální části práce se je pokusíme potvrdit.

Zvýšením podtlaku ve zhušťovací zóně dojde k většímu zhuštění vlákenného materiálu, čímž se ještě více eliminuje zákrutový trojúhelník. Při zakrucování budou pak vlákna lépe přikrucována k tělu příze a tím dojde ke snížení chlupatosti vypřádané příze (16). Díky větší eliminaci zákrutového trojúhelníka by měla být vlákna při zakrucování napínána ještě rovnoměrněji, což by mělo mít pozitivní vliv na pevnost výsledné příze. Ke zvýšení pevnosti příze přispívá i to, že vlákna jsou více semknuta a lépe přikroucena k tělu příze, tím se

33

více podílejí na pevnosti a tažnosti výsledné příze. S rostoucím podtlakem by tedy příze měla být teoreticky pevnější a tažnější.

Zvýšení podtlaku nebude mít vliv na počet vad v přízi, ale v práci (25) byl zjištěn vliv zvýšení podtlaku u kompaktního dopřádání na snížení počtu vad v přízi. To může být způsobeno rovnoměrnějším napínáním vláken a větším přikrucováním vláken k tělu příze. Zvětšování podtlaku nebude mít významný vliv na změnu nestejnoměrnosti (20).

Průtah negativně ovlivňuje nestejnoměrnost příze a zvyšuje možnost výskytu vad v přízi. Protahování je doprovázeno zvyšováním nestejnoměrnosti.

Nestejnoměrnost způsobená náhodnýcm charakterem vláken, počtem vláken v průřezu, ale i vlivem technologických chyb v předchozích výrobních stupních se díky protahování rozšiřuje na delší vlnové úseky.

Průtah neovlivní chlupatost, pevnost a tažnost příze. Vlákna nejsou během průtahu ovlivněna, tak aby se lépe podílela na pevnosti, tažnosti a chlupatosti výsledné příze. Dochází pouze k jejich posunu vůči sobě.

Bude-li použit hrubší přást pro výrobu příze, lze na úseků předpřádání dosáhnout vyšší výrobnosti přástu a tím ušetřit náklady na čas a energii.

2.10. Použité statistické metody vyhodnocení naměřených dat

Naměřená data byla statisticky zpracovávána podle níže uvedených vzorců. Všechny hodnoty byly vyhodnoceny z hlediska normality a homogenity.

Test homogenity výběru: k nehomogenitě naměřených dat dochází všude tam, kde se vyskytuje výrazná nestejnoměrnost měřených vlastností vzorků, mění se náhle podmínky experimentu a data obsahují vybočující měření. Proto se provádí test homogenity výběru, jehož cílem je stanovit vybočující měření (27). Ta musí být poté ze souboru vyloučena. Daný soubor je podložen kombinovaným testem normality založeným na shodě šikmosti a špičatosti s normálním rozdělením.

34

Normální rozdělení N(μ,σ2) nazývané také Gaussovo. Je nejpoužívanějším rozdělením pravděpodobnosti spojité náhodné veličiny. Proto se využívá pro popis náhodných chyb, při měření fyzikálních a technických veličin, apod.

Obr. 15: Gaussova křivka

Grafem hustoty pravděpodobnosti je zvonovitá tzv. Gaussova křivka (obr. 15), kde μ (střední hodnota) a σ²(rozptyl) jsou parametry ovlivňující její tvar.

Aritmetický průměr x̄ je součtem všech hodnot x1, x2 ... xn vydělený jejich počtem n.

(5) Rozptyl s² udává, jak náhodná veličina x_ikolísá kolem střední hodnoty

(5) Rozptyl s² udává, jak náhodná veličina x_ikolísá kolem střední hodnoty