Analýza povrchové struktury rotorových přízí v závislosti na typu použité vývodky
Diplomová práce
Studijní program: N3106 – Textilní inženýrství
Studijní obor: 3106T017 – Oděvní a textilní technologie Autor práce: Bc. Jana Mudráková
Vedoucí práce: Ing. Gabriela Krupincová, Ph.D., Ing.Paed.IGIP
Analysis of the surface structure of OE-rotor spun yarns depending on the type of draw of
nozzle
Master thesis
Study programme: N3106 – Textile Engineering
Study branch: 3106T017 – Clothing and Textile Engineering
Author: Bc. Jana Mudráková
Supervisor: Ing. Gabriela Krupincová, Ph.D., Ing.Paed.IGIP
Prohlášení
Byla jsem seznámena s tím, že na mou diplomovou práci se plně vzta- huje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědoma povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tom- to případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.
Diplomovou práci jsem vypracovala samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé diplomové práce a konzultantem.
Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elek- tronickou verzí, vloženou do IS STAG.
Datum:
Podpis:
Poďakovanie
Moje úprimné poďakovanie patrí vedúcej mojej diplomovej práce, pani Ing. Gabriele Krupincovej, Ph.D. za jej odborné vedenie, pripomienky, trpezlivosť a prístup pri konzultáciách. Tiež by som chcela poďakovať rodine a priateľom, ktorí pri mne stáli, podporovali a motivovali ma pri tejto práci a počas celého štúdia.
Abstrakt
Táto diplomová práca posudzuje povrchovú štruktúru rotorových priadzí s ohľadom na typ použitej odťahovej vývodky. Rešeršná časť je zameraná na vznik a štruktúru rotorovej priadze, ovinky, veličiny popisujúce priadzu, definície typov odťahových vývodiek a znalosti o tom, ako odťahové vývodky ovplyvňujú kvalitu a charakter priadze.
V experimentálnej časti sú sledované vybrané charakteristiky ovinkov, sú definované podmienky merania a analyzované výsledky. Výsledky meraní sú graficky znázornené v tabuľkách a grafoch. Zistené poznatky sú diskutované. Zo získaných výsledkov je možné konštatovať, že na povrchovú štruktúru najvýznamnejšie pôsobia zárezové odťahové vývodky.
Kľúčové slová
rotorová priadza, odťahová vývodka, ovinok, povrchová štruktúra priadze.
Abstract
This diploma thesis assesses the surface structure of the rotor yarns with regard to the type of draw off nozzles used. The research section focuses on the formation and structure of rotor yarns, wrapper fibers, yarns parameters, definitions of types of draw off nozzles and knowledge of how the draw off nozzles act on the yarn.
The experimental part includes the selected characteristics of the wrapper fibers, defines measuring conditions and presents measured data. Results of the measurements are graphically shown in the tables and graphs and discussed. Results show, that influence of notched nozzles on surface structure of yarn is the most significant.
Keywords
rotor yarn, draw off nozzle, wrapper fibers, surface structure of yarn
Zoznam použitých skratiek a symbolov
am phrixov zákrutový koeficient
ANOVA analýza rozptylu
zakrytie priadze ovinkami
CK4K 4 zárezová vývodka
CK6KF 6 zárezová vývodka
CKSNX špirálová vývodka s vloženou krížovou vložkou
CR7CS vývodka s hladkou špirálou
CR7R hladká keramická vývodka
CR7RS vývodka s ostrou špirálou
CV [%] hmotná nerovnomernosť
D [mm] priemer priadze
E(x) odhad strednej hodnoty
[%] ťažnosť
F [N] absolútna pevnosť
H [] index chlpatosti priadze
l [km] dĺžka priadze
L(w) [m] stredná dĺžka vláken
[km] celková dĺžka priadze
m [g] hmotnosť priadze
mm [g] priemerná hmotnosť všetkých nameraných úsekov priadze [g] hmotnosť itého úseku
N otáčky
n [] počet ovinkov
[] počet odstávajúcich vlákien
OE open end
p pravdepodobnosť
RA01 priadza vyrobená vývodkou CR7R
RA03 priadza vyrobená vývodkou CR7CS
RA06 priadza vyrobená vývodkou CK6KF
[1/100m] súčtové kritérium chlpatosti priadze
T [tex] jemnosť priadze
V objem
v [m/min] rýchlosť
Var(x) odhad rozptylu
Z zákrut
α hladina významnosti
μ stredná hodnota
[1] zaplnenie priadze
π Ludolfovo číslo
hustota priadze hustota vlákna [ktex2/3m1]
CFB
ɛ
Lp
mi
[ot/m1] ni
S12, S3
[m3]
[m1]
μp
ρp [kg m3] ρv [kg m3]
Obsah
I. Úvod...10
II. Rešeršná časť...11
1. Vznik rotorovej priadze...11
2. Odťahové vývodky...12
2.1 Druhy odťahových vývodiek...13
3. Štruktúra rotorovej priadze...16
3.1 Ovinky...16
3.1.1 Vznik ovinkov...17
3.1.2. Typológia ovinkov...18
4. Veličiny pre popis priadze a metodiky ich hodnotení...21
III. Experimentálna časť...26
5. Cieľ experimentu...26
6. Predpoklady a experimentálne výsledky...26
6.1 Trendy z literatúry...29
6.2 Predpokladané výsledky experimentu...31
7. Experimentálny materiál a podmienky merania...32
7.1 Stanovenie parametrov ovinka rotorovej priadze...33
8. Dosiahnuté výsledky a diskusia...36
IV. Záver...41
V. Zoznam použitej literatúry...44
Príloha A...47
Príloha B...53
I. Úvod
Cieľom diplomovej práce je posúdenie povrchovej štruktúry rotorových priadzí s ohľadom na typ použitej odťahovej vývodky, pomocou vybraných charakteristík popisujúcich povrchové usporiadanie vláken ako je početnosť výskytu ovinkov, stredná dĺžka ovinkov, stredná vzdialenosť stredov ovinkov, zakrytie priadze ovinkami. Na základe literárnej rešerše stanoviť hypotézy a predpoklady ako typ použitej vývodky ovplyvňuje povrchovú štruktúru rotorovej priadze. Na základe teoretických predpokladov navrhnúť ďalšie kritéria pre bližšiu špecifikáciu povrchovej štruktúry a realizovať experiment. Potom štatisticky analyzovať, získané výsledky porovnať s predchádzajúcimi experimentami ostatných autorov a diskutovať získané výsledky.
Rešeršná časť je zameraná na popis vzniku a štruktúry rotorovej priadze, ovinkov, veličiny popisujúce priadzu a metodiky ich hodnotenia, definície typov odťahových vývodiek a znalosti o tom, ako odťahové vývodky pôsobia na priadzu.
V experimentálnej časti je konkretizovaný cieľ diplomovej práce z hľadiska realizácie vlastného experimentu, sú uvedené predpoklady a hypotézy vychádzajúce z literárnej rešerše. Experiment bol uskutočnený na mykaných rotorových priadzach s jemnosťou 29,5 tex so zákrutovým koeficientom am= 80 ktex2/3m1. Ďalej sú definované podmienky merania, stanovené parametre ovinka rotorovej priadze a špecifikované metódy štatistického vyhodnotenia dát. Dáta sú spracované pomocou programu MatLab a testované analýzou rozptylu v programe QCexpert. Diskutované sú získané výsledky.
Záver zhrňuje uskutočnený experiment a získané výsledky. Výsledky sú konfrontované stanovenými hypotézami. Je možné konštatovať, že so zvyšujúcou sa agresivitou vývodky sa významne mení povrchová štruktúra rotorovej priadze.
II. Rešeršná časť
V rešeršnej časti sú zhrnuté základné informácie súvisiace s tým ako je rotorová priadza vyrábaná, aké faktory ovplyvňujú jej kvalitu, ako sa posudzuje štruktúra tejto priadze, aké základné charakteristiky sa používajú na popis pre tento typ priadze a zároveň sú tu definície týchto charakteristík.
1. Vznik rotorovej priadze
Rotorová priadza sa vyrába na rotorovom dopriadacom stroji. Pre potreby tejto práce konkrétne na stroji BT 923. Priadza je tvorená v spriadacej jednotke. Prameň je odťahovaný z kanví podávacím valčekom a privádzaný k vyčesávaciemu valcu. Prameň drží podávací valček s prítlačným stolčekom a vyčesávací valec s pílkovým povlakom vyčesáva jednotlivé vlákna, alebo dvojice vlákien. Dochádza k osamostatňovaniu vlákien. Ďalej sú vlákna vedené vzduchovým kanálikom do rotora [1], [40].
Vlákna prinášané prúdom vzduchu sa odstredivými silami ukladajú do drážky spriadacieho rotora, kde postupne vytvárajú spoločne s rotorom otáčajúcu sa stužku vlákien pramienok. Ten je odťahovaný cez osovo umiestnenú vývodku a súčasne zakrucovaný otáčajúcim sa rotorom. Schéma rotora s pramienkom vlákien na obr. 1.
AB: pramienok na povrchu rotora BC: voľná časť tvorenej priadze
Obr. 1 Vznik rotorovej priadze [2]
Zo spriadacieho priestoru je priadza vyvedená vývodkou obr. 2. Medzi jej povrchom a povrchom priadze dochádza ku kontaktu. Priadza na vnútornom povrchu vývodky viac či menej prekĺzava, v závislosti na charaktere jej povrchu, materiálovom a konštrukčnom prevedení. Podľa mnohých autorov je vývodka (šípka na obr. 2) považovaná za element nepravého zákrutu [2].
Obr. 2 Umiestnenie vývodky v rotore [32]
2. Odťahové vývodky
Odťahová vývodka je jednou z najdôležitejších častí rotujúceho systému rotora OE.
Použitím rôznych dizajnov odťahových vývodiek je možné ovplyvniť štruktúru vyrábanej priadze. Požadovaný charakter a akosť priadze teda rozhodujú pri voľbe vývodky [16]. Príklady vývodiek, ktoré patria medzi často používané a boli použité v rámci práce [24] sú uvedené v tab. 1. Typov vývodiek sú stovky, toto je len malá časť z nich.
Tab. 1: Charakteristika vývodiek [25]
2.1 Druhy odťahových vývodiek
Pre požadovanú kvalitu priadze je k dispozícii niekoľko typov vývodiek, aby vyhovovali rôznym koncovým použitiam a poskytli dostatočnú produktivitu výroby priadze pri danom nastavení.
Hladká vývodka (obr. 3a) z ocele prináša najlepšiu kvalitu priadze z hľadiska rovnomernosti a nedokonalostí [15]. Je vhodná na výrobu hladkých osnovných priadzí s nízkou chlpatosťou [18]. Podľa práce [20] poskytuje hladká vývodka vyššiu pevnosť priadze v porovnaní s vývodkou so štyrmi drážkami. Z práce [19] vyplýva, že hladká vývodka poskytuje najvyššiu pevnosť a najmenší počet silných miest v porovnaní so špirálovou a drážkovou vývodkou. Typ vývodky ovplyvňuje chlpatosť, ale nemá vplyv na odolnosť proti oderu [17].
a) b) c)
Obr. 3 Vývodky: a) hladká vývodka, b) špirálová vývodka, c) vývodky s drážkami [22]
Špirálová vývodka (obr. 3b) znižuje treciu plochu medzi vývodkou a priadzou a poskytuje vyššiu pevnosť, hladší a uzavretejší povrch v porovnaní s ostatnými vývodkami. Napriek tomu boli zaznamenané rozporuplné výsledky o výhodách špirálovej vývodky. Prínosy sa líšia v závislosti na type spracovávaného vlákenného materiálu. Autori [20] zistili vyššiu pevnosť priadze so špirálovou v porovnaní s hladkou vývodkou pri priadzach s jemnosťou 40 tex. Špirálové vývodky sú vhodné pre jemné, kompaktné, osnovné priadze zo 100% bavlny s malou chlpatosťou a dobrými vlastnosťami pri veľkej stabilite pradenia [18].
Vývodky s drážkami alebo zárezmi (obr. 3c) spôsobujú, že sa priadza zdvihne z povrchu vývodky na krátku dobu a koniec priadze potom vibruje vo vysokých frekvenciách. Vibrácie uľahčujú šírenie zákrutu do drážky rotora a zlepšujú stabilitu pri
pradení. Vibrácie znižujú trenie stužky priadze, zatiaľ čo kĺzavé trenie medzi povrchom vývodky a priadzí sa zvyšuje. Tieto vývodky sú preto uprednostňované pre spriadanie bavlny s krátkymi vláknami a bavlneného odpadu. Znižujú pretrhovosť a dosahujú vyšších spriadacích rýchlostí. Avšak to za cenu zvýšenia hmotnej nerovnomernosti, počtu vád, chlpatosti a celkovej drsnosti priadze [21]. Rozsah zmeny kvality stúpa s počtom a hĺbkou drážok alebo je možné použiť asymetrický zárez (Bröll, obr. 4), ktorý ma za následok zníženie prašnosti, tvorby nečistôt a môže tiež umožniť zvýšenie rýchlosti rotora až o 15% [17]. Sú použiteľné pre bavlnu aj pre syntetické vlákna a ich zmesi. Vývodka so štyrmi drážkami je univerzálna a s najväčšou možnosťou uplatnenia.
Pre osnovné a útkové nite sa používajú vývodky so štyrmi drážkami a pre pletiarske nite až osem drážok v závislosti na požadovanej chlpatosti. Drážkové vývodky väčšinou ponúkajú vyššiu stabilitu pradenia – viac drážok, väčší efekt nepravého zákrutu – ale tiež zvýšenie chlpatosti a prašnosti pri ďalšom spracovaní priadze [18].
Obr. 4 Štandardný a patentovaný zárez vývodky [23]
Vývodky môžu byť tiež doplnené krížovou vložkou, ktorá buď plynule naväzuje na telo vývodky, alebo je vložka doplnená do držiaka vývodky. Tieto vývodky sú používané pre veľmi objemné, chlpaté nízko zákrutové pletiarske priadze.
Vývodky s menším uhlom opásania (obr. 5), majú podľa práce [18] za následok hladšiu priadzu s menším počtom ovinkov. Autori [16] zistili, že počet zárezov, fyzikálna forma zárezov (konkávna / konvexná), štruktúra a geometria povrchu vývodky (hladká / špirála) majú zásadný vplyv na chlpatosť rotorových priadzí.
Vývodka K4K (4 zárezy) vykazuje maximálnu chlpatosť a K6KF (6 zárezov) minimálnu chlpatosť.
Obr. 5 Vývodky s normálnym (naľavo) a malým uhlom opásania (vpravo) [22]
V práci [15] autori zostavili diagram popisujúci pôsobenie vývodiek na kvalitu a vlastnosti rotorovej priadze. Z tohto diagramu (obr. 6) vyplýva vzťah medzi typom odťahovej vývodky, jej agresivitou, objemom, chlpatosťou a stupňom prikrútenia priadze. Najvyššie rozvoľnenie povrchu priadze – agresivitu, vykazujú vývodky s vloženou krížovou vložkou. Rozvoľnenie povrchu má tiež za následok zvýšený objem a chlpatosť priadze. Naopak vývodky hladké či so špirálou prikrucujú priadzu a vytvárajú tak kompaktnejšiu štruktúru s vyššou pevnosťou a nižšou chlpatosťou priadze.
Obr. 6 Diagram vplyvu použitej vývodky na vlastnosti priadze [15]
3. Štruktúra rotorovej priadze
Obr. 7 znázorňuje povrchovú štruktúru rotorovej priadze. Ako je zrejmé, rotorová priadza pozostáva z trojdielnej štruktúry. Konkrétne:
• z jadra vlákien, ktoré sú v podstate súbežné s osou priadze
• vonkajšej zóny voľne ovinutých vlákien, ktorá sa vyskytuje nepravidelne pozdĺž dĺžky jadra vlákien
• a z vlákien, ktoré sú ovinuté okolo vonkajšej strany priadze a vytvárajú ovinky s veľmi malým sklonom [5].
Obr. 7 Povrchová štruktúra rotorovej priadze [4]
Počet ovinkov stúpa s rýchlosťou rotora, so znižovaním priemeru rotora, so znižovaním uhla rotorovej drážky, zvýšeným počtom priadzí, dĺžkou vlákien a lineárnou hustotou vlákien. Dĺžka zóny tvorby priadze má rozhodujúci vplyv na výskyt ovinkov. Čím dlhšia je zóna, tým väčší je výskyt. Ovinky zlepšujú odolnosť proti oderu priadze, ale znižujú absorpčné vlastnosti. Vo všeobecnosti pre krátke aj dlhé staplové priadze platí, že pribúdanie ovinkov vedie k zhoršeniu pevnosti a hustoty priadze [4].
3.1 Ovinky
Ovinok (obr. 8) je definovaný ako jedno alebo viac vlákien, ktoré sa neuložia po obvode rotora, ale prikrútia sa priamo na priadzu. Ovíjajú priadzu kolmo alebo takmer kolmo k ose. Jednotlivé vlákna ovinka ležia tesne vedľa seba a čiastočne priadzu sťahujú. Môžu mať rôznu dĺžku [3].
Obr. 8 Ovinok, kalibrácia 500 μm 3.1.1 Vznik ovinkov
Zakrucovaný úsek AB z obr. 1 sa uplatňuje aj pri vzniku zvláštneho usporiadania niektorých povrchových vlákien v priadzi, pri vzniku tzv. ovinkov. Ich vytváranie je znázornené na obr. 9.
Zdrojom ovinka je červeno vyznačené vlákno, ktoré dopadne tak, že jedným koncom zasiahne zakrucujúci pramienok a druhým koncom uvoľnený priestor na vnútornom povrchu rotora. V anglickej terminológii je výstižne nazývané bridge fiber (tiež wrapper a belt), čo znamená premosťujúce vlákno (obr. 9a). Pramienok uchopí koniec vlákna a začne ho navíjať na svoj povrch. Navíjaním vzniká skrutkovica opačného smeru než je smer zákrutu (obr. 9b). Postupne sa miesto prvého styku vlákna s priadzou vzďaľuje od rotora. Ovinky sú stále hustejšie (obr. 9c). Po prekročení medzného okamžiku, v ktorom je vlákno privádzané kolmo na smer osy priadze, sa navíjanie obráti. Zvyšok dĺžky vlákna je navíjaný v súhlasnom smere so zákrutom, pričom križuje predtým navinutú časť (obr. 9d). Výsledný tvar ovinka má teda celkom odlišný charakter ako regulárne zakrucované vlákno [2].
Obr. 9 Vytváranie ovinkov u rotorovej priadze [2]
Priadza spoločne s ovinkom prejde vývodkou, za ňou sa rozkrútia nepravé zákruty.
Tým sa v ovinku uvoľní časť vlákna so súhlasným smerom zákrutu a naopak utiahne druhá časť, navinutá opačným smerom. Na povrchu výslednej priadze je teda možné pozorovať veľmi voľné úseky vlákien – divoké vlákna aj utiahnuté ovinky – prstienky [11].
Výskyt ovinkov závisí na rade mechanických, najmä trecích pomerov a na dĺžke a početnosti vlákien, dopadajúcich na povrch rotora práve v oblasti tvorenia priadze. Táto početnosť plynie zo vzťahu dĺžky spriadaných vlákien k obvodu rotora. V literatúre sa uvádzajú tieto trendy: Dlhé vlákna majú tendenciu tvoriť koncentrovanejšie ovinky. V zmesových priadzach v ovinkoch prevažuje typ vlákien s väčšou dĺžkou [13]. Početnosť ovinkov rastie s rastúcim zákrutovým koeficientom. Ani jemnosť vlákien, ani typ vlákien nemajú vplyv na tvorbu ovinkov [14]. To je v protiklade k tvrdeniu autorov [13], ktorí tvrdia, že koeficient trenia medzi vláknami a povrchom rotora je významný faktor pri tvorbe ovinkov. Tento koeficient závisí na jemnosti a typu vlákien. Hrubé priadze majú signifikantne viac ovinkov ako jemnejšie. S rastúcim počtom ovinkov klesá rovnomernosť priadze [14].
3.1.2. Typológia ovinkov
Autori [6] vo svojej práci pozorovali povrchovú štruktúru priadze a rozdelili ju do siedmych vymedzených tried (obr. 10). Trieda I. (obr 10 I.) môže byť označená ako usporiadaná štruktúra vlákna sú rovnomerne skrútené. Trieda II. (obr. 10 II.) vlákna vonkajšieho pásma sú voľne ovinuté okolo jadra. Uhly ovinkov sa líšia od uhla jadrových vlákien a menia sa pozdĺž dĺžky pozorovanej priadze. V triede III. sú vlákna vonkajšej zóny voľne pripútané k priadzi a vyzerajú zapletené. Vytvárajú chlpatý vzhľad štruktúry povrchu. Trieda IV. môže byť označená ako viacnásobne ovinutá, časť ovinkových vláken je pevne ovinutá okolo jadra, zatiaľ čo ostatné majú nižšie ovinkové uhly. V triede V. majú vlákna vonkajšieho pásma opačnú špirálu ku špirále jadrových vláken a uhol ovinka môže byť až 75°. V triede VI. sú povrchové vlákna tesné a tesne ovinuté kolo jadra. Tieto úseky priadze pôsobia jednotne a nemajú žiadne vyčnievajúce vlákna. Uhol ovinkov je približne 90°. V triede VII. sú viditeľné jedno
alebo dve vlákna ovinuté tesne okolo jadra pod uhlom 90°, ktoré vytvárajú tvar opaska, kvôli lokálne koncentrovanému vinutiu [6]. Ďalšie publikácie zaoberajúce sa usporiadaním vláken na povrchu rotorových priadzí [11], [18], [19], [34].
Obr. 10 Snímky rastrovacieho elektrónového mikroskopu povrchovej štruktúry
rotorovej priadze: I usporiadaná; II voľne ovinutá; III chlpatá; IV viacnásobne ovinutá;
V opačne ovinutá; VI tuho ovinutá; VII ovinok [6]
V práci [7] sú popísané typy ovinkov, ktoré boli pozorované na rotorovej priadzi. K nim sa dajú pre porovnanie priradiť triedy podľa práce [6].
Ovinok typu A (obr. 11 a) je klasickým a najčastejšie sa vyskytujúcim typom ovinka. Jednotlivé vlákna ležia tesne vedľa seba a priadza je nimi mierne stiahnutá. Má zlý vplyv na ďalšie úpravy priadze, napr. počesávanie (trieda VII. [6]). Typ ovinka B (obr. 11 b) predstavuje tvar, ktorý je tvorený niekoľkými tenkými ovinkami (obr. 11 c).
Pokiaľ sú tieto ovinky dostatočne blízko pri sebe, je možné ich považovať za jeden dlhší ovinok. Pri malých vzdialenostiach má niekoľko veľmi krátkych ovinkov obdobný účinok ako jeden dlhší ovinok (trieda VI. [6]). Typ C (obr. 11 c) je väčšinou jedno
vlákno 23x ovinuté okolo priadze. Ovinok je krátky a nespôsobuje významné problémy pri spracovaní. Typ ovinka D (obr. 11 d) sa vyznačuje kónickým tvarom a môže prekážať pri priechode priadze vodiacimi prvkami. Ovinok typu E (obr. 11 e) nie je navinutý na priadzu presne kolmo a ešte k tomu je križovaný ďalším šikmo navinutým ovinkom (trieda V. [6]). Môže to byť jeden ovinok, tvorený tými istými vláknami, alebo dva nezávislé ovinky. Typ F (obr. 15 f) je varianta ovinka typu A. Líšia sa len tým, že vlákna sú ovinuté voľnejšie okolo jadra priadze a nesťahujú ju (trieda II.[6]) [7].
Obr. 11 Typológia ovinkov podľa [7]
4. Veličiny pre popis priadze a metodiky ich hodnotení
Každý druh priadze má určité vlastnosti, ktoré sú dané zvláštnosťou vláknovej suroviny použitej pri výrobe a charakterom technologického postupu. Vybrané charakteristiky pre popis rotorovej priadze budu definované v nasledujúcom texte a stručne bude uvedený spôsob ich merania, ktorý bol v rámci práce použitý.
Jemnosť je prvou základnou veličinou popisujúcou priadzu. Vyjadruje vzťah medzi hmotnosťou m a dĺžkou l vláknového materiálu – dĺžková hmotnosť. Pre vyjadrenie jemnosti používame jednotku tex [1]. Vzťah medzi jemnosťou priadze T a priemerom priadze D, hustotou vláken ρp a zaplnením priadze μp je uvedený vo vzťahu (1).
Jemnosť je možné tiež vyjadriť prostredníctvom objemu V a s určitou mierou zjednodušenia tiež s využitím plochy priečneho rezu priadze s. Jemnosť je väčšinou stanovená na základe váženia predpísanej dĺžky priadze podľa ČSN EN ISO 2060 [27].
T=m
l =ρp.V
l =s .ρp=π D2ρp
4 =π D2μpρv
4 [tex] (1)
Zákrut Z je veličina, ktorou vyjadrujeme rotorom vkladané otáčky N do vláknového materiálu za jednotku času. Súčasne je hotová priadza odťahovaná rýchlosťou v. Zákrut sa stanovuje na zákrutomere s využitím ČSN EN ISO 2061 [28]. Pre rotorové priadze je ťažko určiteľný s ohľadom na charakter priadze. V tomto prípade zákrut experimentálne stanovený nebol [2].
Z=N
v [m1] (2)
Vzťah medzi jemnosťou priadze T a zákrutom Z je popísaný zákrutovým koeficientom. Typov zákrutových koeficientov je viac a v tejto práci je použitý pre popis charakteru priadze Phrixov zákrutový koeficient am. A je definovaný vzorcom (3).
Z=am100
√
3T2 [m1] (3)Definícia priemeru priadze D vychádza z jemnosti viď vzťah (1). Metodík a postupov pre jeho určenie existuje celý rad, najčastejšie sú založené na optickom alebo kapacitnom princípe. Priemer priadze bol v tomto prípade stanovený na základe
optického princípu, kde je priemer stanovený ako dvojdimenzionálny z dvoch navzájom kolmých priemetov priadze na 0,03 mm dlhých úsekoch priadze. Podrobnosti o tejto metodike je možné nájsť na stránke firmy Uster [30], kde je presne popísaný princíp merania a spôsob spracovania dát.
D=
√
πμ4Tpρv [mm] (4)Hmotná nerovnomernosť CV je kolísanie počtu vláken v jednotlivých prierezoch po dĺžke priadze. Kde ¯m je priemerná hmotnosť zo všetkých nameraných úsekov, mi je hmotnosť itého úseku. Jednou z možností je určiť ju pomocou metodiky založenej na kapacitnom princípe a zariadení Uster Tester, firmy Zellweger Uster. Čím je nerovnomernosť nižšia na dlhých aj krátkych úsečkách, tým je priadza kvalitnejšia [1].
CV=100
¯
m
√
1l.√ ∫0l (mi−¯m)2.D . l [%] (5)
Chlpatosť je charakterizovaná množstvom z priadze voľne pohyblivých koncov vlákien, alebo vláknových slučiek. Kritériom pre posúdenie chlpatosti je počet, dĺžka alebo plocha odstávajúcich vlákien na danú jednotku [12], [42].
Chlpatosť priadze je možné zisťovať dvoma spôsobmi. V tejto práci je pre stanovenie miery chlpatosti použitá metodika User Tester 5 [30], ktorá je založená na optickom princípe a chlpatosť je vyjadrená ako H a súčtové kritérium S12, S3 testované na aparatúre Uster®Zweigle hl 400. Výsledný index chlpatosti H, je číselná hodnota odpovedajúca približne súčtovej dĺžke odstávajúcich vlákien na povrchu priadze pripadajúcich na 1 cm priadze [8].
S12=
∑
i=1 i=2
ni S3=
∑
i=3 k
ni (6), (7)
Kritérium S12 je definované ako počet odstávajúcich koncov vlákien v prvej a druhej kategórii (1 mm, 2 mm) a kritérium S3 je definované ako súčet ni počtu všetkých odstávajúcich koncov vlákien dlhších ako 3 mm. Tieto súčtové kritériá poskytujú informáciu o rozložení vlákien do dvoch typov chlpatosti [9].
Pre popis ovinkov a povrchovej štruktúry priadze sú použité charakteristiky (počet ovinkov, dĺžka ovinkov, vzdialenosť stredov ovinkov), ktoré sú hodnotené s využitím Obrazovej analýzy NIS Elements a špeciálneho makra.
Makro je program, sled funkcií, vytvorený v systéme obrazovej analýzy samotným užívateľom. Je možné ho vytvoriť nahraním série akcií, zapísaním jednotlivých príkazov v okne editora makra alebo modifikovaním príkazov, ktoré užívateľ použil naposledy s využitím príkazu História. [10] Usnadňuje spracovanie a podstatou je získanie charakteristík dĺžka ovinka, vzdialenosť stredov ovinkov, počet ovinkov, zakrytie priadze ovinkami. Štandardne sa meria podľa normy IN 2210501/01 [3] a IN 22105
01/02 [10]. Makro sa spúšťa klávesou F4 alebo v menu Makro položkou Spustiť.
Postupne nasledujú tieto kroky:
1. krok – snímanie veľkých zložených 5 cm obrazov, podrobne viď kapitola 7.1.
2. krok v adresári sa zadá počet obrazov určených k vyhodnoteniu, z ktorého sa postupne budú automaticky otvárať a spracovávať.
3. krok – označí sa čiara od ľavého okraja monitora k pravému – modrá čiara na obr. 12.
Čiara nemusí prechádzať presne stredom tela, ale musí kopírovať smer priadze na monitore. Označením čiarou osy priadze a zistením jej dĺžky je stanovená dĺžka snímaného dielčieho úseku priadze. Ďalej čiara slúži už len ako pomocná pre nasledujúce merania.
Obr. 12 Ukážka obrazu spracovávaného makrom OvinyNIS.mac. Kalibrácia 5000 μm
4. krok označuje sa vždy začiatok a koniec ovinka, na vytvorenú čiaru z predchádzajúceho kroku červené bodky na obr. 12. Začiatky a konce ovinkov slúžia k
zisteniu dĺžky ovinkov, strednej vzdialenosti stredov ovinkov, početnosť ovinkov a zakrytie priadze ovinkami.
Dĺžka ovinka je vzdialenosť medzi označenými krajmi ovinka (červené bodky na obr. 12). Na základe jednovýberového Kolmogorovova Smirnovova testu, zjednodušene založeného na porovnávaní empirickej distribučnej funkcie s distribučnou funkciou príslušného vyšetrovaného rozdelenia, sú testované dve štatistické rozdelenia pre popis rozložení tejto charakteristiky ovinkov – normálne a lognormálne rozdelenie.
Normálne rozdelenie s parametrami strednej hodnoty μ a rozptylu ,σ ktoré sú zároveň odhadom strednej hodnoty E(x) a odhadom rozptylu Var(x), lognormálne rozdelenie s parametrami μ, σ, kde odhady strednej hodnoty a rozptylu sú
E( x)=eμ+ σ
2
2 (8)
Var( x)=(eσ2−1)e2μ+σ2. (9)
Počet ovinkov na určitú dĺžku je polovica počtu označených bodov na každom 5 cm úseku priadze. Budú sa však riadiť jedným z diskrétnych štatistických rozdelení – binomickým alebo Poissonovým. Bolo overené, že rozdelenie počtu ovinkov nezávisí na dĺžke priadze, na ktorej je sledované, preto je možné predpokladať, že testovanie rozdelenia na 5 cm úsekoch bude zhodné na 1 m dĺžky [10], [11].
V prípade binomického rozdelenia je odhadom strednej hodnoty počtu ovinkov na 1m dĺžky priadze, kde n je počet ovinkov a p je pravdepodobnosť
E(x)=n p (10)
n= 1
stredná dĺžka ovinkov[m] (11)
p= stredná dĺžka ovinkov[m]
stredná vzdialenosť stredov ovinkov[m] . (12)
Odhad rozptylu je potom Var (x)=E (x)(1−p) . (13)
Odhadom strednej hodnoty aj rozptylu Poissonového rozdelenia je
E( x)=Var (x)= 1
[m]. (14)
Vzdialenosť stredov ovinkov je súčet polovíc dĺžok ovinkov idúcich za sebou a vzdialenosti pravého a ľavého kraja prvého ovinka a ľavého kraja druhého ovinka. Opäť rovnaký test ako pri dĺžke ovinkov hodnotí lognormálne a normálne rozdelenie pre popis rozdelenia vzdialeností stredov ovinkov. [10]
Zakrytie priadze ovinkami CFB je pomerom strednej dĺžky ovinkov l a celkovej meranej dĺžky priadze Lp. Je definované vzťahom
CFB=
∑
i=1 n
l/ Lp⋅100 [%] (15)
III. Experimentálna časť
V rámci experimentálnej časti je bližšie špecifikovaný cieľ experimentu, zhrnuté sú predpoklady vychádzajúce z urobenej rešerše, uvedené sú podmienky meraní vrátane popisu experimentálneho materiálu a diskutované dosiahnuté výsledky.
5. Cieľ experimentu
Cieľom diplomovej práce je posúdenie povrchovej štruktúry rotorových priadzí s ohľadom na typ použitej odťahovej vývodky. Ovinky a ich vybrané charakteristiky (početnosť výskytu, stredná dĺžka ovinkov, stredná vzdialenosť stredov ovinkov, zakrytie priadze ovinkami) sú využité pre popis povrchového usporiadania vláken zvolených rotorových priadzí. Čiastkovým cieľom je pokúsiť sa navrhnúť ďalšie kritéria pre bližšiu špecifikáciu povrchovej štruktúry a porovnať získané výsledky s predchádzajúcimi experimentmi. Porovnaním získaných dát je snaha lepšie porozumieť vzniku ovinka a upresniť popis štruktúry rotorovej priadze.
6. Predpoklady a experimentálne výsledky
Téma vplyvu odťahovej vývodky na povrchovú štruktúru je sledovaná v mnohých zahraničných publikáciách. Tieto zahraničné publikácie je možné rozdeliť na dve skupiny podľa toho, ako bol experiment zostavený. Prvá skupina sú práce, [15], [16], [17], [20], [21], [23], [33], [35], [36], [37], [38], [39], v ktorých bol experiment zostavený tak, že sledujú viac vplyvov, vrátane typu použitej vývodky na štandardné vlastnosti priadze (H, CV, D, F, , ɛ modul). Druhá skupina prác [6], [7], [11], [18], [19], [34], ktoré sledujú usporiadanie vláken na povrchu priadze, zaraďuje ovinky subjektívne do kategórií. Počet kategórií (4, 6, 8) a spôsob subjektívneho popisu kategórií sa v publikáciách líši [6], [7], [19], [34]. Spolu s vplyvom technologických dielov – rotora (typ, priemer, povrchová úprava, materiál, typ drážky) a použitej vývodky (typ, materiál, geometria) a faktorov priadze (vlákenný materiál, dĺžka a typ vláken, jemnosť,
Výsledky z týchto zahraničných prác nie je jednoduché porovnať a vyvodiť závery z dôvodu, že detaily o usporiadaní experimentu a materiálu nie sú niekedy do detailov dostupné. V rôznych experimentoch pracovali s inými vstupnými a výstupnými podmienkami. Hodnotenie z pohľadu kvalitatívnych štandardných ukazovateľov je zrejmé a sú aj doporučenia výrobcov [18], [23] ako vyberať vývodky regresné modely, neuronové siete, multikriteriálna analýza [36]. Snahou bolo overiť či typ použitej vývodky ovplyvní charakter usporiadania vláken v priadzi a teda prejaví sa zmenou sledovaných objektívnych ukazovateľov použitých pre popis ovinkov (dĺžka, počet, vzdialenosť stredov, zakrytie priadze ovinkami). Aby bolo možné vylúčiť spolupôsobenie viacerých faktorov, boli všetky ostatné možné a v literatúre preukázané faktory eliminované. Rovnaký typ vstupnej suroviny, rovnaký spôsob nastavenia technologického zariadenia, len výmena zvolených typov odťahovej vývodky. V rešerši sa nepodarilo nájsť, že by niekto takýmto spôsobom experiment realizoval. Spojenie analýzy vplyvu samotnej vývodky na štandardné ukazovatele vrátane škálovania a objektívneho stanovenia popisných ukazovateľov s objektívnymi ukazovateľmi ovinka v súvislosti s použitou vývodkou. Práce [3], [10], [11] síce stanovujú objektívne popisné charakteristiky ovinkov, ale bez škálovania ovinkov do jednotlivých tried.
Je tu možnosť zvoliť experiment tak, aby nadviazal na predchádzajúcu prácu Michala Richtera [24] v spolupráci s firmou Rieter. Umožní získať detailné informácie o technologickom nastavení a vybrať pre analýzu priadze, kde jediným vplyvným faktorom bude vývodka, ostatné sú konštantné. Jemnosť, vstupný materiál, zákrut zhodné pre RA01, RA03 a RA06. Zároveň nie je nutné opakovať niektoré merania.
Grafy obr. 13 a 14 prebraté z práce [24] ukazujú, že 4 vývodky poskytovali podobné výsledky hmotnej nerovnomernosti, chlpatosti, charakteristík S12, S3. Nárast sledovaných charakteristík je štatisticky nevýznamný, lebo konfidenčné intervaly sa prekrývajú. Až na dve viaczárezové vývodky, ktoré poskytli inú kvalitu usporiadania vláken a štatisticky odchýlené hodnoty. Na krátkych úsekoch narastie CV, H, ale na dlhých úsekoch sa CV už tak nechová. Pre experiment som zvolila hladkú a špirálovú vývodku, pretože z rešerše vyplýva, že vďaka tomu, že tam je obmedzený kontakt priadze s krutným orgánom v zmysle nepravého zákrutu, tak sa dá očakávať, že kvalita priadze
bude z hľadiska usporiadania priadze najideálnejšia. Pričom viaczárezová vývodka, poskytla u priadze výrazne navýšenie týchto ukazovateľov (CV, H, S12, S3 ).
a) b)
Obr. 13 Graf hmotnej nerovnomernosti na a) krátkych úsekoch, b) dlhých úsekoch [24]
a)
b) c)
Obr. 14 Graf a) chlpatosti a b) charakteristík s12, s3 [24]
6.1 Trendy z literatúry
Výskyt ovinkov závisí na rade mechanických, najmä trecích pomerov a na dĺžke a početnosti vlákien, dopadajúcich na povrch rotora práve v oblasti tvorenia priadze. Táto početnosť plynie zo vzťahu dĺžky spriadaných vlákien k obvodu rotora. V literatúre sa uvádzajú tieto trendy: Dlhé vlákna majú tendenciu tvoriť koncentrovanejšie ovinky. V zmesových priadzach v ovinkoch prevažuje typ vlákien s väčšou dĺžkou [13]. Početnosť ovinkov rastie s rastúcim zákrutovým koeficientom. Ani jemnosť vlákien, ani typ vlákien nemajú vplyv na tvorbu ovinkov [14]. To je v protiklade k tvrdeniu autorov [13], ktorí tvrdia, že koeficient trenia medzi vláknami a povrchom rotora je významný faktor pri tvorbe ovinkov. Tento koeficient závisí na jemnosti a typu vlákien. Hrubé priadze majú signifikantne viac ovinkov ako jemnejšie. S rastúcim počtom ovinkov klesá rovnomernosť priadze [14]. Preto by počet ovinkov pre sledované priadze mal byť rovnaký resp. štatisticky nevýznamný.
Hladká vývodka je vhodná na výrobu hladkých osnovných priadzí s nízkou chlpatosťou [18]. Má najlepšiu kvalitu z hľadiska rovnomernosti a nedokonalostí [15].
Špirálová vývodka znižuje treciu plochu medzi vývodkou a priadzou a poskytuje hladší a uzavretejší povrch v porovnaní so zárezovými vývodkami. Špirálové vývodky sú vhodné pre jemné, kompaktné, osnovné priadze zo 100% bavlny s malou chlpatosťou [18]. Vývodky so zárezmi spôsobujú, že sa priadza zdvihne z povrchu vývodky na krátku dobu a koniec priadze vibruje vo vysokých frekvenciách. Tieto vývodky dosahujú vyšších spriadacích rýchlostí ale za cenu zvýšenia hmotnej nerovnomernosti a chlpatosti [21]. Rozsah zmeny kvality stúpa s počtom zárezov.
Zárezové vývodky ponúkajú väčší efekt nepravého zákrutu, ale tiež zvýšenie chlpatosti [18]. Autori [16] zistili, že počet zárezov, fyzikálna forma zárezov (konkávna / konvexná), štruktúra a geometria povrchu vývodky (hladká / špirála) majú zásadný vplyv na chlpatosť rotorových priadzí. V práci [15] autori zostavili diagram popisujúci pôsobenie vývodiek na kvalitu a vlastnosti rotorovej priadze. Najvyššiu zmenu povrchu priadze agresivitu, vykazujú vývodky s vloženou krížovou vložkou.
Zmena povrchu má tiež za následok zvýšený objem a chlpatosť priadze. Naopak
vývodky hladké či so špirálou prikrucujú priadzu a vytvárajú tak kompaktnejšiu štruktúru s vyššou pevnosťou a nižšou chlpatosťou priadze.
Štúdie [15], [16], [24] a [33] sa zhodujú v tom, že pri zvyšujúcej sa agresivite vývodky sa zvyšuje chlpatosť vyrobenej priadze. Štúdia [15] hovorí, že špirálová a hladká vývodka vykazujú podobné hodnoty nerovnomernosti priadze.
Z literatúry je známe, že vývodka ovplyvňuje usporiadanie vláken a to nielen na povrchu priadze (obr. 15 zóna 3), ale aj vonkajšiu zónu priadze (obr. 15 zóna 2). Vďaka tomu, že vývodka rozvoľní štruktúru, mení sa aj jej vonkajšia časť nielen povrch priadze
zasahuje celú štruktúru priadze, uvoľní ju, nie je tak utiahnutá (obr. 15).
Obr. 15 Schéma prierezu rotorovej priadze: 1. jadro vlákien súbežných s osou priadze;
2. vonkajšia zóna voľne nepravidelne ovinutých vlákien pozdĺž dĺžky jadra vlákien;
3. chlpatosť vlákna ovinuté okolo vonkajšej zóny priadze vytvárajúce ovinky [5].
Vývodky ovplyvňujú objemnosť, ale žiaden článok túto charakteristiku nedefinuje.
Nepriamo je možné zmenu usporiadania vláken posúdiť stanovením CV – kolísanie hmoty, zmenou priemeru priadze D, prípadne stanovením hustoty priadze ρp, resp.
zaplnenie priadze μp, početnosť výskytu vád prípadne mechanickofyzikálnych vlastností (F, , ɛ modul) a hodnotením prostredníctvom chlpatostí priadze (H, S12, S3).
Subjektívne je možné posúdiť usporiadanie vláken na povrchu zaradením ovinkov do jednotlivých kategórií. Nejasný popis ovinkov, ktorý ovinok kam patrí, je nevýhodou pre subjektívnu interpretáciu výsledkov vďaka rôznemu počtu kategórií.
6.2 Predpokladané výsledky experimentu
Experimentom v tejto diplomovej práci je snaha stanoviť objektívne charakteristiky ovinkov podľa [3], [10], zaradenie ovinkov do jednotlivých kategórií a navrhnúť ďalšie objektívne charakteristiky umožňujúce posúdenie objemnosti a uhla ovinkov.
Dĺžku ovinkov ovplyvňuje dĺžka vlákien dopadajúcich na povrch rotora práve v oblasti tvorenia priadze [14]. Ďalej predpokladáme, že zmena agresivity vývodky, by mohla ovplyvniť dĺžku ovinkov a zakrytie priadze ovinkami [6].
S ohľadom na predchádzajúce experimenty zahraničných autorov môžeme očakávať, že ak experimentálne priadze boli vyrobené z rovnakého vlákenného materiálu zhodný prameň, zhodná jemnosť, zákrutový koeficient, pri zhodnom nastavení stroja, počet a vzdialenosť stredov ovinkov sa výrazne meniť nebude [13], [14]. Ďalej počet ovinkov stúpa s rýchlosťou rotora, so znižovaním priemeru rotora, so znižovaním uhla rotorovej drážky, zvýšeným počtom priadzí, dĺžkou vlákien a lineárnou hustotou vlákien [4], [13], [14]. Všetky tieto parametre boli rovnaké pre všetky priadze, preto predpokladáme, že sa počet ovinkov medzi jednotlivými priadzami výrazne meniť nebude.
Predpokladáme, že vzhľadom na typ použitej vývodky sa charakter a štruktúra priadze bude meniť, a očakávame zmenu z hľadiska výskytu rôznych typov ovinkov, ich počtov, uhlov a objemnosti. (obr. 6) [15].
Priadze vyrobené hladkou vývodkou, by mali mať štruktúru hladkú, viac kompaktnú, s nízkou chlpatosťou [15], [17], [18], [20].
Špirálové vývodky, vďaka zníženiu trecej plochy medzi vývodkou a priadzou, poskytujú u priadzí hladší a uzavrenejší povrch v porovnaní so zárezovými vývodkami [15], [18].
Zárezová vývodka vytvára u priadzí otvorenejšiu štruktúru, menej kompaktnú, rozvoľnenú, objemnejšiu [6], [15], [16], [24], [33].
7. Experimentálny materiál a podmienky merania
Experiment bol uskutočnený na mykaných rotorových priadzach s jemnosťou 29,5 tex vyrobených z rovnakého prameňa za rovnakých podmienok zo 100%
bavlnených vláken so strednou dĺžkou L(w) 25,6 mm (25,34; 25,87) meranou na AFIS testery. Priadze sa vyrábali so zákrutovým koeficientom optimálnym pre tkanie am = 80 ktex2/3m1. Mechanické parametre zariadenia BT 923 Rieter OE dopriadacieho stroja boli nastavené tak, aby spĺňal všetky kombinácie analyzovaných faktorov a nebolo nutné ich v priebehu experimentu upravovať. Dôvodom je snaha eliminovať potenciálny vplyv ďalších faktorov alebo ich pôsobenie na kvalitu priadze. Vývodky, vybrané a popísané v teoretickej časti kapitola 2., predstavujú najčastejšie zložku zmeny charakteru priadze požadovanej trhom s priadzami. Experiment naväzuje na prácu [25], kde boli vzorky vyrobené 6 typmi vývodiek. Pre túto prácu boli vzorky pripravené s využitím troch typov odťahových vývodiek: CR7R, CR7CS, CK6KF (tab. 1). Dôvodom je ich časté používanie výrobcami priadzí a tiež možnosť porovnania sledovaných akostných ukazovateľov v práci [25] bez nutnosti opakovania meraní vybraných ukazovateľov akosti. Vyrobených bolo desať cievok s dĺžkou návinu 5000 m.
Technologické parametre vzoriek priadze a podrobnosti o nastavení stroja sú uvedené v tabuľke 2.
Tab. 2 Strojné a technologické parametre [25]
Strojné parametre Technologické parametre
dopriadací stroj BT 923 materiál 100% bavlna
počet spriadacích jednotiek 10 jemnosť vlákna 1,75 [dtex]
typ rotora C533/UD jemnosť prameňa 5600 [tex]
vyčesávací valček C40DPP jemnosť priadze 29,5 [tex]
adaptér C5 prieťah 190 []
odťahová vývodka
CR7R 80
CR7CS zákrut 837
CK6KF otáčky rotora 100000
otáčky vyčesávacieho valčeka 9000
odťahová rýchlosť 120
dĺžka návinu 5000 [m]
technologický podtlak 6000 [Pa]
zákrutový koeficient am [ktex2/3m1] [m1] [ot.min1] [ot.min1] [m.min1]
Analýza priadze zahŕňa overovanie technologických parametrov jemnosť vláken a zákrut priadze. Jemnosť priadzí bola meraná podľa normy ČSN EN ISO 2060 [27] a zákrut meraný podľa ČSN EN ISO 2061 [28] (testovaná dĺžka 1000 m, opakovanie meraní 10, celková testovaná dĺžka pre jednu vzorku 1 km). Vzorky boli najprv naklimatizované podľa normy ČSN 80 0061 (norma zrušená, len doporučený postup) [29]. Odber vzoriek priadze bol uskutočnený v súlade s postupom daným medzinárodnými štandardmi ČSN 80 0070 [26], klimatické podmienky v laboratóriu boli stanovené na teplotu 20°C ± 2°C a relatívnu vlhkosť 65% ± 2%. Hodnotenie hmotnej nerovnomernosti CV, index chlpatosti H boli prevedené na prístroji Uster®Tester 5 [30], rýchlosťou 400 m.min1, kde z každej cievky bolo premeraných 1000 m a meranie bolo zopakované na 10 cievkach. Spolu z každého typu priadze bolo analyzovaných 10 km.
7.1 Stanovenie parametrov ovinka rotorovej priadze
Na začiatku experimentu bolo snímaných 200 náhodne vybraných obrazov z každej priadze pri kalibrácii 2,68 μm/px a rozlíšení 1280 x 960 bodov. Spolu 600 obrazov.
Cieľom bolo získať prehľad ako vyzerá povrchová štruktúra, a pokúsiť sa zistiť či ovinky, ktoré sú uvedené v publikáciách [6], [7], [19], [24], je možné tiež nájsť alebo nie. Pri následnom prezeraní bolo subjektívne vybratých 6 typov ovinkov, ktoré sa najviac opakovali (obr. 16).
Obr. 16 Typy ovinkov
Postup experimentu je v súlade s normami IN 2210501/01 [3] a IN 2210501/02 [10]. Vzorky priadzí boli snímané a vyhodnotené pomocou počítača so softvérom obrazovej analýzy – NIS Elements z dôvodu zjednodušenia celého postupu.
Nad rámec interných štandardov IN 2210501/01 [3] a IN 2210501/02 [10] pre popis povrchového usporiadania vláken typológie ovinkov navrhujem zaradiť hodnotenie uhla ovinka a objemnosti. Dôvodom je, že pri subjektívnom posúdení snímaných pozdĺžnych pohľadov na priadze bolo zistené, že štruktúra niektorých typov ovinkov je viac a kompaktnejšie utiahnutá vzhľadom k aktuálnemu priemeru priadze a v niektorých prípadoch sa javí voľnejšie usporiadaná. Stanovenie týchto objektívnych charakteristík, by mohlo túto hypotézu pomôcť overiť, pretože agresivita vývodky by to mohla ovplyvniť.
a) b)
Obr. 17 Označenie ovinka: a) označenie výšky ovinka d1 (červená) a priemeru priadze d2 (čierna); b) označený uhol ovinka
Objemnosť priadze je pomerom rozdielu výšky ovinka d1 a priemeru priadze d2 ku priemeru priadze d2 (obr. 17 a). Výška ovinka je najväčšia vzdialenosť kam vlákna utiahnuté na povrchu patriace k ovinku zasahovali z hľadiska dvojdimenzionálnej projekcie kompaktný ovinok, nie odstávajúce vlákna, ktoré nie sú utiahnuté na povrchu. Aktuálny priemer priadze bol meraný v rámci ovinka. Meranie bolo vykonané v mieste, kde bol prvý a posledný čierny pixel.
Objemnosť=d1−d2
d2 (16)
Uhol ovinka je meraný od osy priadze po sklon vláken ovinutých okolo priadze vytvárajúcich ovinok (obr. 17 b). Uhol bol vždy meraný na ľavej strane a vždy na začiatku ovinka.
Podstatou skúšky je snímanie a skladanie veľkých obrazov. Aby bolo možné priadzu snímať v napnutom stave objektívom mikroskopu, je nutné priadzu naviesť z cievky cez prvú kotúčovú brzdičku do druhej kotúčovej brzdičky, od ktorej je ručne odťahovaná. Brzdičky sú umiestnené na mostovom vodiči, ktorý je pripevnený k posuvnému stolíku mikroskopu.
Skladanie veľkých obrazov prebieha automaticky zložením z 25 dielčích snímaných obrazov. Tým je získaných až 5 cm úsekov rotorovej priadze pri nastavení: kalibrácia 2,68 μm/px, rozlíšenie 24299 x 431 bodov, expozícia 150 ms, prekrytie 25%, tolerancia 64 px, uhol kamery 0,1%. Náhodne zosnímaných veľkých obrazov bolo 50 päťcentimetrových úsekov z každej priadze, spolu 150 veľkých päťcentimetrových obrazov. Veľké obrazy boli ďalej spracované makrom OvinyNIS.mac. Makro slúži k určeniu štyroch základných parametrov ovinkov rotorovej priadze – dĺžka ovinkov, vzdialenosť stredov ovinkov, počet ovinkov na určitú dĺžku priadze a zakrytie priadze ovinkami. Makro je sled funkcií, ktoré uľahčujú spracovanie nasnímaných obrazov viď kapitola 4.
Získané dáta jednotlivých charakteristík boli spracované pomocou programu Oviny.m v prostredí MatLab, naprogramovaného pre tieto účely. Stanovuje dĺžky ovinkov, počty ovinkov, vzdialenosti stredov ovinkov a zakrytie priadze ovinkami.
Obsahuje overenie rozdelení a nájdenie štatistických charakteristík – stredná hodnota, rozptyl, konfidencia. Výstup z programu je grafický. Histogramy: počet ovinkov na 5 cm, dĺžky ovinkov a vzdialenosti stredov ovinkov viď Príloha A.
8. Dosiahnuté výsledky a diskusia
V rámci experimentu boli sledované nasledujúce charakteristiky: dĺžka ovinkov, vzdialenosť stredov ovinkov, počet ovinkov na určitú dĺžku priadze a zakrytie priadze ovinkami, objemnosť, uhly a typy ovinkov na 3 typoch priadzí vyrobených rôznymi typmi vývodiek. Prevzaté boli doplnkové merania: priemer priadze, CV, H, S12 a S3 [25].
V nasledujúcom texte sú uvedené získané výsledky vo forme tabuliek a grafov. Dáta, ktoré sa podarilo metodikami popísanými v kapitole 4 dosiahnuť, sú popísané nižšie.
Všetky získané dáta boli podrobené štatistickej analýze. Overovaná bola homogenita a príslušnosť k predpokladanému rozdeleniu, ev. prítomnosť vybočujúcich hodnôt. Určené boli základné štatistické ukazovatele (stredná hodnota, rozptyl, variačný koeficient, konfidenčný interval).
V tabuľke 3. v prílohe A sú uvedené výsledky z hodnotenia charakteru ovinkov z hľadiska dĺžky, počtu ovinkov, vzdialenosti stredov ovinkov a zakrytie priadze ovinkami na jednotlivých typoch priadzí. V tab. 3 v prílohe A je možné nájsť stredné hodnoty, konfidenciu, odhad rozptylu pre sledované charakteristiky a zároveň informácie o prijatí/neprijatí nulovej hypotézy Ho vrátane pravdepodobnosti pre vybrané rozdelenia. Pravdepodobnosť bola vyšetrovaná s hladinou významnosti α = 0,05 a obojstranné konfidenčné intervaly pre pravdepodobnosť 95%.
Vo všetkých prípadoch dĺžky ovinkov u všetkých typov priadzí bolo prijaté normálne rozdelenie s pravdepodobnosťou väčšou než je hladina alfa 0,05. Podrobnosti sú uvedené v tabuľke 3 príloha A a detailne sú dáta graficky zobrazené na obr. 22.
Štatistická analýza v prípade počtov ovinkov potvrdila u priadzí RA01 a RA03 prijatie binomického rozdelenia a poissonové bolo zamietnuté, len pri priadzi RA06 boli zamietnuté obe rozdelenia. V grafe obr. 24 sú stredné hodnoty binomického rozdelenia pre RA06 uvedené len pre porovnanie.
Testovaním vzdialenosti stredov ovinkov, bolo vo všetkých prípadoch potvrdené normálne rozdelenie s pravdepodobnosťou väčšou než je testovaná hladina alfa.
Podrobnosti sú v tabuľke 3 príloha A, graficky sú dáta interpretované na obr. 25.
V grafe obr. 19 – 21 v prílohe A sú uvedené histogramy sledovaných charakteristík a porovnanie experimentálne zistených dát v porovnaní s vyšetrovanými rozdeleniami kumulatívnou distribučnou funkciou. Z nich vyplýva, že dáta odpovedajú sledovanému rozdeleniu a boli prijaté vždy s pravdepodobnosťou vyššou ako hladina významnosti 0,05 teda nulová hypotéza Ho bola prijatá.
V prílohe B v tab. 4 sú uvedené odhady stredných hodnôt vrátane konfidenčných intervalov pre sledované charakteristiky. Graficky sú získané dáta porovnávané v grafoch príloha B obr. 22 28.
Z tab. 4 a grafu obr. 22 vyplýva, že stredná hodnota dĺžky ovinka s narastajúcou agresivitou vývodky klesá, rovnako ako klesá stredná hodnota zakrytia priadze ovinkami, graf obr. 23. Tieto trendy je možné s ohľadom na intervaly spoľahlivosti považovať za významné. Zakrytie priadze ovinkami súvisí s dĺžkou ovinkov, preto aj trend musí byť rovnaký. Dĺžku ovinkov ovplyvňuje dĺžka vlákien dopadajúcich na povrch rotora práve v oblasti tvorenia priadze [14]. Typ vláken bol rovnaký pre všetky priadze, preto tento parameter dĺžku ovinkov neovplyvnil. Predpokladali sme, že zmena vývodky môže ovplyvniť dĺžku a zakrytie priadze ovinkami [6]. Tento predpoklad sa potvrdil.
Z rešerše vyplýva, že počet ovinkov sa mení s rastúcim zákrutovým koeficientom.
V tomto experimente je zákrutový koeficient rovnaký pre všetky priadze. Ďalej počet ovinkov stúpa s rýchlosťou rotora, so znižovaním priemeru rotora, so znižovaním uhla rotorovej drážky, zvýšeným počtom priadzí, dĺžkou vlákien a lineárnou hustotou vlákien [4], [13], [14]. Všetky tieto parametre boli rovnaké pre všetky priadze. Tab. 4 a graf obr. 24 potvrdzuje, že stredná hodnota počtu ovinkov v závislosti na type priadze s rastúcou agresivitou vývodky sa výrazne nemení. Tento trend je možné s ohľadom na intervaly spoľahlivosti považovať za nevýznamný. Tento výsledok je v súlade s prácami [4], [13], [14].
Dlhé vlákna majú tendenciu tvoriť koncentrovanejšie ovinky [13]. S ohľadom na fakt, že experimentálne priadze boli vyrobené z rovnakého experimentálneho materiálu – rovnaký prameň, jemnosť, zákrutový koeficient a nastavenie stroja, môžeme očakávať, že vzdialenosť stredov ovinkov sa výrazne meniť nebude. Z tab. 4 a grafu obr. 25
vyplýva, že stredná hodnota vzdialenosti stredov ovinkov v závislosti na type priadze s rastúcou agresivitou vývodky sa výrazne nemení. Tento trend je možné s ohľadom na intervaly spoľahlivosti považovať za nevýznamný.
Z tab. 4 a grafu obr. 26 závislosti medzi strednou hodnotou uhla ovinkov a typu priadze vyplýva, že s rastúcou agresivitou vývodky stredná hodnota uhla klesá – ovinky sú kolmejšie k ose priadze. Tento pokles je možné s ohľadom na intervaly spoľahlivosti považovať za významný pre RA06.
Stredná hodnota objemnosti v závislosti na type priadze s rastúcou agresivitou vývodky klesá viď tab. 4 a graf obr. 27. Tento pokles je možné s ohľadom na intervaly spoľahlivosti považovať za významný len pre RA01. Nie je rozvoľnený len ovinok, ale celá priadza (zóny 2 a 3 obr. 15) a ovinok je na povrchu, podporuje to graf s priemermi priadze a objemnosti ovinkov obr. 28. Objemnosť priadze bola zadefinovaná ako pomer rozdielu výšky ovinka d1 a priemeru priadze d2 ku priemeru priadze d2 (obr. 17 a). Pri priadzi RA01 je celá štruktúra kompaktná a ovinok je ďalej, preto je rozdiel medzi priemerom a objemnosťou väčší. V priadzi RA06 je štruktúra otvorenejšia a ovinok je bližšie pri tele priadze – vzdialenosť bodov v grafe obr. 28 je menšia.
Graf obr. 29 znázorňuje počty jednotlivých typov ovinkov na všetkých troch typoch priadzí. Je tu vidieť, že jednotlivé priadze nemajú rovnaký počet typov ovinkov.
Konfidenciu nebolo možné v grafe znázorniť, lebo meranie bolo uskutočnené len na jednej cievke z jedného typu priadze. Konfidenciu by bolo možné získať, ak by meranie prebehlo na viacerých cievkach z jednej priadze. Predpokladali sme, že vzhľadom na typ použitej vývodky sa charakter a štruktúra priadze bude meniť (obr. 6 [15]).
Očakávaná zmena z hľadiska výskytu rôznych typov ovinkov a ich počtov sa potvrdila.
V tab. 5 v prílohe B sú uvedené stredné hodnoty pre uhly a objemnosti vrátane konfidenčných intervalov pre jednotlivé typy ovinkov a priadzí. Graficky sú získané dáta porovnávané v grafoch v prílohe B obr. 30 31. Uhol pre typ ovinku E nebolo možné hodnotiť, vzhľadom na to, že sa jedná o typ ovinka s krížovým vinutím.
Pre zhodnotenie významnosti faktorov (typ použitej vývodky, typ ovinka) bola použitá jednofaktorová analýza rozptylu Analysis Of Variance. Anova je všeobecne
používaná skratka anglického Analysis Of Variance, slovensky analýza rozptylu. Modul Anova slúži na porovnanie rôznych zdrojov alebo vlastností rôznych tried materiálu na základe zmeraných hodnôt alebo charakteristík. Tieto zdroje sa nazývajú faktormi.
Cieľom je rozhodnúť, či sa stredná hodnota meranej veličiny pre rôzne faktory líši, alebo nie. To sa preukazuje testovaním hypotézy o vplyve faktora na strednú hodnotu.
Predpokladom pre výpočet je normalita dát pre jednotlivé úrovne faktorov a neprítomnosť vybočujúcich meraní. [31]
V prílohe B tab. 6 a 7 sú uvedené výsledky Analýzy rozptylu. Cieľom analýzy bolo posúdiť, či sa charakter danej kategórie ovinka medzi jednotlivými priadzami štatisticky odlišuje alebo nie (porovnávané boli zistené hodnoty uhlov a objemnosti ovinkov kategórie A u jednotlivých priadzí, následne bolo hodnotenie vykonané i pre ostatné kategórie ovinkov).
Z tab. 5 a grafu obr. 30 vyplýva, že uhly jednotlivých ovinkov na všetkých typoch priadze majú rovnaký trend. Z tab. 6 a) príloha B vyplýva, že pri porovnaní priadzí RA01 – RA03 sa uhol významne mení v ovinku typu A a C. Uhol ovinka typu B je nevýznamný v porovnaní RA01 – RA03. Uhly sú rovnaké. Pri porovnaní priadzí RA01 a RA06 sa uhol významne mení vo všetkých typoch ovinka okrem typu D. Pri porovnaní priadzí RA03 a RA06 sa uhol významne mení pri type ovinku B, C a F.
Z tab. 5 a grafu obr. 31 vyplýva, že objemnosť jednotlivých ovinkov na všetkých typoch priadze má rovnaký trend. Z tab. 6 b) príloha B vyplýva, že je objemnosť pri párovom porovnaní medzi priadzami vo väčšine prípadov nevýznamná. Významná je len pri porovnaní RA01 – RA03 pri type ovinku B, pri porovnaní priadzí RA01 a RA06 pri type ovinka F a pri párovom porovnaní RA03 a RA06 pri typoch ovinka C a F.
Tieto dve charakteristiky – uhol a objemnosť, by mali ukázať, či by bolo možné pomocou nich ovinky zaraďovať do jednotlivých kategórií. Z výsledkov použitej anovy vyšlo, že je uhol vo väčšine prípadov významne odlišný, jednotlivé kategórie sa medzi sebou líšia a nie je jedno pri porovnávaní priadzí RA01 a RA03 či je ovinok A alebo C.
Objemnosť bola vo väčšine prípadov rovnaká vo všetkých typoch ovinkov, preto hodnotenie objemnosti v jednotlivých typoch ovinkov nepomôže pri zaraďovaní
