VLIV SEŘÍZENÍ KOMPAKTNÍHO
PRSTENCOVÉHO DOPŘÁDACÍHO STROJE NA VLASTNOSTI VYPŘEDENÉ PŘÍZE
Diplomová práce
Studijní program: N3106 – Textilní inženýrství
Studijní obor: 3106T017 – Oděvní a textilní technologie Autor práce: Bc. Martin Juhás
Vedoucí práce: Ing. Eva Moučková, Ph.D.
Liberec 2015
Diploma thesis
Study programme: N3106 – Textile Engineering
Study branch: 3106T017 – Clothing and Textile Engineering
Author: Bc. Martin Juhás
Supervisor: Ing. Eva Moučková, Ph.D.
Liberec 2015
Tento list nahraďte
originálem zadání.
Prohlášení
Byl jsem seznámen 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 vědom 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 vypracoval 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:
5 Poděkování
Touto cestou bych velice rád poděkoval vedoucí své diplomové práce Ing. Evě Moučkové Ph. D. a konzultantce Ing. Petře Jiráskové za odborné vedení, cenné rady a připomínky k této diplomové práci.
Další poděkování patří celému kolektivu podniku Schoeller Křešice s.r.o. za poskytnutí materiálů, vytvoření materiálů během běžného provozu pro zpracování diplomové práce a za poskytnuté konzultace při návštěvách v provozu výše jmenovaného podniku.
V neposlední řadě bych rád poděkoval všem, kteří se i malou radou, či pomocí s jazykovou korekturou podíleli na tvorbě této diplomové práce.
6 Abstrakt
Diplomová práce se zabývá vlivem změny nastavení kompaktního prstencového dopřádacího stroje na kvalitu výsledné vlnařské příze. Pro experiment byly vybrány příze vlnařská směsová česaná v poměru 80% WO/
20% PA a příze z vláken nomex. Při dopřádání byl sledován vliv velikosti průtahu a velikosti úrovně podtlaku na vlastnosti příze při zachování stejných parametrů vypřádané příze. Sledovanými vlastnostmi byly pevnost, tažnost, nestejnoměrnost, počet silných a slabých míst, počet nopků a chlupatost.
Měření bylo provedeno na aparaturách Uster Tester 4 SX, Zweigle G 567, Instron 4411. Naměřené hodnoty byly statisticky zpracovány.
Klíčová slova: příze, nestejnoměrnost, chlupatost, tažnost, pevnost, průtah, kompaktní předení, podtlak
Abstract
This thesis examines the influence of changes to the settings of the compact ring spinning machine for the quality of wool yarn. For the experiment were chosen two yarns - worsted yarn and yarn composed of nomex fibers. The first yarn is worsted yarn composed of 80% WO/ 20% PA and second yarn is composed of nomex fibers only. We compared the influence of the draw ratio and the size of vacuum on the properties of the yarn while keeping the same parametrs of spun yarn. The observed properties were strenght, elongation, mass unevenness, number of thin and thick places, number of neps and hairiness. Measurements were performed on experimental apparatures Uster Tester 4 SX, Zweigle G 567, Instron 4411. The measurement values were statistically analyzed.
Key words: yarn, unevenness, hairiness, elongation, strength, draw ratio, compact spinning, vacuum
7 Seznam použitých symbolů a zkratek
Symbol Popis Jednotka
Ap deformační práce do přetržení [J]
CV hmotová nestejnoměrnost [%]
CVma strojová nestejnoměrnost [%]
F absolutní pevnost v tahu [N]
H index chlupatosti příze [-]
l délka [m]
L0 délka vzorku příze v okamžiku upnutí [m]
Lp délka vzorku příze v okamžiku přetržení [m]
m hmotnost [kg]
n počet [-]
N(μ,σ2) normální rozdělení náhodné spojité veličiny [-]
Nm číslo metrické [m/g]
P pevnost [N]
Pmax maximální pevnost [N]
R poměrná pevnost v tahu [N/tex]
s směrodatná odchylka [-]
s2 rozptyl vypočítaný z hodnot náhodně vybraného souboru
dat [-]
S3 součtové kritérium chlupatosti příze [1/100m]
T jemnost [tex]
U lineární hmotová nestejnoměrnost [%]
8
v variační koeficient [%]
Zk kritický zákrut [m-1]
Zmax úroveň maximálního počtu zákrutů [m-1]
εp tažnost [%]
σ2 rozptyl základního souboru dat [-]
μ střední hodnota [-]
ANOVA analysis of variance (analýza rozptylu)
ITMA the International Exhibition of Textile Machinery OE open end (dopřádání s otevřeným koncem)
PA polyamid
WO wool (vlna)
9
Obsah
1. Úvod ... 11
2. Rešeršní část ... 14
2.1. Příze ... 14
2.2. Jemnost ... 15
2.3. Pevnost ... 15
2.4. Tažnost ... 17
2.4.1. Měření pevnosti a tažnosti ... 18
2.5. Nestejnoměrnost a vady v přízi ... 18
2.5.1. Strojová nestejnoměrnost ... 21
2.5.2. Měření hmotové nestejnoměrnosti a vad v přízi ... 22
2.6. Chlupatost ... 23
2.6.1. Měření chlupatosti ... 23
2.7. Vlákenné materiály ... 25
2.7.1. Vlna ... 25
2.7.2. Nomex ... 26
2.7.3. Polyamid 6.6 ... 26
2.8. Technologie výroby vlnařské příze v podniku Schoeller Křešice s.r.o. ... 27
2.9. Kompaktní dopřádání, stávající poznatky a předpoklady ... 28
2.10. Použité statistické metody vyhodnocení naměřených dat ... 33
3. Experimentální část ... 39
Vyhodnocení hmotové nestejnoměrnosti ... 41
Vyhodnocení chlupatosti přízí ... 47
Vyhodnocení chlupatosti přízí naměřené na Uster Tester 4SX ... 47
Vyhodnocení poměrné pevnosti a tažnosti ... 54
10
Vyhodnocení poměrné pevnosti ... 55
Vyhodnocení tažnosti ... 58
Vyhodnocení počtu vad v přízi ... 61
Vyhodnocení počtu slabých míst -50% ... 65
Vyhodnocení počtu nopků +200% ... 69
Závěr ... 71
4. Literatura ... 76
11
1. Úvod
Při pohledu na zítřek bychom si měli připomenout známou zásadu, že minulé výsledky nejsou automaticky zárukou budoucích úspěchů.
Problematika změn a jejich řešení je neopominutelnou složkou znalostí a této diplomové práce. Nabízí se otázka: „Vzniknou na základě naší současné či budoucí činnosti objevná řešení výrobků, nebo technologií, která významně posunou hranice textilního průmyslu?“
„Stroje a nástroje průmyslového věku nám daly sílu převyšující možnosti našich svalů. Nástroje digitálního věku posilují schopnosti našich mozků.“
Bill Gates Tyto dvě věty shrnují podstatu toho, co je v mnohých publikacích sdělováno o dalším kroku do budoucnosti. Nejen technici jsou dnes zvyklí na jasné definice, výpočty, simulace, modelování, digitalizace a sdílení databází.
Všichni strávíme více času u počítačů, a tím se naše komunikace přesouvá do virtuálního prostředí kyberprostoru. Pokud diplomová práce rozšíří, či doplní v některých méně známých detailech vaše dosavadní informace o textilních procesech, strojírenství, textilním materiálech a současně vás inspiruje k zamyšlení nad tím, jak je textilní průmysl jako celek připraven na budoucnost v době stále dynamičtějšího rozvoje nových technologií na počátku třetího tisíciletí, tak splnila svoje poslání.
Za revoluční lze považovat vývoj, při němž jsou zavedeny zcela nové technologie a jsou eliminovány procesní stupně. Poklidnou hladinu prstencového předení zčeřilo kompaktní předení, které bylo představeno na výstavě ITMA 99 a to hned třemi výrobci (Rieter, Zinser, Suessen). Proces
12
kompaktního dopřádání, používaný výše zmíněnými výrobci, je možno specifikovat jako pneumomechanický. Je velmi důležité nejen poznání funkce vzduchu ve vztahu k vláknům a přízi, ale také správné nastavení a seřízení vzduchotechnických parametrů na stroji. Jak je možné si představit, nebyla cesta dobývání světa kompaktním předení snadná, avšak své místo ve světě textilního průmyslu již několik let má.
Na stroji pro kompaktní předení je před výstupem z průtahového ústrojí instalována zhušťovací zóna, která zpravidla pomocí podtlaku vzduchu zužuje a zhušťuje vlákennou stužku tak, že při zakrucování se vlákna stejnoměrněji napínají a jsou pevněji zachycena do vznikající příze v porovnání s klasickým prstencovým dopřádacím systémem. Zařízení sestává z rotujícího perforovaného bubínku nebo řemínku, přes který se nasává vzduch usměrňující průchod vláken, případně je možno použít magneticko-mechanické zhušťovací ústrojí (1).
Cílem práce je analyzování vlivu průtahu a podtlaku vzduchu na kompaktním prstencovém dopřádacím stroji na vybrané vlastnosti vlnařské kompaktní příze. Vyrobené příze stejné jemnosti a zákrutu z různě jemného přástu stejné suroviny za použití různých úrovní podtlaku vzduchu v kompresní zóně budou podrobovány testování. Předpokládaným výsledkem je jak stanovení optimálního seřízení stroje pro výpřed příze stávajících nebo dokonce lepších vlastností, tak možná analýza zvýšení produkce v operaci předpřádání (tj. možnost výroby hrubšího přástu) bez negativních dopadů na kvalitu výsledné vypředené kompaktní příze.
Diplomová práce je členěna na dvě hlavní části a to rešeršní a experimentální. Výsledky jsou shrnuty a zakončeny samostatným závěrem. V rešeršní části práce jsou nejprve zavedeny základní pojmy a definice pro příze a jejich základní užitné vlastnosti (poměrná pevnost, tažnost, hmotová nestejnoměrnost, vady v přízi, chlupatost), technologický postup výroby vlnařské česané příze v podniku Schoeller Křešice s.r.o. Experimentální část je věnována samostatnému měření hlavních vlastností přízí a následnému matematicko-statistickému zpracování a vyhodnocení naměřených dat.
13
Pro tuto práci byl firmou Schoeller Křešice s.r.o. připraven soubor kompaktních prstencových přízí. Vypředeny byly dvě sady přízí. Sada česaných směsových přízí (80%WO/ 20%PA) a druhá sada přízí z meta- aramidových vláken s obchodním označením nomex. Na vzorcích přízí bylo provedeno měření dle normy ČSN 80 0700 pomocí přístroje Instron 4411, kde se zjišťovala pevnost a tažnost. Pro měření hmotové nestejnoměrnosti, vad a chlupatosti dle normy ČSN 80 0706 byl použit přístroj Uster Tester 4 SX. Na přístroji Zweigle G656 se provádělo měření chlupatosti dle normy IN 22 102 01/01. Pro měření zákrutu byl použit zákrutoměr MesdanLab a měření probíhalo dle normy ČSN 80 0701. Výsledky všech měření byly statisticky vyhodnoceny.
14
2. Rešeršní část
2.1. Příze
Příze je délková textilie, složená ze spřadatelných vláken přírodních, chemických střiží a jejich směsí. Sestává se z vláken, která byla zbavena nečistot, částečně napřímena a urovnána do rovnoběžné polohy s osou příze.
Takto upraveným vláknům je v dalším technologickém procesu udělen zákrut pro jejich zpevnění. Při přetrhu příze dochází i k přetrhu vláken (2).
Jednoduchá příze je vlákenný svazek urovnaných vláken zpevněných přádním zákrutem. Vlákna jsou v přízi uložena přibližně ve šroubovicích.
Při výrobě kompaktní příze, na kompaktním prstencovém dopřádacím stroji je vlákenná stužka více zhušťována vlivem podtlaku vzduchu díky čemuž se částečně eliminuje přádní trojúhelník. Vzniká příze, která má odlišné vlastnosti než – li klasická příze vyrobená na prstencovém dopřádacím stroji.
Modifikace prstencového dopřádacího stroje spočívá v zařazení zhušťovací zóny mezi zónu protahování a zónu tvorby příze. Díky částečné eliminaci přádního trojúhelníka je tvořena příze, která má částečně odlišnou strukturu od klasické prstencové příze. Název kompaktní příze vyjadřuje podstatu předení a výslednou přízi, ve které jsou vlákna „natěsnána“ a příze je
„celistvá“, „hutná“.
Obr. 1: Příze - prstencová a kompaktní příze (3)
15 2.2. Jemnost
Jemnost, tj. „délková hmotnost“ se vyjadřuje nepřímo. Vyjadřuje vztah mezi hmotností délkové textilie m a její délkou l. Pro vyjádření jemnosti se běžně používá soustava tex (2).
, (1)
Kde T jemnost [tex], m hmotnost [g], l délka [km].
Další možností vyjadřování jemnosti příze je pomocí tzv. číslování – číslo metrické, které je definováno poměrem délky l a hmotností m délkové textilie dle vztahu:
, (2)
Kde Nm číslo metrické [-], l délka [m],
m hmotnost [g].
Systém tex se začal zavádět na základě mezinárodní dohody z roku 1967 namísto několika rozdílných způsobů označování jemnosti příze (4).
Některé z těchto způsobů jsou používany dodnes. Zmíníme např. tzv. titr denier (den), který se používá pro označování jemnosti multifilů, nebo číslo anglické (Ne), které se stále používá v zahraničí (4).
2.3. Pevnost
Pevnost vyjadřuje odpor materiálu při namáhání tahem. Pevností v tahu se rozumí mezní odolnost materiálu při účinku tahové síly. Udává se silou potřebnou k přetržení příze, jednotkou pevnosti F je [N]. Protože pevnost příze je ovlivněna jemností, udává se tzv. poměrná pevnost R [N/tex]. To umožňuje
16
porovnávání pevnosti přízí různých jemností. Poměrná pevnost R je definována vztahem:
, (3)
Kde R poměrná pevnost v tahu [N/tex], F absolutní pevnost v tahu [N], T jemnost příze [tex].
Poměrná pevnost je maximální hodnota specifického napětí. Pevnost příze je určena nejen pevností samotného vlákenného materiálu, ale i strukturálními faktory – např. zákrutem, stupněm napřímení vláken, migrací vláken a dalšími vlivy (5).
Graf na obr. 2 znázorňuje vliv počtu zákrutů na pevnost příze. Vlivem zakrucování svazku vláken jsou vnější vrstvy vláken napínány, tím se vyvodí síly, které stlačují vlákna uvnitř příze k sobě, roste tření mezi vlákny a tím pevnost příze. Při nižších zákrutech vlákna prokluzují (prokluzující konce přenášejí menší sílu než neprokluzující), proto nárůst pevnosti není lineární.
Rostoucí zákrut způsobuje stlačení a lepší sevření vláken, což omezuje možnost prokluzů vláken. S rostoucím zákrutem však dochází ke zvětšování sklonu vláken vzhledem k ose příze, vlákna se dostávají z hlediska pevnosti do méně příznivého stavu (jsou více a více napínána) a současně jejich poloha znamená méně příznivé geometrické poměry pro rozklad sil ve vláknech – přenášejí menší sílu. Nárůst pevnosti se proto zpomaluje. Po překročení tzv.
kritického zákrutu není již možné více stlačit vlákna uvnitř příze, dochází tak k deformaci příze (pravděpodobně jako důsledek vzpěrného namáhání vnitřních vrstev vlákna z větších poloměrů). Povrchová vlákna díky svému sklonu vzhledem k ose příze a tím, že jsou maximálně napnutá, nejsou schopna přenášet vnější zatížení, dochází tak k jejich přetrhu, tím klesají síly stlačující vlákna uvnitř příze, dochází k dalšímu poklesu pevnosti příze a následně k jejímu přetrhu (6; 7).
17
Obr. 2:Vliv počtu zákrutů na pevnost příze (1) 2.4. Tažnost
Tažností se rozumí celkové poměrné prodloužení při přetržení. Tažnost je možno vyjádřit následujícím vztahem:
, (4)
kde εP poměrné prodloužení při přetržení – tažnost [%], Lp délka vzorku příze v okamžiku přetržení [m],
L0 délka vzorku mezi upínacími čelistmi v okamžiku upnutí [m].
Zkoušky tažnosti probíhají současně se zkouškami pevnosti. To umožňuje také zjišťovat deformační práci Ap do přetržení viz obr. 3 – pracovní křivka při tahovém namáhání příze (8).
18
Obr. 3: Pracovní křivka při tahovém namáhání příze (8) 2.4.1. Měření pevnosti a tažnosti
Pevnost a tažnost byla měřena na přístroji Instron 4411 . Zkoušený materiál o definované délce je uchycen do čelistí přístroje. Horní pohyblivá čelist na příčníku se za definované rychlosti posunuje nahoru. V průběhu měření dochází k zaznamenávání změny protažení a síly vynaložené k posunu příčníku. Po přetržení příze se příčník zastaví a čelist se vrací do původní polohy. Tento proces se opakuje podle nadefinovaných veličin.
2.5. Nestejnoměrnost a vady v přízi
Hmotová nestejnoměrnost CV příze patří mezi mimořádně významné vlastnosti. Tato vlastnost příze přímo ovlivňuje vzhled tkanin a pletenin, s hmotovou nestejnoměrností příze souvisí variabilita některých dalších vlastností (např. pevnosti). Hmotovou nestejnoměrností rozumíme spojité kolísání hmotnosti krátkých úseků délkového vlákenného produktu. Za vznikem nestejnoměrnosti ve vlákenných útvarech je obecně náhodné rozložení vláken v průřezu produktu, náhodný charakter vláken, chyby ve výrobě.
Hmotová nestejnoměrnost délkového vlákenného útvaru je důležitá a často sledovaná vlastnost. Proto je třeba tuto vlastnost délkových textilií sledovat již od počátku zpracovatelského procesu výroby příze. Je třeba ji nejen kontrolovat, ale i správně vyhodnocovat, aby na základě těchto vyhodnocení mohly být provedeny patřičné zásahy do technologie (nastavením stroje či
19
nutnou revizí stroje), tak aby hmotová nestejnoměrnost byla snížena na co nejmenší možnou míru (9; 10).
Vyjádření hmotové nestejnoměrnosti:
a) Parametry:
- Lineární hmotná nestejnoměrnost U [%], - kvadratická hmotná nestejnoměrnost CV [%], - limitní hmotná nestejnoměrnost CVlim [%], Ulim[%], - index nestejnoměrnosti I,
- výrobní nestejnoměrnost CVf [%], Uf [%], - strojová nestejnoměrnost CVm [%], Um [%]
- míra odchylek DR(x,L) [%]
b) Charakteristickými funkcemi:
- Spektrogram,
- délková variační funkce,
- modul poměrné přenosové funkce.
- DR funkce
Lineární hmotová nestejnoměrnost vyjadřuje střední lineární odchylku od střední hodnoty hmotnosti délkového úseku vlákenného útvaru. Kvadratická hmotová nestejnoměrnost je variační koeficient hmotnosti délkových úseků vlákenného útvaru.
Obr. 4: Spektrogram příze Nomex se zaznamenanou periodickou vadou
20
Charakteristické funkce vystihují strukturu nestejnoměrnosti. Na jejich základě lze analyzovat příčinu hmotové nestejnoměrnosti a predikovat nestejnoměrnost vzhledu plošných textilií. Jejich nevýhodou je, že nepopisují hmotovou nestejnoměrnost jedním číslem. Spektrogram je amplitudový záznam harmonických složek kolísání hmoty délkového vlákenného produktu v závislosti na vlnové délce zaznamenávající periodickou hmotnou nestejnoměrnost (obr. 4). Délková variační křivka znázorňuje závislost vnější hmotové nestejnoměrnosti na délce úseku vlákenného produktu. Vnější hmotná nestejnoměrnost vyjadřuje variabilitu hmotnosti mezi úseky délky L (obr. 5) (11).
Obr. 5: Délková variační křivka
V průběhu kolísání náhodné funkce hmotnosti na krátkých úsecích se mohou vyskytovat extrémní přírůstky nebo poklesy, jedná se o vady přízí.
V přízi se mohou objevit místa slabá, silná (obr. 6) a nopky. Běžně se sleduje počet slabých míst na -50% (pokles průřezu příze překračující kontrolní hranici -50%) a silných míst +50% (nárůst průřezu překračující kontrolní hranici +50%). Překročení hranice musí mít jistý délkový rozsah, který je u vlnařských typů vláken 60 mm. Pokud příze v příčném průřezu zesílí na malém délkovém úseku (1 – 4 mm) o 200%, hodnotíme tuto vadu jako nopek. (9).
Obr. 6: Slabá a silná místa v přízi (9)
21
Jako nástroj k vyhodnocení vlivu nestejnoměrnosti vložené daným strojem v technologii výroby příze, je možno použít strojovou nestejnoměrnost.
2.5.1. Strojová nestejnoměrnost
Strojová nestejnoměrnost je nestejnoměrnost, kterou do vlákenného produktu vložil sledovaný stroj.
𝐶𝑉𝑚𝑎 = 𝐶𝑉𝑓𝑛2 − 𝐶𝑉𝑓𝑛−12 , (n.1)
kde CVma strojová nestejnoměrnost [%],
CVfn výrobní nestejnoměrnost produktu na výstupu ze stroje [%],
CVfn-1 výrobní nestejnoměrnost produktu na vstupu do stroje [%].
Výrobní nestejnoměrnost lze vypočítat dle vztahu (n. 2)
𝐶𝑉𝑓 = 𝐶𝑉𝑒𝑓2 − 𝐶𝑉lim2 , (n.2)
kde CVf výrobní nestejnoměrnost, tj. nestejnoměrnost kterou vložil do produktu celý výrobní proces [%],
CVef efektivní nestejnoměrnos (naměřená) [%], CVlim limitní nestejnoměrnost [%].
V případě směsové příze je limitní nestejnoměrnost vypočtena:
𝐶𝑉
lim 𝑐=
𝐶𝑉lim 𝑖2 𝑘𝑖=1 ∗𝑇𝑖2
𝑇𝑐
,
(n.3)kde CVlim c limitní nestejnoměrnost směsové příze [%],
CVlim i limitní nestejnoměrnost podílu í – té komponenty v produktu [%],
22
Ti jemnost podílu í – té komponenty v produktu [tex].
𝐶𝑉lim 𝑖 =100
𝑛 ∗ 1 + 0.0004 ∗ 𝑣𝑑2, (n.4) Rozšířený Martindaelův vztah v rov. n.4 slouží k výpočtu limitní nestejnoměrnosti u vláken kruhového průřezu.
Jestliže je počítána limitní nestejnoměrnost příze obsahující PA vlákna, použijeme vztah, kde můžeme zanedbat variační koeficient průměru vlákna pro kruhová vlákna (n.5).
𝐶𝑉lim 𝑖 =100
𝑛 (n.5)
kde n střední počet vláken dané komponenty v průřezu produktu [-],
vd variační koeficient průměru vláken [%].
2.5.2. 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 xikolísá kolem střední hodnoty x̄.
(6)
Směrodatná odchylka svypovídá o tom, jak se od sebe navzájem liší hodnoty v souboru zkoumaných dat. Je-li malá, jsou si prvky souboru většinou navzájem podobné. Naopak velká směrodatná odchylka signalizuje velké odlišnosti.
35
(7) Variační koeficient v je definovaný jako poměr směrodatné odchylky s a průměru x̄.Čím nižší je variační koeficient, tím je větší homogenita souboru.
(8) Při výpočtu výběrových charakteristik se formulují závěry z omezeného počtu měření provedeném na vybraném zkušebním vzorku, který reprezentuje celý soubor. Jelikož jednotlivé naměřené hodnoty díky nahodilosti vzájemně kolísají, kolísají i vypočtené hodnoty výběrových charakteristik (průměr, rozptyl), takže nemají pevnou hodnotu. Konečné, správné hodnoty parametru souboru leží uvnitř určitého intervalu, jehož velikost je závislá na přesnosti, se kterou byly stanoveny příslušné hodnoty výběrových charakteristik. Proto je při vyhodnocování výsledků měření nutné klást důraz především na výpočet intervalu spolehlivosti daného parametru θ (za parametr θ je považována střední hodnota, rozptyl souboru). Interval od L1 do L2 se nazývá 100 (1-α) % interval spolehlivosti, pokud pro něj platí, že pravděpodobnost výskytu parametru θ je v tomto případě právě 1-α (10).
, (9) Kde je kvantilem studentova rozdělení se stupněm volnosti
(n-1).
V případě, že počet vad na 1 km příze je menší než 30, nelze použít výše uvedenou statistickou metodu (10), neboť rozdělení daného počtu vad je nesymetrické, odpovídá Poissonovu rozdělení celočíselných náhodných veličin.
Pro konstrukci intervalu spolehlivosti je doporučeno použít rozdělení chí kvadrát a konstruovat interval spolehlivosti dle rovnice (11).
36
1 2𝑁𝜒2
2
∝(𝑣3) ≤ 𝜆 ≥2𝑁1 𝜒1−𝛼 2
2 (𝑣4) (10)
𝑣3 = 2 ∗ 𝑁 ∗ 𝜆ˆ (11)
𝑣4 = 2 ∗ (𝑁 ∗ 𝜆ˆ+ 1) (12)
Kde v3 a v4 (11) jsou počtem stupňů volnosti, N je počet měření a 𝜆ˆ je pozorovaný počet výskytů náhodného jevu v jednom pokusu, tj. počet vad v přízi [1/1000m].
Pro porovnání naměřených souborů dat byla zvolena metoda ANOVA.
Jedná se o všeobecně používanou metodu jejíž název je odvozen z anglického analysis of variance, česky analýza rozptylu. Modul ANOVA slouží k porovnání různých zdrojů nebo vlastnosti různých tříd materiálu na základě změřených hodnot nebo charakteristik. Tyto zdroje se nazývají faktory.
Podstatou analýzy rozptylu je rozklad celkového rozptylu dat na složky objasněné (známé složky variabiltiy) a složku neobjasněnou, o které se předpokládá, že je náhodná (28). Cílem je rozhodnout, zda se střední hodnota měření pro různé faktory liší, či nikoliv. To se prokazuje testováním hypotézy o vlivu faktoru na střední hodnotu.
Faktory se vyskují na jistých úrovních. Zdrojem variability výsledků měření yij jsou jednotlivé úrovně faktoru. Tomu odpovídá jednoduchý model:
𝑦𝑖𝑗 = 𝜇𝑖+ 𝜀𝑖𝑗 (13)
Kde 𝜇𝑖 je skutečná hodnota výsledků analýz a 𝜀𝑖𝑗 je náhodná chyba.
Veličina i se rozkládá na složku odpovídající celkovému průměru μ ze všech úrovní faktoru a efektu i-té úrovně daného faktoru i.
𝜇𝑖 = 𝜇 + 𝛼𝑖 (14)
Testuje se shoda jednotlivých úrovní, tj.nulová hypotéza H0: 1=2=3,
resp.H0: i =0. (tj.vliv efektu je nevýznamný).
37
Sleduje-li se jeden faktor jde o jednofaktorovou analýzu, sledují-li se faktory dva, jde o dvoufaktorovou analýzu. Model analýzy rozptylu má v tomto případě tvar:
𝑦𝑖𝑗𝑘 = 𝜇𝑖𝑗 + 𝜀𝑖𝑗𝑘 (15)
Kde μij je skutečná „teoretická“ hodnota výsledku analýzy pro kombinaci faktorů a εijk značí náhodnou chybu. Podobně jako u jednofaktorové analýzy rozptylu můžeme i zde provést rozklad μij na celkový průměr, složky αi odpovídající efektům faktoru Z, složky βj odpovídají efektům faktoru L a interakce τij.
𝜇𝑖𝑗 = 𝜇 + 𝛼𝑖+ 𝛽𝑗 + 𝜏𝑖𝑗 (16) Člen τij označuje efekt interakce úrovní.
Výsledkem dvoufaktorové analýzy rozptylu je tab. A vypočítenými testovacími kritérii FA, FB, FT:
Tab. A: Analýza rozptylu pro dvojné třídění s interakcí Tukeyova typu
𝑆𝑇 = ( 𝑁𝑖=1 𝑀𝑗 =1𝑦𝑖𝑗𝛼𝑖𝛽𝑗)
2 𝛼𝑖2 𝑀𝑗 =1
𝑁𝑖=1 𝛽𝑗2 (17)
Pomocí F-kritéria se testuje nulová hypotéza. Nulová hypotéza H0:“Tukeyova interakce je nevýznamná“, pro kterou lze poučít testovací statistiku FT z tabulky A. Za předpokladu platnosti nulové hypotézy H0 má tato testovací statistika F-rozdělení s 1 a N M – N – M stupni volnosti. Pokud nelze
38
tuto hypotézu zamítnout, testuje se nulová hypotéza H0: αi = 0, i = 1,...,N (efekty řádků, čili faktoru A, jsou nevýznamné) pomocí statistiky FA nebo nulová hypotéza H0: βj = 0, j = 1, …, M (efekty sloupců, čili faktoru B, jsou nevýznamné) pomocí statistiky FB. Obě tyto testovací statistiky jsou uvedeny v tabulce A. Za předpokladu platnosti hypotézy H0 má F-rozdělení s N – 1 a (N - 1) (M - 1) stupni volnosti a statistika FB také F rozdělení s M – 1 a (N - 1) (M - 1) stupni volnosti. Pokud však vyjde FT vyšší než odpovídající kvantil F- rozdělení, je efekt Tukeyovy interkace významný (28).
Pokud vyjde vliv jednotlivých efektů jako významný, jsou rozdíly mezi průměry μi, μj, i≠j, významné. Pro hlubší analýzu se pak používá technika výcenásobného porovnání. Testujeme hypotézu H0: μi = μj pro všechny dvojice (i, j), která se zamítá. Při platnosti nulové hypotézy H0 má tato testovací statistika F-rozdělení s 1 a N – K stupni volnosti. Hypotéza H0 se zamítá, pokud je Fq větší než kvantil F1 – α (1, N - K) (28).
Předpokladem pro výpočet je normalita dat pro jednotlivé úrovně faktorů a nepřítomnost vybočujících měření. Předpoklad normality není zcela nezbytný, rozdělení náhodné veličiny však musí být relativně „rozumné“, tj.
alespoň blízké normálnímu. Předpoklad o shodnosti rozptylů naopak důležitý je (29).
39
3. Experimentální část
Příze pro diplomovou práci byly dodány firmou Schoeller Křešice s.r.o.
Pro lepší přehled je jejich souhrn uveden v tab. 1. Příze byly vyrobeny z přástů o třech různých jemnostech. Tyto přásty představují standartně vyráběný přást a přást o ±10 % standartní hodnoty jemnosti u směsové příze (80%WO/
20%PA) a ±20% standartní hodnoty jemnosti přástu u příze vyrobené z meta- aramidových vláken (Nomexu). Dodané příze mají zachovánu stejnou jemnost a zákrut jako standartně vyráběné příze, ale v průběhu dopřádaní se měnil průtah a podtlak. Při kompaktním dopřádání byly na stroji nastaveny pro všechny jemnosti přástu dvě různé hodnoty úrovně podtlaku sacích trubic. Z důvodu ochrany výrobních údajů firmy Schoeller Křešice s.r.o. jsou v diplomové práci označeny jemnosti přástu číselně a to 1,2 a 3, vzestupně od nejjemnějšího přástu.
Na kompaktních prstencových dopřádacích strojím Suessen Fiomax 2000 byl změřen podtlak, který vytváří ventilátor. Otáčky ventilátoru zvolené pro experiment jsou 14 000 ot/min a 19 000 ot/min. Těmto otáčkám ventilátoru odpovídají hodnoty 2,4 kPa a 3,9 kPa, tyto hodnoty jsou v experimentální části dále značeny jako a a b. Minimální hodnota otáček ventilátoru na kompaktním dopřádacím stroji Suessen Fiomax 2000 činí 13 000 ot/min. Při této hodnotě se, ale ukázal výpřed příze z nomexových vláken problematický, a proto bylo jako minimální hodnota otáček ventilátoru při výpředu zvoleno 14 000 ot/min.
V případě, že hodnota podtlaku klesne pod 2 kPa není již vliv kompaktního dopřádaní na přízi znatelný, nedochází k zhušťování vláken v zhušťovací zóně a částečné regulaci přádního trojúhelníka.
V experimentu sledujeme vliv změny průtahu v průtahovém ústrojí kompaktního dopřádacího stroje a vliv změny úrovně podtlaku sacích trubic na vlastnosti výsledné příze. Sledovanými vlastnosti příze jsou nestejnoměrnost, počet vad, pevnost, tažnost, chlupatost. Cílem diplomové práce je určit zda změna úrovně podtlaku a změna průtahu v závislosti na předkládaném přástu statisticky významně ovlivní sledované vlastnosti.
40
Výsledkem diplomové práce bude zpracování dat a jejich předložení firmě Scholler Křešice s.r.o., která předložená data může využít ke zlepšení technologického, ale i ekonomického procesu výroby kompaktní příze.
Statistické vyhodnocování naměřených dat bylo prováděno ve statistickém programu QC Expert. Výsledkem statitického zpracování dat byly tyto veličiny: aritmetický průměr, směrodatná odchylka, 95% interval spolehlivosti středních hodnot a byla použita statistická metoda ANOVA pro vyhodnocení hypotézy o vlivu faktoru na střední hodnotu sledovaných vlastností. Nejprve jsou naměřené hodnoty posuzovány dvoufaktorovou analýzou ANOVA, následně jsou hodnoty podrobeny hlubší analýze - testu párového porovnání všech dvojic úrovní. Jednotlivé úrovně jsou navzájem posuzovány na hladině významnosti 5% a jsou porovnávány z hlediska statistické významnosti změn.
Tab. 1. Přehled přízí použitých pro experiment
Zákrut udělený při dopřádání na kompaktním prstencovém dopřádacím stroji Suessen Fiomax 2000 byl proměřen v laboratořích katedry textilních technologií Technické univerzity v Liberci. Měření probíhalo dle normy ČSN 80 0701 na přístroji MesdanLab. Na každém jednom potáči ze sady šesti potáčů přízí vypředených pro experiment bylo provedeno 10 měření, a naměřené hodnoty byly následně statisticky vyhodnoceny.
Materiál Jemnost příze T [tex]
Jemnost přástu
Podtlak [kPa]
Zákrut z [m-
1]
2,4 539 534 ; 543
3,9 538 532 ; 544
2,4 537 530 ; 543
3,9 540 534 ; 545
2,4 561 554 ; 569
3,9 556 549 ; 562
2,4 855 847 ; 864
3,9 876 866 ; 886
2,4 843 835 ; 852
3,9 872 861 ; 882
2,4 875 866 ; 884
3,9 883 872 ; 894
80% WO/
20% PA 10
standart - 10%
standart standart
+10%
95% Interval spolehlivosti IS pro
zákrut z [m-1]
Nomex 25
standart - 20%
standart standart
+20%
41 Parametry použitých vláken:
Nomex: střední délka vláken 71,1 mm; střední jemnost vláken 2,2 dtex.
WO: střední délka vláken 65 mm; střední jemnost vláken 16,5 µm.
Hustota 1320 kg/m3.
PA: střední délka vláken 65 mm; střední jemnost vláken 2,2 dtex.
Pro výpočet limitní nestejnoměrnosti vlněné příze byl použit variační koeficient průměru vláken vd=21%.
Vyhodnocení hmotové nestejnoměrnosti
Měření nestejnoměrnosti probíhalo v laboratoři KTT na měřicím přístroji Uster Tester 4 SX. Tento přístroj proměří přízi z hlediska její hmotové nestejnoměrnosti, chlupatosti a vad (slabá a silná místa, nopky). Na vypředených experimentálních přízích byly provedeny na každém potáči tři měření při rychlosti 400 m/min po dobu 1 minuty. Počet potáčů v jedné sadě:
6. Měření probíhalo v souladu s ČSN 80 0706 (Zjišťování a hodnocení hmotové nestejnoměrnosti pramenů, přástů a nití). Před zkouškou byly vzorky klimatizovány dle normy ČSNE ISO 139. Výsledky statistického zpracování dat hmotové nestejnoměrnosti jsou uvedeny v tab. 2 a graficky znázorněny na obr. 16 a 17. Výsledky dvoufaktorové analýzy jsou uvedeny v tab. 3, výsledky párového porovnání dvojic ůrovní jsou v tab. 4.
Tab. 2 : Přehled zpracovaných výsledků naměřených hodnot hmotové nestejnoměrnosti
Materiál
Jemnost příze T
[tex]
Jemnost
přástu Podtlak Nestejnoměrnost CVm [%]
Směrodatn á odchylka
s [%]
a 14,34 0,37 14,18 ; 14,51
b 14,74 0,94 14,30 ; 15,17
a 14,03 0,44 13,83 ; 14,23
b 14,05 0,51 13,82 ; 14,29
a 15,04 0,91 14,62 ; 15,46
b 14,28 0,44 14,08 ; 14,48
a 19,05 0,25 18,94 ; 19,17
b 18,88 0,22 18,78 ; 18,98
a 20,90 0,24 20,79 ; 21,01
b 18,82 0,22 18,72 ; 18,92
a 19,67 0,24 19,56 ; 19,78
b 19,06 0,26 18,94 ; 19,18
95% Interval spolehlivosti IS
[%]
Směs 80%
WO/
20% PA 10
1 2
3
Nomex 25
1
2 3
42
Obr. 16: Krabicový graf – výsledky hmotové nestejnoměrnosti příze Nomex
Obr. 17: Krabicový graf – výsledky hmotové nestejnoměrnosti směsové příze
Tab. 3: Výsledky testu ANOVA - dvoufaktorové porovnání
Na základě výsledků dvoufaktorové analýzy rozptylu (Anova) lze konstatovat, že změna průtahu na kompaktním prstencovém dopřádacím stroji v rozsahu 20% statisticky významně ovlivnila nestejnoměrnost výsledné příze Nomex na hladině významnosti 5%, zatímco vliv podtlaku je statisticky nevýznamný. Vzájemná kombinace podtlaku a průtahu má statisticky významný vliv na nestejnoměrnost příze Nomex. Změna průtahu v rozsahu
10% a podtlaku na kompaktním dopřádacím stroji statisticky významně ovlivnila nestejnoměrnost výsledné směsové příze. Vzájemná kombinace
Materiál Zdroj variability F-kritérium Kritický
kvantil Vliv faktoru P - hodnota
Průtah 8,48 3,09 Významný 0,000395
Podtlak 0,80 3,94 Nevýznamný 0,374659
Interakce 6,77 3,09 Významný 0,001751
Průtah 113,28 3,09 Významný 5,446E-26
Podtlak 384,79 3,94 Významný 2,35542E-35 Interakce 140,61 3,09 Významný 2,96874E-29 Nomex
Směs 80%
WO/ 20%
PA
