.METODY TESTOVÁNÍ VLÁKENNÉ SUROVINY Na strukturu nadvlákenného útvaru ( pramen, přást, příze …) má zásadní vliv makrostruktura vlákenné suroviny. Tak vlastnosti jako délka vláken, jemnost vláken, specifická pevnost vláken, zralost vláken odpovídají u bavlnářských přízí za 80 % kolísání v jakostním čísle – CSP. Přitom specifická pevnost vláken je považována za nejdůležitější vlastnost, ovlivňující jakostní číslo. Vlastnostmi vláken vzhledem k jejich užitnosti v bezvřetenové přízi se zabýval SHESHAN: Vlastnosti vláken pro bezvřetenovou přízi vyjadřuje indexem jakosti FQI: FQI =
kde
L1 * f * ZR M
L1 f ZR M
- je 50%-ní rozpětí délky z fibrografu - je specifická pevnost vláken [cN/tex] ze Stel-o-metru - je zralost vyjádřená koeficientem zralosti - je jemnost [Micronaire]
Na základě regresní analýzy používá pro jakostní číslo příze CSP vztah: L1p * f q * ZR r CSP = K * Mk kde
p,q,r,k, - jsou regresní koeficienty K - je konstanta
Dále byl zkoumán vztah mezi vlastnostmi vláken a specifickou pevností příze fp L * f * ZR f p [cN / tex] = 1 M
p
Je nutno podotknout, že velikosti koeficientů se týkají vždy konkrétních přízí, surovin a technologie. Na základě potřeb praxe jsou pro bezvřetenové předení preferovány vlastnosti bavlny v uvedeném pořadí: - pevnost vláken - jemnost vláken - délka vláken a její rozdělení - zralost vláken - znečištění suroviny - barva vláken
Pevnost vláken Jemnost vláken Délka vláken
– je definována jako svazková pevnost z Pressley testeru – definována jako Mikronérní hodnota z přístroje Micronaire – původně byla definována z kladeného staplu. Tato metoda byla opuštěna a nahradila ji metoda Fibrografu (Autosampler) - byla měřena původně metodou polarizovaného světla v mikroskopu. Tato metoda je velmi pracná a byla nahrazena tzv. kaustifikační metodou pomocí Micronaire před a po merceraci v 18%-ním NaOH.
Zralost vláken
ZR = Čistota suroviny Barva vláken
MI surovina *10 2 MI po merceraci
- měřena metodou Trash Selectoru, kde lze nastavit čisticí účinek - posuzována podle etalonů
Z ukazatelů jakosti vláken lze vyjádřit index jakosti Icj
m I cj = exp ∑ β i * ln z ij2 i =1
[ ]
βi =
xi
∑x i =1
zij
je „váha“ i-té charakteristiky
m
i
- je dílčí funkce užitnosti
[(
z i = exp − 1 − H ( wi ) * wi kde
3
)]
H(wi) je Heavisideova funkce, pro niž platí: wi < 0 , pak H(wi) = 0 wi ≥ 0 , pak H(wi) = 1
wi =
H (I ) − M H MH −MS
z funkce „užitnosti“.
Další přístupy pro hodnocení využití vlastností vláken v přízi („Ruská škola“ – Korickij)
U predikce vlastností přízí se zavádí ukazatel geometrických vlastností vlákna, zahrnující délku na 2,5 %, index zralosti a jemnost vláken: UGV = [0,1* Ma * (1,25 − 0,015 * Ma )* ZI ]*
1 Tv
kde UGV Ma ZI Tv
- je ukazatel geometrických vlastností vláken - je tzv. masodlina: Ma = L2 + 4,7 L2 = délka na 2,5 % - je index zralosti - je jemnost vláken [tex]
Pak např. poměrná pevnost bezvřetenové příze: P=
3 PI − MI 1 4 ZI UGV 0 , 48 − * 3,8 * 3 * * * UGV 100 Φ 1,587 12,5 Tp
kde Φ = Tp
Φ
- je koeficient spřadatelnosti
1 − 0 , 075 ln Tp
a PI – MI je Pirklův index Takovéto výpočty se dají zvládnout pomocí výpočetní techniky. Pro použití ve výrobě je nutná rychlá znalost vstupních parametrů. Pak lze přispět k predikci vlastností příze, k úsporám při míchání. V současnosti lze za pomoci metod HVI mít znalosti o vlastnostech suroviny z každého balíku. STANOVENÍ OPTIMÁLNÍ SMĚSI
Směsování je základním prostředkem k projektování vlastností příze a plošné textilie - po stránce pevnosti - po stránce jemnosti - po stránce stejnoměrnosti - po stránce ceny Směsovat lze - přírodní vlákna s přírodními vlákny (bavlny různých provenience) - přírodní vlákna s chemickými vlákny (vylepšení staplu, zlepšení pevnosti) - přírodní vlákna s přírodními vlákny a chemickými vlákny - atd.
Typ chemických vláken: B-typ jemnost T = 1,6 – 2,5 dtex V-typ T = 5 – 10 dtex T-typ T = 10 tex
délka l = 35 – 45 mm l = 100 mm l = 150 mm
Směsování
Směsováním může být dosažena - fyzikálně homogenní směs ( v každém úseku je rozložení komponent v souladu s manipulací – např. 45/55 vlna/polyester - fyzikálně nehomogenní směs (např. jádro / plášť – jádrová příze). Zásady stanovení optimální směsi: - směsování má zlepšit vlastnosti nadvlákenného útvaru (zvýšení užitné hodnoty, zlepšení užitných vlastností) - směsování má zajistit stejnoměrné rozložení komponent ve směsi - směsování je vedeno snahou o snížení nákladů při stejné užitné hodnotě Optimální směs je stanovena na základě statisticky významných laboratorních a praktických zkoušek. Přitom je potřebné uvést do souladu technické a ekonomické ukazatele. K tomu slouží modelování regresní analýzou (lineární a nelineární regrese). Technické a ekonomické ukazatele příze jsou uvedeny v tabulce: Model technických ukazatelů příze X1- pevnost X2 – jemnost X3 – stejnoměrnost X4 – alfa zákrutová X5 – chlupatost X6 – vzhled X7 - ……
Model ekonomických ukazatelů příze Y1 – cena surovin Y2 – energetická náročnost Y3 – doba zpracování Y4 – výtěžnost – odpadovost Y5 – cena hotové příze Y6 - …… Y7 - ……
V souhrnu je model složen jak z technických, tak z ekonomických ukazatelů: Model = F( X1, X2, X3, X4, X5, X6,……Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, ………) Posouzení jakosti směsování
o jakosti směsování se hovoří ve smyslu kvality promísení komponent, které by mělo být homogenní, tzn., že ve směsi neexistují shluky vláken jednotlivých komponent. V praxi se však prokazuje, že se vlákna ve směsi vyskytují ve svazcích (shlucích) [NECKÁŘ], jako by vlákna byla přitahována stejným typem vláken. Kvalitu směsování lze posuzovat: -
výpočtem na základě stanovení počtu vláken pod mikroskopem chemicky na základě stanovení obsahu komponent postupným rozpouštěním.
Jakost směsování se pak vyjadřuje nestejnoměrností směsování. Toto lze provádět na různých úrovních technologického postupu. Ze směsi lze odebírat vzorky a ty poté podrobit analýze na stejnoměrnost směsování
Mějme k komponent a odeberme n vzorků. Obsah x jednotlivých komponent ve vzorcích pak stanovíme ze schématu (matice): x11 x21 . . . xi1 . . xk1
x12………x1j………x1n x22………x2j………x2n . . . . . . . . xi2………xij………xin . . . . . . xk2………xkj………xkn
Z uvedených se vypočítají průměrné hodnoty zastoupení komponenty ve směsi x1 =
1 n ∑ x1 j n j =1
. . . xi =
1 n ∑ xij n j =1
2
si =
1 n ∑ (xij − xi ) n − 1 j =1
. . xk =
1 n ∑ xkj n j =1
a poté směrodatné odchylky s1, s2, …si, …sk a variační koeficienty v1, v2, …vi,…vk Z toho celková nestejnoměrnost směsování je průměrná hodnota nestejnoměrnosti (variačních koeficientů) ve vzorcích:
v=
1 k ∑ vi k i =1
Čím je nestejnoměrnost směsování menší, tím je lepší promíchání. Dále lze počítat stupeň směsování. Počítá se odchylka obsahu jednotlivých komponent ke jmenovité hodnotě: ∆i =
xi* − xi xi*
kde xi * je jmenovitá hodnota zastoupení komponenty ve hmotnostních procentech. Stupeň směsování je pak dán vztahem:
S = 100 −
1 k ∑ ∆i k i =1
Čím je hodnota stupně směsování vyšší, tím je promíchání lepší. Analýza průřezu délkové textilie
Analýza průřezu délkové textilie se provádí za účelem určení rozmístění vláken jednotlivých komponent v průřezu délkové textilie (pramene, přástu, příze). Analyzuje se tvorba shluků vláken, kvalita promísení, atd. Přitom je nutno si uvědomit, že pramen obsahuje 103 – 104 vláken, takže počítání jednotlivých druhů vláken pod mikroskopem by bylo velmi pracné. Používají se proto chemické metody a postupné rozpouštění jednotlivých komponent. S výhodou lze pomocí jednoduchého zařízení rozdělit podélně úsek pramene na více (např. 10) úseků. Počítá se pak průměrný obsah jednotlivých komponent na 1 úsek příčného řezu a nestejnoměrnost (v [%]) směsování v jednom úseku. Variace z více úseků je pak dána v=
1 m ∑ vi m i =1
kde i = 1,2,……m je počet úseků
Příze
V průřezu příze je 101 – 102 vláken. Tento počet vláken je již zvládnutelný mikroskopickými technikami. Směsování může být určeno z průřezu příze početně, z fotografického snímku, popř. pomocí systémů obrazové analýzy. Četnost vláken jednotlivých komponent je poté nutno přepočítat na hmotnostní podíly. Analýzu rovnoměrnosti směsování je možno provádět - sektorálně - radiálně. Pro stanovení stejnoměrnosti směsování je vhodné určit těžiště příčného řezu příze. To je možno stanovit jako bod o souřadnicích x = průměrná hodnota souřadnic xi všech průřezů všech vláken bez rozdílu komponent y = průměrná hodnota souřadnic yi všech průřezů všech vláken bez rozdílu komponent
Radiální analýza
Průřez příze se dělí na soustředné kruhy (mezikruží) - se stejnou plochou - nebo se stejným přírůstkem poloměru Počítá se průměrný hmotnostní obsah vláken jednotlivých komponent v jednotlivých mezikružích, nestejnoměrnost (v[%]) výskytu jednotlivých komponent v jednotlivých mezikružích a pak nestejnoměrnost přes celý průřez. Vlákno se započítává do toho mezikruží, kam padne jeho střed (těžiště průřezu vlákna). Vysoké hodnoty nestejnoměrnosti směsování znamenají nevhodný výběr komponent, které se špatně promíchávají. Sektorální analýza
Průřez příze se rozdělí na kruhové výseče se středem v těžišti. Nestejnoměrnost směsování se vyjádří stejně jako u radiální analýzy. Postupuje se však nikoli přes mezikruží, ale přes sektory (výseče)
Migrace
Zvláštní případ radiální analýzy je migrace. Migrace je definována jako pohyb vláken během zpracování a užívání, a to jak v podélném, tak také v příčném směru. Pohyb (migrace) vláken podporuje takové vlastnosti, jako např. plstivost a žmolkovitost. Např. u tuhých vláken polyesteru se hovoří o „rapírovém efektu“ , kdy konce vláken vyčnívají z tělesa příze (tkaniny) a používáním se posouvají směrem ven. Migrací se zabýval HAMILTON, který definoval 3 faktory, ovlivňující směr migrace a velikost migrace: 1. faktor: vlákna. Vlákna a jejich vlastnosti, zejména vzhled, délka, jemnost, tvar příčného průřezu, koeficient tření, mechanické vlastnosti (tuhost), mají vliv na směr migrace – vlákna migrují buď směrem ven z příze, nebo dovnitř příze
2. faktor: příze. Příze, zejména její jemnost, zákrut a směšovací poměr má vliv na velikost migrace 3. faktor: technologie, zejména seřízení strojů a systém předení má vliv na velikost migrace.
Rozhodující vliv dle HAMILTONA má rozdíl délek vláken komponent a rozdíl jemností. Krátká vlákna mají snahu migrovat ven a rovněž hrubá vlákna mají snahu migrovat ven. Koeficient migrace dle HAMILTONA
a) Mskut. > Mst M1 =
M skut . − M st *10 2 M vnější − M st
[%]
b) Mskut. < Mst M1 =
M skut . − M st *10 2 M st − M vnitřní
[%]
kde M1 Mskut Mst Mvnější Mvnitřní M1 > 0 M1 < 0 M1 = 0 M1 = 100
- je koeficient migrace sledované komponenty - je moment skutečného rozložení vláken sledované komponenty - je moment stejnoměrného – ideálního rozložení vláken sledované komponenty - je moment rozložení vláken sledované komponenty pouze ve vnější vrstvě příčného průřezu příze - je moment rozložení vláken sledované komponenty pouze ve vnitřní vrstvě příčného průřezu příze. - znamená, že vlákna sledované komponenty se nacházejí více ve vnější vrstvě příčného průřezu příze - znamená, že vlákna sledované komponenty se nacházejí více ve vnitřní vrstvě příčného průřezu příze - znamená ideální rozložení - znamená, že vlákna sledované komponenty se nacházejí pouze ve vnitřní vrstvě ( - 100%), nebo ve vnější vrstvě (+ 100%).
Zaplnění příze (nitě)
Zaplnění je specifickým ukazatelem příze a dalších nadvlákenných útvarů. Je dáno vztahem
µ= kde
µ γ ρvl.
- je zaplnění příze - je hustota příze [kg/m3] - je hustota vláken [kg/m3]
γ ρ vl
[1]
Zaplnění je možno stanovit např. pyknometricky. Existuje také u ostatních textilií. Textilní útvar monofil ostře kroucené hedvábí bavlněná příze česaná bavlněná příze mykaná bavlněný přást bavlněný pramen „pórovitost“ tkanina pletenina
zaplnění 1 0,75 – 0,85 0,5 – 0,6 0,4 – 0,55 0,1 0,03
0,15 – 0,30 0,1 – 0,2
dřevo useň
0,3 – 0,7 0,33 – 0,66 Zaplnění souvisí se zakroucením vlákenného útvaru, při kterém dochází ke stlačení objemu vláken v tělese příze.
p=
Další veličiny popisující přízi: Průměr příze
Substanční průměr (JOHANSEN) DS = 4 T
kde
T ρ
(π ρ ) - je jemnost příze [tex] - je hustota [kg/m3]
Poměrná jemnost
τ = T t = DS d
2
k p *µ 3 µ3 1 − 3 µ mezní
3
kde
t d
- je jemnost vláken - je průměr vláken
Průměr příze D (D> DS) Poměr DS/D je vztahem průměru příze k jemnosti.
µ=
DS2 4T = ⇒D=K* T 2 D π D2 ρ
kde µ je zaplnění příze K=
2
πµρ
Zákrut příze
Zákrut příze je veličina, která se váže ke skupině monotónně kroucených přízí (počet otáček vložených do délkového elementu příze). Intenzita zákrutu je dána
κ =π D Z Köchlinův koeficient zákrutu
α K = Z * T = κ µ ρ / 4π
[m-1 tex1/2]
Zobecněný zákrutový koeficient
α * = Z *T q kde
q
- je zákrutový kvocient
q = 2/3 → PHRIXŮV zákrutový kvocient Dle ČSN αP = a = Z * T2/3
Zkoušení zákrutů
Při zkoušení zákrutů můžeme vycházet ze tří základních předpokladů: jedna otáčka zakrucovacího orgánu na 1 m znamená 1 zákrut/m. Tyto zákruty zjistíme obráceným postupem – rozkrucováním.
zakroucením vlákenného svazku určité jemnosti nebo nití při skaní doleva určitým počtem zákrutů dojde ke zkrácení původní délky o tutéž hodnotu, jako když budeme vlákenný svazek (příze, nitě) zakrucovat doprava. Jinými slovy: zkrácení při zakrucování určitým počtem zákrutů je stejné, ať kroutíme na jednu nebo na druhou stranu. stoupání šroubovice na povrchu příze nebo nitě je při stejných počtech zákrutů a různých jemnostech přízí stále stejný Jako přístroje slouží ke zkoušení zákrutů zákrutoměry. Zákruty jsou přístroje, které přízi (nit) upnutou v čelistech na nastavené upínací délce rozkrucují. Otáčky potřebné k rozkroucení úseku příze (nitě) jsou registrovány na počitadle, resp. na displeji. Schéma zákrutoměru je na obr.. Pro zkoušení zákrutů se používají různé metody metoda přímá se používá pro skané nitě metoda nepřímá s napínačem a omezovačem se používá pro jednoduché předené příze z krátkých ( staplových vláken ) metoda nepřímá do překroucení se používá pro hedvábí
Obr.
Schéma zákrutoměru 1 – otočná čelist, 2 – výkyvná čelist, 3 – motorek s regulací otáček, 4 – výkyvné rameno spojené s čelistí 2, 5 - předpětí, 6 – displej, 7 – stupnice změn délky zkoušené nitě, 8 – zarážka výkyvného ramene – omezovač Metoda přímá Skaná nit je uchycena v čelistech zákrutoměru 1 a 2 , které jsou vzdáleny o upínací délku l0. Ukazatel změny délky nitě je nastaven na 0. Nit je rozkrucována otáčkami motorku 3 až do stavu, kdy skaná nit neobsahuje žádné zákruty (ze skané nitě se stala nit družená). Přitom se vlivem předpětí 5 vyklání výkyvné rameno 4 spojené s čelistí. Na stupnici 7 můžeme odečíst změnu délky rozkroucených nití a vypočítat z ní seskání. Zákruty na metr [m-1] se vypočtou přepočítáním z upínací délky. Metoda nepřímá napínače s omezovačem
Jednoduché příze nelze pod napětím daným předpětím rozkroutit tak, aby neměly žádný zákrut. Takto rozkroucená příze má pevnost danou pouze soudržností vláken a přetrhla by se. Při této metodě se nejprve zkusmo stanoví přibližná hodnota změny délky příze při rozkrucování. Do ½ této hodnoty se nastaví omezovač 8. Při dalších zkouškách zákrutu
jednoduché příze se upne vzorek tak, aby ukazatel změny délky byl na 0. Při rozkrucování se příze prodlužuje, až výkyvné rameno 4 s předpětím 5 (napínač) narazí na omezovač 8. Zkouška pokračuje tak, že otáčení čelisti 1 na motorku 3 probíhá dále stejným směrem, až se ukazatel změny délky příze vrátí zpět na 0. (Znamená to, že jsme při napínači opřeném o omezovač překročili nulové zákruty příze a zakroutili jsme ji opačnými zákruty na původní hodnotu zákrutů v přízi). Souhrnně: v upnutém úseku příze je stejný počet zákrutů jako na počátku, ale opačného směru, na displeji je dvojnásobný počet zákrutů (anebo zákruty na dvojnásobnou upínací délku) než je počet zákrutů v přízi. Počet zákrutů se přepočítá na metr. K úvaze: Má v tomto případě smysl hovořit o seskání, přesněji o sepředení? Jak bychom jej zjistili při zkoušce zákrutů? Odpověď na konci stránky1. Metoda nepřímá do překroucení
Tuto metodu používáme u těch délkových textilních útvarů, u nichž by obě předchozí metody nevedly k úspěchu. Je to zejména tvarované hedvábí. Měření probíhá ve dvou stupních. Při prvním stupni upneme nit do zaaretovaných (upevněných) čelistí a zakrucujeme nit ve směru původních zákrutů až do překroucení. Hodnotu zákrutů ponecháme na displeji. Při druhém stupni zkoušky upneme do zaaretovaných čelistí nový vzorek a rozkrucujeme jej přes nulové zákruty až do překroucení. Na displeji zůstane dvojnásobný počet zákrutů na upínací délku jako u předcházející metody. Upínací délka je předepsána normou a bývá 0,25 m, popř. 0,5 m. U ČSN je upínací délka stanovena na 0,25 m. Zákruty se přepočtou na metr. Předpětí je pro zkoušení zákrutů velmi důležité a jeho hodnota je obsažena v normách. Podle ČSN je předpětí pro skané nitě předepsáno 5 mN / tex, pro jednoduché příze 1mN / tex. Zákrutový koeficient2
Jestliže bychom zkoumali stoupání šroubovice při stejném počtu zákrutů u přízí nebo nití různé jemnosti, zjistili bychom, že stoupání šroubovice je vždy stejné. Z tohoto zjištění vychází funkční závislost, kterou vyjadřuje koeficient zákrutů α, nazývaný též zákrutovou mírou. Odvození vychází z předpokladu, že výška jednoho ovinu vlákna v ideální niti je výškou šroubovice. Po rozvinutí tohoto vlákna ( obr. ) lze psát:
tgβ =
1
π *d S
[1]
()
O sepředení nemá smysl mluvit. Měřit jsme začali od nuly a na nulu jsme se vrátili. Rovněž zkrácení vláken během předení není předmětem zájmu technologů nebo pracovníků kontroly jakosti. 2 Koeficient zákrutů je důležitou mírou v technologii předení, protože zohledňuje počet zákrutů vzhledem k jemnosti příze.
Obr.
Rozvinutí povrchových vláken v niti
mezi stoupáním šroubovice S a zákrutem platí
S=
1 Z
[m]
()
Po úpravě obdržíme:
tgβ = π * d * Z
[1]
()
Jestliže mají dvě nitě různých jemností [tex] stejný počet zákrutů, mají také stejný sklon povrchových vláken. Platí tedy:
β 1 = β 2 , resp. tgβ 1 = tgβ 2
()
Po dosazení obdržíme:
π * d1 * Z 1 = π * d 2 * Z 2 Z definice jemnosti příze počítané z průměru příze můžeme odvodit průměr příze dp: d =k T
[m]
()
konstanta k: k=
4 *T π * ρ N * 10 6
()
Po dosazení dostaneme: Z 1 * k T1 = Z 2 * k T2
Z 2 = Z1 *
T1
[m-1]
T2
()
Jestliže označíme zákruty u nitě s indexem 1 symbolem α a její jemnost T1=1, pak z předešlých vztahů platí: Z2 = Vztah Z=
α T2
α T
⇒Z =
α T
[ m-1 ]
[m-1]
()
()
je označován jako vztah Köchlinův. Tento vztah vyhovuje pro jemnost (délkovou hmotnost) nití T >10. Pro jemnosti T < 10 byl tento vztah modifikován Phrixem: Z=
α 3
T
2
[m-1]
Koeficient zákrutů α není bezrozměrné číslo! Jeho jednotkami jsou: pro Köchlinův vztah [m-1 . Mtex 1/2] pro Phrixův vztah
[m-1 . Mtex 2/3]
()
