ВВЕДЕНИЕ
Коренная проблема современного этапа развития отечественной текстильной промышленности состоит в повышении конкурентоспособности ее продукции. Путь ее решения лежит в повышении качества продукции, а также в снижении издержек производства, при этом низкая стоимость рабочей силы не является доминирующим фактором с учетом существующих особенностей рынка рабочей силы в Юго-Восточной Азии и других регионах, являющихся нашими конкурентами.
Применительно к текстильному и отделочному производствам снижение издержек может быть достигнуто, прежде всего за счет:
сокращения расхода технологической воды;
- снижения энергетических затрат на сушку;
- сокращения расхода основных и вспомогательных веществ;
- увеличения производительности оборудования;
снижения вредного влияния текстильного производства на окружающую среду;
- снижения производственных затрат на выпуск продукции. Перспективным направлением решения данных задач является использование новых, передовых технологий, к числу которых бесспорно относится пенная технология. Это обусловлено, прежде всего тем, что применение пен в качестве технологических сред в подготовительных и отделочных процессах текстильного производства позволяет переводить относительно небольшие количества растворов в двухфазную газожидкостную систему, характеризующуюся значительно большим объемом, чем объем вспениваемой жидкости.
Пенная технология позволяет также решать и ряд других важных задач, связанных непосредственно с особенностями текстильного производства, и позволяющая повысить качество продукции, придать ей новые по-
12
требительские свойства, а также получить значительный экономический эффект. К их числу, в частности, можно отнести:
- расширение ассортимента отделочных операций с получением ориги- нальных колористических эффектов;
- обеспечение возможности локального нанесения отделочных препаратов на лицевую или изнаночную сторону текстильного материала;
- повышение вязкости наносимых растворов;
- снижение нагрузок, действующих на обрабатываемый материал;
- уменьшение миграции отделочных препаратов и другие.
Понятно, что при таком наборе положительных качеств перспективность пенной технологии сохранится еще долго, предопределяя острую актуальность теоретических и экспериментальных ее исследований.
Интерес к пенам как к технологическим средам возникал периодиче- ски, и впервые обработка текстильных изделий в пене была предложена еще в 1931 году. В многочисленных патентных заявлениях предлагалось применение вспененного раствора для отделки, крашения и печатания тканей.
В 50-е годы изучалась возможность применения пен в качестве печатных красок для пигментной печати. Основанием для этого служил тот факт, что пены во многом схожи по своим свойствам с эмульсиями, широко применявшимися в качестве загустки в печатных красках.
В 70-е и 80-е годы по мере возрастания остроты проблемы охраны окружающей среды, пены, как технологические среды, использовались с переменным успехом в подготовительных и отделочных операциях, таких как беление, крашение, печатание, карбонизация и заключительная отделка текстильных материалов, т.е. во всех тех операциях, которые связаны с потреблением больших объемов воды. Применение пенных технологических сред, в данном случае, позволяет значительно сократить количество потребляемой воды и снизить затраты на выпуск единицы продукции.
13
За последние двадцать лет был накоплен большой экспериментальный материал, обобщение которого позволило выявить преимущества и недостатки пенной технологии, а также предложить целый ряд технологических процессов отделочного производства с использованием пен в качестве технологических сред.
Однако, до настоящего времени пенная технология не получила широкого распространения на отделочных предприятиях текстильной промышленности.
Основной причиной столь осторожного отношения работников производственной сферы к данной технологии объясняется высокой степенью риска работы с неустойчивыми системами, к которым относится пена. Для получения воспроизводимых результатов при подготовке или отделке текстильных материалов необходимо, чтобы заданные параметры определяющих свойств обрабатывающей среды (плотность, концентрация, вязкость, температура, pH и др.) оставались постоянными в определенном временном интервале.
Кроме того, при использовании технологических пен требуется более жесткий контроль за структурой текстильного материала, его волокнистым составом и капиллярными свойствами.
Отсутствие отработанных технологических процессов и оборудования текстильного производства с использованием пенной технологии во многом обусловлено отсутствием системного комплексного подхода к исследованию этой интересной, но сложной технологии. Большое число работ, выполненных к настоящему времени, носили односторонний, отрывочный характер, когда рассматривались лишь отдельные, хотя и интересные аспекты данной проблемы. Такой подход не позволял создать работоспособные в условиях отечественного производства аппараты и техпроцессы.
Данная актуальная проблема может быть решена, на наш взгляд, лишь при системном, комплексном подходе к изучению и разработке процессов
14
пенной технологии с взаимоувязыванием вопросов получения пен, нанесения их на текстильный материал и взаимодействия с последним.
К числу наиболее глубоких и систематизированных исследований в области пенной технологии и, в частности, печатания текстильных материалов, можно отнести работы Киселева A.M.
Анализ полученных им данных, а также результатов ранних исследований автора [1-3] позволяет сделать важный вывод, который заключается в том, что широкое внедрение пенной технологии в производство возможно только в том случае, когда для конкретных технологических процессов будет предусматриваться специализированное пеногенерирующее и пенонаносящее оборудование.
Это еще раз подтверждает актуальность темы диссертационной работы и целесообразность проведения комплексных исследований в области текстильной науки и практики, направленных на разработку научно обоснованных технологических и технических решений, способствующих более широкому применению пенной технологии в текстильном производстве.
Цель настоящей диссертационной работы заключалась в научном обосновании, разработке и внедрении практически значимых и аппара-турно оформленных пенных технологических процессов текстильного и красильно-отделочного производств текстильной промышленности, обеспечивающих выпуск текстильных материалов с улучшенными потребительскими и эксплуатационными свойствами при одновременном снижении стоимости за счет уменьшения энергетических и материальных затрат при их производстве.
Для достижения поставленной в диссертационной работе цели были решены следующие задачи:
- проведен анализ работ, выполненных в области пенной технологии, и оценены результаты ее использования в текстильном производстве;
15
- выполнены теоретические и экспериментальные исследования
процесса пенообразования и свойств получаемой пены при механическом перемешивании пенообразующих жидкостей;
- выполнены теоретические и экспериментальные исследования процесса пенообразования и свойств получаемой пены при барботаже газа в пе-нообразующую жидкость;
- проведены теоретические и экспериментальные исследования реологических свойств высокодисперсных низкократных пен;
- изучены закономерности, характеризующие гидродинамическую устойчивость пены, и исследованы факторы, влияющие на изменение поверхностно-объемных свойств обезвоженных пен;
- проведены теоретические и экспериментальные исследования процесса взаимодействия высокодисперсных пен с текстильными материалами;
- с учетом структурно-механических свойств текстильных материалов и кратности пены предложен механизм взаимодействия между ними; ;
- разработаны методики и экспериментальные лабораторные установки для получения и нанесения высокодисперсных пен на текстильные материалы, а также изучения их свойств;
- разработаны новые научно обоснованные эффективные технологические и технические решения:
а) в области карбонизации шерсти;
б) в области прядения натуральных и химических волокон;
в) в области шлихтования и полихроматического крашения нитей основы;
г) в области печатания текстильных материалов;
д) в области крашения трикотажных полотен.
- сконструированы и изготовлены опытные образцы пеногенерирующих и пенонаносящих устройств, реализующих разработанные в диссертационном исследовании технологические и технические решения в области прядения, ткачества и отделки текстильных материалов;
16
- проведена производственная апробация разработанных технологических и технических решений и составлены рекомендации по их внедрению в текстильное производство.
Объектами исследований в диссертационной работе являлись:
- высокодисперсные низкократные пены;
- образцы опытных пеногенераторов, реализующих различный принцип получения пены;
- устройства для нанесения пены на текстильные материалы;
- репейная шерсть;
- продукты прядильного производства - шерстяная лента, ровница и пряжа гребенной системы прядения, льняная пряжа;
- ткани и трикотажные полотна различного волокнистого состава.
При проведении теоретических исследований были использованы ме- тоды теории подобия и анализа размерностей; основные положения гидродинамики и основы теории массопереноса в капиллярно-пористых телах.
Экспериментальные исследования проводились с применением методов физического моделирования, дисперсионного анализа, реологических и физико-механических испытаний, спектрофотометрических измерений. Эксперименты проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры и специально разработанных и изготовленных лабораторных стендов. Обработка экспериментальных данных выполнялась с применением методов математической статистики на ПЭВМ.
Научная новизна диссертационной работы заключается в новом, комплексном подходе к объекту исследования, заключающемся в проведении теоретических и экспериментальных исследований на стыке коллоидной химии, химии поверхностных явлений, процессов и аппаратов химической технологии, текстильной химии и текстильного материаловедения.
17
Использование данного подхода позволило получить новые научные результаты, к числу которых относятся:
разработка научных основ получения высокодисперсных однородных пен с заданными свойствами и применения их в технологических процессах текстильного и отделочного производств;
выявление закономерности образования и диспергирования пен при использовании скоростных мешалок. Получение математических выражений для анализа и расчета плотности и поверхностно-объемных свойств пены в зависимости от свойств пенообразующей жидкости и параметров перемешивающих устройств;
- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение закономерности, характеризующей зависимость кратности монодисперсной
^ пены, получаемой при барботаже газа в жидкость, от вязкости пенообра-
зующей жидкости, ее плотности и поверхностного натяжения ша границе раздела двух фаз, а также от среднего диаметра пузырьков газа;
- теоретическое обоснование причины образования воздушных пробок и снарядного движения пены при перемещении ее по напорным трубопроводам;
- разработка основ теории течения высокодисперсных низкократных пен в поле сдвиговых напряжений. Установление закономерностей, характеризующих реологические свойства пен в зависимости от их плотности,
W' дисперсности и вязкости пенообразующей жидкости;
- теоретическое обоснование и экспериментальное определение условий получения устойчивых пен и выявление закономерностей, характеризующих процесс их разрушения. Вывод расчетного уравнения для определения скорости истечения жидкости из пены в начальный период после ее получения;
разработка и исследование механизма распределения жидкости, выделившейся из пены, в структуре текстильного материала; |
