Komplexní vyjádření kvality bavlněných vláken Jiří Militký Technická universita v Liberci Česká republika Praha, Leden 2007
Obsah Jakost vláken obecně Vlastnosti bavlněných vláken Jednoduché vyjádření jakosti bavlny Využití koncepce užitné hodnoty pro komplexní vyjádření jakosti bavlny ( index jakosti ). Vztahy mezi vlastnosti vláken a pevností příze s ohledem na jakost.
Jakost vláken I Vláknaři: jakost ve smyslu dodržení technologických parametrů (rovnoměrnost jemnost, sráživost, mechanicko fyzikální vlastnosti). Textiláci: jakost vláken s ohledem na jejich zpracovatelnost a chování při technologických operacích ( soudržnost, tření, mechanicko fyzikální vlastnosti). Uživatelé: zprostředkovaný projev vlastností v textiliích (omak, pocity při nošení, tepelné a sorpční projevy).
Jakost vláken II Přírodní vlákna: lze jen obtížně měnit cíleně jejich vlastnosti (selekce, šlechtění, genová manipulace) zaměření na zpracovatelnost. Bavlna, Lýková vlákna, Vlna. Chemická a syntetická vlákna: variací geometrie (jemnost, profil, tvar) a podmínek přípravy(rychlost zvlákňování, dloužící poměr, tepelné zpracování) lze výrazně ovlivňovat většinu vlastností. Další možností je využití modifikace a kopolymerace (chemické změny). zaměření na obecnější definici jakosti.. Viskóza, Polyamidy, Polyestery, Polyakrylonitril, Polyolefíny,
Ideální vlákno a)úměrné reciproké hodnotě logaritmu elektrického odporu. b)čas, kdy dojde k 50% nímu poklesu pevnosti na slunci (Florida). c)čas, kdy dojde v 10% ním NaOH při 100 o C k poklesu pevnosti na 50%. d)čas, kdy dojde v 10% ní HCl při 100 o C k poklesu pevnosti na 50%. e)maximální teplota, při které se může vlákno používat neomezeně dlouho Pevnost T 0,3 N.tex - 1 Tažnost BS 15 % Počáteční modul I 5 N.tex - 1 Práce do přetrhu W 40 mj. ( tex. m) -1 Navlhavost R 5 % Retence vody WR 50 % Elektrická vodivost C 0,1 a) Limitní kyslíkové číslo OI 21 Stálost na světle L 3 b ) month Odolnost vůči alkáliím Odolnost vůči kyselinám ALK 2 c) hour AC 2 d) hour Tepelná odolnost H 120 e) o C
Diagram identity 12 ti úhelník, kde na paprscích jsou relativní velikosti vlastností vláken ( vůči průměrnému). Přibližně kruhový tvar - vyvážené vlastnosti. Vlákna pro speciální účely (budou potřebné další vlastnosti)! T ideální AC BS vlákno AL I reálné vlákno H W L OI C WR Doplňkové vlastnosti: 1. Cyklický ohyb (žmolkovitost) 2. Elastické zotavení ( mačkavost). 3. Zeta potenciál (špinivost). R
Jakost bavlny U surové bavlny se běžně hodnotí: pevnost vlákna jemnost vlákna parametry staplového diagramu zralost vláken stupeň znečištění a barva Optimální vlastnost s ohledem Na maximalizaci pevnosti příze Technologie: Prstencové předení (délka > pevnost > jemnost) Rotorové předení (pevnost > jemnost > délka)
Uster HVI Spectrum
Uster AFIS Mat= /0,577
HVI a LVI základní parametry Pevnost STR [cn/tex] Tažnost EL [%] Délka Upper half mean UHM [mm] 0.22 0.21 0.2 regression model FJ = 0.038*MAT + 0.016 Mean relative error: 5.63039 Stejnoměrnost délky UI [%] Obsah krátkých vláken SF [%] Obsah nečistot TR [%] Micronaire MIC [-] 0.19 0.18 0.17 0.16 0.15 0.14 0.13 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5 Jemnost FI [tex] Zralost MAT [-]
Hraniční meze Micronaire Premium Range 3.7-4.2 Base Range 3.5-3.6 nebo 4.3-4.9 Discount Range 3.4 a pod nebo 5.0 a pod
Index geometrie vláken I FQI=(pevnost vláken*délka)/jemnost (USA) Korickij větší index lepší vlákno (SU) LVI měření průměrná délka IG = 0.1*L m *(1-SF/100)*MAT*(FI) -0.5 HVI měření UHM * UI *(100 IG 1000000* UHM * UI *(100 IGa 10000* MIC SF)* MAT FI SF)
Index geometrie vláken II Ig koreluje s hmotnou nestejnoměrností CV 100 * A I g T P 2 A 2 = 11.7 pro dlouho vlákenné bavlny a A 2 = 14.7 pro středné dlouhé bavlny. T P je jemnost příze Ig koreluje s variačním koeficientem pevnosti CV P 100 * A3 CVP Ig * 4 TP A 3 = 3.85 pro dlouho vlákenné bavlny a A 3 = 4 pro středné dlouhé bavlny.
Pevnost bavlněných vláken Empirický vztah Pevnost vláken STR souvisí jednoduše s jejich zralostí MAT MAT a * STR b dlouho vláknité a = 0,345 b = 0,42 středně vláknité a = 0,308 b = 0,725 Při komplexním hodnocení se dá použít I g také jako geometrická užitná vlastnost.
Užitná hodnota I Znaky jakosti jsou vyjádřené tzv. užitnými vlastnostmi, které jsou jednoduše měřitelné (pevnost, tažnost, navlhavost) mající u některých výrobků (např. oděvních textilií) malý význam, přímo neměřitelné (omak, vůně, komfort při použití, vzhled), které jsou zejména pro výrobky spotřebního charakteru rozhodující.
u 1 O Užitná hodnota II m-tice užitných vlastností R 1,...,R m. Na základě přímých a nepřímých měření lze stanovit ukazatele jakosti (průměr, rozptyl, kvantily, podíl prvků mimo meze atd.) x 1,...,x m. Tyto ukazatele charakterizují vhodným způsobem užitné vlastnosti. Funkční transformace (založená často na psycho-fyzikálních zákonech) definuje dílčí úroveň jakosti u f ( x, K, K ) i i D H K D je předepsaná hodnota užitné vlastnosti pro právě nevyhovující (u i = 0) a K H pro právě vyhovující (u i = 1) výrobek 0 K x
Užitná hodnota III Celková úroveň jakosti, označovaná jako užitná hodnota výrobku, je vhodný vážený obecný průměr dílčích úrovní i jsou váhy definující význam dané užitné vlastnosti a související s účelem použití výrobku. S ohledem na své vlastnosti (pro nulové u i vychází také u = 0) se obyčejně používá vážený geometrický průměr. U m exp ( ln ( u j ) ) j u ave( ui, i) 1 j
Index jakosti bavlněných vláken Využití koncepce užitné hodnoty pro m vlastností R 1,...,R m měřených pomocí LVI nebo HVI. Transformace na dílčí funkce užitnosti (lineární lomená funkce) u i f ( x, L, H) i L hodnota pro právě nevyhovující bavlnu (u i = 0.1) a H je hodnota pro zcela vyhovující bavlnu (u i = 1) Index jakosti U (s ohledem na pevnost příze) je pak vážený geometrický průměr u i s vahami i
u(x) 1 0.1 Jednostranně ohraničené vlastnosti (bavlna) Stupeň jakosti je monotónně klesající nebo rostoucí funkcí vlastnosti x. LB (menší je lepší) vlastnosti Podíl nečistot TR [%] L=6 H=2 Obsah krátkých vláken SF [%] L=18 H=6 UB (větší je lepší) vlastnosti L dolní limita Pevnost HVI STR [g/tex] H horní limita L=23 H=31 Délka UHM [mm] L=25 H=32 L H x Stejnoměrnost délky UI [%] 0.9 L=77 H=85 u( x) ( x H) 1 Tažnost EL [%] H L L=5 H=7.7
Oboustranně ohraničené vlastnosti (bavlna) Stupeň jakosti je monotónně klesající vlastnosti x na obou stranách od optimální oblasti. u(x) 1 0.1 Micronaire MIC [-] L 1 =3.4 H 1 =3.7 L 2 =5 H 2 =4.2 L 1 H 1 H 1 L 2 L 1, L 2 dolní limity H 1, H 2 horní limity x
Váhy pro index jakosti Příspěvek HVI charakteristik k pevnosti příze Váha b charakteristiky je procentní podíl dělený 100 a pak standardizovaný (součet vah musí být roven jedné). Váha parametru Rotor Ring UI [%] 0.20 0.22 MIC [-] 0.16 0.17 UHM [mm 0.14 0.24 STR [g/tex] 0.28 0.22 EL [%] 0.09 0.06 SF [%] 0.06 0.06 TR [%] 0.07 0.03
Simulační výsledky I mic = 3.5
Simulační výsledky II Index jakosti rotor : Půměr dolní mez horní mez 4.90e-001 4.86e-001 4.94e-001 Variační koeficient = 3 % Index jakosti prstenec : Půměr dolní mez horní mez 4.79e-001 4.75e-001 4.84e-001 ------------------------------------------
Bavlny použité v ČR 15 druhů bavln dovážených do ČR Základní parametry určené pomocí HVI jsou na paprskovém grafu
score 2 Slozky Vlastnosti 4 3 2 Profily Profily 2skupiny 1 2 bavln 1 0-1 -2 UI[%] MIC[-] UHM[mm] STR[g/tex] EL[%] SF[%] TR[%] 0.25 DISCRIMINATION BETWEEN COTTONS 0.2 1 2 3 4 5 0.15 0.1 6 7 8 9 10 0.05 0 2 11 12 13 14 15-0.05-0.1-0.15 1-0.2 Giza 70-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 score 1
MIC UI UHM EL SRT Vzájemné vazby STR EL UHM UI MIC
Utility value Index jakosti Druhy bavlny jsou odděleny do dvou skupin. Ve skupině s nízkým indexem U jsou bavlny s velmi nízkou pevností (č. 8, 9) nebo velmi nízkou zralostí (č.1, 2, 10). 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 ring rotor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 cotton No
Použití U Index jakosti U (komplexní kritérium) lze použít pro tyto účely: 1.Regulační diagramy (monitorování suroviny) 2. Vyjádření vhodnosti pro různé technologie předení Významnost rozdílů mezi indexy jakosti pro různé bavlny se posuzuje přes porovnání odpovídajících intervalů spolehlivosti Index jakosti je použitelný jak v přádelnách tak i pro potřeby nákupu bavlny vhodné pro různé typy přízí
Vztahy mezi vlastnostmi bavlněných vláken a přízí Parametr vlákna Staplová délka Pevnost Jemnost Zralost Obsah nečistot Stejnoměrnost délky Tažnost Tření Třída (klasifikace) Lepivost Nopky Obsah vlhkosti Vztah k přízi spřadatelnost Pevnost příze, přetrhovost spřadatelnost Pevnost, barvitelnost výtěžnost Spřadatelnost, nestejnoměrnost přetrhovost soudržnost Vzhled příze zpracovatelnost nopkovitost spřadatelnost
Časové trendy jakostních parametrů bavlny