производства войлока

Особенность нашей страны, расположенной в различных климатических это преобладание на значительной части территории суровых зим. Даже летом на северных окраинах России могут выпадать осадки в виде снега или снега с дождем, а период с положительными среднемесячными температурами составляет там всего лишь 2,5 - 3 месяцев. И в теплых южных районах Европейской части страны средняя температура воздуха в январе-феврале колеблется: от - 4С до - 7С, в абсолютном минимуме приближаясь к - 40С.
Из всех видов обуви, войлочная обувь лучше всех сохраняют от холода ноги и тем самым берегут здоровье человека.
Главной задачей обувной промышленности, производящей предметы народного потребления, является более полное удовлстворение потребностей населения в обуви с одновременным повышением ее качества н расш ...

Введение 4
Глава 1. Литературный обзор научно-технической литературы 6
Глава 2. Технологическая часть 26
2.1. Выбор и требования к использованию сырья 26
2.2. Проведение исследований по выбору технологических режимов изготовлению войлоков для верха и низа обуви 32
2.3. Выбор оборудования для изготовления войлочных полотен 45
2.4. Выбор технологических режимов 55
Заключение 62
Список литературы 64
Приложения 68

Появление в последнее время совершенно новых малооперационных, а также малоотходных технологий формования различных деталей привело:
- к повышению эффективности обувного производства;
- к сокращению технологического процесса изготовления изделий за счет исключения его отдельных стадий.
Разработка технологии изготовления обуви из войлока является на современном этапе актуальным вопросом, так как производство бесшовных изделий обеспечивает:
- значительное снижение материалоемкости за счет исключения ряда швов и припусков к ним;
- снижение материальных затрат на операциях подготовительно-раскройного и сборочного производств [7].
В части применения в обувном производстве войлок имеет следующие потребительские свойства [24] :
- во-первых, высокие гигиеническими показателями (воздухопроницаемо сть и влагоемкость);
- во-вторых, хорошие эксплуатационными (износостойкость и устойчивость к пиллингуемости.
Несомненно, преимуществами изделий из войлока являются [12]:
- возможность изготовления формоустойчивых объемных деталей без швов;
- формирование пакета материалов с заданными свойствами при уменьшении толщины и количества используемых прикладных материалов;
- снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления.
С давних пор известна технологичность войлока. Обеспечивается технологичность за счет валкоспособности шерстяных волокон, а также хорошей формовочной способности полуфабрикатов из волокон.
Существует опыт промышленного изготовления формованных войлочных головных уборов и обуви [5]. Необходимо формирование концепции процесса проектирования формованных деталей обуви из войлока, объединяющего все стадии в единый непрерывный технологический процесс:
- создание эскизного проекта;
- изготовление войлочного полуфабриката;
- изготовление и отделка изделия.
Объектом исследования в выпускной квалификационной работе являются процессы изготовления формованных деталей обуви из войлока.
Целью ВКР является разработка технологии изготовления войлочных полотен для верха и низа войлочной обуви.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
- анализ существующих методов изготовления обуви из войлока и направлений их совершенствования для создания малооперационной технологии изготовления обуви;
- анализ требований к использованию сырья для изготовления полуфабрикатов из войлока;
- проведение исследований по выбору технологических режимов изготовления войлоков для верха и низа обуви;
- рассмотрение требований к выбору оборудования для изготовления войлочных полотен;
- выбор технологических режимов;
- проведен анализ ассортимента войлочной обуви.

При валкоспособности, характеризуемой низким баллом, получается невысокое качество изделий и замедленная валка.Второй показатель, по которому предъявляются требования к выбору сырья, это линейная плотность. Качество валяных изделий напрямую зависит от линейной плотности волокна шерсти. Чем однороднее по линейной плотности волокна шерсти, тем соответственно однороднее по структуре и свойствам валяные изделия [10].Если компоненты смеси сильно отличаются по линейной плотности , то в процессе валки наиболее грубые остевые волокна выбиваются на поверхность изделия и образуют огрубевший войлокообразный застил.Еще один показатель оказывает влияние на валкоспособность смеси [7, 10]. Это вид химических волокон. Они в конечном итоге снижают валкоспособность смеси. Волокна по степени снижения валкоспособности располагаются следующим образом: - винол;- извитое вискозное волокно;- неизвптое вискозное волокно;- медно-аммиачное волокно;- триацетатное, капроновое и полипропиленовое волокна;- поливинилхлоридное, нитроновое и лавсановое волокна. Белковые волокна не оказывают влияния на валкоспособность смеси.Характеристики различных видов волокнистого сырья приведены в справочнике [7]. Для отдельных видов сырья характеристики приведем в табл. 5.Таблица 5. Характеристики различных видов волокнистого сырьяВид шерстиСтандартКачество(сорт)Группа длиныВалкоспообность, баллыМериносовая сортированная6326-7470кI, II9?570кIII, IV1064кI, II964кIII, IV9,560кI, II960кIII, IV9,5Помесная тонкая сортированная:6327-74весенней стрижки64кГребенная9,564кАппаратная1060кГребенная960кАппаратная9,5поярковаяНе ниже 60к -9,5Помесная полутонкая сортированная:6327-74весенней стрижки58-56кГребенная8,558-56кАппаратная9,5поярковая58-50к-9Помесная полугрубая сортированная:6327-74весенней стрижкиВысший сорт,1 сортАппаратная8,5поярковаяВысший сорт,-81 сорт-8,5осенняяВысший сорт,-9,51 сорт-9Из представленной таблицы [7] видно, что валкоспособность выше у мериносовой сортированной шерсти качества 79к с группой длины III, IV. Если говорить о стрижке, то лучшего качества шерсть, полученная при осенней стрижке.В таблице, приведенной в справочнике [7] даны характеристик для других видов сырья, используемого при производстве войлока:-кроссбредная сортированная (тонкая, полутонкая, полугрубая, грубая);- цигайская сортированная (полутонкая, полугрубая, отсортировки);- овечья грубая среднерусская (аппаратная, весенняя, осенняя, поярковая);- козья сортированная;- меховая первая группа качества от меховых овчин (брильная, рубка длинная, рубка короткая);- заводская крупного рогатого скота и конская (зольная, намазная, сборная).Также в справочнике [7] приводятся характеристики отходов шерстяной промышленности. К ним относятся:- камвольные и суконные;- валяльно-войлочные.2.2. Проведение исследований по выбору технологических режимов изготовлению войлоков для верха и низа обувиВалкой и свойлачиванием вырабатывают очень разнообразный ассортимент чистошерстяных нетканых материалов или с примесью других волокон. Технологический процесс производства материалов свойлачиваннем и валкой включает следующие основные операции [7, 10, 13]: - подготовку волокнистых материалов к чесанию;- кардочесание волокнистых материалов;- формирование волокнистой основы;- свойлачивание или предварительное уплотнение полуфабриката; - валку полуфабрикатов;- мокрую отделку;- сушку валяных изделий;- сухую отделку валяных изделий.Формирование волокнистой основы осуществляется на холстообразующих устройствах, дублирующих прочес, снимаемый со съемного барабана чесальной машины, в волокнистый холст или полуфабрикат другой формы [7, 10, 13].Технология производства войлока заключается в следующем. Сначала образуется основа волокнистого полуфабриката. После образования этой основы полуфабрикат подвергается сначала свойлачиванию (предварительному уплотнению), а затем валке (окончавельному свойлачиванию).Целью свойлачивания является подготовка полуфабриката к валке и превращения его затем на свойлачивающих машинах в слабоуплотненный войлок [10]. В результате проведения этой процедуры получается достаточно прочный войлок, который способен выдерживать механические воздействия на валяльных машинах.В процессе свойлачивания полуфабриката происходит сближение ii перепутывание волокон [7, 10]. После свойлачивания протяженность волокон уменьшается примерно на 10%, а после валки - примерно в 2 раза. Успешное протекание процессов свойлачивания и валки обеспечиваются следующими свойствами шерстяных волокон:- высокой растяжимостью и быстрой релаксацией;- наибольшей разницей между коэффициентом тангенциального сопротивления при движении волокон по направлению чешуек и против них;- способностью принимать более извитую, петлистую форму, фиксироваться в этом состоянии с уменьшением протяженности волокна.Наибольшее использование упругости и жесткости волокон шерсти осуществляется при соблюдении тепловой обработки полуфабрикатов. Причем при постепенном повышении температуры достигаются равномерная усадка полуфабриката по площади и равномерное повышение его объемной массы [7, 10]. Основными свойствами шерстяных волокон являются;- упругость;- растяжимость;- чешуйчатое строение поверхности;- способность к перепутыванию;- толщина, длина и извитость.Внешние усилия воспринимаются благодаря упругости волокна. Под внешних усилий при растяжении и сокращении волокна перемещаются, преодолевая действие сил трения [7, 10]. Относительно более толстые и жесткие остевые волокна способны продвигаться в процессе валки на большее расстояние, чем тонкие, поэтому грубые волокна обычно выбиваются на поверхность изделия.Т.к в условиях влажно-тепловой обработки волокна шерсти споссобны извиваться, то в процессе валки они собираются в отдельные группы и закрепляются в них верхними концами. Более извитая шерсть сваливается лучше, чем менее извитая. Короткие волокна лучше сваливаются, чем длинные, но валяные изделия только из коротких волокон, имеют меньшую механическую прочность [10].Свойлачивание полуфабрикатов производится в условиях умеренного увлажнения, которое осуществляется за счет обрызгивания водой и подогрева острым паром. Валка происходит в условиях более обильного смачивания полуфабрикатов подогретой водой с применением химических реагентов [10]. Влажно-тепловая обработка полуфабрикатов в процессах свойлачивания и валки очень необходима по причине того, что в условиях механических воздействий на свойлачивающих и валяльных машинах длительное время происходит повторяющаяся деформация шерстяных волокон. Влажно-тепловая обработка в конечном итоге способствует снижению величины потенциального вращения участков цепей макромолекул кератина шерсти. Благодаря этому повышаются гибкость и удлинение волокон при растяжении.При растяжении волокон шерсти, подвергнутых влажно-тепловой обработке, облегчается распрямление полипептидиых цепей кератина коркового слоя и в конечном итоге растяжение самих волокон. Растяжение увлажненных волокон осуществляется на большую величину, чем неувлажненных. После растяжения в течение непродолжительного времени волокна остаются способными восстанавливать полностью свою длину.Следует отметить, что увлажненные волокна легче изгибаются и перепутываются в результате механических воздействий.В процессе производства войлока осуществляется химическая обработка шерстяных волокон, что в процессе валки еще в большей степени повышает деформационные свойства кератина [10]. Растворы кислот или щелочи, проникая в структуру кератина, действуют на солевые связи, ослабляя или разрывая их.О влиянии pH среды на способность растянутых волоконк сокращению и об изменении ее судят по площади петли гистерезиса, заключенной между кривыми растяжения и сокращения. Чем больше площадь петли гистерезиса, тем в большей степени уменьшается работа при сокращении волокон по сравнению с работой при их растяжении и тем в большей степени затрудняется его сокращение (рис. 11) [10].Рисунок 11 – Кривые растяжения – сокращения шерстяных волоконНа рис. 11 приведены кривые растяжение – сокращение шерстяных волокон в воде (кривая 1), кислоте (кривая 2) и соде (кривая 3).При одной и той же нагрузке раствор кислоты способствует растяжению волокон в большей степени, чем вода [10].Площадь петли гистерезиса для раствора кислоты значительно меньше, чем для воды, т. е. работа, совершаемая волокнами при сокращении в растворе кислоты, снижается в значительно меньшей степени, чем в воде.Отсюда следует, что кислотная среда за счет снижения работы при растяжении волокон ускоряет валку полуфабрикатов, при этом практически не изменяется работа при сокращении волокон, по сравнению с водой [10]. Наиболее приемлемой для валки в кислотной среде считается рН = 1 - 1,5. Щелочная среда также облегчает растяжение волокон, но значительно снижает их способность к сокращению. Петля гистерезиса при валке в щелочной среде имеет наибольшую площадь по сравнению с петлей гистерезиса при валке в воде и кислотной среде.Приемлема при валке в щелочной среде рН = 9...10.Необходимое условие для процессов свойлачивания и валки – это наличие механических воздействий [7, 10, 12]. При свойлачивают механические воздействия осуществляются под постоянным давлением в виде толчков и трения со стороны рабочих органов. При валке они происходят в виде;- удара;- давления;- изгиба;- также трения со стороны рабочих органов.Основными механическими воздействиями при свойлачивании и валке являются давление и трение [7, 10]. В результате механических воздействий волокна изгибаютсяи растягиваются, при этом внедряются корневыми концами в группу смежных волокон. Продвижению волокон в обратную сторону препятствуют зазубрины чешуек. Причем чем меньше коэффициент тангенциального сопротивления при трении по направлению чешуек и больше коэффициент тангенциального сопротивления при трении против чешуек и чем легче растягиваются волокна в процессе валки, тем дальше проникают волокна в группу соседних, прочно закрепляясь в них. При зажиме корневого концаи отсутствии свободного места для его продвижения волокнаперемещаются по своей длине отдельными участками. Практически в процессе валки можно получить объемную массу материала 0,5-0,6 г/см3, после чего продолжение валки приводит к ослаблению и разрыву связей между волокнами и самих волокон, разваливанию полуфабриката [7, 10].Основным параметром процессов уплотнения является продолжительность обработки полуфабриката на машинах. Продолжительностью обработки определяется усадка полуфабриката по площади и объемная масса материала и тем самым механические свойства готовых материалов. Свойлачивание полуфабриката существенно влияет на качество готовых изделий [7, 10]. Полуфабрикат должен иметь:- однородную объемную массу;- равномерную поверхность;- не иметь расслоений. После технического контроля предварительно уплотненный полуфабрикат перед валкой подвергают замачиванию в валочном растворе [7, 10]. В зависимости от используемых растворов применяют:- кислотную валку, когда полуфабрикат пропитывают раствором кислоты;- щелочную валку, когда полуфабрикат пропитывают мыльно-содовым раствором. В основном в промышленности применяют кислотную валку, она по сравнению со щелочной имеет ряд преимуществ [7, 10]:- полуфабрикат сваливается быстрее и лучше;- полуфабрикат обладает большей прочностью и растяжимостью; - получается меньшее количество отходов;- полуфабрикат более однороден по внешнему виду. Недостаток кислотной валки состоит в некотором огрублении полуфабриката, которое особенно заметно на тонкошерстных изделиях. Щелочную валку применяют при валке тонкошерстных войлоков. Уплотненные полуфабрикаты перед валкой пропитывают в растворе серной кислоты на кисловочных машинах или в чанах. Основными технологическими параметрами при пропитке являются [7, 10]:- концентрация и температура раствора;- модуль ванны;- продолжительность замачивания.Концентрацию раствора серной кислоты в зависимости от волокнистого состава смеси и объемной массы устанавливают 1,5—4,5% [7]. При малой валкоспособностн смеси применяют раствор кислоты большей концентрации. Температуру раствора поддерживают 25-35 °С. Модуль ванны принимают равным 1:10. Продолжительность пропитки устанавливают до 30 мин. Чем полнее и равномернее замочен полуфабрикат раствором серной кислоты, тем быстрее и равномернее протекает процесс валки. Поэтому после пропитки полуфабрикат подвергают вылеживанию в течение некоторого времени для более равномерного распределения раствора.Для валки полуфабрикатов применяют машины, на которых осуществляются такие виды воздействий на полуфабрикат, как [7, 10]:- ударное;- скользяще-давящее;- колебательно-давящее.Валка производится в несколько периодов, между этими периодами осуществляется расправка и завертывание полуфабриката в другом направлении для изменения направления усадки [7, 10].Ударное воздействие молота осуществляется в момент со-прикосновения его с полуфабрикатом. При валке объем полуфабриката уменьшается, в результате этого нарушается соотношение рабочего объема корыта и объема обрабатываемого полуфабриката. В связи с этим на молотовых валяльных машинах имеются приспособления для изменения рабочего объема корыта машины без ее останова, что обеспечивает равномерную циркуляцию полуфабриката в течение всей валки (рис. 12) [7].Рисунок 12 – Усилия, возникающие в корыте молотовых валяльных машинахСледующий этап производства войлока – это мокрая отделка, которая включает в себя промывку, расправку и отжим [7, 10]. Промывка войлока производится на промывных машинах. Целью промывки является удаление остатков валочных растворов и других загрязнений Войлоки промывают теплой водой. Для полной нейтрализации кислотных остатков иногда в воду добавляют соду. Промывка производится врасправку, при этом достигается расправка складок и замятии.После мокрой отделки следующий этап – сушка [7, 10]. Сущность сушки заключается в удалении из изделий оставшейся после отжима влаги в виде водяных паров. В процессе сушки изделия насыщают вводимым в сушильную машину подогретым воздухом, а затем удаляемым из нее.Находящийся в сушилке воздух выполняет следующими функции:- поглощает из сушильной камеры испаряемую материалом влагу;- передает высушиваемому материалу тепло, не-обходимое для испарения влаги.После отжима содержание влаги в войлоках составляет до 150 % от массы материала.Распространенным способом сушки является конвективный, при котором передача тепла происходит путем соприкосновения горячего воздуха с войлоком [7, 10].Последним этапом производства войлока является сухая отделка войлока, которая включает в себя:- стрижку;- чистку;- шлифование;- спиливание;- прессование;- обрезание кромок.В процессе стрижки лишь выравнивается ворс и не затрагивается верхний слой войлока. Стрижке подвергаются только некоторые виды тонкошерстных войлоков. При этом войлок не выравнивается по толщине и на его поверхности остается подстриженный ворс, состоящий из огрубевших волокон [7, 10]. В процессе чистки и шлифования с поверхности полностью удаляется ворс и войлок частично выравнивается по толщине.2.3. Выбор оборудования для изготовления войлочных полотенДля свойлачивания войлоков применяют свойлачивающую машину. Принципиальная схема устройства машины приведена на рис. 13 [7, 10].Нижний транспортер I разматывает полуфабрикат 2 и подает его под нижнюю ветвь верхнего транспортера 4. Нижний и верхний транспортеры проходят через баки 3 с водой, намокают и увлажняют полуфабрикат, который зажат между лентами верхнего и нижнего транспортеров. Затем полуфабрикат проходит над запарной плитой 5 и поступает в свойлачивающий аппарат.Сволачивающий аппарат состоит из верхней подвижной 6 и нижней неподвижной 7 плит.Рисунок 13 - Сволачивающий аппаратВ свойлачивающем аппарате полуфабрикат уплотняется и нижним транспортером 1 подается на скалку 8 для наматывания в рулон.Основным транспортером является нижний транспортер. Его функции следующие:- подача полуфабриката на запарную и верхнюю плиты;- увлажнение нижних слоев полуфабриката;- создание в процессе уплотнения трения между полуфабрикатом и плитой;- предохранение запарной и нижней плит от загрязнения.Нижний транспортер изготовляют из многослойной прочной и пористой хлопчатобумажной ткани бельтннг, хорошо пропускающей влагу и пар [7, 10]. Рабочая ширина транспортера составляет 2300 мм.•Функции верхнего транспортера:- уплотнение полуфабриката;- создание трения между полуфабрикатом и верхней плитой№- увлажнение верхних слоев полуфабриката;- предохранение верхней плиты от загрязнений.Транспортеры имеют одинаковую скорость, что исключает образование складок на полуфабрикате [7, 10]. Расход воды при увлажнении 1 кг полуфабриката составляет 0,65 - 0,75 л.Запарная плита предназначена для предварительного подогрева и пропаривания полуфабриката перед поступлением в свойлачивающий аппарат, В плите имеются отверстия, через которые пар проникает в полуфабрикат. Температура запарной плиты составляет 85 - 95°С.Расход пара, затрачиваемый на пропаривание 1 кг полуфабриката на запарной плите и свойлачивающем аппарате, составляет 0,25 - 0,35 кг [7, 10].К боковым бортам верхней плиты с правой и левой сторон по ходу движения полуфабриката прикреплено по две кулисы, в каждой из которых заключен вертикальный эксцентриковый вал. Валы сообщают движение в горизонтальной плоскости верхней плите в период свойлачивания полуфабриката и являются одновременно направляющими для верхней плиты при ее вертикальном перемещении во время поднятия и опускания. Вертикальные эксцентриковые валы имеют одинаковое устройство и разную установку в кулисах.Два вертикальных эксцентриковых вала, расположенных диагонально, взаимодействуя с кулисами продольного движения, смещают плиту в продольном направлении [7, 10]. Два других вала, взаимодействуя с кулисами поперечного движения, смещают плиту в поперечном направлении. Эксцентриситеты каждых двух диагонально расположенных валов должны быть равны.Установка валов попарно (по диагонали) на заданные эксцентриситеты а и Ь позволяет осуществлять на машине разнообразные формы движения верхней плиты относительно нижней с различной амплитудой колебаний.На практике обычно применяют установку вертикальных валов с заправкой движения верхней плиты по кругу [7, 10]. Чем больше загрузка поверхности плит, тем больше амплитуда колебаний плиты. Амплитуда колебаний плиты составляет 0-40 мм, а число колебаний верхней плиты определяется числом оборотов вертикальных валов и может быть равным 160, 193 и 220 колебаний в минуту.Свойлачивающая машина работает периодически, и полный цикл ее работы состоит из четырех периодов [7, 10]:- период свойлачивзния; - период поднятия верхней плиты;- период подачи транспортера;- период опускания верхней плиты.В первом периоде полуфабрикат заключается между плитами и уплотняется. По окончании первого периода верхняя плита поднимается относительно нижней на заданную высоту. По окончании второго периода включается транспортер и уплотненный материал выводится из свойлачивающегося аппарата, а на нижнюю плиту вводится новый участок полуфабриката с запарной плиты. Четвертый период состоит в опускании верхней плиты на вновь введенный участок полуфабриката, после чего цикл работы повторяется. Для окончательной валки применяется цилиндровая валяльная машина, на которой осуществляется скользяще-давящее действие на полуфабрикат [7, 10, 13, 16, 25]. Предназначена для окончательной валки длинномерных тонкошерстных войлоков толщиной до 8 мм. Предварительная валка этих войлоков производится на одномолотовых машинах. Валке на цилиндровых машинах подвергают войлоки для игольчатой ленты, для электропромышленности, авиационной промышленности и др.Рабочие органы машины делятся на следующие группы [7, 10]: - осуществляющие движение войлока;- создающие направление движения войлока;- уваливающие войлок по ширине;- уваливающие войлок по длине.Главные валы 3 и 4 (рис. 14 [7, 10] ) осуществляют движение и валку войлока, при этом верхний вал 4помещается в свободно скользящих вертикальных пазах подшипников.