代麗梅， 謝春萍， 劉新金， 張 洪

(江南大學(xué)， 江蘇 無錫 214122)

萊賽爾紗超大牽伸紡紗工藝的優(yōu)化

代麗梅， 謝春萍， 劉新金， 張 洪

(江南大學(xué)， 江蘇 無錫 214122)

針對紡制萊賽爾紗時(shí)超大牽伸條干惡化嚴(yán)重、大顆粒棉結(jié)和毛羽較多等紡紗難點(diǎn)，采用模糊決策方法對超大牽伸紡制萊賽爾紗的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析，并探討牽伸中區(qū)和前區(qū)的上銷結(jié)構(gòu)、中上羅拉形式對7.4 tex緊密萊賽爾單紗成紗質(zhì)量的影響，應(yīng)用模糊聚類分析對密切值法和Borda法的決策結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：牽伸前區(qū)和中區(qū)采用大前沖上銷，中上羅拉使用低硬度高彈性軟膠輥時(shí)，可有效改善7.4 tex萊賽爾緊密單紗的成紗質(zhì)量水平，能滿足開發(fā)萊賽爾高檔紡織面料的質(zhì)量要求，牽伸中區(qū)關(guān)鍵工藝參數(shù)對萊賽爾成紗質(zhì)量影響最大。

超大牽伸； 萊賽爾紗； 模糊決策； 模糊聚類； 優(yōu)化工藝

Abstract In order to solve spinning difficulties of Lyocell yarns in superhigh drafting that is proven to worsen yarn evenness, increase more neps and hairiness, fuzzy decision method was used in this article to optimize the spinning key technologies of super high draft spinning Lyocell yarns, and the influence of the top pin and the central-top roller on qualities of 7.4 tex compact spun Lyocell yarns was also discussed. The fuzzy clustering method was used to verify the decision results of intimate data method and Borda method. The results show that the qualities of 7.4 tex compact spun Lyocell yarns can be effectively improved under the conditions that the front area and the central area use front-extended top pin combined with rubber-covered rollers with low tenacity and high elasticity. The qualities of the resultant yarns could meet the requirements of developing high-grade Lyocell textile fabrics. It is also concluded that the center-area key process parameters have the greatest impact on qualities of Lyocell yarns.

Keywords super high draft； Lyocell yarn； fuzzy decision； fuzzy clustering； optimization process

萊賽爾纖維是一種純天然再生纖維素纖維，其制備過程對環(huán)境污染及危害很少，因而加工方法被大力推廣。由于其吸濕舒適性好、取向度高、初始模量大等特性，近年來國內(nèi)外對萊賽爾的研究及產(chǎn)品開發(fā)發(fā)展迅速[1-2]。

萊賽爾纖維縱向光滑無溝槽，原纖化嚴(yán)重，易形成大顆粒棉結(jié)和毛羽，惡化成紗條干[3]，尤其采用重定量粗紗開發(fā)高支細(xì)紗時(shí)必須采取針對性的紡紗工藝。目前，針對萊賽爾超大牽伸紡紗工藝的研究比較少，且主要是針對三羅拉雙區(qū)牽伸工藝的研究。本文對四羅拉三區(qū)超大牽伸裝置紡制萊賽爾紗的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析研究，并采用模糊決策和聚類方法對牽伸前區(qū)和中區(qū)的關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)選，從而更好地了解超大牽伸紡制萊賽爾紗的關(guān)鍵工藝，提高成紗質(zhì)量，為開發(fā)萊賽爾高支紗以及高檔紡織品提供參考。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 原料性能

萊賽爾G100纖維的長度為38 mm，線密度為1.33 dtex，斷裂強(qiáng)度為2.89 cN/dtex，斷裂伸長率為15.56%，超大牽伸細(xì)紗工序的粗紗來源于江蘇某企業(yè)，粗紗定量為7.48 g/10m，粗紗捻系數(shù)為101.6，條干CV值為4.03%。

1.2 試驗(yàn)方案

在TH558型四羅拉三區(qū)超大牽伸細(xì)紗機(jī)上試紡了7.4 tex萊賽爾緊密單紗。

表1 上銷結(jié)構(gòu)和中上羅拉形式組合試驗(yàn)

細(xì)紗工藝參數(shù)為：總牽伸倍數(shù)111.19，捻系數(shù)380，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.15，中區(qū)牽伸倍數(shù)1.3，中區(qū)鉗口隔距3.5 mm，前區(qū)鉗口隔距3.0 mm，羅拉加壓235 N×235 N×235 N×215 N，羅拉表面距20 mm×27 mm×30 mm，錠速13 000 r/min，鋼領(lǐng)PG1-4254，鋼絲圈U1ULUDR 14/0。

采用模糊決策方法優(yōu)選上銷結(jié)構(gòu)組合、中上羅拉組合。其中，上銷結(jié)構(gòu)有SX2-6833B普通上銷和SX2-6839B大前沖上銷，中上羅拉主要有MR碳纖輥和硬度為紹爾A60度的浪力軟膠輥，外觀如圖1所示。

前區(qū)、中區(qū)上銷結(jié)構(gòu)搭配形式共4種(P1～P4)：前區(qū)普通上銷+中區(qū)普通上銷(P1)、前區(qū)普通上銷+中區(qū)大前沖上銷(P2)、前區(qū)大前沖上銷+中區(qū)普通上銷(P3)、前區(qū)大前沖上銷+中區(qū)大前沖上銷(P4)。中上羅拉有搭配型式有4種(Q1～Q4)：前區(qū)軟膠輥+中區(qū)軟膠輥(Q1)、前區(qū)軟膠輥+中區(qū)碳纖輥(Q2)、前區(qū)碳纖輥+中區(qū)軟膠輥(Q3)、前區(qū)碳纖輥+中區(qū)碳纖輥(Q4)。

1.3 成紗質(zhì)量指標(biāo)的確定

選擇條干、細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)、毛羽、強(qiáng)力不勻、伸長率和斷裂強(qiáng)度8個(gè)項(xiàng)目作為衡量指標(biāo)(見表1)。紗線的條干均勻度是指沿紗線軸向粗細(xì)均勻一致的程度[4]，由于萊賽爾粗紗定量較重，則超大牽伸紡紗工藝中條干均勻度是評(píng)定萊賽爾成紗質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。毛羽指標(biāo)可以反映具有原纖化現(xiàn)象的萊賽爾纖維在牽伸中受機(jī)械摩擦作用后纖維頭尾伸出紗體的程度。紗線強(qiáng)伸性能是評(píng)定萊賽爾成紗質(zhì)量水平的另一重要指標(biāo)。

1.4 測試條件及結(jié)果

紗線強(qiáng)伸性能采用YG068C全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測試，參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》；紗線毛羽性能采用YG173A 型紗線毛羽測試儀測試；紗線條干、細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)采用UT5-S800烏斯特紗疵分級(jí)儀測試，測試速度為400 m/min，測試時(shí)間1 min。測試環(huán)境溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±5)%，測試前紗線在該條件下平衡24 h以上[5]。

各成紗指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果以目前市場上開發(fā)萊賽爾高檔紡織面料對紗線質(zhì)量的要求作為參考依據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果及理想成紗水平如表1所示。表中，權(quán)系數(shù)w是根據(jù)專家對各指標(biāo)的權(quán)重分配數(shù)據(jù)加以平均而確定的，即根據(jù)所有指標(biāo)在指標(biāo)體系中的相對重要性賦予權(quán)系數(shù)。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

2.1 基于密切值法的決策

2.1.1 指標(biāo)矩陣建立與規(guī)范化

由表1可得指標(biāo)矩陣X=(xij)m×n，xij為16組方案對應(yīng)的8個(gè)指標(biāo)下的取值，對指標(biāo)矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理得規(guī)范化矩陣R=(rij)m×n，計(jì)算式[6]為

式中：當(dāng)j為正向指標(biāo)(即數(shù)值越大越好)時(shí)取正，j為負(fù)向指標(biāo)(即數(shù)值越小越好)時(shí)取負(fù)；方案m=16，指標(biāo)n=8。

2.1.2 理想最優(yōu)方案確定

2.1.3 各方案的密切值

理想最優(yōu)點(diǎn)和理想最劣點(diǎn)的密切程度為

表2 各方案的密切值Ci

根據(jù)密切值的大小重新對各方案進(jìn)行排序，結(jié)果為：U13、U15、U14、U5、U16、U9、U7、U1、U11、U10、U6、U2、U8、U3、U12、U4。由上述排序結(jié)果可知：當(dāng)前區(qū)和中區(qū)采用SX2-6839B型大前沖上銷、中上羅拉采用低硬度高彈性軟膠輥時(shí)成紗質(zhì)量最可觀，可滿足開發(fā)高檔萊賽爾紡織品的紗線質(zhì)量要求。

躺著想了許久才發(fā)現(xiàn)面膜還沒洗，該死，又過時(shí)間了，臉上的水分都被吸走了。就像他死后，我的感情也被有他在的那段時(shí)間吸走了。

2.2 基于Borda數(shù)法的決策

按各指標(biāo)的優(yōu)劣對各方案重新排序，由此求得Borda數(shù)如表3所示。根據(jù)表中Borda數(shù)的大小重新排序[7]，結(jié)果為：U13、U15、U5、U14、U9、U7、U16、U11、U6、U1、U10、U8、U3、U2、U12、U4。由此可知，Borda數(shù)法與密切值法的最優(yōu)方案及最劣方案一致，但其他排序結(jié)果并不同，為此采用模糊聚類分析對2種決策結(jié)果的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

表3 各方案的Borda數(shù)

2.3 模糊聚類驗(yàn)證分析

對上述模糊決策排序結(jié)果采用模糊聚類方法進(jìn)行聚類分析，以確保決策結(jié)果的客觀可靠性[8]。

2.3.1 指標(biāo)矩陣

由表2得指標(biāo)矩陣X，對指標(biāo)矩陣進(jìn)行正規(guī)化處理得正規(guī)化指標(biāo)矩陣A=(aij)m×n，其中，

2.3.2 相似關(guān)系矩陣確定

式中指標(biāo)數(shù)n=8。

2.3.3 聚類分析

對相似關(guān)系矩陣R進(jìn)行模糊合成，求等價(jià)關(guān)系矩陣R*=R，根據(jù)等價(jià)關(guān)系矩陣R*進(jìn)行聚類分析，選用閾值λ=0.855 7的模糊聚類結(jié)果，據(jù)此，上銷結(jié)構(gòu)與中上羅拉形式綜合性能從優(yōu)到劣的分類順序?yàn)椋篣13、U5、U9、U14、U15、U1,U2,U7,U10,U16、U11、U6,U8、U3、U12、U4。其中，各方案對成紗質(zhì)量的影響表現(xiàn)為：方案U5、U9、U14、U15非常接近；方案U1、U2、U7、U10、U16、U6、U8比較接近；U13、U11，U3、U12，U4各位一類。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合上述模糊決策與聚類結(jié)果，為進(jìn)一步了解上銷結(jié)構(gòu)與中上羅拉形式對成紗質(zhì)量的影響，分別繪制上銷結(jié)構(gòu)和中上羅拉形式對密切值、Borda數(shù)的影響趨勢圖。

3.1 上銷結(jié)構(gòu)對成紗質(zhì)量的影響

圖2示出上銷結(jié)構(gòu)對密切值、Borda數(shù)的影響趨勢圖。從圖可知：P4上銷組合方案的密切值最小，Borda數(shù)最大；P1上銷組合方案的密切值最大，Borda數(shù)最??；P3和P4成紗質(zhì)量落差幅度最大，可見中區(qū)工藝配置對萊賽爾紗具有明顯的影響效果。由此可見，前區(qū)和中區(qū)都采用大前沖上銷有利于改善成紗質(zhì)量，這是因?yàn)闋可靺^(qū)采用大前沖上銷，相對于普通上銷而言，可將皮圈控制區(qū)向前拓展，在牽伸紗條上形成一個(gè)更大的、且連續(xù)的皮圈摩擦力界，有效提升了萊賽爾纖維所受牽伸力的大小和范圍，同時(shí)也進(jìn)一步縮小了纖維的浮游區(qū)長度，有利于阻止纖維提早變速，使纖維變速點(diǎn)分布向前鉗口集中[9]，牽伸力均勻，可明顯減小中前區(qū)牽伸波，提高成紗質(zhì)量。

3.2 中上羅拉形式對成紗質(zhì)量的影響

繪制中上羅拉形式對密切值、Borda數(shù)的影響趨勢圖，結(jié)果如圖3所示。

本文試驗(yàn)選用的萊賽爾纖維截面呈圓形，外觀光滑，纖維之間和纖維與設(shè)備間的摩擦因數(shù)小，造成纖維蓬松，纖維之間抱合力差，紡紗工藝控制不當(dāng)易產(chǎn)生“棉球紗”，則在超大牽伸紡紗過程中四列羅拉均采用“強(qiáng)控制”重加壓形式，以有效改善成紗質(zhì)量。羅拉加壓后，處于上羅拉與下羅拉之間的須條被壓縮從而獲得一定的牽伸力與握持力，完成須條的牽伸，從圖3中可知，Q1中上羅拉形式組合方案的密切值最小，Borda數(shù)最大；Q4中上羅拉形式組合方案的密切值最大，Borda數(shù)最小。即當(dāng)中上羅拉采用低硬度高彈性軟膠輥時(shí)，超大牽伸紡制萊賽爾高支紗的成紗質(zhì)量最可觀，這是因?yàn)椴捎锰祭w羅拉時(shí)，由于碳纖羅拉表面剛性較大，外力作用下不易產(chǎn)生變形，使經(jīng)過的紗條橫截面上的壓力分布從中央到兩邊急劇減小(如圖4(a)所示)，中部纖維可以得到有效控制，但紗條邊纖維不易受到足夠的壓力控制，從而惡化成紗質(zhì)量，尤其是原纖化現(xiàn)象嚴(yán)重的萊賽爾容易形成毛羽，對后續(xù)織造不利。當(dāng)中上羅拉采用軟膠輥時(shí)，在搖架施加壓強(qiáng)控制下，其表面容易發(fā)生變形，能夠較多地包覆紗條內(nèi)的纖維，橫向摩擦力界分布比較均勻(如圖4(b)所示)，對邊纖維的控制能力較好，可有效改善成紗質(zhì)量[10]。

4 結(jié) 論

將模糊決策和聚類方法應(yīng)用于超大牽伸工藝優(yōu)選，可為選擇合理的工藝參數(shù)提供一條新途徑。采用模糊決策方法排序，并用模糊聚類分析驗(yàn)證決策結(jié)果，可獲得了上銷結(jié)構(gòu)和中上羅拉形式2個(gè)工藝參數(shù)的最佳搭配。前區(qū)和中區(qū)采用大前沖上銷，中上羅拉采用低硬度高彈性軟膠輥時(shí)，可縮短浮游區(qū)長度，纖維變速點(diǎn)向前鉗口集中穩(wěn)定變速，且對萊賽爾纖維控制能力較好，從而有效改善7.4 tex萊賽爾緊密單紗的成紗質(zhì)量，滿足開發(fā)萊賽爾高檔紡織品的紗線質(zhì)量要求。

[1] 英健, 王景翰. 新一代纖維素纖維天絲及其分析[J]. 中國纖檢, 2006(1): 43-45. YING Jian, WANG Jinghan. Analysis of new generation cellulose fiber tencel[J]. China Fiber Inspection, 2006(1):43-45

[2] 周蓉, 楊明霞, 劉杰. 新型再生纖維素纖維紗線性能的綜合評(píng)價(jià)[J]. 紡織學(xué)報(bào), 2013, 34(3): 35-39. ZHOU Rong, YANG Mingxia, LIU Jie. Comprehensive evaluation of properties of new regenerated cellulose fiber yarns[J]. Journal of Textile Research， 2013, 34(3): 35-39.

[3] 溫海永, 楊西君. 天絲純紡與混紡紗線工藝[J]. 紡織科技進(jìn)展, 2007(1): 44-45. WEN Haiyong, YANG Xijun. The process development of Tencel pure yarn and blended yarn[J]. Progress in Textile Science & Technology, 2007 (1): 44-45.

[4] 陶家杰, 張一心. 紗線條干均勻度測試的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 紡織科技進(jìn)展, 2010(5): 52-54. TAO Jiajie, ZHANG Yixin. Development status of yarn evenness testing[J].Progress in Textile Science & Technology, 2010(5): 52-54.

[5] 鄭瑩瑩, 徐伯俊, 劉新金, 等 超大牽伸數(shù)控細(xì)紗機(jī)紡紗工藝試驗(yàn)研究[J]. 棉紡織技術(shù), 2014(2): 17-21. ZHENG Yingying, XU Bojun, LIU Xinjin, et al. Research of super large draft processing parameter test

on numerical control spinning frame [J]. Cotton Textile Technology, 2014 (2): 17-21.

[6] 陳一萍. 基于密切值法的節(jié)能減排評(píng)價(jià)研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 19(2): 419-422. CHEN Yiping. Evaluation of energy saving and emission reduction on the osculation value method[J]. Ecology and Environment, 2010, 19(2): 419-422.

[7] 黃艷, 趙曉君. 基于模糊數(shù)學(xué)和Borda數(shù)法的重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)模型[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 28(4): 99-102. HUANG Yan, ZHAO Xiaojun. Evaluation model of major hazard facilities based on fuzzy mathematics and Borda count method[J]. Journal of Zhengzhou University of Light Industry, 2013, 28(4):99-102.

[8] 郁崇文, 汪軍, 王新厚. 工程參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)[M]. 上海: 東華大學(xué)出版社, 2003: 238-245. YU Chongwen, WANG Jun, WANG Xinhou. Optimal Design of Engineering Parameters[M]. Shanghai: Donghua University Press, 2003: 238-245.

[9] 郭明瑞. 四羅拉超大牽伸工藝研究[D]. 無錫: 江南大學(xué), 2014: 6-11. GUO Mingrui. The research and process optimization of four-roller super high drafting unit[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2014: 6-11.

[10] 楊鎖廷. 紡紗學(xué)[M].北京:中國紡織出版社, 2004: 173-216. YANG Suoting. Yarn Spinning[M]. Beijing: China Textile & Apparel Press, 2004: 173-216.

Process optimization of superhigh draft spinning of Lyocell yarns

DAI Limei， XIE Chunping， LIU Xinjin， ZHANG Hong

(JiangnanUniversity，Wuxi，Jiangsu214122，China)

10.13475/j.fzxb.20150102906

2015-01-15

2015-09-24

江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(BK2012254)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目(BY2012051, BY2013015-24, BY2014023-13)；江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(BA2014080)；紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目(hnfz14002)

代麗梅(1991—)，女，碩士生。主要研究方向?yàn)槌鬆可旒夹g(shù)。謝春萍，通信作者，E-mail:wxxchp@sina.com。

TS 104.2

A