劉 春, 謝春萍, 蘇旭中, 劉新金

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

細(xì)紗工序是整個(gè)紡紗過程中的重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)生產(chǎn)的紗線質(zhì)量直接影響后續(xù)織造效率和成品質(zhì)量。目前關(guān)于如何提高細(xì)紗工序成紗質(zhì)量的研究不斷創(chuàng)新，尤其是在減少毛羽和提高強(qiáng)力方面。假捻器的應(yīng)用對(duì)于實(shí)現(xiàn)低捻高強(qiáng)紗具有明顯的作用效果，其可降低短纖紗的最低可紡捻系數(shù)，紡制的紗線具有較好的柔軟性[1]。假捻紡紗類技術(shù)的研究始于1996年，經(jīng)過了二十多年的多次改革發(fā)展，香港理工大學(xué)陶肖明教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的低扭矩紡紗技術(shù)就是基于其原理的發(fā)展[2]。當(dāng)前低扭矩紡紗技術(shù)為世界環(huán)錠紡紗技術(shù)“新成員”，產(chǎn)品處于推廣應(yīng)用期，其授權(quán)企業(yè)覆蓋中國大陸，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)化和規(guī)?；纳a(chǎn)，產(chǎn)品獲得市場和消費(fèi)者的極大認(rèn)可。

本文在假捻紡紗技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了裝置改進(jìn)，并對(duì)改裝后細(xì)紗機(jī)的參數(shù)和方式進(jìn)行了優(yōu)化，分析了假捻器的速度和其在前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間所處的位置對(duì)成紗質(zhì)量的影響。同時(shí)，根據(jù)斜位紡在細(xì)紗機(jī)的作用原理，并結(jié)合假捻器在細(xì)紗機(jī)中的應(yīng)用，將2種方式同時(shí)作用于紡紗過程進(jìn)行研究分析，以期進(jìn)一步提高棉紗的可紡性。

1 紡紗實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DTM129型細(xì)紗機(jī)(江蘇東臺(tái)東飛馬佐里紡機(jī)有限公司)；YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀(蘇州長風(fēng)紡織機(jī)電科技有限公司)；USTER ZWEIGLE HL400型毛羽測(cè)試儀(瑞士烏斯特公司)。

1.2 工藝參數(shù)

粗紗原料采用傳統(tǒng)精梳細(xì)絨棉(常州迪邦紡織有限公司)，定量為5.0 g/(10 m)，紡制紗的線密度為28.1 tex，捻系數(shù)設(shè)定為320，細(xì)紗機(jī)錠速為11 000 r/min，前羅拉線速度為18.68 m/min。

1.3 測(cè)試方法

在同一工藝參數(shù)下，同時(shí)紡制6錠紗，測(cè)試其性能并求平均值。測(cè)試前試樣均在溫度為22 ℃，相對(duì)濕度為60%的恒溫恒濕條件下平衡24 h。

強(qiáng)力測(cè)試：同時(shí)對(duì)每組的6管紗進(jìn)行測(cè)試，每管測(cè)25次。強(qiáng)力儀夾頭上下夾持距離為500 mm，拉伸速度為500 mm/min。記錄每組測(cè)試結(jié)束后結(jié)果顯示的對(duì)應(yīng)性能的平均值。

毛羽測(cè)試：每管紗測(cè)試1次，測(cè)試速度為400 m/min，測(cè)試時(shí)間為0.5 min，即每次所測(cè)長度為200 m，每組6管紗測(cè)試后，對(duì)應(yīng)毛羽長度取平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 假捻器的轉(zhuǎn)速

DTM129型細(xì)紗機(jī)所紡紗線捻向?yàn)镾捻，根據(jù)紗線加捻過程中纖維的轉(zhuǎn)移狀態(tài)來控制電動(dòng)機(jī)，使假捻器的傳動(dòng)方向自左向右，使其速度為可調(diào)控狀態(tài)。假捻器的選材為聚氨酯彈性體，它是一種介于橡膠和塑料之間的新型高分子材料，既有塑料的高強(qiáng)度又具有橡膠的高彈性，耐磨性很好，吸震性能優(yōu)良。轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)假捻器的轉(zhuǎn)速分別為180、240、300、360、420 r/min，并分別測(cè)試對(duì)應(yīng)速度的成紗性能。

2.1.1轉(zhuǎn)速對(duì)紗線性能的影響

假捻器在細(xì)紗加捻過程中，對(duì)假捻點(diǎn)(紗線與假捻器的接觸點(diǎn))前后段的紗線加有一定的捻度，并且該段纖維張力增加，抱合更加緊密，與傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)相比強(qiáng)力會(huì)有一定的增加，改善了傳統(tǒng)紡紗在加捻過程中出現(xiàn)的阻捻和捻陷的現(xiàn)象。在紡制28.1 tex紗線時(shí)，如果控制細(xì)紗機(jī)的錠速恒定，則前羅拉輸出線速度會(huì)隨著捻系數(shù)的減小而增大。由于假捻器傳動(dòng)方向垂直于紗線輸出方向，若不改變假捻器傳動(dòng)速度，則不同捻系數(shù)下，紗線輸出速度與假捻器傳動(dòng)速度之比會(huì)產(chǎn)生差異，對(duì)成紗質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

本文實(shí)驗(yàn)控制其他條件一定，只改變假捻器定位裝置的轉(zhuǎn)速來控制假捻器傳動(dòng)速度。表1示出不同轉(zhuǎn)速條件下紗線的強(qiáng)伸性對(duì)比。可以看出，速度為300 r/min時(shí)強(qiáng)力最優(yōu)。

表1 不同轉(zhuǎn)速條件下的紗線強(qiáng)伸性對(duì)比Tab.1 Comparison of strength and elongation at different speeds

表2示出不同轉(zhuǎn)速條件下成紗的毛羽對(duì)比。隨著假捻器速度的增加，對(duì)應(yīng)的成紗毛羽存在不同程度的減少，且4 mm及以上長毛羽在轉(zhuǎn)速為300、360 r/min時(shí)相對(duì)較少。毛羽產(chǎn)生于紡紗，通過絡(luò)筒成倍增加，其消除在于改變紡紗的結(jié)構(gòu)。假捻器對(duì)紗線性能的影響表現(xiàn)在毛羽的減少、強(qiáng)力的增加，具有低捻高強(qiáng)的優(yōu)異性能。假捻器在傳動(dòng)過程中給予紗線一定的假捻作用，在前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間所施加的假捻縮短了僅有鋼絲圈加捻紡紗時(shí)捻度的傳遞距離，紗線包纏緊密均勻，因而成紗毛羽有所改善。

表2 不同轉(zhuǎn)速條件下的毛羽長度對(duì)比Tab.2 Comparison of hairiness length at different speeds

2.1.2最優(yōu)轉(zhuǎn)速計(jì)算分析

在卷繞過程中，要實(shí)現(xiàn)細(xì)紗的正常卷繞，必須使前羅拉輸出線速度等于筒管卷繞速度，也就是單位時(shí)間內(nèi)前羅拉鉗口輸出的須條長度等于筒管的卷繞長度，保證所紡紗線性能優(yōu)、外觀好。本文研究假捻器在細(xì)紗機(jī)的應(yīng)用，必須要考慮假捻器的速度與錠速之間的關(guān)系，速度不同會(huì)得到不同的捻度、張力分布以及不同的紡紗三角區(qū)[3-4]，因此，假捻器速度的大小直接影響最終成紗的質(zhì)量。

假捻器傳動(dòng)速度的大小需要根據(jù)紗線的加捻速度以及前羅拉輸出速度進(jìn)行設(shè)置。假捻器速度過小，不僅對(duì)紗線假捻作用不明顯，而且會(huì)對(duì)紗線的正常加捻起到阻礙作用。若假捻器速度過大，會(huì)在一定程度上拉扯纖維，造成紗線質(zhì)量下降，因此，假捻器的速度需要控制在合理的范圍，以期得到最優(yōu)的紡紗效果。已知錠速ns=11 000 r/min，前羅拉線速度vf=18.68 m/min，則捻度為

(1)

查閱棉紡織手冊(cè)，棉紗密度δ為0.8 g/cm3,Tt為所紡紗線密度，根據(jù)式(2)可計(jì)算紗線直徑：

(2)

細(xì)紗機(jī)加捻過程中錠速近似于紗線每分鐘的捻度，紗線每分鐘所轉(zhuǎn)動(dòng)的速度：

v1=πd1Tvf=πd1ns

(3)

定位裝置的直徑d2為44 mm,設(shè)定位裝置的轉(zhuǎn)速為n2，則假捻器的傳動(dòng)速度v2與定位裝置轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為

v2=πd2n2

(4)

v1=v2

(5)

根據(jù)理論計(jì)算得n2為52.87 r/min。

根據(jù)上述公式進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)定位裝置轉(zhuǎn)速為52.87 r/min時(shí)，假捻器的傳動(dòng)速度和紗線輸出狀態(tài)為理論最佳狀態(tài)，但在實(shí)際中要考慮施加到紗線的假捻效果，所需假捻器的速度應(yīng)比紗線輸出時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度快。在本文實(shí)驗(yàn)參數(shù)條件下，結(jié)合表1、2的結(jié)果得知：當(dāng)定位裝置轉(zhuǎn)速約為理論轉(zhuǎn)速的6倍時(shí)成紗效果最好；原料、紗線線密度、捻系數(shù)和錠速等不同，定位裝置轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系會(huì)有一定的變化。

2.2 假捻器的位置

2.2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析

圖1示出改裝后的細(xì)紗機(jī)某錠子的左視圖。假捻器位于前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間，紗條從前羅拉1輸出經(jīng)過假捻器2，再繞過導(dǎo)紗鉤3，經(jīng)過鋼絲圈加捻卷繞在細(xì)紗管4上。假捻器的位置可進(jìn)行上下、左右移動(dòng)，用來控制紗線在假捻點(diǎn)處包圍角的大小。如圖1中a、b為可變參數(shù)(a為定位架底面到定位裝置軸線的距離，b為機(jī)體前表面到定位裝置的距離),其他參數(shù)不變。在不同位置的紡紗參數(shù)條件下進(jìn)行紡紗，并測(cè)試成紗性能。

1—前羅拉；2—假捻器；3—導(dǎo)紗鉤；4—細(xì)紗管；5—定位裝置。圖1 假捻器位置分布示意圖Fig.1 Schematic diagram of position of false twister

前羅拉鉗口到細(xì)紗機(jī)機(jī)體的距離c為定值(c=90 mm)，定位裝置中心點(diǎn)o到假捻器的距離即定位裝置的半徑d為定值(d=22 mm)，前羅拉到導(dǎo)紗鉤后板的距離f為定值(f=25 mm)，a、b為可變值，用來控制假捻器2的位置。當(dāng)a、b為不同值時(shí)，假捻點(diǎn)和前羅拉鉗口連線與假捻器所在水平線之間構(gòu)成的夾角不同。

圖2示出假捻器位置模擬示意圖。A點(diǎn)代表前羅拉鉗口位置；B(B1、B2、B3、B4)點(diǎn)代表假捻器的不同位置；C(C1、C2、C3、C4)分別為假捻點(diǎn)位置與前羅拉鉗口所形成的直角點(diǎn)；LCB即為直角點(diǎn)與假捻點(diǎn)之間的距離。

圖2 假捻器位置模擬示意圖Fig.2 Simulation diagram of position of false twister

根據(jù)公式計(jì)算可得假捻器在4個(gè)不同參數(shù)位置對(duì)應(yīng)∠ABC的正切值，如表3所示。

根據(jù)已知條件計(jì)算如下：

LCB=b-f

(6)

LAC=c-(a+d)

(7)

(8)

2.2.2位置對(duì)紗線性能的影響

前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間的假捻器對(duì)紗線具有一定的支撐作用，紗線在假捻器上也具有一定的包纏效果，由于前羅拉與導(dǎo)紗鉤的位置是一定的，假捻器的位置可控制紗線的成紗狀態(tài)，同時(shí)影響加捻三角區(qū)的大小，進(jìn)而影響成紗質(zhì)量。余豪等[15]研究了導(dǎo)紗鉤運(yùn)動(dòng)特征對(duì)紗線質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，導(dǎo)紗鉤的位置越高，紡紗加捻三角區(qū)越小,三角區(qū)內(nèi)的纖維所受控制力越大，形成的摩擦力界也越大，使得三角區(qū)中間的纖維能順利地進(jìn)行內(nèi)外轉(zhuǎn)移，纖維頭端被捻入紗體，毛羽呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。

假捻器在紡紗過程對(duì)紗線的假捻作用同時(shí)也具有類似于導(dǎo)紗鉤位置上下移動(dòng)的作用，因此，假捻器在前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間的位置同樣會(huì)影響紗線的質(zhì)量。如圖1所示，假捻器2的位置可上下左右調(diào)節(jié)而影響假捻點(diǎn)包纏角的大小，同時(shí)會(huì)影響加捻三角區(qū)的大小。

當(dāng)∠ABC的正切值越小，紡紗三角區(qū)與前羅拉表面不會(huì)有過多的包纏，三角區(qū)面積會(huì)相對(duì)減小。表4示出不同位置對(duì)應(yīng)的成紗性能?？芍谖恢?時(shí)正切值為0.7，此時(shí)紗線強(qiáng)力最好，在位置3、4時(shí)∠ABC正切值變大，對(duì)應(yīng)紗線在前羅拉產(chǎn)生較多的貼附和包纏作用，加捻三角區(qū)面積增加從而降低了成紗的最優(yōu)質(zhì)量。在位置1時(shí)，假捻器與前羅拉所在的水平距離較小，由于前羅拉上方膠輥的壓力作用，導(dǎo)致前羅拉輸出紗線偏向膠輥，且由于假捻器傳動(dòng)速度帶動(dòng)紗線向右側(cè)傳動(dòng)，方向傾斜嚴(yán)重，會(huì)影響成紗質(zhì)量，但位置1處三角區(qū)面積小，毛羽量尤其是4 mm以上毛羽數(shù)量相對(duì)最少，總體來說，質(zhì)量依然高于傳統(tǒng)紡紗。

表4 不同位置紗線性能Tab.4 Yarn performance in different positions

2.3 錯(cuò)位假捻紡

假捻器對(duì)低捻紗線具有增加強(qiáng)力和減少毛羽的作用效果；斜位紡?fù)ㄟ^改變加捻三角區(qū)狀態(tài)和大小，進(jìn)而減少紗線毛羽提高成紗質(zhì)量，在紡紗實(shí)驗(yàn)過程中可通過錯(cuò)位紡實(shí)現(xiàn)斜位紡的效果。左國平等[6]在研究紡紗角的變化對(duì)紗線質(zhì)量的影響中也證明了錯(cuò)位紡紡紗方式是可以用于改善環(huán)錠紡紗線毛羽的。將錯(cuò)位紡?fù)瑫r(shí)應(yīng)用于加裝有假捻器的細(xì)紗機(jī)，不僅實(shí)現(xiàn)了假捻器對(duì)紗線的高強(qiáng)低捻毛羽少的作用效果，同時(shí)可借助錯(cuò)位紡減小加捻三角區(qū)，減少紗線毛羽。

2.3.1錯(cuò)位假捻紡工藝

所謂的錯(cuò)位紡紗就是所有錠子不在其對(duì)應(yīng)的前羅拉位置，而在其相臨錠位所對(duì)應(yīng)的前羅拉位置進(jìn)行紡紗。本文實(shí)驗(yàn)選取6個(gè)錠子進(jìn)行紡紗并依次標(biāo)記，以2個(gè)錠子為例，示意圖如圖3所示。錠子SA對(duì)應(yīng)前羅拉1A,錠子SB對(duì)應(yīng)前羅拉1B。當(dāng)紗線處于圖3(a)狀態(tài)時(shí)屬于正常直紗路紡紗，當(dāng)紗線處于圖3(b)狀態(tài)時(shí)則為左錯(cuò)位紡紗狀態(tài)。同理，當(dāng)羅拉1B輸出的紗條經(jīng)假捻器后紗管落在錠子SA位置時(shí)即為右錯(cuò)位紡紗狀態(tài)。對(duì)加有假捻器的直紗路、左錯(cuò)位、右錯(cuò)位以及不加假捻器的直紗路進(jìn)行紡紗，選取6個(gè)錠子位置，每個(gè)狀態(tài)紡制3管紗線測(cè)試并進(jìn)行分析。

1—前羅拉；2—假捻器；3—導(dǎo)紗鉤；4—細(xì)紗管。圖3 錯(cuò)位假捻紡示意圖Fig.3 Schematic diagram of dislocation false twist spinning. (a) False twister+straight yarn; (b) False twister and left oblique

2.3.2成紗效果分析

對(duì)加有假捻器的左斜位紡、右斜位紡、直紗路紡以及不加假捻器的直紗路紡分別進(jìn)行紡紗并測(cè)試。結(jié)果證明，改變紗路后成紗毛羽得到改善，且紡紗過程中生產(chǎn)穩(wěn)定，接頭容易，未出現(xiàn)接不上頭的現(xiàn)象。

表5示出不同紗路成紗強(qiáng)伸性對(duì)比。假捻器作用下的紗線強(qiáng)力比傳統(tǒng)紡紗強(qiáng)力高，毛羽少；加有假捻器的左斜位紡紗線質(zhì)量優(yōu)于直紗路的紗線質(zhì)量，在假捻器作用的基礎(chǔ)上對(duì)紗線質(zhì)量有進(jìn)一步的提高。由于DTM129型細(xì)紗機(jī)所紡紗線為S捻，因此加有假捻器的右斜位紡反而會(huì)加劇紗線質(zhì)量的惡化。當(dāng)不存在假捻器作用時(shí)，采用右錯(cuò)位紡紗可減少Z捻紗的毛羽，而成紗強(qiáng)力、條干和常發(fā)性紗疵略有惡化。但結(jié)合假捻器與斜位紡作用于紡紗過程，左斜位紡對(duì)S捻紗線毛羽有很大改善，且強(qiáng)力也有所增加。國內(nèi)外紡織界對(duì)斜位紡進(jìn)行了較多研究，普遍認(rèn)為捻向和斜位方向?qū)Τ杉嗁|(zhì)量影響較大[5-6]。

表5 不同紗路成紗強(qiáng)伸性Tab.5 Strength and elongation of different yarns

2.3.3成紗原理分析

紡紗三角區(qū)是產(chǎn)生毛羽的重要部位，為了減少毛羽，應(yīng)盡量減小紡紗三角區(qū)。緊密紡就是在細(xì)紗機(jī)牽伸輸出區(qū)通過氣流收縮須條寬度的辦法有效地降低紗線毛羽；但由于其能耗較大[9]，因此，在減小紡紗三角區(qū)的發(fā)展上依然需要不斷創(chuàng)新。任亮[10]在減少環(huán)錠紡紗毛羽的研究中主要探討了斜位紡對(duì)紡紗的影響，分析了斜位紡過程中加捻三角區(qū)形狀的改變[11]。圖4示出錯(cuò)位紡紗時(shí)加捻三角區(qū)的狀態(tài)。

1—前羅拉；2—紗線。圖4 錯(cuò)位紡紗三角區(qū)示意圖Fig.4 Schematic diagram of dislocation spinning triangle

在前羅拉夾持位置紗條寬度d不變的情況下，加捻三角區(qū)傾斜會(huì)使三角區(qū)假捻點(diǎn)到前羅拉的距離h減小，因此在斜位紡的過程中加捻三角區(qū)面積比正常直路紗的三角區(qū)面積小。三角區(qū)傾斜導(dǎo)致一邊纖維聚集，此時(shí)更多的纖維受到了預(yù)加捻作用[12-13]，此預(yù)加捻作用增強(qiáng)了對(duì)纖維的控制，使更多的纖維并入紗體，因此毛羽會(huì)相對(duì)減少。三角區(qū)內(nèi)纖維受力大小以及其在三角區(qū)內(nèi)的分布對(duì)紗線性能影響作用顯著[11]，紡紗過程中發(fā)生斷頭的很大一部分原因是加捻三角區(qū)斷裂，而錯(cuò)位后由于紗線傾斜角的存在使得張力減小，因而在紡紗過程中斷頭概率會(huì)降低。

3 結(jié) 論

假捻器的轉(zhuǎn)速對(duì)成紗性能有一定規(guī)律的影響：當(dāng)成紗線密度為28.1 tex，捻系數(shù)為320，假捻器轉(zhuǎn)速控制在300 r/min時(shí)成紗效果最好；當(dāng)原料、捻系數(shù)、錠速等改變時(shí)，假捻器最優(yōu)轉(zhuǎn)速會(huì)有相應(yīng)的變化；假捻器的位置對(duì)成紗性能的影響主要是在加捻三角區(qū)和假捻點(diǎn)的作用上，當(dāng)假捻點(diǎn)處和前羅拉的連線與水平線夾角的正切值為0.70時(shí)紗線質(zhì)量最好；錯(cuò)位假捻作用結(jié)合應(yīng)用于紡紗，紗線的性能比僅有假捻器作用的情況下效果更優(yōu)。

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