范 航 許 多 唐建東 潘 虹 劉可帥

（1.武漢紡織大學，湖北武漢，430200；2.際華三五四二紡織有限公司，湖北襄陽，441002；3.江蘇奧神新材料股份有限公司，江蘇連云港，222200）

1 牽伸機理分析

1.1 后區(qū)牽伸控制機理

細紗機后區(qū)紗條的控制效果直接影響到成紗條干質(zhì)量，而當前細紗機后區(qū)牽伸對紗條的控制效果較弱，仍存在許多不足之處。如后區(qū)浮游區(qū)長度較長，摩擦力界較弱，導致對浮游纖維運動的約束能力不足，從而使得進入前牽伸區(qū)的須條內(nèi)部纖維的緊密度和排列平行度較差［1］。

根據(jù)對后區(qū)紗條控制技術(shù)有關(guān)問題的研究，發(fā)現(xiàn)在牽伸后區(qū)增設(shè)壓力棒以產(chǎn)生附加摩擦力界可有效縮短浮游區(qū)長度，有利于加強對浮游纖維運動的控制，從而改善成紗條干［2］。

1.2 后區(qū)壓力棒對纖維的二維控制機理

后區(qū)雙壓力棒控制須條牽伸運動的形式如圖1（a）所示，壓力棒垂直壓在須條上，形成了兩個壓力棒包圍弧和一個后羅拉包圍弧［3］，使得纖維須條水平進入中鉗口，同時又抑制了后區(qū)浮游纖維提前變速。壓力棒對牽伸運行中的須條產(chǎn)生法向應力，從而形成兩個附加摩擦力界，增強了對須條的控制作用，使后牽伸區(qū)浮游區(qū)長度縮短，纖維的變速點分布更集中穩(wěn)定，有利于減少牽伸波，提高后區(qū)牽伸質(zhì)量［4］。

如圖1（b）所示，根據(jù)馮清國等［5］的研究，由歐拉公式可得：

由式（1）可以看出，纖維所承受的法向應力N隨著牽引力T的增加而增加，同時所呈包圍角θ和壓力棒的摩擦因數(shù)μ對纖維作用的協(xié)同程度成為了影響浮游纖維運動的關(guān)鍵因素。

圖1 后區(qū)壓力棒示意圖

1.3 多單元分束機制對纖維的多維控制理論

傳統(tǒng)后區(qū)附加壓力棒依靠縱向作用力約束纖維運動，但是由于缺乏橫向的控制力，導致纖維運動在高后區(qū)牽伸倍數(shù)時難以控制。如圖2 所示，通過正弦齒形微結(jié)構(gòu)嵌入須條內(nèi)部，多單元分束以多維應力使纖維沿著正弦波谷有序地滑動，增強了對纖維的橫向控制并減弱了捻回在粗細片段間的變動，消除其捻回向前鉗口分布轉(zhuǎn)移的情況［6］，可以調(diào)控后區(qū)牽伸摩擦力界應力的均勻分布，促使纖維變速點集中、前移。同時正弦齒形微結(jié)構(gòu)整理須條內(nèi)部纖維的排列結(jié)構(gòu)，提高了纖維之間的抱合力，以確保具有抱合狀態(tài)的纖維進入中鉗口，使得須條結(jié)構(gòu)在前牽伸區(qū)后部更加緊密集中［7］，從而進一步改善了前區(qū)牽伸條件。

圖2 多單元分束機制對纖維的多維控制

2 嵌入式后區(qū)雙壓力棒對須條的整束機制

為初步探究嵌入式后區(qū)壓力棒對須條的整束機制，對不同牽伸倍數(shù)下不同形態(tài)后區(qū)壓力棒的成紗性能進行分析。嵌入式后區(qū)壓力棒形態(tài)如圖3（a）所示，其表觀結(jié)構(gòu)為直槽型；光滑式壓力棒如圖3（b）所示。采用無壓力棒、嵌入式壓力棒和光滑式壓力棒進行紡紗對比試驗。

圖3 后區(qū)壓力棒形態(tài)

在DSSp-01A 型數(shù)字式小樣細紗機上，選取同錠分別以3 種不同的牽伸配置紡制9 組純棉紗線。9 組紗線成紗質(zhì)量指標對比見表1。其中試驗工藝參數(shù)：壓力棒直徑6.0 mm，粗紗定量7.8 g/10 m，錠速9 500 r/min，捻系數(shù)360，鋼絲圈型號6903 8/0，隔距塊3.0 mm，鋼領(lǐng)型號PG1-4254。

從表1 可知，當后區(qū)牽伸為1.35 倍時，壓力棒對成紗條干性能的改善不明顯，使用光滑式壓力棒的成紗條干性能略低于無壓力棒和嵌入式壓力棒；當總牽伸不變，后區(qū)牽伸為2.70 倍時，使用嵌入式壓力棒后的成紗條干性能優(yōu)于無壓力棒及光滑式壓力棒，其條干CV對比兩者分別降低了9.4%和1.6%；當后區(qū)牽伸維持2.70 倍不變，而總牽伸擴大1.50 倍時，使用壓力棒的成紗條干性能得到改善，其中嵌入式壓力棒改善最為顯著，相比于無壓力棒和光滑式壓力棒，其條干CV值分別降低了22.5%和5.9%。

表1 嵌入式壓力棒對成紗條干性能的影響

由于當后區(qū)牽伸為2.70 倍時，無壓力棒情況下的纖維運動沒有受到任何控制，導致纖維滑移、粗紗產(chǎn)生解捻及自后而前的捻回轉(zhuǎn)移［8］，使纖維變速點分散、后移，惡化了成紗條干。通過增設(shè)光滑式壓力棒，使得牽伸區(qū)摩擦力界得到加強并向前延展，以二維應力約束牽伸過程中須條的捻回傳遞，縮短了浮游纖維不受控區(qū)域，成紗條干性能得到提高。而在后區(qū)加裝嵌入式壓力棒后，嵌入式壓力棒表面的正弦齒形嵌入須條內(nèi)部，不但改善了粗紗捻回的重新分布，同時還以多維應力增強了對纖維的橫向控制，使纖維變速點分布得到改善，控制效果比光滑式壓力棒更好，因此成紗條干性能更好。

3 嵌入式微觀結(jié)構(gòu)對纖維的調(diào)控行為

為進一步探究嵌入式后區(qū)雙壓力棒的微觀結(jié)構(gòu)對須條牽伸過程的控制效果，采用不同表觀形態(tài)的壓力棒進行組合試驗，其中分散型和集聚型嵌入式壓力棒如圖4 所示。在DSSp-01A 型數(shù)字式小樣細紗機上紡制18.3 tex 純棉紗線，每錠紡制5 組管紗，取其平均值。所紡紗線成紗質(zhì)量指標對比見表2。

圖4 嵌入式壓力棒微觀結(jié)構(gòu)示意圖

表2 嵌入式壓力棒微觀結(jié)構(gòu)對成紗條干的影響

其中試驗工藝參數(shù)：壓力棒直徑6.0 mm，捻系數(shù)360，粗紗定量7.8 g/10 m，總牽伸43.9 倍，后區(qū)牽伸2.70 倍，錠速9 500 r/min，鋼絲圈型號6903 8/0，隔距塊3.0 mm，鋼領(lǐng)型號PG1-4254。

由表2 可知，當采用“光滑式壓力棒+嵌入式壓力棒”形式時，所紡紗線條干較差。這是由于光滑式壓力棒對牽伸須條是二維應力控制，而嵌入式壓力棒對牽伸須條是多維應力控制，造成須條在壓力棒Ⅰ和壓力棒Ⅱ之間所受應力不勻產(chǎn)生不受控牽伸，導致纖維提前變速，成紗細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)也同時惡化。當采用“雙嵌入式壓力棒”形式時，在兩重多維應力協(xié)同控制下，須條所紡紗線的條干皆有所改善。

分別對比5#和7#、6#和8#后發(fā)現(xiàn)，當壓力棒Ⅰ為集聚型微觀結(jié)構(gòu)時，成紗條干性能普遍優(yōu)于分散型；進一步對比7#和8#發(fā)現(xiàn)，當壓力棒Ⅱ為分散型微觀結(jié)構(gòu)時，成紗條干性能優(yōu)于集聚型。因此，當采用“壓力棒Ⅰ為集聚型、壓力棒Ⅱ為分散型”形式時，條干CV相較于無壓力棒降低了13.5%，粗細節(jié)也有明顯的改善。其原因是壓力棒Ⅰ的集聚型三角槽收攏纖維須條，集束纖維以減少不受控浮游纖維數(shù)量，強化須條內(nèi)部纖維結(jié)合以穩(wěn)定纖維運動規(guī)律及所受牽伸力變化；壓力棒Ⅱ的分散型三角槽將須條粗片段及細片段重新分散，消除粗片段向細片段捻回轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，調(diào)整須條整體的抗扭轉(zhuǎn)矩分布［9］，從而對須條的捻回有序自調(diào)勻整，保障后區(qū)牽伸中部摩擦力界強度穩(wěn)定，控制纖維變速點前移。

4 嵌入式熱場柔化對纖維運動的控制

基于夏治剛等［10］提出的加捻三角區(qū)熱場調(diào)控纖維成紗機理設(shè)計了自控溫型壓力棒，在后牽伸區(qū)建立熱場，協(xié)同嵌入式多單元分束須條機制，采用不同后區(qū)單壓力棒進行了紡紗試驗，以探究牽伸過程中纖維在熱場中模量降低對其受控能力和形變能力的影響。采用與前文紡制18.3 tex 紗線相同的工藝參數(shù)，所得試驗結(jié)果見表3。

表3 嵌入式熱場柔化對成紗條干的影響

由表3 可知，與無壓力棒相比，光滑式熱場壓力棒成紗條干降低了9.4%，嵌入式熱場壓力棒成紗條干降低了13.0%，由于在牽伸作用下須條受到熱場柔化控制，降低了須條的纖維模量，增強了附加摩擦力界對須條的控制，同時也消除和伸展了內(nèi)部纖維彎鉤，優(yōu)化了纖維的取向，改善了須條內(nèi)部纖維的排列結(jié)構(gòu)。經(jīng)后區(qū)熱場柔化的須條，在嵌入式壓力棒表面捋順接觸的協(xié)同作用下，在牽伸過程中捻回動態(tài)自調(diào)重排，紗體主干產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，使毛羽重新纏繞到紗體主干上，改善了短纖紗外層結(jié)構(gòu)；經(jīng)加捻后短纖紗結(jié)構(gòu)得到固化，有效實現(xiàn)對環(huán)錠短纖紗內(nèi)、外層結(jié)構(gòu)協(xié)同調(diào)控，大幅改善纖維捻回分布，減少紗疵。

5 結(jié)論

本研究分析了后區(qū)附加壓力棒對纖維的控制理論，比較了不同牽伸倍數(shù)下不同形態(tài)后區(qū)壓力棒的成紗性能，設(shè)計了不同表觀形態(tài)嵌入式后區(qū)壓力棒的組合試驗以及裝配嵌入式熱場后區(qū)單壓力棒的紡紗試驗，分別探究了嵌入式微觀結(jié)構(gòu)對須條牽伸過程的控制效果與熱場柔化特征對所紡紗線條干性能的影響，得出以下結(jié)論。

（1）在后牽伸區(qū)增設(shè)壓力棒以產(chǎn)生附加摩擦力界可有效縮短浮游區(qū)長度，加強對纖維運動的控制。光滑式壓力棒依靠縱向作用力約束纖維運動，但由于缺乏橫向的控制力，導致纖維在后區(qū)牽伸倍數(shù)較大時運動難以有效控制，而嵌入式壓力棒則依靠多單元分束機制對纖維運動進行多維控制，后區(qū)牽伸倍數(shù)可達2.70 倍，實現(xiàn)纖維全方位控制，使變速點穩(wěn)定、集中、前移。

（2）當后區(qū)牽伸為2.70 倍時，使用嵌入式壓力棒后的成紗條干CV與無壓力棒和光滑壓力棒相比分別降低了9.4%和1.6%。當后區(qū)牽伸保持2.70 倍不變，總牽伸擴大1.5 倍時，使用嵌入式壓力棒后的成紗條干得到顯著改善，相比于無壓力棒和光滑壓力棒，其條干CV分別降低了22.5%和5.9%。

（3）采用不同表觀形態(tài)的壓力棒進行組合試驗發(fā)現(xiàn)，當采用“光滑式壓力棒+嵌入式壓力棒”形式時，所紡紗線條干較差。而當采用“雙嵌入式壓力棒”形式時，所紡紗線條干皆有顯著改善。其中，當采用“壓力棒Ⅰ為集聚型+壓力棒Ⅱ為分散型”形式時，其條干CV相較于無壓力棒降低了13.5%；另設(shè)計的自控溫型壓力棒，其后區(qū)的降模柔化機制，協(xié)同嵌入式結(jié)構(gòu)特征，增強了對纖維的控制，對成紗條干性能有著大幅改善。其中光滑式熱場壓力棒和嵌入式熱場壓力棒所紡紗線條干CV與無壓力棒相比分別降低了9.4%和13.0%。