周 彬 王慧玲 周紅濤 袁春雷 王韶輝

[1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城，224005；2.浙江理工大學(xué)，浙江杭州，310018；3.江蘇省生物質(zhì)功能紡織纖維開發(fā)與應(yīng)用工程研究中心，江蘇鹽城，224000；4.南通三思機(jī)電科技有限公司，江蘇南通，224005；5.法國(guó)國(guó)際檢驗(yàn)局（法國(guó)BV）南京辦事處，江蘇南京，210000]

條干均勻度是衡量紗線長(zhǎng)度方向粗細(xì)均勻程度的指標(biāo)，是反映紗線成紗結(jié)構(gòu)和外觀的重要參數(shù)，它是紗線評(píng)等定級(jí)的重要指標(biāo)，直接影響紡紗后道各工序正常進(jìn)行及最終產(chǎn)品外觀質(zhì)量，分為短片段不勻和長(zhǎng)片段不勻，需要分別采用不同的儀器和方法進(jìn)行測(cè)試。短片段不勻一般采用電容式條干均勻度儀測(cè)試，以紗線條干均勻度變異系數(shù)作為表征指標(biāo)，紗線穿過(guò)電容時(shí)，可將電容器等效成一個(gè)多層介質(zhì)（空氣與紗線）串聯(lián)的平板電容器，紗樣的電容量與紗線集合體的體積或外觀形態(tài)有極大相關(guān)性，并非與紗線質(zhì)量呈正比，而與紗線的加捻程度、體積差異具有一定的密度效應(yīng)[1?3]。條干均勻度測(cè)試屬于常規(guī)測(cè)試，測(cè)試量較大，試驗(yàn)材料耗費(fèi)大，而傳統(tǒng)儀器沒(méi)有設(shè)置試驗(yàn)樣品回收機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致大量的試驗(yàn)樣品浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)損失較大[4]。長(zhǎng)片段不勻率采用百米重量變異系數(shù)作為表征指標(biāo)，按照GB/T 4743—2009《紡織品卷裝紗絞紗法線密度的測(cè)定》、ISO 2060《紡織品 卷裝紗線線密度（單位長(zhǎng)度的質(zhì)量）的測(cè)定》等標(biāo)準(zhǔn)，要求采用縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)通過(guò)“測(cè)長(zhǎng)切斷稱重”測(cè)試不同片段長(zhǎng)度（50 m、100 m、200 m等）紗線的質(zhì)量差異。這種測(cè)試結(jié)果不同于受地球引力影響的重量，因此其不是重量不勻率，而是質(zhì)量不勻率。目前采用質(zhì)量不勻率替代重量不勻率，一般測(cè)試片段長(zhǎng)度不全是100 m，為回避“重量”及“百米”的概念，新規(guī)中用線密度變異系數(shù)來(lái)替代百米重量變異系數(shù)[5?6]。但這種測(cè)試方法存在一定缺陷。一是計(jì)長(zhǎng)不準(zhǔn)。采用周長(zhǎng)1 m的縷紗框繞紗，當(dāng)繞紗圈數(shù)較大時(shí)，紗線重疊非常嚴(yán)重，導(dǎo)致樣品實(shí)際測(cè)試長(zhǎng)度偏大，最終試驗(yàn)結(jié)果也偏大。二是計(jì)長(zhǎng)和計(jì)重需要分開操作。繞紗達(dá)到設(shè)定圈數(shù)后要將縷紗從紗框上剪斷，然后放到電子天平上稱重，過(guò)程復(fù)雜，容易造成二次誤差，勞動(dòng)強(qiáng)度高。三是原料無(wú)法回收再用，浪費(fèi)嚴(yán)重?？|紗從紗框上扯斷后進(jìn)行稱重，一般會(huì)扭成一團(tuán)，基本沒(méi)有什么回收利用價(jià)值，造成原料的極大浪費(fèi)。

只有結(jié)合長(zhǎng)片段不勻和短片段不勻兩類指標(biāo)才能更加全面綜合的反映紗線的條干均勻度情況，兩種指標(biāo)分開測(cè)試時(shí)，測(cè)試紗線樣品不是嚴(yán)格意義上的同一段試樣樣品，使得測(cè)試結(jié)果不能很好的反映紗線條干情況，也增加了紗線的耗費(fèi)量。同時(shí)分開測(cè)試兩個(gè)指標(biāo)工作量大，檢測(cè)效率低。

本研究對(duì)現(xiàn)有電容式條干均勻度測(cè)試儀器進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在電容測(cè)試前端設(shè)置紗線重量變化（線密度變化）跟蹤測(cè)試單元，基于重量變化和電容變化同步測(cè)試來(lái)表征紗線片段不勻率，降低紗線長(zhǎng)片段測(cè)試的不準(zhǔn)確度，為紡紗生產(chǎn)提供更準(zhǔn)確的參考依據(jù)。

1 儀器設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)單元

圖1為儀器設(shè)計(jì)框架圖，圖2為儀器結(jié)構(gòu)圖。按照對(duì)“同一段紗線的質(zhì)量變化和電容變化同步測(cè)試”的原理來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)試儀器，質(zhì)量變化測(cè)試單元通過(guò)對(duì)紗線電子計(jì)重和電子計(jì)長(zhǎng)來(lái)實(shí)時(shí)反映不同長(zhǎng)度紗線的質(zhì)量，根據(jù)測(cè)試值來(lái)計(jì)算線密度變異系數(shù)，電容測(cè)試單元采用極板電容器來(lái)測(cè)試通過(guò)兩個(gè)電容板之間的紗線的電容值，根據(jù)電容值的變化情況來(lái)計(jì)算條干均勻度。整個(gè)測(cè)試過(guò)程可以同時(shí)獲取紗線的線密度值、中長(zhǎng)片段不勻率和短片段不勻率，達(dá)到“一機(jī)多用”的目的，同時(shí)，紗線回收單元采用自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的槽筒卷繞成形結(jié)構(gòu)，回收連續(xù)無(wú)損紗線[7]。儀器主要有4個(gè)單元，分別是質(zhì)量變化測(cè)試單元、電容測(cè)試單元、紗線回收單元和計(jì)算控制單元IPC。

圖1 儀器設(shè)計(jì)框架圖

圖2 儀器結(jié)構(gòu)圖

1.1 質(zhì)量變化測(cè)試單元

電子計(jì)重。該單元核心部件為電子天平，其作用是將繞紗前后待測(cè)管紗或筒子紗質(zhì)量數(shù)值傳輸?shù)焦I(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC上。其精度為0.00001 g，靈敏度高，穩(wěn)定性好，能滿足常規(guī)筒子紗或者其他卷裝紗線的質(zhì)量稱量要求。在計(jì)重單元外圍為金屬層密閉設(shè)置，可以有效屏蔽外界電磁等可能引起紗線波動(dòng)的其他外在干擾，確保電子天平計(jì)量精確。電子天平上有紗座和紗管，當(dāng)繞紗長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定值繞紗結(jié)束，電子天平開始計(jì)重前落紗器下落使張緊的紗線松弛，避免紗線張力對(duì)計(jì)重結(jié)果產(chǎn)生影響。

電子計(jì)長(zhǎng)。落紗器前方固定安裝一導(dǎo)紗孔，導(dǎo)紗孔前面固定安裝一計(jì)長(zhǎng)圓盤，計(jì)長(zhǎng)圓盤替代了縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)上的縷紗框，避免了紗線重疊帶來(lái)的誤差，如圖3所示。計(jì)長(zhǎng)圓盤外周為凹槽設(shè)計(jì)，其凹槽周長(zhǎng)（30±0.1）cm，凹槽內(nèi)部摩擦因數(shù)較大，防止繞在凹槽里的紗線打滑。一般來(lái)講，只要控制好紗線張力，紗線不打滑，紗線只接觸計(jì)長(zhǎng)圓盤左側(cè)，避免了紗線重疊帶來(lái)的誤差。旋轉(zhuǎn)編碼器連接計(jì)長(zhǎng)圓盤計(jì)數(shù)其轉(zhuǎn)數(shù)，該轉(zhuǎn)數(shù)與凹槽周長(zhǎng)相乘便可得到試驗(yàn)紗線的長(zhǎng)度。編碼器分辨率為50，結(jié)果可精確至0.02 r，也可以根據(jù)不同的測(cè)試精度要求使用不同分辨率的編碼器。

圖3 電子計(jì)長(zhǎng)單元原理圖

1.2 電容變化測(cè)試單元

電容測(cè)試單元上端固裝一定位孔，定位孔與導(dǎo)紗孔、走紗孔和計(jì)長(zhǎng)圓盤在同一水平線上，定位孔正下方固裝電容檢測(cè)器，電容檢測(cè)器正下方固裝一對(duì)膠輥，紗線由定位孔和膠輥控制，保證紗線在電容檢測(cè)器中間位置固定不變，防止紗線位置變化引起介電常數(shù)的意外變化。

1.3 紗線回收單元

該單元是整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的動(dòng)力來(lái)源，與自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)上的槽筒卷繞機(jī)構(gòu)原理完全一樣，如圖4所示，該單元包括槽筒、紗筒和變頻電機(jī)。

圖4 紗線回收單元

1.4 計(jì)算控制單元

采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制，用于設(shè)置基本試驗(yàn)參數(shù)，配置的專家分析軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)紗線質(zhì)量、電容值和紗線片段長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總并進(jìn)行計(jì)算分析。

2 測(cè)試流程

紗線條干的測(cè)試過(guò)程主要包括如下步驟。

（1）參數(shù)設(shè)置。首先通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)設(shè)置基本試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)前測(cè)試紗管質(zhì)量、紗管空管質(zhì)量和紗筒質(zhì)量分別記為G紗管、G管、G筒，紗線公定回潮率Wk，這些數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，設(shè)定測(cè)試片段長(zhǎng)度L，測(cè)試次數(shù)n等。對(duì)恒溫恒濕箱、電子天平、旋轉(zhuǎn)編碼器、電容檢測(cè)器進(jìn)行調(diào)零，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，按照GB/T 3292.1—2008《紡織品紗線條干不勻試驗(yàn)方法第1部分：電容法》以及GB/T 6529—2008《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》要求，通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)設(shè)置恒溫恒濕箱的溫濕度。

（2）紗線引繞。將紗座上的紗管引出紗頭穿過(guò)落紗器、導(dǎo)紗孔、在計(jì)長(zhǎng)圓盤的凹槽里環(huán)繞1周，再依次穿過(guò)走紗孔、定位孔、電容檢測(cè)器的兩個(gè)極板中間，由膠輥夾持，經(jīng)槽筒卷繞到紗筒上。

（3）樣品檢測(cè)。通過(guò)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)程序，膠輥和槽筒在變頻電機(jī)的帶動(dòng)下，將紗線緩緩引出紗管，電子天平上紗管的質(zhì)量變化值、旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)數(shù)值、電容檢測(cè)器中紗線電容值實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦I(yè)控制計(jì)算機(jī)，在測(cè)試紗線條干均勻度過(guò)程中，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)可以獲取片段長(zhǎng)度L的紗線與之對(duì)應(yīng)的紗線重量G L，G L為繞取片段長(zhǎng)度為L(zhǎng)紗線前后紗管的質(zhì)量之差。

（4）測(cè)試結(jié)束。當(dāng)紗管上的紗線退完即天平計(jì)重穩(wěn)定后，數(shù)據(jù)采集立即結(jié)束，最終紗線全部回收卷繞到紗筒上，可以作為其他用途。

（5）紗線線密度計(jì)算。紗管上紗線的濕重G濕=（G紗管-G管），當(dāng)紗線全部繞到紗筒上時(shí)，取下紗筒烘干稱重，其重量記為G紗筒，則紗筒上紗線的干重G干=（G紗筒-G筒），該紗線實(shí)際回潮率WS計(jì)算公式見公式（1）。紗線的線密度Ntex計(jì)算公式見公式（2）。

（6）紗線條干均勻度計(jì)算。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中配置的專家分析軟件系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)紗線質(zhì)量變化值、電容變化值和繞紗長(zhǎng)度的變化情況進(jìn)行分析計(jì)算及自動(dòng)糾錯(cuò)擬合，確定紗線的條干均勻度C V值、不勻率U等指標(biāo)[8]。

3 測(cè)試分析

分別選擇幾種不同線密度的滌棉混紡紗線進(jìn)行測(cè)試分析，片段長(zhǎng)度分別設(shè)為50 m、100 m和200 m，測(cè)試組數(shù)為30組，測(cè)試其線密度、線密度變異系數(shù)、條干均勻度、條干不勻率等指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。

表1 試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，待測(cè)紗線經(jīng)過(guò)儀器測(cè)試，可以同時(shí)測(cè)試紗線的線密度值、長(zhǎng)片段不勻率及短片段不勻率，以便于對(duì)同一段紗線進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，短片段不勻率采用條干均勻度和條干不勻率兩個(gè)指標(biāo)來(lái)表征，從結(jié)果上可以看出，對(duì)于不同線密度和不同片段長(zhǎng)度的紗樣，其變化規(guī)律比較吻合，線密度變異系數(shù)反映的是紗線的長(zhǎng)片段不勻率，分別選取不同片段長(zhǎng)度各連續(xù)測(cè)試30組，計(jì)算可得其線密度變異系數(shù)，從4組紗線的變化規(guī)律可以看出，線密度變異系數(shù)隨著紗線片段長(zhǎng)度的增大有變小的趨勢(shì)，線密度變異系數(shù)隨著紗線線密度的增大有減小的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)比較明顯，而條干均勻度受到紗線質(zhì)量、外觀形態(tài)及捻度等多種因素的影響，因此其變化與線密度的變化沒(méi)有明顯的規(guī)律性，整個(gè)測(cè)試結(jié)束后，紗線樣品全部回收到紗筒，不影響其作為正常原料使用，整個(gè)測(cè)試過(guò)程一次完成，中間無(wú)需其他操作，節(jié)約了人力，提高了試驗(yàn)效率。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)開發(fā)的條干均勻度測(cè)試儀器可同時(shí)測(cè)量同一段紗樣的長(zhǎng)片段不勻率和短片段不勻率，彌補(bǔ)了現(xiàn)有測(cè)試方法需要分步進(jìn)行測(cè)試的弊端，解決了原位檢測(cè)問(wèn)題，試驗(yàn)結(jié)果更具有代表性和準(zhǔn)確性。同時(shí)解決了縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)不能連續(xù)測(cè)試多組紗樣、紗線繞紗重疊及無(wú)法回收再利用等缺陷，試驗(yàn)效率大大提高，檢測(cè)成本大大降低，而且紗線可回收再利用，節(jié)約了大量資源，因此其具有較高的產(chǎn)業(yè)化和推廣價(jià)值，為現(xiàn)有測(cè)試儀器的改進(jìn)和提高提供了一個(gè)新的思路。