郭明華， 劉新金

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

近年來，各大紡紗企業(yè)為提高紡紗效率和經濟效益，追求高效、重定量的紡紗工藝，細紗機超大牽伸技術應運而生。然而在實際生產中，超大牽伸環(huán)錠細紗機在提高紗線質量、改善成紗品質上并沒有發(fā)揮應有的優(yōu)勢，因此，提高細紗機紡紗質量顯得尤為重要[1]。研究表明,通過設計或者選用優(yōu)良的牽伸裝置，制定合理的牽伸工藝，對纖維運動加以有效的控制，可降低產品的不勻率和提高纖維的伸直平行度[2]。其中纖維變速點的分布與細紗成紗質量密切相關，理想牽伸下纖維變速點分布在同一平面，每根纖維在頭端到達前羅拉鉗口線時變速。而實際紡紗過程并非如此，為更好地提高紗線質量，纖維變速點的位置應更集中靠近前羅拉前鉗口，因此，研究纖維運動變速點的分布規(guī)律，對于細紗機牽伸機構生產工藝參數(shù)的優(yōu)化設計和牽伸區(qū)中纖維控制的加強都具有重要意義[3]。

目前，粗紗截面染色法[4]、計算機技術模擬與仿真法[5]、Montecarlo方法[6]隨機模擬、超大牽伸技術[7]、光照投影法、概率分析法[8]、示蹤纖維法[9]等研究纖維變速點分布的方法被提出。本文提出一種測試纖維變速點分布的新方法，該方法基于等長切斷稱重法[10]，以紡制29.2、22.4、18.2 tex棉紗為例，通過對牽伸區(qū)內須條質量分布進行測試分析，研究牽伸區(qū)內纖維變速點集中的位置，從而探尋牽伸區(qū)內纖維變速規(guī)律。

1 牽伸機構和纖維變速點分布測試

1.1 三羅拉雙區(qū)牽伸機構

本文紡紗實驗在CCZ-X多功能細紗機(無錫市恒久電器技術有限公司)上進行，其主要參數(shù)為：錠數(shù)18，錠速2 000～12 000 r/min，牽伸范圍5～100倍， 實物圖如圖1所示。牽伸形式為傳統(tǒng)三羅拉雙區(qū)牽伸，其牽伸區(qū)結構如圖2所示。

圖1 CCZ-X細紗機實物圖Fig.1 Picture of CCZ-X spinning machine

圖2 CCZ-X細紗機牽伸區(qū)結構示意圖Fig.2 Drafting structure diagram of CCZ-X spinning machine

1.2 纖維變速點分布測試方法

牽伸是將半制品由厚變薄或由粗變細的過程。牽伸過程中設置后羅拉對喂入的速度小于前羅拉對輸出的速度，從而在二者的速度差作用下，實現(xiàn)纖維之間的相互滑移，繼而使得須條截面內纖維的根數(shù)減少，實現(xiàn)須條由粗變細過程。引起纖維條質量變化的原因在于纖維條內的纖維發(fā)生變速，因此，牽伸過程中纖維條在牽伸區(qū)內質量的變化，可以表征纖維條內纖維變速過程的分布，也就是牽伸區(qū)內纖維變速點的分布。

由上述分析可知，牽伸過程中牽伸區(qū)內的纖維發(fā)生變速，纖維條由粗變細，即纖維條質量由大變小。在細紗握持距為100 mm的情況下，前區(qū)和后區(qū)分別為50 mm，通過多次實驗得到細紗質量變化曲線如圖3所示。

圖3 牽伸區(qū)內纖維質量分布曲線Fig.3 Fiber quality distribution curve in draft zone

為獲得牽伸區(qū)內纖維變速點分布的表征參數(shù)，需要先獲得牽伸區(qū)內纖維的質量變化曲線，因此，本文采用等長切斷稱重法得到纖維質量在牽伸區(qū)內的分布。牽伸區(qū)內纖維的變速點分布表征參數(shù)根據(jù)如下步驟測試。

1)5 mm等長切斷。在三羅拉雙區(qū)牽伸細紗機運轉過程中，通過緊急停車按鈕讓細紗機停止運轉，抬起搖架；在牽伸區(qū)須條上前、中、后鉗口線位置做標記；將須條剪斷，從細紗機上轉移到提前準備好的方格紙上等長切斷。

2)計算得到質量分布表。用精確度為0.000 1 g的天平對切斷的5 mm須條進行稱量，記錄數(shù)據(jù)。

3)計算得到質量變化曲線。根據(jù)質量變化表匯制質量變化曲線。

2 實驗部分

2.1 實驗方法

采用CCZ-X多功能細紗機進行實驗，用定量為5.0 g/(10 m)的市售半精梳純棉粗紗分別紡制29.2、22.4、18.2 tex細紗。在CCZ-X多功能細紗機上設置工藝參數(shù)(見表1)，調整牽伸區(qū)后區(qū)和前區(qū)的牽伸倍數(shù)以實現(xiàn)紡不同線密度紗線的目的。

表1 3種棉紗工藝參數(shù)Tab.1 Spinning parameters of 3 cotton yarns

2.2 實驗數(shù)據(jù)處理

在保證粗紗、后區(qū)牽伸倍數(shù)等參數(shù)相同的基礎上，采用切斷稱重法和逐差法做單位長度內纖維質量分布差異折線圖進行對比分析，尋找纖維變速集中位置。

根據(jù)纖維變速點分布測試方法中闡述的等長切斷稱重的方法進行實驗，得到3種紗線的質量分布表格。每種紗線進行4次實驗，求平均值。29.2、22.4、18.2 tex棉紗質量分布如表2所示。

表2 3種棉紗質量分布Tab.2 Quality distribution of 3 cotton yarns

2.3 實驗結果與分析

2.3.1 29.2 tex棉紗質量變化

圖4示出29.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質量變化圖，其前牽伸區(qū)纖維質量變化曲線如圖5所示。由圖4可以看出，在后牽伸區(qū)隨著須條到后羅拉距離的增大，纖維質量的變化值整體沒有太大波動。

圖4 29.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質量變化曲線Fig.4 Curves of fiber quality change in back drafting zone of 29.2 tex cotton yarn

圖5 29.2 tex棉紗前牽伸區(qū)纖維質量變化曲線Fig.5 Curves of fiber quality change in front drafting zone of 29.2 tex cotton yarn

由圖5可以看出，隨著距離的增大，纖維質量的變化值整體呈現(xiàn)上升趨勢。在距離中羅拉鉗口線中心點30 mm處，須條的質量變化值開始明顯增大。

2.3.2 22.4 tex棉紗質量變化

圖6示出22.4 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質量變化曲線，其前牽伸區(qū)纖維質量變化曲線如圖7所示。從圖6 可以看出，在后牽伸區(qū)隨著須條到后羅拉鉗距離的增大，須條的質量變化值沒有太大改變。從圖7可以看出，在須條到中羅拉鉗口線中心點25 mm 處，纖維的質量變化值開始有明顯的上升。

圖6 22.4 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質量變化曲線Fig.6 Curves of fiber quality change in back drafting zone of 22.4 tex cotton yarn

圖7 22.4 tex棉紗前牽伸區(qū)纖維質量變化曲線Fig.7 Curves of fiber quality change in front drafting zone of 22.4 tex cotton yarn

2.3.3 18.2 tex棉紗質量變化

圖8示出18.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質量變化曲線，其前牽伸區(qū)纖維質量變化曲線如圖9所示。從圖8 可以看出，隨著須條到后羅拉鉗口中心點距離的增大，須條的質量變化值變化很小。

圖8 18.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質量變化曲線Fig.8 Curves of fiber quality change in back drafting zone of 18.2 tex cotton yarn

圖9 18.2 tex紗前牽伸區(qū)纖維質量變化曲線Fig.9 Curves of fiber quality change in front drafting zone of 18.2 tex cotton yarn

從圖9可以看出：須條在前牽伸區(qū)的質量變化值剛開始很小，在須條到中羅拉鉗口線中心點25 mm 處，纖維的質量變化值開始有明顯上升。

由此分析，在一定范圍內隨著牽伸區(qū)前區(qū)牽伸倍數(shù)的增大，纖維變速點集中位置分散遠離前羅拉鉗口。由細紗機的顯示參數(shù)可知，牽伸區(qū)通過前羅拉速度的增大來實現(xiàn)前區(qū)牽伸倍數(shù)的增大。這使得牽伸區(qū)內快速纖維與慢速纖維的速度差增大，纖維運動的時間變長，在牽伸區(qū)內的不穩(wěn)定性增大，導致纖維變速點位置不穩(wěn)定；且隨著牽伸倍數(shù)的增大，牽伸前區(qū)纖維質量變化較大，纖維須條變細，須條的線密度較小，導致纖維之間抱合力減弱，須條結構松散，不利于纖維的平穩(wěn)運動和纖維的變速點前移集中；除此之外，纖維在變速過程中不易控制，纖維間產生移距偏差，使得變速點位置比較分散，從而使纖維在運動過程中的波動變大，故纖維提前變速，變速點遠離前鉗口且變得分散。

3 結 論

本文分析了三羅拉雙區(qū)牽伸細紗機紡29.2、22.4、18.2 tex棉紗在牽伸區(qū)內的纖維變速點分布，通過等長切斷稱重法進行測試分析得出：牽伸倍數(shù)的過度增大會導致纖維變速點變得分散，29.2 tex棉紗在須條距中羅拉鉗口線中心點30 mm處，即距前羅拉鉗口線中心點20 mm處，纖維質量變化值明顯增大，因此，纖維在牽伸區(qū)內的變速點分布集中；22.4、18.2 tex棉紗在須條距中羅拉鉗口線中心點25 mm 處，即距前羅拉鉗口線中心點25 mm處，纖維質量變化值明顯增大，因此，纖維在牽伸區(qū)內的變速點集中；22.4、18.2 tex棉紗相比29.2 tex棉紗，纖維在牽伸區(qū)內的變速點集中位置提前了5 mm，即纖維在牽伸區(qū)內的變速點集中位置遠離羅拉前鉗口。故在一定范圍內，隨著牽伸區(qū)前區(qū)牽伸倍數(shù)的增大，纖維變速點分布更分散且遠離前羅拉鉗口。在實際紡紗過程中，合理分配牽伸倍數(shù)有利于纖維變速點的集中、前移，提高成紗質量。