敖利民， 唐 雯

(1. 嘉興學(xué)院 材料與紡織工程學(xué)院， 浙江 嘉興 314001； 2. 嘉興學(xué)院 商學(xué)院， 浙江 嘉興 314001)

空心錠機(jī)構(gòu)是復(fù)合紡紗機(jī)上實(shí)現(xiàn)一根紗線(外包纏紗)對(duì)另一根紗線、須條或其復(fù)合體(通稱為芯紗)進(jìn)行螺旋線狀包纏復(fù)合的機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)中采用空心錠機(jī)構(gòu)的紡紗技術(shù)有3種：平行紡紗、空心錠花式捻線和空心錠包覆(機(jī)包)[1-3]。其中：平行紡紗技術(shù)是空心錠機(jī)構(gòu)應(yīng)用的起源；空心錠花式捻線和空心錠包覆技術(shù)是以平行紡紗技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用拓展，雖然仍以空心錠包纏為技術(shù)核心，但其工藝目的卻有所改變。

對(duì)于平行紡紗技術(shù)，外包纏紗的包纏對(duì)象是經(jīng)牽伸裝置牽伸后的無(wú)捻短纖須條，包纏的工藝目的是“賦強(qiáng)”，即通過(guò)外包纏紗對(duì)平行排列短纖維須條纏繞形成的“緊密效應(yīng)”增加芯紗中纖維的摩擦力，同時(shí)也為復(fù)合紗貢獻(xiàn)部分強(qiáng)力(軸向分力)?？招腻V花式捻線技術(shù)，在平行紡紗技術(shù)的基礎(chǔ)上增加了短纖須條牽伸控制機(jī)構(gòu)，可在紡紗過(guò)程中改變牽伸倍數(shù)或?qū)崿F(xiàn)超喂以形成花式效果，也可增加須條喂入根數(shù)并分別進(jìn)行控制以產(chǎn)生花色外觀。牽伸后的短纖須條(飾紗)與單獨(dú)喂入的連續(xù)長(zhǎng)絲(芯紗)并合后，經(jīng)外包纏紗(固紗)包纏形成“芯紗+飾紗+固紗”結(jié)構(gòu)的復(fù)合紗。空心錠包纏的工藝目的是將飾紗固定在芯紗上，獲得穩(wěn)定的花式成紗結(jié)構(gòu)?？招腻V包覆技術(shù)是平行紡紗技術(shù)的簡(jiǎn)化，去除了牽伸裝置，外包纏紗包纏的對(duì)象是紗線(長(zhǎng)絲紗或短纖紗)，空心錠包纏的工藝目的是包覆、復(fù)合，即通過(guò)外包纏紗對(duì)芯紗的包繞實(shí)現(xiàn)對(duì)芯紗的表面覆蓋，得到具有包纏結(jié)構(gòu)的“紗-紗”復(fù)合紗。雖然“包覆”效果可能是這一技術(shù)設(shè)計(jì)的初衷，但在實(shí)際應(yīng)用中并沒(méi)有完全達(dá)到外包纏紗對(duì)芯紗的完全覆蓋。在更多情形下，空心錠包覆紡紗被視為實(shí)現(xiàn)多根紗線復(fù)合、獲取穩(wěn)定成紗結(jié)構(gòu)的復(fù)合加工技術(shù)。包纏復(fù)合結(jié)構(gòu)可賦予成紗不同于并捻、繩編(扭絞)等其他復(fù)合結(jié)構(gòu)與性能。

不同種類、性能、顏色的長(zhǎng)絲紗、短纖紗均可采用空心錠包覆紡紗技術(shù)以不同組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行包纏復(fù)合，達(dá)到彌補(bǔ)紗線性能缺陷、改善紗線可加工性或織物性能[4-5]、獲取復(fù)合功能[6-7]、紗線賦色或混色[8-10]等工藝目的。作為一種以紗線為原料紡制包纏復(fù)合結(jié)構(gòu)紗線的紗線復(fù)合再加工技術(shù)，空心錠包覆紡紗技術(shù)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域不斷拓展、延伸。

雖然空心錠包覆紡紗的技術(shù)核心仍為空心錠包纏，但其工藝路線所決定的包纏作用原理，與平行紡紗和空心錠花式捻線有顯著的區(qū)別。本文在對(duì)3種采用空心錠機(jī)構(gòu)的成紗技術(shù)進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，嘗試?yán)迩蹇招腻V包覆紡紗的包纏作用技術(shù)特點(diǎn)，并主要從包纏速度與芯紗速度匹配的速度分析，以及外包纏紗張力與芯紗張力相互作用的張力分析2個(gè)方面，探討其作用特征及實(shí)現(xiàn)包纏作用的基本技術(shù)要求。

1 工藝配置與作用原理比較

1.1 工藝配置

3種采用空心錠機(jī)構(gòu)的復(fù)合紡紗設(shè)備，從喂入到輸出的工藝路線及機(jī)構(gòu)布置如下。

平行紡紗：短纖須條(條子或粗紗)喂入、牽伸機(jī)構(gòu)→空心錠包纏機(jī)構(gòu)→引紗、卷繞成形機(jī)構(gòu)。

空心錠花式捻線：飾紗短纖須條喂入、牽伸機(jī)構(gòu)+芯紗喂入機(jī)構(gòu)→空心錠包纏機(jī)構(gòu)(固紗)→環(huán)錠加捻機(jī)構(gòu)(可選用)→卷繞成形機(jī)構(gòu)。

包覆紡紗：芯紗喂入機(jī)構(gòu)(可喂入彈力芯紗并進(jìn)行預(yù)牽伸)→空心錠包纏結(jié)構(gòu)→卷繞成形機(jī)構(gòu)。

在紡紗設(shè)備上，平行紡紗機(jī)和空心錠花式捻線設(shè)備從喂入到輸出采用自上而下配置的工藝路線，而空心錠包覆紡紗機(jī)采用自下而上的配置方式。圖1示出2種配置空心錠包纏部分的示意圖。

圖1 空心錠包纏的2種配置形式Fig.1 Two configuration forms of hollow spindle wrapping.(a) Reverse wrapping; (b) Forward wrapping

圖1(a)示出平行紡紗和空心錠花式捻線所采用的配置形式。牽伸后的短纖須條或須條與長(zhǎng)絲的并合體在空心錠上端與錠管上退繞下來(lái)的外包纏紗并合后，從空心錠的上端進(jìn)入空心錠的中心管，從下端引出，外包纏紗退繞、引出的方向(向上)與芯紗、復(fù)合紗的運(yùn)行方向(向下)相反。圖1(b)示出空心錠包覆紡紗所采用的配置形式。芯紗從空心錠下端進(jìn)入空心錠中心管，從上端引出后與從錠管上退繞下來(lái)的外包纏紗會(huì)合并實(shí)現(xiàn)包纏復(fù)合后向上引出，外包纏紗退繞、引出的方向(向上)與芯紗、復(fù)合紗的運(yùn)行方向(向上)相同。

為方便區(qū)分，本文將圖1(a)實(shí)現(xiàn)的包纏作用配置形式稱為“逆向包纏”；將圖1(b)實(shí)現(xiàn)的包纏作用配置形式稱為“順向包纏”。

1.2 包纏作用特征

空心錠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)包纏作用的配置形式不同，其工藝要求和適應(yīng)性存在一定的差異。

對(duì)于平行紡紗，芯紗是無(wú)捻短纖須條，不能承受紡紗張力(外包纏紗高速纏繞張力、引紗張力等)作用，須在空心錠頂端采取假捻措施：芯紗與外包纏紗并合進(jìn)入中心管后又從管壁上的假捻孔引出，并回繞錠子約1/4圈再進(jìn)入中心管，通過(guò)空心錠回轉(zhuǎn)帶動(dòng)芯紗一起回轉(zhuǎn)，給位于牽伸裝置和空心錠頂端之間的須條加捻，并在重回中心管后通過(guò)假捻的退捻作用實(shí)現(xiàn)外包纏紗對(duì)芯紗的包纏。

對(duì)于空心錠花式捻線，雖然理論上飾紗與芯紗的并合體能夠承受紡紗張力作用，但為避免飾紗須條纖維散失，獲取較為緊密、穩(wěn)定的飾紗花式結(jié)構(gòu)以及均勻的包纏捻度分布，一般也需在空心錠下端配置隨空心錠回轉(zhuǎn)的假捻鉤，對(duì)飾紗與芯紗的并合體進(jìn)行假捻作用，再通過(guò)假捻退捻實(shí)現(xiàn)外包纏紗對(duì)并合體的包纏[11]。

通過(guò)上述分析可知，空心錠逆向包纏的實(shí)質(zhì)是假捻-退捻包纏，先通過(guò)假捻對(duì)散纖維或其復(fù)合體進(jìn)行假捻賦強(qiáng)，以克服紡紗張力、緊密紗條結(jié)構(gòu)，再利用假捻的退捻作用實(shí)現(xiàn)外包纏紗的包纏。

與逆向包纏不同，順向包纏是外包纏紗對(duì)芯紗形成真正意義上螺旋線狀纏繞，而不借助假捻-退捻作用實(shí)現(xiàn)包纏。由于芯紗不需要穿假捻孔或繞假捻鉤，使得對(duì)剛性大、甚至具有一定脆性紗線的包覆復(fù)合成為可能，如以玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維、不銹鋼纖維等紗線為芯紗的包纏復(fù)合加工，產(chǎn)品適應(yīng)性優(yōu)于逆向包纏。但由于芯紗要承受較大的紡紗張力，只能用于具有一定強(qiáng)度紗線的包纏復(fù)合。在外包纏紗對(duì)芯紗進(jìn)行纏繞時(shí)，為控制外包纏紗的氣圈形態(tài)，穩(wěn)定包纏張力和包纏捻度，須在空心錠頂端上方設(shè)置限定包纏復(fù)合作用點(diǎn)向上移動(dòng)的會(huì)合導(dǎo)紗鉤。

此外，如果要追求更好的包覆效果或?qū)崿F(xiàn)更多組分的包纏復(fù)合，包覆紡紗機(jī)上可以對(duì)1次包纏之后的復(fù)合紗再進(jìn)行1次包纏(2組空心錠機(jī)構(gòu)串聯(lián)配置)。

2 順向包纏作用的速度分析

2.1 包纏氣圈的形成

順向包纏過(guò)程中，復(fù)合紗在引紗輥的牽引作用下引出，帶動(dòng)外包纏紗從錠管上退繞并與芯紗一起穿過(guò)會(huì)合導(dǎo)紗鉤向上運(yùn)動(dòng)；同時(shí)由于卷繞著外包纏紗的錠管與空心錠一起在錠帶的傳動(dòng)下高速回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)卷繞其上的外包纏紗一起回轉(zhuǎn)，形成外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞。處在纏繞點(diǎn)(外包纏紗與芯紗會(huì)合并對(duì)芯紗進(jìn)行纏繞的作用點(diǎn))與剝離點(diǎn)(外包纏紗從錠管上退繞、剝離的位置)之間的外包纏紗段，在紗線自身重力，從錠管上剝離的阻力，高速回轉(zhuǎn)的離心力、空氣阻力、哥氏力等作用力的共同作用下，呈一定形態(tài)的空間凸形曲線并高速回轉(zhuǎn)，形成氣圈。與常見(jiàn)的卷繞氣圈(如環(huán)錠紡紗的氣圈)和退繞氣圈(如管紗或筒紗高速退繞產(chǎn)生的氣圈)不同，外包纏紗對(duì)芯紗的高速纏繞，形成的是有芯(軸)氣圈，外包纏紗氣圈回轉(zhuǎn)的軸心為芯紗，如圖2所示。

圖2示出外包纏紗形成的氣圈。從圖2(a)看出，當(dāng)氣圈凸形較大時(shí)，氣圈的最大半徑在氣圈段的中部。當(dāng)氣圈高度較小，氣圈凸形一般也較小，氣圈半徑受錠管上邊盤限制，最大直徑等于邊盤直徑，如圖2(b)所示。這種情形一般出現(xiàn)在外包纏紗退繞點(diǎn)處于靠近錠管上邊盤位置時(shí)。此時(shí)外包纏紗會(huì)與邊盤產(chǎn)生摩擦，如果邊盤邊緣表面不夠光滑，易于刮斷外包纏紗，需要用細(xì)砂紙打磨處理。

圖2 外包纏紗形成的氣圈Fig.2 Balloon formed by outer wrapping yarn. (a) Balloon diameter larger than side plate diameter of spindle tube; (b) Balloon diameter smaller than side plate diameter of spindle tube

2.2 包纏作用的速度分析

在纏繞點(diǎn)處，外包纏紗并非在芯紗徑向(垂直于芯紗)平面內(nèi)對(duì)芯紗進(jìn)行纏繞，而是與芯紗呈一夾角α[12-13]，如圖3(a)所示。VC為芯紗運(yùn)動(dòng)速度，亦即包纏復(fù)合后成紗運(yùn)動(dòng)速度；VW為外包纏紗在纏繞點(diǎn)處包纏芯紗的線速度。由于外包纏紗在錠管上的退繞剝離點(diǎn)隨著外包纏紗的退繞、輸出在不斷變化，氣圈段的長(zhǎng)度不斷發(fā)生變化，使得氣圈的形態(tài)也不斷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致在纏繞點(diǎn)處外包纏紗對(duì)芯紗的包纏角α也在不斷發(fā)生變化。

圖3 外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞及纏繞速度分解Fig.3 Inlacing of outer wrapping yarn to core yarn (a) and decomposition of inlacing speed (b)

外包纏紗纏繞點(diǎn)處對(duì)芯紗的包纏線速度VW(VW=πdn。其中：n為外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞轉(zhuǎn)速；d為外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞直徑，為纏繞點(diǎn)處芯紗和外包纏紗的表觀直徑之和)，可以分解為沿芯紗軸向分速度V2和沿芯紗周向(切向)分速度V1，如圖3(b)所示，V1=VWsinα，V2=VWcosα。V1產(chǎn)生的效果是使外包纏紗纏繞到芯紗上，而V2則產(chǎn)生使纏繞點(diǎn)沿芯紗軸向向下運(yùn)動(dòng)(與芯紗運(yùn)動(dòng)方向相反)的效果。由此，在外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞過(guò)程中，芯紗上纏繞點(diǎn)的位置取決于芯紗的運(yùn)動(dòng)速度VC與V2的大?。篤C>V2，則纏繞點(diǎn)沿芯紗向上運(yùn)動(dòng)；VC

在實(shí)際的紡紗設(shè)備上，纏繞點(diǎn)的上下移動(dòng)范圍是受限的，如圖4所示。纏繞點(diǎn)向上不能穿過(guò)會(huì)合導(dǎo)紗鉤，向下則不能進(jìn)入空心錠上端孔。當(dāng)纏繞點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)到會(huì)合導(dǎo)紗鉤，或向下運(yùn)動(dòng)到空心錠端，則會(huì)在會(huì)合導(dǎo)紗鉤或空心錠端的機(jī)械強(qiáng)制作用下，被動(dòng)穩(wěn)定在會(huì)合導(dǎo)紗鉤或空心錠端處，即會(huì)合導(dǎo)紗鉤處為纏繞點(diǎn)移動(dòng)的上限位，空心錠端為纏繞點(diǎn)移動(dòng)的下限位。上下限位之間的距離一般為6.5 cm左右。

圖4 外包纏紗纏繞點(diǎn)的上下限位Fig.4 Upper and lower limits of wrapping point

為觀察纏繞點(diǎn)隨芯紗速度的變動(dòng)情況，以111.1 dtex(48 f)滌綸低彈絲(DTY)為芯紗，44.4 dtex(34 f)錦綸6全拉伸絲(FDY)為外包纏紗，錠速為15 000 r/min，紡制滌/錦復(fù)合紗，逐次調(diào)低引紗速度(增大包纏捻度)，觀察纏繞點(diǎn)的移動(dòng)情況。圖5示出纏繞點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定于會(huì)合導(dǎo)紗鉤與空心錠端間不同位置時(shí)的狀態(tài)。在引紗速度大于8 m/min(名義捻度小于1 875 捻/m)時(shí)，纏繞點(diǎn)均被動(dòng)穩(wěn)定于會(huì)合導(dǎo)紗鉤處，如圖5(a)所示。這是由于，盡管外包纏紗對(duì)芯紗的包纏轉(zhuǎn)速很高，但包纏直徑很小，包纏線速度VW的軸向分速度V2一般都會(huì)遠(yuǎn)小于引紗速度VC，纏繞點(diǎn)被動(dòng)穩(wěn)定于會(huì)合導(dǎo)紗鉤處。如果沒(méi)有會(huì)合導(dǎo)紗鉤的限制，纏繞點(diǎn)會(huì)繼續(xù)向上移動(dòng)直至速度平衡或受到其他機(jī)構(gòu)(上排空心錠的中心管下端或引紗輥處)的限制。當(dāng)引紗速度調(diào)至8 m/min及以下時(shí)，觀察到纏繞點(diǎn)(外包纏紗氣圈頂點(diǎn))下移，如圖5(b)～(d)所示；當(dāng)引紗速度調(diào)至5 m/min(名義捻度為3 000 捻/m)，纏繞點(diǎn)下移至空心錠端，如圖5(e)所示。此時(shí)，氣圈上部與錠管邊盤、錠帽、空心錠端均產(chǎn)生摩擦作用，作為無(wú)捻復(fù)絲的外包纏紗松散而使氣圈變得不清晰。

除了圖5(a)、(e)所示的被動(dòng)穩(wěn)定狀態(tài)，纏繞點(diǎn)處于上下限位之間時(shí)，都會(huì)隨著氣圈形態(tài)的波動(dòng)而產(chǎn)生一定幅度的上下波動(dòng)，不會(huì)穩(wěn)定不變。

圖5 纏繞點(diǎn)的移動(dòng)Fig.5 Movement of winding point. (a) Wrapping point at upper limit; (b) VC=8 m/min; (c) VC=7 m/min; (d) VC=6 m/min; (e) VC=5 m/min (lower limit)

從本例中也可以看出，在實(shí)用范圍內(nèi)(包纏捻度一般不會(huì)大于1 000 捻/m)，纏繞點(diǎn)一般均處于如圖5(a)所示的被動(dòng)穩(wěn)定于會(huì)合導(dǎo)紗鉤處的狀態(tài)。只有當(dāng)捻度很大時(shí)，芯紗速度很低，才會(huì)出現(xiàn)包纏點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定于會(huì)合導(dǎo)紗鉤與空心錠端之間或被動(dòng)穩(wěn)定于空心錠端的情況。

當(dāng)纏繞點(diǎn)被動(dòng)穩(wěn)定在上下限位處時(shí)，包纏角的變化不能影響包纏紗圈的分布，只要引紗速度是均勻的，包纏捻度分布就是均勻的。而一旦纏繞點(diǎn)在二者之間發(fā)生移動(dòng)，就會(huì)引起包纏捻度的變化。由此可見(jiàn)，設(shè)置會(huì)合導(dǎo)紗鉤對(duì)穩(wěn)定順向包纏的包纏捻度是必要的，它極大地縮小了纏繞點(diǎn)的上下波動(dòng)范圍，將纏繞點(diǎn)移動(dòng)導(dǎo)致的包纏捻度波動(dòng)限制在了一個(gè)較小的范圍內(nèi)。

需要指出的是，對(duì)于不同的紡紗工藝參數(shù)(芯紗和外包纏紗種類、錠速等)，觀察到纏繞點(diǎn)變動(dòng)狀態(tài)的引紗速度(名義捻度)會(huì)有一定的差異。

3 順向包纏過(guò)程的張力分析

如前所述，高速回轉(zhuǎn)的外包纏紗對(duì)芯紗進(jìn)行纏繞時(shí)，會(huì)因離心力、空氣阻力、哥氏力等力的作用形成氣圈，因而產(chǎn)生纏繞張力，使得外包纏紗以一定的張力纏繞到芯紗上，獲得較為穩(wěn)定的緊密成紗結(jié)構(gòu)。

3.1 影響包纏張力的因素

從包纏張力的產(chǎn)生來(lái)源，可分析影響其大小的主要因素?？招腻V轉(zhuǎn)速：空心錠轉(zhuǎn)速越高，在其他條件不變的情況下，氣圈段外包纏紗產(chǎn)生的離心力、哥氏力越大，受到的空氣阻力也越大，包纏張力也就越大。外包纏紗線密度與表觀直徑：外包纏紗線密度越大，直徑越大，高速回轉(zhuǎn)的離心力和受到的空氣阻力也越大，包纏張力越大。氣圈高度與退繞直徑：外包纏紗在錠管上的退繞點(diǎn)決定了氣圈高度和氣圈段長(zhǎng)度，進(jìn)而影響離心力和空氣阻力。當(dāng)外包纏紗在錠管上的退繞點(diǎn)位于上邊盤、大直徑時(shí)，氣圈段最短，而退繞點(diǎn)位于下邊盤、小直徑時(shí)，氣圈段最長(zhǎng)，包纏張力最大。

此外，當(dāng)氣圈段長(zhǎng)度變化引起氣圈形態(tài)變化，與錠管上邊盤產(chǎn)生摩擦?xí)r，也會(huì)增大紡紗張力；當(dāng)錠管卷繞外包纏紗時(shí)，卷繞張力、卷繞圈距不同會(huì)引起卷繞密度變化，相鄰紗層間嵌入程度不同，則會(huì)影響外包纏紗從錠管上退繞時(shí)的剝離阻力，并因而對(duì)包纏張力產(chǎn)生影響。包纏張力隨紡紗工藝的變化而變化，在紡紗工藝不變的情況下不能進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。

3.2 包纏張力的作用效果

圖6示出外包纏紗對(duì)芯紗纏繞時(shí)的張力作用情況。其中:TT為引紗張力;TC為芯紗張力;TW為外包纏紗的包纏張力，其對(duì)芯紗的作用距為芯紗與外包纏紗半徑之和。外包纏紗的張力TW同樣與芯紗形成夾角α，因而可以分解成平行于芯紗軸向的分力T1=TWsinα和垂直于芯紗軸向的分力T2=TWcosα，如圖7所示。

圖6 外包纏紗對(duì)芯紗纏繞時(shí)的張力作用Fig.6 Tension action of outer wrapping yarn on core yarn during inlacing. (a) Lateral view; (b) Top view

圖7 外包纏紗的張力分解Fig.7 Tension decomposition of outer wrapping yarn

平行于芯紗軸向的分力T2形成將外包纏紗從錠管上引出的阻力，穩(wěn)定情況下與芯紗張力TC的合力形成與引紗張力TT的平衡關(guān)系(TT=TC+T2)，且由于與芯紗軸心存在一定的作用距(包纏點(diǎn)處的纏繞半徑)，產(chǎn)生使芯紗軸向彎曲的力矩；垂直于軸向的分力T1則作用在芯紗截面圓周的切向，如圖6(b)所示，這一分力產(chǎn)生2個(gè)效應(yīng)：將芯紗拉偏離會(huì)合導(dǎo)紗鉤和空心錠端的內(nèi)孔中心連線(以下簡(jiǎn)稱中心線)；產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，使芯紗繞其本身軸線回轉(zhuǎn)。

芯紗被拉偏離后，如果芯紗彎曲剛度大和/或張力足夠大，垂直分力T1和平行分力T2的力矩作用不足以使芯紗產(chǎn)生明顯的軸向折曲，其偏離程度受到會(huì)合導(dǎo)紗鉤內(nèi)孔和空心錠端內(nèi)孔孔徑的限制(2個(gè)孔徑一般均為3 mm)，則外包纏紗拖動(dòng)著芯紗，以中心線為回轉(zhuǎn)中心，作回轉(zhuǎn)半徑小于會(huì)合導(dǎo)紗鉤內(nèi)孔和空心錠端內(nèi)孔孔徑的圓周遠(yuǎn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)方向與外包纏紗回轉(zhuǎn)方向相同，形成“柱狀”芯紗氣圈，如圖2、圖5(a)中所示的芯紗形態(tài)。當(dāng)芯紗張力偏低時(shí)，在不受約束的圓柱形氣圈中部，也會(huì)在回轉(zhuǎn)離心力作用下形成一定的凸形，凸形形態(tài)取決于氣圈高度、芯紗定量和芯紗張力等；當(dāng)纏繞點(diǎn)位于會(huì)合導(dǎo)紗鉤之下時(shí)，在纏繞張力作用下，芯紗的柱狀氣圈與成紗形成的柱狀氣圈會(huì)在纏繞點(diǎn)處形成一定的折曲(如圖5(b)～(d)所示)；如果芯紗柔軟且張力較低，纏繞點(diǎn)就會(huì)在外包纏紗張力作用下偏離中心線，并在纏繞點(diǎn)處產(chǎn)生明顯折曲，此時(shí)，纏繞點(diǎn)也隨著外包纏紗的回轉(zhuǎn)以一定的半徑回轉(zhuǎn)，形成的氣圈形態(tài)如圖8所示。氣圈分為3部分：纏繞點(diǎn)以上為復(fù)合紗形成的錐形氣圈；纏繞點(diǎn)以下是由外包纏紗和芯紗分別形成的2個(gè)氣圈，倒錐形芯紗氣圈在內(nèi)，外包纏紗氣圈在外，并交會(huì)于纏繞點(diǎn)。芯紗和外包纏紗一起繞中心線回轉(zhuǎn)，由于芯紗處于內(nèi)側(cè)，仍能形成外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞，但纏繞作用條件會(huì)有一定變化，導(dǎo)致復(fù)合紗結(jié)構(gòu)變化(趨向于扭絞結(jié)構(gòu))，外包纏紗對(duì)芯紗的包覆效果會(huì)下降。如果纏繞點(diǎn)偏離中心線太多，纏繞點(diǎn)回轉(zhuǎn)中心嚴(yán)重偏離中心線，外包纏紗會(huì)因上邊盤阻礙不能正常退繞而斷裂。

圖8 包纏點(diǎn)偏離中心線時(shí)的氣圈形態(tài)Fig.8 Balloon morphology when wrapping point deviates from center line

為避免芯紗在外包纏紗張力作用下發(fā)生折曲，導(dǎo)致纏繞點(diǎn)偏離中心線，保證一定的芯紗張力是實(shí)現(xiàn)順向包纏必要的條件，尤其是在芯紗柔軟、外包纏紗線密度大、錠速高時(shí)，芯紗張力的調(diào)整以包纏點(diǎn)不偏離中心線為依據(jù)。在生產(chǎn)實(shí)際中，對(duì)于強(qiáng)力較低的芯紗或張力大小調(diào)整受限的彈力芯紗，其外包纏紗的線密度和/或錠速的選擇是受到一定限制的。

纏繞點(diǎn)處，包纏張力垂直于芯紗軸向的分力T2產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩，使芯紗產(chǎn)生與包纏方向同向的回轉(zhuǎn)，這將產(chǎn)生2方面的效應(yīng)：芯紗回轉(zhuǎn)影響外包纏紗對(duì)芯紗的包纏捻度；芯紗回轉(zhuǎn)會(huì)在纏繞點(diǎn)以下的芯紗段產(chǎn)生捻回分布。

由于芯紗在包纏張力作用下的回轉(zhuǎn)方向與外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞作用回轉(zhuǎn)方向相同，芯紗回轉(zhuǎn)減少了纏繞點(diǎn)處外包纏紗對(duì)芯紗的有效纏繞圈數(shù)，對(duì)包纏捻度產(chǎn)生“抵消”效應(yīng)。纏繞點(diǎn)處芯紗在包纏張力扭轉(zhuǎn)力矩作用下的回轉(zhuǎn)圈數(shù)，取決于包纏張力的大小、纏繞點(diǎn)處芯紗的直徑(影響張力的扭轉(zhuǎn)力矩)和芯紗的抗扭剛度。影響包纏張力大小的因素前面已進(jìn)行介紹，芯紗的抗扭剛度則主要取決于芯紗本身的抗扭剛度與芯紗張力。由于包纏張力隨著退繞點(diǎn)的變化在不斷變化，芯紗張力也不可避免地不斷波動(dòng)，芯紗的附加回轉(zhuǎn)也就不斷波動(dòng)，導(dǎo)致包纏捻度的波動(dòng)，這是除了外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加捻度之外，包覆紗產(chǎn)生包纏捻度不勻的主要因素之一，尤其是在芯紗存在粗細(xì)不勻的情形下。

包纏張力作用在纏繞點(diǎn)處，產(chǎn)生的芯紗回轉(zhuǎn)可視為纏繞點(diǎn)處的假捻效應(yīng)(纏繞點(diǎn)即假捻點(diǎn))，根據(jù)假捻原理，捻回會(huì)從纏繞點(diǎn)向下(芯紗側(cè))傳遞，在芯紗段產(chǎn)生一定捻回分布，捻度的大小隨著芯紗張力、包纏張力的波動(dòng)而動(dòng)態(tài)變化，并受到空心錠中心管壁摩擦假捻的疊加作用影響。當(dāng)芯紗攜帶捻回經(jīng)過(guò)纏繞點(diǎn)后，即發(fā)生解捻并同時(shí)受到外包纏紗的纏繞，纏繞點(diǎn)處動(dòng)態(tài)波動(dòng)的外包纏紗張力力矩與芯紗攜帶捻回產(chǎn)生的退捻力矩并不必然形成抵消，使經(jīng)過(guò)纏繞點(diǎn)后的芯紗上可能會(huì)殘留局部真捻以及不完全扭轉(zhuǎn)的殘捻。

關(guān)于外包纏紗張力對(duì)芯紗的扭轉(zhuǎn)作用的效果，這里僅做以上定性探討。對(duì)于芯紗扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生附加捻度的實(shí)驗(yàn)分析(包括粗細(xì)不勻芯紗捻度顯著不勻產(chǎn)生的“弱段彩”特征)，以及芯紗假捻殘留的實(shí)驗(yàn)分析與應(yīng)用(殘留捻回“片段呈色”段彩復(fù)合紗)，將在后續(xù)研究中探討。

4 結(jié)束語(yǔ)

1)空心錠包覆紡紗的空心錠機(jī)構(gòu)采用順向包纏方式實(shí)現(xiàn)芯紗對(duì)外包纏紗的螺旋線狀纏繞，是其區(qū)別于平行紡紗和空心錠花式捻線的逆向包纏通過(guò)假捻-退捻實(shí)現(xiàn)包纏的技術(shù)特征。

2)外包纏紗對(duì)芯紗的順向包纏，纏繞點(diǎn)的位置會(huì)隨著芯紗運(yùn)動(dòng)速度與外包纏紗對(duì)芯紗的包纏速度，以及氣圈形態(tài)波動(dòng)導(dǎo)致的包纏角的變化而變化，引起包纏捻度的波動(dòng)。會(huì)合導(dǎo)紗鉤對(duì)于限定順向包纏作用的包纏點(diǎn)波動(dòng)、穩(wěn)定包纏捻度意義重大。一般情況下，纏繞點(diǎn)會(huì)被動(dòng)穩(wěn)定于會(huì)合導(dǎo)紗鉤處，只有在芯紗運(yùn)動(dòng)速度很小(包纏捻度很大)時(shí)才會(huì)由會(huì)合導(dǎo)紗鉤處向下移動(dòng)，但下移位置會(huì)受到空心錠端的限制。

3)外包纏紗對(duì)芯紗的順向包纏作用，會(huì)因外包纏紗隨空心錠的高速回轉(zhuǎn)及芯紗在外包纏紗張力作用下的高速回轉(zhuǎn)分別形成外包纏紗氣圈和芯紗氣圈。外包纏紗氣圈的長(zhǎng)度和形態(tài)隨著外包纏紗在錠管上剝離點(diǎn)的變化而不斷變化；柱狀芯紗氣圈的形態(tài)主要決定于芯紗張力、包纏轉(zhuǎn)速及芯紗規(guī)格。

4)包纏張力受錠速、外包纏紗線密度等紡紗工藝參數(shù)的影響，并隨著氣圈高度、形態(tài)的波動(dòng)而發(fā)生不可控的波動(dòng)，且不能進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整。為保證包纏作用的順利實(shí)現(xiàn)，芯紗必須保持一定的張力，以避免纏繞點(diǎn)偏離中心線，導(dǎo)致包纏結(jié)構(gòu)的改變，甚至外包纏紗的斷頭。包纏張力使芯紗產(chǎn)生與纏繞方向的同向回轉(zhuǎn)，這一方面會(huì)抵消外包纏紗對(duì)芯紗的包纏捻度；另一方面會(huì)在纏繞點(diǎn)以下的芯紗段產(chǎn)生動(dòng)態(tài)捻回分布，并在成紗的芯紗上形成殘留捻回。

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