敖利民，蘇 娟, 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)

空心錠包覆紗的包纏捻度，即單位長(zhǎng)度芯紗上纏繞外包纏紗的圈數(shù)，是包覆紗最重要的工藝參數(shù)，影響外包纏紗對(duì)芯紗的包覆效果[1-2]，不同顏色紗線復(fù)合時(shí)的混色外觀效果[3-4]，以及不同性質(zhì)紗線復(fù)合的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)[5-6]等。

包纏捻度的大小主要取決于空心錠的錠速和芯紗的運(yùn)動(dòng)速度，在實(shí)用中，采用空心錠轉(zhuǎn)速與芯紗運(yùn)動(dòng)速度(即引紗速度)之比計(jì)算包覆紗的名義包纏捻度。錠速是恒定的，一般不作調(diào)整，調(diào)整包纏捻度，可通過(guò)改變引紗速度的大小實(shí)現(xiàn)，引紗速度越大，包纏捻度越小。

實(shí)際上，由于包覆紡紗的“順向包纏”作用特征，包纏捻度及其分布還受到包纏角變化、纏繞點(diǎn)移動(dòng)、外包纏紗退繞速度變化、芯紗在包纏紗張力作用下的回轉(zhuǎn)等因素的影響，在本文的前序研究[7]中，已從包纏作用的速度分析和張力分析二方面進(jìn)行了初步定性探討。本文在對(duì)外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加纏繞，以及包纏張力引起的芯紗回轉(zhuǎn)對(duì)包纏捻度及其分布影響進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)紡紗實(shí)驗(yàn)，紡制不同芯紗張力、芯紗線密度、引紗速度、芯紗均勻度的包纏復(fù)合紗，測(cè)試包纏捻度，探討其分布特征，對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加捻度分析

1.1 退繞附加捻度的產(chǎn)生與估算

外包纏紗繞芯紗高速回轉(zhuǎn)形成對(duì)芯紗的纏繞，理論上回轉(zhuǎn)速度應(yīng)等于空心錠的轉(zhuǎn)速；但由于纏繞到芯紗上的外包纏紗隨著芯紗一起向上輸出，外包纏紗從錠管上持續(xù)退繞，因而形成附加回轉(zhuǎn)，如圖1所示。

圖1 空心錠回轉(zhuǎn)方向與錠管繞紗方向的配合關(guān)系

由于外包纏紗在錠管上的繞紗方向與空心錠的回轉(zhuǎn)方向相反(這是空心錠機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其包纏作用的基本配置要求)，外包纏紗在錠管上退繞時(shí)產(chǎn)生附加回轉(zhuǎn)的方向也就與空心錠回轉(zhuǎn)方向相同。圖中所示空心錠回轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，包纏捻向?yàn)閆 捻，此時(shí)錠管上外包纏紗的繞紗方向應(yīng)為逆時(shí)針?lè)较?，退繞產(chǎn)生的附加回轉(zhuǎn)方向即為順時(shí)針；反之，若空心錠回轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，包纏捻向?yàn)镾捻，則外包纏紗在錠管上的繞紗方向應(yīng)為順時(shí)針，退繞產(chǎn)生的附加回轉(zhuǎn)方向即為逆時(shí)針。

外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞轉(zhuǎn)速，實(shí)際上是由空心錠轉(zhuǎn)速和外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速2部分組成的，且為二者的加和。外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加回轉(zhuǎn)捻度使復(fù)合紗的實(shí)際包纏捻度大于名義捻度。

按照包纏作用原理，如果不考慮外包纏紗在錠管上退繞剝離點(diǎn)的變化，單位時(shí)間內(nèi)以螺旋線狀纏繞到芯紗上的外包纏紗長(zhǎng)度，應(yīng)等于從錠管上退繞的外包纏紗長(zhǎng)度。但是，外包纏紗從錠管上的退繞，只有在退繞一圈紗時(shí)，其氣圈段的長(zhǎng)度才是不變的。外包纏紗退繞剝離點(diǎn)隨著其在錠管上退繞直徑和高低位置的變化，處于不斷變化之中。外包纏紗從滿紗到空管的退繞作用特征是：退繞一層紗，退繞直徑不變，剝離點(diǎn)從上邊盤(pán)移動(dòng)到下邊盤(pán)或相反(上下邊盤(pán)間距一般約為14 cm，視不同機(jī)型可能有差別)；退繞一落紗，空管到滿管，剝離點(diǎn)從大半徑到小半徑(大小半徑之差一般為5 cm左右)。因此，從退繞剝離點(diǎn)到纏繞點(diǎn)間外包纏紗氣圈段的長(zhǎng)度一直處于變化中。

圖2示出錠管上外包纏紗退繞剝離點(diǎn)位于不同紗層、不同高低位置時(shí)氣圈形態(tài)和長(zhǎng)度的變化示意圖，不同退繞直徑和不同氣圈高度，氣圈段的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生較大變化。因此，單位時(shí)間內(nèi)，從錠管上退繞的外包纏紗長(zhǎng)度，實(shí)際上等于氣圈段變化長(zhǎng)度與纏繞到芯紗上并輸出的外包纏紗長(zhǎng)度的代數(shù)和，氣圈段變化長(zhǎng)度的大小及正負(fù)，取決于外包纏紗退繞參考基點(diǎn)的選?。喝绻x擇上邊盤(pán)處大半徑(外包纏紗氣圈曲線1退繞點(diǎn))為參考基點(diǎn)，則氣圈變化長(zhǎng)度為負(fù)值，此時(shí)退繞的外包纏紗長(zhǎng)度中，會(huì)有部分長(zhǎng)度消耗于氣圈長(zhǎng)度的增加，外包纏紗退繞附加轉(zhuǎn)速增加；反之，如果選擇錠管下邊盤(pán)、小半徑處(外包纏紗氣圈曲線3退繞點(diǎn))為參考基點(diǎn)，則氣圈變化長(zhǎng)度為正值，此時(shí)，會(huì)由于氣圈長(zhǎng)度的逐漸縮短，“釋放出”部分外包纏紗長(zhǎng)度，退繞的外包纏紗長(zhǎng)度減小，外包纏紗退繞附加轉(zhuǎn)速減小。

由此，單位時(shí)間外包纏紗在芯紗上的包纏長(zhǎng)度，即有效輸出長(zhǎng)度L1與其在錠管上的退繞長(zhǎng)度L2之間關(guān)系，見(jiàn)下式：

L1+δ=L2

(1)

式中，δ為單位時(shí)間內(nèi)氣圈長(zhǎng)度的變化值。

而單位時(shí)間內(nèi)，外包纏紗的有效輸出長(zhǎng)度等于其在芯紗上纏繞的螺旋線長(zhǎng)度，可知：

(2)

式中：n為單位時(shí)間內(nèi)外包纏紗在芯紗上的實(shí)際纏繞紗圈數(shù)；d為纏繞直徑，其在數(shù)值上為芯紗直徑和外包纏紗直徑之和，cm；V為引紗速度(即芯紗速度)，m/min。

單位時(shí)間內(nèi)，外包纏紗退繞長(zhǎng)度為

L2=n′πDx

(3)

式中：n′為外包纏紗退繞轉(zhuǎn)速,r/min；Dx為外包纏紗在錠管上的退繞直徑,cm。

于是有

(4)

由前述分析可知

n=n0+n′

(5)

式中，n0為錠速,r/min。代入式(4)得

(6)

從中可解析出外包纏紗退繞附加轉(zhuǎn)速n′及由此產(chǎn)生的附加捻度T′表達(dá)式，由于表達(dá)式太過(guò)復(fù)雜，這里不再列出。

如果考慮δ、d和Dx相對(duì)于V取值很小，可得簡(jiǎn)化后的附加捻度T′的表達(dá)式為

(7)

可用此式估算由外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加捻度。

1.2 外包纏紗退繞附加捻度及不勻因素分析

影響外包纏紗退繞附加捻度的主要因素包括：空心錠轉(zhuǎn)速n0、引紗速度V及二者所決定的名義捻度T0，另有包纏直徑d和外包纏紗的卷繞直徑Dx。在其他條件不變的情況下，錠速越大或引紗速度V越小，名義捻度越大，外包纏紗退繞引起的附加捻度越大；包纏直徑越大，即外包纏紗和/或芯紗直徑越大，外包纏紗退繞引起的附加捻度越大，而錠管的卷裝直徑越小，附加捻度越大。

導(dǎo)致附加捻度大小產(chǎn)生波動(dòng)，進(jìn)而影響捻度分布均勻度的因素，主要是外包纏紗退繞剝離點(diǎn)的變化所引起的退繞直徑的變化和氣圈段長(zhǎng)度的變化值δ的變化。隨著紡紗的進(jìn)行，退繞直徑逐漸減小，氣圈段長(zhǎng)度增加，消耗部分外包纏紗退繞長(zhǎng)度，附加捻度減??；反之，氣圈高度隨著外包纏紗退繞點(diǎn)在上、下邊盤(pán)間往復(fù)而產(chǎn)生周期性增大、減小變化，導(dǎo)致氣圈長(zhǎng)度周期性增大、減小，進(jìn)而使附加捻度發(fā)生周期波動(dòng)，并與退繞直徑的變化產(chǎn)生復(fù)合作用。

退繞點(diǎn)在上、下邊盤(pán)間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期要遠(yuǎn)小于退繞直徑的單調(diào)變化周期，但波動(dòng)幅度要大于退繞直徑的變化幅度，是導(dǎo)致附加捻度波動(dòng)的主要因素。

外包纏紗退繞引起的附加捻度及退繞剝離點(diǎn)變化導(dǎo)致附加捻度的波動(dòng)，是順向包纏作用的固有特征，無(wú)法控制和消除。

2 包纏紗張力產(chǎn)生的附加捻度分析

2.1 附加捻回的產(chǎn)生與估算

圖3示出外包纏紗對(duì)芯紗的包纏作用原理。在空心錠包覆紡紗的“順向包纏”過(guò)程中，外包纏紗氣圈因隨著空心錠高速回轉(zhuǎn)而產(chǎn)生包纏張力TW，即在纏繞點(diǎn)處以一定張力纏繞到芯紗上。張力垂直于芯紗軸向的分力T⊥作用在芯紗截面的切向，產(chǎn)生的力矩作用使芯紗產(chǎn)生附加回轉(zhuǎn)，直至與纏繞點(diǎn)以下芯紗段的抗扭力矩達(dá)到平衡。

張力垂直于軸向分力T⊥對(duì)芯紗施加扭轉(zhuǎn)作用的作用矩為芯紗半徑rC與外包纏紗半徑rW之和(扭轉(zhuǎn)中心位于芯紗中心線上)，因此，在纏繞點(diǎn)處，芯紗受到的扭矩為

Mt=T⊥(rC+rW)

(8)

該扭矩使芯紗產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，直至與芯紗抗扭力矩達(dá)到平衡，由此產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)捻度T″[8]為

(9)

式中:T″為捻度,捻/cm;C為芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度,cN/cm2。

將式(8)代入式(9)得

(10)

在纏繞點(diǎn)處，外包纏紗張力使芯紗回轉(zhuǎn)的方向與外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞回轉(zhuǎn)方向相同(芯紗由此產(chǎn)生的捻回的捻向與包纏捻向相反)，從而“抵消”部分外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞轉(zhuǎn)數(shù)，使實(shí)際包纏捻度減小。

2.2 影響包纏張力附加捻度及其不勻因素

從式(10)可以看出，影響包纏張力引起的附加捻度T″的因素包括包纏張力垂直于軸向的分力T⊥、張力作用矩(rC+rW)、芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度C以及芯紗張力等。

包纏張力垂直于軸向的分力主要取決于包纏張力及包纏角α，包纏張力和包纏角越大，分力越大，附加捻度越大。而包纏張力大小由外包纏紗線密度、表觀直徑、空心錠轉(zhuǎn)速、氣圈段長(zhǎng)度等參數(shù)決定；包纏角則主要取決于影響外包纏紗氣圈形態(tài)的諸多因素，如氣圈段長(zhǎng)度、外包纏紗彎曲剛度、包纏張力等。

在纏繞點(diǎn)處，芯紗受到包纏張力的扭轉(zhuǎn)力矩作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，并將扭轉(zhuǎn)捻回向纏繞點(diǎn)以下的芯紗段傳遞，使芯紗產(chǎn)生抗扭力矩，直至張力扭矩與芯紗抗扭力矩達(dá)到平衡，纏繞點(diǎn)處芯紗不再回轉(zhuǎn)，即包纏張力的扭矩雖然作用在纏繞點(diǎn)處，但芯紗因扭轉(zhuǎn)力矩作用產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)，由于捻回會(huì)由加捻點(diǎn)向喂入點(diǎn)傳遞，卻分布在纏繞點(diǎn)以下的芯紗段上。芯紗和/或外包纏紗直徑越大，張力作用矩越大，有使附加捻度T″增大的趨勢(shì)。但芯紗直徑增大同樣會(huì)使芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度C增大，這又使附加捻度有減小的趨勢(shì)。

如果芯紗直徑整體增大，會(huì)有上述正、反2個(gè)方面的效應(yīng)；但如果芯紗粗細(xì)不勻，當(dāng)粗節(jié)處經(jīng)過(guò)纏繞點(diǎn)時(shí)，張力扭轉(zhuǎn)力矩由于芯紗直徑的增大而增大，但纏繞點(diǎn)以下的芯紗段的抗扭力矩并未同步、同比例增大，張力扭轉(zhuǎn)力矩與芯紗抗扭力矩的平衡被打破，且增加的附加捻回由纏繞點(diǎn)向下傳遞(捻回總是向抗扭力矩小的片段或細(xì)節(jié)傳遞、集中)，附加捻回增加，導(dǎo)致附加捻度增大；反之，當(dāng)細(xì)節(jié)經(jīng)過(guò)纏繞點(diǎn)時(shí)，張力扭轉(zhuǎn)力矩減小，扭轉(zhuǎn)力矩與芯紗抗扭力矩平衡被打破的結(jié)果，則會(huì)導(dǎo)致纏繞點(diǎn)處的芯紗在抗扭力矩的作用下產(chǎn)生逆向回轉(zhuǎn)(與包纏捻向相反)，使附加捻度減小。這是一個(gè)包纏張力扭矩與芯紗扭轉(zhuǎn)力矩的平衡不斷破壞再重建的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。如果芯紗上粗節(jié)后緊接著細(xì)節(jié)，2種作用疊加，則會(huì)導(dǎo)致短片段內(nèi)附加捻度更為劇烈的變化。

作為黏性彈性體的紗線，芯紗扭轉(zhuǎn)剛度C除與其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與張力大小緊密相關(guān)，張力越大，扭轉(zhuǎn)剛度越大，紗線越難扭轉(zhuǎn)。由于張力的影響，芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度C不能按一般材料的扭轉(zhuǎn)剛度公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于芯紗而言，張力對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度的影響有可能超過(guò)材料本身性狀差異。

導(dǎo)致附加捻度波動(dòng)，進(jìn)而影響捻度分布的因素，除上述芯紗的條干均勻度外，還包括外包纏紗退繞剝離點(diǎn)變化引起的包纏張力的波動(dòng)、氣圈形態(tài)變化引起的包纏角α的波動(dòng)、纏繞點(diǎn)的波動(dòng)以及芯紗張力波動(dòng)引起的抗扭剛度的波動(dòng)等。這些引起包纏捻度分布均勻度的因素，也是“順向包纏”紡紗技術(shù)所固有的，通過(guò)工藝調(diào)整可減小不勻的程度，但不能徹底消除。

從以上二部分的分析可知，包纏復(fù)合紗的最終包纏捻度T應(yīng)為名義捻度T0加上外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加捻度T′，再減去包纏張力使芯紗回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加捻度T″，即T=T0+T′-T″，附加捻度T′-T″構(gòu)成了實(shí)際捻度與名義捻度的偏差。

3 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)紡紗實(shí)驗(yàn)嘗試探討2種附加捻度對(duì)實(shí)際捻度的影響程度。

3.1 紡紗方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備為HKV-141D型空心錠包覆機(jī)，經(jīng)自主改造后各主要機(jī)構(gòu)均采用獨(dú)立伺服電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，空心錠轉(zhuǎn)速、引紗速度、卷繞速度等均可由觸摸屏直接輸入設(shè)定。紡紗實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下：

1)為探討實(shí)際捻度與名義捻度的一般偏差大小，以白色111.1 dtex(48 f)滌綸低彈絲(DTY)為芯紗，黑色77.8 dtex(48 f)錦綸6全拉伸絲(FDY)為外包纏紗，紡制包纏復(fù)合紗(1#)，空心錠轉(zhuǎn)速設(shè)定為15 000 r/min，引紗速度為30 m/min(名義捻度為500捻/m)，捻向S，紡紗張力調(diào)整至纏繞點(diǎn)不偏離，芯紗不彎折即可[7](記“張力1”)。

2)為探討引紗速度(影響芯紗張力和名義捻度)對(duì)包纏捻度及其分布的影響，保持實(shí)驗(yàn)(1)其他參數(shù)不變，將引紗速度分別調(diào)整為20 m/min(名義捻度為750 捻/m)和50 m/min(名義捻度300 捻/m)，分別紡制2#紗線和3#紗線。

3)為探討芯紗粗細(xì)(影響芯紗扭轉(zhuǎn)剛度和包纏張力力矩)對(duì)實(shí)際包纏捻度及其分布的影響，保持實(shí)驗(yàn)1)中其他參數(shù)不變，芯紗分別采用2根和3根 111.1 dtex(48 f)滌綸低彈絲組成雙芯紗和三芯紗，紡制4#和5#紗線。

4)為探討芯紗張力(影響芯紗扭轉(zhuǎn)剛度)對(duì)實(shí)際包纏捻度及其分布的影響，保持實(shí)驗(yàn)(3)紡制雙芯紗時(shí)其他所有參數(shù)不變，增大芯紗紡紗張力，彈簧張力旋鈕依次增加5圈(記“張力2”)和10圈(記“張力3”)，分別紡制6#紗線和7#紗線。

5)為探討芯紗粗細(xì)不勻?qū)?shí)際包纏捻度及其分布的影響，以線密度為35.7 tex(28公支)濕法長(zhǎng)麻紡漂白亞麻紗為芯紗，其他工藝與實(shí)驗(yàn)(1)相同，紡制8#復(fù)合紗。

3.2 捻度測(cè)試與分析方法

包纏結(jié)構(gòu)紗線不能進(jìn)行退捻(解捻)[9]，因此包纏紗的捻度測(cè)試不能采用普通單紗、股線的捻度測(cè)試方法。由于外包纏紗以圓柱螺旋線形態(tài)纏繞到芯紗上，上述紡紗方案中采用異色芯紗和外包纏紗紡制復(fù)合紗，旨在可通過(guò)直接點(diǎn)數(shù)單位長(zhǎng)度紗線上外包纏紗紗圈的數(shù)量進(jìn)行捻度統(tǒng)計(jì)。

為方便計(jì)數(shù)外包纏紗紗圈數(shù)量，計(jì)算實(shí)際捻度，本文設(shè)計(jì)的方法是采用搖黑板機(jī)(YG381型)將成紗繞至黑板(規(guī)格為250 mm×220 mm×2 mm)上，然后再計(jì)數(shù)紗線上的外包纏紗紗圈數(shù)量。

繞制黑板時(shí)，紗線張力應(yīng)與紗線紡制時(shí)芯紗施加的張力相當(dāng)，黑板上紗線的捻度才能準(zhǔn)確反映外包纏紗纏繞時(shí)的實(shí)際捻度。但由于紡紗設(shè)備和搖黑板機(jī)上均缺乏數(shù)字化張力裝置，本文參照GB/T 2543.1—2001《紡織品 紗線捻度的測(cè)定 第1部分：直接計(jì)數(shù)法》中紗線張力設(shè)定準(zhǔn)則，按0.5 cN/tex 設(shè)定搖黑板機(jī)紗線張力，沒(méi)有合適砝碼時(shí)，張力偏小掌握，以確保繞到黑板上的紗線伸直，但不至于明顯伸長(zhǎng)。

圖4示出為1#紗線的黑板及其局部照片，從黑板單面80個(gè)左右的紗段中，在不同部位分散均勻選取10個(gè)紗段計(jì)數(shù)紗圈數(shù)量(結(jié)果取整)，將其均值計(jì)為250 mm長(zhǎng)紗段的平均紗圈數(shù)，由此計(jì)算紗線的平均捻度T、偏差值(T-T0，即T′-T″)和捻度偏差率，并以此推測(cè)外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加捻度T′與包纏張力引起芯紗回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加捻度T″大小與變化規(guī)律。2#～7#包覆紗的包纏捻度均采用此方法進(jìn)行測(cè)試。

圖4 1#復(fù)合紗黑板及其局部照片

圖5示出8#紗線的黑板及其局部照片，圖中標(biāo)尺刻度為1 mm。

圖5 8#復(fù)合紗黑板及其局部照片

從圖5可以看出，對(duì)粗細(xì)不勻的芯紗進(jìn)行包覆時(shí)，捻回分布具有類(lèi)似對(duì)粗細(xì)不勻紗線進(jìn)行加捻的捻回分布特征：粗節(jié)處和細(xì)節(jié)處的捻度分布明顯異于正常直徑處，粗節(jié)處捻度顯著小，而細(xì)節(jié)處捻度明顯大；且粗節(jié)直徑越大，捻度越小，細(xì)節(jié)直徑越小，捻度越大。為比較捻度分布的差異，分別在黑板兩面取5個(gè)直徑最大粗節(jié)處和5個(gè)直徑最小細(xì)節(jié)處，量取紗圈間距，粗略估算其粗節(jié)和細(xì)節(jié)處的相當(dāng)捻度。

3.3 測(cè)試結(jié)果與分析

表1示出所紡制1#～7#各紗樣主要工藝及包纏捻度測(cè)試結(jié)果?？梢钥闯觯?)每個(gè)紗樣各紗段的捻度均存在一定的差異(CV值)，不同紗樣的捻度波動(dòng)幅度不同，但在所選工藝參數(shù)下，波動(dòng)幅度均在較小的范圍內(nèi)(<2%)。

2)由紗樣1#、2#、3#的捻度測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)其他條件不變時(shí)，隨著芯紗速度的增大，即設(shè)計(jì)捻度的減小，捻度偏差值由負(fù)轉(zhuǎn)正，且捻度不勻率減小。芯紗速度增大、名義包纏捻度T0減小，由式(7)可知，外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加捻度T′會(huì)減小，而捻度偏差由T′-T″產(chǎn)生，由此可以判斷，當(dāng)芯紗速度增大時(shí)，芯紗扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加捻度T″也減小，且減小的幅度大于T′減小的值。這是因?yàn)樘岣咝炯喴喫俣?，增大了芯紗與張力裝置及接觸機(jī)件的摩擦力[10]，因而增大了芯紗張力，從而增加了芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度C，由式(10)可知扭轉(zhuǎn)剛度C的增大，導(dǎo)致了附加捻度T″減小。同時(shí)，芯紗速度的增大，張力絕對(duì)值增大，因而使張力波動(dòng)程度減小，附加捻度T″及實(shí)際捻度的波動(dòng)減小(CV值減小)。

3)紗樣1#、4#、5#的差異在于芯紗線密度不同，并因此引起芯紗直徑dC和扭轉(zhuǎn)剛度C的變化，由式(7)可知：在其他條件不變的情況下，芯紗直徑dC增大，使外包纏紗對(duì)芯紗的纏繞直徑d增加，附加捻度T′增加；同時(shí)芯紗線密度增大使其扭轉(zhuǎn)剛度C增大(扭轉(zhuǎn)剛度C芯紗直徑dC成正比)，由式(10)可知，扭轉(zhuǎn)直徑C增大使附加捻度T″減??；但芯紗直徑dC增大同樣使外包纏紗張力對(duì)芯紗的扭矩Mt增大，從而使T″增加。當(dāng)芯紗由1根變?yōu)?根并合時(shí)(在外包纏紗螺旋纏繞作用下會(huì)圓整為近似圓形)，捻度偏差T′-T″由-0.8減小到-10.0，表明起主導(dǎo)作用的是芯紗直徑增大使芯紗的扭矩Mt增大，實(shí)際捻度偏差增加；當(dāng)芯紗由2根增加到3根并合時(shí)，捻度偏差T′-T″由-10.0變?yōu)?0.4，表明芯紗直徑增大使芯紗的扭矩Mt增大的主導(dǎo)作用減弱，扭轉(zhuǎn)剛度C增大和附加捻度T′增加的影響增大。同樣，芯紗直徑的增大對(duì)包纏張力的波動(dòng)有放大效應(yīng)(扭矩Mt波動(dòng)增大)，使實(shí)際包纏捻度波動(dòng)增大，這在芯紗由1根增加到2根時(shí)起主導(dǎo)作用；同時(shí)芯紗直徑的增大又有利于降低芯紗張力波動(dòng)對(duì)芯紗扭轉(zhuǎn)剛度C的影響程度，使捻度不勻率CV值降低，這一趨勢(shì)在芯紗由2根增加到3根時(shí)起主導(dǎo)作用。

4)4#、6#、7#紗樣的差異在于芯紗張力的大小。芯紗張力僅影響芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度C，進(jìn)而影響附加捻度T″。從捻度測(cè)試結(jié)果可看出，6#紗相對(duì)于4#紗，芯紗張力增加時(shí)，捻度偏差由-10.0變?yōu)?.8，表明芯紗張力增加，較為顯著地減小了T″的值，但繼續(xù)增加芯紗張力的7#紗，相對(duì)于6#紗而言，捻度偏差的變化顯著程度下降，表明當(dāng)芯紗張力增大到一定值后，扭轉(zhuǎn)剛度C的變化及其引起的附加捻度的變化T″不再明顯。芯紗張力的增大有利于降低張力波動(dòng)的幅度，包纏捻度波動(dòng)的CV值逐漸減小。

由于黑板上的繞紗容量大約在40 m，以上包纏捻度測(cè)試結(jié)果是在40 m長(zhǎng)紗樣(卷繞直徑變化微小)內(nèi)的測(cè)試結(jié)果?？梢酝茢?，對(duì)于外包纏紗一落紗的紡紗過(guò)程(錠管從滿管到空管)，由于外包纏紗退繞直徑變化范圍增大，實(shí)際包纏捻度的變化會(huì)有所增加，但由于外包纏紗退繞直徑變化范圍相對(duì)于引紗速度而言畢竟是一個(gè)很小的變化量(引紗速度一般為30 m/min左右，而卷繞直徑變化最大一般不超過(guò)5 cm)，外包纏紗退繞直徑變化引起附加退繞轉(zhuǎn)速變化、氣圈段長(zhǎng)度和外包纏紗張力變化，因而引起的包纏捻度的波動(dòng)范圍也會(huì)在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。

由于外包纏紗圈對(duì)芯紗的包纏會(huì)導(dǎo)致纏繞處紗線的變形，外包纏紗紗圈覆蓋處芯紗直徑無(wú)法測(cè)量，但可由芯紗上粗細(xì)節(jié)處的直徑進(jìn)行大致估算。亞麻芯紗上，顯著粗節(jié)處的表觀直徑可達(dá)0.8 mm左右，而最細(xì)的細(xì)節(jié)處表觀直徑只有0.2 mm左右，差異可超過(guò)4倍。亞麻紗包覆紗黑板雙面所取5個(gè)直徑最大粗節(jié)處的平均紗圈間距為4.5 mm(實(shí)際捻度222 捻/m)，5個(gè)直徑最小細(xì)節(jié)處的平均紗圈間距為1.0 mm(實(shí)際捻度1 000 捻/m)。包覆紗的名義捻度為500 捻/m，亞麻紗的粗細(xì)不勻引起的短片段捻度偏差率可達(dá)100%，而粗細(xì)節(jié)之間的捻度差異可達(dá)4倍以上。芯紗粗細(xì)不勻引起的包纏捻度分布不勻要顯著得多。不難推斷，外包纏紗的粗細(xì)不勻也會(huì)引起包纏直徑和包纏張力的變化，從而引起包纏捻度的波動(dòng)，但其引起的波動(dòng)程度可能不及芯紗粗細(xì)不勻，因?yàn)槿缜八觯炯喆止?jié)和細(xì)節(jié)引起的附加捻度的波動(dòng)具有疊加效應(yīng)。

捻度的分布不勻?qū)?dǎo)致復(fù)合紗不同長(zhǎng)度片段上外包纏紗對(duì)芯紗包覆度的差異，當(dāng)芯紗和外包纏紗染色性存在差異，或采用不同顏色的芯紗和外包纏紗紡制混色紗，包覆度的差異即在復(fù)合紗長(zhǎng)度片段上產(chǎn)生色差。對(duì)于要求顏色均一的產(chǎn)品，必須嚴(yán)格控制芯紗的粗細(xì)不勻。

但是，紗線長(zhǎng)度方向片段間顏色的差異，有時(shí)也是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)尋求的一種產(chǎn)品風(fēng)格。比如，生產(chǎn)中有一種包覆紗加工技術(shù)，采用類(lèi)似環(huán)錠紡竹節(jié)紗的控制裝置，控制芯紗變速喂入，實(shí)現(xiàn)異色外包纏紗對(duì)芯紗包覆度的隨機(jī)變化，從而產(chǎn)生“弱段彩”效果。

以具有顯著粗細(xì)不勻特征的紗線作為芯紗紡制混色復(fù)合紗，紗線整體呈現(xiàn)芯紗和外包纏紗的混色外觀，但粗節(jié)處包纏捻度少，更多呈芯紗顏色，而細(xì)節(jié)處捻度大，包覆度高，更多呈外包纏紗顏色。圖6示出采用市售18.2 tex純棉竹節(jié)紗為芯紗，黑色111 dtex(48 f)滌綸DTY為外包纏紗紡制的復(fù)合紗的黑板及其局部照片，名義包纏捻度為600 捻/m。紗線整體呈“麻灰色”(混色)，由于捻度分布的差異，竹節(jié)處外包纏紗捻度明顯低于正常直徑處，“竹節(jié)”外觀效果更加突出，同時(shí)竹節(jié)處覆蓋度低，更多呈現(xiàn)芯紗顏色，復(fù)合紗長(zhǎng)度方向呈“弱段彩”特征。

圖6 竹節(jié)包覆紗

4 結(jié) 論

對(duì)于采用“順向包纏”方式實(shí)現(xiàn)外包纏紗對(duì)芯紗包覆的空心錠包覆紡紗，外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加回轉(zhuǎn)，以及包纏張力對(duì)芯紗的扭轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生的芯紗附加回轉(zhuǎn)，都對(duì)復(fù)合紗的包纏捻度產(chǎn)生一定的影響，外包纏紗退繞產(chǎn)生的附加回轉(zhuǎn)對(duì)包纏捻度有增捻作用，而芯紗扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加捻度與包纏捻向相反，會(huì)使實(shí)際包纏捻度減小。

2種附加捻度及其波動(dòng)是順向包纏作用的固有特征，無(wú)法消除。包覆紗的實(shí)際包纏捻度偏差及其分布均勻度隨空心錠轉(zhuǎn)速、芯紗速度、紡紗張力、芯紗直徑等工藝參數(shù)的變化而變化，但在實(shí)驗(yàn)涉及工藝范圍內(nèi)，附加捻度引起的捻度偏差率和不勻率均在較小范圍內(nèi)。芯紗的粗細(xì)不勻會(huì)顯著惡化成紗短片段捻度分布的均勻度，捻回分布特征類(lèi)似紗線加捻，粗節(jié)處捻回少，細(xì)節(jié)處捻回多。利用捻回分布不勻產(chǎn)生的包覆度的差異，采用粗細(xì)不勻芯紗和異色外包纏紗可紡制具有“弱段彩”外觀的混色紗。