全聚紡滌棉混紡紗內(nèi)纖維的徑向分布

張 玉， 謝春萍, 陸 如

(1. 江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無錫 214122； 2. 無錫富泰毛紡織有限公司， 江蘇 無錫 214128)

集聚紡是基于環(huán)錠紡紗技術(shù)而研發(fā)的一種新型環(huán)錠紡紗技術(shù)[1]，其特點(diǎn)是使細(xì)紗機(jī)前鉗口引出的纖維須條經(jīng)過氣壓或機(jī)械作用凝聚來改善成紗質(zhì)量[2-3]。集聚紡紗技術(shù)一經(jīng)問世，便迅速引起了業(yè)界的關(guān)注，該技術(shù)不僅成功地應(yīng)用到了棉紡和毛紡紡紗系統(tǒng)，棉或毛與化纖的混紡中也體現(xiàn)了絕對的優(yōu)勢[4]。對于集聚混紡紗線而言，纖維在紗線截面內(nèi)的徑向分布及內(nèi)外轉(zhuǎn)移的研究相對較少。江慧等[5]研究了集聚紡滌棉混紡紗纖維徑向的分布表明，傳統(tǒng)環(huán)錠紡混紡紗中滌綸和棉纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移趨勢非常明顯，相對而言，集聚紡混紡紗中滌綸和棉2種纖維的轉(zhuǎn)移趨勢及徑向分布更加隨機(jī)；焦玉玲等[6]在對環(huán)錠紡與集聚紡紡制的蓄熱調(diào)溫纖維/羊絨混紡紗性能分析中得出，集聚紡混紡紗中纖維的轉(zhuǎn)移程度降低，且羊絨纖維有向外轉(zhuǎn)移的趨勢，出現(xiàn)了與環(huán)錠紡混紡紗相反的纖維轉(zhuǎn)移趨勢；龔泰月等[7]研究絹棉混紡集聚紗線中纖維的轉(zhuǎn)移與分布表明，絹絲纖維向紗芯的轉(zhuǎn)移趨勢不明顯，絹與棉纖維較為隨機(jī)地分散在紗線中。由此可看出傳統(tǒng)環(huán)錠混紡紗內(nèi)纖維的轉(zhuǎn)移規(guī)律已不能完全應(yīng)用于集聚紡，在實(shí)際實(shí)踐中應(yīng)引起企業(yè)注意。全聚紡是在集聚紡的基礎(chǔ)上經(jīng)重新設(shè)計(jì)，具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的一種集聚紡系統(tǒng)，本文研究全聚紡混紡紗中滌棉2種纖維的轉(zhuǎn)移規(guī)律和徑向分布，并將其與傳統(tǒng)的紡紗技術(shù)和網(wǎng)格圈型集聚紡技術(shù)進(jìn)行對比研究。

1 全聚紡簡介

全聚紡是由江南大學(xué)和常州恒基聯(lián)合研制的一種大直徑窄槽式負(fù)壓空心羅拉型集聚紡系統(tǒng)，可全面提高吸風(fēng)系統(tǒng)集聚負(fù)壓利用效率，大幅減小加捻三角區(qū)的寬度，進(jìn)而使紗線毛羽減少、條干改善、強(qiáng)力提高，從而全面提高成紗綜合質(zhì)量[8]。

與網(wǎng)格圈集聚紡裝置相比，全聚紡裝置存在明顯的優(yōu)勢：在相同線速度下，采用大直徑的空心羅拉使轉(zhuǎn)速放慢，可有效地延長羅拉及膠輥的使用壽命、降低原料消耗和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本，減輕企業(yè)的運(yùn)行成本；其負(fù)壓吸風(fēng)系統(tǒng)及其配套組件，提高了集聚負(fù)壓利用效率，有效降低系統(tǒng)運(yùn)行中的能源消耗，可節(jié)能20%以上；采用窄槽式空心羅拉結(jié)構(gòu)，改變了網(wǎng)格圈裝置易堵塞網(wǎng)格圈裝置與吸風(fēng)組件的缺點(diǎn)，使其對車間環(huán)境要求降低，品種適應(yīng)性好等。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

滌棉(60/40)混紡粗紗，其粗紗定量為4.78 g/10 m，捻系數(shù)為74。采用環(huán)錠紡、網(wǎng)格圈型集聚紡和全聚紡3種方法分別紡制28.1 tex的滌棉混紡紗，用此3種滌棉管紗作為實(shí)驗(yàn)原料。

2.2 試樣制備

從每個紗管上隨機(jī)抽出幾段作為切片試樣，與紅色羊毛纖維一起放入哈氏切片器的凹槽中，使紗線被羊毛纖維包圍，然后插入金屬板，壓緊纖維，纖維數(shù)量以輕拉羊毛纖維束稍有移動為宜。纖維數(shù)量合適后，用刀片切去Y172金屬板兩面的纖維，旋轉(zhuǎn)精密螺絲，使纖維束伸出金屬板表面，然后涂一層火棉膠，待干燥后，用刀片切取第1片試樣。由于第1片厚度無法控制，故舍去不用。移動1格左右精密螺絲控制切片厚度，使其能準(zhǔn)確判斷纖維的種類，進(jìn)而進(jìn)行切片數(shù)次，從中選擇可清楚分辨纖維的切片作為正式試樣[9]。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用漢密爾頓指數(shù)的方法來分析纖維的徑向移動，此方法是測定和分析混紡紗中纖維徑向分布的最經(jīng)典方法之一。漢密爾頓指數(shù)用M表示，其值在-100%～100%之間，當(dāng)M=0時，表示混紡紗中2種纖維在紗線橫截面是均勻分布的，當(dāng)M>0時，表示該種纖維在混紡紗中向外層轉(zhuǎn)移；當(dāng)M<0時，表示該種纖維向混紡紗的內(nèi)層轉(zhuǎn)移，M的絕對值越大，表示該種纖維向外層或向內(nèi)層轉(zhuǎn)移的趨勢越大[10]。

3 計(jì)算及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1紗線橫截面顯微鏡觀察

用MOTTC B1型顯微鏡觀察切片并用與其配套的CU-6型纖維細(xì)度儀軟件拍照取樣，采集到的紗線橫截面圖分別如圖1～3所示。從圖可看出，做包覆材料的羊毛纖維相對較粗，故截面呈現(xiàn)相對面積較大的圓形，滌綸和棉纖維截面分別為圓形和腰圓形，其中滌綸的直徑明顯小于羊毛纖維。由圖1可見環(huán)錠紡混紡紗中滌綸明顯向紗芯內(nèi)轉(zhuǎn)移，而從圖2、3中可見，網(wǎng)格圈型集聚紡及全聚紡的纖維都比較隨機(jī)的分散在紗中。

3.2 纖維分布頻數(shù)統(tǒng)計(jì)及體積分布的計(jì)算

根據(jù)混紡紗截面切片的顯微鏡圖像，選定成紗截面的中心和截面平均半徑，然后將此圓半徑分割成 5等分，得到 5個同心圓，將紗的橫截面分成5層，由內(nèi)到外依次為1、2、3、4、5，層間偏差依次為-2、-1、0、1、2。為保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，每種紗線各取20張圖片，分別統(tǒng)計(jì)各層圓環(huán)中滌綸和棉纖維的根數(shù)，最終求取平均值作為每層纖維的頻數(shù)分布，由于棉纖維和滌綸的線密度和體積密度不同，故截面積不等，因此需要轉(zhuǎn)換每層纖維的根數(shù)之比為體積(橫截面積)之比。設(shè)滌綸的根數(shù)和體積轉(zhuǎn)換系數(shù)為1，則棉纖維的體積分?jǐn)?shù)就等于其根數(shù)乘以其體積相對滌綸體積，最終得到相對體積分布，見表1。表中纖維的相對體積表示所有纖維相對于其中一種指定纖維的體積，本文中指定纖維為滌綸。假設(shè)一種纖維的體積為1，則另一種纖維相對于此纖維的體積比值即為相對體積，相對體積沒有單位。

圖1 環(huán)錠紡Fig.1 Ring spinning

圖2 網(wǎng)格圈型集聚紡Fig.2 Lattice apron compact spinning

圖3 全聚紡Fig.3 Complete condensing spinning

表1 纖維體積分布表Tab.1 Fiber volume distribution

3.3 纖維漢密爾頓指數(shù)的計(jì)算

表2 纖維體積分布矩Tab.2 Moment of fiber distribution

表3 各種形式成紗纖維的轉(zhuǎn)移指數(shù)Tab.3 Migration index of various fiber

3.4 結(jié)果及分析

從纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)的計(jì)算結(jié)果可看出，環(huán)錠紡、網(wǎng)格圈型集聚紡和全聚紡所紡制的同種紗線相比，2種纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移指數(shù)的差異較大。具體而言，3種混紡紗中2種纖維轉(zhuǎn)移指數(shù)的絕對值從大到小依次為：環(huán)錠紗、網(wǎng)格圈型集聚紗和全聚紗，即相比集聚紡紗，環(huán)錠紗中滌綸向紗芯內(nèi)轉(zhuǎn)移的趨勢更加明顯，同時，與全聚紗相比，網(wǎng)格圈型集聚紗中纖維轉(zhuǎn)移趨勢更加明顯。分析出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的主要原因是：對于環(huán)錠紡，紡紗過程中由于存在較大的加捻三角區(qū)，纖維集聚成紗線時纖維相互穿插、纏繞，在集聚過程中細(xì)而長的滌綸會明顯向紗內(nèi)轉(zhuǎn)移，故環(huán)錠紗內(nèi)2種纖維的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象最明顯；對于網(wǎng)格圈集聚紡而言，其裝置在牽伸區(qū)后加了一個氣動凝聚區(qū)，凝聚區(qū)內(nèi)具有斜槽的吸風(fēng)裝置在負(fù)壓作用下集聚纖維束，使其寬度先大幅縮減，后逐漸調(diào)整須條寬度，最后以較小的寬度輸出前羅拉，從而大大減小了加捻三角區(qū)[11]，使加捻成紗過程中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移相對減少，故滌綸和棉的纖維轉(zhuǎn)移趨勢不如環(huán)錠紡；對于全聚紡，纖維從前鉗口進(jìn)入集聚區(qū)的過程一直被抽吸鼓表面所托持，在氣壓作用下，纖維平行向中間集聚，使?fàn)可靺^(qū)輸出的纖維排列結(jié)構(gòu)得以保持，并且在集聚區(qū)內(nèi)得到良好的集聚。由于其集聚過程延續(xù)到阻捻鉗口下，實(shí)現(xiàn)了一種真正的全程集聚，故纖維在加捻成紗前幾乎沒有出現(xiàn)穿插糾纏。因此，相比環(huán)錠紡和網(wǎng)格圈型集聚紡，全聚紡混紡紗中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移趨勢最不明顯的，即各種纖維隨機(jī)地分散在紗體中。

4 結(jié) 論

通過對3種不同紡紗方式紡制的滌棉混紡紗進(jìn)行切片實(shí)驗(yàn)，從分布圖及計(jì)算結(jié)果可得出：在傳統(tǒng)環(huán)錠紡滌棉混紡紗中，滌綸向紗芯轉(zhuǎn)移的趨勢較明顯；而對于網(wǎng)格圈型集聚紡，滌綸向紗芯轉(zhuǎn)移的趨勢不如傳統(tǒng)環(huán)錠紡明顯；全聚紡相對于網(wǎng)格圈型集聚紗而言，滌綸分布更加隨機(jī)，并且滌綸有向紗外轉(zhuǎn)移的趨勢。

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