棉紡純棉紗線強(qiáng)力的預(yù)測(cè)與實(shí)例解析

(黃河科技學(xué)院，鄭州 450006)

紗線的強(qiáng)力主要由其組成的纖維(單紗)性能和紗線結(jié)構(gòu)決定[1]。紗線強(qiáng)力直接影響紡紗效率、紗線后整理、織造、織物后整理等工藝過(guò)程及織物的耐用性能。因此，在紡織生產(chǎn)中，紗線強(qiáng)力是短纖維紗線研究最廣泛的性能之一。紗線強(qiáng)力除了與纖維的強(qiáng)力有關(guān)之外，還與纖維的馬克隆值、平均長(zhǎng)度、短纖維指數(shù)、成熟度及回潮率等綜合因素有關(guān)。在棉紡廠的生產(chǎn)實(shí)踐中，需要通過(guò)原棉性能參數(shù)預(yù)測(cè)成紗品質(zhì)，特別是成紗強(qiáng)力，這涉及到能否使原棉物盡其用，有著重要的經(jīng)濟(jì)意義[2]。

1 試驗(yàn)儀器及數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)依據(jù)《天虹紡織公司HVI指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)》和《天虹紡織公司紗線成品質(zhì)量日?qǐng)?bào)》，試驗(yàn)儀器及儀器用途如表1所示。

表1 試驗(yàn)儀器及儀器用途

2 影響純棉紗線強(qiáng)力的因素

2.1 棉花采摘方式對(duì)紗線強(qiáng)力的影響

通過(guò)對(duì)比分析不同采摘方式所采摘的棉花性能可知，機(jī)采棉與手采棉的性能具有一定差異，總體上手采方式還是優(yōu)于機(jī)采方式[3]。在相同情況下,手采棉的成紗強(qiáng)力要好于機(jī)采棉，這也表明僅僅采用HVI測(cè)試數(shù)據(jù)不能完全判斷原棉的優(yōu)劣，成紗強(qiáng)力與棉花采摘方式有密切關(guān)系。

2.2 工藝設(shè)備流程對(duì)紗線強(qiáng)力的影響

紡紗車間比較多，各車間紡紗設(shè)備都存在各種差異，工藝流程不一致，各工序工藝參數(shù)不一致，設(shè)備狀態(tài)不一致，即采用相同的棉花生產(chǎn)相同的紗線，采用不同的流程，成紗強(qiáng)力也有較大差異。

2.3 成紗指標(biāo)差異對(duì)紗線強(qiáng)力的影響

成紗條干不勻，即粗細(xì)節(jié)多，造成紗中纖維排列不勻，紗的單位截面纖維根數(shù)不等，而細(xì)節(jié)部位，由于纖維根數(shù)減少致使強(qiáng)力下降。成紗毛羽過(guò)多，纖維散失多，纖維間的抱合力差，紗的單位截面纖維根數(shù)相對(duì)減少，而使強(qiáng)力下降。成紗強(qiáng)力CV%值高，就意味著單紗強(qiáng)力波動(dòng)幅度大，即存在強(qiáng)力弱環(huán)。成紗條干不勻、毛羽和強(qiáng)力CV%等對(duì)成紗強(qiáng)力都有影響。

3 純棉紗線強(qiáng)力預(yù)測(cè)方程的建立

預(yù)測(cè)棉紗強(qiáng)力指導(dǎo)思路：根據(jù)配棉成分通知單中棉纖維的烏斯特HVI指標(biāo)數(shù)據(jù)與成品質(zhì)量日?qǐng)?bào)中的實(shí)測(cè)紗線強(qiáng)力，建立純棉紗線強(qiáng)力預(yù)測(cè)模型。下面介紹烏斯特HVI數(shù)據(jù)中的主要指標(biāo)及其與成紗質(zhì)量和紡紗工藝的密切關(guān)系。

3.1 HVI主要指標(biāo)及與成紗強(qiáng)力的關(guān)系

馬克隆值是通過(guò)測(cè)量氣流阻力和纖維表面特性的關(guān)系而得到的，是纖維細(xì)度和成熟度的綜合反映。馬克隆值高時(shí)，纖維較粗；馬克隆值低時(shí)，纖維較細(xì)，但并不是任何時(shí)候馬克隆值都等同于細(xì)度，所以不能用馬克隆值來(lái)判斷纖維細(xì)度。通常情況下，馬克隆值高的棉纖維耐機(jī)械打擊，易清除雜質(zhì)，成紗條干均勻，成紗的強(qiáng)力高。但對(duì)同一原棉品種，馬克隆值過(guò)高，纖維過(guò)熟，天然卷曲少，紡?fù)?hào)數(shù)紗時(shí)，紗線截面內(nèi)纖維根數(shù)少，纖維抱合力差，成紗強(qiáng)力低[4]。馬克隆值過(guò)低，成熟度差，易產(chǎn)生棉結(jié)、有害疵點(diǎn)，成紗強(qiáng)力低。只有馬克隆值適中的棉花，成紗強(qiáng)力最高。因此，馬克隆值與強(qiáng)力關(guān)系就是“拋物線”的關(guān)系。

棉纖維的成熟度，正常成熟棉纖維細(xì)胞壁較厚，中腔較小，轉(zhuǎn)曲數(shù)較多，橫截面呈腰圓形。成熟度低的棉纖維，縱向呈薄帶狀，轉(zhuǎn)曲很少，成紗強(qiáng)力低；成熟度高的棉纖維，轉(zhuǎn)曲多色澤好，強(qiáng)力高，纖維韌性好，不容易斷裂產(chǎn)生短絨和棉結(jié)，能夠充分發(fā)揮梳棉梳理效率[5]；過(guò)成熟的棉纖維外觀呈棒狀，中腔不明顯，無(wú)轉(zhuǎn)曲或轉(zhuǎn)曲很少，成紗截面內(nèi)相對(duì)較少，同時(shí)纖維卷曲少，紗線纖維抱和力差，成紗強(qiáng)力降低。

長(zhǎng)度是紡織纖維一項(xiàng)重要的品質(zhì)指標(biāo)，它直接影響紗線強(qiáng)度、毛羽以及織物性能，也是紡紗工藝、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要依據(jù)[6]。在其他條件下，纖維越長(zhǎng)，適應(yīng)紡紗號(hào)數(shù)越細(xì)，紗線內(nèi)纖維之間接觸面積大，摩擦力大，纖維與纖維抱和力大，成紗強(qiáng)力高。因此，棉纖維長(zhǎng)度與成紗強(qiáng)力成正比關(guān)系。短絨多，成紗強(qiáng)度低，強(qiáng)力不勻率大。因此，短絨率與成紗強(qiáng)力成反比關(guān)系。

棉纖維強(qiáng)度和伸長(zhǎng)是反映棉纖維性能的重要指標(biāo)，棉纖維強(qiáng)度通常用斷裂比強(qiáng)度表示，HVI測(cè)得斷裂比強(qiáng)度的單位cN/tex。在其他條件相同時(shí)，單纖維強(qiáng)度高，纖維本身斷裂困難，則成紗強(qiáng)力高；單纖維強(qiáng)度低或強(qiáng)度不勻率大，成紗中弱環(huán)增多，成紗強(qiáng)力降低。

3.2 純棉紗線強(qiáng)力的預(yù)測(cè)

從紗線截面纖維根數(shù)入手，結(jié)合纖維指標(biāo)、紗線特?cái)?shù)和捻度與紗線強(qiáng)力的關(guān)系建立紗線強(qiáng)力預(yù)測(cè)模型，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)紗線強(qiáng)力預(yù)測(cè)模型[7]如下：

(1)

式中：Ff為單纖維的強(qiáng)力，Ndf為纖維分特?cái)?shù)，T為紗線捻度，Ny為紗線特?cái)?shù)。

從以上分析HVI主要指標(biāo)及與成紗強(qiáng)力的關(guān)系，影響紗線強(qiáng)力的指標(biāo)主要包括纖維強(qiáng)度、纖維上半部平均長(zhǎng)度、短絨率、馬克隆值、成熟度、紗線捻度和紗線特?cái)?shù)。在相同工藝流程及各工序相同工藝參數(shù)的情況下，結(jié)合式(1)，可得純棉紗線強(qiáng)力預(yù)測(cè)方程，如式(2)所示：

(2)

假設(shè)：纖維長(zhǎng)度影響系數(shù)LX與纖維強(qiáng)度影響系數(shù)QX乘積稱為成紗強(qiáng)力修正系數(shù)H。

即，

H=LX×QX

(3)

根據(jù)式(3)和式(2)，可得式(4):

(4)

式中：Q為纖維強(qiáng)度，L為上半部平均長(zhǎng)度，C為纖維成熟度，D為纖維短纖維指數(shù)，T為紗線捻度，N為紗線特?cái)?shù)，M為馬克隆值系數(shù)(馬克隆值在3.9～4.4時(shí)，馬克隆值系數(shù)取值為1.03；馬克隆值在3.7～3.89及4.41～4.9時(shí)，馬克隆值系數(shù)取值為1.02；其他取值為1.0)，LX為纖維長(zhǎng)度影響系數(shù)(即纖維長(zhǎng)度對(duì)紗線強(qiáng)力的影響程度)，QX纖維強(qiáng)度影響系數(shù)(即纖維強(qiáng)度對(duì)紗線強(qiáng)力的影響程度)，B為強(qiáng)力修正常數(shù)，H為成紗強(qiáng)力修正系數(shù)。

4 不同類型紗線強(qiáng)力的預(yù)測(cè)方法

4.1 純棉單紗

以賽絡(luò)紡C14.6 tex～C72.9 tex單紗為例，配棉以4級(jí)棉為主體，設(shè)計(jì)捻系數(shù)380左右，在相同工藝流程情況生產(chǎn)紗線，實(shí)測(cè)出紗線的強(qiáng)力，與預(yù)測(cè)強(qiáng)力進(jìn)行對(duì)比，首先把差異率修正到接近0，得到成紗強(qiáng)力修正系數(shù)，HVI數(shù)據(jù)與純棉單紗成紗預(yù)測(cè)強(qiáng)力的關(guān)系如表2所示。

表2 HVI數(shù)據(jù)與純棉單紗成紗預(yù)測(cè)強(qiáng)力的關(guān)系

把不同單紗品種和強(qiáng)力修正系數(shù)建立折線圖，成紗強(qiáng)力修正系數(shù)與不同單紗品種的關(guān)系如圖1所示，由圖1可知，成紗強(qiáng)力修正系數(shù)與成紗號(hào)數(shù)的呈拋物線關(guān)系，特克斯數(shù)低時(shí)，拋物線的坡度較大，特克斯數(shù)高時(shí)坡度較小。賽絡(luò)紡C36.4 tex強(qiáng)力修正系數(shù)0.565，成紗強(qiáng)力修正系數(shù)最大，HVI指標(biāo)對(duì)賽絡(luò)紡C36.4 tex紗線強(qiáng)力影響較小。

纖維長(zhǎng)度影響系數(shù)(為自定義名稱，為纖維長(zhǎng)度對(duì)紗線強(qiáng)力影響程度，隨著紗線特克斯數(shù)的增加，紗線橫截面內(nèi)的纖維根數(shù)也越來(lái)越多，纖維長(zhǎng)度的占主導(dǎo)左右，逐步轉(zhuǎn)化纖維強(qiáng)度占主導(dǎo)左右，即纖維長(zhǎng)度影響系數(shù)乘以纖維強(qiáng)度影響系數(shù)等于成紗強(qiáng)力修正系數(shù))與成紗號(hào)數(shù)的關(guān)系如圖2所示，隨著成紗特克斯數(shù)的增加纖維長(zhǎng)度影響系數(shù)越來(lái)越??；由圖1、圖2可知，紗線特克斯數(shù)低時(shí)，成紗強(qiáng)力修正系數(shù)較小，HVI指標(biāo)對(duì)紗線強(qiáng)力影響較大，這個(gè)時(shí)候選擇細(xì)長(zhǎng)纖維對(duì)成紗強(qiáng)力提高顯著。纖維強(qiáng)度影響系數(shù)與成紗號(hào)數(shù)的關(guān)系如圖3所示，隨著紗線特克斯數(shù)的增加纖維強(qiáng)度影響系數(shù)越來(lái)越大；由圖1、圖3可知，紗線特克斯數(shù)較高時(shí)，HVI指標(biāo)對(duì)紗線強(qiáng)力影響較大，特克斯數(shù)到72.9 tex以上趨于穩(wěn)定，這個(gè)時(shí)候選擇馬克隆值高，單纖維強(qiáng)度高的纖維成紗強(qiáng)力反而有較大提高，因此，棉纖維HVI指標(biāo)對(duì)紡純棉不同特克斯數(shù)紗的影響程度是不同的。紡特克斯數(shù)低的紗時(shí)，纖維長(zhǎng)度指標(biāo)對(duì)成紗強(qiáng)力的影響更顯著些；紡特克斯高的紗時(shí)，纖維強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)成紗強(qiáng)度的影響更顯著些。

圖1 強(qiáng)力修正系數(shù)與紗線號(hào)數(shù)的關(guān)系

圖2 纖維長(zhǎng)度影響系數(shù)與成紗號(hào)數(shù)的關(guān)系

圖3 纖維強(qiáng)度影響系數(shù)與成紗號(hào)數(shù)的關(guān)系

4.2 純棉賽絡(luò)紡包雙芯紗

以賽絡(luò)紡C27.8 tex～C72.9 tex雙包芯為例，配棉以4級(jí)棉為主體，設(shè)計(jì)捻系數(shù)455左右，在相同工藝流程情況生產(chǎn)紗線，實(shí)測(cè)出紗線的強(qiáng)力，與預(yù)測(cè)強(qiáng)力進(jìn)行對(duì)比，首先把差異率修正到接近0，得到成紗強(qiáng)力修正系數(shù)，每組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)品種如表3所示，HVI數(shù)據(jù)與賽絡(luò)紡雙包芯紗成紗預(yù)測(cè)強(qiáng)力的關(guān)系如表4所示。正常單紗品種的強(qiáng)力修正常數(shù)為零，由于包芯紗品種皮芯結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加外力時(shí)，一般外包纖維先被拉斷，隨即芯紗才被拉斷，即包芯紗品種有一個(gè)強(qiáng)力修正常數(shù)B。

表3 組數(shù)與品種對(duì)應(yīng)關(guān)系

表4 HVI數(shù)據(jù)與賽絡(luò)紡雙包芯紗成紗預(yù)測(cè)強(qiáng)力的關(guān)系

如表4可知，把組數(shù)1-7數(shù)據(jù)品種和強(qiáng)力修正系數(shù)建立折線圖，即雙包芯為75D(H400)40D萊3.0倍，不同特克斯雙絲包芯紗與強(qiáng)力修正系數(shù)關(guān)系如圖4所示，由圖4可知，強(qiáng)力修正系數(shù)與紗線特克斯數(shù)的呈拋物線關(guān)系，賽絡(luò)紡C58.3 tex包75D(H400)40D萊3.0倍去絲后號(hào)數(shù)為48.49 tex,強(qiáng)力修正系數(shù)0.508，修正系數(shù)最大，HVI指標(biāo)對(duì)賽絡(luò)紡C58.3 tex包75D(H400)40D萊3.0倍紗線強(qiáng)力影響較??；紗線特克斯數(shù)低時(shí)，強(qiáng)力修正系數(shù)較?。患喚€特克斯數(shù)高時(shí)，強(qiáng)力修正系數(shù)也減小，在號(hào)數(shù)72.9 tex左右趨于穩(wěn)定。由表4可知，組數(shù)1、8和9可知，在成紗號(hào)數(shù)一致的情況下，氨綸絲的旦數(shù)越大，去絲后紗的號(hào)數(shù)越低，成紗強(qiáng)力越低，強(qiáng)力修正系數(shù)越小，即9>1>8；由表3可知，組數(shù)2和10可知，在成紗號(hào)數(shù)一致的情況下，不同長(zhǎng)絲類型，強(qiáng)力修正常數(shù)不同，長(zhǎng)絲強(qiáng)力越高，強(qiáng)力修正常數(shù)越大。因此，棉纖維HVI指標(biāo)對(duì)紡不同特克斯數(shù)雙絲包芯紗的影響程度是不同的，實(shí)際計(jì)算號(hào)數(shù)為去除長(zhǎng)絲和氨綸絲以后紗線號(hào)數(shù)，得出預(yù)測(cè)強(qiáng)力加上強(qiáng)力修正常數(shù)為最終成紗強(qiáng)力。

圖4 不同特克斯雙絲包芯紗與成紗強(qiáng)力修正系數(shù)的關(guān)系

5 捻度對(duì)不同紡紗形式成紗強(qiáng)力修正系數(shù)的影響

以單紗品種為例，通過(guò)純棉單紗強(qiáng)力修正系數(shù)推算過(guò)程，同樣的方法可得緊密紡品種和低捻單紗品種成紗強(qiáng)力修正系數(shù)，不同紡紗形式與成紗強(qiáng)力修正系數(shù)的關(guān)系如圖5所示，在相同配棉和相同前紡工藝情況下，賽絡(luò)紡單紗品種設(shè)計(jì)捻系數(shù)380左右,緊密紡賽絡(luò)紡品種設(shè)計(jì)捻系數(shù)355左右，低捻賽絡(luò)紡單紗品種設(shè)計(jì)捻系數(shù)325左右。

圖5 不同紡紗形式與成紗強(qiáng)力修正系數(shù)的關(guān)系

由圖5可知，不同紡紗形式強(qiáng)力修正系數(shù)曲線與紗線特克斯數(shù)的呈拋物線關(guān)系，隨著設(shè)計(jì)捻系數(shù)減少?gòu)?qiáng)力修正系數(shù)相應(yīng)減少。因此，相同特克斯數(shù)不同紡紗形式，捻度越低，成紗強(qiáng)力修正系數(shù)較低，棉纖維HVI指標(biāo)影響就越大。對(duì)于低捻品種，要想提高成紗強(qiáng)力，只能選用內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)較好原料，比如纖維平均長(zhǎng)度長(zhǎng)、單纖維強(qiáng)度高、馬克隆值適中和短纖維指數(shù)低的原料。

6 結(jié) 論

a)成紗強(qiáng)力修正系數(shù)的大小受到諸多因素的影響如紗線捻度，紡紗流程，棉花的采摘方式等因素，這會(huì)導(dǎo)致紗線強(qiáng)力修正系數(shù)微小變化，但是這些微小變化，可通過(guò)前期類似品種預(yù)測(cè)出來(lái)。

b)棉纖維HVI對(duì)紡不同特克斯數(shù)紗的影響程度是不同的，致使不同特克斯數(shù)強(qiáng)力修正系數(shù)不同，成紗強(qiáng)力修正系數(shù)與不同品種特克斯數(shù)呈拋物線關(guān)系，對(duì)特克斯數(shù)低的影響要大一些，對(duì)特克斯數(shù)高的影響要小一些，紡特克斯數(shù)低的紗時(shí)，長(zhǎng)度指標(biāo)對(duì)成紗強(qiáng)度的影響更顯著。

c)相同紡紗形式強(qiáng)力修正系數(shù)與紗線特克斯數(shù)的呈拋物線關(guān)系，隨著設(shè)計(jì)捻系數(shù)減少?gòu)?qiáng)力修正系數(shù)相應(yīng)減少，因此合理選擇捻系數(shù)對(duì)影響紗線強(qiáng)力影響顯著。

通過(guò)確定強(qiáng)力修正系數(shù)和強(qiáng)力修正常數(shù)，得出純棉紗線強(qiáng)力預(yù)算方程，該預(yù)算方程具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可應(yīng)用于純棉紗線強(qiáng)力的預(yù)算。

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