去除紗疵的在線剪毛紡紗機理分析和實踐

姜亞飛 王凱 付馳宇

【摘?要】針對難紡紗線存在紗疵過多、毛羽較長、條干不勻等一系列問題，在紡紗段加裝靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片，設計在線被動式、主動式剪毛紡紗方法。通過物理受力分析，剖析剪毛紡紗去除紗疵的關鍵因子，預測紡紗效果。基于理論分析，制備原紗、被動剪毛紡紗、主動剪毛紡紗，對比研究各紗線的表觀結構、斷裂強力、毛羽指數(shù)以及條干均勻度等指標。研究結果表明：與未經(jīng)處理的原紗相比，被動式剪毛紡紗制備的紗線280%/km的棉結增加了16.35%、1-3mm的短毛羽去除率達2.43%、較長的有害毛羽減少程度達26.27%;主動式剪毛紡紗制備的紗線280%/km的棉結減少42.34%、1-3mm的短毛羽數(shù)量降低24.99%、較長的有害毛羽減少程度達17.29%。因此，主動式剪毛紡紗能夠有效降低難紡紗線紗疵。

【關鍵詞】紗疵;在線主動式剪毛;在線被動式剪毛;毛羽;不均勻度

【中圖分類號】TS 104?【文獻標志碼】A

Abstract To solve the problems such as excessive yarn defects，long hairiness and high regularity，online passive and active shearing spinning methods were developed by installing static blade and dynamic rotating blade onto the ring spun yarn formation zone respectively. The key factor influencing spun yarn imperfection reduction was analyzed and the effect was predicted by the mechanical force analysis. Based on theoretical analysis，the original spun，passive shearing and active shearing spun yarns were produced and tested for quality items including surface appearance，tensile force，hairiness and irregularities. Experimental results showed that：compared with the untreated yarn，the neps of 280% / km of the yarn prepared by passive shearing spinning were increased by 16.35%，the short hairiness removal rate of 1-3mm was 2.43%，and the longer harmful hairiness was reduced by 26.27%;the neps of 280% / km of the yarn prepared by active shearing spinning were reduced by 42.34%，the number of short hairiness was reduced by 24.99%，and the longer harmful hairiness was reduced by 17.29%，respectively. Therefore，active shearing spinning can effectively reduce the defects of difficult spinning fiber yarn.

Keywords imperfection;online active shearing;online passive shearing;hairiness;unevenness

眾所周知，紗線的疵點以及過長的毛羽對紡織品有極大的危害。首先，紗線的疵點包括：細節(jié)、粗節(jié)以及棉結[1]，其中針對如何減少棉結一直是紡紗過程中有待解決的一個技術難題，棉結不僅直接影響紗線的成紗質(zhì)量和表觀特征，而且對紡紗、染整加工也有負面影響，導致織造的不連續(xù)性，特別是在后整理過程中棉結常會引發(fā)染色不勻等問題，并最終影響織物的外觀[2-3];其次，過多的有害毛羽，不但會因受摩擦脫離紗體，形成飛花，造成環(huán)境的污染，并且還會影響織物的外觀形態(tài)，造成布面降級、降等，工廠和企業(yè)的經(jīng)濟效益下降等[4]。然而，對于一些難紡纖維來說，紡紗過程中紗疵過多和毛羽過長是目前很難避免的問題，如：苧麻纖維紡紗[5-6]、低品質(zhì)纖維紡紗[7]、短絨過多彎鉤過多的粗紗原料紡紗[8-9]等。

因此，很多研究者在如何去除紗疵，減少毛羽，提高紗線品質(zhì)等方面做了廣泛的研究：

1）加強梳理，去除短絨和雜質(zhì)，提高纖維順直度、均勻度和主體長度[10-12]。如紀洪強[13]認為應強化清梳精三道工序的開松、混和、梳理作用，尤其是提高纖維條的梳理質(zhì)量，提升生條纖維的分離度、伸直度以及平行度，是降低成紗細小紗疵的基礎;但是這種方法對本身就是短絨的纖維或者抗菌纖維以短絨形態(tài)存在于紗條中的纖維紡紗并不適用。2）采用新的紡紗方法，如負壓集聚原理的緊密紡技術[14-15]。該技術通過減小加捻三角區(qū)，使紗條緊密、毛羽減少;但是對于粗特紗、剛度大的纖維紡紗，難以有效集聚纖維須條，細節(jié)和粗節(jié)減少的程度不大，成紗改善效果差，紡紗應用范圍受限。綜上所述，在中、粗特紗疵，特別是對一些自身疵點較多的特殊原料紡紗時，紗疵去除難度很大。

針對這一狀況，本文建立了在線被動式剪毛和在線主動式剪毛紡紗方法，即在紡紗段根據(jù)紗線的加捻情況，設置靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片，分別對紡紗段纖維須條表層的紗疵、毛羽進行處理;同時進行對照紡紗實驗，對比分析不同實驗樣本的成紗性能指標;本研究對于改善難紡纖維的成紗質(zhì)量，提高工廠經(jīng)濟效益，提供了新的思路和借鑒方法，具有一定的參考價值。

1去除紗疵方法的建立和成紗預測

1.1 建立新型去除紗疵系統(tǒng)模型

在線被動式剪毛是利用靜態(tài)刀片切除紗疵的方法。即紗線受紡紗錠的牽引力向下運動，將單葉刀片固定在紡紗段的某點上，紗線受刀片的摩擦力、支撐力以及最主要的剪切力的作用，使紗體上的毛羽及疵點被動受力，達到切除的目的。

在線主動式剪毛是使用動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片切除紗疵的方法。即紗線受紡紗錠牽引力向下運動的同時，高速旋轉(zhuǎn)的鋒利刀片利用自身的切割力，將紗體上的毛羽及疵點主動切除。

如圖1所示，將靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片緊貼紗線，置入紡紗工序后期，即紡紗機前羅拉至導紗鉤之間，根據(jù)紗線的加捻情況，調(diào)節(jié)靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片的角度和位置。

圖1中，1為前羅拉，2為前膠輥，3為紗線，4為導紗鉤，5為紗疵，6為靜態(tài)刀片，7為動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片，8為鐵網(wǎng)。由圖可知在線主動式剪毛紗線的受力段長于在線被動式剪毛紗線的受力段。

1.2紗線受力模型及分析

清除紗疵，改善成紗質(zhì)量，不僅與采用的切除方法有關，還與伸出紗體主干的纖維長度，紡紗錠的轉(zhuǎn)速等密切相關。為給實驗提供理論支撐，我們建立了紗線片段的受力模型，比較靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片對紗線疵點以及毛羽的受力大小和切除能力，預測其結果，紗線受力分析如圖2所示。

圖中X軸為紗線運動方向，Y軸為紗線切面的方向，Z軸為垂直于紗線的受力面;FQ*和FQ分別對應為在線主動式、被動式刀片的剪切作用力;Fm*和Fm分別對應為在線主動式、被動式刀片對紗線的摩擦力;Fz*和Fz分別對應為在線主動式、被動式為刀片對紗線的支撐力;f為網(wǎng)孔沿的阻力;Fq為紡紗錠對紗線的牽引力;Fn為紗線的扭轉(zhuǎn)力;G為紗線片段重量;dFx為高速旋轉(zhuǎn)的刀片對毛羽的微吸力;θ為紗線運動方向與紗線片段重量G的夾角，也為靜態(tài)刀片與紗線的夾角

由此可知靜態(tài)的單葉刀片，接觸紗體的面積有限，刀片對紗線的支撐力Fz較小，紗線受力點單一，對紗疵的處理并不完全。

結合以上分析并觀察圖2，得出：在Z的正方向上，即紗線的被切割面上，主動式剪毛比被動式剪毛多了dFx力;高速旋轉(zhuǎn)的刀片和帶有一定風力的吸塵裝置，將雜亂排布在紗體表面的毛羽吸入網(wǎng)孔，毛羽受dFx力與紗體形成輕微垂直的力，使毛羽更易被切除。在Z的負方向上，存在的分力，靜態(tài)刀片的這個力直接作用在紗體上，可能導致紗體表面質(zhì)量惡化。

此外，動態(tài)刀片旋轉(zhuǎn)的速度越快，則受牽引力Fq運動的紗線上某一點的毛羽或疵點，將可能受到刀片兩次或多次的剪切作用力，紗疵的清除能力更強。

因此，我們推斷在線主動式剪毛對改善難紡紗線的質(zhì)量可能具有較好的效果。

2實驗部分

2.1紗線制備

首先，使用HFX-A2小型并條機將錦綸纖維/皮革抗菌纖維50/50的紗條進行并和，并條機參數(shù)分別設置為：輸出速度6.00m/min，喂入速度1.99m/min;再采用HFX-A3小型粗紗機加捻卷繞成形，粗紗機參數(shù)分別設置為：錠翼轉(zhuǎn)速280r/min，線管轉(zhuǎn)速325.4r/min，前羅拉線速7.0m/min，捻度40.0T/m，總牽伸1.10，捻向Z;最后使用HFX-A6花式紡紗機，將丙綸作為芯紗，紡成包芯紗，紡紗機參數(shù)分別設置為：環(huán)錠轉(zhuǎn)速8000r/min，前羅線速11.5m/min，捻度695T/m，前區(qū)牽伸10.51，總牽伸32.8。

2.2 紗線性能測試

將所有試樣在具有標準大氣條件下的實驗室中放置24小時進行預調(diào)濕，然后測試紗線性能。

2.2.1 紗線表觀結構測試

使用OLYMPUSDSX510視頻顯微鏡，觀察原紗以及靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片處理后紗線的表觀結構。

2.2.2 紗線強力測試

參照ASTMD 2256—2002《單線法測定紗線拉伸性能的試驗方法》，采用Instron3369型萬能強力機測試紗線拉伸性能。測試速度為100mm/min，夾持隔距為100mm，每種測試樣品數(shù)為20個，取平均值。

2.2.3 紗線條干測試

根據(jù)GB/T 3292—1997《紡織品 紗條條干不勻試驗方法 第1部分：電容法》，采用ME100型烏斯特條干儀測試紗線條干不勻率，測試時間為2min，測試速度為100m/min。

2.2.4 紗線毛羽測試

根據(jù)FZ/T01086—2000《紡織品 紗線毛羽測定方法 投影計數(shù)法》，采用YG172A型紗線毛羽測試儀測試紗線毛羽，測試速度為30m/min，片段長度10m，實驗次數(shù)10次。

3結果與分析

3.1紗線表觀結構分析

紗線的表觀結構可以直接反映出2種處理方法對難紡纖維紗線的毛羽和紗疵的清除能力，測試結果如圖3所示。從圖中可以看出，未處理的難紡纖維原紗，其疵點主要以黏著在紗線的表面或包裹在紗線中間的形式存在，并且毛羽多且長;在線被動式剪毛處理后的紗線A，疵點有所減少，但毛羽仍然很多;而利用在線主動式剪毛處理后的紗線B，疵點和棉節(jié)明顯減少，毛羽也有所改善。因此，說明使用在線主動切除的處理方法可以有效提高難紡纖維的成紗質(zhì)量，使紗體表面光滑。

3.2紗線強力性能分析

由表1可得，在線被動式剪毛和在線主動式剪毛處理后的紗線A和紗線B與未做處理的原紗相比，線密度降低，強力有所下降。這是因為靜態(tài)刀片、動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片在去除紗疵的同時，會將紗線表面的部分毛羽刮去，導致紗線變細，線密度降低;但處理后的紗線A和紗線B斷裂強力分別減少了2.72%、5.06%，斷裂伸長率下降了2.38%、17.56%，降幅不大，并不會對紗線本身物理機械性能造成過多影響。

3.3紗線條干均勻度性能分析

從表2中可以得出，處理后的紗線A相比未做處理的原紗，其粗節(jié)數(shù)減少，但細節(jié)和棉結均有所惡化;處理的紗線B不勻率下降，細節(jié)和粗節(jié)有所增加，而棉結減少明顯。

棉結主要是由纖維纏結等原因所引發(fā)的凸起;靜態(tài)刀片直接作用在紗體上，然而并未達到清除棉結的作用力，還將其他纖維拉長后糾纏形成新的棉結，導致棉結數(shù)量增多。細節(jié)和粗節(jié)是指包裹在紗線內(nèi)部的纖維，由于牽伸不勻等原因所造成的紗疵;動態(tài)旋轉(zhuǎn)刀片與紗線接觸，將紗線表面較為突出的棉結和部分毛羽清除，而包裹在紗線內(nèi)部的疵點很難被去除。

測試結果表明：處理后的紗線A，200%/km的棉結數(shù)基本沒有變化，而280%/km的棉結增加了16.35%，400%/km的棉結增加了15.53%;處理后的紗線B，200%/km的棉結數(shù)下降了30.98%，280%/km的棉結下降了42.34%，400%/km的棉結下降了42.11%。

3.4紗線毛羽性能分析

露出紗線表面1-3mm的纖維稱為短毛羽，長度超過3mm的纖維稱為有害毛羽。

根據(jù)紗線毛羽去除率公式（16）[17]：

由表3數(shù)據(jù)通過公式計算，制得表4：

不同長度毛羽去除率通過公式計算并繪圖，結果如圖4所示：

由表4得到，1-3mm的短毛羽約占毛羽總數(shù)的97%，3mm以上的毛羽約占毛羽總數(shù)的3%;在線主動式剪毛與在線被動式剪毛對處理紗線的毛羽均有作用;在線主動式剪毛對1-3mm的短毛羽的除去率達24.99%，而在線被動式剪毛對1-3mm的短毛羽的除去率只有2.43%，即在線主動式剪毛對短毛羽除去率是被動式剪毛紡紗的10.3倍;相比在線主動式剪毛，在線被動式剪毛對有害毛羽的去除率略高。

從圖4中我們可以看出，在線主動式剪毛對1mm、2mm、3mm以及6-10mm的毛羽去除率高，尤其是8mm和10mm的毛羽去除率達72.41%、85.71%，對4-5mm的毛羽數(shù)量減幅度不大;而在線被動式剪毛對4-5mm的毛羽去除率相比之略高。

這是因為紗線表面毛羽纖維外露端越短，其剛度就越大，在同樣條件下毛羽就越易被高速旋轉(zhuǎn)的鋒利刀片從紗體表面切除，從而減少了1-3mm的短毛羽;而靜態(tài)刀片的剪切作用力較小，未能切除紗線的短毛羽或短毛羽受力從紗體中抽出但未掉落，導致毛羽減少量較小;4-5mm的毛羽不易進入網(wǎng)孔，去除率不高，所以在線被動式剪毛對其去除率高于在線主動式剪毛;6-10mm較長的有害毛羽，其纖維在紗線內(nèi)部端較少，在部分摩擦力和刀片切割等力的作用下被抽長拉出，脫離紗體，大部分被清除。

綜上所述，在線主動式剪毛優(yōu)于在線被動式剪毛對紗線短毛羽的處理，而對中等長度的毛羽使用在線被動式剪毛處理較好。

4結 論

本文利用在線被動式剪毛和在線主動式剪毛，處理難紡纖維成紗的表面毛羽和紗疵，對比分析了原紗以及在線主動式、在線被動式剪毛方法處理后紗線的表觀結構和性能，得出以下結論：

1）在不影響紗線本身力學性能的情況下，利用物理機械等外力處理難紡纖維紗線的疵點、毛羽的方法，在一定程度上可以改善紗線的成紗質(zhì)量。

2）在線被動式剪毛紡紗，在改善紗線的條干均勻度方面沒有突出的貢獻，而對長于3mm的有害毛羽的除去率可達26.27%，有一定作用。

3）在線主動式剪毛處理后的難紡纖維紗線，200%/km的棉結減少了30.98%，280%/km的棉結下降了42.34%，400%/km的棉結下降了42.11%;對1-3mm的短毛羽的除去率達24.99%?？傮w來說，去除紗疵和毛羽，在線主動式剪毛紡紗優(yōu)于在線主動式剪毛紡紗。

4）難紡纖維紡紗實驗，環(huán)錠轉(zhuǎn)速與工廠中毛紡、麻紡等參數(shù)接近，對實際紡紗有一定的參考價值，因此，在線主動式剪毛紡紗可以應用于苧麻纖維紡紗、低品質(zhì)纖維紡紗、中粗紗原料紡紗以及短絨纖維紡紗等紡紗技術中處理紗線表面。

參考文獻：

[1]A. Shams Nateri，F(xiàn). Ebrahimi，N. Sadeghzade. Evaluation of yarn defects by image processing technique[J]. Optik - International Journal for Light and Electron Optics，2014，125（20）.

[2]M. H. J van der Sluijs，L. Hunter. A review on the formation，causes，measurement，implications and reduction of neps during cotton processing[J]. Textile Progress，2016，48（4）.

[3]唐潔.紗線質(zhì)量控制中的條干均勻度的測試[J].江蘇紡織，2011（09）：30.

Tang Jie. Measurement of evenness of yarn evenness in yarn quality control [J]. Jiangsu Textile，2011（09）：30.

[4]吳定英.紗線毛羽的成因及控制[J].中國纖檢，2018（12）：133-134.

Wu Dingying. The cause and control of yarn hairiness [J]. China fibre inspection，2018（12）：133-134.

[5]Sun X Y，Guan Y T，Wen G Q，et al. Study on the characteristics of hemp fibres and applications[J]. Textile Research Journal，2001，34：234-237.

[6]付馳宇，王燦燦，夏治剛等.接觸式簡易嵌入紡技術及其苧麻紗性能[J].紡織學報，2019，40（01）：40-45.

Fu Chiyu，Wang cancan，Xia Zhigang，et al. Contact simple embedded spinning technology and its ramie yarn properties [J]. Journal of Textile Research，2019，40（01）：40-45.

[7]陳玉峰，陸振挺.短纖維對棉紡質(zhì)量的影響與控制[J].棉紡織技術，2012，40（02）：40-43.

Chen Yufeng，Lu Zhenting. Effect and control of short fiber on cotton spinning quality [J]. Cotton Textile Technology，2012，40（02）：40-43.

[8]張亞秋，陳霞，江慧，汪軍.基于圖像處理技術的彎鉤纖維表征[J].紡織器材，2014，41（05）：32-36.

Zhang Yaqiu，Chen Xia，Jiang Hui，et al. Characterization of hook fiber based on image processing technology [J]. Textile equipment，2014，41（05）：32-36.

[9]陳玉峰.淺析梳理工藝控制短絨棉結的誤區(qū)[J].紡織器材，2018，45（03）：59-63.

Chen Yufeng. Analysis on the misunderstanding of carding process to control linter NEP [J]. Textile equipment，2018，45（03）：59-63

[10]Nerurkar S K. Detailed analysis of carding quality and its influence on processing and yarn properties[J]. Indian Journal of Textile Research，1979.

[11]Ishtiaque S M，Chaudhuri S，Das A. Influence of fibre openness on processibility of cotton and yarn quality：Part II-Effect of carding parameters[J]. Indian Journal of Fibre & Textile Research，2003.

[12]彭孝蓉，黃鶴.降低生條棉結的梳理工藝初探[J].棉紡織技術，2011，39（03）：9-12.

Peng Xiaorong，Huang He. Carding process of reducing neps in sliver [J]. Cotton Textile Technology，2011，39（03）：9-12.

[13]紀洪強.梳理質(zhì)量對成紗細小紗疵的影響分析[J].棉紡織技術，2019，47（02）：51-54.

Ji Hongqiang. Analysis of the influence of carding quality on fine yarn defects [J]. Cotton Textile Technology，2019，47（02）：51-54.

[14]Cheng K P S，Yu C. A study of compact spun yarns[J]. Textile Research Journal，2003，73（4）：345-349.

[15]夏治剛，徐衛(wèi)林，葉汶祥.短纖維紡紗技術的發(fā)展概述及關鍵特征解析[J].紡織學報，2013，34（06）：147-154.

Xia Zhigang，Xu Weilin，Ye Wenxiang. Development overview and key features analysis of short fiber spinning technology [J]. Journal of textile，2013，34（06）：147-154

[16]曹秋霞，楊占堯.對斜刃剪切力計算公式適用范圍的分析與探討[J].工具技術，2000（10）：12-13.

Cao Qiuxia，Yang zhanyao. Analysis and Discussion on the application scope of shear force calculation formula of inclined blade [J]. Tool technology，2000（10）：12-13

[17]Zhigang Xia. Experimental Investigation on the Effect of Singeing on Cotton Yarn Properties. 2009，79（17）：1610-1615.

作者簡介：

姜亞飛（1971—），男，本科，學士。主要研究方向為新型紡紗加工技術。

通信作者：

姜亞飛（1971—），男，本科，學士。主要研究方向為新型紡紗加工技術。

（作者單位：1.江蘇悅達紡織集團有限公司;2.武漢紡織大學?紡織科學與工程學院）