空心錠包覆紡紗包纏捻度及其分布的影響因素分析

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)動速度，在實(shí)用中，采用空心錠轉(zhuǎn)速與芯紗運(yùn)動速度(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、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，測試包纏捻度，探討其分布特征，對理論分析結(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)針方向，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度，應(yīng)等于從錠管上退繞的外包纏紗長度。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)從上邊盤移動到下邊盤或相反(上下邊盤間距一般約為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，氣圈段的長度會發(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度，實(shí)際上等于氣圈段變化長度與纏繞到芯紗上并輸出的外包纏紗長度的代數(shù)和，氣圈段變化長度的大小及正負(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)，則氣圈變化長度為負(fù)值，此時(shí)退繞的外包纏紗長度中，會有部分長度消耗于氣圈長度的增加，外包纏紗退繞附加轉(zhuǎn)速增加；反之，如果選擇錠管下邊盤、小半徑處(外包纏紗氣圈曲線3退繞點(diǎn))為參考基點(diǎn)，則氣圈變化長度為正值，此時(shí)，會由于氣圈長度的逐漸縮短，“釋放出”部分外包纏紗長度，退繞的外包纏紗長度減小，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度，即有效輸出長度L1與其在錠管上的退繞長度L2之間關(guān)系，見下式：

L1+δ=L2

(1)

式中，δ為單位時(shí)間內(nèi)氣圈長度的變化值。

而單位時(shí)間內(nèi)，外包纏紗的有效輸出長度等于其在芯紗上纏繞的螺旋線長度，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)式太過復(fù)雜，這里不再列出。

如果考慮δ、d和Dx相對于V取值很小，可得簡化后的附加捻度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，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，氣圈段長度增加，消耗部分外包纏紗退繞長度，附加捻度減小；反之，氣圈高度隨著外包纏紗退繞點(diǎn)在上、下邊盤間往復(fù)而產(chǎn)生周期性增大、減小變化，導(dǎo)致氣圈長度周期性增大、減小，進(jìn)而使附加捻度發(fā)生周期波動，并與退繞直徑的變化產(chǎn)生復(fù)合作用。

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

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，是順向包纏作用的固有特征，無法控制和消除。

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示出外包纏紗對芯紗的包纏作用原理。在空心錠包覆紡紗的“順向包纏”過程中，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。但芯紗直徑增大同樣會使芯紗的扭轉(zhuǎn)剛度C增大，這又使附加捻度有減小的趨勢。

如果芯紗直徑整體增大，會有上述正、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態(tài)平衡過程。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，對于芯紗而言，張力對扭轉(zhuǎn)剛度的影響有可能超過材料本身性狀差異。

導(dǎo)致附加捻度波動，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、氣圈形態(tài)變化引起的包纏角α的波動、纏繞點(diǎn)的波動以及芯紗張力波動引起的抗扭剛度的波動等。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

通過紡紗實(shí)驗(yàn)嘗試探討2種附加捻度對實(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)立伺服電動機(jī)傳動，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試不能采用普通單紗、股線的捻度測試方法。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，旨在可通過直接點(diǎn)數(shù)單位長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。

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，對粗細(xì)不勻的芯紗進(jìn)行包覆時(shí)，捻回分布具有類似對粗細(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幅度不同，但在所選工藝參數(shù)下，波動幅度均在較小的范圍內(nèi)(<2%)。

2)由紗樣1#、2#、3#的捻度測試結(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，張力絕對值增大，因而使張力波動程度減小，附加捻度T″及實(shí)際捻度的波動減小(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″減小；但芯紗直徑dC增大同樣使外包纏紗張力對芯紗的扭矩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，芯紗直徑的增大對包纏張力的波動有放大效應(yīng)(扭矩Mt波動增大)，使實(shí)際包纏捻度波動增大，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對芯紗扭轉(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″。從捻度測試結(jié)果可看出，6#紗相對于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的幅度，包纏捻度波動的CV值逐漸減小。

由于黑板上的繞紗容量大約在40 m，以上包纏捻度測試結(jié)果是在40 m長紗樣(卷繞直徑變化微小)內(nèi)的測試結(jié)果?？梢酝茢?，對于外包纏紗一落紗的紡紗過程(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有所增加，但由于外包纏紗退繞直徑變化范圍相對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、氣圈段長度和外包纏紗張力變化，因而引起的包纏捻度的波動范圍也會在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。

由于外包纏紗圈對芯紗的包纏會導(dǎo)致纏繞處紗線的變形，外包纏紗紗圈覆蓋處芯紗直徑無法測量，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，但其引起的波動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具有疊加效應(yīng)。

捻度的分布不勻?qū)?dǎo)致復(fù)合紗不同長度片段上外包纏紗對芯紗包覆度的差異，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)合紗長度片段上產(chǎn)生色差。對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，紗線長度方向片段間顏色的差異，有時(shí)也是產(chǎn)品開發(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)合紗長度方向呈“弱段彩”特征。

圖6 竹節(jié)包覆紗

4 結(jié) 論

對于采用“順向包纏”方式實(shí)現(xiàn)外包纏紗對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)，以及包纏張力對芯紗的扭轉(zhuǎn)作用產(chǎn)生的芯紗附加回轉(zhuǎn)，都對復(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，會使實(shí)際包纏捻度減小。

2種附加捻度及其波動是順向包纏作用的固有特征，無法消除。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)不勻會顯著惡化成紗短片段捻度分布的均勻度，捻回分布特征類似紗線加捻，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。