阻尼牽伸紡紗技術(shù)及其對成紗質(zhì)量的影響

買買提·尼牙孜，崔月敏，程隆棣，鄧萬勝，吉宜軍

(1.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海 201620； 2.新疆天山紡織服裝有限公司，新疆 烏魯木齊 830011； 3.廣眾紡機(jī)科技有限公司，江蘇 張家港 215000； 4.南通雙弘紡織有限公司，江蘇 南通 226661)

將新型環(huán)錠紡系統(tǒng)用于羊毛纖維紡紗是短纖維紡紗的研究熱點和趨勢。以CompACT3系統(tǒng)[1]、EliTe系統(tǒng)[2]和Com4系統(tǒng)[3]為代表的毛紗緊密紡紗工藝和設(shè)備已經(jīng)發(fā)展得相對成熟。應(yīng)用新型環(huán)錠紡技術(shù)紡制的紗線毛羽量顯著下降，成紗斷裂強(qiáng)度增加，可以用較粗的低價羊毛加工出高支精梳羊毛紗[4]。但毛型緊密紡細(xì)紗機(jī)由于改裝費(fèi)用高，穩(wěn)定性較差，尚未在行業(yè)內(nèi)大范圍推廣[5-6]。

現(xiàn)有環(huán)錠紡紗技術(shù)盡管控制部分的結(jié)構(gòu)不盡相同，但是牽伸原理是一樣的，均采用“雙膠圈彈性鉗口牽伸”模式，雙膠圈系統(tǒng)主要存在的問題是上下膠圈之間易產(chǎn)生速度差，且會對纖維束和須條形成揉搓，造成牽伸過程中摩擦力界不穩(wěn)定等問題。這些問題均會直接影響成紗條干、毛羽和粗細(xì)節(jié)等質(zhì)量指標(biāo)[7]。新型阻尼牽伸紡紗技術(shù)[8-9]在機(jī)構(gòu)設(shè)計上采用了雙曲線牽伸的新型牽伸結(jié)構(gòu)，去掉了原結(jié)構(gòu)中的上下膠圈及上下銷，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。該裝置采用柔性傳輸帶(即網(wǎng)格圈)，并通過磁力加壓的波形曲面系統(tǒng)控制[10]，磁力加壓對纖維產(chǎn)生柔性且穩(wěn)定的握持牽伸，阻尼前緣可使?fàn)可靺^(qū)內(nèi)附加摩擦力界更加向前分布，增加對纖維須條控制力，以提高紗線質(zhì)量水平。本文分別采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡和阻尼牽伸紡紗技術(shù)紡制羊毛/羊絨混紡紗，通過對成紗質(zhì)量的對比分析，研究阻尼牽伸紡紗的特點及其作用效果。

1 阻尼牽伸紡紗技術(shù)

1.1 阻尼牽伸紡紗裝置

阻尼牽伸機(jī)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1—前皮輥；2—上控制板；3—上永久磁體；4—張力架；5—網(wǎng)格圈；6—中皮輥；7—前羅拉；8—下曲線管；9—下永久磁體；10—中羅拉；11—紗線。

阻尼牽伸裝置是基于傳統(tǒng)環(huán)錠紡系統(tǒng)進(jìn)行的改造，其上控制板、下曲線板和網(wǎng)格圈通過隔距塊和上、下永久磁體間的磁力形成穩(wěn)定的“波形”曲面通道。紡紗時，纖維須條從后牽伸區(qū)出來被喂入主牽伸區(qū)，通過由網(wǎng)格圈和下曲線板中部下凹表面組成的柔性握持區(qū)域(“波形”曲面通道)。由于網(wǎng)格圈較傳統(tǒng)紡紗的雙膠圈有更好的柔性，且始終受到一定的張力，當(dāng)上控制板[8]下凸處向下壓向網(wǎng)格圈時，網(wǎng)格圈能完全根據(jù)上控制板下表面的曲率而變化。依靠網(wǎng)格圈張力，網(wǎng)格圈與上控制板下壓的凸出部分緊密接觸，使網(wǎng)格圈與上控制板之間的纖維受到穩(wěn)定、持續(xù)的柔性控制。阻尼牽伸系統(tǒng)對纖維的自然彎曲有拉伸作用，使得牽伸過程中須條不發(fā)散、不擴(kuò)散，排列整齊，同時短纖維可以被均勻地抱合在紗線內(nèi)，不擴(kuò)散，提高了纖維原料的利用率。

1.2 柔性握持牽伸機(jī)制

柔性牽伸示意圖如圖2所示。

R—上控制板半徑；T(s)—網(wǎng)格圈在某處所受張力;N—網(wǎng)格圈所受正壓力；dθ—小段圓弧角；ds—小段圓弧長度。

纖維束通過網(wǎng)格圈壓向半徑為R的上控制板，網(wǎng)格圈的兩端張力可近似為T,在dθ一小段圓弧上，由正壓力N和網(wǎng)格圈張力T在法向方向上的受力平衡ΣFy=0，得出：

(1)

(2)

dN=Tdθ

(3)

將ds=Rdθ代入式(3)，可得：

(4)

式中a為壓強(qiáng)線密度。

式(4)說明，牽伸握持區(qū)所產(chǎn)生的摩擦力界大小僅與網(wǎng)格圈張力和柔性握持區(qū)域的曲率半徑有關(guān)。在握持區(qū)域的曲率半徑和網(wǎng)格圈張力一定的情況下，纖維須條所受的壓強(qiáng)線密度穩(wěn)定不變。配置前緣的上銷及其“波形”曲面通道能夠為纖維須條提供長短膠圈牽伸所不具備的前延且穩(wěn)定的牽伸摩擦力界。

2 實驗部分

2.1 紡紗實驗

分別采用阻尼牽伸紡紗技術(shù)和傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗技術(shù)紡制38.5 tex羊毛/羊絨(70/30)混紡紗。工藝設(shè)置：粗紗線密度50.76 tex，總牽伸倍數(shù)10.56；捻度400捻/m，捻向為Z捻；隔距塊尺寸2.05 mm，加壓量160 N/(2錠)；車間溫度25 ℃，相對濕度61%。

2.2 紗線測試

2.2．1 條干均勻度指標(biāo)測試

采用ME-100型烏斯特儀測試2種紡紗方式成紗的條干均勻度、千米粗節(jié)、千米細(xì)節(jié)、毛羽量等指標(biāo)。測試條件：速度400 m/min，測試時間1 min，測試10次。測試環(huán)境溫度(20±2) ℃，相對濕度65%±3%。

2.2．2 強(qiáng)力指標(biāo)測試

采用TENSORAPID 4型烏斯特儀測試2種紡紗方式成紗的斷裂強(qiáng)度、伸長率和斷裂功等力學(xué)指標(biāo)。測試條件：紗線預(yù)加張力0.5 cN/tex， 測試長度500 mm，測試10次。測試環(huán)境溫度(20±2) ℃，相對濕度65%±3%。

3 實驗結(jié)果與分析

為了直觀探究阻尼牽伸紡紗技術(shù)與傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗技術(shù)對成紗條干均勻度及力學(xué)指標(biāo)的影響，本文采用差異率進(jìn)行對比分析，指標(biāo)差異率計算公式為：

差異率=

3.1 條干均勻度指標(biāo)對比

阻尼牽伸紡與傳統(tǒng)環(huán)錠紡成紗條干均勻度指標(biāo)差異率對比見圖3，2種紡紗方式紗線條干對比見圖4。

圖3 阻尼牽伸紡與傳統(tǒng)環(huán)錠紡成紗條干均勻度指標(biāo)差異率對比

圖4 2種紡紗方式紗線條干對比

從圖3可以看出，相較于傳統(tǒng)環(huán)錠紡，阻尼牽伸紡成紗的條干CV值減小，即條干均勻度有所提高。結(jié)合圖4可以看出，傳統(tǒng)環(huán)錠紡成紗條干明顯差于阻尼牽伸紡成紗。阻尼牽伸紡成紗的千米棉結(jié)、千米細(xì)節(jié)和千米粗節(jié)都有顯著下降，其中粗節(jié)(+50%)數(shù)量減少41%，下降最多，但2種牽伸方式成紗的毛羽數(shù)量區(qū)別不大，阻尼牽伸紡略優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)錠紡。

3.2 強(qiáng)力指標(biāo)對比

阻尼牽伸紡與傳統(tǒng)環(huán)錠紡成紗強(qiáng)力指標(biāo)差異率對比見圖5?？梢钥闯觯枘釥可旒彸杉啽葌鹘y(tǒng)環(huán)錠紡成紗的強(qiáng)力、斷裂伸長及斷裂功等指標(biāo)都有所提高，成紗強(qiáng)力增加13.9%。主要原因是：阻尼牽伸紡成紗條干整齊度好，纖維排列整齊，粗細(xì)節(jié)少，成紗內(nèi)纖維應(yīng)力集中，因此斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長和斷裂功都有所提高。此外，阻尼牽伸紡成紗斷裂強(qiáng)力不勻減小3%，與條干不勻下降一致。

圖5 阻尼牽伸紡與傳統(tǒng)環(huán)錠紡成紗強(qiáng)力差異率對比

3.3 成紗質(zhì)量分析

通過上述對成紗條干和強(qiáng)力指標(biāo)的測試和分析可以看出，阻尼牽伸紡成紗的質(zhì)量指標(biāo)均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)錠紡，但對毛羽改善不明顯。原因是，阻尼牽伸原理與傳統(tǒng)環(huán)錠紡存在較大區(qū)別，首先，阻尼牽伸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的柔性握持所得到的摩擦力界分布比傳統(tǒng)環(huán)錠紡采用雙皮圈牽伸系統(tǒng)更加平穩(wěn)，對纖維須條的控制力更強(qiáng)。其次，毛型粗紗中存在較多的短纖維，卷曲度多，纖維間抱合力大，纖維伸直較差，易于縮絨，因此在紡紗過程中對毛纖維的控制力尤為重要。阻尼主牽伸區(qū)機(jī)構(gòu)如圖6所示。將阻尼牽伸裝置纖維的浮游區(qū)減小至5 mm，上控制板“前鼻”向前延伸，相當(dāng)于壓力棒作用，使長度≤15 mm短纖維的變速點集中、穩(wěn)定地向前移，從而改善細(xì)紗條干。

圖6 阻尼主牽伸區(qū)機(jī)構(gòu)

4 結(jié) 論

①通過對阻尼牽伸紡紗裝置的結(jié)構(gòu)以及紡紗機(jī)制研究分析，得出其改善成紗質(zhì)量的原因是優(yōu)化了牽伸區(qū)域的摩擦力界分布，縮短浮游區(qū)長度，增加了纖維控制力。

②分別采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡和阻尼牽伸紡紗裝置紡制38.5 tex羊毛/羊絨(70/30)混紡紗，成紗質(zhì)量檢測結(jié)果表明，阻尼牽伸裝置能夠改善毛紡成紗條干均勻度，大幅度降低成紗的粗節(jié)和細(xì)節(jié)，尤其粗節(jié)(+50%)數(shù)量下降最多。由于提高了成紗均勻度，成紗各力學(xué)特征也明顯改善。