集聚槽輪壓紗深度對賽絡(luò)紡成紗性能的影響

王鑫 許多，2 江偉 范航 劉可帥

（1.武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200；2.蘇州大學(xué)，江蘇蘇州，215301；3.安徽華茂紡織股份有限公司，安徽安慶，246018）

賽絡(luò)紗通過在三角區(qū)捻合兩股帶有少量捻度的紗條以增強對纖維的控制，形成低毛羽、高強力且具有股線風(fēng)格的紗線［1-2］，但是其品質(zhì)依舊難以滿足高端棉紡紗線的需求，因而一些集聚紡紗方法被應(yīng)用于賽絡(luò)紗生產(chǎn)中，進一步提升其紗線質(zhì)量。XIA Z G等人通過對纖維在微通道內(nèi)運動狀態(tài)的分析，提出了靜態(tài)集聚溝槽調(diào)控賽絡(luò)紡成紗三角區(qū)的紡紗新方法，此方法可顯著降低成紗毛羽，但是靜態(tài)集聚溝槽與紗條間的摩擦導(dǎo)致紗線棉結(jié)惡化［3-4］；LIU K等人在此基礎(chǔ)上進行改進，提出了自適應(yīng)壓紗盤約束纖維運動的紡紗方法，通過動態(tài)載荷約束適配紗條運動狀態(tài)從而在降低成紗毛羽的同時減少條干惡化，但是壓紗盤對纖維的約束作用存在適配規(guī)律［5-6］；YU H等人則提出了動態(tài)槽輪同步旋轉(zhuǎn)配合紗條運動狀態(tài)的新型集聚紡紗方法，克服了紗條在運動方向上摩擦阻力對紗條的影響，但是并沒有深入研究動態(tài)集聚槽輪的壓紗深度對纖維運動約束能力的影響［7］。

為了探究集聚槽輪壓紗深度與纖維成紗運動的匹配關(guān)系，以提高賽絡(luò)紗的質(zhì)量，因此研究了集聚槽輪約束纖維運動作用原理，并分析了不同壓紗深度對賽絡(luò)紗品質(zhì)的影響。

1 集聚槽輪約束纖維運動作用原理

如圖1所示，在前鉗口出口處安裝集聚槽輪，紗線從集聚槽輪中V形深槽中通過，約束纖維的運動狀態(tài)，進而重塑成紗三角區(qū)。

圖1 集聚槽輪裝置示意圖

集聚槽輪能對內(nèi)外轉(zhuǎn)移運動過程中的紗條表層纖維進行動態(tài)集聚，并約束纖維運動。由力學(xué)公式（1）可知，集聚槽輪對纖維集聚點R處將產(chǎn)生約束力T，促使邊緣纖維得到控制，纖維充分扭轉(zhuǎn)抱合，纖維利用率得到提高。同時當紗條通過集聚槽輪時帶動槽輪同步旋轉(zhuǎn)，極大程度上消除紗條運動方向上的摩擦阻力，減少粗節(jié)、棉結(jié)的產(chǎn)生［8］。

式中：T為纖維在集聚點R處所受的約束力，N為纖維對集聚點R的作用力，b1、b2分別為纖維到集聚溝槽側(cè)面和底部的距離，μ1為纖維與集聚溝槽側(cè)面的滑動摩擦因數(shù)，μ2、μ3分別為纖維與集聚溝槽側(cè)面、底部的滾動摩擦因數(shù)，a為纖維須條在集聚溝槽內(nèi)的包圍角，F(xiàn)0為纖維與集聚點底部摩擦力。

此外，集聚槽輪的壓紗深度與纖維運動狀態(tài)呈相關(guān)性，如圖2所示，在柱坐標系中集聚點R附近的纖維運動可以表示為平行、旋轉(zhuǎn)和變形運動的總和。因此，集聚點R附近纖維變形可表示為公式（2）。

式中：J為纖維在柱坐標系中的變形狀態(tài)，err、eθθ分別是r和Z方向上的伸長速度矢量，erθ表示纖維變形的速度矢量。

進而對不同壓紗深度下紗條中纖維的運動狀態(tài)進行分析可得公式（3）。

式中：Jˉ為纖維在不同壓紗深度下的變形狀態(tài)，V為纖維運動速度，R和z為t時刻的纖維位置矢量，A為纖維截面積，d為纖維直徑。

根據(jù)公式（3）可以推出，纖維受到集聚槽輪的縱向壓力越大，纖維彎曲形變程度越大，且捻入紗條的幾率越高，因此壓紗深度成為集聚槽輪調(diào)控成紗品質(zhì)的關(guān)鍵因素。

圖2 集聚點R處的纖維運動分析示意圖

2 試驗部分

2.1 紗線制備

為探究集聚槽輪壓紗深度對賽絡(luò)紗性能的影響，采用長絨棉，在Dssp-01型細紗機上選取相鄰6錠紡制JC 24 tex賽絡(luò)紗，并與不同壓紗深度下所紡的5組賽絡(luò)紗進行對照試驗。其中，集聚槽輪直徑6 mm，深度0.20 mm，固定集聚槽輪的支架中心距18.5 mm。集聚槽輪壓紗深度以紗條下壓最低點距前鉗口至導(dǎo)紗鉤切線處的距離來表示，如圖3所示。

圖3 集聚槽輪不同壓紗深度下紗條運行路徑側(cè)視圖

對4種壓紗深度方案下紗條路徑進行優(yōu)選與分析，方案A、B、C和D對應(yīng)的壓紗深度分別為0 mm（此時集聚槽輪與須條運動方向相切）、1 mm、2 mm和3 mm。主要細紗工藝參數(shù)：錠速8 000 r/min，粗紗定量2.8 g/10 m，細紗前羅拉速度11.8 m/min，隔距塊3.0 mm，捻系數(shù)350，后區(qū)牽伸1.35倍，鋼絲圈型號6903 2號，鋼領(lǐng)型號PG1 4254。

2.2 紗線性能測試

使用iPhone 12型手機前置相機對比不同壓紗深度下賽絡(luò)紗成紗三角區(qū)形態(tài)，并通過白色線條標注三角區(qū)形態(tài)。對每個方案下所紡6組紗線的毛羽、條干和力學(xué)性能進行測試，并取平均值；根據(jù)FZ/T 01086—2020《紡織品 紗線毛羽測定方法 投影計數(shù)法》，采用H400型毛羽儀以30 m/min的測試速度、10 m的片段長度對紗線的毛羽進行測試；根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定（CRE法）》，采 用YG063C型 單 紗 強 力 儀 以500 mm/min的拉伸速度對紗線的力學(xué)性能進行測試；根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法 第1部分：電容法》，采用E500型條干儀以400 m/min的測試速度、1 min的測試時間對紗線的條干進行測試。

3 分析與討論

3.1 成紗三角區(qū)形態(tài)

圖4為不同壓紗深度集聚槽輪所紡紗線的成紗三角區(qū)。由圖4可以看出，隨著集聚槽輪壓紗深度增加，賽絡(luò)紡成紗三角區(qū)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。其中方案A、方案B、方案C所紡賽絡(luò)紡三角區(qū)結(jié)構(gòu)相近，但小于賽絡(luò)紡原紗三角區(qū)寬度，這表明集聚槽輪對纖維運動存在約束作用，可有效調(diào)控成紗三角區(qū)結(jié)構(gòu)，集聚槽輪的縱向壓力改變了成紗三角區(qū)捻度分布，并通過對纖維運動的控制重塑成紗段纖維排列構(gòu)象［9］。而方案D所紡紗線的成紗三角區(qū)長度明顯拉長、寬度顯著增大，這說明了方案D中過大的縱向壓力導(dǎo)致捻回傳遞受阻、纖維難以充分轉(zhuǎn)移。

圖4 不同壓紗深度集聚槽輪所紡紗線的成紗三角區(qū)

3.2 成紗性能分析

紗線成紗性能測試結(jié)果如表1所示。

表1 不同壓紗深度下成紗性能對比

由表1可以看出，相比普通賽絡(luò)紗，集聚槽輪的使用有效減少了紗線毛羽，不同壓紗深度對毛羽的改善效果有所不同。與普通賽絡(luò)紡相比，方案A到方案D所紡紗線毛羽降幅分別為22.5%、51.2%、53.9%和20.0%，呈先增大后減小的趨勢。這表明在一定壓紗深度范圍內(nèi)，紗條縱向壓力隨著集聚槽輪下壓深度的增大而增大，促使紗條彎曲程度增加、表面毛羽被強制捻入紗體（方案A和方案B）。隨著壓紗深度繼續(xù)加大，集聚槽輪對紗條縱向壓力進一步增加，由下而上的捻回受到集聚槽輪的阻擋導(dǎo)致傳遞減少，紗條從前鉗口輸出后呈現(xiàn)松散的趨勢，進而邊緣纖維受到集聚槽輪的約束被強制捻入紗體，從而成紗毛羽降低、成紗緊密度增加（方案C）。而當壓紗深度達到最大時，過大的縱向壓力又阻礙了纖維的有效轉(zhuǎn)移，從而消弱了紗線毛羽降低程度［10］（方案D）。

對比不同壓紗深度下所紡賽絡(luò)紗的條干可發(fā)現(xiàn)，方案A、方案B、方案C的賽絡(luò)紗線條干與普通賽絡(luò)紡基本接近，這是由于集聚槽輪與紗線的協(xié)同運動消除了縱向摩擦對紗條運動的阻礙，可有效調(diào)控纖維抱合排列結(jié)構(gòu)，確保了成紗均勻度不受影響。而方案D中壓紗應(yīng)力產(chǎn)生了一定的縱向摩擦力，從而影響紗條的正常牽伸，導(dǎo)致其條干惡化［11］。與此同時，方案A、方案B、方案C的紗線細節(jié)顯著減少，集聚槽輪調(diào)控纖維轉(zhuǎn)移，促使纖維精準包纏紗線弱環(huán)位置，而方案D中縱向應(yīng)力限制了纖維的動態(tài)纏繞，造成部分纖維難以捻入紗體、在表層發(fā)生堆積形成粗節(jié)、棉結(jié)。

此外，與賽絡(luò)紡原紗斷裂強力相比，方案A、方案B、方案C所紡紗線強力分別提高了0.4%、2.6%和3.2%，這說明集聚槽輪控制紡紗三角區(qū)須條邊緣纖維實施約束和握持捕捉，協(xié)同加捻扭力、引紗張力和縱向壓力作用，為纖維提供了充分內(nèi)外轉(zhuǎn)移運動的條件和空間，促使內(nèi)部纖維排列緊密，強化了纖維抱合，提高了纖維利用率。還可以看出，不同壓紗深度調(diào)控纖維排列緊密程度存在差異，方案C所紡紗線成紗強力顯著提高，表明在該壓紗深度時相對最大化地約束了纖維運動，重塑了成紗三角區(qū)形態(tài)，增強了紗線內(nèi)部纖維排列緊密程度。由于方案D中的壓紗深度過大，未能有效調(diào)節(jié)集聚槽輪對紗線的摩擦效應(yīng)、捻回阻力與約束作用間的關(guān)系，造成纖維轉(zhuǎn)移過程中控制力不足，部分纖維暴露紗體之外未能提供強力［12］，強力下降3.0%，與方案D中粗細節(jié)的增加相吻合。

4 結(jié)語

本研究探究了集聚槽輪約束纖維運動逐步成紗的理論，并分析不同壓紗深度對纖維集聚控制的影響，通過對比不同壓紗深度下所紡賽絡(luò)紗的動態(tài)三角區(qū)結(jié)構(gòu)和成紗性能，發(fā)現(xiàn)壓紗深度與其對纖維運動的約束能力間存在一定規(guī)律，過小的壓紗深度不能有效控制纖維應(yīng)力，過大的壓紗深度導(dǎo)致捻回傳遞受阻，因此需要根據(jù)所紡紗線特征優(yōu)化壓紗深度，實現(xiàn)高品質(zhì)賽絡(luò)紗的制備。