錫林刺輥速比對(duì)生條中纖維長度整齊度的影響

關(guān)宏強(qiáng)，于學(xué)智，曹繼鵬

(遼東學(xué)院，遼寧 丹東 118003)

梳棉機(jī)錫林與刺輥速比的選擇是梳棉理論中的重要課題之一，它直接影響錫林與刺輥間的纖維轉(zhuǎn)移，進(jìn)而影響梳理和成紗質(zhì)量[1]。許蘭杰等[2]、張明光等[3]、曹繼鵬等[4]就錫林刺輥速比對(duì)成紗強(qiáng)力、條干及成紗綜合質(zhì)量的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究；王伯巖等[5]和翟展利等[6]通過試驗(yàn)探討了錫林刺輥速比對(duì)生條棉結(jié)的影響；邵英海等[7]研究了錫林刺輥速比對(duì)梳理質(zhì)量的影響，主要從生條、一并條和二并條中纖維長度、棉結(jié)和雜質(zhì)3指標(biāo)方面進(jìn)行了分析。以上研究并沒有談及錫林刺輥速比對(duì)生條中纖維長度整體分布情況的影響。纖維長度整齊度是對(duì)纖維分布狀態(tài)的描述，目前國際上常用整齊度指數(shù)(UI，%)或整齊度比(UR，%)來量化棉纖維長度整齊度的優(yōu)劣水平[8]。整齊度好，說明纖維長度分布集中，有利于提升成紗質(zhì)量，還會(huì)減少紡紗過程中落棉的損耗，提高纖維的制成率，降低成本[9]。本文針對(duì)不同刺輥轉(zhuǎn)速下，錫林刺輥速比變化對(duì)生條中纖維長度整齊度的影響進(jìn)行了分析探討，以期為成紗質(zhì)量的預(yù)測提供有益的參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料及規(guī)格

試驗(yàn)原料為新疆棉(新疆沃普農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司)，采用FA203C梳棉機(jī)微型清梳聯(lián)系統(tǒng)(青島宏達(dá)紡織機(jī)械有限公司)對(duì)其加工。

使用USTER AFIS PRO纖維性能測試系統(tǒng)(烏斯特技術(shù)有限公司)測試，結(jié)果如下：原棉質(zhì)量平均長度為25.9 mm；質(zhì)量短絨率為7.2%；上四分位質(zhì)量長度為31.3 mm，棉結(jié)總數(shù)為212粒/g；雜質(zhì)總數(shù)為122 粒/g；纖維線密度為164 mtex；未成熟纖維含量為7.3%；可見異物率為0.5%。

1.2 方案及性能測試

使用FA203C梳棉機(jī)微型清梳聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，刺輥轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為 500、550、600、650、700、750、800、850、900 r/min ，共計(jì)9個(gè)檔次，每個(gè)檔次的刺輥轉(zhuǎn)速下通過調(diào)整錫林轉(zhuǎn)速使錫林刺輥速比分別為1.5、2.0和2.5，具體試驗(yàn)方案見表1。

表1 試驗(yàn)方案Tab.1 Test scheme

其他試驗(yàn)條件均相同，主要工藝參數(shù)如下：梳棉出條速度設(shè)定為 140 m/min；生條定量25 g/(5m)；刺輥與給棉板隔距為0.76 mm；刺輥與除塵刀 90°；隔距為0.46 mm；刺輥與預(yù)分梳板隔距為 1.0 mm；后固定蓋板(由下到上4 根)隔距分別為0.76、0.76、0.64、0.64 mm；前固定蓋板(由上到下4根)隔距分別為0.20、0.20、0.18、0.18 mm。

測試環(huán)境溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(65±4)%。采用USTER AFIS PRO纖維性能測試系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)原料及不同試驗(yàn)方案所生產(chǎn)的生條中纖維長度分布進(jìn)行測試。每個(gè)方案取30個(gè)子樣，每個(gè)測試子樣0.5 g，為減少樣品離散性對(duì)測試結(jié)果的影響，試驗(yàn)結(jié)果均為平均值。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)不同試驗(yàn)方案中的質(zhì)量-長度分布圖，提取組距間隔為 2 mm 的不同長度組纖維質(zhì)量百分含量及質(zhì)量平均長度各指標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)果見表2，為方便表述，18～22 mm、36～56 mm未在表2中列出。

2.1 生條中纖維長度整齊度指數(shù)的計(jì)算

通常用短絨率、基數(shù)、均勻度、整齊度指數(shù)(UI)和整齊度比(UR)指標(biāo)來評(píng)判纖維長度整齊度的優(yōu)劣水平[7]。為了更好地評(píng)價(jià)錫林刺輥速比變化對(duì)生條中纖維長度整齊度的影響，采用范圍為≤10mm、≤12mm和≤16mm的短絨率和整齊度指數(shù)指標(biāo)來描述錫林刺輥速比變化對(duì)生條中纖維長度整齊度的影響，并在表2中測試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。表中整齊度指數(shù)UI指纖維平均長度占上半部平均長度的百分率，纖維平均長度可以使用USTER AFIS PRO檢測所得的質(zhì)量平均長度數(shù)值(見表2)。

表2 不同試驗(yàn)方案生條中不同長度組纖維質(zhì)量百分含量及質(zhì)量平均長度Tab.2 Test fiber weight percentage of different length groups and average length by weight in card sliver

纖維上半部平均長度Luhm的計(jì)算過程如下：

①棉纖維主體長度Lm可根據(jù)表2中相關(guān)測試數(shù)據(jù)及式(1)[10]來計(jì)算。

(1)

式中：Lm為纖維主體長度，mm；L為質(zhì)量最重組的組中值，mm；K為組距2 mm；Gn、Gn-k和Gn+k分別為最重組及左鄰組、右鄰組的質(zhì)量百分含量，%。

②文獻(xiàn)[11]中表示纖維主體長度和短絨率對(duì)品質(zhì)指標(biāo)有顯著影響，且具有很好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.994，回歸方程為

Lp=1.034Lm+0.025S+1.5

(2)

式中：Lp為纖維品質(zhì)長度，mm；Lm為纖維主體長度，mm；S為短絨率(≤16mm)，%。

故可根據(jù)式(2)計(jì)算出纖維品質(zhì)長度。依據(jù)文獻(xiàn)[11]可知，纖維上半部平均長度對(duì)纖維品質(zhì)長度有顯著的影響，且具有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.992，而短絨率對(duì)其沒有顯著的影響，故根據(jù)纖維上半部平均長度和纖維品質(zhì)長度之間的回歸方程為

Lp=1.03Luhm+1.7

(3)

式中：Lp為纖維品質(zhì)長度，mm；Luhm為纖維上半部平均長度，mm。

計(jì)算出纖維上半部平均長度，最后計(jì)算纖維長度整齊度指數(shù)。

2.2 速比對(duì)生條中纖維整齊度的影響

2.2.1 速比對(duì)纖維短絨率的影響

從表3中可以看出，當(dāng)刺輥轉(zhuǎn)速為500～650 r/min之間4檔時(shí)，短絨率各指標(biāo)的變化幅度很小，且同一檔刺輥轉(zhuǎn)速下速比的增加對(duì)短絨率各指標(biāo)影響幅度也很小，且無明顯規(guī)律性。相較于500～650 r/min，刺輥轉(zhuǎn)速為700～800 r/min之間3檔時(shí)，短絨率各指標(biāo)有小幅改善，基本上以速比為2.0時(shí)最優(yōu)。刺輥速度繼續(xù)增加，達(dá)到850和900 r/min 2檔時(shí)，相較于500～800 r/min，短絨率各指標(biāo)明顯惡化，隨速比的增加，呈明顯惡化趨勢，此時(shí)采用小速比1.5為宜。

表3 生條中纖維短絨率和長度整齊度指數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation results of short fiber rate and length uniformity index in card sliver

從表3也可以看出，速比分別為1.5、2.0和2.5時(shí)，刺輥轉(zhuǎn)速由500 r/min增至900 r/min 時(shí)，短絨率各指標(biāo)變化趨勢基本上是一致的。具體為：刺輥速度在500～650 r/min之間4檔時(shí)，短絨率各指標(biāo)變化幅度很小，且隨刺輥轉(zhuǎn)速的增加無明顯的規(guī)律性；當(dāng)刺輥轉(zhuǎn)速增加到700～800 r/min之間3檔時(shí)，相較于500～650 r/min，短絨率各指標(biāo)大小基本上有小幅的降低，且隨刺輥轉(zhuǎn)速的增加無明顯的規(guī)律性；刺輥轉(zhuǎn)速增加達(dá)到850～900 r/min之間2擋時(shí)，相較于500～800 r/min，短絨率各指標(biāo)大小有明顯的增加，且隨刺輥轉(zhuǎn)速的增加而增加。

2.2.2 速比對(duì)整齊度指數(shù)指標(biāo)影響

從表3可以看出，刺輥轉(zhuǎn)速為500～650 r/min之間4檔時(shí)，生條中纖維長度整齊度指數(shù)在83.81%～84.48%之間，在該4檔刺輥速度下，隨著速比由1.5增到2.5時(shí)，整齊度指數(shù)無明顯的變化規(guī)律，且變化幅度很小。當(dāng)刺輥轉(zhuǎn)速增加到700～800 r/min之間 3檔時(shí)，整齊度指數(shù)在83.5%～85.47%之間，相較于刺輥轉(zhuǎn)速為500～650 r/min時(shí)，整齊度指數(shù)指標(biāo)有小幅提高，且在該3檔刺輥速度條件下，均以速比為2.0時(shí)，纖維整齊度指數(shù)最優(yōu)。刺輥轉(zhuǎn)速增加到850和900 r/min 2檔時(shí)，整齊度指數(shù)在80.93%～82.85%之間，相較于刺輥速度為500～800 r/min時(shí)，整齊度指數(shù)明顯降低；在該2檔刺輥轉(zhuǎn)速下，隨速比的增加，整齊度指數(shù)指標(biāo)明顯降低。從表中還可以看出，當(dāng)速比分別為1.5、2.0和2.5不同檔時(shí)，整齊度指數(shù)隨刺輥轉(zhuǎn)速增加(由500～900 r/min)的變化趨勢與短絨率指標(biāo)基本一致。

2.2.3 不同檔刺輥轉(zhuǎn)速下整齊度指標(biāo)差異性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證2.2.1和2.2.2節(jié)描述性分析所得的結(jié)論，通過SPSS軟件統(tǒng)計(jì)分析不同檔刺輥速度條件下，各整齊度指標(biāo)差異程度的大小。

以刺輥轉(zhuǎn)速高低作為分組依據(jù)，將表3中27個(gè)方案各指標(biāo)數(shù)據(jù)，分成3個(gè)組別，刺輥轉(zhuǎn)速為500～650 r/min之間12個(gè)方案為第1組(即第1組中各指標(biāo)有12個(gè)數(shù)據(jù))，700～800 r/min之間9個(gè)方案為第2組(即第2組中各指標(biāo)有9個(gè)數(shù)據(jù))，850～900 r/min之間6個(gè)方案為第3組(即第3組中各指標(biāo)有6個(gè)數(shù)據(jù))。對(duì)3個(gè)組別中短絨率和整齊度指數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，所得顯著性檢驗(yàn)結(jié)果P值均小于0.05水平，不呈正態(tài)分布，且因每組的樣本數(shù)量很少，故對(duì)上述3個(gè)組別中，短絨率和整齊度指數(shù)各指標(biāo)的差異程度大小進(jìn)行非參數(shù)的k個(gè)獨(dú)立樣本檢驗(yàn)(也稱kruskal-wallis檢驗(yàn))[12]。

短絨率和整齊度指數(shù)各指標(biāo)不同組別間顯著性差異檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，漸近顯著性P值均為0.000，小于0.05，說明短絨率和整齊度指數(shù)各指標(biāo)在不同組別間存在差異，但并不能說明3個(gè)組別中具體是哪兩個(gè)組別之間差異顯著，因而在上述分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行非參數(shù)的k個(gè)獨(dú)立樣本兩兩比較檢驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 不同組別整齊度各指標(biāo)差異兩兩比較檢驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Comparison and test results of difference of each index in different groups %

從表4可以看出，第2組與第1組2個(gè)組別間短絨率和整齊度指數(shù)各指標(biāo)調(diào)整后顯著性P值均大于0.05，說明第1組與第2組2個(gè)組別間的差異性不明顯；第2組與第3組2個(gè)組別間短絨率和整齊度指數(shù)各指標(biāo)調(diào)整后顯著性P值均為0.000，說明第2組與第3組2個(gè)組別間有顯著差異；第1組與第3組2個(gè)組別間短絨率和整齊度指數(shù)各指標(biāo)調(diào)整后顯著性P值均在0～0.05之間，說明第1組與第3組2個(gè)組別間的差異程度小于第2組與第3組2個(gè)組別間的差異，驗(yàn)證了2.2.1和2.2.2節(jié)所分析的正確性。

2.2.4 速比對(duì)整齊度影響因素分析

由2.2.1和2.2.2節(jié)的分析可以看出，刺輥轉(zhuǎn)速為500～650 r/min間不同檔時(shí)，短絨率和整齊度指數(shù)的變化幅度很小，且同一檔刺輥轉(zhuǎn)速下速比的增加對(duì)短絨率各指標(biāo)影響幅度也很小，且無明顯規(guī)律性。說明刺輥轉(zhuǎn)速在該區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)，刺輥轉(zhuǎn)速和速比的增加對(duì)于改善生條中纖維長度整齊度分布所起的作用不大。刺輥轉(zhuǎn)速增加達(dá)到700～800 r/min間不同檔時(shí)，相較于500～650 r/min，短絨率和整齊度指數(shù)基本上有所改善，且同一檔刺輥轉(zhuǎn)速下基本上以速比為2.0時(shí)最優(yōu)，也再次驗(yàn)證了速比過大和過小均不利于改善生條質(zhì)量[13]。說明刺輥轉(zhuǎn)速只有達(dá)到一定值時(shí)，對(duì)刺輥上纖維才能形成足夠大的離心力，保證纖維的正常梳理和轉(zhuǎn)移，使生條中纖維長度整齊度得以改善。這是因?yàn)闆Q定纖維轉(zhuǎn)移的主要因素是離心力，并不是速比。刺輥轉(zhuǎn)速在500～650 r/min時(shí)，棉束分梳不充分，刺輥上纖維不能全部轉(zhuǎn)移到錫林上，且轉(zhuǎn)移到錫林上的纖維易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，影響錫林與蓋板的梳理，造成刺輥返花，生條中短絨率增加，整齊度指數(shù)降低。刺輥轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，達(dá)到850～900 r/min之間2檔時(shí)，相較于500～800 r/min，短絨率和整齊度指數(shù)明顯惡化，且同一檔刺輥轉(zhuǎn)速下，短絨率隨著刺輥速比的增加而增加，整齊度指數(shù)UI隨著刺輥速比的增加而減低。這是因?yàn)檫^快的速度不一定能顯著提高分梳度[6]，反而易損傷纖維使生條中短絨率增加，纖維長度整齊度惡化。

上述分析說明錫林刺輥速比變化對(duì)生條中纖維長度整齊度的影響與刺輥轉(zhuǎn)速是緊密相連的，且在確定刺輥轉(zhuǎn)速時(shí)，要首先考慮刺輥轉(zhuǎn)速對(duì)纖維分梳、除雜和轉(zhuǎn)移的影響。再考慮速比對(duì)纖維轉(zhuǎn)移的影響。這是因?yàn)樵谡５纳a(chǎn)條件下，纖維的轉(zhuǎn)移主要是靠離心力和氣流來完成，速比、錫林刺輥隔距等因素并不是主要影響因素[13]。

3 結(jié) 論

本文在不同檔位刺輥轉(zhuǎn)速下調(diào)整錫林轉(zhuǎn)速使其速比分別為1.5、2.0和2.5，對(duì)不同試驗(yàn)方案所加工的生條中纖維長度分布進(jìn)行了測試，并根據(jù)USTER AFIS PRO測試報(bào)告質(zhì)量與長度分布圖中相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算出用來描述生條中纖維長度分布狀態(tài)的短絨率和整齊度指數(shù)UI指標(biāo)，主要得出以下結(jié)論：

①當(dāng)刺輥轉(zhuǎn)速在500～650 r/min之間不同檔變化時(shí)，速比變化對(duì)纖維長度整齊度指標(biāo)的影響較小，且無明顯的變化規(guī)律；當(dāng)刺輥轉(zhuǎn)速為700～800 r/min之間不同檔時(shí)，基本上以速比為2.0時(shí)生條中纖維短絨率和整齊度指數(shù)最優(yōu)；絕大多數(shù)方案中生條短絨率均比刺輥轉(zhuǎn)速為500～650 r/min時(shí)有所降低，整齊度指數(shù)有所提高，但并不明顯；刺輥轉(zhuǎn)速為850～900 r/min之間2檔時(shí)，纖維損傷加劇，隨著速比的增加，纖維長度整齊度呈惡化趨勢，速比為1.5時(shí)，纖維短絨率最低，整齊度指數(shù)最優(yōu)。

②速比變化對(duì)生條中纖維長度整齊度影響與刺輥速度緊密相關(guān)，且確定刺輥轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)把刺輥轉(zhuǎn)速對(duì)纖維分梳、除雜和轉(zhuǎn)移的影響作為第一要素，其次再考慮速比對(duì)纖維轉(zhuǎn)移的影響。