提高噴氣織機緯紗準備質量的探討

徐浩貽(浙江理工大學 科技與藝術學院，杭州 310018)

提高噴氣織機緯紗準備質量的探討

徐浩貽
(浙江理工大學 科技與藝術學院，杭州 310018)

噴氣織機的引緯質量直接影響著織造效率。分析了緯紗在氣流場中的受力狀態，以及緯紗存在的退捻、毛羽、強力三大問題，指出制動張力峰值是造成緯方向斷頭的重要原因，提出了應像重視經紗準備質量一樣重視緯紗準備質量的新觀念，通過全面優化緯紗準備工藝以改善緯紗品質提高織造效率。

噴氣織機；緯紗準備；織造效率；緯向停臺；捻度；毛羽；強力

“零停臺”正成為當下噴氣織機運轉的目標，旨在實現高效率的運轉從而達到高效益。過去為提高織機織造效率往往在提高經紗質量、減少經向斷頭方面作較多的努力，但噴氣織機的緯向織疵和緯向停臺是影響織造效率的主要原因，因緯紗原因造成停臺的比例達75 %之高。因此，應以新的觀念提高織造效率，要像對待經紗準備質量一樣重視緯紗準備的質量。本研究擬在分析緯紗在氣流場中的受力及其狀態的基礎上，探討提高噴氣織機緯紗品質的途徑，以期提高織造效率。

圖1 緯紗張力示波圖Fig.1 Weft Tension Oscillogram

1 多噴嘴三維氣流場中緯紗的受力及其狀態

1.1 緯紗受力

噴氣織機的引緯系統由主噴嘴與多個中繼噴嘴組成，測試表明，射流的雷諾數Re＞＞2 300，緯紗完全處在紊流之中。同時，由于緯紗又是柔性的彈性體，這種消極自由端引緯的受力是極其復雜的。需通過流體力學、機械力學，采用實驗測試等方法綜合分析，方能掌握其位移、速度、加速度等運動規律。在整個引緯的全過程里，需克服的阻力有：緯紗在儲緯器上退繞下來時，從速度為零提升到正常飛行速度所需的加速力及緯紗與儲緯鼓的摩擦力，波動飛行的緯紗與異形筘槽之間的摩擦力。噴氣引緯是一種間歇式引緯，在引緯的全過程里其動態張力經歷了啟動加速和制動減速二個瞬間，產生了二次降值，即所謂的始噴峰值和制動峰值，如圖1所示[1]。

圖中1處為始噴時張力峰值；2處為引緯結束時動態張力出現的最高值，這是因為制動時，緯紗不能從儲緯鼓上順利退繞，緯紗速度驟然降低為零。由機械力學和實驗測試可推導出這個制動引緯張力峰值：

式中：V為緯紗最大速度；E為緯紗彈性摸量。

該式說明，制動引緯張力峰值正比于緯紗最大速度及緯紗彈性模量的平方根的乘積[2]。

通常該值是正常飛行張力的3倍以上。顯然這便是緯紗斷頭的主要原因，出現張力峰值的緯紗部位也就是斷頭幾率最大的部位。若緯紗單強CV %較高，紗線的最小強力點多即“弱環”多，斷頭的幾率就非常大。制動時，動態張力峰值作用于緯紗的全部長度上，當然遇到最小強力點的幾率必定大于始噴時緯紗長度內最小強力點的幾率。因此，制動引緯張力峰值是造成緯紗斷頭的根本原因，必須對緯紗的平均單強及單強CV %值提出更高的要求。通常緯紗飛行速度越高，織機轉速越高，緯紗的強力CV %值要求越小。

1.2 緯紗飛行狀態

異形筘槽中的氣流是極其復雜的三維流場，緯紗置于其中，其受力亦很復雜，直接影響著緯紗的飛行狀態。根據氣流引緯原理，在緯紗的頭端，氣流對緯紗的牽引摩擦力極小，而緯紗又有一定的重量，則有下垂的趨勢，于是緯紗頭端就向下垂落，如圖2所示。

圖2 重力對緯紗飄動的影響Fig.2 The Effects of Gravity on the Weft Flout

為了便于研究，將復雜的三維流看作是平行于筘槽的單向流，當緯紗頭端一定長度的緯紗是直線且平行于筘槽時，氣流對緯紗就只有摩擦力[3]。當緯紗頭端向下垂落后，除摩擦力外，氣流對垂落的緯紗圓柱面前后會形成一個瞬時壓力差(P-P′)，這個差值ΔP將推動著緯紗頭端以比緯紗正常飛行速度更快的速度飛行，并會使緯紗頭端產生向上擺動的力矩，這時，氣流對緯紗的ΔP又產生了，且方向相反，又促使緯紗頭端向下飛行。這樣緯紗頭端就像揮繩一般飛舞飄動向前運動。

由于噴氣引緯屬消極式自由端引緯，載緯體為非夾持的柔性載體，引緯氣流與緯紗之間又存在著相對運動。由于緯紗在加捻后存在潛在的回轉扭力，在松弛狀態下會產生回捻現象，在退捻力矩作用下，飛行中的緯紗自由端不可避免地產生退捻。前蘇聯有關研究機構實驗資料顯示，在用馬赫沃織機引緯時，緯紗捻度下降約5 %，緯紗退捻范圍為95 cm左右處到緯紗頭端，且越靠近頭端退捻量越大。通常短纖維織物出口側的緯紗捻度要比入口側小6 %～11 %，緯紗頭端的退捻往往大于后部緯紗的退捻量。且引緯速度高，紗端退捻小，引緯速度低，紗端退捻大，當入緯率達到2 500 m/min時緯紗幾乎沒有退捻。退捻會影響織物上染率形成色差。由前面分析可知，緯紗一方面飛舞飄動飛行，另一方面在退捻力矩的作用下作旋轉運動，所以緯紗在三維氣流場的飛行狀態呈波動式螺旋式向前運動。

2 改善緯紗品質的途徑

噴氣織機的高速度，勢必應對經、緯紗質量提出更高的要求，在某種意義上講對緯紗更苛刻一些。因每一次緯向停臺，就相當于十多臺整經機或上萬個絡紗筒子的停臺那樣嚴重[4]。因此，重視緯紗織前準備是提高噴氣織機織造效率的新的工藝觀念，主要途徑包括：控制緯紗退捻、減少緯紗毛羽、減少弱環及提高緯紗抱合力上改善緯紗品質。

2.1 穩定和控制緯紗捻度

2.1.1 加大捻度

某廠生產防羽布的規格為幅寬160 cm，經緯紗線密度14.6 tex(純棉精梳紗)，經紗密度563根/10 cm，緯紗密度441根/10 cm。表1為捻度增加后的織造率比較。

表1 不同捻度緯紗織造效率Tab.1 Comparison of Different Twist Weft Weaving Effi ciency

從表1可知[5]，盡管紗線強力與紗線捻度不完全成正比關系，但可以看出捻度大的斷緯明顯減少。所以，適當增加捻度，對提高織造效率是有利的。

通常紡紗工藝設計時，紗線的捻度設置為小于臨界捻系數的捻度。在此范圍內，紗線的強力隨捻度的增大而提高，紗線的斷裂伸長也將增大，毛羽降低，同時由于噴氣織機均采用精確控制的中繼多噴嘴和拉伸噴嘴，在引緯過程中不會因捻度大而產生緯紗扭結。故適度增加緯紗捻度有利于減少緯向停臺和提高織造效率，緯紗的捻系數可控制在相同線密度經紗捻系數的水平上[6]。

2.1.2 采用渦流加捻器

由于噴氣引緯是消極自由端柔性引緯，緯紗頭端的退捻在所難免，在原上海織布研究所實驗中，采用渦流加捻器可使緯紗所損失的捻度得到補償。對解決退捻問題非常有效，所增加的捻度從出口布邊傳遞到75 cm左右處，加捻率可達5.69 %[7]。

其原理是高速氣流沿切向噴入圓形管道，氣流繞圓柱體的軸心作圓周旋轉運動并向前推進，形成旋轉氣流(即渦流)，對緯紗可起加捻作用，如圖3所示。

圖3 旋轉氣流Fig.3 Rotating Flow

2.1.3 熱濕定捻

通過對緯紗進行蒸紗或給濕處理以達到消除內應力，穩定捻度，或在常溫高濕環境下緯紗吸濕后體積產生膨脹，纖維間摩擦力增大，從而達到穩定緯紗結構即定捻的效果。

某廠曾采用常溫、中溫(50 ℃～60 ℃)、高溫(90℃)進行定捻實驗，實驗材料為T/CJ(65/35) 23.5 tex緯紗，其效果對比見表2。

表2 3種定捻方法效果Tab.2 Comparative Effects of Three Kinds of Fixed-twist Method

從表2中可知[8]，中溫和高溫定捻效果都不錯，但經綜合比較，中溫更優一些。

中溫定捻是在每次高溫蒸紗結束后，當蒸紗室的溫度降至50～60 ℃，將待定捻的緯紗放入蒸紗室，關閉蒸紗室門，先補濕半小時(但不需加溫)，蒸紗室內相對濕度達到100 %時，關閉給濕閥，在全封閉狀態下囤紗4 h。中溫定捻法有許多優點：1)提高了蒸紗室的利用率；2)主要是利用上一次高溫蒸紗的余溫余濕，減少了能耗；3)減少了定捻時間，只需4 h左右，完全可以在兩次蒸紗之間穿插進行；4)簡化了操作程序；5)中溫補濕工藝解決了產生黃色緯紗的問題。值得注意的是，定捻率存在臨界點，并不是越高越好，據測試，當定捻率達到35 %～40 %，防治扭結緯縮效果顯著。

2.2 減少緯紗毛羽

一般來說，紗線存在毛羽是不可避免的，有一定的毛羽也并非壞事，可以改善織物的手感和外觀效果。但毛羽的長度大于3 mm時，則會帶來一系列的問題，如緯紗的有效直徑加大，易引起引緯失敗。如緯紗線密度為19.43 tex，毛羽長度為3 mm，則緯紗直徑將增加18倍之多，而噴氣織機的初始梭口高度僅為3.5 mm，顯然要順利引緯是不可能的。毛羽還會增加引緯時的緯紗張力，與此同時，氣流的切向分力對緯紗的纖維抱合力也會產生影響。因此，減少緯紗毛羽是減少緯向停臺的一個關鍵問題。

2.2.1 絡筒上蠟

要從根本上解決緯紗毛羽問題，必須從紡部入手，本文僅從提高緯紗準備質量的角度來探討。絡筒上蠟不失為一種減少緯紗毛羽的行之有效的方法。緯紗經上蠟后，覆蓋在緯紗表面的蠟劑可使毛羽伏貼，降低了摩擦系數，提高了緯紗抵抗反復拉伸的能力。又由于蠟劑本身有吸濕作用，可增加緯紗的回潮率，從而提高了緯紗強力和穩定緯紗的捻度。并且上蠟可增大緯紗筒子上各紗層間的附著力，有利于順利退繞，減少了脫緯疵點，提高了引緯的可靠性。

為了使坯布在退漿過程中容易退干凈，以防止染疵產生，則要求蠟劑要有好的水溶性、乳化性及抗靜電性。一般所用蠟由聚醚型和聚酯型非離子表面活性劑組成。上蠟的量也有嚴格要求，除考慮緯紗本身性質外，還要根據車間溫濕度，蠟塊的硬度來確定。車間溫濕度過高，對上蠟不利，蠟塊過硬，上蠟量偏少起不到應有的作用，蠟塊過軟，易造成上蠟過量，影響緯紗的平滑性，反而會增加緯紗斷頭停臺，一般上蠟量控制在緯紗重量的0.05 %～0.15 %為宜。

經上蠟后的毛羽情況有較大的改善，見表3[9]。

表3 上蠟對毛羽的改善Tab.3 Wax on the Inprovement of Hairiness

2.2.2 合理選擇絡筒速度

測試表明，絡筒速度與紗線的毛羽成正比，速度越高，毛羽越多。由于速度過高，紗線卷繞的張力較大，紗線易斷頭，且斷頭后緊緊貼附在紗層表面上，上吸嘴不能吸抓線頭，導致接頭失敗。多次重復后，筒子的表面紗層在槽筒上反復多次滾動，造成紗層松脫，產生亂紗，同時增加了毛羽。通過對村田No7-V型自動絡筒機進行實驗，設置速度為1 000，1 100，1 300，1 400，1 450 m/min等進行對比。結果表明，絡筒速度不超過1 300 m/min為佳，1 250 m/min為最優。此外，還將同一根紗線的接頭次數設定為3次，若接頭失敗則由人工操作，以避免因多次接頭失敗而增加毛羽。

2.2.3 合理選擇絡筒張力

絡筒張力對毛羽的影響也很大，成正相關，即張力越大，毛羽越多[10]。絡筒張力增大，紗線與所經歷的紗路上各部件的摩擦和碰撞增多，摩擦力也會提高，導致紗線磨損加劇，從而使得紗線毛羽增多。因此，在筒子成形良好的前提下，應采用較小的絡筒張力，通常控制在紗線斷裂強度的25 %左右為宜，以減少毛羽的增加。同時氣圈破裂器的安裝高度，粗號紗應偏高，細號紗應偏低，亦有利于控制毛羽的增加。

2.3 提高緯紗強力

從前面噴氣織機引緯受力分析可知，制動引緯張力峰值是造成緯紗斷頭的重要因素，因此，應選擇成紗質量好，甚至優于經紗的原料作為緯紗，國外在這一方面早有結論，要求噴氣織機的緯紗強力水平為：單紗平均強力12 cN/tex及以上，單強CV %值控制在9%以下，高特紗控制在9.5 %以下，伸長率不低于2 %，最低強力是一個很重要的內在質量指標，一般不低于7 cN/tex，即單紗最低斷裂強力應不低于斷裂強力的85 %，因此，應配強力高的優質紗作為緯紗原料。

通常電子清紗器的功能有清除粗節、細節、棉結疪點，清除弱環等疪點，經絡筒后紗線的最低強力和平均強力得到提高。但空氣捻接器接頭時，由于絡筒的捻接是纖維對并捻合，與纖維梯式交錯捻合的正常紗不同，因此，在捻接處，紗的直徑是原紗的1.2倍，而強力卻只有原紗的85 %左右，且捻接頭處的纖維抱合力也將下降，所以捻接頭數越多，引緯斷頭的幾率就越大。因此對用于噴氣引緯的緯紗應在不影響布面外觀的前提下，適當控制清紗范圍，盡可能減少捻結，從而降低噴氣織機的緯向停臺，提高織造效率。此外，還應合理選擇加捻氣壓、加捻時間和加捻長度。加捻氣壓和加捻時間要根據不同的品種進行反復調試。加捻時間太短，纖維抱合差，外觀粗而強力低。纖維的整齊度是決定接頭長度的主要因素，在實際生產中要根據紗線的原料性能進行調整。纖維較為整齊的紗線，捻接長度為2.0 cm，而高支紗可調整為2.5 cm左右。

3 結 語

目前大多數生產企業噴氣織機織造用緯紗是沒有進行織前準備處理的，這是一個誤區。緯向停臺是影響噴氣織機織造效率的一個重要原因，不可忽視。緯紗品質不夠理想是造成緯向停臺的直接原因之一。緯紗的準備中應重點解決退捻、毛羽、強力三大問題。應樹立噴氣織機緯紗質量、緯紗筒子質量等于甚至略高于經紗質量、經紗筒子卷繞質量的新觀念，切實提高緯紗準備質量是進一步提高噴氣織機織造效率的重要途徑。

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Discussion on Improvement of Weft-preparation Quality of Air-jet Loom

XU Hao-yi
(Technology and the Arts Institute, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

The weft-insertion quality of air-jet Loom affects the weaving efficiency directly. This paper analyzes the stress state of weft in airflow field as well as the three problems of back-twist, hairiness and tension, and points out it's the peak tension caused by well stopping that results in weft direction of breakage. It puts forward a new concept that preparation-quality of weft should be attached importance to the same as preparation-quality of warp. Both the weft quality and weaving efficiency can be improved and enhanced only by optimizing the technique of weft-preparation entirely.

Air-jet loom; Weft-preparation; Weaving efficiency; Weft stop; Twist; Hairiness; Strong

TS105.22

A

1001-7003(2010)08-0029-04

2010-03-10；

2010-05-04

徐浩貽(1956－ )，男，教授，主要從事現代織造理論及工藝的研究。