復(fù)合紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)單紗強(qiáng)力利用率的影響與分析

黃 偉， 汪 軍,2

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620)

復(fù)合紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)單紗強(qiáng)力利用率的影響與分析

黃 偉1， 汪 軍1,2

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620)

紗線(xiàn)的強(qiáng)力利用率是關(guān)乎原材料性能是否得到充分利用的指標(biāo)之一，為提高紗線(xiàn)強(qiáng)力在不改變?cè)系那疤嵯拢ㄟ^(guò)紡紗方式調(diào)整成紗的結(jié)構(gòu)來(lái)提高其強(qiáng)力。為此，從理論公式預(yù)測(cè)角度和實(shí)驗(yàn)論證角度分別對(duì)單紗結(jié)構(gòu)、股紗結(jié)構(gòu)和包纏結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的強(qiáng)力利用率進(jìn)行了研究，用理論模型描繪出3種結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)在不同捻系數(shù)下的單紗強(qiáng)力利用系數(shù)，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上加捻長(zhǎng)絲單紗和并捻長(zhǎng)絲股紗，在花式捻線(xiàn)機(jī)上紡制包纏結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)，考慮了因加捻引起的紗線(xiàn)線(xiàn)密度和捻系數(shù)的增長(zhǎng)因素，分析對(duì)比了3種結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的單紗強(qiáng)度利用系數(shù)，結(jié)果與理論預(yù)測(cè)大致相似，因此，所推導(dǎo)的力學(xué)模型可以用來(lái)定量確定強(qiáng)度利用系數(shù)變化趨勢(shì)，在紡紗之前可用來(lái)尋找較優(yōu)的加捻工藝參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐起到一定的指導(dǎo)作用。

強(qiáng)力利用率； 強(qiáng)度利用系數(shù)； 模型； 紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)； 單紗； 股紗； 包纏紗

紗線(xiàn)的強(qiáng)力性能主要由其組成的纖維(單紗)性能和紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)決定。在紡制紗線(xiàn)時(shí)，纖維(單紗)性能已經(jīng)確定，為了在不改變?cè)系那疤嵯陆鉀Q最終強(qiáng)力利用率的問(wèn)題，可通過(guò)改變紡紗方式改善紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)，有文獻(xiàn)報(bào)道集聚紡一般能使低支紗強(qiáng)力提高約10%，高支紗提高約18%[1-2]。強(qiáng)力利用率提高的原因是改善或改變了成紗結(jié)構(gòu)，使其條干更好，毛羽更少，受力更均勻。目前的文獻(xiàn)報(bào)道大多處于定性描述這類(lèi)問(wèn)題，只能依靠實(shí)驗(yàn)來(lái)探尋生產(chǎn)工藝參數(shù)的變化對(duì)最終強(qiáng)力利用率的影響。本文為了確定不同結(jié)構(gòu)的紗線(xiàn)對(duì)單紗強(qiáng)力利用率的影響，首先推導(dǎo)了單紗結(jié)構(gòu)、股紗結(jié)構(gòu)和包纏結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的力學(xué)模型，并進(jìn)行了驗(yàn)證，然后根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)所得的強(qiáng)力利用值，定量確定了加捻捻系數(shù)與單紗強(qiáng)力利用率的關(guān)系，以此來(lái)解釋不同結(jié)構(gòu)的紗線(xiàn)中強(qiáng)力利用率的變化情況，而相關(guān)研究國(guó)內(nèi)外未見(jiàn)報(bào)道。

1 強(qiáng)力利用率

1.1 強(qiáng)力利用率的介紹

強(qiáng)力利用率，也可稱(chēng)為強(qiáng)力利用系數(shù)，在單紗中表示為紗線(xiàn)強(qiáng)度與纖維強(qiáng)度的比值(一般為0.7～0.9)，在復(fù)合紗中表示為紗線(xiàn)強(qiáng)度與單紗強(qiáng)度的比值(適當(dāng)工藝范圍內(nèi)通常大于1)，在織物中表示為條樣強(qiáng)力折算成的單紗強(qiáng)力對(duì)實(shí)際單紗強(qiáng)力的比值(大于1.1～1.2)[3]，如表1所示。纖維強(qiáng)力利用系數(shù)小于1的主要原因?yàn)椤⒗鞎r(shí)纖維之間存在滑移，導(dǎo)致纖維未完全受力而斷裂[4]；復(fù)合紗中強(qiáng)力利用率通常高于1的主要原因?yàn)椤⒓喼袃晒苫蚨喙蓡渭喼g由于互相緊密交纏，足夠的抱合力大大減少了滑移現(xiàn)象，綜合因加捻引起的紗軸傾斜使軸向分力減小的效應(yīng)，總體上強(qiáng)力利用率在臨界捻系數(shù)前呈增長(zhǎng)趨勢(shì)[5]；織物中受紗線(xiàn)線(xiàn)密度、強(qiáng)度、織物經(jīng)緯密度、織物組織結(jié)構(gòu)的綜合影響，大多數(shù)情況下大于1。

表1 單紗、復(fù)合紗、織物中的強(qiáng)力利用率Tab.1 Material Properties

1.2 影響強(qiáng)力利用率的因素

當(dāng)原料的性能、紡紗工藝(混棉、清梳、精梳、并條、粗紗)、紡紗溫濕度控制一致時(shí)，影響強(qiáng)力利用率的主要因素還有紡紗方式、捻線(xiàn)工藝、捻度。1.2.1 紡紗方式

同樣的原料，使用不同的紡紗方式紡制而成的紗線(xiàn)，因其不同的紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)而使其最終的物理指標(biāo)不同，本文特指強(qiáng)力利用率存在的差別。一般來(lái)說(shuō)，紗線(xiàn)中單纖(單紗)的取向度越好，結(jié)構(gòu)越緊密，強(qiáng)力利用率就越高，紗線(xiàn)的強(qiáng)力也就更高。

普通環(huán)錠紡是應(yīng)用最為廣泛紡紗方式，纖維大多呈現(xiàn)理想的螺旋軌跡，紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)緊密；集聚紡是對(duì)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)改造后的新型紡紗技術(shù)，增加了纖維的凝聚作用，使成紗更加緊密，毛羽更少，強(qiáng)力更高；轉(zhuǎn)杯紡，噴氣紡和渦流紡屬新型紡紗范疇，雖然紡紗效率高，但纖維未充分伸直，取向度低，且結(jié)構(gòu)較紊亂，故強(qiáng)力利用率較環(huán)錠紡低[6]。

1.2.2 捻線(xiàn)工藝

當(dāng)單紗用途不能滿(mǎn)足產(chǎn)品或織物要求時(shí)，可以使用捻線(xiàn)工藝對(duì)單紗的內(nèi)外層應(yīng)力進(jìn)行平衡。單紗并捻后的復(fù)合紗線(xiàn)，性能變化較大，提高了紗線(xiàn)的品質(zhì)，主要表現(xiàn)為：條干均勻度得到改善，強(qiáng)力提高，伸長(zhǎng)率增大，耐磨性增加和手感得到改善[7]。

1.2.3 捻度(捻系數(shù))

加捻使纖維須條的不同截面發(fā)生相對(duì)回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生捻回，捻度即為單位長(zhǎng)度內(nèi)2個(gè)截面的相對(duì)回轉(zhuǎn)數(shù)。在紡織領(lǐng)域，使用捻系數(shù)可以用來(lái)比較不同線(xiàn)密度紗線(xiàn)的加捻程度。紡紗捻度的不同，使最終的紗線(xiàn)強(qiáng)度各異。一般情況下，紗線(xiàn)捻度從零捻開(kāi)始，強(qiáng)力呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后減小的趨勢(shì)，強(qiáng)力利用率也隨之變化。

2 力學(xué)模型

在遵循經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)上，根據(jù)單紗、股紗和包纏紗的軸向和徑向不同的幾何形態(tài)，分別建立了成紗強(qiáng)力與捻回角(捻系數(shù))的理論公式。假設(shè)條件為：?jiǎn)卫w和紗線(xiàn)為圓形截面，加捻前后外形保持不變；沿其長(zhǎng)度方向具有相同的性能和尺寸；單纖、股紗中的單紗和包纏紗的包紗以螺旋結(jié)構(gòu)分布在紗體中；單纖和單紗的拉伸行為假定為完全彈性；加捻產(chǎn)生的纖維轉(zhuǎn)移現(xiàn)象不考慮；拉伸過(guò)程中斷裂不同時(shí)性不考慮。本文對(duì)單紗結(jié)構(gòu)、股紗結(jié)構(gòu)和包纏結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的強(qiáng)力利用率進(jìn)行了研究，3種結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的理論簡(jiǎn)化模型如圖1所示。

圖1 單紗、股紗、包纏紗的簡(jiǎn)化幾何模型Fig.1 Simplified geometric models. (a) Single yarn; (b) Plied yarn; (c) Wrapped yarn

2.1 單紗的加捻模型

給出單紗中單纖的分布配置，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化推出結(jié)構(gòu)參數(shù)在加載應(yīng)變前后的關(guān)系，根據(jù)單纖的位置、預(yù)應(yīng)變和伸長(zhǎng)推導(dǎo)得到每根單纖的張力，最后單纖張力的余弦和即為單紗張力。

2.1.1 單纖的分布配置

紗中單纖的分布遵循開(kāi)啟式的堆砌形式[8]，則可以確定每層的最大單纖根數(shù)nk和位置分布(k為單纖的纖維層數(shù))。在此無(wú)外應(yīng)力的加捻長(zhǎng)絲模型中，Zurek[9]認(rèn)為由于加捻作用使紗線(xiàn)內(nèi)部存在受壓區(qū)域、中間層和受拉區(qū)域，即在拉伸變形之前，單纖根據(jù)其所處的不同位置會(huì)具有初始的預(yù)應(yīng)變，受壓區(qū)域應(yīng)變?yōu)樨?fù)，中間層為零，受拉區(qū)域應(yīng)變?yōu)檎颐繉勇菪侵g的關(guān)系也可確定，見(jiàn)式(1)、(2)。

(1)

(2)

式中：α為中間層單纖的螺旋角；β為最外層的螺旋角；θk為某一層的螺旋角；εk表示該層的預(yù)應(yīng)變。

2.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系

模型紗體中單纖的路徑均為同軸螺旋線(xiàn)，根據(jù)其所處的位置和螺距h可以確定其螺旋角大小，如式(3)如示，rk為某一單纖距軸心的距離。

(3)

2.1.3 單紗張力的計(jì)算

模型根據(jù)單纖在紗體中所處的不同位置可以得到紗線(xiàn)應(yīng)變與纖維應(yīng)變?chǔ)舊的關(guān)系[10]，其中泊松比的關(guān)系式根據(jù)其定義及結(jié)合以上結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系所得，單紗張力計(jì)算如式(4)所示。

(4)

式中：E為單纖的拉伸彈性模量；r0為單纖半徑；k為單纖所處的層數(shù)；m為最大層數(shù)。

2.2 股紗的加捻模型

股紗的加捻模型考慮了雙股紗的強(qiáng)力組成主要為單紗性能和因加捻彎曲而產(chǎn)生的抱合力，根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論和以上的假設(shè)，確定其基本力學(xué)關(guān)系；對(duì)短片段上的力進(jìn)行分解，分析其對(duì)紗線(xiàn)伸長(zhǎng)的關(guān)系,推導(dǎo)股紗拉伸模量與單紗性質(zhì)和傾斜角的關(guān)系；由單紗對(duì)紗軸的徑向壓力計(jì)算兩股單紗之間摩擦阻力；最終模型的表達(dá)式如式(5)如示。

(5)

式中：rf為單紗半徑；φ為單紗對(duì)紗軸的傾斜角；Y為單紗拉伸模量；K為單紗剪切模量；λ為抱合系數(shù)[11]。

2.3 包纏紗的加捻模型

包纏紗的加捻模型類(lèi)似于上一節(jié)的股紗模型，不同的是由于包纏紗的紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)與雙股紗存在顯著的差異，外包紗與芯紗在外力作用下承受的應(yīng)力是不同的，但在復(fù)合紗軸向產(chǎn)生的應(yīng)變是相同的，可以根據(jù)這一聯(lián)系用類(lèi)似的方法推導(dǎo)出拉伸模量與單紗性質(zhì)和傾斜角的關(guān)系，并最終得出包纏結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的理論強(qiáng)力計(jì)算模型。

2.3.1 包纏結(jié)構(gòu)應(yīng)變關(guān)系

在外力Ty作用下，芯紗承受的軸向載荷為T(mén)1，外包紗承受的軸向載荷為T(mén)2。載荷T1直接垂直作用于紗線(xiàn)截面，產(chǎn)生的應(yīng)變?chǔ)舮1即為紗線(xiàn)應(yīng)變；載荷T2沿單紗的軸向分力和徑向分力共同作用產(chǎn)生紗線(xiàn)應(yīng)變?chǔ)舮2，則關(guān)系見(jiàn)式(6)、(7)。其中，φ為包紗對(duì)復(fù)合紗紗軸的傾斜角。

(6)

(7)

因?yàn)檫@2個(gè)應(yīng)變對(duì)紗線(xiàn)應(yīng)變的貢獻(xiàn)是相等的，則可得兩載荷之間的關(guān)系，見(jiàn)式(8)。根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，外力等于截面積、拉伸模量和拉伸應(yīng)變的乘積，關(guān)系見(jiàn)式(9)。

(8)

(9)

聯(lián)立公式(8)、(9)，可得包纏紗拉伸模量Ey與單紗性質(zhì)和傾斜角的關(guān)系式，如式(10)。

(10)

2.3.2 包纏紗張力的計(jì)算

根據(jù)因加捻包紗產(chǎn)生的向心壓力計(jì)算包紗與芯紗之間的摩擦阻力f，方法如股紗的計(jì)算方式，最終包纏紗的張力計(jì)算為T(mén)1、T2和f的合力F3，如式(11)、(12)

(11)

(12)

2.4 強(qiáng)力利用率的理論曲線(xiàn)與分析

將已知的參數(shù)代入式(4)、(5)和(12)中，可求得在某一拉伸應(yīng)變下不同加捻程度紗線(xiàn)的張力值Fi(i=1,2,3)，則3種結(jié)構(gòu)的加捻紗線(xiàn)的強(qiáng)力利用率理論值ηi(i=1,2,3)可由下式計(jì)算所得：

(13)

式中F0為成紗在零捻水平下的強(qiáng)力值(已知)。計(jì)算過(guò)程與作圖均在MatLab軟件下進(jìn)行(捻系數(shù)范圍為0～805，紗線(xiàn)應(yīng)變?chǔ)舮均為0.5，抱合系數(shù)λ取0.5，股紗和包纏紗情況下，單紗拉伸剪切模量存在Y=3K的關(guān)系，其中Y=1 506.8 MPa)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 單紗、雙股紗、包纏紗的強(qiáng)力利用率與捻系數(shù)的關(guān)系Fig.2 Relationship between yarn strength efficiency and twist factor

理論預(yù)測(cè)曲線(xiàn)顯示，在拉伸應(yīng)變?yōu)?.5紗線(xiàn)無(wú)提前斷裂的狀態(tài)下，單紗強(qiáng)力利用率(非纖維強(qiáng)力利用率)從零捻水平開(kāi)始就逐漸減小，在捻系數(shù)為805時(shí)，η1僅為0.7743；雙股紗在捻系數(shù)約273時(shí)，η2最高達(dá)到1.073 0；包纏紗在捻系數(shù)約247時(shí)，η3可達(dá)到1.139 0。可見(jiàn)，當(dāng)雙股紗在低、中捻系數(shù)范圍內(nèi)，包纏紗的強(qiáng)力利用率要高于同規(guī)格的雙股紗，在中、高捻系數(shù)下，則要低于雙股紗。可見(jiàn)，雙股紗、包纏紗對(duì)于能提升紗線(xiàn)品質(zhì)的實(shí)踐描述是具有理論依據(jù)的，且包纏紗達(dá)到最大強(qiáng)力利用率需要的捻系數(shù)水平要早于同規(guī)格下的雙股紗，因此，本節(jié)所建立的理論模型能夠定量描繪出3種結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)在不同捻系數(shù)下的單紗強(qiáng)力利用率。

3 實(shí)驗(yàn)部分

采用33.043 tex、576根的全拉伸滌綸長(zhǎng)絲(斷裂強(qiáng)力1129.2 cN，斷裂伸長(zhǎng)率31.299%)分別紡制3種具有不同紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)的加捻紗線(xiàn)，捻系數(shù)規(guī)格自小到大，總計(jì)42個(gè)樣本，規(guī)避了因原料不同對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生的影響。單紗在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上加捻和并捻成長(zhǎng)絲股紗，在花式捻線(xiàn)機(jī)上紡制包纏結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)，對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行強(qiáng)力拉伸測(cè)試，夾持長(zhǎng)度為250 mm，拉伸速度為250 mm/min，預(yù)加張力0.05 cN/tex，每個(gè)樣本測(cè)試20次，取其平均的最大強(qiáng)力值和伸長(zhǎng)率，其結(jié)果如圖3、4所示(變異系數(shù)均在5%以下)。

圖3 單紗、雙股紗和包纏紗實(shí)驗(yàn)所得斷裂強(qiáng)力Fig.3 Breaking strength tested in experiments

圖4 單紗、雙股紗和包纏紗實(shí)驗(yàn)所得斷裂伸長(zhǎng)率Fig.4 Breaking elongation tested in experiments

4 分析與討論

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析

圖3、4描述的是單紗、雙股紗和包纏紗在強(qiáng)力拉伸儀上測(cè)試后的平均結(jié)果，變異系數(shù)均小于5%。由于其斷裂伸長(zhǎng)率不一，故無(wú)法與理論預(yù)測(cè)曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比。從圖中數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)可看出，隨著捻系數(shù)的增加，單紗強(qiáng)力起初略有增大，到中捻水平后開(kāi)始逐漸減小，總體變化范圍不大，而斷裂伸長(zhǎng)率則緩慢增大；雙股紗強(qiáng)力隨著捻系數(shù)增加，強(qiáng)力則逐漸增大，到中高捻時(shí)變化基本保持不變，而斷裂伸長(zhǎng)率卻在一直增大中；包纏紗強(qiáng)力在低中捻水平下斷裂強(qiáng)力與伸長(zhǎng)率也處于不斷增大的趨勢(shì)中，到中高捻后強(qiáng)力與伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)較大的下滑趨勢(shì)。分析所得，單紗和中高捻的雙股紗斷裂強(qiáng)力變化不大均有賴(lài)于其斷裂伸長(zhǎng)率不斷增大的結(jié)果；包纏紗斷裂強(qiáng)力在中低捻水平下全面超過(guò)雙股紗也有賴(lài)于其斷裂伸長(zhǎng)率均高于雙股紗一定比例；包纏紗在中高捻后斷裂強(qiáng)力與伸長(zhǎng)率雙雙下滑，是由于包纏紗內(nèi)芯紗和包紗由于加捻程度引起的內(nèi)外受力不勻過(guò)大導(dǎo)致紗線(xiàn)提前斷裂解體，強(qiáng)力未得到充分利用。

4.2 加捻對(duì)紗線(xiàn)線(xiàn)密度的影響

紗線(xiàn)強(qiáng)度為強(qiáng)力與線(xiàn)密度的比值，相對(duì)于強(qiáng)力值，能體現(xiàn)不同支數(shù)成紗之間抵抗拉伸力的能力。加捻之后的紗線(xiàn)均存在不同程度的捻縮現(xiàn)象，直接反映在成紗的線(xiàn)密度上，隨著加捻程度的增加，線(xiàn)密度均有一定程度的增大。實(shí)驗(yàn)中紡制不同捻系數(shù)的成紗，其線(xiàn)密度均不相同，捻系數(shù)也會(huì)受其影響，所計(jì)算的強(qiáng)力利用效率也不能很好體現(xiàn)真實(shí)情況，故而先對(duì)42管成紗在縷紗測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)量稱(chēng)量，取其平均之后獲得3種結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的線(xiàn)密度Nt變化情況，如圖5所示。

圖5 單紗、雙股紗和包纏紗實(shí)驗(yàn)所得線(xiàn)密度Fig.5 Linear density tested in experiments

由圖5可知，3種結(jié)構(gòu)的紗線(xiàn)線(xiàn)密度隨著捻系數(shù)增大均有不同程度的增長(zhǎng)，且包纏紗線(xiàn)密度的增長(zhǎng)程度大于雙股紗和單紗，其對(duì)應(yīng)的捻系數(shù)水平也有不同程度的增大。較之零捻水平的線(xiàn)密度，單紗、雙股紗和包纏紗的線(xiàn)密度最大增加比例分別為30.1%、20.5%和32.3%，捻系數(shù)最大增加比例為14.1%、9.8%和15.0%，由于其增加程度較大，必須考慮其變化情況，故選擇強(qiáng)度利用進(jìn)行計(jì)算。

4.3 強(qiáng)度利用率

(14)

式中：Nt0在單紗情況下為33.043 tex；在股紗和包纏紗情況下為66.086 tex。分別計(jì)算3種結(jié)構(gòu)成紗在不同捻度水平下實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度利用率和50%拉伸伸長(zhǎng)率下理論的強(qiáng)度利用率，抱合系數(shù)和單紗的拉伸剪切模量與小節(jié)2.4中一致，各管成紗的捻系數(shù)由實(shí)測(cè)的線(xiàn)密度與捻度計(jì)算而得，結(jié)果如表2所示。

從表中可看出，各成紗的強(qiáng)度利用系數(shù)較理論強(qiáng)力利用系數(shù)在數(shù)值上有一定程度的削減，這是由于紗線(xiàn)隨著捻系數(shù)增加會(huì)使線(xiàn)密度值增大的緣故。單紗的強(qiáng)度利用系數(shù)遞減趨勢(shì)與理論估計(jì)一致，實(shí)驗(yàn)與理論之間除了在最低捻和最高捻下差距較大外，其他部分誤差不大；雙股紗和包纏紗最大強(qiáng)度利用系數(shù)(實(shí)驗(yàn))下的捻系數(shù)與理論強(qiáng)力利用系數(shù)(見(jiàn)圖2)下的捻系數(shù)也比較接近，雙股紗理論與實(shí)驗(yàn)最大利用系數(shù)下捻系數(shù)分別為273和292，包纏紗理論與實(shí)驗(yàn)最大利用系數(shù)下捻系數(shù)分別為247和294；實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算下的雙股紗和包纏紗強(qiáng)度利用系數(shù)誤差均不大，在高捻情況下誤差較大，雙股紗的理論強(qiáng)度利用系數(shù)偏高，包纏紗則偏低，這與股紗結(jié)構(gòu)有利于應(yīng)力均勻分配和包纏結(jié)構(gòu)內(nèi)外應(yīng)力失衡相關(guān)，本文模型目前還未將這種情況考慮進(jìn)來(lái)，故在高捻度下會(huì)存在較大的誤差，也需要進(jìn)一步地提高測(cè)試的準(zhǔn)確度和模型的精確性。因此，總體上理論模型能較好地反映3種不同結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)加捻情況下強(qiáng)度利用系數(shù)的變化，能用來(lái)預(yù)測(cè)紡紗中最大強(qiáng)度利用率可能發(fā)生的捻系數(shù)區(qū)間，為選擇較優(yōu)的加捻工藝參數(shù)提供指導(dǎo)。如果在模型中能將單紗模量、結(jié)構(gòu)參數(shù)與伸長(zhǎng)率的關(guān)系和高捻度下紗線(xiàn)內(nèi)外應(yīng)力失衡的情況考慮在內(nèi)，能使預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。

表2 單紗、雙股紗和包纏紗的強(qiáng)度利用率Tab.2 Tenacity efficiency among structural yarns

5 結(jié) 論

1)根據(jù)單紗、股紗和包纏紗的幾何形態(tài)，分別建立了關(guān)于成紗強(qiáng)力與捻回角(捻系數(shù))的理論公式，能用來(lái)計(jì)算成紗的強(qiáng)力利用系數(shù)。

2)考慮到因加捻引起的紗線(xiàn)線(xiàn)密度和捻系數(shù)的增長(zhǎng)情況，對(duì)比了3種結(jié)構(gòu)紗線(xiàn)的單紗強(qiáng)度利用系數(shù)，結(jié)果與理論預(yù)測(cè)大致相似，使用該模型能用來(lái)定量確定強(qiáng)度利用率的變化趨勢(shì)。

3)模型可應(yīng)用在紡紗之前，用來(lái)尋找較優(yōu)的加捻工藝參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐起到一定的指導(dǎo)作用。

FZXB

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Influence of composite yarn′s structures on yarn strength efficiency

HUANG Wei1， WANG Jun1,2

(1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China; 2.KeyLaboratoryofTextileScience&Technology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

Yarn strength efficiency is one of the indexes whether the performance of raw materials is fully utilized. On the premise of unchanging the material, adapting a new spinning means to adjust yarn structure is one of the ways to improve its strength efficiency. This paper studied the strength efficiencies of single yarn, plied yarn and wrapped yarn. The theoretical model can depict the single-yarn strength efficiency coefficients of the three yarns under different twist factors. The single yarn and plied yarn are spun on ring spinning frame, and the wrapped yarn is spun on fancy twisting frame. Considering the growth of yarn linear density and twist factor caused by twisting, the single-yarn strength coefficients are used for comparison. The results are similar to the theoretical prediction. Therefore, the model can be used to quantitatively determine the change trends of strength efficiency coefficients, which can be applied to find the optimum twisting parameter before spinning, and plays a guiding role in production practices.

strength efficiency; strength efficiency coefficient; model; yarn structure; single yarn; plied yarn; wrapped yarn

10.13475/j.fzxb.20161003607

2016-10-14

2016-11-03

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(113027A)

黃偉(1989—)，男，博士生。主要研究方向?yàn)槔w維與紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)的建模與應(yīng)用。汪軍，通信作者，junwang@dhu.edu.cn。

TS 101.2

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