棉紡純棉紗線強力的預測與實例解析

(黃河科技學院，鄭州 450006)

紗線的強力主要由其組成的纖維(單紗)性能和紗線結構決定[1]。紗線強力直接影響紡紗效率、紗線后整理、織造、織物后整理等工藝過程及織物的耐用性能。因此，在紡織生產中，紗線強力是短纖維紗線研究最廣泛的性能之一。紗線強力除了與纖維的強力有關之外，還與纖維的馬克隆值、平均長度、短纖維指數、成熟度及回潮率等綜合因素有關。在棉紡廠的生產實踐中，需要通過原棉性能參數預測成紗品質，特別是成紗強力，這涉及到能否使原棉物盡其用，有著重要的經濟意義[2]。

1 試驗儀器及數據來源

數據依據《天虹紡織公司HVI指標測試數據》和《天虹紡織公司紗線成品質量日報》，試驗儀器及儀器用途如表1所示。

表1 試驗儀器及儀器用途

2 影響純棉紗線強力的因素

2.1 棉花采摘方式對紗線強力的影響

通過對比分析不同采摘方式所采摘的棉花性能可知，機采棉與手采棉的性能具有一定差異，總體上手采方式還是優于機采方式[3]。在相同情況下,手采棉的成紗強力要好于機采棉，這也表明僅僅采用HVI測試數據不能完全判斷原棉的優劣，成紗強力與棉花采摘方式有密切關系。

2.2 工藝設備流程對紗線強力的影響

紡紗車間比較多，各車間紡紗設備都存在各種差異，工藝流程不一致，各工序工藝參數不一致，設備狀態不一致，即采用相同的棉花生產相同的紗線，采用不同的流程，成紗強力也有較大差異。

2.3 成紗指標差異對紗線強力的影響

成紗條干不勻，即粗細節多，造成紗中纖維排列不勻，紗的單位截面纖維根數不等，而細節部位，由于纖維根數減少致使強力下降。成紗毛羽過多，纖維散失多，纖維間的抱合力差，紗的單位截面纖維根數相對減少，而使強力下降。成紗強力CV%值高，就意味著單紗強力波動幅度大，即存在強力弱環。成紗條干不勻、毛羽和強力CV%等對成紗強力都有影響。

3 純棉紗線強力預測方程的建立

預測棉紗強力指導思路：根據配棉成分通知單中棉纖維的烏斯特HVI指標數據與成品質量日報中的實測紗線強力，建立純棉紗線強力預測模型。下面介紹烏斯特HVI數據中的主要指標及其與成紗質量和紡紗工藝的密切關系。

3.1 HVI主要指標及與成紗強力的關系

馬克隆值是通過測量氣流阻力和纖維表面特性的關系而得到的，是纖維細度和成熟度的綜合反映。馬克隆值高時，纖維較粗；馬克隆值低時，纖維較細，但并不是任何時候馬克隆值都等同于細度，所以不能用馬克隆值來判斷纖維細度。通常情況下，馬克隆值高的棉纖維耐機械打擊，易清除雜質，成紗條干均勻，成紗的強力高。但對同一原棉品種，馬克隆值過高，纖維過熟，天然卷曲少，紡同號數紗時，紗線截面內纖維根數少，纖維抱合力差，成紗強力低[4]。馬克隆值過低，成熟度差，易產生棉結、有害疵點，成紗強力低。只有馬克隆值適中的棉花，成紗強力最高。因此，馬克隆值與強力關系就是“拋物線”的關系。

棉纖維的成熟度，正常成熟棉纖維細胞壁較厚，中腔較小，轉曲數較多，橫截面呈腰圓形。成熟度低的棉纖維，縱向呈薄帶狀，轉曲很少，成紗強力低；成熟度高的棉纖維，轉曲多色澤好，強力高，纖維韌性好，不容易斷裂產生短絨和棉結，能夠充分發揮梳棉梳理效率[5]；過成熟的棉纖維外觀呈棒狀，中腔不明顯，無轉曲或轉曲很少，成紗截面內相對較少，同時纖維卷曲少，紗線纖維抱和力差，成紗強力降低。

長度是紡織纖維一項重要的品質指標，它直接影響紗線強度、毛羽以及織物性能，也是紡紗工藝、產品設計的重要依據[6]。在其他條件下，纖維越長，適應紡紗號數越細，紗線內纖維之間接觸面積大，摩擦力大，纖維與纖維抱和力大，成紗強力高。因此，棉纖維長度與成紗強力成正比關系。短絨多，成紗強度低，強力不勻率大。因此，短絨率與成紗強力成反比關系。

棉纖維強度和伸長是反映棉纖維性能的重要指標，棉纖維強度通常用斷裂比強度表示，HVI測得斷裂比強度的單位cN/tex。在其他條件相同時，單纖維強度高，纖維本身斷裂困難，則成紗強力高；單纖維強度低或強度不勻率大，成紗中弱環增多，成紗強力降低。

3.2 純棉紗線強力的預測

從紗線截面纖維根數入手，結合纖維指標、紗線特數和捻度與紗線強力的關系建立紗線強力預測模型，根據有關文獻紗線強力預測模型[7]如下：

(1)

式中：Ff為單纖維的強力，Ndf為纖維分特數，T為紗線捻度，Ny為紗線特數。

從以上分析HVI主要指標及與成紗強力的關系，影響紗線強力的指標主要包括纖維強度、纖維上半部平均長度、短絨率、馬克隆值、成熟度、紗線捻度和紗線特數。在相同工藝流程及各工序相同工藝參數的情況下，結合式(1)，可得純棉紗線強力預測方程，如式(2)所示：

(2)

假設：纖維長度影響系數LX與纖維強度影響系數QX乘積稱為成紗強力修正系數H。

即，

H=LX×QX

(3)

根據式(3)和式(2)，可得式(4):

(4)

式中：Q為纖維強度，L為上半部平均長度，C為纖維成熟度，D為纖維短纖維指數，T為紗線捻度，N為紗線特數，M為馬克隆值系數(馬克隆值在3.9～4.4時，馬克隆值系數取值為1.03；馬克隆值在3.7～3.89及4.41～4.9時，馬克隆值系數取值為1.02；其他取值為1.0)，LX為纖維長度影響系數(即纖維長度對紗線強力的影響程度)，QX纖維強度影響系數(即纖維強度對紗線強力的影響程度)，B為強力修正常數，H為成紗強力修正系數。

4 不同類型紗線強力的預測方法

4.1 純棉單紗

以賽絡紡C14.6 tex～C72.9 tex單紗為例，配棉以4級棉為主體，設計捻系數380左右，在相同工藝流程情況生產紗線，實測出紗線的強力，與預測強力進行對比，首先把差異率修正到接近0，得到成紗強力修正系數，HVI數據與純棉單紗成紗預測強力的關系如表2所示。

表2 HVI數據與純棉單紗成紗預測強力的關系

把不同單紗品種和強力修正系數建立折線圖，成紗強力修正系數與不同單紗品種的關系如圖1所示，由圖1可知，成紗強力修正系數與成紗號數的呈拋物線關系，特克斯數低時，拋物線的坡度較大，特克斯數高時坡度較小。賽絡紡C36.4 tex強力修正系數0.565，成紗強力修正系數最大，HVI指標對賽絡紡C36.4 tex紗線強力影響較小。

纖維長度影響系數(為自定義名稱，為纖維長度對紗線強力影響程度，隨著紗線特克斯數的增加，紗線橫截面內的纖維根數也越來越多，纖維長度的占主導左右，逐步轉化纖維強度占主導左右，即纖維長度影響系數乘以纖維強度影響系數等于成紗強力修正系數)與成紗號數的關系如圖2所示，隨著成紗特克斯數的增加纖維長度影響系數越來越小；由圖1、圖2可知，紗線特克斯數低時，成紗強力修正系數較小，HVI指標對紗線強力影響較大，這個時候選擇細長纖維對成紗強力提高顯著。纖維強度影響系數與成紗號數的關系如圖3所示，隨著紗線特克斯數的增加纖維強度影響系數越來越大；由圖1、圖3可知，紗線特克斯數較高時，HVI指標對紗線強力影響較大，特克斯數到72.9 tex以上趨于穩定，這個時候選擇馬克隆值高，單纖維強度高的纖維成紗強力反而有較大提高，因此，棉纖維HVI指標對紡純棉不同特克斯數紗的影響程度是不同的。紡特克斯數低的紗時，纖維長度指標對成紗強力的影響更顯著些；紡特克斯高的紗時，纖維強度指標對成紗強度的影響更顯著些。

圖1 強力修正系數與紗線號數的關系

圖2 纖維長度影響系數與成紗號數的關系

圖3 纖維強度影響系數與成紗號數的關系

4.2 純棉賽絡紡包雙芯紗

以賽絡紡C27.8 tex～C72.9 tex雙包芯為例，配棉以4級棉為主體，設計捻系數455左右，在相同工藝流程情況生產紗線，實測出紗線的強力，與預測強力進行對比，首先把差異率修正到接近0，得到成紗強力修正系數，每組數據對應品種如表3所示，HVI數據與賽絡紡雙包芯紗成紗預測強力的關系如表4所示。正常單紗品種的強力修正常數為零，由于包芯紗品種皮芯結構，當施加外力時，一般外包纖維先被拉斷，隨即芯紗才被拉斷，即包芯紗品種有一個強力修正常數B。

表3 組數與品種對應關系

表4 HVI數據與賽絡紡雙包芯紗成紗預測強力的關系

如表4可知，把組數1-7數據品種和強力修正系數建立折線圖，即雙包芯為75D(H400)40D萊3.0倍，不同特克斯雙絲包芯紗與強力修正系數關系如圖4所示，由圖4可知，強力修正系數與紗線特克斯數的呈拋物線關系，賽絡紡C58.3 tex包75D(H400)40D萊3.0倍去絲后號數為48.49 tex,強力修正系數0.508，修正系數最大，HVI指標對賽絡紡C58.3 tex包75D(H400)40D萊3.0倍紗線強力影響較小；紗線特克斯數低時，強力修正系數較小；紗線特克斯數高時，強力修正系數也減小，在號數72.9 tex左右趨于穩定。由表4可知，組數1、8和9可知，在成紗號數一致的情況下，氨綸絲的旦數越大，去絲后紗的號數越低，成紗強力越低，強力修正系數越小，即9>1>8；由表3可知，組數2和10可知，在成紗號數一致的情況下，不同長絲類型，強力修正常數不同，長絲強力越高，強力修正常數越大。因此，棉纖維HVI指標對紡不同特克斯數雙絲包芯紗的影響程度是不同的，實際計算號數為去除長絲和氨綸絲以后紗線號數，得出預測強力加上強力修正常數為最終成紗強力。

圖4 不同特克斯雙絲包芯紗與成紗強力修正系數的關系

5 捻度對不同紡紗形式成紗強力修正系數的影響

以單紗品種為例，通過純棉單紗強力修正系數推算過程，同樣的方法可得緊密紡品種和低捻單紗品種成紗強力修正系數，不同紡紗形式與成紗強力修正系數的關系如圖5所示，在相同配棉和相同前紡工藝情況下，賽絡紡單紗品種設計捻系數380左右,緊密紡賽絡紡品種設計捻系數355左右，低捻賽絡紡單紗品種設計捻系數325左右。

圖5 不同紡紗形式與成紗強力修正系數的關系

由圖5可知，不同紡紗形式強力修正系數曲線與紗線特克斯數的呈拋物線關系，隨著設計捻系數減少強力修正系數相應減少。因此，相同特克斯數不同紡紗形式，捻度越低，成紗強力修正系數較低，棉纖維HVI指標影響就越大。對于低捻品種，要想提高成紗強力，只能選用內在質量指標較好原料，比如纖維平均長度長、單纖維強度高、馬克隆值適中和短纖維指數低的原料。

6 結 論

a)成紗強力修正系數的大小受到諸多因素的影響如紗線捻度，紡紗流程，棉花的采摘方式等因素，這會導致紗線強力修正系數微小變化，但是這些微小變化，可通過前期類似品種預測出來。

b)棉纖維HVI對紡不同特克斯數紗的影響程度是不同的，致使不同特克斯數強力修正系數不同，成紗強力修正系數與不同品種特克斯數呈拋物線關系，對特克斯數低的影響要大一些，對特克斯數高的影響要小一些，紡特克斯數低的紗時，長度指標對成紗強度的影響更顯著。

c)相同紡紗形式強力修正系數與紗線特克斯數的呈拋物線關系，隨著設計捻系數減少強力修正系數相應減少，因此合理選擇捻系數對影響紗線強力影響顯著。

通過確定強力修正系數和強力修正常數，得出純棉紗線強力預算方程，該預算方程具有很強的實用性，可應用于純棉紗線強力的預算。

[1] 黃偉,汪軍.復合紗線結構對單紗強力利用率的影響與分析[J].紡織學報,2017,38(2):99-105.

[2] 范琥躍.成紗強力預測模型在生產實踐中的應用[J].山東紡織科技,2016(4):13-15.

[3] 李巖,陳契,馬麗蕓,等.新疆機采棉品質現狀與分析[J].棉紡織技術,2016,44(2):4-9.

[4] 王志鴻.淺談紡織配棉技術[J].中國纖檢,2012(6):86-87.

[5] 郭東亮,董志強.淺析影響梳理質量和梳理效率的幾個因素[J].棉紡織技術,2017,45(3):32-35.

[6] 吳紅艷.纖維長度雙須測量法的實用性研究[J].上海紡織科技,2016,44(10):7-10.

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