應用給濕裝置改善環錠紡成紗毛羽

李沛贏， 郭明瑞， 高衛東

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

截至目前，環錠紡仍然是占據整個紗線生產量80%以上的紡紗方法[1]。在環錠紡紗過程中，纖維須條是通過鋼絲圈繞鋼領轉動產生的扭矩加捻成紗，紗線的捻度傳遞由下而上，也就是說前鉗口到鋼絲圈的紗線捻度由低到高分布[2-3]。成紗過程中，當須條中纖維轉移到表層時，若沒有足夠大的扭力作用使纖維重新轉移到紗線內部，該纖維就會裸露在紗線表面形成毛羽[4-5]。

在普通環錠紡中，紗線經導紗鉤從低捻段到高捻段，雖然紗線進一步加捻收緊，但在低捻段已經伸出紗體表面的毛羽難以被捻入紗體內部[6-7]。為減少成紗毛羽，在低捻段對纖維的貼伏十分重要[8]。現廣泛采用的集聚紡紗技術是利用氣流對前羅拉輸出的纖維須條進行橫向凝聚，使纖維須條寬度縮小，從而大大減小加捻三角區寬度，以減少成紗毛羽。集聚紡紗技術減少毛羽作用顯著，但其附加裝置改造成本高，且運行中能源消耗多，使得紡紗生產成本提高[9]。

在推廣應用集聚紡紗技術的同時，人們一直在探索附加裝置成本低、運行能耗小的減少毛羽方法，如在低捻段加裝加熱或假捻裝置，前者通過加熱作用使毛羽貼伏，對熱塑性纖維改善效果明顯；后者通過假捻作用使須條出前鉗口后立即得到較強的加捻作用，也有助于毛羽的減少[10]。

本文提出利用導紗輪給濕纖維須條，借助水的黏滯性貼伏毛羽的方法。該方法是在前羅拉鉗口與導紗鉤之間加裝一種接觸式給濕裝置，使紡紗過程中伸出紗線表面的纖維頭端和紗線表面被潤濕，并在通過導紗鉤阻捻點時，毛羽被壓倒貼伏在紗線表面，進入高捻段后，紗線進一步加捻收緊，貼伏在紗線表面的毛羽被捻入紗體內部，進而達到減少毛羽的效果。同時，該裝置將低捻段紗線與牽伸面的夾角進行優化，減小加捻三角區中纖維與前羅拉的包圍弧，并形成纖維須條在導紗輪上相對穩定的導紗角，有助于減少成紗毛羽。

1 給濕裝置

1.1 給濕裝置結構

環錠紡紗機上的給濕裝置結構如圖1所示。殼體1與外部水箱相連使水位不變以保證供水量恒定，導紗輪2嵌套在固定軸3上，由固定卡簧4固定其位置，且一部分伸出殼體，與低捻段紗線接觸，其下部浸沒在殼體的水中。正常紡紗過程中，導紗輪通過運動紗線的摩擦作用驅動旋轉，使導紗輪周向全部浸濕，在與紗線接觸的部位將紗線潤濕，并將潤濕之后的毛羽貼伏在紗線表面。

1—殼體； 2—導紗輪； 3—固定軸； 4—固定卡簧。圖1 給濕裝置結構圖Fig.1 Wetting device structure

1.2 接觸弧長幾何模型

該給濕裝置的導紗輪與紗線之間有一段接觸包圍弧，如圖2所示。為方便計算該弧長l，建立直角坐標系，坐標原點O為通過前羅拉鉗口A(0，a)的垂線與通過導紗鉤最高位置B(b，0)的水平線交點，C為導紗輪軸心位置。

圖2 加濕接觸弧長幾何模型Fig.2 Wetting contact arc length geometric model

導紗輪半徑R、導紗輪中心位置C(m，n)確定后，可按下式計算弧長：

根據上述公式可確定接觸弧長與導紗輪直徑和安裝位置的關系。

1.3 給濕裝置安裝位置

受到細紗機結構的限制，一落紗過程中導紗鉤有一定的升降動程，紗線和導紗輪接觸弧長會發生變化，因此給濕裝置必須選擇合適的導紗輪直徑和安裝位置，才能保證工作正常。現選取直徑分別為15、20、25 mm的導紗輪為研究對象，導紗輪的安裝位置要保證紗線在大、小紗位置(導紗鉤高、低位置)都可與給濕裝置的導紗輪接觸并有一定的包圍弧長，以帶動導紗輪轉動，并滿足一定的給濕量。圖3示出3種直徑導紗輪在試驗所用JWF1510型細紗機的安裝位置。圖中坐標系和A、B點同圖2，點M(42，38)、N(38，40)、P(34，42)分別表示15、20、25 mm導紗輪的軸心位置。

圖3 接觸式給濕裝置的安裝位置Fig.3 Location of contacting wetting device

根據弧長計算式可計算出導紗鉤在最高、最低位置時3種直徑導紗輪的紗線接觸弧長，結果見表1。

表1 紗線接觸弧長Tab.1 Contact arc length

2 導紗輪加濕模型

2.1 水霧三角區

紡紗過程中紗線驅動導紗輪旋轉，并帶水潤濕紗線，水與紗線以及水與導紗輪表面之間存在附著力，使得紗線和導紗輪之間存在水霧三角區A，其長度為c，如圖4所示。

圖4 水霧三角區示意圖Fig.4 Sketch of water triangle

由于水霧三角區的存在，紗線給濕部分不僅是與導紗輪直接接觸的部分，還包括水霧三角區的部分，因此總加濕量為：

Wt=Wa+Wb

式中：Wa為水霧三角區的給濕量，mg；Wb為紗線與導紗輪直接接觸的給濕量，mg。

由于承載導紗鉤的葉子板在一落紗過程中上下運動，紗線和導紗輪直接接觸弧長一直在變化當中，因此直接加濕量在紡紗過程中一直是變化的。而預加濕量則與水霧三角區長度有關，不同直徑的導紗輪水霧三角區長度不同，則預加濕量不同。

2.2 水霧三角區觀測

為清楚觀察到導紗輪與紗線之間的水霧三角區，將已紡好的19.5 tex精梳棉紗兩端固定，用調速電動機驅動導紗輪，表面線速度均為14.4 m/min。采用高速攝影機拍攝不同直徑導紗輪與紗線接觸形成的水霧三角區長度，如圖5所示。

圖5 水霧三角區拍攝圖Fig.5 Shot of water triangle

在導紗輪直徑為15、20、25 mm的3種情形下，根據拍攝的圖片測得水霧三角區的長度分別為3.3、3.8、4.2 mm，即導紗輪直徑越大，水霧三角區長度越長，給濕量越多，越有利于毛羽受到水的吸附而貼伏在紗線表面。

3 紡紗試驗

3.1 紡紗品種與工藝

試驗采用JWF1510型細紗機，給濕裝置的導紗輪為木質，為增加其耐磨性，在表面包覆一層綿綸網格圈。將配備15、20、25 mm導紗輪的給濕裝置分別安裝在圖3所示M、N、P對應的3個位置上進行紡紗，并與不加給濕裝置的對照組進行對比。

分別紡制14.6 tex和19.5 tex精梳棉紗，其紡紗工藝參數如表2所示。每種情形下各紡制10管滿管紗進行毛羽測試，為考察管紗絡筒后毛羽變化，14.6 tex精梳棉紗再紡制10管用于絡筒，并進行毛羽測試。

表2 紡紗工藝參數Tab.2 Technological parameters of spinning

3.2 毛羽測試

采用茲偉格HL400型毛羽測試儀測試紗線的3 mm及以上毛羽根數S3，測試速度為400 m/min，每次測試長度為100 m，每管紗(筒紗)測試10次，結果取平均值，得到整管紗(筒紗)不同片段的毛羽根數S3。

3.3 紡紗耗水量測試

將配備15、20、25 mm導紗輪的給濕裝置分別安裝在圖3所示M、N、P對應的3個位置上進行紡紗試驗，分別紡制14.6、19.5 tex的2種精梳棉紗，每個品種測試10管紗線一落紗平均耗水量。

4 結果與討論

4.1 紗線外觀形態

采用VHX-5000型超景深數碼顯微鏡拍攝紗線外觀形態。圖6示出普通環錠紡與加裝給濕裝置所紡14.6 tex精梳棉紗的圖像。通過觀察發現，與普通環錠紡紗相比，給濕紡所紡制的紗線長毛羽均有明顯減少，未消除的毛羽絕大部分按一定方向貼伏于紗線表面，紗線表面更加光潔。

圖6 紗線外觀形態Fig.6 Appearance of yarns. (a) Regular ring spun yarn; (b) Yarn by 15 mm guide wheel;(c) Yarn by 20 mm guide wheel; (d) Yarn by 25 mm guide wheel

4.2 紡紗耗水量

配備15、20、25 mm導紗輪的給濕裝置所紡制的14.6、19.5 tex精梳棉紗的紡紗耗水量如表3所示。

表3 紡紗耗水量Tab.3 Water consumption

表3數據表明，由于水霧三角區的存在，隨導紗輪直徑增大，在轉動過程中與紗線間接接觸長度越長，意味著紗線可帶走更多的水，所以紡紗耗水量也就越多，與前所述水霧三角區理論一致；同時，所紡紗線細度越大，意味著在紡紗過程中同一時間有更多的纖維帶水，紡紗耗水量就會相應增加。

4.3 管紗毛羽對比

不同直徑導紗輪所紡制的14.6、19.5 tex精梳棉紗的S3測試結果如表4所示。表中：X0表示沒有安裝給濕裝置的對照組；X1、X2、X3分別表示安裝15、20、25 mm直徑導紗輪給濕裝置的試驗組。

表4中數據可知：15、20、25 mm直徑導紗輪均可明顯降低紗線毛羽，對于14.6 tex精梳棉紗來說，15、20、25 mm直徑導紗輪分別將S3降低27.4%、30.1%、35.9%；對于19.5 tex精梳棉紗，15、20、25 mm直徑導紗輪分別將S3降低30.6%、37.1%、41.1%。隨著導紗輪直徑變大，對成紗毛羽的減少作用越明顯。

表4 管紗S3測試結果Tab.4 S3 hairiness results of bobbins

注：“—”表示X0作為對照組無減少率。

4.4 筒紗毛羽對比

為測量紗線在絡筒后的毛羽變化情況，絡筒后紗線(14.6 tex)的S3測試結果如表5所示。

表5 筒紗S3測試結果Tab.5 S3 hairiness results of cones

注：“—”表示X0作為對照組無減少率。

絡筒之后，紗線毛羽均有明顯增多，但加裝給濕裝置的紗線毛羽仍明顯少于對照組，由表5可知，15、20、25 mm直徑導紗輪分別將14.6 tex精梳棉筒紗S3降低32.1%、37.4%、41.6%，降低水平與管紗接近。

5 結 論

本文通過在前羅拉鉗口和導紗鉤之間的低捻段加裝接觸式給濕裝置，使未被捻入紗線內的毛羽潤濕，紗線通過導紗輪這個接觸點時，毛羽受到外部力量的作用，貼伏在紗線表面，進入高捻段后，紗線會進一步加捻收緊，紗線表面的毛羽被捻入紗體內部，從而起到減少毛羽的作用。

紡紗耗水量測試結果表明：相同紗線線密度條件下，隨導紗輪直徑增大，耗水量越多；同時，紗線線密度增大也會增加紡紗耗水量。紗線毛羽測試結果表明：25 mm直徑導紗輪的給濕裝置減少毛羽效果最好，14.6 tex精梳棉管紗3 mm及以上有害毛羽減少35.9%，19.5 tex精梳棉管紗有害毛羽減少41.1%。經絡筒后14.6 tex精梳棉筒紗有害毛羽較未加裝給濕裝置的情形減少41.6%，因此，給濕助紡方法對于管紗和筒紗的毛羽下降都有著較顯著的效果。

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