無固定弱節高支竹節紗的研究

邱艷茹,任學勤,王依凡

（西安工程大學,陜西 西安710048）

通過研究竹節紗的固定弱節分布規律,并通過定位包繞固定弱節的方法,大幅度提高了竹節紗的整體強力,研發出了無固定弱節竹節紗。在此基礎上,竹節紗在強力滿足生產工藝的情況下,可以整體紡制得更細,進而開發出高支的竹節紗。用高支竹節紗制作的輕薄產品,填補了市場空白,為企業帶來經濟效益,該項技術屬于國內領先。

1 無固定弱節竹節紗的研發

1.1 試驗原料

（1）飾紗:4 g/10 m的100%棉粗紗,見圖1。通過前中羅拉牽伸來改變棉粗紗的牽伸倍數,生產竹節紗。試驗前測量棉纖維主體長度,測量結果見表1,棉纖維主體長度約為32 mm。

表1 棉纖維主體長度試驗結果

（2）固紗:8.8 tex滌綸長絲,如圖2所示。為了便于研究,試驗以紅色滌綸長絲為固紗原料對固定弱節進行定位包繞。

圖1 飾紗原料

圖2 固紗原料

1.2 紡紗設備及控制系統

試驗所用的紡紗設備是空心錠紡紗機和倍捻錠子紡紗機的結合,系統控制方式如圖3所示。系統是電腦通過CAN卡與控制器連接,再通過控制器來控制變頻器與步進電機驅動器,變頻器控制異步電機,異步電機帶動槽筒和空心錠的轉動,步進電機驅動器驅動步進電機,步進電機控制前羅拉的轉動。開發定位包覆竹節紗必須將定位軟件和紗線研發軟件配合使用,定位軟件的出現是為了輔助紗線研發軟件,紡制具有定位包繞效果的紗線,其中紗線的包繞位置、包繞密度均可任意設計[2-3]。

圖3 多形式多電機電腦控制系統的控制方式

1.3 竹節紗固定弱節分布規律

研究竹節紗無固定弱節的分布規律,首先要找出竹節紗的固定弱節分布規律。

紗線在進行斷裂強力測試時,其斷裂位置是強力最弱的地方,稱之為紗線的強力弱節,普通紗線的強力弱節具有隨機性。竹節紗因其特殊的結構,紗線的斷裂位置具有明顯的固定性,我們將竹節紗固定斷裂的位置,稱為竹節紗的固定弱節[4-7],找出竹節紗固定弱節分布規律:

（1）設置工藝參數紡制竹節紗,對竹節紗進行斷裂強力測試,并記錄其斷裂位置。將竹節紗第一次斷裂的固定位置,也就是竹節紗強力最弱的位置,稱為第一弱節,記為第一弱節W1。

（2）修改工藝重新紡制竹節紗,新紡的紗線與原來的竹節紗結構一樣,但是新紡的紗線對竹節紗第一弱節W1進行過一定的包繞,加強了該弱節處的強力,從而消除該固定弱節。

（3）以新紡的竹節紗為樣品,再對其進行斷裂強力測試,記錄其斷裂位置,得到下一個竹節紗的固定斷裂位置,記為第二弱節W2。

（4）修改工藝重新紡制竹節紗,新紡的紗線與原來的竹節紗結構一樣,但是新紡的紗線對第一弱節W1、第二弱節W2進行過一定的包繞。以新紡的紗線為樣品再進行斷裂強力測試,尋找下一個固定弱節,記為第三弱節W3,以此類推……,直到最新紡制的竹節紗的斷裂位置不在紗線的某一固定位置,而是隨機斷裂時,則判定該竹節紗已無固定弱節。

1.4 無固定弱節的分布規律

當竹節紗的斷裂位置不在某一固定位置,而是處于隨機任意位置時,我們將這種狀態的竹節紗稱之為無固定弱節竹節紗。經過多次試驗得出:當竹節長度大于棉纖維主體長度時,竹節紗的第一弱節W1位置在竹節部分的1/2（±2 mm）處;當竹節長度小于棉纖維主體長度時,竹節紗的固定弱節在竹節部分靠近頭端的1/10（±2 mm）處,該位置是否為第二弱節W2需要進一步驗證。

根據竹節紗固定弱節分布規律的研究方法,在尋找下一個固定弱節前,需修改工藝對前面已找到的固定弱節進行定位包繞。所謂定位包繞,就是通過工藝設計,借助定位軟件與紗線設計軟件的配合使用,在紗線上任意位置用固紗進行緊密包繞,從而使紗線具有特殊外觀效果或增強紗線質量的一種精確紡紗方法,試驗中利用此方法對竹節紗的固定弱節位置進行定位包繞,從而消除該固定弱節,提高竹節紗的整體強力。

1.4.1 定位包繞第一弱節W1

定位包繞竹節紗第一弱節W1的主要紡紗工藝參數,如圖4所示。

圖4 定位包繞竹節紗第一弱節W1的工藝轉換圖

圖4中左邊為原始設計包繞第一弱節W1工藝,經定位軟件轉換后,右邊出現的定位工藝為實際生產工藝,將轉換后的工藝復制到紗線研發軟件中見圖5。按轉換后的實際紡紗工藝參數進行紡紗,新紡的竹節紗如圖6所示,新紡的紗線與原竹節紗結構相同,但是在第一弱節W1位置處進行了緊密包繞,加固了該弱節處的強力。

1.4.2 結果及分析

對所紡的竹節紗（定位包繞了第一弱節 W1）進行強力測試,其結果見表2和圖7。

圖5 定位包繞竹節紗第一弱節W1的實際生產工藝圖

圖6 定位包繞第一弱節W1的竹節紗效果圖

由試驗強力均值比較可知,將竹節紗第一弱節W1定位包繞后,竹節紗平均強力提高了200 c N左右,強力約增加了52%。由表2中斷裂位置的數據及圖7所示試驗結果可得竹節紗第二弱節W2的位置,第二弱節W2位置在竹節部分靠近頭端的1/10（±2 mm）處,這與前面竹節長度小于棉纖維主體長度的竹節紗固定斷裂位置相吻合,定位包繞第一弱節W1后的竹節紗強力值與竹節長度小于棉纖維主體長度的竹節紗強力值也基本一致,故確定竹節紗的第二弱節 W2位置[8-10]。

表2 定位包繞了第一弱節W1的竹節紗測試數據

修改工藝,生產定位包繞第一弱節W1、第二弱節W2的竹節紗,然后進行強力測試,繼續尋找是否存在下一個弱節,即第三弱節 W3,直至紗線斷裂隨機處于基紗任意位置。

圖7 定位包繞竹節紗第一弱節W1的強力測試結果圖

在竹節紗的其他結構參數相同的情況下,紡制竹節長度為30 mm（竹節長度小于棉纖維主體長度）的竹節紗,并對其第二弱節W2和第三弱節W3位置處進行包繞,對該竹節紗樣品進行強力測試。紗線斷裂位置在基紗段隨機位置處,故判斷已無固定弱節。

2 無固定弱節高支竹節紗的紡制

2.1 高支竹節紗的定義

以最簡單的竹節紗為例,如圖8所示,竹節紗①細段的直徑為d1,粗段的直徑為D1,強力值為P1;竹節紗②細段的直徑為d2,粗段的直徑為D1,強力值為P2;竹節紗③細段的直徑為d3,粗段的直徑為D3,強力值為P3。其中竹節紗③按照已知固定弱節分布位置,對各個固定弱節進行過一定的包繞,除此之外竹節紗①、竹節紗②和竹節紗③的竹節長度、竹節間距等其他結構參數均相同。

圖8 竹節紗結構簡圖

圖8中的3款竹節紗,D1＞D2=D3,d1＞d2=d3。從圖中很明顯可以看出竹節紗②和竹節紗③比竹節紗①整體看起來更細一些。對于竹節紗②和竹節紗①來說,因為竹節紗②的細段和粗段都比竹節紗①小,所以必然有強力P2＜P1,經測試結果也是如此;對于竹節紗②和竹節紗③來說,紗線的細段和粗段都一樣,但是因為竹節紗③采用定位包繞固定弱節的方法來解決了強力弱節,提高了紗線的整體強力,故P3＞P2,經測試結果也是如此;但是對于竹節紗①和竹節紗③來說,竹節紗③的細段和粗段都比竹節紗①的小,如果竹節紗③的強力和竹節紗①的強力差不多,都能滿足生產時的強力,那么相比竹節紗①,竹節紗③就是所謂的更細的竹節紗,即高支竹節紗。在本次試驗中主要研究當竹節紗①和竹節紗③的粗段和細段比例相同,即D1/d1=D3/d3,且強力都能滿足生產需求時（P3≈P1）,竹節紗③比竹節紗①粗段或細段減少的百分比,即D3比D1減少的百分比（或d3比d1減少的百分比）。

2.2 高支竹節紗的紡制

當竹節紗的斷裂位置不在某一固定位置,而是處于紗線的隨機位置時,則該竹節紗為無固定弱節竹節紗。根據竹節紗的固定弱節分布規律,并通過設置工藝,在一次紡紗過程中對各個固定弱節進行包繞,實現無固定弱節竹節紗的生產。

保證竹節紗粗細比例不變的情況下,設置紡紗工藝,逐漸減小竹節紗的細段和粗段,并進行生產。紡紗的主要工藝見表3。在最佳工藝下,對表3中8組竹節紗的固定弱節進行包繞,紡制其無固定弱節的紗線,這里只給出試驗1對應的無固定弱節竹節紗的主要紡紗工藝,見表4。無固定高支竹節紗的效果如圖9,另外7組紡紗工藝在試驗1的基礎上修改數據即可。

表3 竹節紗的主要紡紗工藝

表4 試驗1無固定弱節竹節紗的主要紡紗工藝

圖9 無固定弱節高支竹節紗

2.3 強力性能測試

對紡制的竹節紗進行強力測試,測試數據見表5。

表5 強力測試數據表 單位:c N

對比表5中數據,在試驗1～7中,隨著竹節紗整體細度的降低,其強力也降低。無固定弱節竹節紗的強力較原竹節紗強力都提高了。試驗8的紗線強力沒有明顯提高,是因為紗線基紗線密度太低,導致紗線在基紗段斷裂。對比試驗1的竹節紗強力值和試驗6的無固定弱節竹節紗的強力值,兩者強力值相差不大,均約為480 c N,測量這2款竹節紗的粗段和細段的直徑,試驗6的無固定弱節竹節紗整體細度比試驗1的竹節紗整體細度降低50%左右。

3 結語

本研究提高了竹節紗的整體強力,并開發出了高支的竹節紗。在實際生產中,不需再進行測試,按固定弱節分布位置,可直接設計工藝,在一次放紗過程中對各個固定弱節進行最佳包繞,生產無固定弱節的竹節紗,無固定弱節竹節紗的整體強力提高了近100%。在保證竹節紗粗段細段比例不變的情況下,減小了竹節紗的整體細度,同時又通過包繞固定弱節方式,提高了竹節紗強力,開發出高支竹節紗,在滿足生產要求的情況下,竹節紗整體可變細50%左右。