阻尼牽伸紡紗技術及其對成紗質量的影響

2020-03-16 07:04:44買買提尼牙孜崔月敏程隆棣鄧萬勝吉宜軍

毛紡科技 2020年1期

買買提·尼牙孜，崔月敏，程隆棣，鄧萬勝，吉宜軍

(1.東華大學紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620； 2.新疆天山紡織服裝有限公司，新疆烏魯木齊 830011； 3.廣眾紡機科技有限公司，江蘇張家港 215000； 4.南通雙弘紡織有限公司，江蘇南通 226661)

將新型環錠紡系統用于羊毛纖維紡紗是短纖維紡紗的研究熱點和趨勢。以CompACT3系統[1]、EliTe系統[2]和Com4系統[3]為代表的毛紗緊密紡紗工藝和設備已經發展得相對成熟。應用新型環錠紡技術紡制的紗線毛羽量顯著下降，成紗斷裂強度增加，可以用較粗的低價羊毛加工出高支精梳羊毛紗[4]。但毛型緊密紡細紗機由于改裝費用高，穩定性較差，尚未在行業內大范圍推廣[5-6]。

現有環錠紡紗技術盡管控制部分的結構不盡相同，但是牽伸原理是一樣的，均采用“雙膠圈彈性鉗口牽伸”模式，雙膠圈系統主要存在的問題是上下膠圈之間易產生速度差，且會對纖維束和須條形成揉搓，造成牽伸過程中摩擦力界不穩定等問題。這些問題均會直接影響成紗條干、毛羽和粗細節等質量指標[7]。新型阻尼牽伸紡紗技術[8-9]在機構設計上采用了雙曲線牽伸的新型牽伸結構，去掉了原結構中的上下膠圈及上下銷，結構簡單，成本較低。該裝置采用柔性傳輸帶(即網格圈)，并通過磁力加壓的波形曲面系統控制[10]，磁力加壓對纖維產生柔性且穩定的握持牽伸，阻尼前緣可使牽伸區內附加摩擦力界更加向前分布，增加對纖維須條控制力，以提高紗線質量水平。本文分別采用傳統環錠紡和阻尼牽伸紡紗技術紡制羊毛/羊絨混紡紗，通過對成紗質量的對比分析，研究阻尼牽伸紡紗的特點及其作用效果。

1 阻尼牽伸紡紗技術

1.1 阻尼牽伸紡紗裝置

阻尼牽伸機構示意圖如圖1所示。

1—前皮輥；2—上控制板；3—上永久磁體；4—張力架；5—網格圈；6—中皮輥；7—前羅拉；8—下曲線管；9—下永久磁體；10—中羅拉；11—紗線。

阻尼牽伸裝置是基于傳統環錠紡系統進行的改造，其上控制板、下曲線板和網格圈通過隔距塊和上、下永久磁體間的磁力形成穩定的“波形”曲面通道。紡紗時，纖維須條從后牽伸區出來被喂入主牽伸區，通過由網格圈和下曲線板中部下凹表面組成的柔性握持區域(“波形”曲面通道)。由于網格圈較傳統紡紗的雙膠圈有更好的柔性，且始終受到一定的張力，當上控制板[8]下凸處向下壓向網格圈時，網格圈能完全根據上控制板下表面的曲率而變化。依靠網格圈張力，網格圈與上控制板下壓的凸出部分緊密接觸，使網格圈與上控制板之間的纖維受到穩定、持續的柔性控制。阻尼牽伸系統對纖維的自然彎曲有拉伸作用，使得牽伸過程中須條不發散、不擴散，排列整齊，同時短纖維可以被均勻地抱合在紗線內，不擴散，提高了纖維原料的利用率。

1.2 柔性握持牽伸機制

柔性牽伸示意圖如圖2所示。

R—上控制板半徑；T(s)—網格圈在某處所受張力;N—網格圈所受正壓力；dθ—小段圓弧角；ds—小段圓弧長度。

纖維束通過網格圈壓向半徑為R的上控制板，網格圈的兩端張力可近似為T,在dθ一小段圓弧上，由正壓力N和網格圈張力T在法向方向上的受力平衡ΣFy=0，得出：

(1)

(2)

dN=Tdθ

(3)

將ds=Rdθ代入式(3)，可得：

(4)

式中a為壓強線密度。

式(4)說明，牽伸握持區所產生的摩擦力界大小僅與網格圈張力和柔性握持區域的曲率半徑有關。在握持區域的曲率半徑和網格圈張力一定的情況下，纖維須條所受的壓強線密度穩定不變。配置前緣的上銷及其“波形”曲面通道能夠為纖維須條提供長短膠圈牽伸所不具備的前延且穩定的牽伸摩擦力界。

2 實驗部分

2.1 紡紗實驗

分別采用阻尼牽伸紡紗技術和傳統環錠紡紗技術紡制38.5 tex羊毛/羊絨(70/30)混紡紗。工藝設置：粗紗線密度50.76 tex，總牽伸倍數10.56；捻度400捻/m，捻向為Z捻；隔距塊尺寸2.05 mm，加壓量160 N/(2錠)；車間溫度25 ℃，相對濕度61%。

2.2 紗線測試

2.2．1 條干均勻度指標測試

采用ME-100型烏斯特儀測試2種紡紗方式成紗的條干均勻度、千米粗節、千米細節、毛羽量等指標。測試條件：速度400 m/min，測試時間1 min，測試10次。測試環境溫度(20±2) ℃，相對濕度65%±3%。

2.2．2 強力指標測試

采用TENSORAPID 4型烏斯特儀測試2種紡紗方式成紗的斷裂強度、伸長率和斷裂功等力學指標。測試條件：紗線預加張力0.5 cN/tex，測試長度500 mm，測試10次。測試環境溫度(20±2) ℃，相對濕度65%±3%。

3 實驗結果與分析

為了直觀探究阻尼牽伸紡紗技術與傳統環錠紡紗技術對成紗條干均勻度及力學指標的影響，本文采用差異率進行對比分析，指標差異率計算公式為：

差異率=

3.1 條干均勻度指標對比

阻尼牽伸紡與傳統環錠紡成紗條干均勻度指標差異率對比見圖3，2種紡紗方式紗線條干對比見圖4。

圖3 阻尼牽伸紡與傳統環錠紡成紗條干均勻度指標差異率對比

圖4 2種紡紗方式紗線條干對比

從圖3可以看出，相較于傳統環錠紡，阻尼牽伸紡成紗的條干CV值減小，即條干均勻度有所提高。結合圖4可以看出，傳統環錠紡成紗條干明顯差于阻尼牽伸紡成紗。阻尼牽伸紡成紗的千米棉結、千米細節和千米粗節都有顯著下降，其中粗節(+50%)數量減少41%，下降最多，但2種牽伸方式成紗的毛羽數量區別不大，阻尼牽伸紡略優于傳統環錠紡。

3.2 強力指標對比

阻尼牽伸紡與傳統環錠紡成紗強力指標差異率對比見圖5。可以看出，阻尼牽伸紡成紗比傳統環錠紡成紗的強力、斷裂伸長及斷裂功等指標都有所提高，成紗強力增加13.9%。主要原因是：阻尼牽伸紡成紗條干整齊度好，纖維排列整齊，粗細節少，成紗內纖維應力集中，因此斷裂強度、斷裂伸長和斷裂功都有所提高。此外，阻尼牽伸紡成紗斷裂強力不勻減小3%，與條干不勻下降一致。

圖5 阻尼牽伸紡與傳統環錠紡成紗強力差異率對比

3.3 成紗質量分析

通過上述對成紗條干和強力指標的測試和分析可以看出，阻尼牽伸紡成紗的質量指標均明顯優于傳統環錠紡，但對毛羽改善不明顯。原因是，阻尼牽伸原理與傳統環錠紡存在較大區別，首先，阻尼牽伸系統結構設計中的柔性握持所得到的摩擦力界分布比傳統環錠紡采用雙皮圈牽伸系統更加平穩，對纖維須條的控制力更強。其次，毛型粗紗中存在較多的短纖維，卷曲度多，纖維間抱合力大，纖維伸直較差，易于縮絨，因此在紡紗過程中對毛纖維的控制力尤為重要。阻尼主牽伸區機構如圖6所示。將阻尼牽伸裝置纖維的浮游區減小至5 mm，上控制板“前鼻”向前延伸，相當于壓力棒作用，使長度≤15 mm短纖維的變速點集中、穩定地向前移，從而改善細紗條干。