模擬織造狀態(tài)下的漿紗耐磨性能測(cè)試方法

郭 敏， 高衛(wèi)東， 朱 博， 劉建立， 郭明瑞

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué)), 江蘇 無(wú)錫 214122)

經(jīng)紗在織造過(guò)程中受到多種拉伸應(yīng)變和摩擦作用，且其所受載荷具有交變循環(huán)的特點(diǎn)。拉伸應(yīng)變作用主要來(lái)源于經(jīng)紗所受開(kāi)口和打緯運(yùn)動(dòng)而引起的張力變化；摩擦作用主要來(lái)源于經(jīng)紗與后梁、停經(jīng)片、綜眼、鋼筘等接觸機(jī)件以及相鄰經(jīng)紗之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)經(jīng)紗上漿的要求近年來(lái)發(fā)生了顯著變化，一方面紡紗和絡(luò)紗技術(shù)不斷進(jìn)步[1-3]，紗線(xiàn)質(zhì)量得到明顯提高，紗線(xiàn)細(xì)節(jié)和強(qiáng)力不勻得到改善，經(jīng)紗抗拉強(qiáng)力對(duì)織造效率的影響下降；另一方面織機(jī)速度大大提高，使得經(jīng)紗受到的摩擦作用加劇，紗線(xiàn)的耐磨性成為影響織造效率的主要因素[4-6]，有關(guān)漿紗織造耐磨性能的研究受到關(guān)注[7-9]。由于漿紗在織機(jī)上受到的是復(fù)雜的循環(huán)載荷，為客觀評(píng)價(jià)漿紗的耐磨性能，漿紗耐磨壽命測(cè)試需要模擬織造開(kāi)口、打緯、送經(jīng)和卷取等運(yùn)動(dòng)對(duì)漿紗的摩擦作用，在此情形下測(cè)得的結(jié)果可為改善漿紗所涉及的漿料和漿紗工藝提供參考。

測(cè)試紗線(xiàn)耐磨性能的儀器種類(lèi)繁多[10]，具有代表性的紗線(xiàn)耐磨性能測(cè)試儀主要有德國(guó)Zweigle公司生產(chǎn)的G552型紗線(xiàn)耐磨儀和山東紡織科學(xué)研究院生產(chǎn)的LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨儀。但現(xiàn)有耐磨測(cè)試儀并不能滿(mǎn)足漿紗耐磨性的測(cè)試要求，存在的主要問(wèn)題包括：1)紗線(xiàn)受到的載荷沒(méi)有全面反映紗線(xiàn)的織造狀態(tài)，即缺乏對(duì)織機(jī)開(kāi)口、打緯、送經(jīng)、卷取等作用的多重仿真；2)測(cè)試儀通過(guò)懸掛砝碼對(duì)紗線(xiàn)施加張力，伴隨磨料對(duì)紗線(xiàn)的往復(fù)作用，造成砝碼無(wú)規(guī)律跳動(dòng)，擾亂了紗線(xiàn)的受載狀態(tài)。

為了滿(mǎn)足漿紗耐磨性測(cè)試的特定要求，研制了JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀。該測(cè)試儀模擬了漿紗在織機(jī)上勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下受到的多種載荷作用，并可在一定范圍內(nèi)對(duì)模擬的主要條件參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)紗線(xiàn)張力實(shí)行全過(guò)程電子測(cè)控，并自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析漿紗耐磨壽命(耐磨次數(shù))。本文首先介紹了JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀的組成及測(cè)試方法，并在該測(cè)試儀與LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨儀上測(cè)試了3種線(xiàn)密度的漿紗和原紗，驗(yàn)證其性能。

1 JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀

1.1 測(cè)試儀組成

JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀如圖1所示，由送經(jīng)機(jī)構(gòu)、卷取機(jī)構(gòu)、開(kāi)口機(jī)構(gòu)、打緯機(jī)構(gòu)、張力感應(yīng)裝置和經(jīng)停裝置組成。

1、18—砝碼導(dǎo)槽；2、6、16—有槽導(dǎo)輥；3—被測(cè)紗線(xiàn)；4—送經(jīng)壓輥；5—送經(jīng)輥；7—張力桿；8、11—光導(dǎo)桿；9—停經(jīng)片；10—停經(jīng)桿；12—限位桿；13—滾花鋼輥；14—磨料筘桿；15—光筘桿；17—卷取輥；19—卷取壓輥。圖1 JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀Fig.1 JN-01 Sizing Abrasion Tester

1.1.1 送經(jīng)和卷取機(jī)構(gòu)

如圖1所示，送經(jīng)和卷取機(jī)構(gòu)各采用1對(duì)鋼輥5、17和橡膠壓輥4、19，由獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，鋼輥為主動(dòng)輥，橡膠輥由氣動(dòng)裝置控制加壓和脫開(kāi)鋼輥。紗線(xiàn)速度在0～20 mm/min范圍內(nèi)可調(diào)。測(cè)試過(guò)程中，卷取輥以設(shè)定的卷取速度回轉(zhuǎn)，而送經(jīng)輥則根據(jù)漿紗的張力狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)量。

1.1.2 開(kāi)口機(jī)構(gòu)

如圖1所示，開(kāi)口機(jī)構(gòu)由1對(duì)滾花鋼輥13及其支架與傳動(dòng)裝置組成。被測(cè)紗線(xiàn)3在2個(gè)輥之間的縫隙中穿過(guò)，通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)支架上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得所有被測(cè)漿紗同步上下運(yùn)動(dòng)。開(kāi)口動(dòng)程可在10～60 mm范圍內(nèi)設(shè)定。開(kāi)口的工作頻率在40～240 r/min范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定。

1.1.3 打緯機(jī)構(gòu)

打緯機(jī)構(gòu)由獨(dú)立的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其工作頻率與開(kāi)口機(jī)構(gòu)相同，2個(gè)機(jī)構(gòu)同步。如圖2所示，1列不銹鋼滾花磨料筘桿1及其前后兩側(cè)各1列的光滑導(dǎo)桿2安裝在筘座4上。被測(cè)紗線(xiàn)在磨料筘桿上形成一定的包角，包角可通過(guò)磨料筘桿底座3的位置獨(dú)立調(diào)節(jié)。筘座前后擺動(dòng)時(shí)，磨料筘桿模擬和強(qiáng)化了織機(jī)上漿紗受到的摩擦作用，隨筘座不斷往復(fù)擺動(dòng)(擺角可在5°～30°范圍內(nèi)設(shè)定)，漿紗在經(jīng)受若干次摩擦作用后發(fā)生斷裂，耐磨次數(shù)即為漿紗耐磨壽命。

1—磨料筘桿；2—光滑導(dǎo)桿；3—磨料筘桿底座；4—筘座。圖2 對(duì)紗線(xiàn)施加摩擦的磨料筘桿及其筘座Fig.2 Abrasive reed rod and its sley seat applied to yarn

1.1.4 張力感應(yīng)裝置

如圖1所示，被測(cè)紗線(xiàn)繞過(guò)張力桿形成力矩，張力感應(yīng)裝置通過(guò)杠桿傳遞使得拉伸應(yīng)變傳感器受力(見(jiàn)圖3)，通過(guò)張力標(biāo)定建立傳感器信號(hào)處理器輸出數(shù)據(jù)與紗線(xiàn)張力的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)漿紗張力的實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果被用于對(duì)紗線(xiàn)送出量的反饋控制，保持紗線(xiàn)張力恒定。

1—張力桿；2—拉簧；3—張力傳感器。圖3 張力感應(yīng)與檢測(cè)機(jī)構(gòu)Fig.3 Tension induction and testing device

1.2 測(cè)試過(guò)程

1.2.1 測(cè)試準(zhǔn)備工作

1)通過(guò)測(cè)試儀人機(jī)交互界面進(jìn)行測(cè)試參數(shù)(工作頻率、開(kāi)口動(dòng)程、筘座擺角、卷取速度、上機(jī)張力)的設(shè)置；2)將10根紗線(xiàn)逐一置入各測(cè)試通道就位，為保持紗線(xiàn)張緊,在每根紗的兩端懸掛砝碼，待10根漿紗全部就位后，氣動(dòng)加壓將卷取輥和送經(jīng)輥的橡膠壓輥壓上，插上停經(jīng)片。

1.2.2 測(cè)試狀態(tài)

1)開(kāi)口機(jī)構(gòu)和打緯機(jī)構(gòu)同頻率動(dòng)作，卷取輥以設(shè)定的紗線(xiàn)速度恒速回轉(zhuǎn)，送經(jīng)輥根據(jù)綜平時(shí)刻紗線(xiàn)張力狀態(tài)檢測(cè)結(jié)果變速回轉(zhuǎn)，通過(guò)調(diào)整送經(jīng)量保持設(shè)定的張力不變，漿紗在此狀態(tài)下受到磨料筘桿的摩擦作用；2)一旦發(fā)生斷紗，經(jīng)停裝置發(fā)動(dòng)停車(chē)，自動(dòng)記錄漿紗通道序號(hào)和耐磨次數(shù)，隨即根據(jù)留存的漿紗根數(shù)自動(dòng)調(diào)整紗線(xiàn)張力，保持每根紗線(xiàn)的上機(jī)張力恒定，繼而自動(dòng)啟動(dòng)后續(xù)測(cè)試，直至完成全部10根漿紗的測(cè)試。

1.2.3 測(cè)試數(shù)據(jù)處理顯示

借助于Visual Studio 2019平臺(tái)設(shè)計(jì)的交互界面(見(jiàn)圖4)，能在測(cè)試過(guò)程中顯示每根漿紗的工位和磨斷次數(shù)，完成全部10根漿紗測(cè)試后，系統(tǒng)顯示和存儲(chǔ)本組漿紗耐磨次數(shù)均值和CV值。

圖4 人機(jī)交互界面Fig.4 Human-computer interaction interface

2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證測(cè)試儀器和方法，采集南通某紡織公司的9.7 tex純棉漿紗紗樣A以及無(wú)錫某紡織公司的14.5 tex純棉原紗和漿紗紗樣，9.7 tex純棉原紗和漿紗紗樣和5.8 tex純棉原紗和漿紗紗樣進(jìn)行耐磨性測(cè)試。

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

采用JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀分別對(duì)以上紗樣在恒溫恒濕(溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為65%)狀態(tài)下測(cè)試，每個(gè)紗樣測(cè)試5組，每組10根，以磨斷次數(shù)(耐磨壽命)表征其耐磨性能。

同時(shí)，采用LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨測(cè)試儀對(duì)無(wú)錫某紡織公司的14.5、9.7、5.8 tex 3種線(xiàn)密度的純棉漿紗和原紗進(jìn)行耐磨性測(cè)試。

2.2 測(cè)試參數(shù)設(shè)置

JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀的可調(diào)參數(shù)分別是工作頻率、開(kāi)口動(dòng)程、筘座擺角、卷取速度和上機(jī)張力。

2.2.1 測(cè)試參數(shù)對(duì)紗線(xiàn)耐磨的影響

1)工作頻率。測(cè)試儀的工作頻率模擬了織機(jī)的速度，隨著工作頻率的增大，運(yùn)動(dòng)部件的加速度增大，紗線(xiàn)表面受到的摩擦作用加劇，紗線(xiàn)的耐磨壽命下降。受測(cè)試儀器運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)所限，工作頻率不易過(guò)高。

2)開(kāi)口動(dòng)程。開(kāi)口動(dòng)程對(duì)應(yīng)織機(jī)上的綜框開(kāi)口高度。紗線(xiàn)在耐磨測(cè)試過(guò)程中，反復(fù)拉伸摩擦導(dǎo)致紗線(xiàn)內(nèi)的纖維發(fā)生滑移，隨著開(kāi)口動(dòng)程的增大，滿(mǎn)開(kāi)造成的紗線(xiàn)張力增加[11-12]，紗線(xiàn)受到的摩擦作用加劇，耐磨壽命下降。

3)筘座擺角。筘座的往復(fù)擺動(dòng)形成磨料筘桿與紗線(xiàn)在水平和垂直2個(gè)方向上的摩擦，隨著筘座擺角的增大，漿紗與磨料筘桿在2個(gè)方向上的摩擦動(dòng)程均增大，使得筘齒對(duì)紗線(xiàn)的摩擦作用增強(qiáng)，紗線(xiàn)的耐磨次數(shù)減少。

4)卷取速度。在摩擦測(cè)試過(guò)程中，卷取速度越快，即紗線(xiàn)前進(jìn)的線(xiàn)速度越大，磨料筘桿對(duì)紗線(xiàn)同一部位的摩擦作用就越弱，因此，隨著卷取速度的增加，紗線(xiàn)的耐磨壽命也會(huì)增加。

5)上機(jī)張力。紗線(xiàn)在綜平時(shí)的張力稱(chēng)之為上機(jī)張力。確定上機(jī)張力時(shí)要考慮紗線(xiàn)線(xiàn)密度，高支紗的上機(jī)張力應(yīng)低于低支紗。對(duì)于同一線(xiàn)密度的紗線(xiàn)，增大測(cè)試時(shí)的上機(jī)張力，紗線(xiàn)與磨料筘桿間的摩擦作用加劇，紗線(xiàn)越易磨損，紗線(xiàn)耐磨次數(shù)隨著上機(jī)張力的增加而減少。

2.2.2 測(cè)試參數(shù)的確定

開(kāi)口動(dòng)程、工作頻率、筘座擺角、卷取速度、上機(jī)張力5個(gè)參數(shù)對(duì)紗線(xiàn)耐磨性能均有影響。依據(jù)儀器運(yùn)行平穩(wěn)，耐磨次數(shù)CV值較小的原則，選擇工作頻率200 r/min、開(kāi)口動(dòng)程25 mm、筘座擺角20°、卷取速度3 mm/min、上機(jī)張力2.0 cN/tex為測(cè)試設(shè)定參數(shù)。

LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨儀的測(cè)試參數(shù)設(shè)定為：摩擦頻率60次/min，重錘質(zhì)量20 g，砂紙?zhí)枖?shù)600。

3 結(jié)果分析

3.1 紗樣A測(cè)試結(jié)果分析

紗樣A測(cè)試了10組(共100根)，分別對(duì)前30、40、50、60、70、80、90和100根漿紗測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)表1。

表1 不同樣本容量的漿紗耐磨測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of abrasion resistance of sizing yarn with different sample sizes

由表1可知，當(dāng)測(cè)試組數(shù)達(dá)到4組(40根)漿紗后，漿紗耐磨壽命均值較10組(100根)時(shí)的相對(duì)偏差均小于1.4%，因此，測(cè)試儀以5組共50根漿紗為測(cè)試樣本，測(cè)試結(jié)果就可以反映所測(cè)漿紗的耐磨性能。隨著測(cè)試組數(shù)的增加，所測(cè)漿紗耐磨壽命的CV值沒(méi)有大的波動(dòng)，表明測(cè)試的可靠性和穩(wěn)定性。

3.2 其他紗樣測(cè)試結(jié)果分析

其他6個(gè)紗樣在2種儀器上分別測(cè)試5組(共50根紗)，其耐磨壽命均值、CV值和漿紗耐磨提高率如表2所示。

表2 紗線(xiàn)耐磨壽命測(cè)試結(jié)果Tab.2 Results of abrasion resistance life of yarn

由表2可知:5.8 tex原紗耐磨壽命最高，9.7 tex原紗與5.8 tex的相近，14.5 tex原紗耐磨壽命最短，這是由于上機(jī)張力是按線(xiàn)密度高低等比例設(shè)定的，降低了紗線(xiàn)線(xiàn)密度對(duì)耐磨壽命的影響，并且高支紗的配棉優(yōu)于低支紗；與對(duì)應(yīng)原紗相比，3種漿紗的耐磨壽命較原紗均有所提高，其中9.7 tex漿紗增加最多(提高了81.93%)，5.8 tex漿紗次之，14.5 tex漿紗最低，這種提高很大程度上取決于織物品種對(duì)經(jīng)紗上漿的要求，通過(guò)漿料和上漿工藝實(shí)現(xiàn)的；LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨儀測(cè)定的漿紗耐磨提高率高達(dá)2倍以上，而JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀測(cè)定結(jié)果均在1倍以?xún)?nèi)；對(duì)于JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀測(cè)得的3種線(xiàn)密度紗線(xiàn)的漿紗耐磨壽命CV值顯著低于LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨儀。

4 結(jié) 論

客觀評(píng)價(jià)漿紗在織機(jī)上的耐磨性能，是提高漿紗和漿料應(yīng)用水平的重要前提。通過(guò)漿紗耐磨測(cè)試儀的研發(fā)以及對(duì)幾種不同線(xiàn)密度紗線(xiàn)的測(cè)試和分析，得出如下結(jié)論。

1)JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀上與紗線(xiàn)接觸的停經(jīng)片、開(kāi)口和打緯等部件，其形式和運(yùn)動(dòng)較好地模擬了它們?cè)诳棛C(jī)上的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠更真實(shí)地反映在織機(jī)循環(huán)載荷作用下的漿紗磨損及其失效狀態(tài)。

2)在JN-01漿紗耐磨測(cè)試儀和LFY-109A型電腦紗線(xiàn)耐磨儀上進(jìn)行的測(cè)試和數(shù)據(jù)分析表明,本文提出的漿紗耐磨性能測(cè)試方法可行，結(jié)果穩(wěn)定。為正確評(píng)價(jià)織機(jī)動(dòng)態(tài)負(fù)載作用下經(jīng)紗的耐磨壽命提供了一種有效測(cè)試手段。

FZXB