（纺织工程专业论文）棉氨转杯弹力纱与环锭弹力纱的对比研究.pdf

棉氨转杯弹力纱与环锭弹力纱的对比研究 摘要 目前棉氨弹力纱主要采用环锭纺纱方法纺制，但仍然不能避免 环锭纺纱方法自身的一些缺点，如生产效率低、工艺流程长等，所以 人们尝试着运用新型纺纱技术来生产棉氨弹力纱。新型纺纱有其独 特的优势，如工艺流程短、生产效率高、大卷装等。转杯纺是新型纺 纱中发展最为迅速的纺纱方法，而将转杯纺纱技术用于短纤长丝复 合纺纱的研究在国内还处在起步阶段。为此，本文从加工棉氨弹力 纱的角度，对转杯纺纱方法和环锭纺纱方法的工艺、纱线性能和结构 进行对比分析，主要包括以下几方面的研究内容： 首先，研究了锭速、捻系数、长丝牵伸倍数等工艺参数对棉氨 环锭弹力纱性能的影响，在此基础上通过正交设计，得到本实验条件 下棉氨环锭弹力纱的优化工艺配置：对于6 1 t e x 棉氨环锭弹力纱， 锭速为1 2 0 0 0 r m i n ，捻系数为3 3 0 ，长丝牵伸倍数为3 6 3 ；对于3 9 r e x 棉氨环锭弹力纱，锭速为1 2 0 0 0 r m i n ，捻系数为3 7 0 ，长丝牵伸倍 数为3 5 。 第二，对转杯弹力纱与环锭弹力纱工艺进行了对比分析。研究表 明：转杯弹力纱性能随捻系数、长丝牵伸倍数变化的总体规律与环锭 弹力纱一致：随着捻系数的增加，弹力纱的断裂强度先增加后减小， 断裂伸长率逐渐增加，条干不匀率和毛羽指数逐渐减小；随着长丝牵 伸倍数的增加，弹力纱的断裂强度逐渐增加，断裂伸长率先增加后减 小，条干不匀率和毛羽指数逐渐增加。但是，转杯弹力纱的断裂强度 比环锭弹力纱低，断裂伸长率高，条干不匀率和毛羽指数优于环锭弹 力纱。 第三，运用优化工艺纺制了6 1 r e x 和3 9 t e x 的棉氨转杯弹力纱和 环锭弹力纱，同时还纺制了一系列同特数的棉氨转杯弹力纱与环锭 弹力纱，分析转杯弹力纱与环锭弹力纱性能在总体上的区别。通过研 究发现：转杯弹力纱的断裂强度比环锭弹力纱低1 0 1 5 ；断裂伸长 率比环锭弹力纱高3 0 4 0 ；条干不匀率比环锭弹力纱低约1 0 2 5 ； 毛羽指数较环锭弹力纱低7 5 8 0 ；弹性回复率比环锭弹力纱高1 0 1 5 。 第四，运用扫描电镜法和溶液浸没法研究转杯弹力纱与环锭弹力 纱结构上的不同。研究表明：转杯弹力纱是短纤纱包缠长丝形成弹力 纱，环锭弹力纱是短纤维包缠长丝成纱。 最后，利用自适应模糊神经网络a n f i s 对弹力纱的强度和回弹性 进行了预测。经分析预测模型得出：弹力纱捻系数、长丝牵伸倍数及 特数与弹力纱强度和弹性回复率之间为非线性关系。 关键词：转杯纺，环锭纺，包芯纱，弹力纱，性能，结构 c o a 】u s o no fc o t t o n 伊o l y _ 【瓜e t h a 匝e l a s t i c r o t o rs p u ny a r na n dr 【n gs p u ny a r n a b s t r a c t a tp r e s e n tt h ec o t t o n p o l y u r e t h a n ee l a s t i cy a mi sm a i n l yp r o d u c e d b yt h em e t h o do fr i n gs p i n n i n g h o w e v e r , r i n gs p i n n i n gh a sal o t o f w e a k n e s ss u c ha sl o we f f i c i e n c y , c o m p l e xt e c h n o l o g ya n dl o n gf l o we t c ， s op e o p l ea t t e m p tt ou s en e w - t y p es p i n n i n gt op r o d u c et h ec o m p o s i t e y a m n e w - t y p es p i n n i n gh a su n i q u es u p e r i o r i t ys u c ha ss h o r tf l o w , h i g h e f f i c i e n c ya n db i gv o l u m ee t c t h er o t o rs p i n n i n gh a sb e c o m eo n eo ft h e m o s tq u i c k l yd e v e l o p e dn e w - t y p es p i n n i n g i nr e c e n ty e a r s ，t h es t u d yo f r o t o rs p u nc o m p o s i t ey a r nh a sb e g u ni no u rc o u n t r y t h ep r o c e s s ， p r o p e r t ya n ds t r u c t u r eo fc o t t o n p o l y u r e t h a n ee l a s t i cr o t o rs p u ny a m a r e c o m p a r e dw i t ht h o s eo fc o t t o n p o l y u r e t h a n ee l a s t i cr i n gs p u ny a r ni nt h i s a r t i c l e f i r s t l y , t h ee f f e c to fr i n gs p e e d ，t w i s tf a c t o ra n dt h ed r a wr a t i oo f f i l a m e n to nt h ep r o p e r t yo fc o t t o n p o l y u r e t h a n ee l a s t i cr i n gs p u ny a mi s a n a l y z e d t h eo p t i m u mp a r a m e t e r sa r eo b t a i n e du s i n gt h eo r t h o g o n a l d e s i g nt h e o r y f o rt h e6 1t e xc o t t o n p o l y u r e t h a n ee l a s t i cr i n gs p u ny a m ， t h eo p t i m i z e dr i n gs p e e di s1 2 0 0 0 r m i n ，t w i s tf a c t o ri s3 3 0a n dd r a wr a t i o i s3 6 3 f o rt h e3 9 t e xc o t t o n p o l y u r e t h a n ee l a s t c r i n gs p u ny a m ，t h e o p t i m i z e dr i n gs p e e di s 12 0 0 0 d m i n ，t w i s tf a c t o ri s3 7 0a n dd r a wr a t i oi s 3 5 s e c o n d l y , t h ep r o c e s so fe l a s t i cr o t o rs p u ny a ma n dr i n gs p u ny a m a rec o m p a r e d t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e p r o p e r t yo fe l a s t i cr o t o rs p u ny a r na n dt h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r si s s i m i l a rw i t ht h a to fe l a s t i cr i n gs p u ny a m w i t ht h ei n c r e a s eo ft h et w i s t f a c t o r , t h es t r e n g t ho fe l a s t i cy a mi n c r e a s e sf i r s ta n dt h e ng o e sd o w n t h e e l o n g a t i o n ，e v e n n e s sa n dh a i r i n e s sd e c r e a s eg r a d u a l l ya st h et w i s tf a c t o r i n c r e a s e s t h ee l o n g a t i o no fe l a s t i cy a mi n c r e a s e sf i r s ta n dt h e ng o e s d o w nw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ed r a wr a t i oo fp o l y u r e t h a n ef i l a m e n t ，w h i l e t h es t r e n g t h ，e v e n n e s sa n dh a i r i n e s so fe l a s t i cy a r nk e e pi n c r e a s i n g t h e r e a r ea l s os o m ed i f f e r e n c e sb e t w e e ne l a s t i cr o t o rs p u ny a r na n de l a s t i cr i n g s p u ny a r n t h es t r e n g t h ，e v e n n e s sa n dh a i r i n e s so fe l a s t i cr o t o rs p u ny a m a r el o w e rt h a nt h o s eo fe l a s t i cr i n gs p u ny a r nw h i l et h ee l o n g a t i o ni s h i g h e rt h a nt h a to fe l a s t i cr i n gs p u ny a r n t h i r d l y , 6 1t e xa n d3 9 t e xe l a s t i cr o t o rs p u ny a ma n dr i n gs p u ny a r n s p u nw i t ht h eo p t i m u ms p i n n i n gp a r a m e t e r s i na d d i t i o n ，as e r i e so f e l a s t i cr o t o rs p u ny a ma n de l a s t i cr i n gs p u ny a mw i t ht h es a m el i n e a r d e n s i t yw e r es p u n t h ed i f f e r e n c eo fp r o p e r t yo fe l a s t i cr o t o rs p u ny a m a n de l a s t i cr i n gs p u ny a mi ss t u d i e d t h es t r e n g t ho fe l a s t i cr o t o rs p u n y a r ni sl o w e rt h a nt h a to fe l a s t i cr i n gs p u ny a mb y10 l5 ，t h e e l o n g a t i o ni sh i g h e rt h a nt h a to f e l a s t i cr i n gs p u ny a mf o ra b o u t3 0 , - - - , 4 0 ， t h ee v e n n e s si sl o w e rt h a nt h a to fe l a s t i cr i n gs p u ny a m sb y10 - - - 2 5 ， t h eh a i m e s si sl o w e rt h a nt h a to fe l a s t i cr i n gs p u ny a r nb y7 5 - 8 0 ，t h e e l a s t i cr e c o v e r yi sh i g h e rt h a nt h a to fe l a s t i cr i n gs p u ny a mb y10 - - 15 f o u r t h l y , t h ed i f f e r e n c eo fs t r u c t u r eo fe l a s t i cr o t o rs p u ny a ma n d r i n gs p u ny a r ns p u nw i t ht h eo p t i m u ms p i n n i n gp a r a m e t e r si ss t u d i e d u s i n gt h em e t h o do fs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p ya n dt h em e t h o do f i m m e r g i n go fl i q u o r t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h es t r u c t u r eo fe l a s t i cr o t o r s p u ny a mi st h a tt h es t a p l ey a r nw r a p sa r o u n dt h ef i l a m e n t ，w h i l et h e s t r u c t u r eo fe l a s t i cr i n gs p u ny a r ni st h a tc o t t o nf i b r ec o v e r st h ef i l a m e n t f i n a l l y , t h es t r e n g t ha n de l a s t i c i t yo ft h ee l a s t i cy a mw e r ep r e d i c t e d u s i n ga d a p t i v en e u r a l n e t w o r k - b a s e df u z z yi n f e r e n c es y s t e m ( a n f i s ) t h ep r e d i c t i v em o d e l ss h o wt h a tt h es t r e n g t ha n de l a s t i c i t yo ft h ee l a s t i c y a mh a v en o n l i n e a rr e l a t i o n s h i pw i t ht w i s tf a c t o r , d r a wr a t i oo ff i l a m e n t a n dl i n e a rd e n s i t y l i uz h i f e n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f w a n gx i n h o u k e y w o r d s ：r o t o rs p i n n i n g ，r i n gs p i n n i n g ，c o r ey a r n ，e l a s t i cy a m ， 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：反佑峄 日期： 聊年| 1 2 月冲日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：刮南学 日期：叼铋月彳日 指导教师签名：汤乒咖 日期：印夕年肚月巧目 第一章引言 1 1 研究背景和意义 第一章引言弟一早 i 百 运用天然短纤维和化纤长丝纺制复合纱，超越了以往纯纺、混纺、短纤维纱 与长丝复合在结构和性能上的局限性，使各种成分的纤维在混纺纱中混合均匀， 纤维各自的优良性能得到充分的发挥，因此越来越受到人们的重视。 目前生产复合纱的方法主要有环锭纺、喷气纺、摩擦纺、静电纺和转杯纺等 方法。应用最广泛的是环锭纺，已工业化生产。运用传统环锭细纱机生产复合纱， 主要是在经过改造的环锭细纱机上，增加了长丝喂入装置。虽然对环锭细纱机进 行改造，可以纺制出复合纱，但还是避免不了环锭纺纱本身所固有的一些弊病， 如生产效率低、工艺流程长等等，所以人们尝试着运用新型纺纱技术来生产复合 纱。因为新型纺纱有其独特的优势，如生产效率高、工艺流程短、大卷装等，会 极大地提高生产效率。但对于对转杯复合纱技术的研究是否必要，还存在分歧： 一方面认为，环锭纺复合纱技术已经成熟，没有必要再研究转杯纺复合纱；另一 方面认为，转杯纺复合纱技术是复合纱技术上的新突破，有着很大的发展潜力与 价值。 对于新型纺纱技术而言，发展最快、最成熟的是转杯纺。转杯纺复合纱的思 想最早可以追溯到2 0 世纪6 0 年代末，但只是到了近几年研究的学者才多起来， 生产技术还不算成熟。虽然国外已经发明了转杯复合纺纱机，如瑞士r i e t e r 的 b t 9 0 4 转杯复合纺纱机。国内的转杯复合纱的研究还处于起始阶段，对于这方面 的研究还有待于加深。 综合国内外关于复合纱技术的研究，还未曾有人对转杯复合纱技术与环锭复 合纱技术与进行过系统的分析研究，大都局限于对一种纺纱技术的探讨。本文将 对两种复合纱技术进行对比分析，通过对复合纱线的性能指标进行定量研究，为 实际生产和理论研究提供依据。 第一章引言 1 2 复合纺纱的概述 由两种或两种以上的纤维( 或长丝) 通过复合加工的方法制成的纱线称为复合 纱。复合纺纱是一种纤维混纺技术，但与一般的混纺技术不同，它不是纤维层次 上的混合，而是纤维须条层次上的复合。复合纱生产技术追求与一般混纺纱线不 同的纱线结构，从而获得与混纺纱线不同的性能n 3 。 1 2 1 复合纱的分类伽 根据复合纱的纺制及其结构的不同主要分为以下几种： ( 1 ) 混纺纱，一般由两种或两种以上的短纤维经过混合后，在并条工序将不 同原料的条子按一定的混纺比合并、牵伸而纺成。 ( 2 ) 混捻纱，各种不同长丝通过并合加捻、假捻变形、空气变形等方法复合 在一起，主要是各种化学长丝。 ( 3 ) 长丝短纤复合纱，复合纱中一种或多种组分为长丝，另外一种或多种组 分为短纤，通过加捻成纱。主要有包芯纱、包缠纱、合股纱等。 1 2 2 复合纺纱的方法 复合纺纱的方法主要有混纺( b l e n d e ds p i n n i n g ) 、包缠纺( w r a ps p i n n i n g ) 、 包芯纺( c o r e - s p u n ) 、赛罗纺( s i r o s p u n ) 、赛罗菲尔纺( s i r o f i l ) 、索罗纺 ( s o l o s p u n ) 等，都是利用两种或两种以上组分复合成一种纱线的过程，但这些方 法又有本质的区别，主要体现在纺纱机的结构、复合的组分、喂入方式和工艺参 数的差异d 1 。 1 2 3 生产复合纱的方法 目前可以通过环锭纺、喷气纺、静电纺、摩擦纺、转杯纺等方法纺制复合纱， 使用最广泛的是环锭纺。 ( 1 ) 环锭纺 在改进的传统环锭细纱机上，加装长丝喂入装置，长丝不经过细纱机的牵伸 部件，而经过加装的预牵伸机构和v 型槽导轮，自前罗拉皮辊后方的集棉器处喂 2 第一章引言 入，与牵伸后的短纤维须条相合并，同时经过集棉器及前罗拉，再由锭子回转加 捻而成长丝短纤复合纱“吲。如图1 - 1 所示为经过改造的环锭细纱机，用于纺制 氨纶弹力纱的改造示意图阐。 ( 2 ) 喷气纺 经改造后的喷气纺纱机，增加了长丝架，长丝从长丝架上引出经张力装置后， 通过导丝器进入前钳口。外包纤维以粗纱( o z 可以是条子) 形式进入牵伸装置，短 纤维经牵伸后与长丝一起经过前钳口后进入喷嘴成纱，再经导纱钩和引纱罗拉 后，卷绕成筒子纱盯嘲。如图1 - 2 所示为喷气纺长丝复合纱流程图。 卜- 氯纶丝乎抒祷予2 邈绕罗披 - - v 囊擒导艳 毒一麓夔缀纱争_ 后罗拉辱孛罗控一静罗控 和寺穹湖弘絮蓼嘴妗 图1 - 1 环锭细纱机改造示意图 ( 3 ) 静电纺 图1 - 2 喷气纺长丝复合纱流程图 采用静电技术把长丝中的根根单丝分散开来，使之与短纤维充分混合，与短 纤维粗纱须条在改进的环锭细纱机上纺制复合纱四1 ，原理如图卜3 所示。 图1 - 3 静电纺复合纺纱原理图 3 第一章引言 ( 4 ) 摩擦纺 摩擦纺复合纱的成纱原理是：芯丝被放置在两摩擦辊中问，经刺辊开松后的 外包纤维通过输棉管进入到楔形凝聚区内，并覆盖在芯丝表层，在一对同向回转 摩擦辊表面摩擦力的作用下，获得转动力矩而加捻成纱n 。 ( 5 ) 转杯纺 通过对传统转杯纺纱机的改造，使用转杯空心锭子，增加长丝退绕装置，纺 纱时长丝通过轴向空心锭子进入转杯内，与经过分梳进入凝聚槽的短纤维在转杯 高速回转加捻的作用下包缠成纱，之后被引纱罗拉引出并直接绕成筒子n 幻。其工 作原理如图i - 4 所示。 图1 - 4 转杯纺复合纱原理图 1 3 环锭弹力纱的研究现状及发展 环锭纺是纺纱技术中所占比例最大且最重要的一种形式，随着新型纺纱技术 的日益成熟和完善，环锭纺纱技术受到了极大的挑战。对于环锭纺纱而言，除了 应继续保持其纺制细号纱的优势外，还应在扩大品种适应性、改善纱线结构、提 高纱线质量方面进行改进，扩大传统细纱机的应用范围，提高市场竞争力n 羽。 8 0 年代初，包芯纱纺纱技术作为一种复合纺纱方法得到发展n 幻，这种纱线一 般是以化纤长丝为芯丝，天然纤维为包覆纤维。通过在传统环锭细纱机上添加导 丝机构和张力控制装置进行纺纱。1 9 9 2 年，s a w h n e y n 力等人研制了双粗纱与长 丝纺制包芯纱的方法，它是将长丝置于两根短纤维粗纱条中问进行纺纱的方法， 而且该方法还申请了专利n 卜1 9 1 。 1 9 9 2 年，s r i n i v a s a n 降2 妇对在环锭细纱机上得到的复合纱进行空气变形处 4 第一章引言 理，可长丝与短纤维间的抱合得到迸一步提高，纱线模量降低，蓬松性更好。 近年来，j o u 嘲w u 和l e e 净嘲采用h i c k s 和d e e n i n g 的专利，对由静电法使 长丝分散，再与短纤维粗纱须条在改进的环锭细纱机上纺制复合纱的装置及成纱 性能进行了一系列研究工作。 目前国外在环锭复合纱方面的生产技术已经比较成熟，国内在这方面的生产 实践在近几年才发展起来，一般是在改造的环锭纺纱机上加工。对于包芯纱性能 的研究国外文献比较多，国内主要集中在生产实践以及生产工艺参数的变化对包 芯纱性能的影响上。 n t a r a f d e r t 2 7 1 认为：棉尼包芯纱与纯棉纱相比，能改善纱的拉伸强度和断 裂伸长。芯丝含量、预张力及纱的捻系数会影响纱的强伸性及条干不匀率。 a l ia k b a rm e r a t i 嘲认为：棉尼包芯纱的强度受芯丝的预张力的影响，其 强度大小取决于芯丝的应力应变曲线及芯丝的含量；包芯纱的条干不匀率比纯棉 纱好；芯丝预张力对纱的条干不匀率有明显地影响。 s m e l k a y a 研究了芯丝预张力对包芯纱性能的影响，发现随着芯丝预张力的 增加，包芯纱的强度先增加然后下降，延伸性和耐磨性则逐渐减小。 蒋国华啪3 在环锭细纱机上纺制棉麻包芯纱，并对纺纱工艺进行了探讨、优 化，通过正交试验法，得到了最佳的预牵伸倍数和捻度。 王静荣等口分析了包芯纱的成纱机理及影响包芯纱包覆效果的主要因素。经 研究发现，改变加捻三角区的高度、宽度以及长丝与短纤维须条在细纱机前钳口 处的相对位置，可显著改善包芯纱的包覆效果。 董灿君m 1 认为在纺制氨纶包芯纱时，氨纶长丝的细度和预牵伸倍数是重要的 两项参数，应根据织物用途合理选配，纺制高质量的氨纶包芯纱其操作方法也极 为重要。 彭绍钧3 1 研究了棉氨包芯纱在环锭细纱机上的生产工艺，并且从弹性、定 型、氨纶含量、强力等几个方面阐述了影响棉氨包芯纱质量性能的主要因素。 同时也对氨纶包芯纱的粘弹性进行了定性和定量的研究。 韩璐m 1 分析了包芯纱性能测试中的预加初张力，针对于棉氨包芯纱而言， 主要取决于氨纶丝的牵伸倍数。并且还推导出了包芯纱中氨纶丝含量的计算公 式，在分析了影响包芯纱中氨纶丝变形伸长的各种因素的基础上，提出了氨纶丝 变形伸长率的理论解析式。 第一章引言 国内弹力纱绝大多数是在环锭细纱机上2 n - r 的，品种局限于棉氨、涤氨、 毛氨、麻氨、锦氨弹力纱等品种。随着生产的发展，科技的进步，弹力纱的 品种将会更加丰富，关于弹力纱的研究也会更加成熟。 1 4 转杯弹力纱的研究现状及发展 转杯纺纱是新型纺纱技术中最成熟，发展最快的一种，自上世纪7 0 年代以来， 全世界的转杯纺纱技术就得以快速发展。据资料统计，至l j 2 0 0 0 年全世界转杯纺纱 设备有7 6 0 6 万头，2 0 0 4 年我国转杯纺纱设备也已达到1 1 6 万头，转杯纺纱已成为 第二大棉纺纺纱设备嘲。 利用转杯纺纱机纺制复合纱的思想可以追溯：至t j 2 0 世纪6 0 年代末啪1 ，直n t o 年 代后期p e t e ra r t z t 1 才运用改造后的转杯纺纱机纺制出长丝短纤复合纱。此 后，e d a g a w ah a i x n e r 1 等人又进行了新的尝试，运用短纤维纱代替长丝来纺制 复合纱，a l i o ss t e j s k a l 汹1 等人详细的分析了长丝的喂入对包芯纱性能的影响。 与此同时，日本、英国、奥地利等国的学者也一直从事这方面的研究，从而使得 关于转杯纺复合纱的实验研究变得比较成熟。直至u 2 0 0 0 年，以k bc h e n m l 为代表 的学者才开始研究各项工艺参数和纱线性能间的关系。2 0 0 2 年f a r s h i d p o r u e s f a n d i a r i “此等人和y o - i c hm a t s u h o t o h 2 1 等人先后对转杯复合纱纺纱工艺 对纱线结构性能和加捻机理进行了初步的实验和理论分析。 杨平、王新厚等乜1 对常规转杯纺纱机进行改造，使用转杯空心锭子，纺制长 丝短纤弹力复合纱，而且还研究了转杯纺复合纱的成纱机理以及加捻机理，分 析其与传统转杯纺纱的不同之处，为进一步研究转杯复合纱提供了理论依据。 任秀红、王新厚等“3 1 研究了捻系数、长丝牵伸倍数等工艺参数对转杯纺棉 氨弹力复合纱性能的影响，分析了转杯纺复合纱的结构形成机理和加捻成纱机 理，并且研究了转杯纺复合纱的强伸性能。 张喜昌1 等分析了转杯纺氨纶复合纱的外观和性能，发现与转杯纺纯棉纱相 比，转杯纺氨纶复合纱的表面更为均匀光洁。 张海霞h 5 1 等分析了转杯速度、氨纶丝牵伸倍数及捻系数对转杯纺棉氨复合 纱强伸性能、弹性回复性、条干及成纱毛羽的影响，并通过正交试验对工艺参数 进行了优化，确定出了优异的工艺参数。 6 第一章引言 进入2 1 世纪以来，国内外的一些转杯纺机制造企业以及科研人员，开始着 手研究在转杯纺机上纺制包芯纱的方法。2 0 0 2 年，瑞士r i e t e r ( 立达) 公司推出 的b t 9 0 4 型包芯转杯纺纱机。目前国内在这方面的研究还处于起始阶段，2 0 0 4 年浙江日发纺织机械公司对转杯纺的改造有过研制，推出了r f r s 2 0 型包芯转杯 纺纱机，但没有得到很好的推广。另外，东华大学新型纺纱研究室一直从事转杯 复合纱技术的研究，杨平、任秀红、王新厚等对传统转杯纺纱机进行了改造，可 顺利纺制转杯复合纱，并对转杯复合纱的工艺进行了研究，目前此方面的研究还 在进一步深化之中。 1 5 转杯弹力纱与环锭弹力纱的对比研究 根据本人所查阅资料，至今未曾有人对转杯弹力纱与环锭弹力纱进行过系统 地对比分析研究，大都局限于一种纺纱技术。即使有关于复合纱性能研究，也局 限于一种复合纱本身，偶尔有一些关于复合纱与传统纱线性能上的定性研究，没 有进行过定量研究。因此，有必要对这两种复合纱技术进行系统研究，从理论和 实验两方面对纺纱工艺原理及纱线性能和结构进行对比分析。 1 6 本课题的研究目的和研究内容 本课题主要是关于棉氨转杯弹力纱与环锭弹力纱的对比研究，通过纺制棉 氨弹力纱，研究两种不同纺纱技术条件下的纱线性能和结构上的区别，为生产和 理论研究提供一定的依据和参考价值。 本课题研究的主要内容包括： ( 1 ) 棉氨环锭弹力纱纺纱工艺优化以及棉氨转杯弹力纱与环锭弹力纱工艺对 比研究； ( 2 ) 棉氨转杯弹力纱与环锭弹力纱性能和结构对比研究； ( 3 ) 运用自适应模糊神经网络( a n f i s ) ，预测各项工艺参数对弹力纱性能的影响。 7 第二章棉氨弹力纱纺纱实验与测试条件 第二章 g 氨弹力纱纺纱实验与测试条件 2 1 棉氨弹力纱实验设备 2 1 1 棉氨环锭弹力纱纺纱设备 采用t h 0 1 型多功能细纱实验机 2 1 2 棉氨转杯弹力纱纺纱设备 本文利用自行改造过的f a 6 0 1 a 型自排风式转杯纺纱机，纺制棉氨转杯弹力 纱。改造后的实验机兼顾了常规改造时的可行性，不仅能在实验室成功生产出复 合纱，在大生产环境下也可进行改造并进行纺纱。转杯复合纺纱机的改造特点如 下： ( 1 ) 加装了导丝管的转杯，保证长丝能喂入到转杯中。如图2 - 1 所示： 管 图2 - 1 改造过的转杯和与之配套导丝管示意图 图2 - 1 为改造后过的转杯和与之配套导丝管示意图，与常规转杯相比，其特 点是转杯轴有一轴向通孔。其设计思路就是在原来实心的转杯轴中心加工出一通 孔，并沿转杯轴往外延伸。轴向通孔的直径不能太小，否则不能起到直接喂入长 丝的作用；但是又不能太大，否则转杯轴的强度不能达到原有转杯轴强度的设计 要求。轴向通孔内套一导丝管，导丝管由一般的中空钢管，有一定的刚度和韧性， 第二章棉氨弹力纱纺纱实验与测试条件 在较小力作用下不易弯曲，其外径稍小于轴向通孔的内径，两者之间的配合有一 定的间隙，主要为了保证转杯轴高速转动过程中转杯轴的轻微振动而不会碰到导 丝管，避免导丝管受磨损。在纺纱过程中，转杯和转杯轴高速旋转，而导丝管固 定在纺纱机架上不随转杯转动，长丝经导丝管直接喂入转杯中，由此导丝管能避 免长丝被加捻而影响弹力纱线的弹性。此外，导丝管的一端与转杯轴杯面齐平， 另一端伸出于轴向通孔外，并延伸到纺纱机架的前面，方便纺纱时长丝的接头。 ( 2 ) 加装了长丝喂入装置，其传动图如图2 - 2 所示： r ，一长丝退绕罗拉m 一三相异步电机i 一变频器 图2 - 2 氨纶丝退绕传动示意图 图2 2 为氨纶丝退绕传动示意图，此长丝喂入装置能够控制氨纶丝的喂入， 保证氨纶通过转杯而没有被加捻，且方便开始纺纱时的接头操作；能稳妥地放置 氨纶丝筒子，并能顺利退解，保证氨纶丝没有被额外牵伸；而且能形成氨纶丝的 预牵伸，根据产品的用途要求进行任意牵伸倍数的调整。 长丝退绕罗拉r 。，r ：同向同速回转，其传动通过单独的变频器控制减速电机 传动一级减速齿轮输出来传动，改变变频器i 的频率就可以改变长丝退绕罗拉速 度，从而控制氨纶丝的牵伸倍数：氨纶丝退绕采用积极退绕方式，保证氨纶丝牵 伸倍数从大筒子到小筒子时的牵伸倍数是一致的，有效克服了自由退绕时牵伸倍 数随筒子大小变化的缺点；使用变频调速后，实行软启动，消除了传统传动方式 启动时，长丝退绕罗拉瞬间速度变化大而造成氨纶长丝牵伸倍数起伏波动的现 象，提高了成纱质量；另外，在转杯纺纱机的中部安装了导丝钩，导丝钩的基部 固定在机架上，其前端做成环状，以便长丝穿过。 9 第二章棉氨弹力纱纺纱实验与测试条件 2 2 实验与测试条件 2 2 1 实验原料 为了保证实验的可比性，本文所加工的棉氨转杯弹力纱与棉氨环锭弹力 纱，采用相同氨纶作为长丝组分，选用的是日本东洋纺7 0 d 氨纶裸丝；外包短纤 维分别选用同一规格的棉条与棉粗纱，棉条定量为1 9 5 9 5 m ( 干重) ，粗纱定量 为5 1 8 9 l o m ( 干重) 。 2 2 2 测试仪器与测试条件 为了评定棉氨弹力纱的成纱质量，我们选用断裂强度、断裂伸长率、条干 不匀率、毛羽指数等参数作为纱线性能测试指标。测试指标选用测试仪器及测试 条件如下： 纱线特数：y g 0 8 6 型缕纱测长机、电子秤，摇纱张力1 2 4 - 0 2 c n t e x 州力 纱线捻度：y 3 3 1 a 型纱线捻度仪测试，预加张力0 5 0 0 5c n t e x 强伸性能：y g 0 6 1 纱线强伸度仪测试，拉伸速度5 0 0 m m m i n ，预加张力为1 0 0 1c n t e x 条干不匀率：y g l 3 5 条干均匀度测试分析仪，测试速度2 0 0 m m i n ，测试时间 l m i n 毛羽指数：y g l 7 2 纱线毛羽测试仪器，测试速度3 0 m m i n ，片断长度l o m 2 3 棉氨弹力纱工艺参数选择 弹力纱的弹性由氨纶长丝的旦数、牵伸倍数及氨纶长丝的含量决定。一般来 讲，氨纶丝的旦数越高，牵伸倍数及含量越大，弹力纱的弹性越好。因氨纶丝价 格较高，氨纶丝的选择应考虑产品用途、弹性要求，慎重选择氨纶丝旦数、牵伸倍 数及氨纶丝含量。 ( 1 ) 棉氨弹力纱特数设计 棉氨弹力纱由氨纶丝和外包棉纤维组成，计算弹力纱特数时，应把两种纤 维加合起来。理论上采用以下公式计算： l o 第二章棉氨弹力纱纺纱实验与测试条件 c t ：h + 弩( 2 - 1 ) d 式中：c 一弹力纱特数； 日一外包棉纤维纱线特数： m 一氨纶丝特数； e 一氨纶丝牵伸倍数。 在纺纱过程中由于氨纶丝在离开前罗拉时要发生回缩，使牵伸倍数小于理论 值。美国杜邦公司对上述计算公式增加了一个配合系数“k 值，弹力纱纺出特 数计算公式变为： c ：日+ 冬k ( 2 - 2 ) d 此时等k 称为氨纶丝的有效特数。由公式2 2 可知，氨纶丝在弹力纱中的 有效特数随牵伸倍数的增加而减小。牵伸倍数小，氨纶丝的有效特数大，外包纤 维的根数就小，弹力纱的强力就低。杜邦公司对“尺值进行了研究，在一般情 况下，推荐“k 值选择1 1 6 例。 ( 2 ) 氨纶丝牵伸倍数的确定 氨纶丝的牵伸倍数至关重要，它不仅直接影响弹力纱的弹性，还影响弹力纱 的成本。氨纶丝牵伸倍数过低则不能充分发挥氨纶的潜在弹性，且氨纶用量大， 成本增加；氨纶丝牵伸倍数过高，氨纶丝容易引起断头，使纺纱困难。另外，氨 纶丝是一根低强高伸的长丝，它在弹力纱内无助于纱的强力，反而破坏外包覆纤 维之间的抱合，对弹力纱的特性有一定的影响。所以氨纶丝在弹力纱中的含量应 适当。根据经验，氨纶丝在弹力纱中只要有少量的含量就可以提供良好的弹性。 一般情况下，棉氨环锭弹力纱氨纶丝的牵伸倍数在3 4 倍之间，不要超过5 倍， 当纺制毛弹力纱时，牵伸倍数取2 5 3 为宜。棉氨转杯弹力纱的长丝牵伸倍数 与环锭弹力纱比相对较大，一般控制在3 5 一- 4 5 倍之间。 ( 3 ) 捻系数的确定 弹力纱的捻度直接影响它的强力、耐磨性和手感。捻度低则手感柔软，同时 也将导致包覆性恶化，强力和耐磨性都差；如果适当提高捻度则强力有所提高， 耐磨性也好，但手感发硬。由于纱的中心有一根芯丝，包覆纤维之间的抱合就要 第二章棉，氨弹力纱纺纱实验与测试条件 受到影响，纱的强力会降低，因此，必须适当提高捻度，以增加纤维之间的抱合 力，并能获得较好的包覆性。据国外资料介绍，一般情况下，捻度应比同特数普 通纱线高1 0 左右。有资料推荐特克斯制环锭弹力纱捻系数的范围是3 3 0 - - 一3 8 0 ， 如果要求手感特别柔软的特种纱支，氨纶丝已经染过色，则可以采用较小的捻度。 根据本课题组成员杨平、任秀红、王新厚等研究成果得出，转杯弹力纱的捻系数 范围一般控制在4 2 0 - - 5 2 0 之间。捻度的选择非常重要，在保证成纱质量的前提下， 纱线捻度应尽量减小，这样也可提高生产效率，降低成本。 2 4 本章小结 本章主要阐述了实验所用棉氨环锭弹力纱与棉氨转杯弹力纱的纺纱设备、 实验测试仪器、测试条件及弹力纱工艺参数的确定。 ( 1 ) 采用t h 0 1 型多功能细纱实验机加工棉氨环锭弹力纱，利用自行改造过 的f a 6 0 1 a 型自排风式转杯纺纱机加工棉氨转杯弹力纱。 ( 2 ) 棉氨弹力纱的氨纶长丝牵伸倍数，一般控制在3 4 倍之间，不要超过 5 倍。棉氨转杯弹力纱的氨纶长丝牵伸倍数控制在3 5 - 4 5 倍之间，棉氨环 锭弹力纱的氨纶长丝牵伸倍数控制在3 4 倍之间；转杯弹力纱的捻系数控制在 4 2 0 - - 一5 2 0 之间，棉氨环锭弹力纱的捻系数控制在3 3 0 ，- - - 3 8 0 之间。 1 2 第三章棉氨环锭弹力纱工艺研究及其优化 第三章棉氨环锭弹力纱工艺研究及其优化 为了对转杯弹力纱与环锭弹力纱性能和结构进行对比研究，本文将主要研究 相同规格且满足国家行业标准的两种弹力纱，使研究更具说服力。本课题组成员 杨平、任秀红、王新厚等已经对棉氨转杯弹力纱的工艺进行过研究，针对加工 棉氨环锭弹力纱所采用t h 0 1 型多功能细纱试验机未进行分析，所以本文将对棉 氨环锭弹力纱的工艺进行研究和优化。 本章将选择锭速、捻系数和长丝牵伸倍数为研究对象，研究单一因素对纺纱 工艺及成纱质量的影响，最后对以上三因素进行优化，采用优选工艺进行纺纱。 3 1 工艺参数对棉氨环锭弹力纱性能的影响 本实验纺制6 1 t e x 和3 9 t e x 棉氨环锭弹力纱，采用氨纶作为长丝组分，选 用的是日本东洋纺7 0 d 氨纶裸丝；选用纯棉粗纱作为短纤组分，定量为 5 1 8 9 l o m ( 干重) 。 为了对棉氨环锭弹力纱的工艺进行优化，先研究单一因素对弹力纱性能的 影响，然后在此基础上进一步优选。 根据前人的研究经验和本人的实践，现针对锭速、捻系数和长丝牵伸倍数 三因素进行分析研究。各因素水平组合设计表如下表3 1 表3 - 6 所示。 表3 - 16 1 t e x 棉氨环锭弹力纱锭速设计水平表 平 因素 z lz 2z 3z 4z 5z 6z 7 捻系数 3 4 0 长丝牵伸倍数 3 5 锭速( r r a i n ) 8 0 0 09 0 0 01 0 0 0 01 1 0 0 01 2 0 0 01 3 0 0 01 4 0 0 0 1 3 第三章棉氨环锭弹力纱工艺研究及其优化 表3 - 23 9 t e x 棉氨环锭弹力纱锭速设计水平表 平 因素 z lz 2z 3 z 4z 5z 6 z 7z 8 捻系数 3 7 0 长丝牵伸倍数 3 5 锭速( r m i n ) 1 0 0 0 01 1 0 0 01 2 0 0 01 3 0 0 01 4 0 0 01 5 0 0 01 6 0 0 01 7 0 0 0 表3 - 36 1 t e x 棉氨环锭弹力纱捻系数设计水平表 水平 z l z 2z 3z 4z 5z 6z 7z 8z 9z 1 0 因素 锭速( r m i n ) 1 1 0 0 0 长丝牵伸倍数 3 5 纱线捻系数 3 0 03 1 03 2 03 3 03 4 03 5 03 6 03 7 03 8 03 9 0 表3 - 43 9 t e x 棉氨环锭弹力纱捻系数设计水平表 承平 z 1z 2z 3z 4z 5z 6z 7z 8z 9z 1 0 因素 锭速( r m i n ) 1 1 0 0 0 长丝牵伸倍数 3 5 纱线捻系数 3 3 03 4 03 5 03 6 03 7 03 8 03 9 04 0 04 1 04 2 0 表3 - 56 1 t e x 棉氨环锭弹力纱长丝牵伸倍数设计水平表 水乎 z lz 2z 3z 4 z 5z 6 因素 锭速( r m i n ) 1 1 0 0 0 捻系数 3 4 0 长丝牵伸倍数 1 82 3 53 2 13 53 6 33 9 1 1 4 第三章棉氨环锭弹力纱工艺研究及其优化 表3 - 63 9 t e x 棉氨环锭弹力纱长丝牵伸倍数设计水平表 水乎 z l z 2z 3z 4z 5z 6 蹶 锭速( r m i n )1 1 0 0 0 捻系数 3 7 0 长丝牵伸倍数1 82 3 53 2 13 53 6 33 9 l 3 1 1 锭速对t $ 氨环锭弹力纱性能的影响 根据表3 1 和表3 2 的设计，分别纺制6 1 t e x 和3 9 t e x 的棉氨环锭弹力纱， 并对弹力纱的各种性能进行测试，分析锭速对弹力纱性能的影响。弹力纱