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摘要 毛精纺加工过程中纤维长度损伤及其分布理论 摘要 纤维长度是决定纤维纺纱性能和成纱品质的重要指标，而且在 加工中一旦改变( 断裂和弯折) 往往是不可修复的。因此，研究毛 精纺加工中纤维长度分布特征，明确加工过程纤维长度的损伤及其 表达，对调整工艺和设备状态，指导实际加工生产，具有至关重要 的作用。 毛精纺加工中，纤维长度会损伤和变短，其中纤维断裂( 显性 损伤) 是纤维损伤的基本部分。采用两次反复制取一端整齐纤维束 ( c 试样) ，可获得分析纤维显性损伤的长度特征值。基于长度特征值 建立的差异率和损伤率指标，可有效地表征纤维的这类损伤。实测 证明毛条加工各工序都有长度损伤，平均均为8 7 6 ，有效长度的变 短可达8 0 以上，而较为敏感和稳定的长度指标应取短纤维率和加 权平均长度。 纤维长度在加工中损伤变短，除纤维断裂( 显性损伤) 外，纤 维的折钩( 隐性损伤) 可以说是最主要的损伤。采用纤维条两端抽 取纤维制备一端整齐纤维束，称a 试样和b 试样，可获得分析纤维 隐性损伤的长度特征值。基于长度特征值建立的各差异率和损伤率 指标，可有效地表征纤维的隐性损伤。实测证明毛条加工过程中纤 维的折钩只能部分消除，剩余4 0 ，即始终有3 7 的折钩纤维。而 东华大学硕士学位论文摘要 对比敏感和稳定的指标也是短纤维率和加权平均长度。 纺纱加工中，纤维的真实长度和有效长度发生变化。前者是由于 纤维断裂引起；后者是因纤维折钩排列所致。两者都是纤维损伤， 其表达对减小加工失误，提高梳理效果意义重大。对于两类损伤分 析，同一样品a 、b 、c 试样制样是基础。不过现有的长度特征值的 表达在精度、敏感性和针对性上较差，因此应采用基于纤维长度分 布的差分计算进行表征。理论分析和试验验证表明，采用长度分布 的面积差异计算虽简单，却可有效、定量地给出纤维在加工中的断 裂( 显性损伤) 和折钩纤维( 隐性损伤) 。由此可给工业加工提供明 确的改进方向和应采取的工艺措施。因为，对于显性损伤加工须回 避冲击与过分梳理和牵伸；对于隐性损伤则应改变梳理速度和纤维 表面性质。 纤维长度特征值指标之间具有较高的线性相关，可以互为替代 使用。如基于根数计算的豪特指标：h - h 3 0 m m ， h 3 0 m m - c v n c l ；同时，基于根数计算的豪特长度指标与基于重 量计算的巴布长度指标之间也存在较好的相关性，尤其是 h - b 3 0 m m ，h 3 0 m m - b 3 0 m m ，l 5 - b 之间。但无论是基于 长度分布计算的显性损伤率还是隐性损伤率，其与基于长度特征值 计算的某单项综合指标的相关性较差，这也从另一方面说明基于长 度分布计算的损伤率不是受某一长度特征值影响的，而是受这些指 标综合影响。 加工中，纤维长度损伤会造成纤维长度分布特征的劣化，进而 h 东华大学硕上学位论文 摘要 对后续的成纱质量产生不利影响。如，随加工工序的延伸，两类损 伤的累积呈逐渐增大趋势。这也意味着，随着加工中纤维长度分布 特征性能的劣化，后续纺纱过程纱线断头率和条干不匀率将增大， 纱线及其织物的光洁度和手感等性能也将降低。因此，在实际生产 中，我们应对加工过程进行实时监测，减少纤维长度损伤，提高成 纱质量。 关键词：羊毛，毛条，折钩纤维，长度分布，显性损伤，隐性损伤 i i i 东华大学硕士学位论文 a b s t r c t t h et h e o r yo ff ；e rl e n g t hd a m a g ea n d d i s t r i b u t i o ni nt h ew o r s t e ds p d d 心i gp r o c e s s a b s t r a c t t h ew o o lf i b e rl e n g t hi sv e r yi m p o r t a n tt ot h es p i n n i n gp r o p e r t i e s a n dq u a l i t y , a n di ti sd i f f i c u l tt oc o m e b a c kw h e n t l e yc h a n g e ( b r e a k i n g a n dh o o k i n g ) t h e r e f o r e ，i ti su s e f u lt om o d u l a t et e c h n i q u e sa n d e q u i p m e n t sa n di n s t r u c tp r a c t i c a lp r o d u c i n gb yi n v e s t i g a t i n gf i b e rl e n g t h d i s t r i b u t i o na n dd a m a g ei nw o r s t e ds p i n n i n gp r o c e s s f i b e r - l e n g t hw i l lb ed a m a g e da n ds h o r t e n e di nt o p - m a k i n gd u et o f i b e rb r e a k i n g ，n a m e l yt h ee x p l i c kd a m a g e t h r o u g hat w o t i m e ( s a m p l e c 1a l i g n i n gt h ef i b e rb u n d l ew i t hau n i f o r m i t ye n db ya l m e t e rs a m p l i n g m a c h i n ef f l - l o o ) ，t h ef i b e r - l e n g t hp a r a m e t e r sc a nb eo b t a i n e df o rt h e a n a l y s i so ft h el e n g t hd a m a g e t h ed i f f e r e n c er a t ea n dt h ed a m a g e p e r c e n t a g ec a l c u l a t e df r o mt h el e n g t hp a r a m e t e r sh a v eb e e np r o p o s e dt o c h a r a c t e r i z ef i b e r - l e n g t he x p l i c i td a m a g ee f f e c t i v e l ya n da c c u r a t e l y t h e t e s t e dr e s u l t sv e e r yt h a tt h e e x p l i c i td a m a g et a k e sp l a c e m o r ei n b e g i n n i n gs t a g e s ，b u ts t i l lk e 印2 - - 4 d a m a g ep e r c e n t a g ei nf o l l o w i n g p r o c e s s i n ga n dt h em o r es e n s i t i v ea n ds t a b l ep a r a m e t e r st oe v a l u a t et h e d a m a g e sa r et h ed i f f e r e n t i a lr a t ec a l c u l a t e df r o ms h o r tf i b e rp e r c e n t a g e ( s f p ) ，h a u t e u rl e n g t ha n db a r b el e n g t h f i b e r - l e n g t hw i l lb ed a m a g e da n ds h o r t e n e di nt o p m a k i n gc a u s e d b yt h ei m p l i c i td a m a g e ，i e f i b e rb e n d i n ga n dh o o k i n g b a s e do i la 东华大学硕士学位论文a b s t r a c t t w o - e n ds a m p l i n g - f i b e rm e t h o df r o mat o pt oa l i g nt w of i b e rb u n d l e s w i t hau n i f o r m i t ye n db ya l m e t e rs a m p l i n gm a c h i n ef f l 一10 0 ) ，w h i c ha r e c a l l e da ss a m p l ea & s a m p l eb t h ef i b e r - l e n g t hp a r a m e t e r sc a r lb e m e a s u r e df o rt h ec h a r a c t e r i z a t i o no ft h ef i b e rd a m a g e as e r i e so fn e w p a r a m e t e r s ，n a m e l yd i f f e r e n c er a t ea n dt h ed a m a g ep e r c e n t a g e ，h a v e b e e np r o p o s e dt oc h a r a c t e r i z ef i b e rl e n g t hi m p l i c i td a m a g ee f f e c t i v e l y a n da c c u r a t e l y ，t h et e s t e dr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ef i b e rh o o k i n gr a t ec a n b er e d u c e db u tt h e r ea r e1 5 r e m n a n t so fh o o k i n gf i b e r sa n dt h em o r e s e n s i t i v ea n ds t a b l ep a r a m e t e r st oe v a l u a t et h e s et w od a m a g e sa r et h e d i f f e r e n t i a lr a t ec a l c u l a t e df r o ms h o r tf i b e rp e r c e n t a g e ( s f p ) ，h a u t e u r l e n g t ha n db a r b el e n g t h i nt h ec a r d i n ga n ds p i n n i n g ，f i b e rr e a ll e n g t ha n d p r o j e c tl e n g t ha r e c h a n g e do rd a m a g e d t h ef o r m e ri sc a u s e db yf i b e rb r e a k a g e ，a n dt h e l a t t e ri sd u et ot h eh o o k e df i b e r s t h ea c c u r a t ee x p r e s so f t h et w ol e n g t h i nt h ec a r d i n ga n ds p i n n i n gi sv i t a li m p o r t a n tt or e d u c ef i b e rl e n g t h d a m a g e ，t oe n h a n c ef i b e rc o m b i n ge f f e c t ，a n dt oi n c r e a s ey a mq u a l i t y t o t h ea n a l y s i so ft h et w ol e n g t hd a m a g e s ，s a m p l ea ，ba n dca r et h eb a s i c t e s t i n gs p e c i m e n h o w e v e rt h ep r e s e n tf i b e r - l e n g t hp a r a m e t e r sa r ep o o r o nt h ec h a r a c t e r i z a t i o no ft h et w os o r t so fl e n g t hd a m a g e si np r e c i s i o n , s e n s i t i v i t ya n dp e r t i n e n c y t h e r e f o r et h ec a l c u l a t i o no f t h ed i f f e r e n t i a t i o n b e t w e e nf i b e rl e n g t hd i s t r i b u t i o n ss h o u l db ea d o p t e d t h et h e o r e t i c a l a n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t et h a tt h ee x p l i c i td a m a g e ( f i b e r b r e a k ) a n dt h ei m p l i c i td a m a g e ( h o o k e df i b e r s ) o c c u r r i n gi ne a c h p r o c e s s i n gs t e pc a nb ef o r m e db yt h ed i f f e r e n t i a t e da r e a so ff i b e rl e n g t h d i s t r i b u t i o n s s ot h a ti tc a l lb eac r i t e r i o nf o rp r o c e s s i n gi m p r o v e m e n t a n do p t i m i z a t i o ni ns p i t eo fs i m p l e t h e r e f o r e ，i ti se s s e n t i a lf o rt h e e x p l i c i td a m a g et oo b v i a t et h ee x c e s s i v es t r i k e ，c o m b i n ga n dd r a f t i n g ； a n df o rt h ei m p l i c i td a m a g e ，i ti sa l s oe s s e n t i a lt oa d j u s tt h es p e e do f c a r d i n ga n dc o m b i n g ，a n dt om o d i f y t h ef i b e rs u r f a c e i i 东华大学硕士学位论文a b s t r a c t t h ef i b e rl e n g t hp a r a m e t e r sh a v eh i g hl i n e a rc o r r e l a t i o n , a n dc a nb e d i s p l a c e de a c ho t h e r s u c ha st h eh a u t e u rp a r a m e t e r sc a l c u l a t i o nb a s e d o nf i b e r - n u m b e r ：h - h 3 0 m m ，h 3 0 m m - c v n c l ；a tt h es a i l et i m e ， t h eh a u t e u rp a r a m e t e r sc a l c u l a t i o nb a s e do nf i b e r - n u m b e ra n dt h eb a r b e p a r a m e t e r sc a l c u l a t i o nb a s e do nf i b e rw e i g h ta l s o h a v ei l i g hl i n e a r c o r r e l a t i o n ，e s p e c i a l l yb e t w e e nh - b 3 0 m m ，h 3 0 m m b 3 0 m m ， l 5 一b b u t ，t h ee x p l i c i t a n d i m p l i c i td a m a g ep e r c e n t a g ew h i c h c a l c u l a t e db a s e do nf i b e rl e n g t hd i s t r i b u t i o nh a sp o o rc o r r e l a t i o nw i t h s o m em o n o m i a la n ds y n t h e t i ci n d e xc a l c u l a t i o nb a s e do nf i b e rl e n g t h p a r a m e t e r s t os o m ee x t e n t ，t h e s ei m p l i c a t et h a td a m a g ep e r c e n t a g e c a l c u l a t i o nb a s e do nf i b e rl e n g 吐ld i s t r i b u t i o nd o n ta f f e c t e db ys o m e l e n g t hp a r a m e t e r , b u ta l lo ft h e ma n dt h e i rs y n t h e t i ci n d e x f i b e rl e n g t hd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e rw i l lb ew o r s ec a u s e db yf i b e r l e n g t hd a m a g ei nt h ew o r s t e ds p i n n i n gp r o c e s s ，a n di ta l s ow i l la t t r i b u t e p o o re f f e c t t o y a mq u a l i t yi n t h en e x tp r o c e s s f o ri n s t a n c e ，t h e c o e f f i c i e n to fv a r i a t i o nc v a n dc v bo ft h ef i b e rl e n g t hb e c o m eb i g a l o n gw i t ht h ep r o c e s s i ta l s oi m p l i c a t et h a tt h ef i b e rl e n g t hd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e rw i l lb ew o r s ea n dt h e b r e a k a g ew i l lb ei n c r e a s e di nt h e s p i n n i n ga n dw e a v i n g s ow es h a l lm o n i t o rt h ep r o c e s sa te a c hs t e p ，t o r e d u c ef i b e rl e n g t hd a m a g ea n dt oi m p r o v et h ey a r n - q u a l i t yi nt h e w o r s t e ds p i n n i n gp r o c e s s w a n gh u a q i n g ( t e x t i l em a t e r i a l s ) s u p e r v i s e db yp r o f y uw e i d o n g k e yw o r d s ：w o o l ，t o p ，h o o k e df i b e r , l e n g t hd i s t r i b u t i o n ，e x p l i c i td a m a g e ， i m p l i c i td a m a g e 1 1 1 东华大学硕士学位论文 符号说明 符号说明 豪特长度 巴布长度 根数平均长度 豪特长度变异系数 巴布长度变异系数 豪特长度小于3 0 姗的短纤维含量 巴布长度小于3 0 岫的短纤维含量 2 5 的纤维长度大于该一长度的值 5 的纤维长度大于该一长度的值 5 0 的纤维长度大于该一长度的值 纤维长度整齐度 显性损伤差异或差异率 隐性损伤绝对差异或差异率 隐性损伤加工残余( 长度特征值) 显性损伤率( 基于纤维长度分布) 隐性损伤率( 基于纤维长度分布) 加工有效长度分布变化率 a 向稳定隐性损伤率 b 向稳定隐性损伤率 隐性损伤加工残余( 长度分布) 加工效率 长度损伤主因素 纤维长度显性损伤指数 综合长度损伤率 相关系数 口工一一一一一q一一如磊f 口 ，r 附件一： 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已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： 珲a 日期：疗年朋瑚j 附件二： 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 不保密匹托 东华大学硕上学位论文1 引言 1 引言 1 。1纤维长度分布理论研究背景及意义 1 1 1 背景与动因 纤维长度反映纤维及其成纱质量，它直接影响纤维的可纺性和加工的有效性，故 为纺织原料、精纺加工质量检验的必测项目。现有的的a l m e t e r 、h v l 9 0 0 和a f i s 钡i 试 方法能精确、快速地给出纤维的长度测量。 纤维长度在工艺上的重要性仅次于细度，但对某些重要的纱线特性( 如毛粒频率、 短粗节、纺织机械的调节、加工效率等) 来说，纤维长度则起主导作用。同时，加工 中，纤维细度指标变化较小，而长度则不同；实际生产中我们可通过纤维长度分布优 化弥补细度的不足改善成纱质量。目前，国内外对加工中纤维长度分布变化对成纱质 量的即时控制关注明显不够，这与纤维长度分布是进行过程质量控制的首要因素是不 相符的，必须引起我们的重视。 1 1 2 理论意义 纤维长度是表示纤维质量的重要尺寸指标，是决定纺纱性能的重要因素，与纺纱 工艺密切相关。但现有的纤维长度分布理论研究大多是基于静止状态下的，是不变化 的，这与实际加工是不相符的。 实际中，羊毛纤维加工是一个连续的动态加工过程。由于受到多次的梳理与牵伸 以及外部环境的补给影响必然会造成纤维长度不同程度的损伤，进而会使纤维的长度 呈现出动态变化。另外，由于纤维折钩的影响其长度分布是有方向性的。一般来说， 只要在生产过程中采取恰当、必要的措施，这些变化与方向性是可以部分修正的。 因此，我们有必要对毛精纺加工过程纤维长度分布变化机理和表征进行分析，给 出纤维长度分布理论及其损伤评价的计算方法，并将此理论和方法应用到其他各类纺 织用纤维的生产中去。 东华犬学硕士学位论文 1 引言 1 1 3 实际意义 在毛精纺加工过程中，纤维长度及其分布不仅直接影响毛条的产品规格、质量、 生产效率和加工成本，而且还决定它所选用的纺纱系统及纺纱效率。另外，它还会影 响到纱线的强力、伸长特性以及纱线的条干，进而会影响到后道机织、针织工序的可 加工性及其最终产品的外观和使用性能。 在细度一定的情况下，长度是决定纺纱加工工艺及后续产品外观性能的首要因 素。一般情况下当纺纱支数一定时，长度长、离散小的羊毛纤维可纺性能好，纺出的 纱强度高、条干好、断头率低，织物的外观性能优。加工过程中，选择纤维长度不仅 要注意平均豪特( h a u t e t t r ) 长度，而且还应注意豪特长度曲线图所反映的其他长度分 布参数( 如豪特长度变异系数c v h ，短纤维含量h 3 0 m m 、跨距长度l 5 等) ，以 掌握某些重要的纱线特性，如毛纱的粗细节，毛粒频率，毛纱c v 等，对毛精纺加工 过程中的机械工艺的调节和加工效果进行指导。另外，在纤维细度偏大的情况下我们 还可以通过纤维长度、细度的联合分布，利用长度分布对加工过程的影响，进行原料 的合理搭配，生产出具有市场竞争力的较细的纱线产品。 同时，我们也必须看到：由于人们习惯认为羊毛纤维长度在工艺上的重要性次于 纤维细度，且在国际市场上同一品种的羊毛纤维长度的价差影响较小，所以人们的视 线较多集中予纤维细度的研究，而忽视了对长度的研究。基于人们对羊毛纤维长度的 研究又较多集中于长度的特征值和测试，而对长度分布、长度损伤机理及其损伤的 回复性对整个加工过程的影响研究甚少。所以，我们有必要对这部分知识进行全面系 统的探讨和研究，以提高我国毛纺产品的技术含量，增加企业的经济效益，创造更多 的价值。 1 2 纤维长度分布及其理论研究现状 1 2 1 国外的研究进展与应用 ( 1 ) 理论方面 纤维长度是决定纺纱性能的重要因素，它与纺纱工艺密切相关，是确定纤维品质 所必须检验的项目。多年来，随着纺织工业的发展，纺织科技工作者对纤维长度理论 2 东华大学顾士学位论文 i 引言 作了一定的研究。 最初，高斯曲线被人们用来描述羊毛纤维长度分布的特征。它是一种对称的分布 曲线，然而事实上几乎很少的羊毛纤维长度呈现出这种对称分布。因此，p e a r s o n 系统 的频率曲线取代了高斯曲线用来表示纤维的长度分布【l 】op e a r s o n 频率曲线是一种非对 称曲线，它能够给出羊毛纤维的长度分布的偏度和峰度，并能以此来表征纤维长度分 布对纱线加工的影响，与高斯曲线相比更适合于用来描述纤维的长度分布。 m u l l e r y t 2 1 毛e1 8 9 4 年首先提出了须条的概念，并以此进行纤维的长度分析；1 9 2 9 年，s o m m e r t 3 1 通过一系列实验数据分析了纤维须条曲线的性质；1 9 4 0 年美国人h e r t e l 4 1 在前人的长度理论研究基础上提出了纤维长度照影曲线的理论，并研制出纤维长度照 影仪。h e r t e l 首先提出了拜氏曲线的概念，如式( 卜1 ) 所示。其中p ( 叩。) 是纤维的长 q ( r ) = lp ( ，7 矽玎 ( 1 1 ) 度频率分布函数，w 是最长纤维的长度；同时，指出若一根纤维随机地夹持着，并且 在每根纤维上的任一点将被夹持着的概率是等同的，则夹持点落入某一区域的概率是 该区域的面积对总面积之比。因此，一根被握持着的纤维，其左端伸出握持点至少是 茁：i j ：q ( r 1 ) d r l( 1 2 ) j oq ( r 1 ) d t l f l 。长的概率是q 。的面积除以总面积，即式( 卜2 ) ；基于上述理论分析的基础，h e r t e l 令，( 吼) 表示g ( 吼) 曲线下，i lo 右边的面积，如式( 卜3 ) 所示；并将式( 1 - 3 ) 定义为 r ( 碍o ) = lq ( 可) 却 ( 1 - 3 ) 照影机曲线的理论方程式。其基本原理是基于用梳子或梳齿夹随机夹取纤维，测量伸 出夹持线的纤维长度与纤维量分布，这种分布与纤维排成一端平齐的长度分布( 拜氏 曲线) 之间具有一定的数学关系，即r ( 吼) = i ：, q ( r ) d r 。 h e r t e l 的纤维长度照影曲线理论及其研制出的纤维长度照影仪是基于光电式原 理，且都用于棉纤维的长度分布分析。上世纪7 0 年代比利时的c e n t e x b e l v e r v i e r s 实 验室在此理论基础上基于电容式原理开发研制出了适用于毛纤维的a l m e t e r 一1 0 0 纤维 长度分析仪【5 1 。其原理是一端整齐的纤维束从头端进入电场，因纤维量的增加使极板 间介电系数改变，引起电容信号的变化。由于电容值与极板间的纤维质量相关，假设 3 东华大学硕士学位论文引言 纤维密度不变，可得纤维丛被测段的体积值( a v = 墨5 1 ) 。由于电容极板宽度一致 ( 5 1 为常数) ，便导出纤维截面加权的长度累积分布图。经微分处理得纤维截面加权 或根数加权( 假设纤维的截面积一致，则墨= * s f ，为常数) 长度分布直方图。 经重量换算或积分换算可分别得到重量加权长度分布图或须丛长度分布图。最终可由 各长度分布图提取得出纤维长度的各种特征值指标，如豪特长度( 目及其变异系数 ( c v h ) ；巴布长度( b ) 及其变异系数( c v b ) ；豪特长度短纤维率h 3 0 n m l 巴布长度短 ， 纤维率b 3 0 m m ；须丛曲线的跨距长度值l s 和l s o ，以及整齐度q = 翌1 0 0 l 25 ( 2 ) 主要应用实例与结果 国外对纤维长度分布理论的研究与应用大多集中于棉纤维，且多围绕断裂这一形 态变化进行研究 6 , 7 1 。给出的也都是某一过程的纤维长度分布变化嘲，对其影响成纱质 量的评价不是很多。 1 9 5 8 年，b y a t t w j 和e l t i n g j p1 9 1 在前人的研究基础上运用微积分方程，定义了 一个从某特定时刻起的纤维重量一长度分布函数w ( 1 ，r ) ，如式( 卜4 ) 所示。并通过理 w ( t ，t + r ) z = w ( t ，f ) ，一，( 蹄r 删) + g ( 既) ( 1 4 ) 注a ：g ( f ) 和，( f ) 在f 时间内纤维，的输入，输出重量 论和实验的对比分析，讨论了基于随机断裂的棉纤维重量长度分布的变化。但他们所 做的研究只是集中于加工中纤维断裂这一部分，我们知道实际生产中纤维的损伤还应 包括纤维的弯曲和非平行排列；另外，他们仅对输入和输出的重量一长度分布作了研 究，而不是全过程的，没有代表性；并且给出的也是基于纤维重量的长度分布，只能 间接的表示纤维的长度分布特征，理解比较困难。 1 9 6 6 年，j o h nd t a l l a n t 和r o b e r ta p i t t m a n 1 川等人认为基于根数计算的纤维长度 分布要优于基于重量计算的纤维长度分布。他们分析了各种数学断裂模型下的棉纤维 长度分布t 儿】，并定义了两类性质完全不同的纤维随机断裂模型( l o s te n d sa n ds a v e d e n d s ) 。第一类定义为“l o s te n d s ”，也就是说纤维断裂后纤维的一端从系统中移走， g ( x ) ：f ( x ) + 工f 。一巫逆j 岛， ( 1 5 ) 。 y 很明显，这种模型系统中纤维的根数是前后保持一致的，其模型如式( 卜5 ) 所示， 4 东华大学硕士学位论文引言 其中f ( 曲为输入长度分布，7 r ( x ) 为断裂函数，g ( z ) 为输出长度分布，0 石( 功l ( 0 x x 。) ，f ( o ) = o ，f ( x ) = l ( x 矗。) ；第二类定义为“s a v e d e n d s ”，也就是 说纤维断裂后，纤维的两端都保持在系统中，并且会延伸到下一工序中，这种情况就 z g ( 班f ( 力他j ：三。( y ) d y + 肛( y ) f ( y ) d y ( 1 - 6 ) 会导致系统中纤维的根数呈上升趋势，其模型如式( 1 - 6 ) 所示，其中 z = 1 + f ? 万( y 矿( y ) d y 。b y a t t w j 和e k i n g j p 所研究的内容就是基于“s a v e de n d s ” 模型的。最后，j o h n d t a l l a n t 和r o b e r t a p i t t m a n 利用“l o s t e n d s ”、“s a v e de n d s ”模 型，通过大量的实验数据详细地讨论了棉纤维根数长度分布随其变化的机理。与 b y a u w j 和e l t i n g j p 所做的研究相比，j o l l nd t a l l a n t 和r o b e r t a p i t t m a n 所做的内容 有了很大的进步。但也存在一定的不足之处，如评价指标太过繁琐，对纤维折钩所造 成的损伤没有涉及，以及缺乏对全过程的损伤表征等。 与此同时，m e y e r 1 2 】等人在将所有的纤维视为统一的整体，不考虑诸如强力或强 力变化的假设下，提出了基于纤维断裂因素的长度分布曲线图。上世纪九十年代， w i r o n z 1 3 1 和c s i r o t l 4 1 等研究机构将视线较多的集中于纤维长度和细度的二元分析 研究，提出了梳理后的纤维长度直径联合分布概念；g a m a b y , g a 等人1 5 , 1 6 , 1 7 】在 w i r o n z 和c s i r o 的研究基础上更深入一步，利用l a c ( 1 e n g t ha f t e rc a r d i n g ) 钡t j 量标 准和方法，依靠g o u r d i e 【i s l 的关于纤维长度、强力方面的文献评论以及由r o s s t l9 1 、 w o o d s 和o r w i n 2 0 1 提供的资料数据，建立了纤维长度面积联合分布数学摸型，并在此 理论模型基础上建立了计算机模拟系统( 纤维长度一面积联合分布见式( 1 - 7 ) ) 。但他 们仅对梳毛后的纤维进行了分析，重点还是集中于纤维断裂这一部分，对于全过程的 纤维长度分布及损伤评价存在一定的不足。 一一 一a + 区- f “ 一一 p ( l ，a ) a l a a2j x j l p ( l ，a ) d l d g ( 1 7 ) m i s h u z e i d e m a n 和p a u ls s a w h n e y 【z lj 为了更好的理解棉纤维长度分布与纱线强力 的关系，在提出四个假设的前提下建立了纱线中纤维集合体的强力模型。假设如下： 纤维近似或部分平行于纱线的轴线( 纤维纠缠成束或纱线具有较低的捻度) ；纤维 沿长度方向各个方面都是一致的( 如截面积、构造、尺寸和机械性能等) ；纤维在几 何面积、机械性能等方面是相同的，但在长度、表面积方面不一致；纱线中纤维受 东华大学硕上学位论文 l 引言 到的横向压力是固定不变的。他们认为纤维的长度在很大程度上决定纱线的强度，以 至最后决定织物的强度。另外，纤维的长度及其分布在随后的机械工序中( 包括针织、 机织) 也会对纤维的加工工序和此后的纱线外观产生影响。 1 2 2 国内的研究进展与应用 ( 1 ) 理论方面 在国外学者对纤维长度分布理论进行研究的同时，国内一些学者也加入了对纤维 长度分布理论的研究之中。在照影机诞生二十年后，1 9 5 9 年华东纺织工学院的潘维栋 嘲从理论上对照影机曲线进行了分析与研究，从实际现象出发导出了照影机曲线的理 论方程式。 他首先假设照影机梳子上握有棉样，其长度频率分布函数是，( 1 7 ) ，并设共有n 根纤维被其握持。在离梳子根部r i 。处，由光电元件来感测光通量，光通量的大小反 映了纤维对握持点的伸出长度至少为n 。的根数。对这n 根已被握持的纤维而言，其 握持点在各纤维上的位置是不相同的，握持点的位置是一个随机的变量。同时，他还 作出假设，对长为r i 的纤维而言，在梳子上伸出长度不小于qo 的概率如式( 1 - 8 ) 盟 ( 卜8 ) r 所示，根据概率论原理，可以求出平均有i l l 根，其长度为叩_ r l + d r l 的纤维对握持点 m ：n r l - r l 。f ( r ) d r ( 1 9 ) 1 l 的伸出长度不小于r l 。结合照影机曲线的概念，若在i lo 处测量的话，被光束照着的 长为玎- - r + d r 的纤维根数可由m 给定。因此，在n 。处被光束照到的纤维相对平均 ) 2 c 翌吾吁( 彬叩 m 1 0 根数如式( 卜1 0 ) 所示。显然，r ( ，7 。) 是i l 。的向下累积频率函数，同时也是照影机曲 撕o ) _ c ( 彬可 ( 1 _ 1 1 ) 6 东华大学硕士学位论文l 引言 线的理论方程式。既然r ( 玑) 是no 的向下累积频率函数，那么n 。的频率函数妒( 玑) 就 是纤维对握持点伸出部分的长度频率函数。 另外，潘维栋分析、讨论了有关1 4 以下的r ( 吼) 曲线的近似性质，对延续线问 题进行了研究，从而提出了近似插补的理论与方法。得出了近似曲线方程 r ( 仉) = 口+ 励o + 朋0 2 ( 0 q , l 4 ) ，其中q ，b ，y 可由已获得的r ( 玑) 曲线获碍。 此外，潘维栋还对h e r t e l 的照影曲线理论进行了分析和批判，指出了他在基本概念方 面错误的原因，并指出了他所提出的方程式所必须满足的存在条件。 ( 2 ) 主要应用实例与结果 国内纺织科技工作者对加工中纤维长度分布理论的研究，大多局限于对一些长度 特征值的分析 2 3 2 4 2 5 2 6 ，2 7 ，2 引，或是针对某一工序进行长度损伤的定性探讨【2 9 3 0 ，3 1 , 3 2 , 3 3 ， 而不能定量地给出全过程的损伤表征及对加工的有效性进行评价，缺乏说服力。 于伟东、李仁祥等人【3 4 l 采用p e y e r 公司的p t s 测量了原棉和棉纺各工序的纤维长 度分布，用自编的计算机软件对各原棉按实测混棉比例进行理论混合，求得了该混合 棉样的理论长度分布，并以此与清、钢、条、粗、细加工后试样的实测长度分布进行 了f 拟合优度检验，来探讨各加工工序相对原分布的变化。但他们给出的只是加工中 纤维长度相对原分布的的变化，对加工中纤维长度的损伤及其表征，以及对加工质量 的影响等没有涉及；另外，他们研究的对象是棉精纺加工系统，对毛精纺加工不适用。 刘津、任聪华【3 5 】通过控制亚麻粗纱的化学脱胶方式、条件，阐述了亚麻纤维的长 度分布对成纱质量的影响，并认为可以通过确定亚麻纤维的合理分布，达到提高成纱 质量的目的。但他们所考察的只是些常规的长度特征值指标( 如平均长度、界限长度 等) ，给出的仅仅是长度分布特征中的一小部分信息，对评价纤维长度分布对成纱质 量的影响缺乏代表性。 付云龙、李冰雪【3 6 】对苎麻纤维长度分布进行了测试分析，并对苎麻纤维长度分布 对其成纱质量的影响进行了研究；郗凌武、易风口7 】通过对各级兔毛纤维的长度测试， 给出了它们的平均长度、长度变异系数及其分布特征，揭示了短纤维在兔毛中的客观 性及其规律性。他们也存在上述几位的问题，特征指标太过单一，考察对象没有连续 性，缺乏说服力的长度损伤表征，以及对加工的有效性评价太过于定性化等。 众观国内外学者对纤维长度及其分布的研究，大多对棉纤维的长度分布理论关注 东华大学硕士学位论文 引言 较多，且又多集中于对各种断裂模型下的纤维长度分布变化的研究；而对羊毛纤维特 别是毛精纺加工过程中的纤维长度及其分布理论关注较少。毛纤维长度是决定纤维纺 纱性能和成纱品质的重要指标f 3 s 】，而且在加工中一旦改变( 断裂或弯折) 将影响诸多 工艺的优化。因此，研究毛精纺加工过程中的纤维长度分布特征和长度损伤问题，明 确加工过程纤维长度的损伤及其表达致关重要。 通过以上分析，笔者认为对于在毛精纺加工过程中纤维长度分布对整个加工工艺 的影响来说，我们所要考虑的因素是多方面的。一方面要考虑纤维长度与纤维自身性 质，如细度、强力、表面积或截面积等因素的关系；另一方面也要考虑加工过程中纤 维长度的变化、受损伤的机理以及它对加工过程的影响等。 1 3 存在的问题及提出的研究 1 3 1 主要存在的问题 目前，有关纤维长度的测量【3 9 】，有关纤维长度及其分布对成纱质量的影响【”，有 关纤维长度和细度对纺纱效率及其等价转换【加垮都有报道。目的是借助对毛纤维长度 的把握和评价，有效地控制原料成本【4 1 1 和提高纺纱质量 4 2 1 。但通过上述纤维长度分布 理论及应用的研究分析，发现还存在以下几个问题： ( 1 ) 在现有的毛精纺纺纱理论和工艺研究中，虽然纤维长度及分布特征的评价， 以及与成纱质量的关系被人们所关注，但这些评价大都是基于纤维长度特征值进行 的。纤维的长度、长度离散和短纤维含量影响纤维的商业价值【4 3 1 、可纺性刚和使用价 值【4 5 】，其本质是纤维