（纺织工程专业论文）转杯纺纺制再生涤纶短纤维纱工艺研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

转杯纺纺制再生涤纶短纤维纱工艺研究 摘要 再生涤纶短纤维可以变废为宝，实现循环利用，保护环境，减少 能源消耗。我国再生涤纶短纤维资源非常丰富。再生涤纶纤维己由原 来对原生涤纶纤维市场的补充地位向部分替代地位转变。纺织企业如 能充分利用再生涤纶短纤维的丰富资源，则有可能创造可观的经济效 j 盈。 本文以再生涤纶短纤维转杯纱为研究对象，通过对分梳辊和假捻 盘等纺纱元件进行优选，对转杯速度、分梳辊速度和捻系数等工艺参 数进行优化，纺制出了质量较好的2 9 5t e x 再生涤纶转杯纱。本文还 为再生涤纶转杯纱的有关质量指标建立了神经网络预测模型，并与回 归方程预测结果进行了比较。最后，本文在仅了解纱中纤维强伸性能 的情况下，建立了涤纶转杯纱断裂强力理论模型，对成纱断裂强力进 行了预测，并与断裂强力实测值进行了比较。通过以上研究，得出如 下结论。 ( 1 ) 纺纱元件优选方面，o k 3 7 型锯齿辊一陶瓷抗静电假捻盘， o k 3 7 型锯齿辊镀硬铬4 5 # 钢假捻盘，o k 3 7 型锯齿辊一陶瓷光盘假 捻盘均为最优方案。本文选用o k 3 7 型分梳辊一陶瓷抗静电假捻盘方 案。 ( 2 ) 转杯纺纱工艺优化方面，纺制2 9 5t e x 的再生涤纶转杯纱的 最优工艺参数是转杯速度316 9 4r r a i n 、分梳辊速度7 9 0 9r m i n 和捻系 数4 9 1 。采用优选和优化结果再次进行纺纱，并测试成纱质量，发现 成纱质量总体上优于原有方案，证明该优化工艺是有效的。将最优工 艺纺制的转杯纱的断裂强度和断裂伸长率与相同线密度的环锭纱进 行了比较，发现转杯纱的强不匀和条干不匀率均好于环锭纱，虽然断 裂强度低于环锭纱，但是可以满足后道加工的要求。 ( 3 ) 为涤纶转杯纱有关质量指标构造了一个神经网络预测模型， 建立了转杯速度、分梳辊速度和捻系数等工艺参数与成纱有关质量指 标的关系，并与回归方程的预测结果进行了比较。研究发现，除个别 指标外，神经网络的预测结果要比回归方程的预测结果更接近于实测 结果，表明采用神经网络预测转杯纱质量是可行的、有效的。 ( 4 ) 成纱断裂强力理论模型方面，由于在模型建立过程中做了较 多的简化和假设，预测结果与实测结果之间存在2 0 左右的误差，预 测精度无法与神经网络相比。但是，本文毕竟实现了在没有成纱质量 试验数据的情况下，仅根据纱中纤维的强伸性能，为转杯纱断裂强力 建立了一个理论模型，在这方面进行了有益的探索，并将通过不懈的 努力使该理论模型不断得到改进。 关键词：转杯纺纱，再生涤纶短纤维，工艺，优化 s t u d yo nt h er o t o rs p i n n i n gt e c h n i q u eo f r e g e n e ra t e dp o i ：y e s t e rs 脚l ey 删s a b s t r a c t r e g e n e r a t e dp o l y e s t e rs t a p l e f i b e rc a l lb er e c y c l e d , p r o t e c t e n v i r o n m e n ta n dr e d u c ee n e r g y c o n s u m p t i o n t h e r e a r e m a n y r e g e n e r a t e dp o l y e s t e rs t a p l ef i b e rr e s o u r c e si no u rc o u n t r y , a n d t h es t a t u s o ft h er e g e n e r a t e dp o l y e s t e rs t a p l ef i b e rh a st r a n s f e rf r o ms u p p l e m e n tt o p a r t i a l s u b s t i t u t e i ft e x t i l e c o m p a n i e s t a k ef u l l a d v a n t a g eo ft h e r e g e n e r a t e dp o l y e s t e rs t a p l ef i b e r s ，t h e r ew i l lb ec o n s i d e r a b l ee c o n o m i c b e n e f i t s t h i st h e s i ss t u d i e st h er o t o rs p i n n i n gt e c h n i q u eo fr e g e n e r a t e d p o l y e s t e rs t a p l ey a r n i no r d e rt og e tb e t t e rp r o p e r t i e sr o t o ry a m s ，t h e r o t o rs p i n n i n ge l e m e n t si n c l u d i n go p e n i n gr o l l e ra n dn a v e la n dt h e p r o c e s s i n gp a r a m e t e r ss u c ha sr o t o rs p e e d ，o p e n i n gr o l l e rs p e e da n d t w i s t f a c t o ra r eo p t i m i z e d an e u r a ln e t w o r km o d e li sa l s oe s t a b l i s h e df o rt h e p r e d i c t i o no fy a mq u a l i t i e s a n dt h ep r e d i c t e dr e s u l t s o ft h en e u r a l n e t w o r ka n dr e g r e s s i o ne q u a t i o n sa r ec o m p a r e d i nt h ee n d ，at h e o r e t i c a l m o d e lo fy a r nt e n s i l es t r e n g t hi sb u i l to nt h ef i b e rt e n s i l ep r o p e r t i e s t h e m a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i nt h ep a r to f e l e m e n t so p t i m u m i z a t i o n ，o k 37s a w t o o t h e do p e n i n g r o l l e ra n da n t i s t a t i cc e r a m i cn a v e l ，o k 3 7s a w - t o o t h e do p e n i n gr o l l e ra n d n a v e lo fh a r dc h r o m i u mp l a t e ds t e e l ( 4 5 撑) a n do k 3 7s a w t o o t h e d o p e n i n gr o l l e r & p l a i nn a v e la r et h eo p t i m u m c o m b i n a t i o n i nt h i st h e s i s ， o k 3 7s a w t o o t h e do p e n i n gr o l l e ra n da n t i s t a t i cc e r a m i cn a v e la r ec h o s e n a st h ea p p r o p r i a t es p i n n i n ge l e m e n t s ( 2 ) i nt h ep a r to fp r o c e s s i n go p t i m u m i z a t i o n ，t h eo p t i m u mp a r a m e t e r sf o r s p i n n i n gt h e2 9 5t e xr e g e n e r a t e dp o l y e s t e rs t a p l ey a r n sa r et h er o t o r s p e e do f 316 9 4r m i n ，o p e n i n gr o l l e rs p e e do f7 9 0 9r r a i na n dt w i s tf a c t o r o f4 91 y a r n sa r es p u na c c o r d i n gt ot h eo p t i m u mp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s t h eq u a l i t yo fy a m si sg e n e r a l l yb e t t e rt h a np r e v i o u se x p e r i m e n t s ，w h i c h p r o v e s t h ee f f e c t i v e n e s so ft h e o p t i m u mp r o c e s s i n gp a r a m e t e r s c o m p a r i n gt h eo p t i m u m r o t o rs p i n n i n gr e g e n e r a t e dp o l y e s t e rs t a p l ey a r n s t ot h er i n gs p i n n i n gy a m si nt h ep r o p e r t i e so fs t r e n g t ha n dt h ee l o n g a t i o n a tb r e a k ，i ti sf o u n dt h a tt h er o t o rs p i n n i n gy a m ss t r e n g t h ，s t r e n g t h i r r e g u l a r i t ya n dc v a r ea l ll o w e rt h a nr i n gs p i n n i n g ，a n dt h eq u a l i t i e so f t h ey a m sc a l lm e e tt h er e q u e s to fl a t t e rp r o c e s s i n g ( 3 ) an e u r a ln e t w o r km o d e li se s t a b l i s h e df o rt h er e l e v a n tq u a l i t a t i v e i n d e xo ft h er o t o rs p i n n i n gy a m s r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h er o t o rs p e e d ， o p e n i n gr o l l e rs p e e da n dt w i s tf a c t o ra n d t h ey a m q u a l i t i e sa r eb u i l t t h e p r e d i c t i o nr e s u l t so fn e u r a ln e t w o r k sa r ec o m p a r e dw i t ht h er e g r e s s i o n e q u a t i o n s i ti sf o u n dt h a tt h en e u r a ln e t w o r km o d e lp r e d i c t i o nr e s u l t sa r e m o r ec l o s et ot h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，w h i c hi n d i c a t e st h a tt h en e u r a l n e t w o r ki sf e a s i b l ea n de f f e c t i v e ( 4 ) i nt h ep a r to ft h et h e o r e t i c a lm o d e lo fy a r nt e n s i l es t r e n g t h ，b e c a u s e s o m es i m p l i f i c a t i o n sa n da s s u m p t i o n sa r em a d ed u r i n gt h ee s t a b l i s h m e n t o ft h em o d e l ，t h ep r e d i c t e de r r o r sa lea b o u t2 0 h o w e v e r , at h e o r e t i c a l m o d e li sa f t e ra l le s t a b l i s h e df o rt h eb r e a k i n gs t r e n g t ho fy a r no n l y a c c o r d i n gt ot h et e n s i l ep r o p e r t i e so ff i b e r sa n dw i t h o u te x p e r i m e n td a t a o ft h ey a r nq u a l i t y t h i si sab e n e f i c i a le x p l o r a t i o n a n dt h et h e o r e t i c a l m o d e lw i l lb ei m p r o v e dc o n t i n u o u s l yw i t hu n r e m i t t i n ge f f o r t s k e yw o r d s ：r o t o rs p i n n i n g ，r e g e n e r a t e d p o l y e s t e rs t a p l ef i b e r , t e c h n i q u e ，o p t i m i z a t i o n 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。 学位论文作者签名惭 日期：z 唧扩年1 月弓日 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 不保密囱。 学位论文作者签名榭 日期：2 舻t 膨日 指导教师签名：1 写己 日期：弘。寻年f 月弓日 第一章文献综述 第一章文献综述 转杯纺纱( r o t o rs p i n n i n g ) 国内又称气流纺纱，属于自由端纺纱方法。目前， 转杯纺纱是产业化程度仅次于环锭纺纱的纺纱技术。自1 9 3 7 年丹麦人伯塞耳森 ( b e r t h e l s o n ) 提出专利以来，经过研究者的不断改进，到1 9 6 5 年由捷克斯洛伐克 v u b 棉纺织研究所与柯伏斯塔夫合作，研制成功了一台k s 2 0 0 型转杯纺纱样机。 随后他们又进行了研究和改造，一套比较完善的b d 2 0 0 型转杯纺纱机最终在1 9 7 6 年瑞士的巴塞尔第五届国际纺织机械展览会上展出，开启了新型纺纱技术的新纪 元【i 】。经过4 0 多年的发展，各种先进的科学技术和纺纱机的不断结合，使转杯纺 纱成为速度高，自动化程度高，产品适用范围广的新型纺纱技术。 1 1 转杯纺纱的原理 转杯纺纱的成纱过程不同于传统的环锭纺纱，它采用棉条直接喂入的方法， 省略了粗纱工序；它通过转杯和假捻盘的共同作用给纱条加捻。图1 1 是转杯纺纱 加捻过程示意图。d 为引纱孔，尸为剥离点，o p 段纱即为纱臂段。顺向剥取的情 况下，纱臂段o p 的转速大于转杯的转速，当o p 以d 为中心转动一周时，在d 处的纱条上产生的扭力矩使纱条绕自身轴心旋转一周，则纱条被加上一个捻回。 由于使用了特殊的成纱方式，所以转杯纺形成的纱线具有较为明显的皮芯结构， 包缠纤维松散无规则地缠绕在纱芯外面，因而形成结构蓬松、外观丰满的独特外 观。 图1 1 转杯纺纱加捻过程示意图 1 2 转杯纺纱的特点 转杯纺纱与环锭纺纱相比有很多优势，因而在短短四十几年间里就发展成为 几乎可以与环锭纺并驾齐驱的第二大纺纱方法。转杯纺纱原理决定了其成纱特点 第一章文献综述 和结构。 ( 1 ) 转杯纺纱可以加工各种纤维原料( 纤维表面要具有一定的摩擦系数) 。 ( 2 ) 转杯纺纱可以加工适纺长度大于9m m 又小于转杯直径的各类纤维。 ( 3 ) 转杯纺纱可以加工适纺粗细差异较大的纤维。 ( 4 ) 转杯纺纱成纱强度虽略低于环锭纱，但具有强力均匀度和条干均匀度都 好、重量不匀率低、结杂少、耐磨性好、断裂伸长率高和染色性好等优点。 ( 5 ) 转杯纺纱受须条截面纤维根数限制，虽采取各种措旅，纺纱线密度逐渐 变细，但在相同原料条件下，其最细适纺线密度仍粗于环锭鲥2 1 。 因此，转杯纺在其适纺线密度范围内，其适应性和优越性是明显的。 1 3 影响转杯纺成纱质量的因素 ( 1 ) 合理确定分梳辊转速。提高分梳辊速度对成纱断裂伸长没有影响，但会 影响到成纱强度五4 1 。 ( 2 ) 正确选择分梳辊锯条规格。纯纺棉时，由于棉纤维单强较高，纤维长度 较短，选用工作角较小的o k 4 0 型( 工作角6 0 0 ) 锯条比较合适。而化纤的纤维 长度比棉纤维长，摩擦系数较大，故纤维转移是主要的，选用锯齿工作角为9 0 1 0 0 0 的o k 3 6 、o k 3 7 型锯齿更合适。如使用新型的o k 6 1 型锯条( 工作角7 5 0 ) ， 则既能满足化纤的转移又能加强分梳【4 】。 ( 3 ) 转杯直径与转杯速度正确配合。一般经验认为，转杯速度越高，所配转 杯直径应越小。提高转杯速度，可改善条干不匀率和减少纱疵，提高生产效率， 但是同时成纱强力和断裂伸长率会有所下降，成纱棉结会增多【5 6 1 。 ( 4 ) 减少包缠纤维。 ( 5 ) 合理设计卷绕工艺。 1 4 转杯纺纱的发展前景 近年来转杯纺纱在我国发展很快，每年大概新增转杯纺机1 0 万头左右，发展 速度接近世界水平。但是我国转杯纺的数目低于发达国家，甚至不及世界平均水 平。因此，转杯纺在我国具有很大的发展潜力。 随着产品的不断开发，转杯纺不再是低档产品的代名词，其发展前景主要体 现在三个方面：从粗线密度纱向中、细线密度纱发展；从单一的纱线向花式纱线 2 第一章文献综述 发展；从棉纱向非棉纱发剧7 】。 1 5 转杯纺纱在加工合成纤维中的应用 转杯纺纱技术最初应用于棉纤维等天然纤维的纺纱加工。但是随着技术的成 熟和进步，纺纱原料的扩展使转杯纺的应用领域愈加广阔。由于转杯纺纱适纺原 料范围广，许多合成纤维短纤维在合理的工艺配置条件下都可以进行转杯纺加工。 江苏棉纺针织厂利用原有的实践经验开发了转杯纺纯腈纶起绒用纱。优选后 的工艺参数为：转杯速度3 2 0 0 0r r a i n ；分梳辊速度6 5 0 0r r a i n ；分梳辊为o k 3 7 型【引。 河南豫北纺织有限公司用德国r u 4 6 0 4 型转杯纺纱机生产了9 8 4t e x 低捻腈纶 纱。采用的工艺参数为：转杯速度3 5 0 0 0r r a i n ，转杯直径6 5l i l r n ，分梳辊速度7 0 0 0 机n i i l 【9 1 。 蚌埠纺织厂利用精梳落毛和腈纶在棉纺设备和f a 6 2 1 型转杯纺纱机上开发了 毛4 5 腈5 53 8 6t e x 混纺纱，纤维细度和长度：精梳落毛6d t e x 左右3 0m i l l 以下， 腈纶1 6 7d t e x 3 8n l f f l 。转杯和分梳辊速度分别为3 6 2 7 0r r a i n 和7 0 0 0r r a i n 。 湖北老河口棉纺织厂在b d 2 0 0 s n 型转杯纺纱机上纺制了1 7 1t e x 至7 7 2t e x 的棉6 7 兔2 3 5 涤9 5 混纺纱，纤维细度和长度：兔毛l o 1 5l a n 2 5 4 5 衄， 棉1 5 1 9i a x n 2 3 3 3r a n l ，涤1 2 4 岬3 8n 瑚。转杯和分梳辊直径分别为6 6 衄 和6 5 衄，转杯速度为3 1 0 0 0r r a i n 至3 6 0 0 0 删1 0 l 。 浙江省化纤纺织研究所在f a 6 0 1 型转杯纺纱机上开发了4 2t e x 和8 4t e x 兔毛 ( 四级次) 2 0 涤2 0 腈6 0 混纺纱，纤维细度和长度：次兔毛1 9 5 5l u n 2 5m m ， 涤和腈均为1 5d t e x 3 8m i i l 。转杯和分梳辊速度分别为3 5 0 0 0r r a i n 和8 2 0 0r m i n 。 用兔涤腈混纺纱开发的机织产品是“兔佳呢 和“兔尔美，外观风格独特，手 感丰糯，悬垂性好【l l 】。 中原工学院在f a 6 0 1 型转杯纺机上用o 8d t e x 3 8m m 的微细旦腈纶纤维试纺 了多种线密度的纱。采用的工艺为转杯速度4 0 0 0 0 3 5 0 0r m i n ，分梳辊速度 8 0 0 0 8 5 0 0r m i n ，捻度7 4 8 4 捻1 0c m 1 2 1 。 武汉科技学院的李志刚在z z f 6 a 型中频转杯纺纱机上纺制了5 8 3t e x 纯涤纶 纱。工艺参数为：转杯直径6 6m m ，转杯速度4 0 0 0 0r r a i n ，分梳辊速度9 0 0 0r r a i n 1 3 】。 济南鲁成有限责任公司尝试生产9 8 4r e x 纯涤纶纱取得了成功。通过试纺确定 3 第一章文献综述 了可行的工艺参数：转杯速度3 0 0 9 5r m i n ，分梳辊速度7 6 7 9r r a i n ，转杯直径6 6 m i l l 。发现转杯纺纺制涤纶纱时要配置适合的分梳辊。而且在高温高湿条件下，纺 纱速度快时，成纱质量好1 1 4 1 。 中国纺织大学( 现东华大学) 的杨建平、林廷坤等对国产细旦涤纶纤维转杯 纺纱的工艺参数进行了研究，用o 8d 3 8m m 的国产细旦涤纶纺制1 4 2 5t e x 的转 杯纱。利用灰色系统理论一多目标灰色局势决策和灰色聚类分析的处理模式对转 杯纺纱系统的主要元件进行了优选。用二次通用旋转组合设计安排试验，优化转 杯速度，分梳辊速度和捻系数等工艺参数。求得的最优参数为：转杯速度7 7 5 4 5 r r a i n 分梳辊速度6 3 9 6r r a i n 捻系数4 7 6 7 【1 5 】。 中国纺织大学( 现东华大学) 还通过应用多目标近优综合判定的灰色理论和 二次通用旋转组合优化设计等数学手段，经过大量试验研究，总结了纺制1 4 8 9 8 t e x 细旦涤纶转杯纱的工艺参数：( 1 ) 转杯速度7 8 0 0 0r m i n ，转杯直径3 6m m ；( 2 ) 分梳辊速度6 4 0 0r m i n ，分梳辊：针辊或o s 3 2 型锯齿划2 】 厦门升汇华纶纺织工业有限公司用5 8t e x 涤棉转杯纱代替原来的5 8t e x 涤棉 环锭纱，生产合成革基布用的纬纱。工艺参数为：分梳辊速度8 6 5 9r r a i n ；转杯速 度3 0 11 3r m i n ，捻度3 7 捻1 0 c m 1 6 】。 福建南纺股份有限公司将环锭纺涤棉起绒纱改为转杯纺，在f a 6 0 1 型纺纱机 上摸索出纺制5 8t 既涤6 5 棉3 5 转杯起绒纱的工斟1 7 1 。生产的聚氨酯合成革基布 布面光洁、绒毛密集、丰满有身骨。工艺参数为：转杯速度4 0 0 0 0r r a i n ，分梳辊 速度8 8 0 0r m i n ，捻度4 5 8 捻1 0 c m 。 1 6 研究意义和内容 1 6 1 研究意义 本课题是针对产业用纺织品中蓬盖织物用纱的加工而进行的。 蓬盖织物是产业用纺织品中的大类产品，广泛用于车站码头、野外作业和堆 货场等方面，以场代库作为遮盖仓储物资用布和车船运输中用的盖布。随着运输 业和旅游业的发展，对蓬盖织物的需求也在不断增长。 目前，我国现在生产的蓬盖织物主要为纯棉和维纶织物。前者强度低、耐腐 蚀性差，后者各项性能较好，在2 0 世纪8 0 年代得到了大量的推广。随着化纤工业 的发展，涤纶逐渐以其特有的优势在产业用纺织品中占据了重要位置。涤纶大分 4 第一章文献综述 子内几乎没有亲水性基团，干、湿状态下机械性能没有多大差异；初始模量高， 纤维在小负荷作用下不易变形；耐磨性能好，热稳定性强。涤纶蓬盖织物在重量 和厚度方面均低于维纶蓬盖织物，而其断裂伸长率、强度和耐水压等性能却都高 于维纶蓬盖织物。涤纶尽管在价格上略高于维纶，但以其自身消耗低和产品使用 寿命长等优势弥补了原料价格高的不足。而且，选用强度较高的纯涤纶短纤织物 或涤棉混纺织物作为基布，并采用含有亲水性基团的涂层剂、阻燃剂和粘合剂， 就能够克服涤纶纤维亲水性差的缺点。因此，用涤纶作为蓬盖织物的原料有广阔 的发展前景。 我国是涤纶生产大国，产量占世界第一。但是由于技术水平比较低，又是涤 纶生产弱国。所以如何充分利用我国的原料资源，创造更大的经济利益是企业亟 需解决的问题。本课题所使用的涤纶原料是用回收的聚酯瓶和聚酯废料经熔体纺 丝制得的短纤维，即再生涤纶短纤维。再生涤纶短纤维可以变废为宝，实现循环 利用，保护环境，减少能源消耗，还可以减少我国对国际原油的依赖。经测算，1 吨废聚酯瓶可以生产0 9 吨左右的再生涤纶纤维，从而能够少用1 5 吨石油和3m 3 的 填埋空间。发展再生涤纶符合我国发展循环经济的方针。目前，再生纤维行业已 被列入我国“十一五发展规划，成为国家重点发展的循环经济中的一个行业【l 引。 据不完全统计，目前我国每年产生的各类聚酯废料在百万吨以上。近年来国 际原油价格的不断上涨，使得原生涤纶生产企业生产成本进一步抬高，企业利润 微乎其微。而应用聚酯废料生产再生纤维技术门槛低投入小、利润高越来越多的 企业加入到聚酯废料再生行业。再生涤纶短纤维的价格每吨比原生涤纶低3 0 0 0 元， 因此也能够降低纺织企业的原料成本。据不完全统计，2 0 0 2 年我国再生涤纶短纤 维产能为1 2 0 万吨，2 0 0 5 年产能为4 5 0 万吨，2 0 0 6 年达到5 0 0 万吨。再生涤纶纤 维已由原来对原生涤纶纤维市场的补充地位向部分替代地位转变【墙】。可见，纺织 企业如能充分利用再生涤纶短纤维的丰富资源，则有可能创造可观的经济效益。 由于再生涤纶短纤维与常规的纺织加工原料不同，纤维断裂强度仅为原生涤 纶短纤维的5 0 左右，断裂伸长率仅为原生涤纶短纤维的4 0 左右，长度整齐度 较差，纤维间容易纠缠，所以纺纱加工有较大的困难。有的企业采用环锭纺纱系 统加工这种原料。但是，环锭纺工艺流程长，纺纱过程断头多，生产速度低，车 间内的空气中短纤维含量多，生产环境差，影响工人身体健康。 本课题尝试加工出再生涤纶短纤维转杯纱来代替环锭纱，从而进一步降低原 s 第四章涤纶转杯纱质量指标的神经网络预测模型 料成本。需要指出的是，本课题要纺制的再生涤纶纱是用于制织蓬盖织物的，线 密度较粗，达到2 9 5t c x ，这恰恰能发挥转杯纺适合纺制粗线密度纱的优势。虽然 转杯纱的强度低于环锭纱，但通过合理选择纺纱元件和设计纺纱工艺，成纱强度 也可以达到实际使用要求。而且，转杯纱的条干均匀度好、结杂少、耐磨性和染 色性都很好，这些都是环锭纱所不及的。同时，转杯纺工艺流程短，纺纱速度高， 生产效率高，有利于提高经济效益。如果能取得成功，则既可以降低原料成本， 又可以改善生产环境，还能够实现废物利用和环境保护，并能创造更大的经济价 值。因此，研究再生涤纶短纤维转杯纺纱工艺具有较强的实际意义。 1 6 2 研究内容 本文由六章内容组成。 第一章是文献综述。 第二章是应用模糊决策方法对转杯纺纱有关元件进行优选。将三种分梳辊和 假捻盘两两进行组合，组成九种试验方案，在纺纱机上纺纱。计算得到b o r d a 数 法和密切值法的决策结果，并对结果进行模糊聚类分析，最终优选出适合的元件 组合用于后面的工艺优化试验。 第三章是应用二次通用旋转组合设计和最优化方法对转杯纺纱有关工艺参数 进行优化。优化三个主要的工艺参数：转杯速度、分梳辊速度和捻系数。应用旋 转组合设计方法，设计试验方案，建立主要成纱质量指标的回归方程。然后应用 随机方向搜索法优选出最优工艺。最后对最优工艺进行试验验证。 第四章是建立涤纶转杯纱有关质量指标的神经网络预测模型。将神经网络的 预测结果与回归方程的预测结果进行比较。 第五章是建立涤纶转杯纱断裂强力的理论模型。在仅了解纤维有关性能的条 件下，将断裂强力和断裂伸长率的分布作为主要参数引入计算过程，用来预测成 纱的断裂强力。 第六章是总结与展望。 6 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 本课题利用f a 6 0 1 a 型转杯纺纱机探索了再生涤纶短纤维转杯纱的纺纱工艺。 在再生涤纶转杯纱的纺纱试验中，分梳辊和假捻盘是两个非常重要的元件。合理 选择分梳辊和假捻盘的型号和规格关系到成纱质量及纺纱稳定性。本章的研究是 根据实际生产中常用的分梳辊与假捻盘形式与规格，经过初选，再用模糊决策方 法进行排序，并采用模糊聚类的方法对排序结果进行检验，选择其中成纱综合指 标最优的分梳辊与假捻盘组合。 2 1 模糊决策优选的理论 2 1 1 模糊决策方法 应用模糊决策实现排序的方法很多，有二元对比法( 相对函数法，权重分析 法，反演法等) 、意见集中法( b o r d a 数法，最小距离法，b l i n 法等) 、综合评判法、 密切值法、贴近度法等。但排序对象较多时，采用b o r d a 数法和密切值法较理想【1 9 1 。 ( 1 ) b o r d a 数法 一 该法是让刀个成员的团体x 分别将论域u = u l ，u 2 ，碥) 中的脚个元素 排成从优到劣的线性序或偏序等( 即意见) ，由获得的刀种意见l ，如，厶l 计算每个元素的b o r d a 数 占( x ) = e e ( x ) ( 2 - 1 ) i = 1 式中，x u ，b ，( x ) 表示在序厶中后于x 的元素个数。 u 中的元素按照b o r d a 数大小就可得到一个新的序列，即为决策结果。b o r d a 数愈大，该元素综合效果愈优。为使结果更加切合实际，采用加权计算 曰( x ) = 国，( x ) 局( x ) ( 2 - 2 ) 式中，q ( 石) 为意见厶的权系数，即意见厶所代表的指标的权系数。 ( 2 ) 密切值法 该法的基本思想是，先找出关于方案集( 决策点集) 的理想最优点和理想最 劣点，然后在方案集中尽可能接近此最优点而远离最劣点的决策点，即为所要寻 求的“满意方案。其具体步骤如下： ( a ) 建立指标矩阵x 7 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 x = ( 而) 。 ( 2 3 ) 式中，嘞为彳f ( f = l ，2 ，m oa ，聊) 在指标母u = 1 ，2 ，eo 9n ) 下的取值。 ( b ) 求规范化指标矩阵尺 r = ( 勺) ( 2 4 ) 式中，白= ；= ：i ：x v 。当母为正向指标( 即数值越大越好) 时取正， 当母为负向指标( 即数值越小越好) 时取负。 ( c ) 选取非劣方案 比较矩阵r = ( ) 。任意两行元素，对七、，( 从j m ，且七j ) 两行，若 飞勺( j f = 1 , 2 ，人强) ( 2 - 5 ) 则方案么，在各个指标之下均劣于方案以，保留以，弃去彳，。经这样的处理之 后，保留下来的称为非劣方案。 ( d ) 求关于方案( 决策点集) 的理想最优化点彳+ 和理想最劣点彳。 a + = ( r l + ，r 2 + ， + ) ( 2 - 6 ) a 。= ( r l ，r 2 ，h - ) ( 2 - 7 ) 式中 矿2m ，a 鲥x ( 呦，彳2 鲤( 动( j21 ，2 ，刀) ( c ) 求各方案的密切值g c ： = 刃仃一d ；d ( f = 1 ，2 ，o o o9 肌) ( 2 - 8 ) 式中贫=西一= 矿= r a i n ( 们，矿= m a x ( 西) ；a 1 为指标母的权重。 ( f ) 根据g 大小对方案彳j 排序；g 2 隐( c f ) 对应的方案以即为决策得到的“满 意方案 。 2 1 2 模糊聚类分析 按照确定的标准对客观事物进行分类的数学方法称为聚类分析，采用模糊数 学的方法来处理分类问题就是模糊聚类分析。由于很多时候分类的界限是不确定 的，或者说是模糊的，仅仅应用模糊决策进行排序来优化，往往不能得到 8 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 理想的结果，因此模糊聚类分析经常被采用。这样在排序的同时用模糊聚类分析 进行验证，则所得的结论就有了依据，也比较可靠。具体步骤如下： ( 1 ) 选择统计指标； ( 2 ) 求正规化指标矩阵彳； 。 a = ( a 1 1 ) 删。( f = l ，2 ，m ；- ，= l ，2 ，o o 9n ) ( 2 - 9 ) 式中，a l l2 x l l 一唑( z l 【f ) 】 懋( 石驴) 一罂受( ) 】，而为第f 个被分类对象第_ ，个指标 值。 ( 3 ) 求相似关系矩阵r ，即算出衡量被分类对象间相似程度的统计量勺( f ，_ ，= 1 ，2 ，坍) ： r = ( 勺) 。 ( 2 - 1 0 ) 式中，r y 的值在本课题中采用欧式距离法计算： 勺小t 喜c ”2 ， ( 4 ) 求等价关系矩阵尺 若r o r = r ，则r = r ；否则计算r o r = 萨，萨0 舻= 膏，r u - 1 舻1 = 胪， 直到有，使r z 州：尺押，则矿= 尺咖。其中，符号o 是两个模糊关系的合成，在 这里可以理解为r 的第i 行构成的模糊向量与r 的第_ ，列构成的模糊向量的内积。 ( 5 ) 利用等价关系矩阵尺+ 进行聚类。 2 2 试验原料和设备 2 2 1 纺纱原料 原料为再生涤纶短纤维，纤维长度为3 81 1 1 1 3 1 ，纤维线密度为1 6 7d t e x 。 纺纱条子由浙江某纺织厂提供。前纺工艺为 ( 1 ) 清花总重量1 5 5 + 0 5k g ，每码3 8 0g 。 ( 2 ) 梳棉道夫速度2 6 0r m i n ，锡林速度3 6 0r r a i n ，重量2 6 0g 5 码。 ( 3 ) 并条前罗拉速度1 7 5 0r r a i n ，重量2 2 5 5 码。由于条子定量偏重，故又 在学校实验室并条机上进行了牵伸，条子定量最终确定为1 7 8 5g 5 m 。 另外，在纺纱过程中，涤纶纤维与高速旋转的机件发生摩擦时会产生静电， 9 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 静电荷之间的吸附与排斥作用将影响纤维间的正常输送、转移及并合作用。同时 涤纶的刚性大，表面又有油脂，这样给捻回的形成和传递造成一定困难。因此， 需要对条子喷洒抗静电剂( 3 一5 进口抗静电剂) ，密封2 4 小时以上。 图2 - 1 转杯纺纱机机械传动示意图 2 2 2 转杯纺纱工艺参数计算 本课题使用的纺纱设备为自排风式转杯纺纱机，其传动示意图如图2 1 所示。 该纺纱机采用多电机变频及伺服控制系统，主传动变频调速器，可以随时调节纺 纱输出速度、纺纱喂给速度、分梳辊速度和转杯速度。适纺原料为纯棉、化纤及 其混纺；适纺线密度为1 1 6 6 1 4 6t e x 。转杯采用自排风式，最高转速可达8 0 0 0 0 r m i n ，适纺速度为3 0 0 0 0 6 5 0 0 0r r a i n 。转杯纺纱机相关工艺参数计算公式如下： ( 1 ) 捻度 r ：皂 0 n t 式中：r 一捻度( 捻l o c m ) ：q 一特数捻系数：m 一纱线线密度( t e x ) ( 2 ) 输出线速度 。 v w a i - 急 式中：出一输出线速度；转杯一转杯速度( r m i n ) ( 3 ) 输出轴转速 1 0 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 出= 箍等 式中：出一输出轴直径( 1 t l n l ) ；心出一输出轴速度( r r a i n ) ( 4 ) 重量牵伸倍数 g ， e 12 矿7 5 式中：e i 一重量牵伸倍数；g 一条子定量( g 5 m ) ( 5 ) 喂给罗拉速度 给= 旨 式中：喂给一喂给罗拉速度( r r a i n ) ；d 喂给一喂给罗拉直径( n y m i n ) ( 6 ) 丝杆速度 魄杆= 给黼 式中：n 丝杆一丝杆速度( r m i n ) 有关工艺参数的计算结果见表2 1 。 表2 1 优选试验工艺参数 转杯速度3 5 0 0 0r m i n ( 设计) 转杯直径 6 6 n u n 分梳辊速度 7 5 0 0r m i n ( 设计) 输出轴直径 5 5n 皿 纺纱线密度 2 9 5t e x ( 设计) 牵伸倍数 1 2 0 9 1 捻度8 5 捻1 0 c m ( 设计)输出轴转速 2 3 8 4r r a i n 槽简直径 7 8n 衄 输出线速度 4 1 1 8t w m i n 喂给罗拉直径 2 5n u n 喂给罗拉速度 4 3 4r m i n 2 2 3 纺纱元件的选择 ( 1 ) 转杯直径的选择 据前人的经验和研究，转杯直径一般要大于纤维长度。本课题所用的涤纶纤 维平均长度为3 8m i l l ，宜采用大直径转杯，因此选择直径为6 6m m 的纺纱杯。 ( 2 ) 分梳辊型号 根据所采用的原料和试验条件，同时考虑纤维的分梳效果和尽量减少对纤 维损伤，选择o k 3 7 型锯齿辊、o k 6 1 型锯齿辊和针辊三种分梳辊进行试验。分梳 辊详细规格见表2 2 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 ( 3 ) 假捻盘类型 纺纱过程中假捻盘既可起到假捻作用又可以增强转杯凝棉槽内须条与加捻中 纱条的联系作用，因而可以减少或防止纱条产生断头。结合现有元件和试纺结果， 本课题选择了三种假捻盘进行优选，分别是镀硬铬4 5 撑钢、陶瓷光盘和抗静电陶瓷 假捻盘。 2 2 4 其他试验仪器 用y g l 3 5 g 型条干均匀度测试分析仪测试成纱条干、粗节、细节、棉结等指 标。用x l - 1 型纱线强伸度仪测试成纱断裂强度、断裂伸长率、强不匀、断裂功等 指标。 2 3 纺纱元件优选过程 本课题所采用的分梳辊和假捻盘的类型和型号均为3 种。分梳辊为o k 3 7 型 锯齿辊、o k 6 1 型锯齿辊和针辊。假捻盘为陶瓷抗静电假捻盘( 以下表中简称抗) 、 陶瓷光盘假捻盘( 以下表中简称光) 和镀硬铬4 5 # 钢( 以下表中简称钢) 假捻盘。 将它们两两组合组成九个方案。b o r d a 数法论域中的元素数及密切值法方案集 中的方案数均为朋= 9 ；b o r d a 数法团体中的成员数及密切值法指标集中的指标数 均为刀= 9 。各方案各指标的测试数据见表2 3 。 1 2 第二章模糊决策优选转杯纺纱元件 表2 - 3 优选试验的数据 。光1 1 5 7 12 02 3 22 7 29 9 3 31 3 7 5 76 4 2 81 0 1 1 9 91 2 2 8 7 二钢21 7 3 9 7 02 2 54 8 89 7 5 78 3 88 1 39 9 5 5 71 2 4 9 6 一 抗3 1 6 8 44 82 2 24 8 09 2 6 81 1 5 0 28 0 7 18 8 0 9 41 1 2 9 1 o光41 5 4 3 2 01 4 53 9 81 1 5 1 51 0 2 4 27 6 5 11 1 7 4 7 41 2 6 4 9 k钢51 5 1 21 81 9 2 3 3 5 1 1 8 8 2 1 2 7 7 9 8 5 1 2 1 2 4 5 4 91 3 1 9 6 l 抗61 4 8 0 21 4 03 9 51 1 9 31 0 3 3 27 9 8 21 2 1 0 2 61 2 4 7 9 n光7 1 4 7 51 51 6 0 3 4 21 1 7 4 48 1 11 1 2 9 51 2 0 4 7 51 2 9 3 2 y钢81 4 2 4 2 0 1 4 83 2 8 11 4 9 2 9 3 8 88 0 2 7l1 8 1 8 81 2 8 5 2 3 7 抗91 4 0 9 51 3 53 4 2l1 8 3 5