嵌入式复合纺纺纱结构性能的动态变化

嵌入式复合纺纺纱结构性能的动态变化

嵌入式复合纺织机是一种新型纺织机技术。经过加工后，可直接加工环下载细纺机。在纺纱过程中,两根粗纱通过正常牵伸,而两根长丝则通过导丝装置从前罗拉直接喂入,并使长丝与长丝、粗纱与长丝间相互保持一定的间距,然后两种组分在前罗拉输出钳口直接并合加捻,一步成纱。嵌入式复合纺纱强调的是两根长丝在外,两根粗纱在长丝中间。其实质是两个赛络菲尔纺后再进行赛络纺。长丝间距是指两根长丝在前罗拉输出钳口之间的距离,粗纱与长丝间距是指粗纱与长丝在前罗拉输出钳口的距离,复合纺纺纱中心偏移是指两根长丝的中点与导纱钩到前罗拉的垂足点之间的左右距离,它们是影响成纱结构性能的重要工艺参数。笔者认为,存在一个长丝与长丝之间,长丝与粗纱之间、纺纱中心偏移的最佳间距使得成纱性能最优。但是由于纺纱所用的原料性质的不同、试样加工系统的差异可能导致最佳间距也不一样,本文通过嵌入式复合纺纱的纺纱实验与纱线性能测试,探讨了长丝与长丝间距、粗纱与长丝间距以及纺纱中心偏移对嵌入式复合纺纱线结构和性能的影响。1实验部分1.1原料和螺纹加工的参数1.1.1原材料粗纱为黑色毛粗纱,线密度0.296g/m;长丝为白色涤纶长丝,线密度50dtex。1.1.2嵌入式复合纺纱长丝预加张力2cN,牵伸倍数50倍,锭子转速7257r/min,捻度436捻/m,设计嵌入式复合纺纱细度为58tex,长丝与长丝间距分别为20、16、12、8mm,粗纱与长丝间距分别为2、4、6、8mm,纺纱中心点偏移距离分别为-4、-2、0、2、4mm。1.2实验方法论(1)嵌入式复合纺纱长丝成纱距离的确定mm,粗纱与长丝间距为4mm时试纺,观察加捻三角区的形态和纱线的纵横向结构,测试成纱性能并作比较分析,得出嵌入式复合纺纱长丝间最佳成纱距离。(2)试纺成分配试验mm的条件下,长丝与粗纱间距分别取2、4、6、8mm进行试纺。测试成纱性能并作比较分析,得出嵌入式复合纺长丝与粗纱间最佳成纱距离。(3)试纺中心偏移mm,长丝与粗纱间距为4mm的条件下,纺纱中心偏移分别取-4、-2、0、2、4mm进行试纺。测试成纱性能并作比较分析,得出嵌入式复合纺纺纱中心最佳位置。1.3纺织机械和纺织结构的性能试验(1)纺织机械采用HF41-01-4型多功能纺纱小样机。(2)结构的外观采用美国科视达三维视频摄像系统对纱线纵横向结构进行观察与分析。(3)复合纺纱线的测试方法采用SFY13型单丝张力仪、YG(B)021DX型台式电子单纱强力机、YG172A型纱线毛羽测试仪、YG135E型条干均匀度测试分析仪等测试仪器测试嵌入式复合纺纱线的条干均匀度、毛羽数、纱线断裂强力和伸长。2理论基础2.1纱线张力变化的影响图1中,1、2为涤纶长丝,3、4为毛粗纱,A为长丝与长丝间距,B为长丝与粗纱间距,O′为导纱钩(大三角区的汇聚点),O为导纱钩到前罗拉的垂足点,G为1、3在小三角区的汇聚点,H为2、4在小三角区的汇聚点,MG、NH为长丝单纱段,KG、LH为毛须条单纱段,F为纺纱张力,f为小三角区增强后的纤维须条所受的张力,γ为大“V”形区夹角。在嵌入式复合纺纱过程中,两长丝具有一定的捻度,因此两纤维须条一旦接触到长丝,就会有捻度传递而自行加捻,且接触部分与长丝相互扭合为一体,形成增强的纱线须条,然后与另外一边的加强过的纱线须条于O′点进行汇聚,形成纱线。在纺纱过程中,纺纱张力经历大-小-大的变化过程,由此引起“V”形区夹角γ的变化,由于γ的变化,须条单纱中获得捻度。当张力增大时,“V”形区被拉长,γ角减小;同理,当张力减小时,γ角将增大。因此,在纺纱过程中,“V”形区夹角γ在一定范围内变化,即存在一变化区间[γmin,γmax]。当间距增大时,由于“V”形区被拉长,将使γ角减小,毛须条单纱段长度则由于“V”形区被拉长而增大,因此短纤维在成纱中转移路径变长,转移充分。但如果间距过大,则毛须条单纱段长度很可能大于毛纤维主体长度,单纱易产生滑脱,对成纱不利,故本实验取最大间距为20mm。2.2纱线间距及长度由力学平衡知:F=2fcos(γ/2)(1)式中,f—须条单纱和长丝上所受张力;γ—“V”形区夹角。当间距增大时,由于“V”形区被拉长,将使γ角减小,须条单纱段KG、LH长度则由于“V”形区被拉长而增大,因此短纤维在成纱中转移路径变长,转移充分。但如果间距过大,由于皮辊的宽度限制,对成纱不利,故本实验取最大间距为20mm。3结果与分析3.1成纱结构形式与长丝间距当长丝与长丝间距分别为20、16、12、8mm,毛粗纱与长丝间距为4mm时,纱横向结构变化不大,长丝与毛纤维在横截面上表现为两种独立成分,这是因为在小三角区内长丝具有一定的张力条件下,由于捻回的传递,毛须条和涤长丝两种成分在并合加捻前都具有一定的捻度,因此在分汇聚点处加捻时,只能以螺旋线形式互相包缠。在汇聚点处再次加捻时彼此均很难再进入对方结构中。图2～5分别为长丝与长丝间距为20、16、12、8mm的成纱纵向外观图。从上图可看出,纱纵向皆呈螺旋形外观,但间距不同,螺旋形外观差异明显,纱线横向紧密度也有差别。由图2～5可以看出,当长丝间距为20、16mm时,纱线的紧密度要大于12、8mm长丝间距时纱线的紧密度,亦即前者纱线直径和线密度小于后者。随着间距增大,γ会减小,γmin会更小,当达到γmax时,成纱中单股纱捻度达到最大值。此外,从上图还可以看出,当对长丝与长丝间距为20、16mm和12、8mm的纱线表面进行对比时,发现前者纱线表面的光洁程度要好于后者,这一方面是由于长丝与长丝间距的增大减少了纱线毛羽,长丝与长丝间距增大使纱体包缠得更紧密,后者毛短纤维容易被甩出纱体或露出纱表面,纱线外观显得更加蓬松,使其光洁度变差。3.2加捻三角区的不对称现象分析图6～11为不同间距下的成纱强伸性比较图。由图6、7可知,当长丝与长丝间距从20mm变化至16、12和8mm时,成纱强力先减小、再减小、再增大,伸长先增大、后减小、再增大,且长丝与长丝间距为20mm时纱线强力最大,间距为12mm时伸长最小。这是因为,当长丝与长丝间距20mm时,捻回向三角区传递,毛粗纱须条上所得捻回增多,纤维内、外层转移充分,纱线受力时强力利用系数高,对强力贡献大,相互间不容易滑动。γ变小,纱体结构紧密,但成纱螺旋角变大,故纱线的伸长以纱线直径变细、成纱螺旋角变大而导致的伸长占主导地位,因此强力高,伸长也较大。而间距减少到16mm时,三角区长度变短,短纤维在低纺纱张力作用下没有充分伸直,须条中伸直纤维的比例减少,对成纱伸长有利,且纱线抱合不紧密时利于纱线伸长,因此强力降低而伸长增大。纱线的伸长由纤维间的滑移、纤维本身的伸长、纱线直径变细而导致的伸长3部分组成。在间距为12mm时,由于γ大,纤维间抱合较松,拉伸时纤维间滑移而导致的伸长是纱线伸长的主要部分。因此强力降低,断裂伸长率减少,在12mm时,伸长最小。间距减小到8mm的时候,由于粗纱纱条之间纤维有一定的相互转移和抱合,导致强力有一定的上升,断裂伸长率亦相应增加。由图8、9可知,当长丝与长丝间距为20mm、粗纱与长丝间距从2mm变为8mm时,成纱强力逐步减小,而伸长也逐步减小,粗纱与长丝间距为4mm时,成纱断裂强力最大。粗纱与长丝间距为2mm时,断裂伸长最大。这是因为粗纱与长丝间距从2mm变化至8mm时,小三角区逐步变大,小三角区内的长丝与毛粗纱抱合逐步变松,拉伸时纤维间滑移是主要因素,因此强力和伸长逐步降低。由图10、11可知,Z捻时,当长丝间距为20mm、长丝与粗纱间距为4mm条件下,纺纱中心从-4mm变化至4mm时,成纱强力呈现波动状态,先下降后上升,纺纱中心偏移为4mm时强力最大,伸长也最大。纺纱中心点偏移为0mm时,由于是Z捻,纺纱的扭矩由右至左,形成了加捻三角区X轴向的不平衡,从而形成了加捻三角区的不对称,纺纱中心点偏移由0至4mm时更加剧了这种不对称的程度,从而形成了以一边纱条为中心的包围效果,因此强力增大时,伸长也较大。而且纺纱时加捻三角区的这种不对称导致了细纱钢领板一次升降时加捻三角区的剧烈变化。纺纱中心点偏移由0至-4mm时,逐步修正了加捻三角区的不对称情况,因此强力下降。纺纱中心点偏移为-2mm时,加捻三角区比较对称,纱体结构紧密,纤维滑移减少,因此伸长较低。纺纱中心点继续向左偏移增大时,纱体结构紧密,强力增大,但是由于右边纱条不对称增加,形成了类似包缠结构,因此伸长有所下降。3.3长丝和粗纱间距长丝与长丝间距、长丝与粗纱间距、纺纱中心不同偏移时嵌入式复合纺纱线毛羽指数比较见图12～14。由于短毛羽对纱线的织造性能影响不显著,故只比较长度3mm以上的毛羽。由图12可知,当其他条件不变,长丝与长丝间距从20mm变化至16、12和8mm时,毛羽逐渐增加,最后适当降低。间距20mm时毛羽最少,间距12mm时毛羽最多。由图13可知,当其他条件不变,长丝与粗纱间距从2mm变化至4、6和8mm时,毛羽先降低,再增加,再降低。间距2mm时毛羽最少,间距6mm时最多。由图14可知,当其他条件不变,纺纱中心偏移从-4mm变化至-2、0、2和4mm时,毛羽呈现波浪状。偏移-2mm时毛羽最少,偏移4mm时毛羽最多。长丝与长丝间距20mm时,加捻三角区增长,成纱段“V”形区的夹角γ减小,长丝捕捉短纤维毛羽的机会增大,有利于减少毛羽;同时须条段得到的捻回大,成纱中单股纱获得的捻度也增大,可以降低毛羽。长丝与长丝间距为8mm时,由于间距较小,纤维相互转移导致毛羽比长丝间距为12、16mm时小。当长丝与粗纱间距保持一定的距离时,也可以适当增大小三角区中长丝与毛纤维的加捻三角区的夹角,同时避免两根粗纱须条之间的相互影响,有利于减少毛羽。该间距为4mm时对成纱毛羽较好。在顺时针加捻时,纺纱中心点适当向左偏移时有利于须条扭矩在X轴向的平衡、加捻三角区的稳定和减少毛羽。同时由于两个长丝与粗纱的加捻须条进行了再次加捻,能有效地降低纱线毛羽。因此,嵌入式复合纺纱纱线毛羽随着长丝与长丝间距的增大,长丝与粗纱间距保持一定的距离,纱纺中心点向左适当偏移一定距离时呈现减少趋势,向左偏移为2mm时效果较好。3.4纱线条干分析图15～17为不同间距下的成纱条干均匀度比较图。各种间距是影响成纱条干的重要因素,其影响均呈非单调性。由图15可知,当长丝与长丝间距从20mm逐渐减少到8mm进程中,成纱条干先增高,然后逐步降低,且间距为8mm时纱线成纱条干最好。当长丝间距为8mm时,由于间距很小,粗纱纱条之间纤维有一定的相互转移和抱合,单股纱在长丝上产生的滑移小,粗纱和长丝复合时成纱紧密,因此条干好。当间距从8mm增加到16mm时,单股纱在长丝上产生的滑移增大,纱体结构不够稳定,条干逐步变差。而当间距从16mm增大到20mm时,条干又变好,原因可能是长丝间距很大时,纱体结构中大三角区的复合较稳定,成纱紧密导致条干不匀变小。由图16可知,当长丝与长丝间距为20mm,粗纱与长丝间距从2mm增加至8mm时,成纱条干呈现波动状态,粗纱与长丝间距为4mm时,成纱条干最好。当长丝与长丝间距为20mm,粗纱与长丝间距从2mm增加至8mm时,既要适当增大小三角区中长丝与毛纤维的加捻三角区的夹角,又要避免两根粗纱须条之间的相互影响,有利于成纱条干,以4mm为好。由图17可知,当长丝间距为20mm,长丝与粗纱间距为4mm时,纺纱中心从-4mm增加至4mm,成纱条干呈现波动状态,纺纱中心偏移为4mm时成纱条干最好。在Z捻时,当长丝间距为20mm且长丝与粗纱间距为4mm时,纺纱中心从-4mm增加至4mm,成纱条干呈现波动状态。向右偏移较小时,由于两个小三角区不一致,导致大三角区不稳定,成纱条干变差;向左右偏移比较大时有点象包芯结构,条干趋好。4纱线结构的影响(1)各种间距变化引起“V”形区夹角和须条单纱段长度的改变以及单股纱捻度的重