假捻集聚纺纱方法的研究

假捻集聚纺纱方法的研究

在棉纺环吻辊的广阔区域，纤维的张力和运动非常复杂，对制造机的结构和性能有重大影响。国内外不少学者在这方面进行了大量的研究,分析和表征了牵伸区中的纤维,特别是浮游纤维的力学和运动状态,为改进和提高环锭纺纱技术提供了理论指导和参考。此外,人们还通过生产实践探索并总结了一些方法和规律。就主要原理而言,大致可以将其归为2类。一是在牵伸区中形成一个强度适宜且稳定的附加中间摩擦力界,加强对浮游纤维的控制,使其合理变速,从而减小其对纱线结构的负面影响。采用这种原理的装置主要有后区压力棒或改进型皮圈等。另一种原理是在主牵伸区之后增加1个整理区,须条在此区域内仅具有很小的张力牵伸,而重点是通过机械、气流或二者兼具的方法使须条中的纤维更加平行顺直,须条更加密实和光洁,这样有利于减小加捻三角区的宽度,提高纱线质量。紧密纺、半紧密纺以及集合纺等纺纱技术就是基于此种原理。本文提出了用于棉纺环锭纺纱的假捻集聚纺纱方法,并对由该方法纺制的29.5tex纯棉纱的条干CV值、毛羽指数、断裂强度以及断裂伸长率进行了测试。据此分析了假捻器转速比、转向以及牵伸形式对纱线上述4项主要性能的影响,从而为改进假捻器设计或纺纱工艺提供技术参考。1须条状假捻改性文献[12-13]通过对以上2种不同原理及其具体方法的分析,提出了在棉纺环锭中既能加强对浮游纤维的控制,又能在一定程度上改善牵伸须条结构的假捻集聚纺纱方法。该方法主要通过假捻来实现上述目的。因为须条上适度的假捻一方面能形成一种良好的摩擦力界,使其中的纤维得到很好的引导,并稳定地变速。另一方面假捻也能使须条结构更加紧密,减小加捻三角区宽度。这些都能在一定程度上改善成纱性能。假捻集聚纺纱方法的纺纱机制是通过在棉纺环锭细纱机皮圈和前罗拉之间增设1个特别设计的假捻装置,对位于前牵伸区中的纤维须条施加一定的假捻,使须条在假捻的状态下被牵伸,从而形成一种“假捻牵伸”的纺纱工艺。该方法的原理示意图如图1所示。2实验部分2.1种假捻器的集聚纱纺纱实验中所用的原料为某纺纱厂提供的普梳棉粗纱,线密度为480tex,捻系数为87,捻向为Z捻。所纺成的细纱线密度为29.5tex,捻系数为340。所有纱线在1台经改造的HF31A-01-4多功能纺纱小样机上纺制,改进型小样机的中罗拉和后罗拉的位置可以根据实验要求进行调整。实验中所用假捻器设计为圆筒状,直径为25mm,长度为30mm,假捻器内有曲线形假捻腔。纺纱时,纤维须条经皮圈钳口输出后穿过假捻腔并在其带动下绕假捻器轴线发生转动。在假捻腔与须条间摩擦力的作用下,前牵伸区中的各段须条分别绕自身轴线回转,并在随后的过程中发生捻度的传递,最终使各段须条获得不同的假捻捻度。假捻集聚纺纱方法是通过假捻的方式对纤维及须条进行控制和调节。通过分析可知,假捻器的转速和转向决定着须条所获得的捻度及捻向,因此假捻器转速和转向是该方法中2个重要的工艺参数。此外,由于皮圈装置和假捻装置是2种不同的附加摩擦力界的形式,为了研究二者单独对须条的控制作用及成纱质量的影响,实验中在细纱机上分别构建了2种牵伸形式:第1种形式是移除皮圈和皮圈销,用1个直径为30mm的皮辊取而代之作为中罗拉上皮辊,这样就构成了1个简单三罗拉牵伸装置;第2种牵伸形式就是将皮圈机构和中、后罗拉机构整体向后移动45mm,皮圈与假捻器后端面距离为16mm,这种形式可称为皮圈牵伸形式。在采用以上2种不同的牵伸形式纺纱时,假捻器均处于最靠近前罗拉的位置,即假捻器的前端尽量靠近前罗拉,但在运转过程中不与前上皮辊发生接触。纺纱实验中细纱机的锭速为8000r/min,后区隔距为56mm,后区牵伸倍数为1.2,钢丝圈号数为69031/0号。在罗拉牵伸形式下,采用2种假捻器转向进行实验,以研究转向对纱线性能的影响。在皮圈牵伸中,仅取假捻器逆时针转动进行实验,以分析2种牵伸形式对纱线质量的作用。所谓逆时针转动是指从假捻器前端面(须条从假捻器输出的端面)看去,假捻器为逆时针转动。根据牵伸形式和假捻器转向不同,纱线试样被分为A、B、C3组,各组试样编号及基本工艺参数如表1所示。2.2断裂强力及断裂伸长率所有纱线试样每次测试前至少在标准大气环境下(温度为(20±2)℃,相对湿度为(65±3)%)调湿24h以上。使用长岭YG135G条干均匀度测试分析仪测试纱线的条干CV值,测试速度为400m/min,测试时间为2.5min。用YG061型电子单纱强力机测试纱线的断裂强力及断裂伸长率,采用等速伸长(CRE)方式,纱线夹持长度为500mm,拉伸速度为500mm/min。毛羽测试采用YG172型纱线毛羽仪,测试速度为30m/min,取≥3mm的毛羽指数为分析指标。纱线条干依据GB/T3292.1—2008《纺织品纱线条干不匀试验方法第1部分:电容法》进行测定。断裂强度及断裂伸长率依据GB/T3916—1997《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》进行测定。毛羽依据FZ/T01086—2000《纺织品纱线毛羽测定方法投影计数法》进行测试。3纱线断裂拉伸性能测试结果显示出不同纺纱工艺条件下纱线性能有着较大的差异,特别是条干CV值和断裂强度。在本文实验所纺制的几组试样中,纱线条干CV值的最大差异为5.07%,约为条干CV值平均值的35%。相对而言,成纱断裂伸长率的差异较小,约为平均值的15%。图2分别示出在不同牵伸形式和假捻器转向下,所纺3组纱线的各项性能随假捻器转速比的变化规律。3.1皮圈控制装置的装置由图2可知,在假捻器转向同为逆时针转动的条件下,采用皮圈牵伸形式时,所纺纱线的条干CV值、断裂强度和断裂伸长率均好于同转速下采用罗拉牵伸形式纺制的纱线。特别是在假捻器转速比为0.24和0.60时,纱线的毛羽指数低于罗拉牵伸形式的成纱。这表明皮圈对纤维须条的控制作用好于简单罗拉机构,其原因是假捻作用使假捻器后端与皮圈或罗拉钳口之间的须条上的捻度增大,当采用皮圈控制装置时,由于皮圈销的弹性握持作用使须条上的捻度能扩展到皮圈内部,在皮圈钳口附近的须条有一个从宽松到紧密的过渡形态。这种相对柔和的作用,能使位于须条边缘的纤维在假捻的作用下逐渐地捻入须条内。而罗拉机构的握持作用较强,且此时的须条又相对较粗,当扁平的须条从中罗拉钳口输出后,如果立刻受到假捻作用,会在中罗拉处产生和前罗拉钳口处类似的纺纱三角区,不仅不易将边缘松散的纤维捻入须条,反而有可能会造成纤维散失。3.2假捻器偏转时纱线的性能对于罗拉牵伸形式而言,假捻器呈逆时针转动时所纺纱线的各项性能要优于同转速下假捻器呈顺时针转动时所纺纱线。其原因可能是所用的粗纱为Z捻,当假捻器呈逆时针转动时,给位于其后端至罗拉钳口之间的须条施加的是Z捻,即增大了该段须条的捻度,使须条结构更加紧密,纤维之间的摩擦抱合力也相对变大。而当假捻器顺时针转动时,其给该段须条上施加的是S捻,这样须条就有一个先退捻再加捻的过程,因此纤维须条呈一种松散的结构,原本须条中纤维的排列被破坏。而且施加的反向捻度也不一定能达到原先的程度,须条中浮游纤维的运动得不到有效的控制,故给须条的结构和牵伸带来不利影响,成纱质量有所下降。从图2还可看出,当假捻器转速比为0.60时,这2种不同转向工艺下所纺纱线的毛羽指数、断裂强度和断裂伸长率测试结果比较相近。此时假捻器顺时针转动所纺纱线的条干CV值更是低于逆时针转动的成纱条干。这主要是由于假捻器逆时针转动所产生的假捻捻度太大,须条中纤维的抱合力大大增加,因此使牵伸条件发生恶化而造成纱线质量下降。而在同样转速比下,假捻器顺时针转动所产生的捻度可将原须条退捻并反向初步加捻,须条此时的牵伸条件反而会好转,故纱线质量有所提高;但这种退捻再加捻的过程已对须条结构产生了不利影响,因此其对纱线质量的改善程度也是非常有限的。3.3假捻器回转转速根据图2可知,无论牵伸形式和假捻器转向如何,当假捻器转速比由0.24增加至0.36时,成纱的各项性能均有不同程度的改善,特别是采用罗拉牵伸形式所纺制的纱线,其性能改善程度最为明显。可能的原因是对于简单的罗拉牵伸形式而言,当前罗拉和中罗拉之间的隔距较大时,中罗拉所形成的摩擦力界的作用范围十分有限,此时假捻器作用就显现出来。在假捻捻度增大的初始阶段,牵伸区中须条的形态及其中纤维之间的抱合力有较大的变化,因此成纱的各项性能均有较大程度的改善。从图2可看出纱线性能随假捻器转速比变化的规律。当假捻器逆时针转动时,无论是罗拉牵伸还是皮圈牵伸,所纺纱线的各项性能指标随假捻器转速比的增加都有一个先提高后降低的过程,即在初始阶段,纱线性能随转速比的增大而提高,并在一定转速比范围内达到最佳值,当转速比继续增大,纱线性能反而有所下降。对于本文实验所纺29.5tex纱而言,其最佳转速比约为0.36。与上述不同的是,当假捻器顺时针转动时,成纱的各项性能指标一般是随转速比的增加而不断改善,但也有如断裂伸长率那样的小幅度波动变化。究其原因可能是,当假捻器转速比在一定范围内时,适当增大转速比,假捻器所提供的附加摩擦力界的强度和范围也随之变大,因此对纤维运动的控制作用也随之增强,从而在一定程度上提高了成纱质量。而当假捻器给须条所施加的捻度超过一定限度后,捻度使须条变得更紧密,由此增大了纤维之间的抱合力。但此时如果没有相应地增大前罗拉上皮辊的压力,则会产生握持力有余而牵伸力不足的问题,前罗拉要把纤维从须条中抽出会变得很困难,由此而造成纱线质量整体变差。4纱线制备及转速比对纱线性能的影响本文提出了对牵伸区中的须条采用假捻集聚的方式来提高棉纺环锭细纱质量的纺纱方法,并通过纺纱实验分析了该方法中牵伸形式以及假捻器转速和转向对纱线主要性能的作用。采用皮圈牵伸形式时,所纺纱线的条干CV值、断裂强度和断裂伸长率均好于同假捻器转速下采用罗拉牵伸形式纺制的纱线,而纱