纤维的伸展度和伸直度的关系

纤维的伸展度和伸直度的关系

1纤维硬度和测定1.1拉伸度的测量当纤维完全平行（与纺织带的中轴线平行）且笔直时，其内部纤维比例可称为100%。但实际上,纤维在纱条中是各式各样的,有卷曲、弯钩、不平行及其他形状,因而在牵伸过程和纱条结构中,纤维的有效长度小于平行伸直时的长度。伸直度是表示这种差异的程度,故纤维伸直度可用纤维在纱条轴向投影长度占纤维伸直长度的百分数来表示。假设在一个平面内,纤维在纱条中的一般分布情况如图1所示。一根纤维的伸直度p是以其在纱条中轴向投影长度¯A′B′与伸直长度˜CABD之比来表示。p=¯A′B′/˜CABD=ηcosθ(1-a-b)×100%(1)式中:p——纤维伸直度;η——纤维的弯曲卷曲度,其平均值ˉη=(¯AC+¯AB+¯BD)/(˜AC+˜AB+˜BD);cosθ——平行度(或称定向度);a——前弯钩大小a=˜BD/l;b——后弯钩大小b=˜AC/l;l——纤维伸直长度(即˜AC+˜AB+˜BD)。在纱条中,各根纤维的平均伸直度可用平均投影长度与平均长度之比来表示,因此平均伸直度包括下列因素:(1)平行度cosθ;(2)弯曲卷曲度η;(3)前、后弯钩大小a、b;(4)各类形状纤维的根数百分率。1.2用人工纱条中小型纱线的方法,主要有以下四种测定纱条中纤维伸直度的方法,一般有拉伸强度法、重量法、光学法和直接测定纤维形状法(示踪法)。虽然示踪法能正确地测出纤维的形状(如弯钩)和伸直度,但其操作复杂,工作量大,只有在较难采用其他方法时才采用。目前较多采用林氏法,即把棉条(粗纱)夹住,在一定长度(如12.7mm)处切断,向一端梳去浮游纤维,其重量为C,把梳直后超出切断长度的纤维切断,其重为E,在切断长度内梳直纤维重为N,则伸直度用下列两个指标表示:梳下比CR=C/(N+E)(2)伸直度系数r=(1-E/N)×100%(3)这两个指标在一定程度上能间接反映纤维的伸直度和弯钩方向性,但它有一定的局限性,主要表现在以下几个方面:(1)CR和r是间接指标,不是纤维在纱条中真实的伸直度。在高产梳棉机上用示踪法和林氏法测定生条时的对比情况为:纤维的实际平均伸直度为62%左右(3121根示踪纤维的平均值),而用林氏法r在86%～93%左右,相差很大,而且正反方向的r和CR共有四个指标,各方案比较时,经常出现相互矛盾的情况。(2)林氏法测得的伸直度指标从生条到粗纱、细纱之变化范围远远小于纤维在纱条中的实际变化范围(见表1)。在一般情况下,生条伸直度在62%左右,头并在80%左右,三并在84%左右(新并条机要高些),而林氏法生条伸直度在80%～90%,并条、粗纱伸直度在90%以上,变化范围很小,不仅不能反映实际情况,而且往往各方案间差异不大,看不出问题。(3)林氏法各指标在某些情况下,完全失去反映伸直度(η、cosθ、a、b)大小的能力。例如CR、r与伸直度不成线性关系;伸直度(η、cosθ、a、b)改变而r、CR不变;同一r值对应两个不同的a、b值等。由于林氏法存在上述种种缺点,使r和CR即使是相对表示伸直度的大小也有问题,因此我们研究了测定纤维伸直度的新方法。1.3利用新方法和纤维走廊法测量纤维张力的优势1.3.1纤维直直长度的测定用有色示踪纤维(也可用萤光纤维等方法)铺在小块棉网上,然后与棉卷一同喂入梳棉机,直接观测生条中示踪纤维的形态和伸直度。为了使示踪纤维具有相同的长度(如25mm或30mm),可以利用现有的纤维长度试验仪将纤维按长度分组、梳直,并按一定长度将纤维两端剪齐,将两头染成黑色(2mm左右),这样在观测生条中的纤维伸直度时,凡两头为黑色者,说明纤维没有断裂,其伸直长度为原长度(如25mm或30mm),只须将纤维实际轴向投影长度量出,对于一端为黑色者,应量出其伸直长度和实际投影长度,将上述两种纤维加权平均,计算其平均伸直度。示踪法不仅能求出纤维真实的平均伸直度,而且可以按纤维形态求出各类形态百分率以及前后弯钩的大小。但示踪法工作量大,只有在必要时才采取这种方法。一般情况下采用重量法求伸直度较为方便。1.3.2直接参数pg在测试纤维号数的切断器或其他夹持器(宽度不限)上,与纱条轴线成垂直方向把棉条(粗纱)夹持住,用梳子小心地把未被握持的纤维梳去,并切下被握持纤维两侧的纤维,分别称重为Gpa(前端重)和Gpb(后端重),中间夹持部分称重为Tph(其长度视所用仪器而定),并用一般做纤维长度的方法求得纤维的平均长度Lg,可得平均伸直度Pg为:Pg=(Gpa+Gpb)×H×100/(Lg×TPh)(4)式中:H——夹持长度;TPh——H宽的纱条重量(夹持器中间部分纤维重量)。表示纤维弯钩方向的方向性系数δ为:δ=(Gpa-Gpb)×100/(Gpa+Gpb)(5)1.3.3用新方法测试全纱个人可选指标(1)保持了重量法操作简便、可大量做的优点。(2)平均伸直度Pg的物理意义即为纤维轴向的平均投影长度与纤维平均长度之比,完全符合公式(1)的关系,因而与纱条中纤维实际伸直度是一致的,不像林氏法无法知道伸直度的实际值。(3)从生条到粗纱、细纱的变化范围大,能反映实际情况。采用新方法测试各工序纱条伸直度结果如下:生条60.14%,头并80.89%,二并87.14%,三并91.72%,粗纱93.72%,精梳后头并93.68%。采用示踪法测试各工序纱条伸直度结果为:生条62.52%,头并79%,精梳后头并96%。(4)新方法只用一个指标Pg表示伸直度,不像林氏法那样要用正反方向的r和CR四个指标,很不方便。综上所述,新方法保持了重量法操作方便、可大量做的优点,真实反映了纤维的伸直度,同时也克服了林氏法的其他缺点。2冠层的形成对纤维形状和光滑度的影响2.1纤维形状与弯钩情况纤维和棉束在棉卷中排列较乱,伸直度也较差,虽也存在一定的弯钩纤维,但没有明显的方向性。因此,纱条中纤维弯钩的方向性是由梳针作用产生的。根据在金属针布梳棉机上所作的示踪试验,对锡林、盖板、道夫上的纤维形状进行了统计,见表2。由此可见:(1)盖板上主要是后弯钩,这是分梳造成的;(2)锡林上大部分是前弯钩,且其平行度较好;(3)道夫上主要是后弯钩,而直线形也占一定比例。对金属针布锡林与弹力针布锡林上纤维弯钩情况进行了统计:金属针布锡林上纤维前弯钩88.12%,后弯钩、二端弯钩均为0,无弯钩(直线形)9.8%,其他2.08%,弹性针布锡林上纤维前弯钩68.89%,后弯钩2.22%,二端弯钩5.55%,无弯钩22.96%,其他0.37%。金属针布锡林比弹性针布锡林的前弯钩根数百分率高说明金属针布锡林更易形成前弯钩,其排列定向度也明显。2.2前弯钩的形成锡林上主要是前弯钩,特别是金属针布前弯钩更多,原因如下:(1)棉卷中弯钩少,且无方向性,在刺辊的分梳作用下,刺辊锯齿在抓取纤维时,使一部分纤维在刺辊上形成前弯钩,出现了方向性,当向锡林转移时,大部分未换向,形成锡林上的前弯钩;(2)锡林盖板间的分梳交替作用使盖板上的纤维产生后弯钩,而锡林上的纤维产生前弯钩;(3)在锡林道夫间的分梳转移作用下,未被转移到道夫上的或已转移而又反转回来的纤维,其尾端受到道夫针齿或道夫握持纤维的作用,而前端由锡林梳针握持形成前弯钩。2.3锡林上的后弯钩为了查明锡林上的纤维是如何形成道夫上的弯钩纤维及其间的关系,在锡林上做了不同形状纤维的示踪试验,然后分析转移到道夫上的纤维形状和换向百分率,见表3(每个方案的观察根数超过50根)。由此可见:(1)棉网中金属针布锡林比弹性针布锡林的后弯钩多;(2)锡林上的前弯钩有70%(金属针布)和50%(弹性针布)转变为道夫上的后弯钩,且其中较多(40%～50%)在转移过程中换向(调头);(3)锡林上的后弯钩在采用金属针布时大部分转变为道夫上的后弯钩,但换向率显著减少,采用弹性针布时转变为后弯钩的百分率显著减少,而其他类型纤维显著增加;(4)锡林上的直线形纤维(上下排列的)有84%(金属针布)和50%(弹性针布)转变为后弯钩,且有一半左右是换向的;(5)锡林上横向直线形纤维转变成道夫上的后弯钩百分率比竖向直线形转变明显减少,而且转变成道夫上的直线形纤维和其他类型百分率增加了。由于锡林道夫间梳针配置、规格和梳理作用的关系,使锡林上的各种纤维转变成道夫上后弯钩的概率比转变成前弯钩的概率要大,因而造成生条中后弯钩多的问题。同时可以看出,金属针布锡林上的各类纤维转变成道夫上后弯钩的概率均比弹性针布锡林大,因而金属针布梳棉机的生条中,后弯钩根数百分率比弹性针布大(见表4),方向性更明显,但其平均伸直度与弹性针布相似。2.4锡青铜速度对纤维形状和直直度的影响随着锡林刺辊速度增加,锡林上的弯钩纤维和其他类型纤维增加,而直线形(无弯钩)纤维减少,因而使道夫上的其他类型纤维增加,而直线形(无弯钩)纤维减少,且其伸直度下降,表5为不同锡林速度时生条中纤维的形状和伸直度;表6为不同产量不同定量时生条的纤维形状和伸直度。2.5对纤维直接度的影响梳棉机后部形式(如单刺辊、工作辊、双刺辊)、前牵伸大小、罗拉剥棉和斩刀剥棉、各部隔距、转移率大小、存放时间等都对纤维伸直度有一定影响。3不同的纺织方法对纤维弹性的影响3.1环锭纱的性能在环锭纺中,纤维的伸直度和弯钩的方向性与棉纺各工序及成纱质量有着密切的关系,而且越来越被重视。在转杯纺中,纤维的伸直度和弯钩的方向性在很大程度上也影响着转杯纱的质量,转杯纱的强力比环锭纱低与纤维伸直度有着密切的关系。在相同原棉和前纺工艺条件下,我们对转杯纺和环锭纺在成纱质量上的差异及其成因进行了分析对比试验,用A272C型并条机生产的熟条,一部分直接供应转杯纺,一部分经粗纱供应环锭细纱机,其成纱质量如表7。3.2细纱环锭为了分析纤维伸直度对转杯纺和环锭纺的影响,我们试验了二并条及其经两种不同纺纱方法制成的环锭纱和转杯纱的伸直度(见表8),关于成纱结构的差异见表9。由表8及表9可知:(1)加捻杯中须条与细纱(环锭)须条相比,其差距更大,伸直度比环锭细纱要低33.6个百分点,投影长度要差7.9mm;(2)转杯纱与环锭纱相比,直线形纤维的根数百分率由环锭纱的87%～92%减少到36%～53%,而弯钩纤维(包括其他类型纤维)由8%～13%增加到47%～64%。因此转杯纱的伸直度与环锭纱相比是很差的;(3)环锭纱从二并条经粗纱工序和细纱工序的牵伸,纤维伸直度得到进一步改善,弯钩纤维进一步减少,其细纱的伸直度达到98.7%,而转杯纱非但没有改善二并条的伸直度和弯钩纤维,而且受到进一步的破坏,使转杯纺须条的伸直度仅有65%左右,这是转杯纱强力低的原因之一。4弯钩方向系数(1)纤维伸直度包括下列因素:平行度cosθ,弯曲卷曲度η,前、后弯钩大小a、b,各类纤维根数百分率n。(2)根据纤维在纱条轴向投影长度,导出用轴向投影平均长度与伸直纤维平均长度之比测定纤维伸直度的示踪纤维法及重量法等新方法,其结果能直接反映出纤维的平均伸直度,其变化范围较大。由此导出的方向性系数也能在一定范围内反映出弯钩的方向性差异。(3)通过梳理作用,纤维的平行度、弯曲卷曲度均有所提高,但产生了后弯钩较多的弯钩方向性,使δ≠0。(4)纤维分布形状的测定结果表明,锡林上前弯钩、盖板上后弯钩、道夫生条中后弯钩较多。由于锡林与道夫针布的配置、规格及其梳理作用等因素的影响,道夫上形成了较多的后弯钩。(