（纺织工程专业论文）圆盘式旋流纺输送管道的优化设计[纺织工程专业优秀论文].pdf

中文摘要 中文摘要 圆盘式旋流纺纱是在利用喷射气流加工纤维的技术、并针对克服喷气纺纱方法所存 在问题的基础上发明的一种新型非自由端纺纱方法。它以梳辊牵伸机构代替喷气纺纱中 的罗拉牵伸机构，具有牵伸速度快、效率高，牵伸部件磨损小等优点。 输送装置是圆盘式旋流纺纱机构的一个重要部件，它安装在圆盘式旋流纺牵伸机构 和凝聚机构之间，在纺纱过程中起着输送纤维、分离纤维和平行顺直纤维的作用。为了 产生使纤维伸直的力，必须使沿流动方向的速度梯度为正值，即截面积逐渐收缩，所以 本论文采用渐缩式输送管道。由于圆盘式旋流纺牵伸机构的端面以及凝聚机构接口处的 特定形状，输送管道的进口面和出口面采用矩形。在以往的研究中发现此种形状在纺纱 过程中具有一定的可行性。但输送管道的具体尺寸对纺纱过程中纤维的状态有明显的影 响，从而影响着旋流纺的成纱质量。 本论文作为圆盘式旋流纺纱研究工作的一部分，主要探讨了圆盘式旋流纺纱的输送 管道的优化设计以及纺纱的工艺参数对纺纱质量的影响。分析了输送管道的形状与尺寸 和成纱质量的关系，并对圆盘式旋流纺纱机纺制纱线过程中的工艺参数及成纱质量进行 了比较系统的测试和分析，初步确定了输送管道形状与尺寸及其纺纱工艺参数范围。 【关键词】圆盘式旋流纺输送管道纺纱工艺参数成纱质量 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t d i s cs w i r ls p i n n i n gi san e w t y p en o no p e n e n ds p i n n i n gp r o c e s s i tm a k e su s eo fj e ta i r t op i o c e s sf i b e r si no r d e rt or e s o l v et h em a t t e r si na i r - j e ts p i n n i n g i ts u b s t i t u t e sr o l l e fd r a f t i n g s y s t e mw i t hc o m b i n gr 0 1 l e rd r a f t i n gs y s t e m ，w h i c he n s u r e st h a tt h ed r a f t i n gs y s t e mo fd i s c s w i r ls p i n n i gh a st h ea d v a n t a g e so fh i 曲d r a f t i n gs p e e d ，h i 曲d r a f 【i n ge f f i c i e n c y ，l i t t l e a b m s i o n a n de t c c o n d u c t i n gt u b ei s a ni m p o r t a n tp a no ft h ed i s cs w i r ls p i n n i n gs y s t e m i ti sp l a c e d b e 惭e e nt h e d r a f t i n gm e c h a n i s ma i l dt h ec o n d e n s i n gm e c h a n i s m ，a n di t sf u n c t i o ni s t o d e l i v e r 、s e p a r a t ea n d c a r df i b e ri nt h ep r o c e s so fs p i n n i n g i no r d e rt op r o d u c eaf i b e rf o r c et o s t r e n g mf i b e r s ，t h ec u r r e n ts p e e d 乒a d i e n to ft h ef i b e rm u s tb ep o s i t i v e ，w h i c hm e a n st h a tt h e a c r o s s s e c t i o na r e as h o u i db e 笋o w i n gs m a n e r ，a n dt h er e d u c i n gp i p ei su s e di nt h i sp a p e l b e c a u s eo ft h ec e n a i ns h a p eo ft h ej o i n t so ft h ed r a f t i n gm e c h a n i s me n df a c ea n dt h e c o n d e n s i n gm e c h a i s mi 1 1 t e - a c e ，t h ei n t e r f a c ea n de n df a c e o ft h ec o n d u c t i n gt u b ea r e r e c t a n 班e s a n dj ti sf o u n dc h a tt h es h a p ej sf e a s j b l ei nt h ef o 咖c rs t u d i e s b u tt h ee 虢c to ft h e c o n d u c t i n gt u b es h a p ea n ds i z eo nt h ef i b e ri nt h es p i n n i n gi so b v i o u s ，a n da f ：f - e c tt h ed i s c s w i r ls p u ny a m sq u a l i t y t h i sp a p e ri sap a no ft h es t u d yo nt h ed i s cs w j r ls p i n n i n gs y s t e m ，t h eo p t i m i z ed e s j g no f t h ec o n d u c t i n gt u b ea 1 1 dt h ee f i e c to ft h ep a r a m e t e r so fd i s cs w i r ls p i n n i n go ns p i n n i n gq u a l i t y w e r es t u d i e d t h er e l a t i o nb e t w e e n c o n d u c t i n gt u b e ss h a p ea n ds i z ea n ds p i i i n i n gq u a l i t yw a s a n a l y s e d ，a n dt h ee f f e c to ft h ep a r a m e t e r so fd j s cs w j r ls p j n n j n go ns p j n n j n gq u a 】j t yw a s d i s c u s s e d t h es c o p eo ft h ec o n d u c t i n gt u b e ss h a p ea n ds i z ew a sc o n c l u d e da n dt h es c o p eo f t h ep a r a m e t e rw a sm a d ec e n a i ni n t e 伊a t e d l y 【k e yw o i d s 】d i s cs w i r ls p i 皿i n g ，c o n d u c t i n gt u b e ，p a r a m e t e r ，s p i i l i l i n gy a m i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 壹出虱日期：加年；月7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将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、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：幽导师签名： 日期：力即6 年岁月乒日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题研究的目的和意义 圆盘式旋流纺纱是在利用喷射气流加工纤维的技术、并针对克服喷气纺纱方法所存 在问题的基础上发明的一种新型非自由端纺纱方法【l 3 1 。它以梳辊牵伸机构代替喷气纺 纱中的罗拉牵伸机构，具有牵伸速度快、效率高，牵伸部件磨损小等优点。 喷气纺纱1 4 ”1 具有纺纱速度高，纱支细的优点，但其牵伸机构采用罗拉牵伸，牵伸 倍数达到1 2 0 1 5 0 倍，在生产中必须执行“紧隔距、重加压、零钳口、强控制”的工 艺路线，胶辊通常在2 0 0 0 r m i n 左右的高速度和前罗拉的重加压条件下回转，所以胶辊 磨损严重、使用寿命很短，例如普通胶辊平均使用寿命为一周，特制的日本帝人胶辊平 均使用寿命仅为半月，使喷气纺生产成本居高不下。同时，牵伸机构虽然实现了须条的 超大牵伸，但牵伸速度仍然与加捻器内气流的5 0 1 0 0 万转m i n 回转速度的可纺能力相 差很远，制约了喷气纺纱速度的进一步提高。 为此，葛明桥等人设计了一种梳辊牵伸机构代替喷气纺纱中的罗拉牵伸，同时设计 了斗式纤维传送机构、圆盘式纤维集聚机构及空气旋流加捻机构【l “，形成了一种新型的 纺纱方法，即圆盘式旋流纺。其显著特点是牵伸速度快，效率高，不存在牵伸元件的高 消耗率，能够充分发挥加捻器内的高速旋转气流所具有的可纺能力，符合现代纺织高速、 节能的要求。 本论文作为圆盘式旋流纺纱研究工作的一部分，主要探讨了圆盘式旋流纺纱的输送 管道的设计以及纺纱的工艺参数对纺纱质量的影响。分析了输送管道的形状与尺寸和成 纱质量的关系，对圆盘式旋流纺纱机纺制纱线过程中的工艺参数及成纱性能进行了比较 系统的测试和分析，初步确定了输送管道及其纺纱工艺参数范围。 1 2 输送管道的作用 在纺织工程中，常应用气流使纤维介质在管道中流动”。7 】，使它从种机器运送到 另一种机器，或者在某些机器中从机器的一部分输送至另一部分。气流输送的优点是： ( 1 ) 设备结构简单，不需要复杂的机件，如帘子、皮带、齿轮等，安装看管方便，特 别是输送距离较长时，且可不在同一个平面；( 2 ) 输送流量较大，速度较高；( 3 ) 在输 送的同时还具有清洁作用，使车间比较洁净，同时有劳动保护的功能：( 4 ) 对开清棉机 械有调节落棉的作用。在近代的纺纱技术中，还可以利用纤维介质在管道中的流动改变 方向，而产生除杂作用。例如，开清棉机械中棉块的气力输送、气流配棉、摩擦纺和转 杯纺中纤维的输送等等。可以这样说，当应用气流或其他流体时，管道是必不可少的部 件，而管道流动便成为气流应用的基本问题之一。在其他工业中，对管道也做了不少研 江南大学硕士学位论文 究【2 8 d ”。 1 3 圆盘式旋流纺纱 圆盘式旋流纺纱是在利用喷射气流加工纤维p 2 硼的技术、并针对克服喷气纺纱方法 所存在问题的基础上发明的一种新型纺纱方法。它以分梳辊牵伸机构代替了喷气纺中的 罗拉牵伸机构实现棉条的超大牵伸，利用旋流加捻器6 】内部产生的高速旋转气流对纱条 进行加捻，在加捻过程中使前罗拉输出的边缘纤维包缠在主体纱芯上而成纱。目前，葛 明桥等人己对这种纺纱方法的工艺流程、成纱原理和成纱性能等进行了研究【1 3 蚓。 1 3 1 圆盘式旋流纺工艺流程 圆盘式旋流纺纱设备既可纺普通纱线，又可纺包芯纱，工艺流程如图1 1 所示( 如 果纺制一般纱则停止使用芯丝7 即可) 。从棉条筒引出的棉条先后经过本研究设计的牵 伸装置1 、输送装置2 、集聚装置3 进行牵伸和并合，形成纤维细条，再通过由新型集 聚装置3 和压棉辊9 组成的前钳口( 下同) 送入旋流加捻器1 0 。同时从长丝架4 上引 出的芯丝5 经过张力装置6 、长丝导杆7 、导丝器8 后，通过前钳口也送入旋流加捻器 1 0 。短纤维与长丝一起被空气加捻器加捻成包芯纱1 3 ，在经过导纱钩1 1 和引纱罗拉1 2 后，被槽筒1 4 卷绕成筒子包芯纱1 5 。 r l 一牵伸装置；2 一输送装置；3 一集聚装置；4 一长丝架；5 一芯丝；6 一张力装置；7 一长丝导杆：8 一导丝 器；9 一压棉辊；1 0 一旋流加捻器；卜导纱钩；1 2 一引纱罗拉：1 3 一包芯纱；1 4 一槽筒；1 5 一筒子纱 图1 1 圆盘式旋流纺纱流程示意图 1 3 2 圆盘式旋流纺纱的成纱原理 圆盘式旋流纺纱机构如图1 2 所示，其成纱原理如下。 条子经喂给喇叭1 密集后，以扁平形界面状态进入给棉罗拉3 与给棉板2 握持区， 依靠弹簧加压，被喂给机构的钳口比较均匀地握持，随给棉罗拉向前运动。给棉板上的 第一章绪论 棉条被高速转动的梳辊5 抓取后，在梳辊表面的气压差和锯齿的作用下逐步混合、伸直、 分离，最终被气流抛入斗式纤维传送机构7 。由于斗式纤维传送机构内气流流动的平均 速度是逐渐增大的，纤维在气流作用下继续牵伸。斗式纤维传送机构与圆盘式纤维集聚 装置8 相连。圆盘式纤维集聚装置表面是可以转动的孔眼转动槽，内部是固定的扇形风 道，风道与负压抽吸系统相连。离开斗式纤维传送机构的纤维被负压牢牢地吸附到圆盘 式纤维集聚装置表面的孔眼转动槽中，随着圆盘式纤维集聚装置的转动，分离并伸直的 纤维依次被吸附到圆盘式纤维集聚装置的表面，纤维间头尾相接实现并合，并随槽转动。 当圆盘式纤维集聚装置表面的纤维转至压棉辊9 处时，负压吸风结束，这时纤维头端呈 一定宽度的自由状态，在圆盘式纤维集聚装置形状的约束下，纤维束被喷气加捻器1 1 中的负压吸入加捻器，接受空气涡流的加捻。喷气加捻器由第一喷嘴和第二喷嘴串接而 成，两个喷嘴所喷出的气流旋转方向相反，且第二喷嘴内的气流转速大于第一喷嘴内的 气流转速，须条受这两股反向旋转气流的作用而获得捻度，形成纱线。 1 一喂给喇叭2 一给棉板3 一给棉罗拉4 一加压弹簧5 一梳辊6 一排杂通道7 一斗式纤维传送机构 8 一圆盘式纤维集聚装置9 一压棉辊1 0 一负压抽吸口1 1 一喷气加捻器 图1 2 圆盘式旋流纺纱装置 1 3 3 圆盘式旋流纺纱机输送管道 圆盘式旋流纺传送机构如图1 3 所示，其作用是将经气流牵伸的纤维送入圆盘式 纤维集聚器。纤维在依靠气流输送过程中，不但要求其伸直度和均匀度好，而且也要求 图1 3 圆盘式旋流纺传送机构原理图 江南大学硕士学位论文 分离度好。作为理想情况，希望纤维以完全伸直状态进入管道，并且在管道中不发生和 其他县纤维的接触。但实际上，由于纤维本身所具有的天然或人造的卷曲和弯钩，或开 松机构的不完善、喂入不匀以及分离度差等原因，纤维不可能自然满足这种要求。因此， 必须通过管路形状和气流状态的合理设计使飞行中的纤维姿态满足上述要求。 层流虽然对纤维的平行化有效，但所产生的使弯钩纤维伸直的力很小。以往研究表 明伸直弯钩纤维需要有o 0 9 0 8 0 2 2 7 克的力，而伸直曲折或折成锐角的纤维则需要有 1 3 6 2 1 8 1 6 克的力。但在管径为2 0 毫米、流速为3 米秒的层流中，最大的引伸力仅 仅是0 0 9 0 8 克，这是因为层流流速低的原因。因此，本文在纤维传送机构中用高流速 的紊流来改善纤维的分布状态。其气流速度有两种设计方法，一是等速，二是加速。本 文采用加速设计方法。理由是，为了保证送出的纤维须条均匀，则纤维流质量在输送管 道中必须是连续的，同时使纤维流得到伸直变细。 设n i 为纤维流通过输送管道截面i 处的根数，v 为纤维流在输送管道截面f 处的速度 ( 即气流速度) ，如果纤维流质量在输送管道中连续，则有， 九l v l = 疗2 v 2 = = 胆f v 如果v j v 。，则相应有n 。c n 。，即纤维流被加速变细。经过反复实验研究，我们 确定了采用渐缩式纤维传送机构来输送纤维。 经测试在本纤维传送机构内气流的平均速度是逐渐增大的，其收缩气流是以没有涡 流的稳定形式和较小的压力降为特征的，其速度图近似长方形，最大速度位于轴线方向。 斗式纤维传送机构进口处与梳辊相连，出口处与吸辊的凝聚槽相距= 1 m m ( 如图1 2 ) ， 从梳辊中抛出的纤维被高速气流带动，在斗式纤维传送机构内运动，在不断加速的高流 速紊流作用下，纤维平行、伸直、分离，从而得到迸一步牵伸。 1 3 4 圆盘式旋流纺的成纱结构与性能的初步分析 1 3 4 1 圆盘式旋流纺涤棉包芯纱的结构 1 、圆盘式旋流纺涤棉包芯纱的截面形态 圆盘式旋流纺涤，棉包芯纱和传统环锭纺涤棉包芯纱的横向结构如图1 4 、图1 5 所 示。 图卜4 园盘式旋流纺包芯纱的横截面 图卜5 环锭纺包芯纱的横截面 第一章绪论 从图1 4 看出，较粗的涤纶芯丝被较细的棉纤维完全覆盖，且比较均匀。主要原因 是圆盘式旋流纺包芯纱采用旋流加捻器进行加捻，其加捻原理与喷气纺加捻原理相似。 加捻器由第一喷嘴和第二喷嘴串接而成，两个喷嘴所喷出的气流旋转方向相反，须条受 到两股反向旋转气流的作用而获得捻度。第二喷嘴气流的旋向决定成纱上包缠纤维的捻 向，第一喷嘴气流的旋向起包缠纤维的作用：因而，圆盘式旋流纺纱是一种双重结构纱。 而采用传统的环锭细纱机生产的涤棉包芯纱的横截面见图1 5 所示，大约由三分之一的 芯丝是裸露的。这是因为环锭纺纱是将牵伸、加捻和卷绕同时进行。粗纱在牵伸系统中 被牵伸至所要求纱支的须条，再经钢领、钢丝圈的加捻和卷绕形成一根纱线。由于牵伸 作用，主牵伸区中的须条宽度是所纺纱线直径的数倍，此时各根纤维抵达前钳口线时呈 自由状态。当这些纤维离开前钳口线后即被捻合在一起，这样就形成了一个纺纱加捻三 角区。在加捻三角区内，芯丝和外包纤维反复发生内外转移。通过比较可知，圆盘式旋 流纺包芯纱的包覆效果是比较好的。 2 、圆盘式旋流纺涤棉包芯纱的纵向结构 圆盘式旋流纺涤棉包芯纱和传统环锭纺涤棉包芯纱的纵向结构如图1 6 、图1 7 所示。 图卜6 圆盘式旋流纺包芯纱的纵向形态图卜7 环锭纺包芯纱的纵向形态 从图1 6 1 7 看出，环锭纺包芯纱外包纤维排列整齐，平行伸直度好，表面短毛羽 较少，长毛羽较多。圆盘式旋流纺包芯纱外包纤维平行伸直度差，排列较紊乱，表面短 毛羽较多，长毛羽较少。通过对2 7 t e x 圆盘式旋流纺涤棉包芯纱和2 7 t e x 环锭纺涤棉包芯 纱两种纱线毛羽的测试，发现圆盘式旋流纺包芯纱比环锭纺包芯纱的短毛羽多，特别是长 度在2 m m 以内的毛羽。其主要原因是由于经过分梳棍梳理和输送管道的气流输送后的纤 维排列较乱，纤维结构松散，而且由于高速旋转气流作用，纤维间纠缠程度高，纤维两 端易于其他纤维缠结而包覆在纱表面，较长的纤维端露在纱线表面的机会不多，所以圆 盘式旋流纺包芯纱的平行伸直度差，排列较紊乱，短毛羽数多。而环锭纺包芯纱在加捻 的过程中存在加捻三角区，棉纤维和芯丝可能发生由外到内和由内到外的转移，而且一 根纤维可反复发生多次转移。所以棉纤维不能全部被加捻到纱体中去，较多边缘纤维一 端被捻入纱体，另一端露在纱条外面形成毛羽。而且芯丝在进入前钳口时有一定的张力， 外包的纤维两端很难和芯丝缠结，露在外面的部分较长，比较容易形成长毛羽。所以环 江南大学硕士学位论文 锭纺纱长毛羽多于圆盘式旋流纺纱。 1 3 4 2 圆盘式旋流纺涤棉包芯纱的强伸性能 采用y g 0 2 旺s h f z 强度仪分别测定圆盘式旋流纺涤，棉包芯纱和环锭纺涤棉包芯 纱的强伸性能，每种纱线连续测量3 0 次，试样夹持长度为5 0 c m 。具体测试结果见表1 1 。 表1 1 圆盘式旋流纺包芯纱与环锭纺包芯纱的强伸性能比较 删帐瘁c ，鼎墨篙构篙嚣蜊髫锌 旋流纺涤牖包芯纱 1 0 9 5加0 73 8 0 62 2 6 环锭纺涤棉包芯纱1 2 08 6 63 8 9 81 8 5 1 注：以上两种成纱为2 7 t e x 涤棉包芯纱，包缠比f 涤棉) = 6 5 ：3 5 。 从上表看出，圆盘式旋流纺涤棉包芯纱与环锭纺涤棉包芯纱相比，断裂强度略小， 这主要是旋转气流包缠加捻而导致皮层棉纤维较疏松，对成纱强度的作用较小，成纱强 度主要依赖芯丝，所以强度较低。而环锭纺涤棉包芯纱是利用内外层发生转移进行加 捻，捻回的存在对成纱强度起到积极作用，纱线的强度依赖于两种成分的共同作用，所 以其强度较高。其余指标比较接近，这说明圆盘式旋流纺纱的质量基本满足后道工序的 使用要求d 7 】。 1 4 研究内容和方法 本论文首先讨论了影响圆盘式旋流纺输送管道的形状与尺寸和纺纱工艺参数，在此 基础上，分别考察了这些参数对纺纱质量的影响，即：输送管道进口面的高度、输送管 道出口面宽度、输送管道上层面和进口面的夹角、输送管道下层面长度、和输送管道进 口面宽度、输送管道出口面高度、输送管道下层面和进口面的夹角、第一喷嘴压力、第 二喷嘴压力、分梳辊转速、喂给罗拉转速、棉条号数和芯丝喂入张力对纺纱质量的影响。 本论文通过正交试验和单因素试验分析的方法分别对这些参数条件下生产的长丝包芯 纱的条干不匀率、断裂强度和抗剥离性能作出了分析。 第二章试验准备 第二章试验准备 2 1圆盘式旋流纺纱设备 试验室用的圆盘式旋流纺纱机是由实验室自行研制的。纺纱工艺流程见图1 1 9 ，圆 盘式旋流纺纱装置图见图，其他所需的试验设备见表2 1 表2 一l 试验设备表 2 2 试验原料 2 2 1 输送管道形状的优化设计 为了分析渐缩式输送管道的形状与成纱性能之间的关系，本论文在正交试验的基础 上进一步采用单因素试验进行纺包芯纱，阐明了输送管道的形状与尺寸对所加工纱线的 断裂强度、抗剥离性和纱线条干的影响，找出输送管道几何形状的最佳组合。试验所加 工的纱线品种是精梳棉纤维为外包纤维，5 0 d 2 4 f 的涤纶长丝为芯纱的包芯纱。其他工 艺参数见表2 2 。试验结果及分析见第三章。 表2 2 试验的工艺参数 塑堡笪量塑! 酸里! ；：! 喂棉量( 单位时间内送入牵伸装置的棉条克数，咖i n ) 1 6 9 5 喂入张力( g ) 1 2 5 分梳辊转速( “m i n )7 0 0 0 芯纱退绕张力( g ) 5 2 2 2 圆盘式旋流纺纺纱工艺参数 本论文在正交试验的基础上进一步采用单因素试验进行纺包芯纱，阐明了各种工艺 参数对所加工纱线的断裂强度、抗剥离性和纱线条干的影响，找出各种工艺参数的最佳 组合。所使用的三种精梳棉条是由无锡庆丰集团生产的，定量分别为2 1 3 ，2 5 8 ，3 2 4 m 。 江南大学硕士学位论文 芯丝是由无锡新纺集团生产的5 0 d 2 4 f 涤纶全牵伸丝( 断裂强力2 1 5 5 c n ，断裂伸长率 1 1 4 ，断裂强度3 9 1 8 c n d t e x ) 。试验结果及分析见第四章。 2 3 试验测试方案 2 3 1 术语 2 3 1 1 喂棉量 单位时间内送入气流牵伸装置的棉条克数，单位咖i n 。 2 3 1 2 断裂强度 纱线断裂强度与其纱线密度的比值，单位c n n e x 。 2 3 1 3 抗剥离性 包芯纱外包纤维抵抗外力磨损破坏的力成为纱线的抗剥离性。包芯纱经受外粒磨损 的性能，以试样反复磨损直至包缠纤维与芯丝出现4 m m 分裂的摩擦次数表示。 2 3 1 4 摩擦次数 每组试验纱线发生剥离时的磨辊往返次数。 2 3 1 5 线索的细度不匀 纱线的细度不匀，是指沿纱线长度方向的粗细不匀。 2 3 2 测试内容的确定 由于目前长丝包芯纱的测试没有国家和行业标准可循，所以我们自行确定了试验测 试内容。 根据前人对纱线性质的研究成果，可以清楚的看到，纱线结构和纱线的力学性质对 于改善纺织结构的最终性能极其重要。因此，为了对最终纺织结构的性能进行预测和评 价，了解纱线结构及其力学性质是必不可少的。而对于长丝包芯纱来讲，在原料规格不 变时，纱线的条干不匀率取决于外包纤维的均匀性、包缠结数量。纱线的强度的提高取 决于包缠纤维数量和包缠紧度，抗剥离性综合地、间接地体现外包纤维的均匀性、包缠 结数量和包缠紧度。 为此，我们把纱线的条干不匀率、强度和抗剥离性作为测试内容。 第二章试验准备 2 3 3 测试方法及仪器 2 3 3 1 纱线强度的测试 纱线强度的测试方法参照中华人民共和国国家标准g b 厂r 3 9 1 6 1 9 9 7 纺织品卷 装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定执行。 纱线的强度在y g 0 6 3 全自动单纱强力仪上进行。隔距长度设为5 0 0 m m ，动夹持器 移动的恒定速度为5 0 0 m m m i n ，预加张力为0 5 c n t e x ，拉伸试样直至断裂，同时打印 出纱线的断裂强度，每个试验测试3 0 个样本。 2 3 1 3 2 纱线线密度的测试 纱线线密度的测试方法参照中华人民共和国国家标准g b 厂r4 7 4 4 1 9 9 7 纱线线 密度的测定绞纱法执行。 将纱管上的纱线以一定的张力摇取在y g 0 8 6 型缕纱测长机的纱筐上，摇取长度为 1 0 0 m ，然后将缕纱先进行调湿处理，然后放在烘箱中烘干并进行称重，最后按照混纺 纱的公式计算纱线在公定回潮率下的线密度。 2 3 3 3 纱线条干的测试 纱线条干的测试方法参照中华人民共和国国家标准g b 厂r 3 2 9 2 1 9 9 7 纺织品纱 线条干不匀试验方法电容法执行。 纱线的条干在y g l 3 5 g 条干仪上进行。纱线以速度为4 0 0 m m i n ，时间为1 m i n ，连 续通过测试仪器的电容器极板，观察纱线试样的不匀率，每个试验测试1 0 个样本。 2 3 3 4 纱线抗剥离性的测试 纱线的抗剥离性的测试方法没有现成的标准可以参照，但是我们根据中华人民共 和国国家标准z b w 0 4 0 0 5 8 9 纱线耐磨试验方法往复式磨辊法制定了本试验抗剥 离性的测试方法：包覆标准砂纸的磨辊沿有一定负荷的试样作匀速直线往复运动，试样 受磨损直至纱线的包覆纤维与纱芯出现4 m m 分裂，以磨辊往复次数表示纱线抗剥离性 的牢度。 本文中以德国引进的z w e i g l e g 5 5 2 型纱线耐磨仪为测试仪器，将平行的排列的2 0 根纱线为一组，其一端固定在耐磨仪，另一端通过磨辊后加载张力为2 0 c n 根，磨辊往 复速度为1 2 0 次m i n 。由于纱线上包缠纤维与纱芯出现4 衄分裂时，皮层和芯层脱离 情况清晰可见，所以把包缠纤维发生4 m m 及以上分裂定义为包缠纤维与芯纱剥离，同 时定义试验纱线发生剥离时的磨辊往复次数为抗剥离次数。试验时观测纱线剥离情况并 记录抗剥离次数。 江南大学硕士学位论文 第三章输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 输送管道安装在牵伸机构和凝聚机构之间，如图3 1 所示，与牵伸机构相连的截面 称纤维进口面( 以下简称进口面) ，与凝聚机构相连的截面称纤维出口面( 以下简称出 口面) 。其中：a 表示输送管道进口面高度、b 表示输送管道下层面长度、c 表示输送管 道出口面高度、d 表示输送管道出口面宽度、e 表示输送管道进口面宽度、a 表示输送 管道下层面和进口面的夹角、b 表示输送管道上层面和进口面的夹角。输送管道在纺纱 过程中起着输送纤维、分离纤维和平行顺直纤维的作用。为了产生使纤维伸直的力，必 须使管道内流体沿流动方向的速度梯度为正值，即截面积逐渐收缩【l ”，所以本试验采用 渐缩式输送管道。由于牵伸机构的端面以及凝聚机构接口处的特定形状，输送管道的进 口面和出口面采用矩形，此种形状在纺纱过程中具有一定的可行性。 图3 1 输棉管道的示意图 经过初步试验，发现输送管道进口面高度a 、输送管道下层面长度b 、输送管道出 口面高度c 、输送管道出口面宽度d 、输送管道进口面宽度e 、输送管道下层面和进口 面的夹角a 和输送管道上层面和进口面的夹角b 对纺纱质量有一定的影响。a 、e 将直 接影响剥离区气流的大小和涡流的强弱；b 的大小将影响纤维在管道内的平行、伸直状 态；c 、d 的变化将影响剥离区气流的大小和管道内纤维头尾两端的速度差：a 、b 的大 小将影响纤维与输送管道壁面发生碰撞的几率以及纤维剥离区涡流的强弱。 为了了解和掌握这七种参数对纺纱质量的影响，本章将按照正交试验和单因素试验 方案进行。 3 1 试验数据 3 1 1 正交试验结构及分析 为了分析渐缩式输送管道的形状与成纱质量之间的关系，本论文首先采用正交试验 1 0 第三章输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 【3 8 1 方法进行纺包芯纱，其结果如表3 1 所示，其中a 取2 0 m m 、3 0 m m 、3 6 m m 三个水 平；b 取3 9 m m 、4 3 m m 、5 0 m m 三个水平；c 取1 9 m m 、2 4 m m 、2 9 m m 三个水平；d 取 6 m m 、9 m m 、1 2 m m 三个水平：e 取1 7 m m 、2 2 m m 、2 5 m m 三个水平；a 取2 5 。、3 0 。、 3 5 。三个水平；b 取1 4 3 。、1 4 8 。、1 5 3 。三个水平。 表3 1 正交试验 单位：硼 试验号 a bcde8 条干不断裂强 抗剥离 匀率度 性，次 ( ) “c n c x ) 8 1 0 1 2 1 5 1 7 1 8 i = 水平l 的三次条 干不匀率之和 i i = 水平2 的三次条 干不匀率之和 i i i = 水平3 的三次条 干不匀率之和 条干不匀率极差r = i 、i i 、i i l 中的最大 数一最小数 1 f 1 4 3 ) 2 ( 1 4 8 ) 3 ( 1 5 3 ) 3 2 3 2 2 3 2 3 l 2 3 2 2 58 8 1 8 1 8 1 9 26 8 2 0 53 21 7 4 ”1 9 23 2 0 2 0 61 7 86 l 2 0 992 1 33 52 1 57 42 2 5 3 22 1 2 2 92 0 85 52 2 93 7 5 9 j2 9 5 81 03 25 92 91 99 9 6 4 95 0 7 6 1 1 螂 m 眦 吣 一 ；量 | 耋 喜| 一 射 m 螂 m ： ” “ “ 船 他 ” 卯 坫 4 盯 4 捧 j ；号 呻 h h 2 略 勰 让 儿 姐 琏 业 扎 北 加 强 觋 瓴 扭 强 弛 记 挂 拄 札 扎 ， 。：，。：， 。， 。： ，：，一 丝 ；q 2 3 。 3 ， 2 2 3 l 1 2 3 3 。 2 岬骝牺i!i；!m ： ，。 ：，。 ：， 。： ：， 。 ；i!i i m跏哪螂。；。：，。：，。：，。：，撕螂婶职：i!i!，m。：，。，。：， 江南大学硕士学位论文 由于条干不匀率以小为好，断裂强度和抗剥离性以高为好，所以条干不匀率之和小 的水平较好，断裂强度和抗剥离性之和大的水平较好。从表3 1 看出，第1 列( a 列) i i 小，所以水平2 较好。同理可以看出第2 7 列均是水平2 好，把这七个好水平结合在 一起，a 2 b 2 c 2 d 2 e 2 a 2 8 2 称为全体水平组合中关于断裂强度的可能好的水平组合，其中下标 2 表示该因素取水平2 的值。同样也可以证明，a 2 b 2 c 2 d 2 e 2 8 2 8 2 称为全体水平组合中关于 断裂强度的可能好的水平组合；a 2 b 2 c 2 d 2 e 2 a 2 8 2 称为全体水平组合中关于抗剥离性的可能 好的水平组合。从正交表3 1 还可以看出条干不匀率、强度和抗剥离性各列的极差大 小，极差大通常意味着该因素是重要因素；反之，极差小可能是不重要的因素。为了进 一步了解输送管道的尺寸与成纱质量之间的关系，在正交试验基础上再进一步进行单因 素试验，单因素的试验顺序按照每个因素影响条干不匀率的大小确定，极差大的因素先 进行实验，即按照a 、d 、b 、b 、e 、c 和a 的顺序进行实验。 3 1 2 单因素试验与分析 3 1 2 1 输送管道的进口面高度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道的进口面高度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系如图3 2 所示 ( a 取2 1m m 、2 4 衄、2 7 m m 、3 0m m 、3 3 m m 五个水平，其他因素取表2 各列中水平较 好的数值，即d 取9 蛐、b 取1 4 8 。、b 取4 3 n u n 、e 取2 2 m m 、c 取2 4 m m 、a 取3 0 。) 。 第三章输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 装 一 锫 霜 妥 礤 型 趋 磊 s a ( m m ) 条干不匀率a 强度口抗剥离性 图3 2 输送管道的进口面高度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 由图3 2 可知，当a 小于3 0 m m 时，随着a 变大，纱线的条干不匀率变小，强度 和抗剥离性相应地增大。但a 超过3 0 m m 时，随着a 变大，纱线的条干变差，强度和抗 剥离性逐渐减小。主要原因是：当其它因素不变，随着a 的变大，进口面积相应的增大， 出、进口面积比相应的变小，出、进口处的气流速度比相应地增大。而出口处的气流速 度一定，所以进口处的气流速度变小，纤维头端和尾端在流动的方向产生速度差变大， 有利于纤维的伸直，所以条干变好、抗剥离性和强度都提高。但a 超过一定数值的时候， 由于输送管道在分梳辊最小隔距点前的空间突然扩大，气流的惯性使其不可能按照管道 的形状突然扩大，而是逐渐扩大。因此，在管壁拐角处，气流产生较强的涡流，造成纤 维打卷、前后折、粘连等不良现象。另外，管道的界面突然扩大，流速重新分布也会引 起附加能量的损失，也可能会减弱纤维的分布效果。 3 1 2 2 输送管道的出口面宽度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道的出口面宽度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系如图3 3 所示 似取7 m m 、8 m m 、9 m m 、1 0 m m 、1 1 m m 五个水平，a 取3 0 m m ，其他因素取表2 各列 中水平较好的数值，即g 取1 4 8 。、b 取4 3 m m 、e 取2 2 m m 、c 取2 4 m m 、a 取3 0 。) 。 江南大学硕士学位论文 x v 瓣 霜 * 牛 媒 篁 超 磊 蠕 d ( m m ) 条干不匀度强度口抗剥离性 图3 3 输送管道的出口面宽度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 由图3 3 看出，当出口处气流速度和进口面积不变的情况下，d 变大时，出口和进 口的面积比变大，出、进口处的气流速度比变小，进口处气流变大p 9 1 。进口处的气流速 度适当增大时，不仅能顺利剥取分梳辊锯齿上的纤维，而且在纤维被剥离过程中能改善 其形态，使纤维在剥离过程中，其头端弯钩被逐步拉直，并借气流加速，有利于纤维沿 着管道长度方向流动，纱线的条干不匀率减小，抗剥离性和强度增加。但d 超出一定范 围，进口处的气流速度太大，纤维头端和尾端在流动的方向产生速度差变小，不利于纤 维在气流方向的伸直，从而不规则纤维的数量增多，纱线的条干变差，抗剥离性和强度 变差。 3 1 2 3 输送管道上层面和进口面夹角与纱线条千不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道上层面和进口面夹角与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系如图3 4 所示f b 取1 4 4 。、1 4 6 。、1 4 8 。、1 5 0 。、1 5 2 。五个水平，a 取3 0 m m 、d 取9 m m ，其 他因素取表2 各列中水平较好的数值，即b 取4 3 m m 、e 取2 2 m m 、c 取2 4 m m 、a 取3 0 燃垂 b f 。) 条干不匀度a 强度口抗剥离性 图3 4 输送管道上层面和进口面夹角与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 1 4 弛 加 船拍m 控 加 x一瓣r，恃卜媒 o 、j o 第三章输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 从图3 4 可知，随着b 的增大，纱线的条干不匀率先减小后增大，强度和抗剥离 性先上升后下降，在b 等于1 4 8 。，纱线的条干不匀率最小，强度和抗剥离性达到最大。 原因分析如下：纤维在输送管道中的理想状态是层状分布的，分梳辊针齿的工作面方向 和气流方向平行。随着b 的增大，被剥离的纤维与输送管道进口面发生碰撞的机率减少， 纤维产生前弯头几率减少，纤维在输送过程中的层状分部和有效的伸直度变好。所以倾 斜角增大，条干不匀率减小、抗剥离性和强度提高。当b 过大时，输送管道在分梳辊最 小隔距点前的空间扩大，产生涡流，造成纤维打卷、前后折、粘连等不良现象，影响成 纱质量。 3 1 2 4 输送管道的下层面长度与纱线条千不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道的下层面长度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系如图3 5 所示( b 取4 1 m m 、4 3 m m 、4 5 m m 、4 7 m m 、4 9 m m 五个水平，a 取3 0 m m 、d 取9 m m ，即b 取1 4 8 。，其他因素取表2 各列中水平较好的数值，e 取2 2 衄、c 取2 4 m m 、a 取3 0 。1 。 鬟 v 糌 日 * 嵌 魃 一 萎 趟 磊 蝠 b 【m m j 条干不匀率a 强度口抗剥离性 图3 5 输送管道的下层面长度与纱线条干不匀度、抗剥离性、强度的关系 由图3 5 可知，b 取4 3 m m 时，纱线的条干不匀率最小，强度和抗剥离性最好。 当b 小于4 3 m m 时，随着b 的增大，纱线的条干不匀率变小，强度和抗剥离性增大。 其主要原因是，随着b 变大，在气流的作用下，纤维在管道中可以充分地伸直、平 行，纤维的分布状态好，条干的不均匀率减小，强度和抗剥离性能提高。但是当b 超过4 3 m m 时，纱线的条干不匀率变差，抗剥离性和强度随着输送管道的长度的增 加而减小。这主要由于当出口处的空气压力一定时，b 过大，会使纤维两端的空气 压力差过小，纤维运动速度过慢，管内纤维密度增加，纤维与纤维，纤维与管壁之 间的摩擦增大，条干不均匀率变差，强度和抗剥离性减小。 江南大学硕士学位论文 3 1 2 5 输送管道的进口面宽度与纱线条条千不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道的进口面宽度对纱线条干不匀率、强度和抗剥离性的影响如图3 6 所示 ( c 取1 8 m m 、1 9 m m 、2 0 m m 、2 2 m m 、2 4 m m 五个水平，a 取3 0 m m 、d 取9 m m ，即b 取 1 4 8 。、b 取4 3 m m ，其他因素取表2 各列中水平较好的数值，c 取2 4 m m 、a 取3 0 。1 。 x v 辩 曰 * 牛 礤 萎 艇 幕 蟮 1 7 1 8 1 9 2 02 1 2 2 2 3 2 4 2 5 e ( m ) 条干不匀度强度 口抗剥离性 图3 6 输送管道的进口面宽度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 从图3 6 看出，随着e 的增大，纱线的条干不匀率先减小后增大，强度和抗剥离 性能先提高后下降，当e 取2 2 m m 时，纱线的条干不匀率最小，强度和抗剥离性达到最 大值。e 对纱线条干不匀率、强度、抗剥离性影响的原因和a 对纱线条干不匀率、强度、 抗剥离性的影响分析相同。 3 1 2 6 输送管道的出口面高度与纱线条千不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道的出口面高度与纱线条于不匀率、强度、抗剥离性的关系如图3 7 所示 ( c 取2 0 m m 、2 2 衄、2 4 m m 、2 6 m m 、2 8 m m 五个水平，a 取3 0 m m 、d 取9 m m ，即b 取 1 4 8 。、b 取4 3 m m 、e 取2 2 m m ，其他因素取表2 各列中水平较好的数值，a 取3 0 。1 。 勰 拍 m 抱 加 第三章输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 x v 辞 8 ，f 牛 媒 芒 挺 幕 蟮 c ( m m ) 条干不匀率强度口抗剥离性 图3 7 输送管道的出口面高度与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 从图3 7 看出，当c 小于9 m m 时，随着c 变大，纱线的条干不匀率减小，强度和 抗剥离性增大。但c 超过9 m m 时，随c 增大，纱线的条干变差，强度和抗剥离性逐渐 减小。c 对纱线条干不匀率、强度、抗剥离性影响的原因和d 对纱线条干不匀率、强度、 抗剥离性影响的原因相同。 3 1 2 7 输送管道下层面和进口面夹角与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 输送管道下层面和进口面夹角与纱线抗剥离性、强度的关系如图3 8 所示。( a 取 2 6 。、2 8 。、3 0 。、3 2 。、3 4 。五个水平，a 取3 0 m m 、d 取9 m m ，即b 取1 4 8 。、b 取4 3 m m 、e 取2 2 m m ) 。一 鬟 v 瓣 日 簧 r 礤 誊 超 磊 塔 a ( 。) 条干不匀度强度口抗剥离性 图3 8 输送管道下层面和进口面夹角与纱线条干不匀率、强度、抗剥离性的关系 由图3 8 可以看出，当a 小于3 0 。时，随着a 变大，纱线的条干不匀率减小，强 江南大学硕士学位论文 度和抗剥离性增大。但a 超过3 0 。时，a 变大，纱线的条干不匀率变大，强度和抗剥离 性减小。a 对纱线条干不匀率、强度和抗剥离性影响的原因和b 与纱线条干不匀率、强 度和抗剥离性影响的原因分析相同。 3 2 小结 综上所述，输送管道进口面的高度为3 0 m m 、输送管道出口面宽度为9 m m 、输送管 道上层面和进口面的夹角为1 4 8 。、当输送管道下层面长度为4 3 m m 、和输送管道进口 面宽度为2 2 m m 、输送管