（纺织工程专业论文）新型减少毛羽的方法——集合纺技术[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 近年来各种新型纺纱方法异军突起，在提高纺纱速度方面 取得了显著的成效，但是在成纱质量方面这些纺纱方法还远远 不能达到要求。而成纱质量在后道加工中尤为重要，紧密纺在 提高纺纱质量方面成果尤见成效。 本论文通过对环锭纺细纱毛羽形成的分析，对环锭细纱机 进行改装，以期望通过减小加捻三角区来减少毛羽。改装的形 式是在原细纱机牵伸系统的基础上增加一个集合区，集合区内 装有集合器，用来减小加捻三角区。本论文通过分析集合器对 纤维的影响，对不同的纱线特数选用不同的集合器，从而得出 下列结论： 1 、集合器的主要作用防止纤维飞散，收缩须条，控制纤 维的运动。不同特数的纱要选用不同的出口口径的集合器，纺 较细纱时选用的集合器的出口口径也应较小，反之则较大。 2 、集合区的牵伸倍数的大小对纱线的性能的影响不一样， 在集合区的牵伸倍数一般在1 0 1 1 0 5 倍之间。牵伸倍数应保 证不对纤维产生位移牵伸作用。 3 、加上原集合器和改装后的集合纺两种纺纱方法均使纱 的毛羽指数有所降低。由于加原集合器安装起来不方便，无法 固定，所以结果不稳定。 4 、当集合器出口不同时，纱线成纱质量也会不同，对于 2 3 8 t e x 的纱，出当集合器口径是15 m m 1 6 m m 左右时，纱线 的毛羽指数最低。对于3 48 t e x 的纱线来说，集合器的口径大 约是2 o m m 2 2 m m 附近。 但是由于实验装置还不完善，所以也存在的一些问题。所 试纺的纱不太完善，只能供研究参考用。 关键字：集合器，毛羽，纺纱，牵伸，细纱机 a b s t r a c t a b s t r e t c t 1 1 3r e c e l l ty e a r s i l l a n y n e ws p i n n i n gm e t h o d sh a v eb e e n d e v e l o p p e d a n da c h ie v e dr e m a r k a b l ee f f e c ti ni m p r o v i n g s p i i 3 1 1 i n gs p e e d b u tt h e s ei n e t h o d sc a n1 1 0 ti l l e e tt h ed e l l l a r l d i 1 3 i m p r o v i r t gt h er e s u l t f t , i i ty a r nq u a l i t y c o n l p a c ts p i l 3 1 3 i n g m e t h o disa1 3 e wo i l ed e v e l o p e dt 0r e d u c et h eh a i r i n e sso f y a r 3 t h ist h e s isa r i a l y s e st h e1 3 0 l i r s e o fh a r i n e s sr e d u c i n g i nt h e r i l l gs p i l 3 1 1 i 1 3 9 f r a l l l e i 1 30 1 d e rt om i n i s ht he i ；1 - i a n g u l a r a r e aw h i c hist h em a i l lf a c t o fi nh a t i l 3 e s s f o r m i n gap a i r0 fa d d i t i o i l a lr 0 1 1 e 1 - sw i t hc 0 1 l e c t - o ra l - e t n en l a i nw o r kw eh a v ed o n eisa d da g a t h e l i n gs p a c ew h i c h h a y eac o l l e c t o rm o o r e d0 1 2 1 r i n gf r a t n e t h i sc o n t e n ts t u d y t h ee f f ec t0 ft h ec o l l e c t o r s 0w eh a v es o l n ec o n c l u s i o n 1 t h ei n a i nw o r ko fc o l l e c t o tisp r e y e l l t i n gt h ef l y in g o ft h ef i b r e m i n i s h i n gt h es t r a n do ff i b r e t os p i n n i n g t h e1 0 wc o l i r l t y a r n w ec h o i c et h ec 0 1 1 e c t o rw h ic h h a sa b i g g is h o i l t l e ti t l 0 u t hb r e a d t h 2 t h es iz eo fd r a f ta b i l i t yo fc o n d e u s i n gs p a c eh a v e ad i f f e r e n c er o lef o rt h ey a r n u s u a l l yi tisb e t w e e l l1 0 1 t 01 0 5t i m e s 3 w i t hac o l l e c t o rir l o f i g i h a l l yd r a f tz o n eo fr i n g s p i n l l i n g f r a n l ea n da d d i t i o n a l p a i r o ft 0 1 le r sa n d c o l l e c t o ri n r i n gs p i n i l i n gc a na 1 1r e d u c et h eh a t i l i e s s b u t t h ef r is t w a y isn o tc o n v e l l ie l l c ef o r i n & i l u f a c t l l l e 4 i nt h ec a s eo f2 3 8t e xt h er i g h tc 0 1 1 e e t o i sw h ic h 0 1 , 1 t le tn l o h t hb r e a t his1 5 m mt o1 6 m m i nt h ecaseo f3 4 8 t e xt h er i g h tc o l l e c t o r isv c h i c ht h eo h t l e tm o u t hb r e a t h is2 0 m i l l t 02 2 m m a b s t r a c t b u t t h ed e v ic eisl l o t p e r f e c t i 0 1 3 b e c a t ls et h e r eh a ye s o m ep r o b l e l l lf o rt h ef r a m e k e y w o r d ：c 0 1 l e c t o r ，h a r i n e s s ，s p i n n i n g ，d r a f t ，r i n g s p i n n i l 2 9 f r a l l e 第一章引言 第一章引言 第一节传统环锭纺纱的优点及缺陷 一、传统环锭纺的优点 在过去的数十年中，人们开发了各种新型纺纱工艺以期获得较高 的单纱产量。转杯纺和喷气纺就是其中的两种新型的纺纱方法，它们 在提高纺纱速度，获得较高的单纱产量方面具有显著的成效，然而它们 依然无法取代环锭纱，环锭纱的质量仍然是无可争议的。对于每一种 纺纱系统来说，在提高产量的同时是必会影响成纱质量。到目前为止， 没有一种新型纺纱系统在其应用领域中具有象环锭纺那样的适应性。 环锭纺尽管存在着许多缺陷，但它的成纱质量仍是其它新型纺纱系统 无法比拟的。而随着生活水平的提高，人们更重视的是产品的质量。 由此只在生产速度方面得到提高远远不能满足目前纺织系统的需求。 高质量的环锭纱，在各个领域里的应用地位仍是无法取代的。总之， 环锭纺的成纱质量仍然是其它纺纱系统无法比拟的。 二、传统环锭纺存在的问题 尽管传统环锭纱是衡量纱线质量的标准，但它还不完美。环锭纱 的质量及纱的结构主要取决于牵伸系统和纱线形成两个因素。而纱线 形成与不断完善的牵伸系统相比还有一段差距。在传统的环锭纺纱牵 伸装置中，预牵伸区的牵伸力将粗纱解捻，经主牵伸区的牵伸，将解 捻后的纤维束拉细到所需细度，并使纤维束呈一定的宽度，此时纤维 束中纤维之间的抱合力基本消除。因此在离开前罗拉钳口处的纤维呈 松散状态，在到达加捻点之间的一段距离中形成一个加捻三角区。在 加捻三角区中纤维几乎完全失控，加捻三角区边缘纤维在加捻之前， 会脱离主体而形成飞花，或纤维一端被捻入纱体，另一端形成毛羽。 因此，加捻三角区对纱线表面毛羽的形成及飞花的产生有重要影响， 据测约有8 5 的飞花是加捻三角区产生的，纱线上的毛羽也主要是由 于纺纱三角区存在而形成。在加捻过程中纤维受纵向张力作用，纺纱 三角区外侧的纤维受的应力最大，三角区中间的纤维所受的张力较小。 1 第一章引言 因此，加捻后的细纱中纤维受到的预张力并不均匀一致，使形成的纱 在承受张力负荷时预应力大的单纤维会首先发生断裂。由此可见，在 纱线的抗断裂中并不能同时发挥所有纤维的作用，使纱线断裂强力达 不到应有要求。针对由于加捻三角区的存在而对纱线质量产生的影响 这一问题，人们不断地分析、研究、试验，试图解决这一问题。图1 1 是牵伸系统输出末端的示意图( 即牵伸系统末端示意图) ，输出末端下 面是纱的成形区。喂入的纤维在经过牵伸系统而到达输出握持线以前， 其有一定的分布宽度，纤维在通过牵伸系统的输出握持线以后立刻形 成纱。但是加捻三角区不可能聚拢所有喂入的纤维。这就意味着，许 多边缘纤维或者丢失掉，或者以某种方式附着在纱线上不完全受控制， 或者捻合到纱中。换言之，传统环锭纱的结构并不象一般所认为的那 样理想。环锭纱性能的好坏远不能忽略这些边缘纤维，很显然边缘纤 维对纱线强力贡献很小，或者没有贡献，而且影响纱线的条干均匀度 及毛羽。 在后道加工和最终产品的使用中，成纱受拉伸负荷时预加张力最 大的单纤维将首先断裂。这就是纱的总强力低于截面内单根纤维强力 总和的原因所在。以上所述都是传统环锭纺加捻三角区所造成的缺陷。 对如何缩小或消除加捻三角区问题，必须遵循下面原则：即使收缩三 角区的作用必须仅仅在牵伸过程完成时及时有效地出现，不会产生负 作用。目前瑞士立达公司、德国绪森公司等研制成新型环锭纺纱机， 成功地解决上述普通环锭细纱机纺纱质量问题。将环锭细纱机进行适 当改进，增加了对前罗拉钳口到加捻点的加捻三角区的控制，从而消 除了加捻三角区，生产出高质量的纱。这就是下面阐述的紧密纺。 掣芋p ( a ) 传统环锭纺( b ) 紧密纺 第一章引言 图1 i 传统环锭纺与紧密纺牵伸系统加捻三角区的示意图 第二节紧密纺环锭纱技术 一、紧密纺原理【2 j 针对传统环锭纺工艺的缺陷，e r n s tf e h r e r 博士于1 9 8 8 年2 月提 出了紧密纺纱工艺，其目的是消除加捻三角区。 研究证明：( 1 ) 喂入细纱机的粗纱捻度能将纤维从侧向握持在一 起，这种集合效应利于纱线的成形；在主牵伸区粗纱捻度已消失，故 其集合作用仍不足以使所有纤维都完全可靠地被加捻三角区抓住。( 2 ) 在皮圈与前罗拉之间加装集合器，将纤维须条从侧面加以压缩，也可 以得到集合效果；可惜的是集合器必须安装在主牵伸区内而将摩擦力 转移到纤维上，干扰牵伸过程。宽度大的集合器集合作用不足；宽度 小的集合器又要明显地干扰牵伸过程，降低纱线质量。( 3 ) 采用空气 动力集合是解决须条集合问题最理想的办法，集合作用利用空气为动 力，它在纱线牵伸过程之后纱线成形之前对纤维进行集束。图1 - 2 为 紧密纺加捻成纱示意图。 ( a ) 传统环锭纺( b ) 紧密纺 图1 2 紧密纺纱工艺中纱的形成 在紧密型纺纱过程中，由于在牵伸机构中的预拉伸和真空区域作 用下，使纤维在机械和空气作用下被“凝聚起来”，经过这种纺纱系统 纺纱后，纱线变得紧密，纤维明显平行排列，纱截面接近圆形，良好 的纤维聚集和均匀的纤维排列，使纤维张力得到充分利用，如图1 。2 所示。从图1 - 2 中可以明显看出，紧密纺纱的毛羽数量小于传统环锭 第一章引言 纱，这是因为在传统环锭纺纱过程中，由于加捻三角区的存在，使加 捻三角区的纤维在外层所受张力最大，该侧纤维能几乎全部聚集在一 起，而中心纤维所受张力最小，只能使一部分纤维聚集在一起，这就 导致了纱线毛羽的产生。而在紧密型纺纱过程中，纤维束在加捻前先 凝聚在一起，因而不存在加捻三角区，所有纤维都被聚集在一起，这 样纱的毛羽数量就显著下降。在紧密型纺纱过程中，细纱断头率可降 低5 0 左右，其原因是在传统环锭纺纱过程中，断头大多数发生在强 度最小的加捻三角区域。而紧密型纺纱加捻三角区的消失，使断头率 明显下降。由于纱线结构紧密、坚固、光滑，富有弹性和光泽，因而 纱线的耐磨度大为改善，单纱经过络筒工序加工后，其纱线性能恶化 幅度也小于传统环锭纱线。 二、紧密纺纱系统的技术要求阱1 紧密纺在实现消除加捻三角区的同时，还必须满足以下技术要求： 1 、适纺各种原料的纱线； 2 、不能恶化纱线条干； 3 、纤维损伤小； 4 、每个纺纱部位都有均匀、可靠的集聚； 5 、皮辊皮壳和皮圈等磨损小，即粗纱导纱系统的往复动程尽可能 大； 6 、钢丝圈有足够长的使用寿命( 使用陶瓷钢领) ； 7 、纱线支数的精确检测，即集聚单元中牵伸的精确控制。 第三节现有几种形式的紧密纺技术 一、紧密纺纺纱原理 现列举出以下三种紧密纺形式，分别是r i t e r 、s u e s s e n 、m a l 和 z i n s e r 公司所生产的纺纱设备，它们在紧密方式上有所不同，其中前 三种是在a t m e 1 2 0 0 0 年纺机展览会上展出的。在纺纱形式和原理上 主要有两种形式，如图1 3 、1 4 所示1 5 , 6 】。 4 第一章引言 图1 - 3s u e s s e n 、r i e t e r 设备中纤维束的集聚图1 - 4z i n s e r 和m a l 设备中纤维束的集聚 二、紧密纺具体形式 1 、第一种紧密纺形式缸9 】 纺纱过程如图1 5 所示，纤维的收缩是在主牵伸区的后面。在牵 伸系统中的前罗拉被一个带孔的钢制滚筒罗拉( 其表面具有 8 0 p o r e s c m 2 ) 所代替，牵伸装置上配置了两个前皮辊。在这个带孔的钢 制滚筒罗拉里面装有一个能产生负压的抽气系统，使气流从外面流入 滚筒罗拉里面。从牵伸系统握持线出来的纤维被稳稳地吸附在滚筒罗 拉的表面并以滚筒罗拉圆周速度运动。随后，第二个上皮辊也压在滚 筒罗拉上，其钳口握持纤维送到加捻三角区，即纤维一离开钳口就立 即形成纱线。在滚筒罗拉上面两个皮辊的中间区域纤维须条横向被集 聚。在滚筒罗拉内部安装了一个形状特殊的不运动的斜管，以便气流 通过。斜管的安装角度应使流动的空气具有缩合作用，该作用使吸附 在滚筒罗拉表面的纤维从两边向中间聚拢，这样纤维须条结构在集聚 区的集聚非常有效。实际上从牵伸系统出来的纤维须条没有强力，因 为须条横截面内的纤维数量很少且尚未加上捻度。因此，引导这些纤 维顺利地通过集聚区就显得特别重要了。立达公司开发研制的 c o m f o r s p i n 纺纱系统引导纤维通过集聚区这一过程完成得比较理想。 因为纤维从牵伸系统握持线出来后，立即被气流吸附、引导在带孔的 钢制滚筒罗拉的表面。对纤维的引导作用一直保持到加捻三角区，即 直到纱线成形为止。 第一章引言 ，蓬羹薰妻室雾 、 图1 5 第一种集聚纺纱系统原理示意图 目前国际上此种形式的紧密纺原理已成功地开始应用，立达公司 的k 4 0 ，k 4 4 就是利用这种纺纱方法与环锭细纱机系统结合来加工高 质量的细纱产品，其主要用于棉纺系统。此外这种原理在毛纺系统中 也开始应用，意大利f i n l a n e 集团成员的c o g n e t e x 公司和瑞士r i e t e r 公司共同开发的c o m 4 羊毛紧密纺纱机。此种机型可以适应羊毛品种 中纤维原料和纱支的多样性。 2 、第二种紧密纺形式1 1 0 圳】 德国s u e s s e n 公司开发研制的e l i t e 纺纱系统是这种类型紧密纺纱 系统的典型代表。原有环锭纺纱机牵伸装置的尺寸和工艺部件保持不 变，但在前罗拉前方增加了一套集聚装置，消除了前罗拉至加捻点之 间的加捻三角区。集聚区使纤维平行伸直并尽可能地相互紧靠，这样 便提高了成纱强力，减少了毛羽和飞花。环锭紧密纺纱系统一绮丽 纺纱系统，该机的关键之处是在原来的牵伸系统上加了一个气动集束 区。气动集束区由输出上罗拉、网格多孔胶圈和异形截面吸管组成， 异形截面吸管内部处于负压状态，吸管上部每个纺纱位置上开个狭 槽，狭槽长度与须条和输送胶圈的接触长度相适应，并在横向有一定 的倾斜角度，胶圈套在吸管外面，并受输出上罗拉的摩擦传动，输出 上罗拉通过小齿轮受前上罗拉传动。当须条离开前罗拉钳口时，须条 受真空的作用被吸附在多孔胶圈的狭槽部位，并向前输送到输出罗拉 钳口处的部位。纤维须条在狭槽区域内因受负压作用，它们彼此互相 6 第一章引言 凝聚在一起，输出上罗拉的直径比前罗拉直径稍大，使须条在凝聚过 程中产生纵向张力作用，使弯曲的纤维拉伸，提高纤维伸直平行度， 异形吸管的负压气流经过微孔皮圈将前罗拉钳口握持线输出后的 纤维抓持住，使纤维处于收缩状态，由于吸管缝隙与纤维前进方向成 一定的角度，使纤维束在前进时能按自己的轴线回转，牢固地将纤维 末端嵌入到纤维束中。异型管吸风缝隙可根据不同的原料及纺纱支数 设计成不同的宽度，微孑l 皮圈的细度及微孔大小可适应任何品种及纱 支。为了保证微孔皮圈清洁透气性，并可在细纱发生断头时将接头吸 起，在异形吸管尾端装有“真空吸尘器”，保证机器正常运行。另外这 种微孔皮圈经常拆下清洗，保证其清洁及透气性。 铲 图1 - 6 第二种紧密形式 目前国际上此种形式的紧密纺原理已成功地开始应用，德国绪森 公司将这种紧密纺纱技术与f i o m a x l 0 0 型环锭细纱机结合形成 f i o m a x e 型及短纤维紧密纺环锭细纱机，与f i o m a x 2 0 0 0 型长纤维环锭 细纱机相结合形成f i o m a x e 2 型长纤维紧密纺环锭细纱机，供毛纺企业 生产长纤维紧密纺纱。此外m a l ( m a s c h n e nu n da n l a g e n b a ul e i s n i 2 g m b h ) 开发的紧密纺机器与s u e s s e n 装置类似，也有短纤维和长纤维 紧密纺纱装置。这个装置也是依靠一个带孔的皮圈。采用了一种特殊 的牵伸机构，它含有4 个上皮辊和一个附加的罗拉对皮圈提供摩擦驱 动。与s u e s s e n 装置的主要不同之处是： s u e s s e n e l i t e 装置的吸气区 域是由支撑管中的斜槽来控制的，而m a l 装置是通过皮圈上的一列 小孔来控制的。见图1 7 。 第一章引言 图1 7 m al 纺纱装置 3 、第三种紧密纺形式1 4 , 1 5 如图1 8 所示，该系统由德国i t v 公司在美国已申请了专利。下 面根据i t v 公司的专利具体分析此类型紧密纺纱系统的工作原理。该 紧密纺纱系统包括后罗拉、中罗拉、前罗拉和输出罗拉。纤维通过集 合器喂入后罗拉。在后罗拉和中罗拉之间，纤维须条被初次牵伸，须 条进入中罗拉之前，再一次被集合器集聚。主牵伸发生在中罗拉和前 罗拉之间。在此区间纤维须条被导入双皮圈内。上皮圈由于带笼的作 用而旌加压力，同时下皮圈绕导轨运转并支撑上皮圈，须条的全部牵 伸完成于前罗拉位置。在前罗拉和输出罗拉之间的集聚区域内前罗拉 输出的须条沿垂直于须条运动的方向被集聚。因此，在输出罗拉钳口 处，当纤维须条被加捻成纱线时，加捻三角区消失。 这种类型紧密纺纱系统也特别适于纺制包芯纱。一根连续的长纱 线，如长丝，喂入前罗拉，并和纤维须条一起进入前罗拉和输出罗拉 之间的紧密区，在紧密区纤维和这根连续的长纱线相互作用在一起， 当它们离开输出罗拉时被加捻成包芯纱。 纤维灰尘以及其它杂质有可能沉积在传送带的内侧。为了对传送 带进行自动清洁，在带笼底部安装了清洁装置。 纤维须条的集聚以及加捻三角区的消除使得在纺制纱线时可以获 得较高的物质利用率。要获得与带有加捻三角区的传统环锭纱相同的 强力，紧密纱盼捻度可以大大降低。这意味着与传统的环锭纱相比， 紧密纱每锭的生产率可提高约2 0 3 0 。该装置目前在国际上的应 用主要有a i r c o r n t e x 7 0 0 环锭纺纱系统。 第一章引言 ilil i i 4 ， 2 hk 2 h1 1 1 一_ 土 捶攀墓蕈垂垂 图1 - 8 第三种紧密纺形式 第四节紧密纺的优缺点 一、紧密纱的优点 紧密纱的结构优于传统的环锭纱。对毛羽的影响l m m 2 m m 长 度的毛羽和容易带来麻烦的超过3 m m 的毛羽必须加以区分，它们会 影响最终产品的手感和覆盖能力。长毛羽会对后道工序带来麻烦，并 形成飞花。从这点来看紧密纱的优点非常明显，引起加工麻烦的s 3 f 即 纤维长度大于3 m m 的毛羽) 毛羽大概能下降到传统纱线的1 5 2 0 。采用紧密纱降低纱线毛羽，比增加纱线强力更具有重要意义，主 要作用是改善纱线可加工性而提高产品的经济性，尤其是在织造中。 在传统的环锭纺纱中，大多数断头发生在加捻三角区，即在强度 最薄弱的区域；由于消除了加捻三角区，和传统的环锭纱相比，紧密 纱的断头率可降低3 0 6 0 【1 】。 仅仅达到传统的环锭纱强度的话，紧密纱的纺制可以以较低的捻 度进行，从而可大幅度地提高纺纱速度。在一定的场合，精梳纱可以 被粗梳纱所代替。不难想象，将粗梳纱与精梳纱混合起来使用，同样 可以降低加工成本。加工羊毛对，可显著减少纱线横截面中的最少纤 维根数，从而可以使用马克隆值更大的毛条 1 7 】。 1 、紧密纱在卷绕方面的优点1 8 , 1 9 1 传统环锭纺在高速卷绕过程中，毛羽、棉结和纤维粉尘增加了大 9 吁 第一章引言 约3 0 。而紧密纺对轴向位移有较高的抵抗力，结果疵点仅增加了 1 0 。含尘量显著降低。使纱的清洁度也较高，而较高的纱线清洁度 改善了机织物和针织物的清洁度。显著减少的粉尘在后道加工中也会 散发出去。 2 、紧密纱在合股上的优势 在传统的合股纱结构中，原来的捻度要减小到很小的剩余值，即 纱线原来的捻度越高，合股时所加捻度也就越高。如果紧密纱与环锭 纱强度一样，但少了2 0 2 5 的捻回20 1 ，合股所加捻度也可相应减少， 合股成本可以降低。对于8 5 2 n m ( 5 0 2 n e ) 合股纱来说，这样每千克合 股纱成本可降低大约o 3 0 马克2 4 1 。 在特定的场合，当紧密纱强度足够高时，用单股紧密纱来代替合 股纱可以降低成本。 3 、紧密纱在经纱上浆方面的优势 在织机上，为了减少纱线的纠缠，提高纱线的抗轴向位移能力和 减少粉尘释放等，经纱需上浆。实际生产中，纱线质量较好时，引1 0 万纬有4 根经纱断头。保持同样水平的经纱断头，使用紧密纱经纱的 上浆量可以减少5 0 ，这样每千克经纱上浆而后退浆的成本可降低 o 6 0 马克。 4 、紧密纱在机织上的优势【2 1 啪】 紧密纱织出的机织物与传统环锭纱相比有以下特点：( 1 ) 织物结 构轮廓清晰；( 2 ) 覆盖性能略有减弱，织物悬垂性明显提高；( 3 ) 断 裂性能和撕破强度提高；( 4 ) 起球倾向降低，耐磨牢度提高：( 5 ) 光 泽和美观度提高。 紧密纱织物强度高，可以进行更加彻底的织物整理。紧密纱最适 合免烫整理( 氨处理) ，通常织物经免烫处理后强力将降低约2 5 ； 紧密纱补偿了强度的损失，这种强度损失对传统环锭纱织物来说经常 会导致服装加工时的问题。紧密纱织成的色织物和提花织物可以看出 清晰的轮廓，当使用毛羽很多的纱线时轮廓就不会这样清晰。由于紧 密纱生产能力的提高，现在可以加工传统环锭纱无法织造的织物。 1 0 第一章引言 紧密纱有利于生产起绒织物：与传统的环锭纱相比，紧密纱可减 少磨损约2 5 ；不容易磨损，割绒织物中纤维不容易擦掉。由于纤维 平行度好，绒毛头端能保持良好的状态，织物外观更加诱人。 5 、紧密纱在针织物和经编上的优势 紧密纱针织物的纱线结构更加清楚，纱圈横向破坏的纤维明显减 少，提高了光洁度。捻系数相同时紧密纱针织物在一定程度上有点歪 斜。这个歪斜的外观可以通过降低捻度来补偿，这样也能得到传统环 锭纱得不到的更加柔软的手感。 二、紧密纺的缺点 紧密纺投资高，紧密纱的加工成本高于传统的环锭纱。由于劳 动力、附件、维护、能源和紧密单元折旧等较高的费用，纺5 0 n m ( 3 0 n e 、 纱每千克生产成本增加约o 5 0 马克，纺1 0 0 n m ( 6 0 n e ) 纱每千克纱生 产成本增加o 8 0 马克2 2 1 ：紧密纱的另一个缺点是较低的覆盖性能和纱 线疵点容易检测到。通过适当调整织造工艺和采用相应的整理措施， 这些缺点都可以克服。必须通过对织物的结构调整和相应的后整理办 法解决；对钢丝圈、前皮辊和皮圈的损耗较大，需要更换或磨砺的次 数较环锭纺高2 1 1 。 第五节集合纺纱装置的研究 一、d 型牵伸系统的应用 d 型牵伸工艺源于粗纱机的应用，粗纱机的d 型牵伸装置采用四 罗拉双短皮圈牵伸形式，这种牵伸形式是在三罗拉双短皮圈的基础上， 在前方增加一对集合罗拉，即在前罗拉和二罗拉之间增加了一个整理 区( 整理区的牵伸倍数般在1 0 1 1 0 5 之间，一般记为固定值) ， 将集合器放置其中，而主牵伸区( 二至三罗拉间) 不加集合器f 28 1 。这 样，这样纤维在主牵伸区内只进行牵伸而没有任何集束作用即牵伸区 不集束，集束区不牵伸 2 引。d 型牵伸装置由于牵伸装置和集束装置分 开配置，可以大幅度地减少牵伸罗拉单位面积的压力峰值，并改善罗 拉的工作条件f 2 。这种装置在牵伸区未安装集合器，可进一步缩小主 第一章引言 牵伸区的浮游区，使纤维变速点尽可能前移，而且更加稳定，有利于 改善粗纱条干【2 9 】。鉴于d 型工艺的优越性及其原理的可行性，人们开 始把这种工艺应用于细纱机上即在细纱机主牵伸区加一个集合区。细 纱机工序中，由于前罗拉钳口下的加捻三角区中的存在使得纱条的质 量受到较大的影响。因此，目前改善细纱质量的主要措施是使前钳口 下的加捻三角区的须条宽度减少。故结合紧密纺原理和d 型牵伸原理 对传统的细纱机进行该造，开发一种减少细纱毛羽的纺纱装置。该系 统包括后下罗拉、后上皮辊、中下罗拉、中上皮辊、前下罗拉、前上 皮辊、输出罗拉和输出皮辊。纤维通过集合器喂入后罗拉。在后罗拉 和中罗拉之间，纤维须条被初次牵伸，须条进入中罗拉之前，再一次 被集合器集聚。主牵伸发生在中罗拉和前罗拉之间。须条的全部牵伸 完成于前罗拉位置。在前罗拉和输出罗拉之间加有集合器使须条在此 区间被集合器再次集合。因此，在输出罗拉钳口处，当纤维须条被 加捻成纱线时，加捻三角区减小。 本装置的主要特点是在主牵伸区内不集束，在主牵伸区前配置一 牵伸倍数为10 1 1 0 5 倍左右的集合区，在集合区内加一集合器，纤 维的集束主要在集合区内进行。集合原理如图1 - 9 所示 后罗拉 中罗拉 前罗拉 输出罗拉 ( a ) 传统环锭纺( b ) 集合纺 图1 9 传统纺与集合纺的对比 这种装置与其它的紧密纺系统相比具有加工成本低；产品覆盖 性能广泛，对机器部件磨损小，维修维护简单等特点。 1 2 第二章影响毛羽形成的主要因素 第二章影响毛羽形成的主要因素 第一节细纱机上产生毛羽的原因 由于锭子的高速回转作用使纱的纺纱三角区在罗拉处形成不稳定 的振动状态，纺纱三角区中的纤维还没有形成纱线，因此在振动过程 中纤维不能作为一个整体运动，就造成一部分纤维在运动的过程中会 保持其原有的运动状态而不被加捻成纱由此成为毛羽形成的一个因 素。如图所示，加捻三角区中纱线的运动状态是以m n 直线为中心， 且具有一定振幅的振动，假设它的两个最大振幅点分别为a ，b 两点， 当纱线运动到a 处时其在垂直于m n 方向的加速度最大，速度为零。 在下一时刻，纱线从a 点向m n 方向开始运动，而处于c d 位置部分 的纤维即边缘纤维由于所受的束缚力较小，将会保持其原有的运动状 态，从而不被捻入加捻三角区，形成毛羽。 m 譬i ii ii妙ii-7i i lll lil ill - f j ，? 一f 。一 、 ，、i， 、 1lf lll b h ；一一oc ；- d 、 、， li 图2 1 动态加捻三角区 下面是对不同品种的纱线加捻三角区的宽度进行了测量：动态( 纺 纱进行中) 和静态( 停机时) 测试工具：千分尺。测试地点：河南豫 北纺织有限责任公司新细纱车间。对不同品种的成纱的加捻三角区须 条宽度( 即前罗拉输出须条宽度) 在不同的纺纱条件下进行了测量如 下： 加捻三角区在动态( 纺纱进行中) 和静态( 停机) 时的须条宽度 第二章影响毛羽形成的主要因素 见表2 - 1 到表2 3 ( 注：图2 ，2 ，2 3 ，2 4 中的横坐标为测试次数，纵坐标 为须条宽度m m ) 。 品种：普梳纱t 6 5 c 3 5 。 表2 - 12 5 5 t e x 的前罗拉输出须条宽度 测试次数 l234567 平均c v ( 1 静态宽度( r a m ) 21 321 620 021 321 322 02 2 3 21 431 6 动态宽度( r a m ) 33 23 4 032 928 437 03 1 033 03 _ 374 l l234567 一静态宽度 + 动态宽度 图2 - 2 2 55 r e x 的前罗拉输出须条宽度 表2 - 23 6 7 t e x 的前罗拉输出须条宽度 测试次数 1234567 平均c v 静态宽度( r a m ) 2 1 l21 32 223 02 2 l22 l23 022 l30 9 动态宽度( r a m ) 2931 032 031 0 2 8 332 029 130 346 5 3 5 3 2 5 2 1 5 l 0 5 o 1234567 图2 - 3 3 67 t c x 的前罗拉输出须条宽度 1 4 + 静态宽度 - - - i i - - 动态宽度 第二章影响毛羽形成的主要因素 表2 - 31 9 5 t e x 的前罗输出须条宽度 测试次数 l234567 平均 c v ( 1 静态宽度( m m ) 21 42 1 520 621 021 122 l22 321 426 1 动态宽度( r a m ) 31 23 1 333 031 2 2 8 331 229 330 846 0 3 5 3 2 5 2 1 5 1 0 5 o 图2 - 41 95 t e x 的前罗拉输出须条宽度 以上实验数据表明，在纺纱过程中，锭子的回转速度，对纺纱加 捻三角区须条的宽度及其波动影响较大，锭速越高，则须条宽度越大， 且波动也增加，成为纺纱中影响毛羽的不利因素；此外，喂入定量的 对须条宽度有明显的影响，喂入定量大，则输出须条的宽度也相应增 加，而牵伸倍数对须条宽度的影响不明显。 第二节细纱工序中影响毛羽的主要部件 细纱是产生毛羽的主要工序，其中钢领、钢丝圈、胶辊、细纱机 锭速、集合器对纱线毛羽的形成产生很大影响 3 3 】。毛羽的形成分为加 捻毛羽和过程毛羽，加捻毛羽是在细纱机上细纱加捻成形过程中形成 的毛羽，即在纺纱加捻三角区部分形成的毛羽，通常通过集合器来减 小加捻三角区从而起到减少毛羽的作用；而过程毛羽是指在细纱机上， 纱线与导纱钩、以及隔纱板之间的摩擦和气圈段纱线上纤维所受的离 心力而产生的毛羽。 钢领和钢丝圈：钢领和钢丝圈是环锭纺纱过程中加捻卷绕的重要 部件，钢领钢丝圈配合的好坏程度直接影响纺纱张力大小及钢丝圈对 细纱的摩擦力。纺纱时，钢丝圈太轻、太重都会影响纺纱张力的变化， 第二章影响毛羽形成的主要因素 从而影响纱线毛羽的变化。钢丝圈太重、纱线张力大，使钢丝圈对纱 线的摩擦增加，纱线还会与纱管顶端产生摩擦；钢丝圈太轻，纺纱张 力太小，气圈过大造成纱线碰隔纱板，这些因素都会增加毛羽，搞好 它们的配套，延长它们配合的稳定期是降低毛羽的重要环节。 胶辊是主要的牵伸部件，它与罗拉组成握持钳口，直接握持和牵 伸须条，当胶辊的弹性好时( 抱合力也好) ，可缩小前牵伸浮游区的长 度，使纤维变速点相对集中，外加双皮圈牵伸机构摩擦力界的作用， 改善了牵伸的条件，减少断头、降低毛羽，使条干均匀光滑，也可缓 解因罗拉不稳定等而引发的纱疵增加f 3 2 】。 细纱机锭速增加，一方面气圈回转角速度加快，纱线离心力增加； 另一方面纱线与钢丝圈纱线与钢丝圈及隔纱板的摩擦力增大：此外锭 子和筒管震动加剧，因此毛羽增加【3 2 1 。 集合器：在纺纱过程中由于加捻三角区的存在形成的毛羽，通常 通过集合器来减小加捻三角区从而起到减少毛羽的作用。而集合器通 常安装在牵伸区的前区，贴近在前罗拉钳口处，则此处正是须条纤维 间发生牵伸运动的所在，在此处对须条施以较强的压缩，将会使此处 的摩擦力界应力过大，使短纤维的运动速度动荡不安，造成竹结和硬 头【3 ”。 第三节集合器减小毛羽的原理 一、毛羽纤维力学分析【3 5 】 在加捻过程中，加捻作用产生对纱芯的横向压力，从纱线纵向截 面看形成压力作用点等距间隔曲纵向纱线结构，如图2 - 5 f a ) 所示，相 邻压力点之间的距离即为加捻节距，加捻压力的大小取决于单位长度 纱线上的捻回数、纱线直径和纤维的物理性能，加捻作用使纱线直径 减小，纱线受到一定程度的压缩后，在压力作用点，纱芯纤维必产生 一向外的反作用力，这样，在成纱点处，当受加捻压力作用的表层纤 维向纱轴方向的运动受到纱芯纤维的阻碍时，向外的反作用力和回转 离心力使该根纤维绕它自身最近的压力握持点移动，此时纤维自由端 1 6 第二章影响毛羽形成的主要因素 类似于一根悬臂梁，在一定的加捻压力下，纤维本身的刚性使纤维自 由端以一定的倾角伸出纱芯表面成为毛羽，这类毛羽即纱线加捻鼍羽。 现考察加捻毛羽的数学物理条件：假设成纱三角区中须条表层与纱轴 r 是有一倾角a 的一根纤维，正处于加捻成纱的瞬间，该根纤维成纱 后为前向毛羽，其纤维伸出端o a 的倾角为0 ，长度为l ，o 点为成 纱点，同时也是该根纤维在纱芯表面上的压力点和被控持点，该根纤 维的其余部分由0 点伸入纱芯，这样，0 a 段在纱线上即相当于o 点 的一根悬臂梁，其上受力如图2 - 5 ( b ) 所示，在支点0 受加捻压力p 、 沿纤维表面的切向力t 和纱芯纤维的径向反力f 以及弯矩m 。的作用， 在纤维伸出端上受加捻转动产生的离心力c 、其它纤维的径向挤压力 n 以及纤维自身重力w 的作用，纤维伸出段上张力为零，忽略纤维间 的摩擦力，不考虑伸入纱芯的纤维段的形状及受力。在上述诸力作用 下，纤维伸出端o a 相对于纱线处于平衡状态。 d c = m y 。2 d s = m y 6 02 d x 其中：m 一一单位长度纤维的质量； c a ) 一一加捻回转角速度； y 一一纤维微段离纱轴的径向距离。 回转半径y 可近似作为常数，这样，离心力d c 正比于纤维质量， 即纤维段上的离心力可近似地作为均布载荷。在成纱点，c 0 而n = o ；在卷装纱线上，c = 0 ，而n o 。此时n 一般也作为均布载荷， 因此可将o a 段上所受的均布径向力c 、w 和n 合并为一合力g ，设 合力g 方向指向纱轴，单位长度纤维上的径向合力为g ， g 一= g 4 + 旷+ 霄g = g l 1 7 r 第二章影响毛羽形成的主要因素 hq i l f d f u 臼t1 ) d _ m + d m ( a ) 圈2 5 升雏燮刀图 在o a 上取微段h q ，则有平衡方程： f m + a m ) 一吖+ f 蠡= 0 ， 展开得：，+ 掣：o ， d 茁 上式即纤维伸出端在加捻纱中的平衡条件，也即毛羽纤维的基本 平衡方程，研究o a 上的点h 的倾斜程度如图2 5 ( d ) 所示，则有平 衡方程。 m = 旷一p ) 工一圭2 + 肘 根据弹性理论有：m = e 1 d 出2 y 。 代入微分方程：脚鱼d x 2 = ( f 一尸) z 一三黟2 + m o ( 其中初始条件：yi 。= 0 = o ，掣1x = 0 = t g oo ) o - x 日毫= 圭c f 一- p ，工2 一吉”2 + 吩x + e 垤 求得 y = 一面x 4 + 石x 万3 ( f p ) + 主刍m 。+ 姆x 将x = 1 y = s i np ，g = g l 代入上式求得： 第二章影响毛羽形成的主要因素 i n - 1 恨( f - p ) t - 西1g i + m o 此式即纱线毛羽的基本数学物理方程，讨论如下： 纤维成为毛羽的基本条件 当e 0 时，纤维端在成纱点处即与纱芯表面存在一定偏斜，成为 加捻毛羽，以后也可能成为过程毛羽，实际上，由于加捻纱中纤维均 与纱轴有一定倾斜程度，因此只有当。值达到一定值时纤维才构成所 观察到的加捻毛羽。 纱线毛羽的基本条件是e 0 。 二、影响纱线毛羽的因素 当no 存在且uo 超大时，y 和。值也越大，说明须条中在成纱前 本身已倾斜于纱轴的纤维比平行纤维更易成为加捻毛羽。成纱三角区 边缘纤维别比中心纤维更易成为毛羽，同样，成纱三角区越宽越长， 产生的加捻毛羽会越多，因此，凡影响须条中纤维排列状态和成纱三 角区几何形状的因素必然对纱线毛羽产生显著影响，如牵伸区状态、 集合、纱线捻度和粗细以及输出角度等等。 由此可见加集合器后可减小ao 大小，使得y 和e 值较小，从而 从根本上减少毛羽。但普通细纱机上集合器的安装位置虽然对毛羽减 小又一定的作用，但同时由于其位于牵伸区的超大牵伸位置，故也产 生了一定的负面影响。 1 9 兰三兰墨鱼堕竺茎墨丝叁鱼墨 第三章集合纺纱装置及集合器 第一节集合纺的装置 在第一章中提到过d 型牵伸原理，这里结合这种原理对传统的细 纱机进行改造( 具体改造方式见第一章第五节) 。在改造后的装置中主 牵伸发生在中罗拉和前罗拉之间。须条的全部牵伸完成于前罗拉位置。 在前罗拉和输出罗拉之间加有集合器使须条在此区间被集合器再一次 集合。因此，在输出罗拉钳口处，当纤维须条被加捻成纱线时，加捻 三角区减小。具体的改装形式如下，牵伸部分的改装主要是对a 5 1 3 细 纱机的牵伸装置进行改装，a 5 1 3 牵伸装置由后下罗拉、后上皮辊、中 下罗拉、中上皮辊、前下罗拉、前上皮辊组成。牵伸装置图如下： 撼专一一每褥一$ ；! j 尽量呈耋量量量皇 图3 - 1 原牵伸装置图3 - 2 改装后的牵伸装置 由d 型牵伸工艺原理在细纱机主牵伸区外再加一个集束区即在原 牵伸系统的基础上增加一对输出罗拉和输出皮辊。集束区中装有集合 器，这样安装的好处：集合器的集束区牵伸倍数很小这样使集合器避 开了超大牵伸区；集合器位于加捻形成前的区域减小了加捻三角区。 改装方式，在输出罗拉和前罗拉端各装有一个齿轮如图3 7 。在两个 齿轮之间有一过桥齿轮，前罗拉的速度由过桥齿轮传递给输出罗拉。 所以输出罗拉的速度由输出罗拉和前罗拉端的齿轮的齿数比决定，由 于集束区的作用主要的对须条的集束作用，其牵伸影响作用应尽量小， 使集束区的牵伸作用为第一类牵伸( 就是只对纤维产生伸直作用，不 产生纤维位移) ，初步确定它的牵伸倍数在1 0 1 1 0 5 之间。由于在 输出区两罗拉的中心距为4 0 m m ，所以加工的两个罗拉头齿轮的最大极 2 0 第三章集合纺纱装置及集合器 限外径为4 0 m m ，由工艺计算将齿轮的模数选为m = 1 和m = 1 5 ，当模 数为1 时计算出齿轮的最大允许尺数为3 5 和3 4 ，由此确定牵伸倍数 为1 0 2 9 倍。若采用1 5 m 的模数有可确定齿轮齿数比为2 0 2 1 由此确 定牵伸倍数为1 0 5 倍。所以工艺允许的牵伸倍数1 0 2 9 一1 0 5 倍。摇 架的改装是在原摇架的基础上采用机械形式使其加长，如图3 3 ，为 原摇架，图3 4 为改装后的摇架，在摇架上增加的压力为1 4 5 6 公斤。 器心 图3 - 3 未改装前摇架图3 4 改装后摇架 罗拉座的改装：罗拉座的改装也是在原罗拉座的基础上采用机械 形式连接了一段。连接状态如图3 - 6 。 盥一 图3 - 5 改装前罗拉座 图3 - 6 改装后罗拉座 图3 7 集合纺机器( 俯视) 第二爷纤维在牵伸区中的运动分析 、摩擦力界 在牵伸过程中，由于罗拉上有压力和须条有一定厚度，压力并不 2 1 第三章集合纺纱装置及集合器 是只作用在钳口线上，而是分布在须条的一定长度和宽度上，形成压 力分布。在牵伸区域中，纱条受到压力和张力，纤维在牵伸运动时受 到摩擦力作用的空间称为摩擦力界。摩擦力界的分布在各部位是不同 的，其分布情况可用摩擦力界分布曲线表示。 摩擦力界的布置应该使其一方面能满足作用于个别纤维上的要 求，同时又能满足作用于整个牵伸须条上力的要求。对个别纤维来说， 适当加强控制力并减弱引导力，可使纤维变速点向前靠近，并有利于 变速点的相对稳定。 理论要求的摩擦力界分布状态见图3 - 8 ”。在靠近前钳口附近， 由于出现大量的变速纤维，此处摩擦力界应有适当的强度，并且必须 在撼个须条断面分布均匀，须条在这里应保持适当密度，使浮游纤维 周围接触的纤维数保持稳定，从而使引导力和控制力稳定。 幽3 8 理论要求厣撩力界的分布 二、影响摩擦力界的因素 1 、皮辊硬度：硬度小，握持点压力峰值减小，延伸范围及数值增 加 2 、喂入的纤维量( 牵伸区内纤维分布) ：喂入定量增大，后部摩 擦力界峰值适当减小，延伸范围及数值增加。 3 、附加装置：在牵