（纺织工程专业论文）棉型solospun技术装置研制和减少纱线毛羽的研究.pdf

摘要 毛羽是衡量纱线质量的一个重要的指标，它对纺纱工艺、布面外观具有不可忽视的 影响，而且影响后加工、生产效率。随着新标准的执行和产品质量的不断提高，纱线毛 羽作为评定纱线的一个指标会产生重要影响。 本文首先引出了一种新型的减少环锭纺纱纱线毛羽的方法一一s o l o s p u n 纺。 s 0 1 0 s p u n 技术是利用一个特殊的分束装置先分束纤维须条成几股，先弱捻再强捻，使加 工的成纱具有一种缆绳样的结构，以达到减少纱线毛羽的目的。作者建立了模型分析其 分股数对成纱毛羽的影响程度，得出理想状态下s o l o s p u n 纱毛羽数n 。与普通环锭纺纱毛 羽数n ，的比值是分股数m 的根号下分之一，即n n 。= l m ，并以此解释了减少毛羽的机 理，随后拍照观察其成纱结构。 我们考察了原来不适合棉纺机构的毛型s o l o s p u n 机构，自己重新设计装置。对该机 构的核心部分一分束辊，首先是材质的优化选定，从四种材料中优化出以聚甲醛的性能 最好，确定其为加工材质。在研究纺纱号数对成纱性能的过程中，试纺了较大的区间， 最终得出3 4 7 2 t e x 为最好纺纱号数。在材质和工艺都确定的基础上，对分束辊尺寸参数 进行了正交和单因素的实验，确定了一个相对较好的区间，即辊径1 6 咖，槽宽o 4 舢， 槽深o 5 m 为最优组合，利用优化了参数的新的装置进行纺纱，与普通环锭纺纱相比使 2 m 毛羽个数降低了4 3 0 5 。 s o l o s p u n 技术作为一种新型的减少纱线毛羽的技术，具有多方面的优点，虽然现在 主要应用于毛纺方面，并取得了一定的成果，但是我们要把它应用到棉纺方面做出初步 的试探。 关键词：环锭纺，纺纱三角区，毛羽，s o l o s p u n 技术，分束辊 a b s t r a c t t h ey a r nh a i r i n e s si sa ni m p o r t a n ti n d e xo fy a r nq u a l i t y ，w h i c hi n f l u e n c e s t h es p i n n i n gp r o c e s sa n dt h ef a b r i ca p p e a r a n c e ，e v e nt h eb a c kp r o c e s sa n dt h e e f f e c to fp r o d u c t w i t ht h ee x e c u t i o no fn e wc r i t e r i o na n di m p r o v e m e n to fp r o d u c t q u a l i t y ， t h ey a r nh a i r i n e s sw i l lb e c o m eam o r ec r u c i a li n d e x a tf i r s tt h i sp a p e rf e t c h e do u ta n e wt e c h n i q u e s o l o s p u nt e c h n i q u e c o m p a r e d w i t hc o n v e n t i o n a lr i n gs p i n n i n g ，s 0 1 0 s p u nt e c h n i q u eu s e das p e c i a ld i s p a r td e v i c e d i v i d e dt h es t r a n di n t om a n ys u b s t r a n d s ， w e a kt w i s ta tf i r s tf 0 1 l o w e db y i n t e n s i t yt w i s tr e s u l t si nan e wy a r ns t r u c t u r ej u s t1i k et h ec a b l ea p p e a r a n c e ， w h i c hw i l lr e d u c et h ev a r nh a i r i n e s s am o d e lw a sb u i l to nt h ei n f l u e n c eo ft h e n u m b e r so ft h es u b s t r a n do nt h eh a i r i n e s so ft h ev a r n t h er e s u l td r o v e dt h a t t h er a t i oo ft h es 0 1 0 s p u nh a i r i n e s st ot h er i n gs p i n n i n gh a i r i n e s sise q u a lt o t h er e c l p r o c a io fs q u a r er o o to ft h es u bs t r a n d sn u m b e r t h a tc a nb er e w r i t t e n a sn ；n 。= 1 m t h em e c h a n i s mo ft h eh a i r i n e s sr e d u c t i o nw a sd i s c u s s e db a s e do n t h i sm o d e l ，a n dt h ef o l l o w i n gp h o t o s p r o v e dt h i st h e o r y an e wd e v i c ew a sd e s i g n e db a s e do nt h ec o n v e n t i o n a lw 0 0 1s 0 1 0 s p u nd e v i c e s ， w h i c hw a sn o ts u i t a b l ef o rt h ec o t t o n s d u n p o nw a sc h o s e na st h eb e s tm a t e r i a l f o rt h ek e yd e p a r t m e n t t h es o l o s p u nr o l l e rf r o mt h eo t h e rt h r e em a t e r i a l s i tw a sp r o v e dt h a tt h e3 7 4 t e xi st h eb e s tc o u n tn u m b e rf o rt h es 0 1 0 s p u np r o c e s s t h r o u g hav a r i e t yo fe x p e r i m e n t s t h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n ta n ds i n 9 1 ef a c t o r e x p e r i m e n th a v eb e e nd o n ef o rt h ep a r a m e t e ro fs o l o s p u n r 0 11 e rb a s e do nt h e c e r t a i nm a t e r i a la n dc e r t a i np r o c e s s t h et e s tr e s u l tp r o v e dt h a tt h ep a r a m e t e r s a sf 0 1 l o w i n g ，r o l l e rd i a m e t e r s = 1 6 唧，g r o o v ew i d t h = o 4 帅，s l o td e p t h = o 5 咖i st h e o p t i m i z e dc o o p e r a t i o n t h e2 m mh a i r i n e s sn u m b e ro ft h ey a r ns p u nb yt h ed e v i c e w i t ho p t i m i z e dc o o p e r a t i o ni sl o w e r4 3 0 5 t h a nt h a to ft h ec o 唧o nr i n g i n g s p u n y a r n s o l o s p u nt e c h n 0 1 0 9 y ， w h i c hw a sd e f i n e da n e wm e t h o dd e c r e a s i n gy a r n h a i r i n e s s ， h a sa1 0 to fa d v a n t a g e s a l t h o u g hi th a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ew 0 0 1 s p i n n i n gs u c c e s s f u l l y ， w es h o u l dt r yt oa p p l yi to nt h ec o t t o ns p i n n i n g k e yw o r d s ：r i n gs p i n n i n g ，t r i a n g l eo ft w i s t ， h a i r i n e s s s o l o s p u nt e c h n o l o g y ，s o l o s p u nr 0 1 l e r 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 勰豳f 秦 日期：沙1 1 年 月1 6 日 关于论文使用授权的说明 木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，丌j 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、缩印或扫描等复制于段保存、 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：界两坤 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 第一章绪论 随着纺织技术发展，织造机械的高速化，产品的高档化，用户对纱线的质量要求不 断提升，除了条干均匀度、强力和影响布面外观的棉结、杂质外，对纱线毛羽也提出了 较高的要求。许多纺纱厂家把纱线毛羽列为重点攻克的质量问题，以提高产品的竞争力。 在近年出现的各种新型纺纱方法，转杯纺、喷气纺和摩擦纺这些新型纺纱使得纺纱 速度和产量大大提高，但是效率的提高又往往以牺牲纱线的质量或者纤维的利用率为代 价：纱线强力降低了，纱线结构也发生了变化，纤维的质量和性能得不到很好的体现。相 比较而言，环锭纺纱的质量仍然是无可争议的，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。但是传统环锭纺也不完美，由于其特殊的牵 伸和加捻形式，使得纤维在出前罗拉钳口处呈松散状态，在到达加捻点之间的一段距离 中形成一个加捻三角区。在加捻三角区纤维几乎完全失控，控制欠佳的纤维很容易形成 毛羽或飞花。据测约有8 5 的飞花是在加捻三角区产生的，纱线上的毛羽也主要是由纺纱 三角区的存在而形成。 纱线毛羽一直困扰着产品档次的提高，是目前企图解决的首要问题之一。在纺纱工 艺中，通过烧毛、上蜡、络筒机加装防毛羽装置，纱线毛羽已有所改善，但未能从根本 上解决问题。从上个世纪八九年代开始，就开始不断针对毛羽的产生及纤维束加捻三角 区对毛羽形成机理进行分析，从改变或消除形成毛羽的途径入手，研制推出了一系列减 少纱线毛羽的方法。如紧密纺技术，这种纺纱方法对成纱质量起到了显著的效果：使纱 线毛羽减少6 0 一7 0 ，纱线强力提高8 左右，条干不匀率降低约2 3 ，因此，人们称之为“光 洁纱”。另一种减少纱线毛羽的纺纱方法就是由澳大利亚联邦工业和科学研究院、新西 兰羊毛研究所和国际羊毛局在赛络纺的基础上联合开发的s o l o s p u n 纺纱方法，该技术起 初是应用于毛纺方面，发现它不仅能提高毛纱的强力，还能明显减少纱线的毛羽，纺制 的新型纱线甚至能不经过浆纱工序直接单纱织造。 本课题的目的就在于把这种技术应用到棉纺方面做出初步研究。 1 1 减少环锭纱毛羽技术概述 在纤维的成纱过程中，须条中的纤维由于受力和几何条件的不同，部分纤维伸出纱 线主体的表面，形成了毛羽。毛羽是评价纱线质量的重要指标之一。 从纱线的结构来看，根据它们的物理性能和使用特性，一般可分为短纤维纱线、连 续长丝纱和变形纱等几类。这些纱线中，除连续长丝纱的表层结构较为平滑外，凡是由 短纤维纺成的纱线或长丝变形纱线，其外部边缘都存在毛羽区域，只是毛羽的形态不同 罢了。短纤维纱线以纤维伸出端居多，膨体纱以纤维圈环为多，其它变形纱或花式纱则 视品种而异。总之，纱线毛羽是宏观存在的纱线结构特征之一，它是纤维转移和成纱结 棉型s o 】0 5 p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 构理论以及实践中必须关注的一个重要方面。 1 1 1 环锭纺纱线毛羽的产生 传统环锭纺的加捻机理是从前罗拉钳口输出的须条呈扁平状，纤维沿纱条轴线平行 排列，当须条受到加捻作用时，宽度逐渐收缩，两侧纤维也逐渐折叠而卷入纱条中心， 形成加捻三角区，如图1 一l 所示。在纺纱张力和加捻的作用下，纤维产生向心压力。加捻 三角区边缘的纤维向心压力最大，纱轴中心附近的纤维向心压力最小，这使得边缘纤维 卷入纱条中心，把中心及其附近的纤维挤向外层。这样周而复始便形成具有一定捻度的 纱线。【1 】 图卜1 传统环锭纺示意图 在加捻三角区中，加捻过程对边缘纤维与中央纤维的牵伸作用并不相同。假定粗纱 经牵伸后其须条内的纤维完全伸直平行，在前罗拉钳口的握持下形成宽度为d 、长度为l 的扁平状须条，临近外层的纤维在前罗拉握持钳下到纤维层中心的距离为x ，如图卜2 所 示，则该纤维对轴心的倾角y 为： y= a r c t g x l 显然x 越大，y 越大，即距离中心越远，倾角y 越大。 图卜2 外层纤维倾角示意图 由加捻所产生的纤维的长度变化l 为 2 棉型s 0 1 0 s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 l = l c o sy l l 随y 的增大而增大，越位于须条边缘的纤维，l 越大，捻效应对边缘纤维的拉 伸作用越大。这说明在加捻三角区内加捻力矩对须条边缘纤维束和中央纤维束的拉伸作 用是不同的。加捻力矩对边缘纤维束的拉伸作用将导致纤维的弹性伸长和纤维间的滑移。 由于边缘纤维问的滑移，纤维问相衔接的头端会在前罗拉的输出作用下，在转移时相互脱 离，脱离的头端会伸出形成毛羽。 所以普通环锭纺虽然是现代纺纱生产中最重要、最核心的纺纱形式，有纺制细号纱 的优势，但是它有纱线毛羽较多的缺陷。其毛羽较多的缺点增加了后道工序和成本，因 此必须对其进行改进。 1 1 2 减少环锭纺纱毛羽技术简介 目前在环锭纺上取得良好效果的两种减少纱线毛羽的技术是紧密纺技术和s o l o s p u n 技术。 1 1 2 1 紧密纺技术 紧密纺纱技术相对传统环锭纺而言，将粗纱机的牵伸与集束分离，采用须条牵伸与其 纤维集束分步进行【2 】。同时，集束方式由传统环锭纺纱机的静态被动式机械集束改变为气 流动力主动式集束，这样既能有效的提高主牵伸区对浮游纤维运动的控制能力，又能实施 引导式集束纤维，避免纤维因集束而产生弯钩现象。1 3 】 图卜3 紧密纺示意图 近几年来，瑞士立达公司( r i e t e rc o m f o r s p i nk 4 4 型纺纱系统) 、德国青泽公司 ( a i r c o mt e x 纺纱系统) 和绪森公司( e l i t ec o m p a c t 纺纱系统) 、日本丰田公司 ( r x 2 4 0 n e w e s t 纺纱系统) 及意大利马佐里公司( 0 1 f i l 纺纱系统) 分别研制生产的紧密纺 纱细纱机，使纱线质量明显提高，可以大幅度减少成纱毛羽。其共同点就是在细纱机牵伸 输出区通过气流收缩须条的宽度，消除纺纱三角区，从而实现对纤维的集聚作用。【4 】1 5 】 根据有关报道，采用紧密纺纱技术使3 m m 及以上毛羽数约降到传统纱线的1 5 一2 0 ； 棉型s o l 0 s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 在保持相同纱线强力条件下可比一般纱线捻度减少约2 0 ；可省去烧毛工序或替代精梳 纱：织造时经纬纱断头分别降低5 0 和3 0 。1 6 1 紧密纺纱采用空气动力原理，利用负压积极引导纤维流向，实现了如下三项功能： ( 1 ) 在纺纱三角区位置，使牵伸后的松散纤维须条经过负压吸聚管表面时，通过一 组集聚元件即空气导向使纤维尾端紧贴于纱条上，最终使纤维紧密抱合在一起，大大减 少浮游外露纤维( 即毛羽) 的数量。 ( 2 ) 当须条离开牵伸钳口时，受负压作用被吸附在网格多孑l 胶圈的狭槽部位并向前 输送到握持钳口，而且纱线在前罗拉表面上被向中间聚拢，使纱体变得紧密。 ( 3 ) 由于握持胶辊加压很小，使纺纱三角区变得很小，基本消失。 通过上述三项措施，凝聚作用直达握持钳口，使三角区变得非常小，因此，毛羽减少， 并且提高了可纺性。 1 1 2 2s o l o s p u n 纺纱技术”1 ”1 1 s o l o s p u n 纺( 缆型纺) 是上个世纪九十年代末期由澳大利亚联邦工业与科学研究院、 新西兰羊毛研究所及国际羊毛局在s i r o s p u n ( 赛络纺) 和s i r o f i l ( 赛络菲尔纺) 的基 础上发展起来的，运用了传统细纱机上比较成熟的牵伸机构，在细纱机前罗拉输出点处 增加了一个纤维分束装置，该装置能对输出前罗拉钳口的纤维须条进行分束，被分束的 小股纤维先被从钢丝圈处传递上来的捻度加以弱捻，再围绕加捻中心加上强捻，于是纺 出的纱线有着类似电缆线样的结构，这种特殊的纱线结构保证了纱线本身具有较少的毛 羽，较好的耐磨擦性能，籍此可以提高纱线的织造效率，节约成本。 1 2 s o i o s p 帅纺纱技术的优点 该技术首先在毛纺上获得应用，具有以下优点：1 1 2 】【1 3 】【1 4 l 【1 5 l 【1 6 】 ( 1 ) 提高纱线的耐磨性能 由于带有沟槽的罗拉作用于输出的纤维须条上，将纤维须条分成若干小的须条，每 个须条先经过弱捻后再加强捻成纱，使整个纱线结构完全不同于传统纱线。这种纱线的 内部结构比较紧密，纤维间抱合力和摩擦力增大，不易滑脱，因而能经受织造时纱线之 间、纱线与机件之间的摩擦，不易破坏断裂，具有良好的伸长性能，在很大程度上提高 了单纱的耐磨性。 ( 2 ) 缩短加工工序 提高了细纱及自动络筒产量和生产效率。经过s o l o s p u n 纺纱后的毛纺纱线可直接用 于织造，而不必经过并线、捻线等工序，仅经过一次单纱蒸纱即可达到定形的目的，从 而缩短了加工工序，节约了大量的劳动成本。 ( 3 ) 毛羽数少 在织造中纱线与纱线、机件摩擦时不易起毛羽，织物表面光洁，抗褶皱性好，呢面 细腻，光泽好，耐磨性好。这些优点也同样来源于纱线内部结构的改变，使织物别具一 4 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 格，尤其表现在可以使印花织物及小提花织物上的图案更加清晰，色泽逼真，织物的断 裂强力提高，服装的耐久性得到显著的改善。 ( 4 ) 降低成本 与其他纺纱方法相比较，生产同支数的纱线，s o l o s p u n 纺纱技术可以使用较粗的纤 维，同时由于免去了织造上浆上蜡过程，生产成本大大降低。并且s o l o s p u n 纱可在较低 纱支的情况下达到高支合股纱的呢面细腻程度，可大大改善细纱生产情况，也可降低生 产成本。 ( 5 ) 提高织物档次 s o l o s p u n 纱织物具有光洁的布面和清晰的纹路，织物悬垂性好、耐起毛起球，并具 有舒适的弹性。 根据文献【，全毛型s 0 1 0 s p u n 纺耐磨性能可提高5 3 _ 8 3 ；毛羽方面全毛型s o l o s p u n 纺要减少9 8 一1 5 5 ，毛涤型s o l o s p u n 纺要减少2 6 7 一3 4 8 ；在专用耐磨仪器上同样 摩擦4 0 0 次，s 0 1 0 s p u n 纺同工艺下的毛粒要减少5 2 4 ；在锭速为8 0 0 0 r m i n 时纺纱断 头率要减少5 0 。 1 3 本课题研究目的、意义及内容 1 3 1 目的和意义 属于传统纺纱技术的环锭纺，其工艺成熟，纺纱质量稳定，在全世界纺纱总量中约 占8 0 以上，是纺纱生产中比例最大且最重要的一种纺纱形式。但是环锭纺存在纺纱三角 区对纱线毛羽控制不利的弊端。毛羽的出现不符合当今社会对纺织面料档次提高的要求， 而且在后道工序中，织机的高速已经成为一个趋势，毛羽的存在将导致织造工序的不利 进行。应运而生的s o l o s p u n 技术目前应用于毛纺方面，有明显减少纱线的毛羽，提高纱 线的强力和耐磨性的优点，但是还没有它应用于棉纺方面的报道。本课题的目的就是要 改变传统环锭纺三角区的形态，针对减少毛羽，借鉴s o l o s p u n 技术在毛纺方面的经验， 把这种技术应用到棉纺方面作出初步的试探，考察这种技术在棉纺方面减少纱线毛羽的 程度，以利于后道工序生产和减低成本。 1 3 2 研究内容 本课题首先通过对国内外毛型s 0 1 0 s p u n 技术的成纱机理及其机构特征进行分析，在 此基础上对装置进行优化改造以适应棉纺要求，试制出一套适合棉型s 0 1 0 s p u n 纺纱技术 的装置，其具体内容如下： ( 1 ) 利用查阅的文献，对s o l o s p u n 纺技术的成纱机理及其机构特征进行分析，寻找最 佳的设计路线，以便能把这种技术应用到棉纺方面提供理论支持。 棉型s o l 0 s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 ( 2 ) 建立模型，分析s 0 1 0 s p u n 技术中分股数对成纱毛羽的影响，并探讨其机理。 ( 3 ) 在掌握s o l o s p u n 纺技术加捻机理的基础上，在国产细纱机上研制出棉型s o l o s p l l n 纺装置。 ( 4 ) 对核心部件分束辊材质进行选择，并优化其尺寸参数。 6 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 第二章s oio s p u n 纺纱技术的加捻机理及其对纱线毛羽的影响 由于s 0 1 0 s p u n 技术加装了一个特殊的分束装置，能对经过前罗拉钳口的纤维须条进 行分束，其特殊的分束和加捻机理对成纱结构有较大的影响，改变了纱线的结构和性能。 对它的加捻机理的研究就显得很有必要。 2 1s o io s p u n 纺纱技术的加捻机理 加捻效应一方面会导致纤维产生沿螺旋线方向的取向排列，另一方面在纱线内部会 产生内外层纤维的相互转移、穿插以及纠缠，由此产生纤维相互握持的自锁结构。【”】 s o l o s p u n 纺纱技术的加捻机理如图2 1 所示：在纺纱工程的细纱工序中，一般都是 一根粗纱经牵伸成为一根细纱。s o l o s p u n 和传统纺纱不同，当经牵伸后的须条7 在输出 细纱机前钳口时，有一个分束辊3 将其分束成两股以上的纤维小束，纤维小束在纺纱张 力的作用下进入分束辊的分束槽；槽内的纤维束在从钢丝圈处传递上来的捻度的作用下， 围绕自身的捻心回转，从而具有一定的捻度，这些带有一定捻度的纤维束又随着纱线的 卷绕运动向下移动，各纤维束汇交在一点( 加捻点) 6 并围绕整根纱线的捻心作回转运动， 最后形成一种具有特殊的不同于传统纱线结构的新型纱线s 0 1 0 s p u n 纱线。【1 9 1 1 2 0 】 1 前胶辊2 前罗拉3 分束辊4 一分束辊支架 5 一细纱机摇架6 - 力口捻点7 一须条 图2 1s 0 1 0 s p u n 纺纱示意图 这种技术最关键的部件是分束辊，最关键的过程是分束辊对纤维须条的分束情况， 如果分束不良就不能达到预期的改善纱线性能的目的。这对加工分束辊的工艺提出很大 要求。 国外研究毛型s 0 1 0 s p u n 技术的机构所拍摄的纤维分劈情况如图2 2 所示【2 ”，从图可 以看出纤维束能被明显地分开。 棉型s 0 1 0 8 p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 图22 纤维须条在分束槽内的分束情况示意 2 2 纱线的加捻机理对纱线毛羽的影响 在纺纱段，除锭速的影响外，加捻三角区的宽度和长度以及捻度是影响纱线毛羽的 重要因素。加捻三角区的宽度和长度越小，形成毛羽的数量越少。捻度越大，纤维在纱 线中的螺旋距越短，产生毛羽的机会越少。【笠】由普通环锭纺和s 0 1 0 s p u n 纺的加捻三角区 对比图可以看出，s 0 1 0 s p u n 纺纱技术中由无捻须条形成的三角区明显小于传统纺技术中 的无捻三角区，因此，每一根小须条产生毛羽的机会就相对减少了。另外，当小须条在 强捻的作用下相互并合缠绕时，会将一部分毛羽包缠在整根纱线的内部，进一步减少毛 羽，尤其是较长毛羽的数量。 2 2 1 分股数对纱线毛羽的影响 在s o l o s p u n 纺技术中，从前罗拉钳口输出的须条先被分割成几股小束，先弱捻再合 并强捻，须条被分割的股数将对成纱的毛羽数量起着不可忽视的影响。为此建立模型， 分析s 0 1 0 s p u n 技术减少纱线毛羽的状况。 我们假定须条被分割后的小束粗细均匀且横截面呈圆形，又假设在细纱机上同号数 粗纱、同工艺条件下纺得的s o l o s p u n 纱和普通环锭纺纱的横截面积相等。参照s c h w a r z 提 出的圆形截面纤维在纱中的排列状况模型( 图2 3 ) 瞄j ，认为理想状态下分束的小股纤维 的加捻形态类似这种模型中的芯层排列。在实际的纺纱过程也发现，s o l o s p u n 技术中的 分束辊分割的纤维小束的股数是不可能太多的，因为分束过多时处于边缘的纤维数量很 少，对它的控制也不完善比较容易形成飞花脱落，所以我们最多以分成5 股为研究对象。 8 棉型s o l 0 5 p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 黪案渗 ( a 1 摄为芯 ( b ) 2 掇为芯( c ) 3 报为芯 姆霸 ( 椰4 根为芯 ( e ) 5 根为芯 图2 3s c h w a r z 不同纤维芯层密堆式模型 在模型中，我们假定s 0 1 0 s p u n 纺单股纱表面单位圆周上的毛羽数与传统环锭纺纱线 单位圆周上的毛羽数相同，且s o l o s p u n 纱上毛羽的记数以圆周上切线与圆周的交点向外 的圆弧上的毛羽为基准，如图2 5 中的圆弧如c 和比，。 2 2 1 1 分成一股 如图2 4 所示。没有分割须条，所纺为普通纱线，纺得的纱线半径r 。与传统环锭纱半 径r ，一样，毛羽数n 。也与传统环锭纱n 。相等，即 r 。r 。= l( 2 1 ) n 一n 。= 1( 2 2 ) 图2 4 分成一股时的模型 2 2 1 2 分成二股 如图25 所示。由于假定纺得的s o l o s p u n 纱和传统纱的横截面积相等， 2 r 2 2 = r 。2 即r 。= r 。压 另髓c = r ：( 2 4 ) 又鼢= 肪c ，则总长度l 。= 2 肪c = 2 nr 。 ( 2 5 ) ) 3 2 ( 4 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 传统环锭纺横截面圆周长度l ，= 2nr ， ( 2 6 ) 我们假定的s 0 1 0 s p u n 纺单股纱表面单位圆周上的毛羽数与传统环锭纺纱线单位圆周 上的毛羽数相同，则s 0 1 0 s p u n 纺纱表面的毛羽数n 。与传统环锭纺纱表面毛羽数n 。比为 n ：n 。= l 。l 。 ( 2 7 ) 把( 25 ) 、( 2 6 ) 、( 2 3 ) 代入( 2 7 ) 得 n ：n 。= 1 压：o 7 0 7 图2 5 分成二股时的模型 2 2 1 3 分成三股 如图26 所示。同理可以得到 r 3 = r 。3 根据三角函数得到 么a o ，b = 2 3 s 0 1 0 s p u n 纺纱表面的毛羽数n 。与传统环锭纺纱表面毛羽数n 。比为 n 。n ，= l s l 。 其中l 。= 3 髓= 3 r 3 么a o b = 2 r 3 l 。= 2 丌r 。 则n 。n 。= 1 3 = o 5 7 7 图26 分成三股时的模型 2 2 1 4 分成四股 如图27 所示。同理可以得到 1 0 ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 21 0 ) ( 2 一1 1 ) 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 根据三角函数得到么a o 山= 3 么c 0 2 d = 2 3 s o l o s p u n 纺纱表面的毛羽数n ：与传统环锭纺纱表面毛羽数n 。比为 n 。n ，= l 。l ， 其中l 。= 2 ( 肪+ 胁) = 2 r 4 ( 么a o 山+ 么c o 。d ) = 2 h l 。= 2 r 。 则n n 。= 1 2 = 0 5 图2 7 分成四股时模型 2 2 1 5 分成五股 如图2 8 所示。同理可以得到 r 5 = r 。5 根据三角函数得到么a o l b = 2 5 s 0 1 0 s p u n 纺纱表面的毛羽数n 。与传统环锭纺纱表面毛羽数n 。比为 n ，n 。= l s l 。 其中 l 。= 5 髓= 5 r 5 么a o 。b = 2 r 5 l 。= 2 耵r ， 则n 。n 。= l 5 = o 4 7 7 ( 2 一1 2 ) ( 2 1 3 ) ( 2 一1 4 ) ( 2 1 5 ) ( 2 一1 6 ) 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 图2 8 分成五股时的模型 根据以上的分析发现一个有趣的规律：s 0 1 0 s p u n 纱表面的毛羽数n 。与传统环锭纺纱表 面毛羽数n 。比与其分股数m 存在关系，为 n 。n d - 1 m( 2 1 7 ) 这就表明随着分股数的增加，s o l o s p u n 纱毛羽有下降的趋势，但是并不能无限地分 束下去，在实践中发现实际分束到四到五股时就已经导致边缘的纤维很少，对成纱不利， 导致飞花和条干的恶化。 n n 口- 1 m 的这种关系也在一定的程度上说明分束对减少纱线毛羽有利，这可以在 一定程度上解释为什么s o l o s p u n 技术相对普通环锭纺能减少纱线毛羽。 2 2 2s o l o s p u n 减少纱线毛羽的实际效果 为了验证s o l o s p u n 纺是否能达到如此良好的减少纱线毛羽的目的，我们利用制好的 一个分束辊在e j m l 2 8 k 型细纱机上纺制了六管纯棉纱线，并与同粗纱号数、同工艺条件( 表 2 1 ) 下的普通环锭纱进行毛羽对比，结果如表2 2 。 表2 1 纺纱参数 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 注：毛羽数单位为个1 0 m 通过对比我们可以发现，虽然s 0 1 0 s p u n 纱不能象理想状态下分成四到五股时达到减 少毛羽将近一半的程度，但是在该实验中也达到了减少毛羽2 0 9 9 一2 6 5 4 ，说明 s o l o s p u n 技术在减少毛羽方面具有比较大的优势，是一种很有潜力的纺纱方法，在棉纺 方面应用也具有可行性。 2 2 3 毛羽减少的机理 在纺纱阶段，除锭速的影响以外，加捻三角区的宽度和捻度是产生纱线毛羽的重要 影响因素。据国外报道，纺纱三角区既产生毛羽还产生飞花，其产生的飞花约占整个细纱 车间飞花的8 5 ，造成的毛羽数也很多。 加捻三角区产生毛羽的三种情况： 经牵伸后从前罗拉钳口送出的扁平纤维丛在加捻三角区受加捻作用包卷成纱时， 未受加捻力矩控制的头端自由纤维( 尾端处在前钳口须条中，而头端从须条中分离出来的 纤维) 不能卷入纱体而露在外面形成毛羽。 在张力的作用下，距纱轴中心不同距离的纤维受到的向心压力大小不同而在纱条 内外层间发生反复的内外转移，在转移过程中被挤出纱体的纤维端，由于向心压力难于再 作用于其上而留在纱的表面形成毛羽。 纤维的前端受传递来的捻度控制，而尾端在脱离前罗拉钳口但尚未被较大的捻度 控制的瞬间，受纤维挠曲刚度的作用被弹出纱体而形成毛羽。 棉型s o l o s p u n 技术装景研制和减少纱线毛羽的研究 下罗拉 图2 9s 0 1 0 s p u n 纺纱的三角区加捻示意图 观察s o l o s p u n 纺的加捻三角区( 图2 9 ) 可知，s 0 1 0 s p u n 中分成几束的弱捻纱段的 加捻三角区变小变窄了，当这个三角区比纤维的长度小得多，而纤维转移和成纱过程又 比较迅速的时候，纤维的两端可以同时被前罗拉钳口和成纱点握持，就不易被挤出或甩 出成为端毛羽。另外，s o l o s p u n 是先弱捻再强捻，这种加捻方法有点类似同相加捻的股 线的加捻方法，这样可以在这个互相并合包缠的过程中消除掉大部分的长毛羽。至于短 毛羽，虽然在强捻的过程中能消除一部分，但是其中的长毛羽头端可能被挤出或抛出， 也有可能是中段被挤出成为圈毛羽，所以整体来说短毛羽的减少并不明显。 图2 1 0 纤维在纱表面形态示意图 假设成纱三角区中须条表层与纱轴r 是有一倾角ao 的一根纤维，正处在加捻成纱的 瞬间，该根纤维成纱后为前向毛羽，其伸出端0 a 的倾角为o ，长度为l ，o 为成纱点和 在纱芯表面的压力点和被控制点( 如图2 1 0 所示) 。 只有当o o ，即纤维端位于纱芯的表层或伸出纱芯与纱芯成一定的角度，纤维端刊 有可能成为毛羽。 根据纱线毛羽的基本数学物理方程【2 4 】 i n 一岫卜p ) f 一壶舒叫叫 其中f 表示纱芯纤维对单纤维的径向反力 p 表示单纤维收到的加捻压力 g 表示伸出端离心力、自身重力、受到其他纤维径向挤压力的合力 m 。表示弯矩。 可以知道。值正比于n 。，当。存在且q 。很大时，o 值也很大，即纤维头端仰起的程 ， ， 棉型s o l o s p l l r i 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 度越大，更 维更易成为 角区越宽， 何形状的因 图2 1 ls o l o s p u n 纺加捻三角区示意图图2 1 2 普通环锭纺加捻三角区示意图 对比s o l o s p u n 和普通环锭纺的纺纱三角区( 图2 1 l 和图2 一1 2 ) ，在s o l o s p u n 纺纱过 程中，纤维束先被分成几股，每股小纤维束从分束槽出来后被从钢丝圈处传递上来的捻 度加上弱捻，相当于一个个小的加捻三角区，这个三角区相对于以前的整含= 角区来说， 就要显得窄，它边缘的纤维相对其自己小股的轴心的夹角( 如图2 1 1 中之么。、么n ：、 么n 。、么nt ) 就要比普通环锭纺中边缘纤维对轴心的夹角( 如图2 1 2 中么q 。) 小，依据 上面的理论，可以知道它产生的加捻毛羽就要少得多。 2 3s o l o s p 帅纱线结构的分析 纱线的结构是决定纱线内在性质和外观特征的主要因素。纱线结构不仅受到构成纱 线的纤维性状的影响，而且与纱线成形加工的方式有关。对纱线结构的研究开始于2 0 世 纪3 0 年代，到了5 0 年代后才有了较为明显的进展。 不同的成纱形式使纱线在结构上存在很大的差异，如纱的结构松紧程度及其均匀性， 纤维在纱中的排列形式，纤维在纱中的转移轨迹，加捻在纱的轴向和径向的均匀性，以 及纱线的外观形态和毛羽等。 s o l o s p u n 纺特殊的成纱方法必然导致其成纱结构的迥异，要充分了解或预测这种纱 线的性能，有必要详细探测纱线的内部结构，而纱线的内部结构主要指纱中纤维的几何 结构，即纤维的空间形态。 先从纱线的外观上对其进行分析，用u n i o n 公司生产的d 2 3 型视频变焦显微镜拍摄 s 0 1 0 s p u n 纱线和传统环锭纱线的外观，如图2 一1 3 和2 1 4 所示。这两种纱线都是在e j m l 2 8 k 棉型s o i p 帅技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 型细纱机上纺制的。 图2 一1 3s o l o s p u n 纱线外观 图2 1 4 传统环锭纺纱线外观 从图2 1 3 和2 一1 4 可以明显看出，s 0 1 0 s p u n 纱线的外观较传统环锭纱线的外观光洁、 毛羽少，特别是长毛羽基本上没有。另外s 0 1 0 s p u n 纱线结构紧密，纤维与纤维之问缠绕 细致。 再来观察纱线中纤维之间的排列状况：我们任选s o l o s p u n 纱管，在纱管中的不同 部位，随机选取一段纱线，把s 0 1 0 s p u n 纱的一端固定在载玻片上，手持纱线的另一端并 将纱线解捻，当将纱线解捻到其中的纤维基本上相对轴线平行时，小心地在纱线上滴上 火棉胶，以固定其解捻后的状态，然后盖上盖玻片用视频变焦显微镜通过透视光源拍照， 如图2 一1 5 所示，退捻后的s 0 1 0 s p u n 纱线中含有几股小须条，但各小须条问的界限也不 是很明显。 图2 1 5s o l o s p u n 纱解捻后的空问形态 而且从照片中也可以发现，一般情况下纱线中都包含两到三股小须条，部分含有更 多。每一股中的纤维根数也不尽相同，经常有一股比其他几股少，可以认为这是处于边 缘的须条，在实际的动态的纺纱过程中凭肉眼也能发现这个现象。 另外退捻后的s 0 1 0 s p u n 纱中的各小股须条也呈无捻的状况，无法判断小股上的捻度 为真捻还是假捻。经过纱线捻度测试可以知道在所加捻度一致的情况下，s 0 1 0 s p u n 纱线 的实际捻度比传统环锭纱线的实际捻度低。这是因为在纺纱的过程中，各小股上所获得 的捻度与成纱的捻度是同向的。在对s 0 1 0 s p u n 纱线退捻的同时，小股也绕其自身纱轴旋 转，因此各小股的捻度不能被计入实际捻度中，导致s 0 1 0 s p u n 纱线的实际捻度低于传统 纱的捻度。 6 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 第三章棉型s o l o s p u n 装置研制 s o l o s p u n 装置是在细纱机前罗拉输出点处增加了一个纤维分束机构，增设的分束装 置为表面带有特殊沟槽形状的分束辊组成，该分束辊由安装在细纱机摇架上的定位装置 紧压在前罗拉表面。我们根据国产细棉纺纱机的结构，将s o l o s p u n 技术成功地移植到棉 纺上，并进行了试纺。 3 1 毛型s o i o s p u n 装置机构 3 1 1 国内应用的装置机构 这是目前国内已申请专利的机构，应用较广，装置如图3 1 所示。可以拆卸的分束辊3 连接在塑料制造的保持架4 两端，保持架和磨擦块8 通过夹在前皮辊轴上的弹簧夹5 紧 贴在纺纱器前罗拉2 上，弹簧夹的压力保证分束辊和纺纱机前罗拉可靠平稳的接触。纺纱 时，单根粗纱通过前牵伸钳口，经过牵伸进入分束辊被分束成两股以上的纤维束，这些纤 维束在从钢丝圈处传递上来的加捻力的作用下，围绕其捻心回转并向前输出而汇合于一 点，重新形成一种特殊结构的纱线。瞄】 2 卜须条2 一前罗拉3 一分束辊4 一保持架 5 一弹簧夹6 一前胶辊轴7 一前胶辊8 一磨擦块 图31 应用较广的s o l o s p u n 装置 与传统纺纱方法相比，s o l o s p u n 纺纱具有如下优点： ( 1 ) 不改变原有的机构，改造简便。 ( 2 ) 能实现单纱整经织造，可省去并捻及其相关工序。 ( 3 ) 生产同支数的纱线s 0 1 0 s p u n 可以使用较粗的纤维，降低了成本。 ( 4 ) 纱线毛羽少，耐磨性能和单纱强力都有提高，纺纱过程中断头率降低。 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛利的研究 ( 5 ) 织物更轻薄，柔软。 ( 6 ) 投资回收快。 存在的缺陷： ( 1 ) 整个机构靠前胶辊来定位，当胶辊直径变化时会引起加压的大小变化和分束辊位 置的改变。 ( 2 ) 分束辊与前罗拉的接触是靠弹簧夹连接的，它们之间的压力靠弹簧夹的张角大小 调节，但是这个m 形的弹簧夹并不容易改变其张角大小，而且很难左右调节对称。 ( 3 ) 起保护作用的磨擦块是由塑料块制成，在前罗拉转动的过程中受到磨擦，不但磨 损严重，而且当这个力较大时较容易引起分束辊与前罗拉间压力的波动。 3 1 2 新西兰羊毛研究所的装置机构 这种s o l o s p u n 装置如图3 2 所示【2 6 1 。 图3 2 新西兰毛型s 0 1 0 s p u n 装置 这种装置有如下优点： ( 1 ) 采用较硬的塑料托架代替弹簧夹，保证良好的运转。 ( 2 ) 取消了起保护作用的磨擦块。 ( 3 ) 分束罗拉的位置更易调节。 ( 4 ) 采用较大台宽的新型分束罗拉，使通过的纤维流得到更好的握持，从而纺得的纱 线均匀度更好。 缺点：定位较难控制和达到准确。 3 1 3l b l 5 3 8 型毛精纺s o i o s p 机构1 该机构由无锡蓝堡机械有限公司研制而成，改变了以前改造性的s o l o s p u n 装置机构， 1 8 棉型s o l o s p u n 技术装置研制和减少纱线毛羽的研究 由原来的皮辊定位改为罗拉定位，其整体结构如图3 3 所示。 卜前皮辊2 一分束辊3 一摆杆 4 一细纱机机架5 一前罗拉 图3 3l b l 5 3 8 型毛精纺s o l o s p u n 机构 作用原理：活套的摆杆3 一头连接着分束辊2 ，另一头活套在固定在细纱机机架上的 一根轴上，在弹簧的