（纺织工程专业论文）基于单须条分束纺的纱结构及成纱机理[纺织工程专业优秀论文].pdf

基于单须条分束纺的纱结构及成纱机理 摘要 上世纪以来，纺纱技术有了许多新的发展，出现了许多种的新型纺纱。本 论文首先回顾了纱线加工技术的进展，以及纱线结构的表征及其研究方法，并 将纱线加工技术的进展分为三大类：环锭纺、新型纺纱和结构与复合纺纱。同 时对s i r o s p u n 、s i r o f i l 和s o l o s p u n 纺纱的演变、内涵及复合纺纱概念进行了阐 述。在此基础上，着重对单须条分柬纺纱线结构进行了研究。 单须条分束纺可以说是目前最新的一种纺纱技术。曾经在世界范围内掀起 一股热潮，现在基本上趋于平稳。这项技术有待于认识与改进，因此我们采用 以下的实验对单须条分束纺的纱线进行了研究： 1 采集单须条分柬统纱线的外观纵向形态，并同普通的环锭纱样进行对 比，发现单须条分束纺纱线的外观比传统环锭纱的外观毛羽相对较少，较短， 纤维之间缠绕紧密，整个外观比较光滑密实。通过对单须条分束纺纱线进行退 捻，我们发现退捻后的单须条分束纺纱线中有两至4 三艘纤维束纠缠在一起，在 退捻过程中似乎无法完全退捻，说明在这些纤维束中可能存在同向的弱捻。 2 通过对纱线试样的测试和他人研究结果的深入分析，我们发现单须条 分束纺纱线断裂强度、耐摩擦性能都比传统环锭纱高，并且毛羽少。但与传统 环锭纱相比，分束纺纱线断裂强度和断裂伸长率的变异系数都较大，纱的条干 不匀率和粗细节及毛粒都发生了恶化，说明分束纺纱线强度是离散的。这反映 了一个本质问题，分束纺中纤维小须条存在缺损或错位移动的现象，这是导致 分束纺纱线强度离散性较大，和粗细节的主要原因。 3 制作纱线裁面切片，采用逐层扫描的方法，对纱线中纤维围绕纱线中心 的转移情况进行了跟踪。通过对连续4 5 张纱线截面图片的分祈与计算，绘制 出了纤维在纱线中转移的实际轨迹，它是围绕纱线中心旋转的螺旋线，并且计 算得出单须条分束纺纱线中纤维的平均螺距比根据纱线的理论捻度以及纱线 的实测捻度得到的理论螺距小。这说明单须条分束纺纱线仍然具有环锭纺纱的 特征，并且其断裂伸长率比环锭纱要高，纤维束除了绕纱线主轴的“公转”外， 可能还存在比较小的同方向的“自转”。 4 单须条分束纺纱线中的纤维接触概率( 2 1 9 6 ) 比在传统环锭纱的接触 概率( 1 9 3 3 ) 要高，说明单须条分束纺纱线的强力比传统环锭纱高。但其离散 值( c v = i16 8 ) 高于传统环锭纺纱( c v = 8 1 1 ) ，也可能是纱线强度不稳定 的另一因素。 5 ，为了探讨分束纺纱中单纤维束中的捻度同纱线捻度之间的关系，我们进 行了模拟纺纱实验。结果发现汇聚夹角的变化对分束纺纱中单纤维柬中的捻度 同纱线捻度之间的关系产生影响，当汇聚夹角为9 0 。时，分束纺纱中单纤维束 中的捻度同纱线捻度之比最大( 2 4 5 6 ) ，当汇聚夹角趋向于0 。或1 8 0 。时，分 束纺纱中单纤维束中的捻度同纱线捻度之比最小，趋向于0 ，这说明单纤维束 中几乎没有捻度，即几乎不存在自捻，因此，在分柬纺纱线的分束纤维束中除 了绕纱线主轴的“公转”外，存在自转的机制，但由于汇聚点夹角较小这种 理论上希望达到的“自转”较小。 我们认为这项纺纱技术的关键是要解决单须条分束的问题，通过对分束纺 装置中分割槽以及其他细纱部件进行不断的试验与改进，来有效地控制纤维束 的运动，从而生产出高质量的纱线。 关键词：分束纺。成纱性能，纱线结构，切片方法，接触概率， 变异系数，模拟纺纱 t h es t u d yo nt h ey a r ns t r u c t u r e a n dy a r n f o r m a r r i o nb a s e do ns o l o s p u n a b s t r a c t g r e a tc h a n g eh a st a k e np l a c ei n s p i n n i n gt e c h n o l o g y , a n dm a n yu n c o n v e n t i o n a l s p i n n i n gt e c h n o l o g i e sh a v eb e e ni n v e n t e ds i n c el a s tc e n t u r y t h ed e v e l o p m e n to f s p i n n i n gt e c h n o l o g ya n dt h er e s e a r c ho fy a ms t r u c t u r ea r er e v i e w e d nt h i sp a p e r t h e s p i n n i n gt e c h n o l o g y c a nb ec l a s s i f i e da s r i n gs p i n n i n g ，u n c o n v e n t i o n a l s p i n n i n g ，s t r u c t u r a la n dc o m p o s i t es p i n n i n g t h eh i s t o r y , d e f i n i t i o na n dr e s e a r c h o f s i r o s p u n s i r o f i la n ds o l o s p u nh a v ea l s ob e e ni n t r o d u c e d s o l o s p u ni st h el a t e s ts p i n n i n gt e c h n o l o g y , w h i c hw a sp o p u l a ri nt e x t i l ei n d u s t r y b e f o r es e v e r a ly e a r sa g o b u tn o wi t sa p p l i c a t i o ni sn o ts 0w i d ea sp e o p l e e x p e c t e d i ti so b v i o u st h a tt h et e c h n o l o g ys h o u l db e r e c o g n i z e da n di m p r o v e df u r t h e r , s ow e m a d et h er e s e a r c ho nt h ey a ms t r u c t u r ea n dt h ef o r m a l i o nm e c h a n i s m t h ew h o l e e x p e r i m e n t s a n dr e s u l t so f t h i s p a p e r a r ea sf o l l o w s ： 1 t h eo b s e r v a t i o na n dp h o t o g r a p ho ft h e p e a r a n c eo fs o l o s p u ny a r na n dt h e c o m p a r i s o n w i t h r i n g - s p u ny a r n h a v eb e e nc o n d u c t e d i ti sf o u n dt h a tt h e a p p e a r a n c e o f t h es o l o s p u n y a r ni ss m o o t h e r t h a n r i n g - s p u ny a m w i t hl e s sh a i r i n e s s t h ef i b e rt a n l g l ei nt h es o l o s p u ny a r ni sm o r ec o m p a c tt h a nt h a ti nt h er i n g s p u n y a r n h o n c ei t i sd i 伍c u l tt od i s t i n g u i s hh o w m a n yb u n d l e si nt h es o l o s p u ny a m t h eu n t w i s tt e s ts h o w st h a tt h et w i s to ft h es o l o s p u ny a r nc a nn o tb er e m o v e d t o t a l l y , i ti m p l i e st h a tt h e r e a r ew e a kt w i s t si nt h o s ef i b e rb u n d l e s 2 t h eb r e a ks t r e n g t ha n da b r a s i o nr e s i s t a n c eo f s o l o s p u ny a r n a r eh i g h e rt h a nt h o s e o f t h er i n g - s p u ny a m ，a n dt h eh a i r i n e s si sl e s s b u tt h ec v ( ) o f t h eb r e a ks t r e r i g t h a n db r e a ke l o n g a t i o no f t h e s o l o s p u ny a m i sh i 曲e l - t h a nt h a to f t h er i n g - s p u ny a r n t h e r ea r em o r en u b sa n d n i p s i nt h es o l o s p u n y a r nt h a nt h o s eo f t h er i n g s p u ny a m ， s ot h ec v ( ) o fy a me v 翻l n o s so ft h es o l o s p u ny a mi s h i 曲e rt h a n t h a to f r i n g s p u ny a r n t h e s er e s u l t ss h o wt h a tt h eq u a l i t yo ft h es o l o s p u ny a r ni s n o t s t a b l ec a u s e d b y t h el o s ta n dw r o n g p o s i t i o n so f t h ef i b e rb u n d l e sd u r i n gs o l o s p u n s p i n n i n g 3 t h es o l o s p u ny a ms t r u c t u r e sa r ca n a l y z e db yc r o s s - s e c t i o n a lm i c r o t o m yw i t ha m i c r o t o m et oc u tt h es o l o s p u ny a mc o a t e dw i t hc o l l o d i o ni n t op i e c e sc o n t i n u o u s l y t h et h i c k n e s so ft h ec r o s ss e c t i o np i e c ew a sk e p ta ta b o u t2 0 # m t os h o wa g e n e r a lv i e w o f t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so f t h ey a r n ，t h et r a j e c t o r i e so f t h ef i b e r s a r ev i s u a l i z e di nat h r e e - d i m e n s i o n a 】s p a c eo nt h eb a s i so ft h ed a t af r o m 出e4 5 p i c t u r e s t h e ya l et h e o r e t i c a l l yh e l l e a ll i n e s i tr e v e a l st h a tt h ef i b o rm i g r a t i o ni st h e r e l a t i v e l ys a m ea st h er i n g s p u ny a m t h ea v e r a g eh e i g h to f t h ef i b e rh e l i xi nt h e y a m i ss h e r t e rt h a nt h a to ft h ef i b e rh e l i xc a l c u l a t e db yt h e o r e t i e a lt w i s ta n dt h e t e s t e dt w i s to ft h ey a r na n dt h e r ee x i s t saf e ws e l f - t w i s t ，t h a tp r o v e st h ee l o n g a t i o n a tb r e a ko ft h es o l o s p u ny a mi s h i g h e rt h a nt h a to f t h er i n gs p u ny a ma n dt h e r e e x i s t saf e ws e l f - t w i s ti nt h ef i b e rb u n d l e s 4 a f t e rc o u n t i n gt h ec o n t a c t e dp o i n t si ne a c hs l i c e ，t h ep r o b a b i l i t yo ff i b e r s c o n t a c t ( p f c ) o f t h es o l o s p u ny a mh a sb e e no b t a i n e da n di sh i g h e rt h a nt h a to ft h er i n g s p u ny a m ，b u tt h ec v o f p f ci sh i g h e r , t o o i ti n d i c a t e st h a tt h eb e a ks t r e n g t ho f t h e s o l o s p u ny a m i sh i g h e rt h a nt h a to f t h e r i n gs p u ny a m ，b u ty a r n e v e r u l e s si sw o r s e 5 t 0u n d e r s t a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et w i s to ft h eb u n d l ef i b e r sa n dt h a to f t h ey a m w es t a r t e das e r i e so fs i m u l a t e ds p i n n i n gt e s tw e r ec a r d e do u t t h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w 也a lt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et w i s to ft h eb u n d l e f i b e r sa n dt h a to ft h ey a mi sa f f e c t e db yt h es p i n n i n gt r i a n g l e w h e nt h es p i n n i n g t r i a n g l ei s9 0 。，t h er a t i ob e t w e e nt h et w i s to f t h eb u n d l ef i l m sa n dt h a to f t h e y a m i s h i g l l e s t , e q u a lt o2 4 5 6 w h e nt h es p i n n i n gt r i a n g l ea p p r o a c h e s0 。o r1 8 0 。，t h e r a t i ob e t w e e nt h et w i s to f t h eb u n d l ef i b o r sa n dt h a to f t h ey a r ni sl o w e s t , n e a r l y0 ， t h a tm e a n st h e r ei sn os e l f - t w i s ti nt h eb u n d l ef i b e r s f r o m 协es i m u l a t i o ns p i n n i n g t e s t s w eu n d e r s t a n dt h 砒t h es e l f - t w i s ti nt h eb u n d l ef i b e r so f s o l o s p u ny a m i sv e r y s m a l lb e c a u s eo ft h es p i n n i n gt r i a n g l ei st o os m a l l a sar e s u l t ，t h ek e ys o l u t i o nf o rs o l o s p u ns p i n n i n gt e c h n o l o g yi s t od i v i d et h e s t r a n di n t oan u m b e ro fs u b - s t r a n d se f f e c t i v e l ya n dt h en u m b e ra n d t oc o n t r o lt h e m o v e m e n to ft h ef i b e rb e u n d l e 稻i ns o l o s p u ny a r nb yu p d a t i n gs o l o s p u n r o l l e ra n d a t t a c h m e n t s ，t h e n t op r o d u c e h i g hq u a l i t yy a r n s s t u d e n t ：w a n c k e y i ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y p r o f e s s o ry u w e i d o n g k e y w o r d s ：s o l o s p u n ，p r o p e r t i e so fy a r n s ，y a ms t r u c t u r e , s e c t i o n i n gm e t h o d ， p r o b a b i l i t yo f f i b e r s c o n t a c t ，c v , s i m u l a t e ds p i n n i n g t e s t s 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郊重_ 占明：我恪守学术道德，索尚严谨学风。所警交的学位论文，娃本人在导师 的指导f ，独立进行研究一i ：作所取得的成果。除文中己明确注明和引h j 的内容外，奉沧文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，井完全意识到本声明的法律结果由本入承担。 学位论文作者签名：云磁一 日期：2 棚5 年，爿，f 口 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校侃留井向酱家 有父部fj 城机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授袒t ：华a s 可以将本学位论文的全部或部分内容编 有关数据库进行检索，可以采h 】影印、缩印或十_ 捕等复制手段保存币悼 编本学位论文一 保密口，在年解密后i 舌j t l 本版权1 5 。 本学位论文属t 。 不保密屯z 神论姚者繇勿轧 e l 赐：扩5 年爿培臼 指导教烯签名：彳z ，以一 树5 日期：年i e ；1 。i 第一章绪论 第一节纱线加工的进展及纱结构的解释 一目前纺纱加工方法与进展 在人类历史上，纺织生产几乎是和农业同时开始的。纺纱生产技术是世界 各国人民长期共同创造和经验积累的产物，到目前为止，纺纱加工的方法分为 传统纺纱、新型纺纱以及在传统纺基础上发展起来的结构纺纱。 1 传统纺纱 传统纺纱通常就是指环锭纺纱。环锭纺纱机自1 8 2 8 年t h o r p 所发明的最初 雏型开始，至今已有1 7 0 多年的历史了【1 1 ，其示意图如图l l 所示f 2 】o 蕊罗拉 图1 - 1 环锭纺纱不意图 由于受到卷装和速度的限制，环锭纺纱机的发展受到一定限制。1 9 6 5 年， 第一台气流纺纱机在捷克问世，由于气流纺纱具有高速高产、大卷装、工艺流 程短；劳动生产率高、劳动强度低、劳动环境好、占地面积少、纱线条干均匀、 结杂少、耐磨好等优点，给环锭纺纱机带来一个巨大的冲击【3 】。随后其它新型 纺纱机( 如自捻纺 4 1 、涡流纺【5 ，6 1 、包缠纺【7 】、喷气纺【8 l 、静电纺f 9 】、尘笼纺 等) 的相继研制成功，引起了机械化纺纱机械的第一次革命，称为新型纺纱技 术。通过近3 0 年的发展，环锭纺纱由于其自身的特点，仍然为目前的大宗纺纱 技术。实践表明各种新型纺纱虽然各具独特的优点，但都有一定的不可克服的 局限性，不可能用来取代环锭纺纱机只能与环锭纺纱机并存，只能作为一种补 充。以新型纺纱中的佼佼者转杯纺( 气流纺) 纱机而言。它是目前各种新 型纺纱中最成熟、推广量最大，具有许多毋用置疑的优点。但是，对高支纱就 无法适应，所以，只能在纺粗支纱中使用。其次，随着人们生活水平的提高积 科学技术的飞跃发展，对高质量和细支纱的需要量越来越多。要生产这类高支 纱线。采用6 0 - - 7 0 年代的新型纺纱方法是不行的，还得依靠环锭纺纱机。第三， 由于环锭纺纱历史悠久，技术水平相当高，新的工业化措施已达到商品化的成 熟程度，并补偿了老设备不经济的缺点，在机械、自动化的机器附属设备和系 统的连接及机器之间运输的自动化方面达到了较高的水平。 从上世纪五十年代中期以来，世界各国对环锭纺纱技术的研究已有很大的 发展【”。经过三十多年的演变，环锭纺纱技术已具有了较高水平，机械结构有 了很大改进，加工制造质量和精度水平也明显提高，机电一体化和自动化的趋 势日趋明显，保证了机台高速、可靠运行，减轻了工人的劳动强度。改变了过 去单纯追求减少落纱次数和纱线断头数，并加大卷装容量的概念与做法。 2 新型纺纱与种类 由于传统纺纱难以在产量上有惊入的突破，说明细纱机要大幅度提高产 量，其方向是在纺纱过程中是加捻与卷绕分开进行，是加捻速度和卷绕速度互 相独立而不受牵连1 1 2 】。 近几十年来，产生了多种类型的新型纺纱方法，其共同特点是高速、高产、 大卷装、流程短，可直接用条子喂入。所纺纱条大都比较蓬松，着色性好，有 的成纱条于与传统纱相比毫不逊色。还可以充分利用低级原料、废料和再生纤 维，取得较好的经济效益。 新型纺纱的种类很多，根据加捻方法可以分为自由端抽捻秘菲自由端拓捻 两种扪。自由端纺纱按照纤维凝聚和加捻方法不同又可分为转杯纺纱、静电纺 纱、涡流纺纱、摩察纺纱( i i 型) 、捏锭纺纱、磁性纺纱、搓捻纺纱、液流纺 纱和程控纺纱等。非自由端纺纱按照加捻原理可分为自捻纺纱、无捻纺纱、喷 气纺纱、摩擦纺纱( i i 型) 以及轴向纺纱等。根据成纱机理，新型纺纱又可分 为加捻纺纱、包缠纺纱、无捻纺纱三大类。包缠纺纱主要有喷气纺纱和平行纺 纱等。无捻纺纱有粘合纺纱、熔融纺纱和缠结纺纱等。 ( 1 ) 转杯( 气流) 纺技术的现状与发展趋势1 5 】 在各种新型纺纱方法与技术中，转杯( 气流) 纺纱由于其技术和产品的 实用性，得到了推广应用。目前，转杯( 气流) 纺无论是从技术上还是设备方 面都有了很大的发展和完善，并且仍在不断地进步，从而使转杯( 气流) 纺的 生产效率、产品质量均有了迅速提高，同时，也大大拓宽了转杯纺( 气流) 的 应用领域。目前纺杯速度达到1 0 万r m i n 以上，高的甚至可以达到1 5 万r m i n ，引纱速度高达2 2 0 m m i n 当前，我国纯棉粗号纱大部分已被转杯纱所 替代，正在努力研究用转杯( 气流) 纺生产中高支纱。 此外，转杯纺的产品发展还体现在以下几点：( 1 ) 非棉类产品。总的来说， 非棉类产品的转杯纱生产比例还较小，进一步开发化纤、毛、麻、绢等转杯纱 产品对于扩大转杯纺的应用领域、丰富转杯纱的花式品种有着重要的现实意 义。( 2 ) 花式纱产品。随着国内花式纱装置的研制与推广以及转杯纱和转杯竹 节纱的特殊效应，转杯纺花式纱的应用必将日趋增加。( 3 ) 产业、装饰用产品。 在转杯纺的早期产品中，生产过用于线、带和蓬帐等产业用转杯纱，以后又在 p u 革底布和洁具用产品上有所发展。在装饰产品方面，已生产出床罩、窗帘、 台布、家具布、挂毯等。而随着功能性纤维的发展，利用这些功能纤维如阻燃、 抗菌和保健纤维等来加工转杯纱，则可望在防护服、家庭装饰用布和一些特殊 场合的特定要求用产品方面占有更大的市场份额。 ( 2 ) 喷气纺纱技术的现状与发展趋势1 6 】 在新型纺纱中，喷气纺一直以输出速度高、可纺纱号细的特性而被人们所 看好。因其取消了高速回转的加捻部件而利用高速回转的压缩空气对纱条进行 加捻，从而使出纱速度可达3 5 0 m m i n - - 4 0 0 m m i n ，其生产效率为环锭纺的1 0 倍 2 0 倍、转杯纺的3 倍5 倍。同时，喷气纺宜加工精细原料( 如精梳产品、 化纤等) ：适纺中、细号纱的特点( 一般纺纱号数为1 8 t e x 以下) ，也使之与目前 常用于加工低级原料、适纺中、粗号纱的转杯纺在不同的产品领域中各领风骚。 但是在纱线结构上，传统的喷气纺由于其包缠假捻的成纱特性，较适合纺制涤 纶和涤棉混纺纱以及其他较细、软的纤维，而纺制纯棉纱时强力较低，仅为同 类环锭纱的6 0 - 7 0 ，从而限制了其应用范围。此外，喷气纺设备和运转成 本太高。从纱线结构来看，喷气纱具有纱号细、硬挺、均匀、光洁和短毛羽较 多的特性，通常用于制作衬衫、轻薄织物、床单、针织物和磨绒织物等。总之， 喷气纺以其商生产效率、低成纱号数而有着广阔的应用前景，但必须注意开发 出喷气纺所适合的产品。 3 结构纺纱与种类f 1 4 j 除了新型纺纱以外，环锭纺本身也在不断革新和完善。解决环锭纺纱技 术不足的主要工业化的进展发生在上世纪末出现的结构纺纱技术，如集聚或紧 密纺纱( 国外称为c o m p a c ts p i n n i n g 或c o n d e n s e rs p i n n i n g ) 、短短复合纺( 赛 络纺，国外称为s i r o s p u n ) 、长短复合纺( 赛络菲尔纺，国外称为s i r o f i l ) 、分 束纺( 索罗纺，国外称为s o l o s p u n ) 等。这些新型纺纱是在环锭纺的基础上进行 稍许改动而形成的，本论文中称为结构纺纱。这些纺纱技术的出现和形成，对 于提高纺纱质量、丰富成纱产品的风格等将起到有利的促进作用。 ( 1 ) 集聚或紧密纺纱1 1 7 1 这种纺纱技术的思想是对环锭纺纱机前罗拉输出的须条再加上一对控制 罗拉。其中，下罗拉有吸风集聚作用，使须条较紧密地排列，大大减小了传统 细纱机加捻三角区须条的宽度，有利于将须条中的纤维可靠地捻卷到纱条中， 从而可较大幅度地减少毛羽，同时吸风也有利于纤维在加捻卷绕时有再次伸直 的机会，从而提高成纱强力。据有关纺机生产厂商的资料介绍，在同样的纺纱 条件下，集聚纺纱的毛羽较传统环锭纺减少约2 0 ，强力可提高约1 0 ，同 时，条干均匀度、机器效率等也有不同程度的提高。该技术的另一优点是与原 细纱机完全一致，只多出一对集聚罗拉，在原环锭细纱机上也可进行改装，挡 车操作也与原车一致。 ( 2 ) 短短复合纺、长短复合纺1 1 8 ，1 9 i 短短复合纺是由澳大利亚联邦科学与工业研究院与国际羊毛局共同研 制开发的纺纱技术，它是在环锭纺纱机上喂入两根保持一定间距的粗纱经牵 伸后。由前罗拉输出这两根单纱须条，并由于捻度的传递而使单纱须条上带有 少量的捻度，这两根须条并合后被进一步加捻成类似股线的赛络纱并被卷绕在 筒管上。赛络纺纱线毛羽少、强力高、耐磨性好是实现毛织物轻薄化的一条 4 有效途径。此外，要达到同样的成纱质量，赛络纱所用的原料等级可比常规环 锭纱低，而其织物较常规环锭股线织物手感柔软、耐磨、透气性好。长短复 合纺与短短复合纺类似，不同之处仅仅是将一根粗纱改为长丝，与另一根粗 纱交捻成纱。这对于利用各种化纤长丝与细纱交捻成复合纱产品的加工尤为适 合。与常规的细纱相比，短短复合纺、长短复合纺可以直接从细纱机上纺制 出具有类似股线结构和性能的纱线，有利于缩短工艺道数，提高生产效率，降 低生产成本。目前，这两种纺纱技术在毛纺生产中得到了较普遍的应用，在新 产品的开发和生产中发挥了有效的作用。虽然，目前短短复合纺、长短复合 纺主要是应用于毛纺系统，但实际上其成纱机理决定了它在棉纺等其他纺纱系 统中的应用也必将取得良好的效果。 ( 3 ) 分束纺纱【2 0 】 分束纺又称为单须条分束纺，它是在环锭纺纱机前罗拉下加装一个表面有 许多沟槽的分割罗拉，其作用是利用沟槽将前钳口下输出的扁平须条分割成许 多窄条，这些由于捻度传递而带有少量捻度的须条再被汇聚加捻后，形成类似 多股纱条捻成的缆绳纱，故国内又将其称为缆型纺。与仅由两根弱捻须条加 捻而成的赛络纱相比，这种由多根弱捻须条加捻而成的纱具有更高的强力、更 好的耐磨性和更少的毛羽。因此，在实际生产中分束纱的单纱可以不经上浆而 直接织造成布。 从上述的介绍中，我们可以看出结构纺纱的一些特征，( 1 ) 它们都是对原 环锭纺纱技术的革新；( 2 ) 集聚或紧密纺对于减少成纱毛羽、提高强力有较大的 作用；( 3 ) 短短复合纺、长短复合纺、分束纺等纺纱新技术的优点和效果已为 毛纺所证实，应抓紧使其向其他行业如棉纺、麻纺和绢纺等推广应用，扩大这 些新型纺纱技术的应用范围。 二对现有典型纱线结构的一般解释 1 复合或复并纱的单一系统纱的构型 根据纺纱过程中，两根单须条( 或一根短纤维须条同一根长丝或一根短纤 维须条同一根短纤维纱) 喂入方式的不同，复合或复并纱的单一系统纱的构型 有三种形式。 ( 1 ) 类似股线的结构 短短复合纺、长短复合纺所纺制出的纱线就有这样的构型，其纺纱方法 是将两根短纤维须条( 或一根短纤维须条和一根长丝) 以一定的间距喂入细纱 机，两根须条( 或长丝) 围绕纱轴互相均匀缠绕。 图1 - 2 类似股线的纱的纵向和截面形态 ( 2 ) 包缠的结构 当从前钳口喂入的长丝( 或纱线) 的张力比短纤维须条( 或纱线) 大时， 就会产生包缠的现象，张力小的纱线或长丝包缠在张力大的纱线或须条的表 面。 圈1 - 3 包缠纱的纵向和截面形态 ( 3 ) 包芯的结构 喂入时将长丝放在短纤维束的中间，通过前钳口输出加捻后成纱，短纤维 将长丝团团围住。 图1 - 4 包芯纱的纵向和截面形态 6 2 复合或复并纱的界面与自捻性 在上述的复合或复并纱的三种构型中，从纱线的截面形态来看，都有明显 的界面。在类似股线的结构中，整个纱线截面很明显的分为两个部分，并且都 有定的自捻性。在包缠的结构中，整个纱线截面也是很明显的分为两个部分， 但中间被包缠的纤维束( 或长丝) 基本保持不动，包缠的纤维束围绕其旋转。 在包芯的结构中，纱线的中心是长丝，短纤维环绕包围在其四周。 3 纤维的相互作用与堆砌方式 纤维在纱线中有各种各样的形态，在纱线中纤维可以伸直、伸长或卷曲起 拱，并且纤维会发生径向位置的变化和纠缠，纤维也可能在某一段与周围任何 纤维都不发生接触。因此纱线中纤维的相互作用和堆砌方式是十分复杂的，所 形成的堆砌松紧程度或密度也是不同的。纤维在纱中会发生位置转移，通常情 况下纤维的一部分在纱的表层，雨另一部分则在纱的内层，纤维之间相互穿插、 纠缠，产生相互握持的自锁结构。纤维相互作用来自于纤维张力，尤其是纱表 层的纤维的张力，它所产生的向心压力。当外力作用于纱线上时，纤维之间的 相互作用将增强并产生摩擦和抱合作用，使纱不会解体。m o r t o n 认为口2 1 在内 外层纤维之间，存在着一种周期性的相互转移和相互作用，因为外层纤维经过 的路径长产生张力而向内层挤压。当它挤入中间纱层后，张力减小，而又被外 层纤维的嵌入而挤出，重新回到外层。 ( 1 ) 理想的堆砌方式 s c h w a r z l 2 习讨论了圆形截面纤维在纱中的排列状态，提出了其基本的理论 排列方式：开启式排列和密堆式排列。 图1 - 5 开启式纤维在纱中的分层同心圆捧列方式 7 开启式排列，是指圆形纤维的分层排列，这与理想的螺旋结构纱一致。图 1 5 为开启式纤维在纱中的分层同心圆排列方式。在这种结构的纱线中，有一 根纤维构成纱芯为第一层，有六根纤维构成第二层，此时的第一、二层都紧密 接触。由1 2 根纤维构成第三层，但此时各纤维并不紧密接触，而存在空隙( 或 开口) 。以此类推构成以后的各层。 密堆式的前提为任何一根纤维可与周围6 根纤维形成接触，构成六角的紧 密堆砌。这种纤维随着芯纱的根数不同而形成不同的结构外形。如图1 - 6 所示 ( a ) 为单根纤维的三层排列；( b ) 为2 根纤维为芯的三层排列；( c ) 为3 根 纤维为芯的三层排列；( d ) 为4 根纤维为芯的三层排列。随着层次的扩展，虽 然理论上可以画出棱角分明的纱线外形，整体截面的外形逐渐变化为六角形， 故又称六角形堆砌，但在实际中多层堆砌会圆化。 摹簟为苍嘞2 枉为芯c j3 为芯 i 为芯( ) 5 为蓐 鹫1 - 6 不同纤维束芯层的密堆式模型 ( 2 ) 纱线中纤维的实际状态 上述的理论堆砌方式在实际纱线中是很少达到的，因为理论排列为有序排 列。有许多的因素会影响此有序规则排列，如纤维的几何形态( 包括截面和纵 向) 以及粗细不匀，纱线的捻度及不匀；不同的纤维混合等，都会造成纤维在 纱中的非理想化的排列。从本论文实际拍摄的纱线截砸照片( 如图1 7 所示) 可以看出，纱线截面中的纤维排列存在众多非接触的纤维和无规则排列。而且 纱线的外形亦非理论排列的圆形或六角形，堆砌的密度亦非均匀。 图1 7 纱线截面中的纤维排列状态及截面轮廓 在纱线实际的结构中形成纤维排列不同的影响因素有很多，主要可以分为 两类：纤维聚集因素和干扰因素。导致纤维聚集的作用主要是纤维的内应力或 实际巾的加捻作用力。纤维的聚集遵循最小能量原理，纤维尽可能的伸直和无 张力，由此形成内挤。高张力下的加捻，有利于纤维形成理想的紧密或分层堆 砌。干扰因素主要为纤维的根数，尤其是分层排列中的各层根数和总根数；纤 维截面的非圆形化，甚至圆形纤维的直径不同：纤维螺旋倾斜导致的截面椭圆 化；内外层纤维的轨迹长短不同引起的内层起拱、外层内应力大的不稳定；加 工中的不匀和机械作用等，均会干扰纤维的有序排列。 三纱结构解释存在的问题与不确定 1 环锭纺纱 2 4 , 2 5 】 环锭纺纱线横截面近似圆形，纱中纤维基本上呈螺旋线排列，结构较为紧 密，纱条表面相对来说显得杂乱无序，光洁度较差。这是由于存在纺纱加捻三 角区，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。 2 气流( 转杯) 纺纱 2 6 , 2 7 】 转杯纱纱的结构分纱芯和外包纤维两部分，纤维伸直度差，纤维内外转移 程度低。纱芯结构与环锭纱相似，比较紧密；外包纤维结构松散，无规则地缠 绕在纱芯外面。与传统环锭纱相比，结构比较蓬松，外观较丰满。 3 喷气纺纱【2 8 】 喷气纱是一种双重结构的纱，一部分是几乎平行、无捻的芯纤维，另一部 分是包缠在芯纱外部的包缠纤维。喷气纱的结构较为蓬松，纤维间的间隙较大， 包缠纤维与芯纤维的比例约为1 ：9 ， 4 摩擦纺纱2 9 ，3 0 j 摩擦纺纱具有多组份的分层结构及里紧外松的捻度结构，纱中纤维形态不 规则。大部分纤维处于对折、卷缠、弯勾等形态，显著影响了成纱的强力。 5 涡流纺纱m 3 2 】 涡流纱也是一种双重结构的纱，纱条的芯纤维是平行排列的、无捻度，依 靠旋转气流的作用使末端纤维包覆缠绕于芯纤维外部加捻成纱。涡流纱的外层 覆盖纤维比重大( 约6 0 ) ，以致内部未加捻的纤维几乎被完全覆盖，表面纤 维排列则更近似于环锭纱。 6 短，短复合纺纱口3 ，3 4 1 短短复合纺纱横截面类似圆形，两股纤维束以螺旋状相互捻和在一起， 相互之间比较分明，互不相混。这种状态既不同于单纱，也不同于股线。其两 股须条上的少量捻度的方向和成纱抢向一致，表面纤维和纱条轴线的夹角最 大。 长，短复合纺纱 3 5 - 3 7 l 长短复合纺纱线外形近似圆柱形，双单股相同捻向，为“热狗式”缠绕， 单股同向加捻。毛羽亦比单纱减少，纱线表面比较光滑。线的强力、伸长大幅 度增加，纱线的刚性与弹性均相应增大。 8 分柬纺纱【3 8 3 9 】 分柬纺纱是单须条分束纺的简称，其成纱结构紧密，纤维与纤维之闻缠绕 细致，外观较传统环锭纺纱光滑、毛羽少、有光泽。从纱的外观上很难分辨出 到底有多少股纤维束，每根纤维都被邻近的纤维小柬所束缚，纤维小束能辨层 纤维的螺旋线要比传统环锭纺纱的外层纤维螺旋线短，纤维伸长少、张力小， 纤维，j 、束外层纤维韵螺旋凫小。 9 集聚纺纱 4 0 , 4 q 集聚纺纱线中的纤维排列最为整齐清晰，纤维的端头均捻入纱线内，成纱 结构最为紧密，纱线外观光洁、毛羽少。纱线加捻螺旋结构清晰可见，纤维几 乎没有内外转移。 0 第二节纱线结构研究中的问题与方法 一纱结构的内涵 纱线结构决定纱线的性能和用途。通常，纱线结构由构成纱线单元的尺寸、 形状、相对位置和特性决定。纱线结构单元可分为若干级，从最小的单元直至 短纤维和长丝。但在进行结构分析或者设计时，只考虑第一级，即纱中的短纤 维，复合丝中的单丝，捻线中的单纱或者复合丝，等等。而分子一级的特点， 则通过纤维、单丝的性能等间接反映出来【4 2 】。 纱线的结构特点主要包括单元的特性及其在纱线中的相对位置和相互关 系。单元的特性中最重要的是它的尺寸指标、形状和性能以及在纱线中的状态。 单纱的这些指标是纤维的长度、细度和二者的不匀率、纤维的卷曲、强度、变 形特性等。而复合丝，主要是单丝的细度和不匀率以及机械性能等。 表示纱中单元之间相对位置的特性指标是多种多样的，目前尚未完全系统 化。其中广泛应用的有捻向，纤维的根数，纤维在纱线各个截面中的分布，截 面的丰满性、填充度和毛羽的性状。 关于纱线结构的概念，多年来说法不一，总体归纳起来纱线结构受以下三 个方面的因素影响f 4 3 】： ( 1 ) 组成纱线的性状：如纤维的几何形状( 长度、细度、截面形状、体 积) 及其物理性质( 强度、延伸性、挠性、弹性，表面性质和摩擦等) 。 ( 2 ) 纤维在纱线中的分布：即在纱线截面中纤维的数最和分布位置( 径 向分布和扇形分布) ，纤维在径向分布的不匀率。主要是指组成纱线的各种纤 维的长度与形态及径向分布的位置特点。 ( 3 ) 纱线中各种纤维的相互关系：即纤维之间相互接触的数量和程度、 纺纱方法、捻度以及可能进一步采用化学或机械的方法处理之间的关系。 二导致纱结构研究缓慢的原因 1 方法的限制 纱线的特征被认为对纱线的物理性质和使用特性有熏大影响的是 州：( 1 ) 体积密度；( 2 ) 缠接点之间的片段长度和：( 3 ) 缠接点之间纤维片断的能动性。 这三方面的结构不易测量，甚至也很难观察到。 纱线的体积密度取决于纤维的紧密度，即纱线在松弛状态下截面上纤维或 长丝的聚集密度，所有的纱线都包含有大量的空气或间隙。短纤维纱和变形长 丝纱往往包含最多的空隙。在纱的结构内缠接点之间的平均片断长度，有时称 为纤维定形长度。在多数纱线中捻度是缠结的基础结构，缠接点之间纤维或长 丝的平均片断长度与捻度的几何结构有关。 结构中纤维片断相对于其他纤维和纤维片断的能动性或自由度以及移动 的方向，对于纱线的性能甚为重要。特别是接近表面纤维的横向移动，关系到 织物的磨损、起毛、起球和手感等。 对于各种类型的纱线，我们用小针探查并借助于低倍放大镜就可以定性地 得到上述的一些结构特征，如纤维的片段长度和能动性，另外我们可以各种显 微镜观察纤维片断的取向和纤维的聚集密度，但是到嚣前为止还没有足够的方 法和技术开发出来，用来全面的表征纱线的结构，主要是纱线中纤维内在的接 触，特别是纤维的内部缠结情况。 2 方法的困难 世界各国的专家学者对纱线的结构研究了几十年，大部分都是根据示踪纤 维和纱线切片的方法来进行的 4 5 5 2 1 。 由于纤维在纱线中分布的髓机性，所得到的示踪纤维的形态也存在随机 性。纱线的切片也很难得到较多的连续片断。前苏联人删利用手摇切片机将纱 线切成0 2 m m 厚的切片，观察了3 2 个切片中示踪纤维位鬻的变化情况。捷克 斯洛伐克的学者1 5 0 也是利用手摇切片机将气流纺纱线切成2 5 u r n 厚的切片，观 察了6 0 个连续的切片。目前还没有看到有关更多连续切片的报道。 到目前为止还没有研究出任何的方法，来对纤维在纱线中的相互缠接、作 用进行描述。同时，由于纤维在纱线中分布的随机性，也没有能够对纱线的结 构进行定性定量的研究。由此可见，纱线结构研究的困难性。 3 方