（纺织工程专业论文）亚麻牵切纺纱工艺的研究.pdf

i 东华大学学位论文原创性声明 _ 潲娜 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论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，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：鲥咩 日期：扣唧年戗月【d 日 - 3。fl罐l， 鬟、=-0 。， 、 、p玉y西3觏分f。器一掰誓一博卜卜 r 妒 、， f 如 喝 - ! = j 囊，曝霭，孽 一 奠 。，- 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 惫学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 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 制手段保存和汇编本学位论文。 ， 保密面，在三一年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 训泮 1 日期：a 槲年i a 月l 。日 指剥雠嘲硼 日期：1 年明p 日 j f t 、 。 一。：f 纛 卜 、 东华大 工艺 纺和 同时，短纺原料纤维在栉梳时被打乱并存在大量超长纤维，需要经过 梳理和再割工序来处理才能顺利纺纱，且在梳理过程中会产生大量麻 粒影响成纱质量。本课题研究了牵切技术在亚麻纺纱中的应用，将亚 麻打成麻直接经牵切后成条、纺纱，它取代了长麻纺中的栉梳以及短 麻纺中梳理和再割工序，并使原有的长纺和短纺系统合为一体，简化 了亚麻纺纱的工艺流程并减少了加工中对纤维的损伤。 本课题通过实验和理论推导研究分析了亚麻纤维在牵切过程中 的裂变规律以及牵切参数对纤维指标的影响，并通过纺纱实践探讨了 亚麻牵切纺纱工艺的成纱质量及经济成本。 通过纤维染色牵切实验，证明了滑脱和分劈的形式是亚麻工艺纤 维在牵切过程中分裂为更细纤维的原因，它们共同对纤维分裂度的提 高作出贡献；同时从牵切区内的断裂点分布图得到了断裂点的分布规 律。通过理论分析和实验证明了亚麻纤维在牵切区中的断裂位置和牵 切隔距、牵伸倍数以及纤维的断裂伸长有关。 通过实验说明牵切工艺能使各工艺纤维分裂度提高1 0 , - - 一4 0 。 东华大学硕士研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 通过纤维牵切实验还发现在牵切后纤维的平均长度实际值和纤 维理论长度值存在差值，且实际牵切过程中牵伸倍数和牵切隔距的变 化对该差值影响很小；根据实验结果将该差值定为1 0 衄时，得出了 亚麻纤维牵切后平均长度的预测公式。 由理论推导与亚麻的拉伸试验相结合得到了亚麻牵切喂入量与 牵切隔距、皮辊加压和牵伸倍数三个工艺参数之间的最终关系式。 通过实验数据分析得出了牵切过程中皮辊加压对牵切后纤维强 力、分裂度和长度各项指标的影响规律，综合各方面因素考虑，选取 5 0 0 0 n 7 0 0 0 n 的皮辊加压较为适合亚麻牵切。 观察牵伸倍数对牵切后纤维的长度指标的影响，尤其是超长纤维 的出现情况；根据喂入量关系式以及工厂的实际生产情况，得出牵伸 倍数在达到3 5 的水平下不宜选择过大。 为了保证牵切后纤维有最好的长度整齐度，喂入纤维长度应该是 牵切隔距的整数倍，并得出了采用双区牵切时使牵切后纤维长度整齐 度最优的两个牵切区隔距的关系式。 亚麻打成麻通过牵切以及新的短纺流程各道工序的加工，由湿法 纺纱纺制成纱，完成了亚麻牵切纺纱全流程实践。成纱的强力、条干 和毛羽各项指标都超越了传统短纺加工的成纱，在个别指标上看，牵 切纱质量甚至已经优于传统长纺工艺纱。 亚麻牵切纺纱的总制成率达到6 7 0 8 ，相对于传统亚麻纺纱6 0 左右的总制成率有较大提高。 关键词：牵切，亚麻纺纱，分裂度，长度，制成率 p 再 妒 l 一 。 厶 ， i r 、一 - 鸨 东华大学硕士研究生学位论文 亚麻牵切纺纱工艺的研究 毒 ，t s t u d yo nt h es t r e t c h b r e a k i n gt e c h n o l o g y o ft h ef l a xs p i n n i n g - r 、 即， 一 l a b s t r a c t f l a xt o ws h o u l db eh a c k l e dt ol o n gf i b e r sa n dd i s o r d e r l ys h o r tf i b e r s t h r o u g hh a c k l i n gp r o c e s sb e c a u s eo fi t si r r e g u l a r i t yo ff i b e rl e n g t h t h e n l o n gf i b e r sa n ds h o r tf i b e r s s h o u l db es p u ni n t oy a m sw i t hd i f f e r e n t s p i n n i n gs y s t e m s ，w h i c hm a k e st h es p i n n i n ge q u i p m e n t sc a n n o tb e u n i v e r s a l l yu s e d a n dh a c k l i n gp r o c e s s w i l lm a k et h es h o r tf i b e r s 氇 d i s p e r s e dw i t ht o om a n yo fo v e r - l e n g t hf i b e r s ，w h i c hc o u l db es p u ni n t o y a m so n l yt h r o u g hc a r d i n ga n df u r t h e rc u t t i n gp r o c e s s e s a n dt h en e p s w h i c hp r o d u c e di nt h i sc a r d i n gp r o c e s sw i l lm a k et h e ，y a m s q u a l i t i e s p o o r e r t h i sp a p e r w o r kw i l la p p l yt h es t r e t c h b r e a k i n gt e c h n o l o g y , w h i c h m a k et h ef l a xt o wt os l i v e r sd i r e c t l ya n ds p i nt oy a m s ，t ot h ef l a x s p i n n i n gp r o c e s st or e p l a c eh a c k l i n gp r o c e s s ，c a r d i n gp r o c e s sa n df u r t h e r c u t t i n gp r o c e s s ，i tm a k e sl o n gf i b e r sa n ds h o r tf i b e r ss p i n n i n gp r o c e s s e s t ob eo n e ，a n di ta l s os i m p l i f yt h ep r o c e s so ff l a xs p i n n i n ga n da v o i dt h e h u r to ff i b e r s 3 东华大学硕士研究生学位论文 弧麻牵切纺纱工艺的研究 i nt h i sp a p e r w o r k ，t h ed i s c i p l i n eo ff i s s i o no ff l a xf i b e ri nt h es t r e t c h z o n ea n di n f l u e n c ei nq u a l i t i e so fd r a f t e df i b e rs i l v e r sb yp a r a m e t e r so f t h e s t r e t c h b r e a k i n gm a c h i n ew a sa n a l y z e dt h o u g he x p e r i m e n t sa n d t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，t h eq u a l i t i e s o fs t r e t c h - b r e a k i n g y a r n sa n dt h e e c o n o m i cc o s t sw a sa l s oa n a l y z e d t h ee x p e r i m e n to fd y e i n gf i b e r ss h o w st h a tt h et w of o r m so f s u r g i n g a n ds p l i t t i n gr a i s et h e s e p a r a t i s td e g r e e so ff l a xf i b e r s ，a n dt h ed i s t r i b u t i o n ， w h i c h s h o w st h e d i s c i p l i n eo ff i b e r s b r e a k i n g ，w a sa l s og o t t h r o u g ht h e t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n de x p e r i m e n t sw e g o tt h a tt h eb r e a k i n gp o i n to ff l a x f i b e r si nt h es t r e t c hz o n ei sd e c i d e db yt h el e n g t ho f s t r e t c h b r e a k i n gz o n e ， d r a f tm u l t i p l ea n de l o n g a t i o no ff l a xf i b e r s t h es e p a r a t i s td e g r e e so fag r e a tv a r i e t yo ft e c h n o l o g yf i b e r sc a nb e r a i s e dt o1 0 4 0 t h e r ei sad i f f e r e n c eb e t w e e na c t u a la v e r a g el e n g t ha n dt h e o r e t i c a l l e n g t ho ft h ed r a f t e df l a xf i b e r s t h ed i f f e r e n c ei sh a r d l yi n f u e n c e db y t h el e n g t ho fs t r e t c h - b r e a k i n gz o n ea n dd r a f tm u l t i p l e w h e ni ti sd e f i n e d a p p r o x i m a t e l y10 m mb ye x p e r i m e n t a lr e s u l t sw eh a v eg o tt h ee x p r e s s i o n o f a v e r a g el e n g t ho ft h ed r a f t e df l a xf i b e r s t h ee x p r e s s i o no nr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e f e e d i n gw e i g h ta n d l e n g t ho fs t r e t c h - b r e a k i n gz o n e ，s t r e n g t ho ff l a xt o w , r o l l e rp r e s s u r e ，d r a f t m u l t i p l eh a sb e e nf o u n d e db yt e s ta n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s t h ef i b e r s s t r e n g t h ，l e n g t ha n ds e p a r a t i s td e g r e ea r ei n f l u e n c e db y 4 一 h 一 f-“飞争，i 。! - 饥 r 一 “ 土 r o l l e rp r e s s u r e t h r o u g hc o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o nw eh a v eg o tt h e e x c e l l e n tr o l l e rp r e s s u r e ：b e t w e e n5 0 0 0 na n d7 0 0 0 n d r a f tm u l t i p l ea f f e c t st h el e n g t ho ft h ed r a f t e df i b e r sg r e a t l ya n d i ti s s u g g e s t e dt ob es e ta t ap r o p e rv a l u ew h i c hi sh i g h e rt h a n3 5a n dn e a r 哆 3 5 督 l i no r d e rt oe n s u r et h el o w e s ti r r e g u l a r i t yo ff i b e rl e n g t h ，t h ef e e d i n g f i b e r s l e n g t hs h o u l db et i m e sl o n go ft h el e n g t ho fs t r e t c h - b r e a k i n gz o n e t h ee x p r e s s i o no fl e n g t h so ft w os t r e t c h b r e a k i n gz o n e sh a sb e e ns e tu p t og e tb e s to r d e r l i n e s so ff i b e r s l e n g t h t h ef e a s i b i l i t yo ft h es t r e t c h b r e a k i n gs p i n n i n gp r o c e s s i n gw a s v a l i d a t e db yaw h o l ee x p e r i m e n t a ls p i n n i n gp r o c e s s i n g ：t h eq u a l i t i e so f y a m so fs t r e t c h b r e a k i n ga r e m u c hb e t t e rt h a ng e n e r a ly a r n so fs h o r t f i b e r s ，s o m eo n e sa r eb e t t e rt h a nl o n gf i b e r ss p i n n i n gy a r n s t h et o t a lm a n u f a c t u r e dr a t eo fs t r e t c h b r e a k i n gs p i n n i n gr e a c h e s 6 7 0 8 ，m u c hh i g h e rt h a nt r a d i t i o n a ls p i n n i n gp r o c e s sw h i c h i sa b o u t 6 0 l i uy a n g ( 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 uc h o n g w e n k e y w o r d s ：s t r e t c h b r e a k i n g ，f l a xs p i n n i n g ，s e p a r a t i s td e g r e e ，l e n g t h ， r a t eo fm a n u f a c t u r e 5 口 、 参 j 东华大学硕士研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 目录 第一章前言 1 第一节现有工艺特点及存在的问题1 第二节牵切工艺概述4 第三节牵切工艺引入亚麻纺纱系统的目的和困难7 第二章亚麻牵切机 9 第一节亚麻牵切机- 9 第二节亚麻牵切机的力学特征1 1 第三章亚麻牵切理论研究 1 3 第一节亚麻牵切的喂入量与牵切参数的关系1 3 第二节亚麻牵切过程中纤维的分裂1 6 第三节亚麻牵切过程中纤维的断裂2 0 第四章亚麻牵切工艺的研究 2 9 第一节牵切工艺对亚麻及其他工艺纤维分裂度的影响2 9 第二节皮辊加压实验3 0 第三节牵伸倍数对纤维长度指标的影响3 8 第四节牵切隔距的调整4 3 第五章亚麻牵切纺纱实验 4 8 第一节牵切纺纱可纺性实验4 8 第二节牵切纺纱实践4 9 第三节纺纱流程中纤维指标变化和牵切纱品质分析5 3 第四节经济成本分析5 8 第六章结论和展望 6 0 第一节课题结论6 0 第二节研究前景和待解决的问题6 2 参考文献6 3 攻读学位期间的研究成果目录6 6 致谢6 7 l 岔 东华大学硕士研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 第一章前言 我国麻业一支独秀，正在为国民经济的发展做出应有的贡献。我国的麻类种 植面积达4 5 万公顷，近五年麻类产品累计创汇2 0 7 3 亿美元，2 0 0 5 年达到7 3 8 亿美元，这说明麻业的中国特色优势正在发扬光大。我国麻业正以强劲的发展势 头走向繁荣和成熟，前不久召开的全国农业科技创新工作会议明确了农业科技的 公益性、稳定性和区域性特征，标志着麻业科技的定位已经明确；农业部首次将 麻产品作为重点资助的5 2 种农产品之一，使麻业领域获得稳定的支持，无不说 明麻业科研正在步入一个崭新的发展时期【1 1 。 亚麻纤维曾是服用纺织品的主要原料之一，随着棉纤维和化学纤维的迅速发 展而有一定程度的回落。但是亚麻纤维特有的吸放湿性能好、穿着凉爽舒适等特 点是其它纺织纤维无法取代和不可比拟的。到2 0 世纪8 0 年代，标志着亚麻产品 复兴的“亚麻热 虽有起伏，但总的趋势是由回落转为上升。世界亚麻纤维的产 量已由5 0 年代的4 0 万5 0 万吨上升到9 0 年代的7 0 万吨【引。在8 0 年代中期，迅 速崛起的我国亚麻纺织工业改变了我国在世界同行业中的地位和作用，以规模世 界第二位，产品出口额世界第一位的姿态，跻身于世界亚麻纺织工业强国的行列。 在今天，亚麻服用性能优点越来越被人们喜爱和重视，其纺织品在国际市场大为 走俏【3 】，在这种背景下，研究开发亚麻纺织工业的新技术是大有作为的。 第一节现有工艺特点及存在的问题 一直以来，我国的亚麻纺纱都是把打成麻通过栉梳后梳成长麻，并同时得到 其副产品落机短麻，再把长麻和短麻分别通过长纺和短纺两套纺纱系统【4 】进行纺 纱。由于工艺和原料等因素，长麻纱的品质要远高于短麻纱的品质，然而随着近 年来工艺的研究发展，亚麻短麻纺纱借用了国产毛纺精梳工艺、法国n s c 公司 “精、针、再 工艺和国内绢纺园梳工艺【5 】，亚麻的短麻纺纱已经可以纺出2 4 支以上的高支纱，其品质性能已经接近了同支数的长麻纱，另外，亚麻短麻短绒 东华大学硕： ：研究生学位论文距麻牵切纺纱工艺的研究 经过精细化加工，即纺前经过理化组合加工，制成高品质的棉型规格纤维，可适 应高规格亚麻面料的设计和制造f 6 ，同时，通过特殊加工的柔性亚麻纤维甚至 可以采用棉纺设备进行纺纱【引。亚麻纺纱工艺分为湿法纺纱和干法纺纱两种【9 】， 干法纺纱的步骤较湿法纺纱少，但其纺得的成纱支数比较低，质量也相对较差， 故现在生产普遍采用湿法纺纱。 亚麻湿法纺纱的打成麻梳理流程为： 打成麻的入厂检验一打成麻出库一加湿养生一手工分束一打捆一栉梳一梳 成长麻( 或落机短麻) 一手工分号一打捆一入库保管。 接下来是相对独立的长麻纺纱和短麻纺纱工艺流程，长麻纺纱工艺流程是： 梳成长麻一梳成麻加湿养生一出库一配麻一手工成条一配组一长麻予并( 或 混条机) 一1 4 道并条一长麻粗纱一粗纱漂练一湿纺细纱一干燥一细纱分色一 络筒一筒纱外观修整一包装一入库。 短麻纺纱工艺流程是： 梳成短麻一分号一配麻一联梳一针梳( 2 3 道) 一再割一精梳( 1 2 道) 一针梳( 4 道) 一短麻粗纱一粗纱漂练一湿纺细纱一干燥一细纱分色一络筒一筒 纱外观修整一包装一入库【2 1 。 。 送入工厂的打成麻纤维是很粗大的纤维束，纤维的强度、长度等物理指标都 很不均匀，而且在纤维中含有不少不可纺的成分，所以打成麻纤维不能直接用来 纺纱。打成麻纤维首先要通过栉梳机的梳理，通过栉梳机梳理后，打成麻纤维束 分为了长而整齐的、强度均匀度都较高的梳成长麻和短而紊乱、各项物理指标较 差的落机短麻，从而在后面的纺纱工艺中有了长麻纺纱和短麻纺纱之分( 短麻纺 纱的原料还有低号打成麻、亚麻一粗等) 。 梳成长麻经过物理实验、加湿养生、配麻和配组等准备后就要在相应的机器 上通过其牵伸机构【1 0 1 进行反复地牵伸和并合，提高麻条中纤维的平行伸直度、 消除纤维上的弯钩】、改善麻条的长短片段不匀和结构不匀来达到纺纱的要求 【1 2 ，1 3 】 o 梳成短麻由于是栉梳机梳落的下脚料，其比较紊乱而且有比较多的杂质，所 以在粗纱工序以前要经过较多的工序处理才能纺纱。较长麻纺纱而言，短麻纺纱 首先加入了一个梳麻步骤，此工序在联合梳麻机上完成。通过梳麻，把落机短麻 2 东华大学硕士研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 纤维中所含的大量不可纺的短麻绒、疵点清除掉，使粗纤维分成较细的工艺纤维 并降低麻条的不匀率。但是，梳麻工艺在梳理过程中会产生一些不良的副作用， 就是不可避免地形成麻粒和白点。在梳麻机的梳理过程中，由于纤维被两针面握 持后，在转移过程中发生断裂，纤维产生急剧的弹性变形而急剧回缩，与相邻的 纤维扭结在一起形成麻粒；在梳理过程中针齿隔距过大时，纤维出现搓动现象， 使相邻的几根纤维搓成麻结；而针齿隔距较小时，纤维转移不良发生滚动现象， 纤维就滚成一团形成麻结；而机械的状态，如针板上针齿的完好率也对形成麻粒 有影响【1 4 , 1 5 】。接下来在短麻纺纱中还有一道重要的工序就是再割工序，由于在短 麻纺纱的各种原料中都含有大量的超长纤维和倍长纤维，如果这些超长纤维和倍 长纤维直接进入精梳机梳理区中，不仅会增大精梳机的梳理负荷，还会造成纤维 缠绕锡林，不但降低精梳机出条的产量，严重时还会损伤精梳机的梳理机件。因 此，再割工序就是把这些超长、倍长纤维强制拉断，以适应短麻纺纱的要求。通 过梳麻和再割工序后短麻纤维才可以上精梳机以及后面的粗纱、细纱机完成纺 纱。 在现有的亚麻纺纱体系中，一般采用r l - 3 0 2 - j i 。型栉梳机，其主要作用是把 打成麻分梳为梳成长麻并产生副产品落机短麻，接下来长麻和短麻分别进入到长 麻纺纱和短麻纺纱系统，针对本课题我们直接介绍现有的短纺系统。短麻纺纱的 第一道工序是混麻加湿工序，我国目前大部分工厂都采用nj - i 一1 5 0 一j - i 。或n - - 1 5 0 - k j l 型混麻加湿机，也有部分工厂采用c b i i i 型黄麻回丝机，其作用是将短 麻纤维制成麻卷或麻条；梳麻工序主要是通过梳理使得纤维平行伸直，让各种短 纤维成分达到均匀一致、充分混合，目前国内亚麻纺纱厂主要采用h 一6 0 0 一玎型 高产联合梳麻机和老式a - 1 5 0 - j - i 。型混麻联合梳麻机以及这两种机型的国产仿造 式梳麻机；针梳工序是通过多道针梳机机台的反复梳理、牵伸、并合，将麻条内 的纤维理直并使之平行，改善和提高麻条的均匀度，工厂一般多采用g n 6 系列针 梳机；再割工序是将超长、倍长纤维拉断成适纺长度的纤维，并且利用牵伸机构 强大的压力将长纤维束的果胶与纤维分劈，现在工厂多采用d r 1 1 5 型再割机； 精梳工序的目的是除去麻条中不适合纺纱要求的短绒纤维、较为完善地清除麻条 中的疵点、使麻条中的纤维进一步分劈成较细的工艺纤维，目前我国各亚麻纺纱 厂普遍采用法国n s c 公司生产的p b - 1 2 8 型、p b 一1 2 9 l 型、p b - 1 3 1 型和p b - 1 3 3 3 东华大学硕士研究生学位论文距麻牵切纺纱工艺的研究 型固定钳板式精梳机；粗纱工序是将熟条进一步拉细伸长、对粗纱条加上适当的 捻度并制成一定的卷装形式，目前国内工厂普遍采用p o - 1 6 4 - j 1 0 型短麻粗纱机； 煮练工序的主要作用是除去部分胶质，提高纤维的分裂度和白度，目前国内工厂 多使用c s 型系列煮练锅；细纱工序是亚麻纺纱工程中最后一道工序，是将粗纱 条经过细纱机的牵伸机构纺制成具有一定线密度、捻度、强度和外观品质的合格 细纱，目前国内普遍采用的湿纺细纱机为j 1 5 型和兀8 型两种。 现有的亚麻纺纱加工过程存在的主要问题是打成麻在通过栉梳工序后所分 离成的梳成长麻和落机短麻需要分别进行加工，使得亚麻纺纱必须由两套系统来 完成，从经济角度来考虑，两套系统加工需要的人工、设备费用以及设备占地都 要远比一套加工系统多。亚麻纺纱原料打成麻的平行伸直度是比较理想的，但一 旦通过栉梳工序，梳落的落机短麻将变成紊乱的、长度不匀很大的纤维，这需要 通过再次梳麻使其伸直平行、并要通过再割工序使超长纤维被拉断。但是，在梳 麻工序中要利用梳针对纤维的强烈分梳作用，这使得纤维互相纠缠而产生对后道 工序不利的麻粒并且还会产生大量短绒降低制成率以及损伤纤维的机械性能，显 然，这样的工艺流程是不合理的。因此，现有的亚麻纺纱工艺设备通用性差、工 艺流程长而不尽合理、加工过程对纤维损伤比较大，这些问题都在不同程度上阻 碍了亚麻纺纱工业的变革和进步。 第二节牵切工艺概述 牵切纺纱从工艺过程上讲，是将纺纱性能较好的适纺纤维在不经过开松和梳 理的情况下直接喂入纺纱装置中，原来工艺中对纤维的带针齿的罗拉式梳理由新 工艺中牵切式的平行梳理所替代，在理论上可实现由原始纤维到输出条之间的直 接制条。根据由长纤维转化为短纤维条子时纤维断裂方法的不同，长纤维制条系 统可分为拉断法与切断法【1 6 】两大系统。其中拉断法与切断法各有其优缺点，分 别如下： ( 1 ) 切断法：长纤维是通过刀切的方法变成短纤维的，切后纤维不变性，粗 细没有变化，对纤维的抗张强度或伸长也无影响。但切后切割端呈扁平状，这对 4 东华大学硕士研究生学位论文 亚麻牵切纺纱工艺的研究 牵伸不利，另外，刀辊极易磨损变钝，这将产生切屑与集束纤维，对牵伸不利， 因此必须对刀辊进行严格的保养。 ( 2 ) 拉断法：拉断法是一种不断发展、逐渐完善的工艺。拉断设备由若干对 牵伸罗拉组成，喂入的纤维束，经受预拉伸及主拉伸作用，当拉伸罗拉对纤维束 的拉伸力超过纤维断裂伸长限度时，将在各根纤维的强力弱环处发生断裂。纤维 束中长纤维拉断长度可根据工艺要求在一定范围内呈现随机分布状态，其长度分 布接近于天然羊毛纤维的拜氏分布，因而克服了用切断法所得到的等长纤维而导 致的牵伸中的周期不匀现象，这种拉断后短纤维直接在拉断机上制成纤维条，既 没有麻粒又极少有杂质，对纺纱极为有利。另外拉断法产量很高，比切断法高几 倍【1 7 1 。 由于拉断法在工艺方面的天然优势，现在的牵切技术大多集中在拉断法上。 拉断法是于1 9 3 4 年在德国f a r b e n - v 业协会的建议下由德国s e y d e l 公司引入市场 的【1 8 】。在6 0 年代该技术流行于欧洲和美国，在市场全球化趋势下，牵切成条( 拉 断法) 技术在纺织品生产领域的应用日益广泛和普及【1 9 1 。就目前而言，日本的 o _ m 公司 2 0 l 、德国的s e y d e l 公司【2 1 1 和意大利c o n g n e t e x 公司的牵切设备领先国际 水平，这几家公司生产的牵切设备都具有先进的自动控制加压循环系统和高质量 聚氨酯皮辊，并能一机多用，尤其是德国s e y d e l 公司连续推出- j 6 6 7 2 2 - 2 4 1 ，8 6 0 2 5 1 ， 8 7 0 2 6 1 ，8 8 0 2 7 1 型一系列的化纤拉断机。 牵切工艺最早是应用在化纤生产上，化纤牵切机的机构示意图如图卜1 【2 扪， 牵切拉断设备是由若干对牵伸罗拉组成，喂入的长纤维束经过预牵伸作用和主牵 牵伸 图1 - 1 化纤牵切机的机构示意图 伸作用，在罗拉对纤维牵伸力超过纤维断裂伸长限度时，纤维就在其弱环处断裂。 5 东华大学硕十研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 如图1 - 1 ，l 、2 罗拉之间是预牵伸区，3 、4 罗拉之间为主牵伸区，5 、6 、7 罗拉之 间为拉断区。连续的化纤长丝丝束经过预牵伸区后进行加热，然后长丝丝束再经 过冷却后进入牵伸区，最后在拉断区拉断成所需长度的化纤片段。我国北京维尼 纶厂【2 9 】在上世纪7 0 年代就在维尼纶纺纱上采用了牵切技术。目前，在国际上处 于领先水平的化学纤维牵切制条机是德国s e y d e l 公司的8 8 0 型牵切成条机【2 7 】。这 种牵切机的优点在于占地空间小、停机时间少和确保即使在临界的丝束定量下也 没有成束断头和断头不匀问题【2 1 2 7 。由杜邦公司最新开发的u n i p l e x 牵切纺纱机， 在每一个独立锭位上完成单根长丝纱的牵切，并经空气喷咀假捻包缠而制成可供 后加工应用的短纤维纱，也就是过去所说的牵切纺纱是指由丝束牵切成纤维条， 而u n i p l e x 贝1 是将长丝纱经牵切并包缠成为可直接供后续加工应用的短纤纱【3 0 】。 拉伸热处理 ( 供选用)牵切区再牵切区牵伸纺纱 喷嘴 图卜2u n i p l e x 军切纺纱机丁作原理 牵切技术继在化纤纺纱上广泛应用后，近年来在毛纺上的应用也日益增多 【3 1 1 。原来用精梳落毛为原料和棉进行混纺的成纱由于毛纤维的整齐度和均匀度 差且和棉纤维长度的差异大，成纱质量低、产品档次低3 2 1 。由于市场对高档优 质毛棉混纺织物的需求，一些国内厂家开始尝试用高档品质的精梳澳洲细毛条为 原料，采用毛条牵切工甚3 3 1 进行生产。生产实践证明，牵切后的毛纤维整齐度 好而且与棉纤维长度接近，可以在棉纺设备上生产出品质较高的毛棉混纺的产品 【川。羊毛的牵切工艺与化纤的牵切工艺原理大致相同，它的工艺流程较化纤牵 切工艺流程要简单，因为羊毛不需要加热、冷却等工序【3 5 1 ，羊毛牵切机构如图 卜3 所示【3 6 】。 图1 - 3 的羊毛牵切机构由五组罗拉组成，分为四个区：一、二区是牵伸区， 三、四区是拉断区。在一、二区，毛条被适当牵伸，纤维被拉直平行，毛条变细， 6 东华大学硕士研究生学位论文 亚麻牵切纺纱工艺的研究 四 三 二。、 一 r、厂)厂 医二_ 卜 产、5 套均夺 夕弋 一t 一广 vvvvvv 弋 图卜3 羊毛牵切机牵切过程不意图 为下一步的牵切做好准备；在三、四区，罗拉间隔变小，其前后罗拉的线速度差 异很大，这样罗拉钳口对羊毛纤维的握持力很大，可将纤维逐步拉断。 由于传统的丝纤维加工工序和处理方法都比较激烈，对丝纤维本身会有严重 的损伤，所以人们想到了把牵切技术应用到绢丝纺织上，由于丝纤维的分纤性和 并列度都很好，没有“抽丝”、“松驰 、“弯曲”、“扭曲等疵病，通过防 静电效果好的油剂进行均匀而充分的上油，就能制得分纤丝束的束丝。再对牵切 速度、牵伸比、辊压和作业环境( 温湿度) 条件加以控制、管理，以完全适合丝束 牵切要求的条件用牵切机牵切丝束，便可通过作为合纤纺织法的珀洛克式牵切纺 织方式，合理制造出束丝纺织丝( 绢纺丝) 1 3 。 近两年，随着牵切技术的成熟，麻纺工作者希望将此技术引入到各麻纺体系 中来改善麻纺工业。东华大学1 4 , 3 8 , 3 9 经过几年来的系统研究，将牵切工艺引入了 苎麻纺纱体系，并对苎麻牵切纺纱新工艺做了比较全面的探讨和研究，攻克了牵 切技术应用在苎麻纺纱上的一些难题，这为牵切技术应用于各麻纺系统走出了坚 实的第一步。他们通过研究发现，用牵切工序取代苎麻纺纱流程中的开松和梳理 两道工序后，不但减短了苎麻纺纱的工艺流程，还解决了原来开松、梳理过程中 产生麻粒及不能去除超长、倍长纤维的问题。 第三节牵切工艺引入亚麻纺纱系统的目的和困难 。针对现有亚麻纺纱工艺设备通用性差、工艺不尽合理的问题，我们希望通过 牵切工艺的引入来加以解决。 现有的栉梳工序把打成麻梳理分类成了梳成长麻和落机短麻，使得后道工序 7 东华大学硕：上研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 必须由两套独立的纺纱系统来完成，所以栉梳工序是现有亚麻纺纱工业设备通用 性差的源头，我们希望通过一道新工序来取代栉梳工序，把打成麻直接制成同一 标准的麻条，这样制得的麻条可以全部由一套纺纱系统来完成纺纱。鉴于亚麻纤 维的特点和牵切技术在苎麻纺纱上应用的研究成果，我们希望通过研究把牵切工 艺引入亚麻纺纱系统，用牵切工序取代栉梳工序，把打成麻统一牵断为在一定长 度范围中分布的短纤维并直接制条【删，这样的牵切条全部进入到新的短麻纺纱 系统中进行纺纱从而把原来的长纺系统和短纺系统合二为一，在少影响成纱质量 的前提下提高亚麻纺纱系统的设备通用性。同时在原来的亚麻短纺系统中有梳麻 和再割两道工序，梳麻工序会产生麻粒从而影响后道工序进行，而再割工序是为 了解决超长和倍长纤维的问题。采用牵切成条技术后，由于牵切工序已经完成了 这两道工序的任务，我们可以在新的短纺系统中取消这两道工序，对原工艺进行 了简化，而且牵切工艺采用罗拉组牵伸拉断制条，避免了纤维受到机件的剧烈打 击互纠缠而产生麻粒，在牵切拉伸过程中纤维间会产生相对运动而提高纤维的分 裂度，同时又避免了和尖锐机件间频繁的撞击而损伤纤维的物理性能，这样一来， 既减短了亚麻纺纱的工艺流程又为纺纱后道工序提供较好的加工原料。 亚麻是工艺纤维纺纱，它有其特有的物理机械性能和适纺指标，我们又需要 把原有的亚麻纺纱系统进行变革，使长麻纺纱和短麻纺纱两个系统合二为一，这 就需要通过对亚麻在牵切中运动断裂过程的细致研究来确定牵切设备的各参数， 使得亚麻纤维在牵切后在一定的长度范围中呈一个适合后道工序进行的分布。第 二，由于分裂度也是亚麻纺纱中的一个非常重要的指标，我们就需要通过对亚麻 牵切过程中纤维的分劈运动做详细地研究和探讨来改进工艺提高牵切后纤维的 分裂度。第三，亚麻牵切纺纱技术是一种工业技术上的创新，要使其价值得到体 现就必须考虑其在工业应用上的可行性，那么动力消耗和制成率的考虑是必不可 少的，这就需要通过研究来找到一个使产品达到一定指标而且动力消耗能被接受 的动力配置方案以及通过实践来找出牵切纺纱相对于传统纺纱的经济优势。 东华大学硕士研究生学位论文 亚麻牵切纺纱工艺的研究 第一节亚麻牵切机 第二章亚麻牵切机 根据亚麻特有的物理性能制得了与其相适应的新型亚麻牵切机，其结构与羊 毛和化纤牵切机类似，是先牵伸后牵切的组合方式f 4 l 】。新型亚麻牵切机分为牵 切平台、机械传动装置和加压装置三个部分，图2 1 是牵切机的牵切平台部分。 条子运动方向 + - - - 一 p lp 2p 3p p 5 i 、1 小丫 l i i i v l i ， rr1 r l 厂、r、 。 ) h1 一 二一 uu ur uuuuuuu e i e 2e je 1 r 1 1 - r1 r 1r l l ! l 2l 3 l 图2 - 1 新型麻牵切机的牵切平台 牵切机的牵切平台主体由五组皮辊罗拉构成，这五组皮辊罗拉和入口处的喂 入传送带以及出口处的导条罗拉把牵切平台分成了六个区域。如图，i v 区是喂入 区，亚麻打成麻条从平台入口处喂入，由传送带送入牵切机构；i v 是预牵伸区， 喂入的打成麻条由于是人工送入，状态比较松弛，在这个区通过罗拉牵伸，纤维 得到一定的张力，初步伸直平行；i i i 区是牵伸区，这个区的罗拉隔距较预牵伸区 小，牵伸倍数较预牵伸区大，亚麻纤维在这个区域中进一步伸直平行，部分发生 分劈甚至断裂；i i 区是后牵切区，这个牵切区采用的隔距根据后道工序所用纤维 的长度来设定，牵伸倍数要远大于预牵伸区和牵伸区，在这个区域里亚麻纤维在 较大速度差和牵伸力的作用下发生分劈和断裂；i 区是前牵切区，其隔距和牵伸 倍数都要根据后牵切区和后道工序所需纤维条的物理指标来确定，在这个区域里 东华大学硕士研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 亚麻纤维更加充分地分劈断裂达到后道工序的要求；i 区是出条区，牵切条由导 条罗拉导出成条。 削2 2 实验牵切机传动图 图2 2 是亚麻实验牵切机的传动图。在图中，l 为电动机，2 为双链齿轮，3 为a 齿轮，4 为b 齿轮，5 为前牵切区，6 为后牵切区，7 为牵伸区，8 为预牵 伸区。其中预牵伸区和牵伸区的隔距设定为3 9 0 r a m 和3 1 0 m m ，它们的牵伸倍数 设定为1 2 和1 4 。第一、第二牵切区的牵切隔距和牵伸倍数都可以根据纤维性 能以及后道工序对纤维的不同要求来进行调整。 该实验亚麻牵切机采用气压加压，它的加压装置分为两个部分，一个部分是 和牵切机分离的为牵切机提供压力的电动气泵；另一个部分是位于牵切机牵切平 l o 东华大学硕士研究生学位论文 亚麻牵切纺纱工艺的研究 台上的皮辊双臂汽缸加压装置。在加压时，一个皮辊的两侧同时受到两个大小相 同的压力，这样罗拉上横向所受到的压力比较均匀。 第二节亚麻牵切机的力学特征 亚麻纤维的整个牵切过程都在牵切机的牵切平台上完成，牵切过程主要通过 牵切机上的皮辊罗拉组的机械运动来实现，皮辊罗拉组在牵切过程中所表现出来 的力学特征决定着牵切效果的好坏。 牵切和普通牵伸的不同之处在于被牵切的纤维长度都大于牵切区的长度，纤 维在被牵切过程中都有一个被前后两钳口同时握持的过程，这个过程就包含了纤 维的断裂过程。 ： 一 条子运动方向 前皮辊 牵切动 皮辊罗拉组 切阻力t b 图2 3 亚麻牵切过程中纤维受力简图 如图2 3 所示，对于每一根被前后钳口同时握持的纤维来说，其受力可以简 化为两个力。由于与条子运动方向相同的力是诱发纤维断裂的力，所以称为牵切 动力；与条子运动相反的力是在牵切过程中阻碍纤维向前运动的力，所以称为牵 切阻力。 在牵切过程中，纤维从接近、到达前钳口直到被前钳口完全握持的过程中， 牵切动力l 是逐渐变大的，而牵切阻力t b 也是随牵切动力的变大而变大，直到 达到最大牵切阻力t 搬，当牵切动力数值上超过最大当牵切阻力时，牵切阻力 维持一定值。假设纤维的断裂强力为i ，牵切动力和牵切阻力共同决定被牵切纤 维的断裂过程，在牵切过程中这对力以及纤维强力的关系可分为四种情况： ( 1 ) t a t a ，这种情况下，由于牵切动力较小，既不能拉断纤维 东华大学硕士研究生学位论文亚麻牵切纺纱工艺的研究 也不能克服牵切阻力使纤维达到前罗拉的速度快速向前运动，所以纤维会在前钳 口打滑。 ( 2 ) i t a t a t b ，眦，这种情况下，牵切动力不足以拉断纤维，但是其又较后 钳口的牵切阻力大，这样纤维将以前钳口速度高速向前运动，纤维就在后钳口发 生打滑现象。 1 2 东华大学硕士研究生学位论文弧麻牵切纺纱工艺的研究 第三章亚麻牵切理论研究 第一节亚麻牵切的喂入量与牵切参数的关系 麻束的喂入量直接关系到条子的出产量，而出产量的大小又直接决定了该工 艺的工业可行性。我们需要在条件准许的情况下单位时间内尽可能多地制条。喂 入定量过轻，容易使条子与皮辊的粘附力大于麻条内纤维间的抱合力，而产生绕 罗拉现象，并使机器产量降低；定量过重，易牵切不开，或分层打滑，造成牵切 效果差且麻条不匀【4 2 1 。 本课题采用的亚麻牵切机其皮辊罗拉组是呈“品字型排列