（纺织工程专业论文）无捻纱工艺优化及其织物性能的研究.pdf

摘要 本文对无捻纱纺纱工艺的发展历史进行了介绍，对股线退捻法、柔性包缠 法和粘合法生产无捻纱的工艺进行了比较，并分析了各个工艺的优、缺点，经对 比分析认为柔性包缠纺纱技术因其纤维适纺性强、生产率高等优点，具有广阔的 发展前景。股线退捻法的优点是不需要引进新的纺纱设备，即可生产出无捻纱， 具有易推广、见效快等优势：文中用螺旋线理论对股线退捻法生产无捻纱成纱的 机理进行了分析，建立并推导出了退捻方程，为股线法生产无捻纱提供了重要的 理论依据。本文通过正交试验设计、方差分析对无捻纱织物的退维工艺进行了重 点的研究，经分析得出了各个指标对退维工艺的影响程度的大小，将退维重量损 失率转变为“望小指标”确定了最佳退维工艺参数。无捻纱机织物与有捻纱机织 物( 文中所提到的这两种织物的织物密度、纱线的号数等织造参数相同) 的对比 试验是本文的又一重点，本文通过对比试验，测试了织物的拉伸性能、撕破性能、 顶破性能、耐磨性能、外观保持性、悬垂性、刚柔性、透气性、透水性、芯吸性 能，绘出了上染速率曲线等，得到了大量的对比数据，并以数据为基础进行了分 析，得出结论为：无捻纱织物具有良好的透湿、保暖、吸湿性能以及柔软的手感 和较高的覆盖率，这些都证明了无捻纱机织物有良好的舒适性。但无捻织物的机 械强力，特别是纬向的机械强力有待于提高。通过分析文献资料和试验结果得出： 增加单位长度上交织点的密度、增加纤维间的摩擦阻力或选用主体长度较长的短 纤维等方法可以解决无捻织物机械强力低的弱点。 关键词：无捻纱退维工艺无捻纱机织物上染率股线 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t w i s f l e s ss p i n n i n gm e t h o d so fp l i e dr e m o v i n gt w i s tp r o c e s s i n g ，s p u n w r a p p e dy a r np r o c e s s i n ga n db o n d i n gp r o c e s s i n ga r ep r e s e n t e d c o m p a r i n gw i t ht h e i r a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，s p u nw r a p p e dp r o c e s s i n gw i l lh a v eag o o df u t u r e m e a n w h i l e ，p l i e dy a r np r o c e s s i n gc a l lb er a p i d l ya p p l i e dt ot e x t i l ei n d u s t r yf o ri t so n l y l i t t l i em o d i f i c a t i o no nt h ec o n v e n t i o n a lr i n gs p i n n i n gf r a m ew i t h o u ta n yn e w s p i n n i n g f r a m e st ob eb r o u g h t t h ep r i n c i p l ef o rr e m o v i n gt w i s ti nt h ep l i e dt w oy a r n si s a n a l y z e db ys p i r a l i t yt h e o r ya n de q u a t i o nb a s e do ns a i dt h e o r yi se d u c e d p v a r e m o v i n gp r o c e s si so p t i m i z e db yo r t h o g o n a lt e s t ，a n db yu s eo fa n a l y s i so fv a r i a n c e m e t h o d ，f a c t o r sw h i c ha f f e c tp v ar e m o v i n gr e s u l ta n dt h ef i n a lq u a l i t yo ff a b r i ca r e a l s os t u d i e d t h ep v a r e m o v i n gp r o c e s si so p t i m i z e d c o m p a r i n gw i t ht w i s tw o v e n p l a i nf a b r i cw h o s ew o v e np a r a m e t e r sa r es a m et oc o r r e s p o n d i n gt w i s t l e s sf a b r i c ， p r o p e r t i e so ft w i s t l e s sw o v e nf a b r i ci n c l u d i n gb r e a k i n gs t r e n g t h ，t e a rs t r e n g t h ，f l e x a b r a s i o n ，a i rp e r m e a b i l i t y , w a t e rv a p o u rt r a n s m i s s i o n , p i l l i n gr e s i s t a n c e ，d r a p e ， d i m e n s i o n a ls t a b i l i t y , w i c k i n g ，a n dd y e i n gu p t a k ea r et e s t e d t h ed a t ag o tf r o mt h e s a i dt e s t i n ga r ea n a l y z e da n dc o n c l u s i o n sa r et h a tt w i s t l e s sf a b r i ch a sm a n yd e s i r a b l e p r o p e r t i e ss u c ha si m p r o v e dc o v e r ，w a t e rv a p o u rt r a n s m i s s i o n ，b u l k ，s o f t n e s s ，a n d a b s o r b e n c yb u ti t sb r e a k i n gs t r e n g t ha n dt e a rs t r e n g t hi sl o we s p e c i a l l yi nf i l l i n g d i r e c t i o n a c c o r d i n gt o t h ep r e v i o u sr e f e r e n c e sa n dt e s t i n gr e s u l t si nt h i s p a p e r , b r e a k i n gs t r e n g t ha n dt e a rs t r e n g t hc a l lb ei m p r o v e db ya d d i n gi n t e r a c t i o ni np e ru n i t ， i n c r e a s i n gi n t e r f i b e rf o r c e sa n du s i n gl o n gs t a p l ef i b e r k e y w o r d s ：t w i s t l e s sy a r n p v a r e m o v i n gp r o c e s s t w i s t l e s sw o v e nf a b r i c d y eu p t a k e p l i e dy a r n 独创性声明 y8 6 6 3 2 1 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些盍堂或其他教育机构的学位或 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了谢意。 学位论文作者签名夏兆盘签字日期：。砧年从月p 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞注王些太堂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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 夏兆鹏 导师签名 矜关 签字日期：如箩年，文月却日 签字日期：口纠年) 。月犷日 学位论文的主要创新点 一、用螺旋线理论和捻幅理论解释股线退捻法的退捻机理，并在螺旋 线理论为基础的模型上，推导出退捻工艺所需的捻度设计公式。 二、经过正交分析和优化，将模型抽象为“望小指标”，得出了最佳 的退维工艺和影响织物退维的主要因素为：退维时间、n a o h 的浓度、 退维浴比和退维后的洗涤次数。 刖磊 刖舌 随着现代人们工作和生活节奏的加快，人们对织物舒适性的要求更加严格， 穿着舒适的织物可以缓解平f i 所聚集的紧张情绪以及工作压力，维持人体正常的 新陈代谢。无捻棉纱产品以其吸湿性强、结构蓬松、悬垂性好以及手感柔软等特 点适应了当今纺织产品差别化、功能化、个性化的大潮流。 在用包缠纺纱工艺和合股退捻工艺生产无捻纱时，必须用到水溶性p v a 纤 维，它是合成高分子中唯一具有生物降解性的材料，在活性污泥中3 0 天可以降 解8 5 以上，因此退维工艺后产生的废水不会对环境造成污染，况且退维后水中 溶解的p v a 还可以回收，再将其通过特殊的纺丝工艺制成水溶温度更低的水溶性 纤维。无捻纱纺纱及其织造工艺符合环保要求，同时其最终产品还具有较高的附 加值，在纺织业竞争日益激烈的今天，开发具有高附加值和符合环保要求的新产 品，具有重要的现实意义。 本课题分别从以下几个方面对无捻纱的生产和退维工艺的优化及其织物的 性能进行了较为系统的研究：1 、优化无捻纱的制造工艺；2 、建立模型对其退捻 过程进行理论分析，为股线退捻法生产无捻纱提供理论指导；3 、通过正交分析 法，优化无捻纱织物退维工艺，以降低生产成本，提高产品质量：4 、与普通有 捻织物( 织造参数与无捻纱织物完全相同) 进行比较，测试了无捻纱织物的拉伸 性能、撕破性能、顶破性能、耐磨性能、外观保持性、悬垂性、刚柔性、通透性、 芯吸性能及上染速率曲线等性能。 通过无捻纱纺制工艺的优化以及无捻织物退维工艺的优化，使得无捻纱的 生产成本得以降低：通过与有捻织物的对比研究，使得人们对无捻纱机织物的性 能有了一个比较系统的认识，为以后无捻纱新产品的开发提供了试验依据。 第一章无捻纱概念的提出及其发展 第一章无捻纱概念的提出及其发展 1 1 概念的提出及理论假说 早在2 0 世纪5 0 年代，人们就提出了短纤无捻纱的概念及其纺纱的思路”i 。 短纤无捻纱是指纱线中捻度为零或捻度很小的一种特殊的纱线，在此状态下的纱 线拉伸断裂强力几乎为零。在这里特别强调，“无捻纱”并不是指纱线中的捻度 绝对为零，而是指捻度很小( 一般为3 4 捻1 0 c m 以下) 的纱。 织物被拉伸破坏是由两个原因造成的：一个是因为纤维的断裂。另一个是 因为纤维与纤维之间的滑脱。我们很清楚地可以看到：第一种断裂的强力的大小 取决于纤维的断裂强力和纤维在织物中的倾角的大小，纤维在织物中的倾角的存 在降低了纤维所应承重的能力；第二种断裂强力的大小取决于织物交织点处的交 织阻力大小，而交织阻力的大小则由单位长度内的交织点的多少和纤维与纤维之 间的摩擦系数的大小决定。因此，初步分析可以看出：无捻织物断裂强力的大小 可以从改变织物的单位长度内交织点个数的多少来控制。 图i - 1 有捻机织物强力图 如图l 一1 所示，曲线a 是织物总拉伸断裂强力，曲线b 为织物中因纱线加 捻而使纱线可以承受一定的断裂强力，曲线a 、b 之间表示为织物交织强力；t 为平行状态下纤维束的断裂强力。0 为纱线中纤维与纱轴的夹角，m 为纱线在织 物中由于屈曲而产生的纱轴与织物平面的夹角，所以曲线d 为纱线所能承受的 第一章无捻纱概念的提出及其发展 强力曲线( t c o s 2 0 ) 1 3 1 ，c 为织物所能承受的强力曲线( t c o s 2 0 c o s 西) ，可以看 出曲线d 是纱线所能承受的断裂强力的理论上的最高上限，曲线c 是织物所能 承受的断裂强力理论上的最高上限：e 是纱线断裂强力的实际曲线( 又叫工程曲 线) ，f 是织物断裂强力的实际曲线( 又叫工程曲线) 。 由图1 1 可以看出，曲线e 、f 都有最大值，分析曲线f 发现：织物断裂的 最大值是在捻度比较低时出现。进一步研究发现，如果织物中纱线的屈曲系数 ( c o s ( 1 ) ) 不太小，捻度小的细纱所织成的织物可以使织物获得最大的断裂强力。 1 2 无捻纱及其织物的研究发展概况 2 0 世纪5 0 年代，人们就提出了无捻纱及其纺纱的思路，并且由纤维粘合实 验室( f i b e r b o n dl a b o r a t o r i e s ) $ i j 造出了一台无捻纺纱机，并成功地纺出了无捻纱。 他们将此工艺叫t e k j a 工艺。但是由于种种| 客观条件的限制，t e k - j a 工艺在当 时没有大量推广，只停留在实验室阶段1 4 1 。 2 0 世纪7 0 年代，国外对无捻纱工艺及其织物性能的研究进入了一个高潮阶 段。其标志就是一本叫1 s t l e s sy a r n s 的书的出版，该书详细介绍了工n o 工艺纺制无捻纱的过程还简单介绍了t n o 工艺纺制的无捻纱的性能 s l 。 2 0 世纪8 0 年代初，在美国北卡罗莱纳州举行的“天然纤维纺织会议”上， 报道了s r r c 法纺制无捻纱i “。但无论是t e k j a 法、t n 0 法还是s r r c 法。 他们都是用粘合剂将棉纤维粘合在一起使纱线获得一定的断裂强力，它们所 纺制的短纤无捻纱可满足纬纱的织造要求。 8 0 年代中期出现了另一种纺制无捻纱的方法l e e s o n ac o v e r s p u ns y s t e m 法，我们将它称为柔性包缠法。此方法是用水溶性p v a 长丝，将短纤须条包缠 住，长丝纱为连续体，使包缠纱能够承受一定的拉伸强力来满足下一步的织造 要求。最后将水溶性p v a 长丝除去，得到无捻纱织物1 7 1 。 进入9 0 年代后日本“仓纺”公司一直致力于开发无捻纱来提高纺织制品的 柔软度，2 0 0 0 年左右，该公司在开发无捻纱方面又有了新进展，其新研制的无 捻度纱主要机理是将纤维束用水溶性维尼纶“库拉纶k - 2 ”( p v a ) 进行包覆， 然后在织物制成成品后将p v a 溶解于水中，令纤维束在织物中呈无捻状态，用 这种无捻纱织成的毛巾、婴儿装、针织品非常柔软，穿着更加舒适，而且这种 生产无捻纱的技术适用于棉、铜氨丝、竹丝纤维、麻和粘涤复合纱等，这 为产品多样化和高品质化提供了新途径。目前日本开发无捻纱的成本大约是每 千克1 0 0 0 一1 5 0 0 曰元( 约合7 0 1 0 5 元人民币) 旧1 。 第二章无捻纱的纺制上艺 第二章无捻纱的纺制工艺 2 1 无捻纱的其它纺纱系统 从懂得用短纤维制造纱线开始，人们就一直将短纤维须条牵伸，同时加上 捻回，这样纱线中的纤维在向心压力和纤维本身摩擦力的作用下，抱台在一起， 使纱线可以承受定的强力，咀满足后续织造的要求。环锭纺纱机将此理论发展 到了极限。至今为止，环锭纺纱机仍然占据着短纤纱纺纱的统治地位。环锭纺纱 机是现有纺纱机中对原料适用面最广的纺纱机它结构简单、投资相对较少，并 且生产率也较高。但是环锭纺纱机也有其无法克服的缺陷：由于环锭细纱机的加 捻和卷绕过程合在一起，提高其产量就必须提高锭子的速度，但锭子速度的提高 带动着钢丝圈速度的提高，钢领和钢丝圈发热严重，使得钢丝圈被烧毁；另外， 速度提高使得纱条张力过大易产生断头，车间的噪声增大，机器发热量增加， 车间环境恶化。所以说，环锭纺纱机的速度似乎已经发展到了极限，尽管这几年 有新的材料用来制造钢丝圈，但环锭纺纱机的速度几乎难以再提高。 人们为了克服环锭纺纱机“天生”的缺陷，开始着手研究新型的纺纱机械 和纺纱方法。因此，各种新型的纱线也不断的制造出来。 2 1 1 粘合法纺制无捻纱 2 1 11t e k - j a 无捻纺纱系统 环幕 辱妙构 图2 1t c k - j a 纺纱系统示意图 如图2 1 所示，粗纱经过导纱钩，由一个导纱辊引入牵伸医，该牵伸为三上 如图2 1 所示，粗纱经过导纱钩，由一个导纱辊引入牵伸医，该牵伸为三上 第二章无捻纱的纺制工艺 三下罗拉皮辊牵伸；须条经过牵伸后到达加压罗拉、橡胶皮辊和锡林组成的上浆 系统，在此系统内锡林外包覆一层橡胶，锡林转动将粘合剂带到无捻细纱上，锡 林上的皮辊压掉一部分粘合荆，粘合剂储存在浆槽内，底下有循环泵使粘合剂溶 液在浆槽内循环；经过锡林，湿态的细纱再经过一个导纱辊，进入干燥装置，此 干燥装置为电加热；从加热装置中出来的细纱为干燥的无捻粘合细纱，经过导纱 辊制成合适的卷装，整个纺纱过程结束。 t e k j a 纺纱系统摆脱了环锭纺纱机上加捻和卷绕同时进行的弊端，纺纱的 速度大大提高，最高可达7 0 y a r d s m i n ( 约6 4 m m i n ) 。缺点是在粘合剂不变的情 况下，其速度由于受干燥效率的影响而难以提高。如果无法找到干燥速度快或干 燥效率更高的干燥装置，其生产速度难以提高。 该系统可纺棉纤维、醋酸纤维和粘胶纤维，使用的捻合剂为p o l y v i n y la l c o h o l 水溶液，适纺纤维的主体长度为2 7 9 m m 6 3 5 m m ，可纺出1 0 s 一8 0 s 的细纱。 纺出的细纱均匀度令人满意，据称该系统占地面积小、易于维护而且纺纱成本也 相对较低。该系统纺出的细纱可用作纬纱，织成的织物手感十分柔软。 2 1 1 2 t n o 无捻纺纱系统 横向誊装 图2 2t n o 纺纱系统示意图 如图2 2 所示，在t n o 纺纱系统中c 为光学控制器，p l 和p 2 为外包橡胶 的皮辊它们与对应的罗拉构成了牵伸系统。f 为输入罗拉，其作用是将浆液转移 到皮辊p 2 上面，t 是一个气流假捻器，s 为浆液中的搅拌器。 从图上我们可以看出，粗纱首先经过一个喷水装置将其润湿：再经过一个 导纱辊进入牵伸区，在出牵伸区时由皮辊p 2 将粘合浆液转移到须条上；出牵伸 第二章无捻纱的纺制一r 艺 区后细纱经过气流假捻器，给细纱加上假捻；最后经过导纱钩卷装成筒子纱，再 将筒纱放入干燥设备中进行干燥，最终得到无捻粘合纱。 本系统采用了湿态牵伸系统，由于在湿态下纤维的摩擦增大，有利于牵伸 系统对纤维的握持和控制，因此机器速度可以开到1 0 0 m m i n ( 而普通机器只能 开到7 0 m m i n ) 。用此设备纺成的无捻纱织成地织物具有光泽较好和覆盖系数较 高等特点，其耐洗性能不低于同等条件下的有捻纱机织物( 比较时用的是结构相 对紧密的织物) 。该系统还可以适于纺麻纤维，通常有捻麻纤维纱的生产效率只 有1 0 公斤人时，而本系统纺的无捻麻纤维纱的效率达到了2 5 公斤人时，是 有捻麻纱系统的2 5 倍。在织造时无捻麻纤维纱的断头率也小于有捻纱麻纤维纱。 在用棉纤维织造时，与有捻棉纱的断头率相当。 该系统的缺点：1 由于粘合剂的原因，即使在粘合剂最具有活力的情况下， 机器的速度也难以超过1 0 0 n g m i n ；2 干燥效率也影响了产量的增加；3 干燥设备 占地面积大，结构较为复杂：4 由于淀粉在溶液中分布不均匀，使得筒纱的某些 部分发生粘连，影响筒纱的退绕。 2 1 1 3s r r c 无捻纺纱系统 图2 3s r r c 纺纱系统示意图 如图2 3 所示，a 为浸浆辊，作用是将粘合剂带到纱上；b 为浆槽，作用 是盛放粘合剂；c 为橡胶罗拉，作用是握持须条；t 为假捻器，作用是给牵伸后 的细纱加上假捻，以增加细纱的断裂强力，减少纺纱过程中的断头。 该系统从梳棉开始，棉网从道夫上被剥棉罗拉剥取下来后进入两个锡林； 梳理后的须条经过橡胶罗拉c 与其底下的三个皮辊构成握持钳口，再经过由浸 浆辊a 与压浆辊组成的另一钳口，两钳口之间就是牵伸区：须条在出牵伸区后 由假捻器t 加上假捻，经过干燥装置将细纱烘干，最后卷装成筒子纱。 该系统的纺纱速度可达9 0 m m i n ，使用5 的p o l y v i n y la l c o h o l 水溶液作为 粘合剂，可以纺出高质量的纱来，而且将其制成了平针纬编针织物，手感柔软。 有人将s r r c 无捻纺纱系统纺出的无捻粘合纱与o e 纱和传统的环锭细纱 之间的成纱质量作了比较，其结果如表2 - l 所示： 第二章无捻纱的纺制t 艺 表2 - l无捻粘合细纱与传统纺纱系统所纺细纱的性能比较1 6 j 棉纤维长度 细纱的性能短中 长 环锭无捻o e 纱环锭无捻o e 纱环锭无捻o e 纱 强力( k n m k gj 1 0 4 14 2 48 6 21 3 0 16 151 1 6 21 5 6 - 37 1 81 3 2 7 伸长率( ) 8 8 32 5 37 4 89 2 73 2 38 5 79 4 4 3 2 98 。1 7 u s t e r2 4 02 3 61 4 51 681 8 31 1 61 4 21 631 5 5 细纱等级 b b b b + b +a a aa 由表2 1 可以看出，棉纤维的主体长度越长，所得到的无捻粘合纱的断裂强 力就越高、断裂伸长率也越高、u s t e r 指标越好并且细纱的等级越高，因此尽量 选用主体长度较长的棉纤维来纺无捻纱；三种细纱的强力综合比较看来，无捻纱 断裂强力均小于环锭细纱和o e 纱，因此在织造无捻织物过程中应注意张力不要 过大。从表中的比较看来无捻纱的u s t e r 指标与环锭纱相当，而细纱的质量等级 要略高于传统环锭细纱机纺出的细纱。 但该系统的缺点是干燥装置的效率不高，可靠性仍需改进，没有断头控制 装置，生产速度仍需要进一步提高。 2 1 1 4 脱维罗( t w i l o ) 无捻纺纱系统 1 9 7 5 年的米兰纺织机械展览会上，展出了“t w i l o o ”型无捻纺纱机。其纺 纱过程是：先将含有水溶性p v a 粘合剂的纤维棉条，与粘胶、涤纶、棉花等任 意一种纤维的条子，在并条机上并合( 并合后的条子中水溶性p v a 纤维含量约 占5 1 0 ) ，然后直接喂入无捻纺纱机。图2 - 4 为t w i l o 无捻纺纱机示意图。 图2 4t w i l o 无捻纺纱机示意图 第二章无捻纱的纺制工艺 喂入的条子在预牵伸区为干燥状态，牵伸5 1 0 倍后，在中间区给湿。方法 是将水从假捻器的切向喷出，形成涡流，给须条加捻。进入主牵伸区后，条子在 湿态下被牵伸6 - 4 0 倍。再通过假捻器，用热水或蒸汽进行预活化，当纱线绕在 加热滚筒上后，在进行活化和干燥，最后绕成筒子纱。 该机器的产量为4 0 0 m m i n ，纺纱的号数可在1 5 - 1 0 0 t e x 之间。纺棉纱时需 要预给湿装置。 2 1 2 柔性包缠法纺制无捻纱 图2 5 柔性包缠纺纱系统示意图 如图2 5 所示，粗纱进入牵伸机构，该系统的牵伸机构为三上、三下结构， 中罗拉有皮圈：从牵伸区输出后进入空心锭子，锭子外面是p v a 长丝，用于包 缠从牵伸区出来的无捻纱须条：包缠复合纱( 短纤维须条+ p v a 长丝) 进入喂入 罗拉，经由导纱钩，进入卷装机构，最终成为筒子纱。 图2 - 6 包缠纱结构图 第二章无捻纱的纺制j 艺 图2 - 6 所示为本系统所生产的包缠纱，外边为水溶性维纶长丝，里边平行结 构的是棉纤维。空心锭子( 由下面的电机带动) 带着水溶性维纶长丝以2 5 0 0 r p m 的速度旋转，包缠纱的产量可达4 4 m m i n ( 此速度为当时环锭细纱机的2 4 倍) 。 包缠纱的断裂强力约比传统环锭纺细纱高2 0 ，因此完全可以满足有梭或无梭织 机的织造要求。该包缠纱柔软、伸缩性好，并且它的横截面为圆形，其中水溶性 维纶长丝约占2 0 ，棉纤维约占8 0 。 2 2 本课题所使用的纺纱工艺：股线退捻法 2 2 1 股线退捻法理论分析及试验验证 2 2 1 1 螺旋线理论 图2 7 双股线加捻模型 如图2 7 所示，假设股线是由两根单纱组成，单纱成圆柱形并且不发生纵向 形变。当股线下端被握持并加捻时，原单纱最外侧的纤维始终处在股线的最外侧， 最内侧的纤维则同股线的轴线c d 相重合。在股线的一个捻回高度内，将单纱拉 直时，自e 够看到单纱上也具有一个捻回，并且捻向与股线的捻向相同。设单纱的 轴线( a b 为股线中一单纱的轴线) 在股线中的形状是绕着股线的轴线呈圆柱形 螺旋线。单纱的轴线a b 从正面投影直线与股线的轴线c d 交于一点0 ，所以角 a o c 为它们的夹角b 。实际上，在股线一个捻回高度的单纱长度内，由于单纱弯 曲的原因，因股线加捻而产生的捻回数不是一个，而是l c o s l 3 个。 根据股线加捻时线中单纱变形的性质，线中单纱轴线单位长度上的横截面 相对扭转的弧度t ，在数值上相当于简单螺旋线的扭曲率，即 t = ( s i n b c o s l = ) l r 式中：r 一单纱轴线与股线轴线间的半径距离： b 一单纱的轴线与股线的轴线间的夹角。 设单纱原来的捻度为t ，股线的捻度为t ，并且不考虑单纱在股线中加捻后的长 第二章无捻纱的纺制一r 艺 度方向上的变化，由s i n l 3 - - - r - t c o s l 3 得，股线中单纱的捻度【t 】为： t 】= t4 - t c o s 2 d 0 9 i 公式( 2 一1 ) 式中，t 为原单纱的捻度，t 为股线的捻度，【t 】为加捻后股线中单纱的捻度。若 单纱的捻向与股线相同则为正，若相反则为负。 所以根据以上结论有如下推导：( 设两单纱的半径相等，所以r 在数值上单 纱的半径，r = r ) 因为 t 郭= r t 所以 c o s l 3 = l 1 + ( r t ) 2 c o s ! p = 1 1 + ( r t ) 2 】 又因为 t 】= t ：i - t c o s 2 p 且r = r 对于反向加捻，设 t 】_ 0 则t = t 1 1 + ( r t ) 2 得出 ( r 2 t ) t 2 一t + t = 0 公式( 2 - 2 ) 这是一个以t 为未知数的二元一次方程，所以= 1 _ 4 ( r 2t ) t 三0 统一单位后得，t 2 曼10 6 ( 4 r ) 2 最后得：t 三1 0 3 ( 2 r ) = 5 0 0 r公式( 2 - 3 ) 式中，r 为股线中单纱的半径。 因此，由推导出来的公式( 2 2 ) 可以看出，由于( r 2t ) t 2 的数值比较小( 最 多是两位数，；：i f i 会大于1 0 0 ，通常棉纱线捻度为6 0 0 1 0 0 0 捻米) ，因此要想纺出 无捻纱，股线t 的值略微大于单纱t 的捻度，( r 2t ) t 2 在数值上可以理解为经 验上所说的退捻时出现的退捻阻力，捻度变化其退捻阻力也发生变化( 一般情况 是捻度大退捻阻力也大) ：另外由公式( 2 - 3 ) 可以看出，要纺出无捻纱，单纱的 捻度不应太大，如果太大，单纱中的捻度有可能退不完，造成纱中残存有捻度； 此外单纱捻度的选择还应考虑单纱在股线中的半径大小，若单纱半径增大，为保 证捻度完全退为0 ，其捻度设计应该小一些。 22 1 ，2 捻幅理论 单位长度纱线加捻时，纱线截面中任意一点的相对转动的弧长，称为捻幅 ( 其符号用p 表示) 。即：p = 坤l = 2 n r h p = 2 n r t = t a n 0p o = 2 n r t = t a n l 3 公式( 2 4 ) 式中，r 为径向上某点的位置，h 为螺距，( p 为截面中某点的相对转动角，r 为纱的半径，0 为截面中某点的捻回角，p 为纱的捻回角，所以0 = 1 3 。 因此捻幅是捻度t 和位罱( 半径r ) 的函数，在数值上与螺旋角的正切相等， 而且捻幅是个矢量。通常将纱截面中捻幅为0 的点称为捻心。 假设当两根纱合股时，股线捻向与单纱相反( 两单纱捻向相同) ，并且两根 1 0 第二章无捻纱的纺制r 艺 单纱的直径相等。所以得到 p i2 ( p t , r 1 ) r l 。；p 22 ( p 2 y2 ) 厅h 式中p p ：。为单纱和股线在各自半径为r r ：。处的捻幅；由于两根单纱的 直径相等，所以r 2 ；= 2 r 酽 又因为单纱与股线的捻向相反，以其中一个单纱的截面圆心为原点，在这 根纱r 处的捻幅值为p ，则 p ，2p 1 一p 2 2 ( p i 。r r i 。) 一【p 2 ；( r + r ，) r 2 j2 ( p 。r r 。；) 一 p 2 ；( f + r 。) 2r 。】 当此处为纱的捻心时，即i o , = 0 时， 即p l ；r r h 2 p 。( r + r i 。) 2r l 。 整理得到： r = ( r ：p 2 , ) ( 2p 。一p ：；) 1 3 1 公式( 2 5 ) 从公式( 2 5 ) 可以看出，当2p ；= p ：。时，r m 它的物理意义是：由于合 股将单纱的捻心移到了无穷远的地方，这也就意味着单纱捻幅的消失，即其中一 单纱为无捻。所以捻幅关系应为 2p ，。2 p h 公式( 2 - 6 ) 由公式( 2 4 ) 得p k 2 2 n r i ，t 1，p “22 r c r 2 ；t 2 ：又因为r 2 。= 2 r 】， 所以得出： 2 ( 2 r e r l ；t i ) = ( 2 n 2 r i 。t 2 ) 整理得到：t = t ，公式( 2 - 7 ) 其中t 为单纱捻度，l 为股线捻度。 因此通过捻幅理论的分析我们可以知道；要想使得双股线中的单纱无捻， 单纱的捻度t 应该等于股线的捻度t 。 3 2 1 ，3 验证试验 为了验证螺旋线理论和捻幅理论数学模型及推导的正确性，笔者设计了一 个试验来进行验证。将棉纱纺成6 8 1 7 捻m 用于合股，将股线的设计捻度定为 5 2 0 捻m 、6 3 0 捻m 和7 5 0 捻m 三个参数，用直接退捻法测出股线的实际捻度； 用显微镜测出棉纱在股线中的直径( 事先将棉纤维染色) 。然后将数值代入公式 ( 2 - 1 ) 计算。将股线绑在铁架上，将水溶性维纶溶去，待纱线干燥后，检验这 三种参数下的股线退捻情况。 试验仪器：y 3 3 1 a 型捻度机、显微镜、铁架( 2 0 个) 、铝锅( 1 个) 、长镊 子、秒表、电炉子、温度计。 由公式( 2 2 ) 得理论剩余捻度y = ( r 2 i ) r t + t ，代入公式彳寻到三个y 值，制得表2 ，2 。 第二章无捻纱的纺制工艺 表2 - 2 退捻验证数据表 序 设计参数实际股线捻度 棉纱直径理论剩余捻度 实际退捻效果 号( 捻m )( 捻m ) ( m m ) ( 捻m ) l5 2 05 1 6 903 5 4 1 7 0 5差 26 3 06 1 5 40 3 8 07 5 7好 3 7 5 07 3 2 60 2 7 65 0 9 中 由表2 2 可知，2 号股线的退捻情况最好，6 1 5 4 约等于棉纱的6 8 1 7 。而3 号的理论剩余捻度为5 0 9 理应该退捻效果最好，但结果却不尽如人意，原因是3 号股线的捻度有点偏大，造成了退捻阻力加大，因此造成了棉纱中残存有较多的 捻度。1 号纱线虽然单纱的捻度相对于2 、3 号较低，但是其股线退捻捻度设计 不合理( 过小) ，造成理论剩余捻度还有1 7 0 5 捻米，因此其实际的退捻效果较 差。 综上所述，使用股线退捻法制造无捻纱时，在保证合股正常进行和织造所 需强力的前提下，其单纱( 如棉纱) 应该选用小捻度，并且股线的退捻捻度应与 单纱的捻度相近。 2 2 2 本课题纺纱工艺 2 2 2 经、纬纱纺纱工艺流程 棉型维纶一开清一梳棉一并条( 2 并) 一粗纱一细纱一络筒 棉纤维一开清一梳棉一并条一粗纱一细纱一络简 l 一并捻 - j 由于水溶性维纶纱已经用完，所以我们只好重新开始纺新的水溶性维纶纱。 但是我们手头上仅有的维纶纤维是毛型的，而我们实验室的设备只能纺棉型纱， 所以我们将维纶纤维剪成主体长度大约为4 0 r n m 的棉型纤维。在纺水溶性维纶纱 的时候遇到了不少的麻烦，纺成的维纶纱质量等级比较差，但维纶只不过是一个 在织造的过程中起增强纱线强力和退捻作用的一个中间产品，织造完毕后要将其 去掉，不出现在最终的产品中，所以即使是使用质量稍差点的维纶纱，对最终产 品的质量也不会有多大的影响。此外还应注意，在维纶的梳理过程中易形成棉结， 生条定量应偏轻掌握，加大锡林和刺辊表面速比，以利于纤维转移。降低刺辊及 道夫的速度，减少纤维损伤。 在梳棉时，水溶性维纶纤维静电比较大，所以必须将维纶纤维加上合毛油， 装在塑料袋内静置2 4 小时，否则维纶纤维难以成网。后来经实践，加水也勉强 第二章无捻纱的纺制工艺 可以，但总体效果不如合毛油。 在并粗工序时，对于维纶的并条、粗纱工序的棉条通道要定时擦拭，以减 少维纶纤维在罗拉与皮辊缠绕几率。并、粗定量均偏轻掌握，车速偏低设景，保 证正常生产。维纶纤维摩擦系数较小，粗纱捻系数的配置不好掌握。粗纱捻系数 较小，粗纱极易滑脱，捻系数配置过大，又会出现细纱出硬头现象。 水溶性的维纶纤维的细纱工序的原则是：在保证纺纱所需一定强力的前提 下，尽量减小水溶性的维纶细纱的捻度，以有利于水溶性维纶纤维的除去。本课 题所纺成的水溶性的维纶细纱实际细度为2 1 5 t e x 。本课题中棉纱是从粗纱开始 纺制的，在保证其能纺成纱的情况下，尽量减小棉细纱的捻度。本课题所纺成的 棉细纱实际细度为2 2 t e x 。 图2 - 8 股线退捻法生产的纱线 如图2 - 8 为股线退捻法所制造的股线经过简单染色之后的外观。由于水溶性 维纶与棉纤维上染性能的差异，染上紫色的为棉细纱，白色的为水溶性维纶细纱。 2 3 小结 通过本章的介绍，我们可以知道一共有三种方法可以纺无捻纱。粘合法中 的s r r c 无捻纺纱系统其工艺流程最短，省去了并条、粗纱和络筒工序，将梳棉 工序和细纱工序直接结合在一起，但缺点是：纱的性能和生产的速度受粘合剂与 干燥器等设备的影响。要想进一步提高，应该从提高粘合剂的活化效率( 即应满 足既可以在短时间内粘合又可以很容易的除去的要求) 和干燥设备的干燥效率着 手。揉性包缠法的特点是，该机器既可以纺榜型纤维又可以纺毛型纤维，它的适 用面较宽，而且该机器也省掉了络简工序。 以上两种方法均可以省去1 3 道工序，而且纺纱成型的方法与传统的环锭纺 纱机有着本质的区别，是未来纺纱机的发展方向。但它们前期的投资比较大，而 且技术还不太完善，所以在一般的纺纱厂难以快速推广。而本课题所采用的股线 退捻法，不需要对引进新的设备和技术，只需要将细纱机稍加改进或添置一台捻 线机就行，无须进行过多的投资。因此本课题研究的股线解捻工艺具有投资少、 见效快、易于推广、产品附加值高等特点，很适合在中小企业推广。 第三章无抢纱织枥的织造 第三章无捻纱织物的织造 3 1 无捻织物制造工艺流程 经纱( 棉+ p v a ) 一络筒一整经一穿经 纬纱( 棉+ p v a ) 3 2 织物织造参数 织造一退维一染色一无捻织物 在本课题中为了能全面了解无捻织物的性能，笔者设计并织造了两种平纹 机织物，一种是无捻平纹机织物，另一种是有捻平纹机织物。它们的织造工艺完 全一样。设定的织造参数为，织物组织结构：1 1 平纹织物；纬密：1 6 0 根l o c m ： 使用的筘号为：1 0 5 号，每筘齿为2 穿，因此经密应为2 1 0 根l o c m ；采用4 片 棕片，顺穿法；每织一纬打纬两次，使用的是我院自行设计的电脑全自动剑杆小 样机，织物的幅宽大约为3 0 c m 。 在织造时，由于捻度不匀造成个别纱线断头严重。在上机缠绕经轴时，应 注意使每根经纱在整个经轴上的张力一致。否则易造成布面不平整、卷边等问题。 在织造时出现了个别股线上的水溶性维纶纱脱落的现象，初步判断是由于捻度不 匀引起的，因此捻度的均匀问题也是股线退捻法所控制的一项重要指标。制得无 捻坯布和有捻坯布如图3 一l 和3 2 所示。 图3 1 退维前无捻坯布样照图3 - 2 有捻坯布样照 第三章无捻纱织物豹织造 无捻坯布是指未将水溶性物质除去时的织物。为了保证有捻织物和无捻纱 织物具有很好的可比性，本文所用的有捻纱织物的纱线也是采用与无捻纱织物相 同的纺纱方法并且在同一台纺纱机上制得的。从图3 1 和3 - 2 中难以区分出哪个 是有捻坯布哪个是无捻坯布，因此应事先作好标记。 3 3 织物的实际参数测试 3 3 1 织物实际经、纬密度测试 使用的仪器为移动式织物密度镜，采用直接读数法，测定距离为5 c m ，每组 各测试了5 个数据，表3 - 1 中为平均值。 表3 - 1 织物经、纬向密度表 织物种类经密( 根5 c m )纬密( 根s c m ) 有捻纱坯布1 0 78 2 6 无捻纱坯布1 0 6 68 2 6 有捻纱织物 1 0 9 48 0 2 无捻纱织物1 0 9 38 1 8 由表3 1 可以看出，本课题所制造出的两种织物的经、纬密度几乎相同。 所以以后在此基础上所做的测试均具有较好的可比性。 3 3 2 织物厚度测试 测试仪器名称：y g l 4 1 织物厚度仪；压脚面积：5 0 r a m 2 ，压脚直径7 9 8 m m ! 见| 试时间：5 s ：测试方式：连续。测得的织物厚度如表3 - 2 所示( 平均值) 表3 2 织物厚度表 织物种类织物厚度( m m ) 坯布 有捻纱0 3 9 1 8 无捻纱 0 3 9 8 6 有捻纱0 2 6 3 3 退维后织物 无捻纱 0 3 0 8 9 由表3 2 可以看出，无捻坯布与有捻坯布的厚度几乎相等，但等到退维以 后有捻织物的厚度要比无捻织物小1 4 8 。原因是无捻织物中的细纱没有捻度或 第三章无捻纱织物的织造 捻度很小，缺少了因加捻而产生的向心压力，细纱结构比较蓬松( 如图3 3 和图 3 4 所示) ，在相同细度( r e x ) 下无捻纱要比有捻纱粗。 图3 - 3 无捻纱织物样照 图3 4 有捻纱织物样照 由公式 e = d m ( ) 式中e 为紧度，d 为纱的直径，m 为织物的经、纬向密度。 织物经、纬向密度不变，纱线的直径d 变大，所以织物的紧度e 变大。因 此，相同平方米克重的织物条件下，无捻织物要比有捻织物的覆盖系数( 也叫假 紧度) 大。 1 6 第四章无捻纱织物退维工艺的优化 第四章无捻纱织物退维工艺的优化 4 1 退维工艺优化试验设计 在无捻纱的制备过程中。退维工艺( 将维纶纱溶掉的过程) 是整个工艺流 程中最关键的一步，对该工艺流程控制的好坏直接影响了最终无捻纱产品的柔软 性、蓬松性及手感等性能的优劣。退维工艺控制不当，最终织物手感会发硬，有 的甚至会生成土黄色或黄褐色的斑点粘在织物上，而且退维工艺优化的好坏也直 接影响到了无捻织物最终产品成本的高低。 本课题在研究无捻纱织物退维工艺时，采用了正交设计法进行优化，将影 响退维的四大因素设为影响因子，每个影晌因子有三个水平，且不考虑它们之问 的交互作用，则将试验各因子的水平设计如下： 1 浴比a ( 无捻坯布的干燥重量与水的重量的比值) ： a 为1 ：3 0 ，a 2 为1 ：，4 0 a ，为l ：5 0 2 时间b ( m i n ) ：b i 为2 0 r a i n ，b 2 为3 0 r a i n ，b 3 为4 0 m i n ： 3 n a o h 的浓度c ( ) ：c l 为o ，c z 为5 ，c ：为1 0 ； 4 洗涤的次数d ( 次) ：d ，为2 次，d ：为3 次，d ，为4 次。洗涤浴比为无 捻坯布的干燥重量与水的重量的比值为1 ：5 0 。 由于共有9 个试验，且为3 水平不超过4 个因子，所以采用l 9 ( 3 4 ) 正交 表。具体试验设计如表4 1 ： 第四章无捻纱织物退维工艺的优化 表4 1 退维工艺正交试验设计表 l 序号 浴比时间( m i n )n a o h 浓度( )洗涤次数 干燥重量( g ) 织物手感 l a 1b ic l d 0 9 4 7 7 5 面积硬 2 a ib 2c 2d 2 0 8 3 8 6 1 0 硬，黄 3 a ib 3c 3d 30 8 7 7 8硬，无黄 4 a 2b ic 2d 3 0 8 8 9 5 好，柔软 5 a 2b 2c 3 d 0 8 9 4 8布边硬 6 a 2 b 3c l d 2 o 9 2 5 9 好，柔软 7 a 3 b c 3d 2 1 0 2 7 4 2 0 黄，硬 8 a 3 b 2 c i d 3 0 8 9 2 0好，柔软 9 a 3b ，c 2d l o 9 1 5 8 好，柔软 试验仪器：镊子，电炉子。耐火砖，石棉网，烧杯，电子天平，快速烘箱， 玻璃棒，温度计，秒表，碎瓷片等； 试验药品：不同浓度的n a o h 水溶液，水。 准备好试验所需的