（纺织工程专业论文）长丝与短纤纱网络加工的探讨.pdf

中文摘要 中文摘要 网络加工是指在特殊喷嘴内，高速气流垂直射向喂入的长丝，使单丝之间相互纠缠 和缠绕，增加丝束抱合性的一种加工方法。其产品称之为网络丝或交络丝。 目前，网络加工的研究主要集中在高效网络器的开发、网络加工技术的应用等方面， 加工对象主要是涤纶、锦纶等长丝，而利用网络加工技术对长丝与短纤纱复合的研究却 很少。本文利用网络加工技术，设计了复合式网络器，对涤纶长丝与棉短纤纱的复合加 工进行了研究，探讨了利用网络加工技术开发纱线新产品的途径。 设计的网络器由两个喷嘴组成( 称复合式网络器) ，复合式网络器的结构参数主要 包括喷嘴的间距，喷嘴与导丝器的间距。网络加工的工艺参数主要有空气压力、超喂率 和加工速度。本课题探讨了以下内容：( 1 ) 复合式网络器的结构参数对网络加工涤棉 复合纱的影响，( 2 ) 网络加工的工艺参数对网络加工涤棉复合纱的影响，( 3 ) 涤纶长 丝与棉纱的细度对网络加工涤棉复合纱的影响，( 4 ) 涤棉复合纱断裂伸长率与断裂强 度的测试，( 5 ) 涤棉复合纱的成纱结构。研究结论为纱线的开发提供了一种新思路。 【关键词】网络加工，网络器，网络喷嘴，工艺参数，超喂率 英文摘要 a b s t r a c t e n t a i l g l e m e n tp r o c e s si sam e t l l o dt 1 1 a tt l l ea i r f l o wi nh i g hs p e e dj e t sv e r t i c a l l yo n t ot l l e f i l a r r 嵋n t s 也a ta r eb e i n gf b di n t oas p e c i a ln o z z l e ，b yw h i c hm e a n s ，t h es i n g l ef i l 鼬e n ti s i n t e d a c e d 谢me a c ho t l l e r ，a n dt l l ec o h e s i o np r o p e n yo f6 l 锄e n tb u i l d l ei si n c r e a s e di t s p r o d u c ti sc a l l e di m e r l a c e dy 啪 n o w a d a y s ，t l l er e s e a r c h e so nt l l ee n t a l l g l e m e n tp r o c e s sm o s t l yf o c u so n 廿l ed e v e l o p m e n t o fh j 曲e 币c i e n ti n t e r l a c i l l gn o z z l e ；血e 印p l i c a t i o no fi n t e r l a c i n gn o z z l ep m c e s s ，a 1 1 de t c a l l d m o s to fm ep r o c e s so b j e c t sa r ep o l y e s t e ro rn y l o nf i l 锄e n t s t i l ln o w ，t h es t i l d yo nt l l e t e c t u l 0 1 0 9 yo f i n t e r l a c i n gp m c e s sm a tp m d u c e st h ec o m p o u i l do f f i l 锄e n t sa 1 1 ds t a p l ef i b e r si s v e r yf c w ac o m p o u n d t y p ei n t e d a c i n gn o z z l ew a sd e s i g n e d ，a n dt h e ni n t e r l a c e dy a m sw e r e m a d e 州mi m e r l a c i n gn o z z i ep r o c e s s t b ed e v e l o p m e n to fn e wy 啪p r o d u c e db yi n t e r l a c i n g n o z z l ew a sa l s od i s c u s s e d 1 1 1 ei n t e r l a c i n gn o z z l ed e s i g n e di nt l l i sp 印e ri sc o m p o s e do f t 、on o z z l e s ( w h i c hi sc a l l e d c o m p o u n d - t y p ei n t e r l a c i n gn o z z l e ) t h es t n j c t l l r ep a r 锄e t e r so fc o m p o i l i l d - t y p ei n t e r l a c i n g n o z z l em a i n l yi n c l u d ed i s t a l l c eo f n o z z l e sa 1 1 dt h ed i s t a l l c eo f n o z z l ea n df i l 锄e n t sg u i d e t h e t e c l l i l i c a lp a 舢e t e r so fi n t e r l a c i n gp m c e s sa r ea i rp r e s s u r c ，o v e r f e e dp e r c e n t a g e ， a 1 1 d p m c e s s i n gs p e e d n 、v a sd i s c u s s e di nm i sp a p e ra sf o l l o w s ：( 1 ) t h ee f f 色c to fs 仃i l c n l r e p a r 锄e t e r so fc o m p o u n d t y p ei m e r l a c i n gn o z z l eo ni m e r l a c i n gt h ep o l y e s t e “c o n o ny a m ；( 2 ) m ee 腩c to ft e c l l l l i c a lp a r a r n e t e r so fi m e r l a c i n gp m c e s so ni n t e r l a c i n gt h ep o l y e s t e r c o t t o n y a n l ；( 3 ) t l l ee 丘b c to fm ed e n s i t yo fp 0 1 y e s t e rf i l 锄e n t sa i l dt 1 1 a to fc o n o ny a h lo ni n t e r l a c i n g t 1 1 ep o l y e s t e r c o t t o ny 锄；( 4 ) t 1 1 et e s t so fb r e a l 【i n ge l o n g a t i o na 1 1 db r e a k i n gi n t e n s i t yo f p o l y e s t e r c o t t o ny a m ，( 5 ) s t n l c t u r eo fp o l y e s t e r c o t t o ny a 1 t h er e s u l t so fd i s s e n a t i o no f f ha n e wm e m o df o rt l l ed e v e l o p m e n to f y 锄 【k e ”r d s 】e n 啪g l e m e n tp m c e s s ， i n t e r l a c i n gn o z z l e ，a i r - e n t a n g l e m e n t j e t t c c l l i l i c a lp a m m e t e r ，o v e r f b e dp e r c e n t a g e l l - 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 确的说明并表示谢意。 签名：甚色垃绚日期：卫椰许多月叫日 关于论文使用授权的说明 本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，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 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：蛐导师签名：二塞叠盔 日期。一文年岁月纠日 第一章绪论 第一章绪论 2 0 世纪6 0 年代初，美国杜邦公司发明了网络加工技术，它是在特殊的喷嘴内，利 用高速气流垂直射向喂入的长丝，使单丝之间相互纠缠和缠绕，增加丝束抱合性能的一 种方法。其产品称为网络丝( i n t e r l a c e dy a r n ) 或交络丝( t a n 9 1 e dy a r n ) 【“。 由于长丝丝束没有抱合力或者抱合力很小，卷绕时容易发生叠丝、脱圈和塌边，退 绕时容易产生蛛网；丝束运动过程中，出现部分单丝松弛、堆积或堵塞导丝元件：甚至 因丝束中单丝抗拉强力的减小，造成断头；在织造过程中，丝束会挂在导丝器或梭子上， 单丝容易断裂，产生缠绕、起毛等现象。这些问题不但降低生产效率和产品质量，还会 影响生产的正常进行。克服此弊病的传统方法是加捻和上浆。加捻需要加捻设备，且受 锭子转速的限制，生产效率低；上浆不仅需要大量浆料、专门的浆纱和退浆设备，而且 对纱线退浆后还需进行污水处理。这对于提高生产效率，降低生产成本，保护生态环境 很不利。 网络加工免去了上浆和加捻工序，大大的缩短了工艺流程，提高了生产效率。有研 究表明网络加工的成本仅为加捻的1 7 ，上浆的l 9 【2 1 。 与传统的纱线加工方法相比，高质量的网络加工具有以下几个优点： ( 1 ) 改进退绕性能。通过纱线交络可有效的减少退绕问题，改进长丝抱合性。 ( 2 ) 更高效的纺织品加工。纱线交络可有效地提高生产效率，在纺织加工中已有越来 越多用高度交络的经纱来代替上浆的纱线的实例。 ( 3 ) 长丝抱合性的提高仅需较少的化学物质。通过降低纱线的上浆量甚至取消上浆步 骤，有效地解决了环境污染问题。 ( 4 ) 投资较少，降低成本。由于空气交络是一种在线加工法，可以在拉伸过程中进行 而不需或只需少量的设备、厂房、人力等的额外投资。 ( 5 ) 改进质量。通过断裂的长丝和毛圈混进纤维束中可改善纱线质量。 网络加工技术原来只限于涤纶低弹丝，如今可以加工拉伸丝，变形丝，膨体丝和工 业用丝等，可以加工极细的针织用纱，也可加工极粗的地毯纱。早在1 9 9 2 年的统计资 料就表明网络丝和混络丝占差别化纤维总量的5 0 左右，网络加工技术为新产品开发提 供了一个全新的手段，利用网络加工技术已成功开发出如丙氨包芯纱，易收缩涤纶网 络丝，粘胶涤纶混纤网络丝等一系列新型差别化产品【3 】。 同时，随着网络加工技术理论的不断成熟，网络加工工艺的不断优化，网络加工开 发新产品的前景越来越广阔。 江南大学硕士学位论文 1 1 网络加工原理 1 1 1 网络加工设备 网络加工设备重点是由空气的气源( 空气压缩机) 和网络器两部分组成，还有喂入 装置、牵伸装置、卷绕装置等辅助设备。工艺流程一般可分为：导丝器一喂入罗拉一网 络器一导丝器一槽筒一卷绕成形等工序。在此，对工艺流程中的一般组件做一简要介绍。 ( 1 ) 空气压缩机 空气压缩机是将普通空气压缩储藏在储气罐内以备网络加工所用，压缩空气在进行 网络加工前，空气气流必须经过冷却、干燥等处理，因为空气气流的质量特别是空气的 湿度对网络丝的形成有很大影响，并对网络丝的上油、卷绕、储藏等产生不利影响【4 】。 空气气流从储气罐到网络器的主要流程如图1 1 。 图1 1 压缩空气系统工艺流程 去网络机 ( 2 ) 网络器 网络加工的核心部分是网络器，它的结构构造和性能直接影响网络加工的效果和网 络丝的质量以及生产成本，网络器的结构形式主要有封闭式单孔和开启式单孑l 两种，封 闭式网络器网络效果好、易制造，能够加工的丝的细度范围广，但生头操作复杂；开启 式网络器生头操作简单、方便、适宜高速加工，但操作复杂，压缩空气耗量大。但不管 网络器的样式如何变化，其最基本的构造是由相通的一个进气道和一个丝道组成，如图 1 2 所示【1 1 。 臣z 驴 医z 吻 气道 图卜2 网络喷嘴 网络器的主要结构参数有：丝道形状和尺寸、气道形状和尺寸、气道与丝道的夹角、 气道与丝道的面积比、气道的个数等，它们对网络的形成都有一定的影响。 第一章绪论 a 丝道的形状和尺寸 丝道的形状和尺寸直接影响喷嘴内的空气流场，气流对长丝的作用方式以及长丝的 运动。丝道内两个对称的涡流是形成网络丝的基础，而这两个对称涡流的实现必须依靠 丝道的形状。因此，丝道形状的设计要有利于形成两个相反旋向，沿径向各质点旋流速 度不同，并逐渐沿进气孔两侧衰弱的压缩空气涡流区。一般丝道的横截面形状有圆形、 三角形、椭圆形、棱形、方形、半圆形等。图1 3 ( a ) 、( b ) 、( c ) 为几个喷嘴丝道横截面的 设计图，其中( b ) 、( c ) 类型的丝道截面的喷嘴比( a ) 类型的喷嘴更易于涡流的形成，更有 利于网络的形成川。 ( a )( b ) 图卜3 丝道截面与涡流的运行 图卜4 “心”型喷嘴的丝道 目前有一种新设计的网络器的丝道截面为“心”形状1 6 j 如图1 4 。这种“心”形截面的 丝道，其设计具有良好的流线性，使压缩空气在其内最有效地形成作为丝束网络过程动 力源的高速双涡旋转气流，其网络性能和效果明显优于普通喷嘴。 丝道与进气孔的大小都要根据所加工品种的线密度来选择，线密度越大，喷嘴的丝 道和进气孔尺寸越大。如果丝道为圆形，对于较粗的长丝要选择较大的丝道直径。这是 因为如果丝道的直径过小，长丝运动的有限空间就会变小，总细度过高的丝不宜被气流 开松，且气流携带单丝运动的能力减弱，单丝之间相互纠缠的机会减少，网络效果变差。 丝道的长度与网络度成正比。但丝道长度过短时，网络丝毛丝增多，其主要原因为，在 出口处气流强度较强，气流对丝的冲击力加强，丝条受损伤，毛丝增多。所以对丝道光 洁度要求较高，但过长的丝道会给制造带来困难。因此，在保证质量要求和网络效果的 前提下，应尽量选择较短的丝道，一般丝道长度与直径之比为9 1 4 1 7 j 。 江南大学硕士学位论文 b 气道的形状与尺寸 为了便于加工，气道的横截面大多为圆形。为了增加丝在喷嘴中受高速气流作用的 时间，有的喷嘴把圆形改为长方形，使长丝受到气流的作用不是一个点，而是个区域， 这样可以增加丝的网络数。但如果长方形的宽度增大，喷嘴耗气量就会明显增加；如果 宽度减小，喷嘴的制造就会很困难。气道的纵向形状大多为等截面的柱体。 气道的横截面面积不同时，网络效果也不同，当丝道直径一定时，气道的直径过小 会使流体的冲击力过小，从而网络结点间的距离过大，且不均匀；当直径过大时，压缩 空气消耗量明显增大，且丝的网络牢度不够，在外力作用下易松剐9 1 。 另外，气流通道的大小在保证网络长丝所需的足够气体量、网络丝的质量外，还要 尽可能地减小喷嘴的气道直径，因为喷嘴进气孔直径越小，耗气量也就越少，当丝道一 定，气道直径过小会使气流的冲击力过小，一方面造成网络结点间的距离过大，且网络 不匀，另一方面造成网络丝的牢度偏低，在外力作用下易分散，一般进气孔直径要配合 长丝的细度，细度越大气道直径越大，但一般为1 1 2 2 m m ，长丝细度过大时，进气 孔直径要适当放大。进气孔直径与耗气量的关系如图1 5 所示。 f 三 日 已 白 f 耀 空气压力( 1 1 0 。p a ) 图1 5 气道尺寸与耗气量关系 气道直径并不是越大越有利于网络加工。实验证明，保持丝道横截面积不变，随着 气道直径逐渐增大，网络数并不是一直逐渐增加。网络数增大到一定值后，再增大气道 直径、虽然气流流量增大，但对网络加工的有效作用不大，网络数反而降低。结果如图 1 6 所示。 从图卜6 中可以发现，在压缩空气压力为0 3 m p a 的条件下，封闭式网络器流体喷 射孔的直径为1 0 咖时，取得了最佳的网络效果。这主要是因为，当丝道直径一定时， 如果流体喷射孔直径过小，就会使高频振荡波频率过小，从而使网络结点间的距离增大； 若流体喷射孔直径过大，使丝的网络牢度不够，在外力作用下易于松散，所以加工一定 细度的长丝应选择与之相对应的流体喷射孔的直径。 第一章绪论 兴 牛 v 彝 酶 匿 喷射孔直径( 口) 卜喷射孔为圆形封闭式空气压力03 m p a 图l 一6 流体喷射孔直径对网络效果的影响 c 气道与丝道的大小与位置 由于喷嘴内的涡流是由进气孔的射流及对壁面反弹回来的回流形成的，气道和丝道 的截面积比决定着这两种气流在丝道中各自占据面积的大小。比值太小使回流区域过 大，回流强度不大。若比值太大，回流区域小，不利于形成强有力的涡流。在丝道截面 一定时，进气孔直径过小会使流体对丝的冲击力过小，从而网络结点间的距离过大，产 生的网络度低且不均匀；当直径过大时，压缩空气的消耗量明显增大，且产品的网络牢 度不够，在外力作用下易松散。在喷嘴设计中，根据以往经验，当丝道和进气孔的截面 积之比在2 1 至6 l o 】时，可得到较为理想的网络加工效果。 一般喷嘴丝道轴线与气道的轴线是垂直的，此类喷嘴若用于生产低弹网络丝，超喂 率较大时，在生产中易发生丝在喷嘴处堆积的问题。为了克服这一现象，有人在设计的 过程中使喷嘴的进气孔与丝道的垂直线有一定的倾斜角，如图1 - 7 所示。这样可以加强 向下的送丝力，有利于丝束顺利通过喷嘴，解决了由于丝堆积在喷嘴而造成断头的进气 孔问题【1 川。 图卜7 喷嘴与丝道位置示意图 江南大学硕士学位论文 1 1 2 网络丝的形成机理 ( 1 ) 网络丝的外观 从网络丝的外观2 1 上看，网络丝是由间隔有规律性的开纤部和交络部组成的，开 纤部的单丝是分离的、膨松的，相互不纠缠的；而交络部的单丝之间相互纠缠在一起。 网络丝的开纤部和交络部交替间隔出现，如图1 8 所示。 图卜8 网络丝的外观 ( 2 ) 喷嘴内气体运动规律 由气体动力学可知，气体流动状态有两种，第一种是层流状态，也就是各流层相互 不干涉的流动状态；第二种是紊流状态，这种状态下流体质点不仅有流动方向的移动， 而且存在垂直于流动方向的移动，其流速的方向和大小随时问变化。 在紊流状态下，大小不等的涡流动荡于各流层间，除粘性阻力，还存在着由于质点 掺混，互相碰撞所造成的惯性阻力。各空间质点的速度，压力等物理量随时间作不规则 的变化，形成脉动现象，紊流的脉动不仅存在于流动方向，在垂直于流动方向也存在横 向脉动。 长丝的网络加工就是以上述理论为基础，在设计网络器的结构形状及尺寸时采取一 定的措施，使丝道中的气流的流动状态为紊流，形成管道内任一质点速度、压力的脉动。 是脉动气流旌加于丝束的各根单丝上，造成交织效果。总之，紊流状态下丝道内任一质 点的脉动现象是造成丝束周期性网络结的主要原因i l3 ”j 。 根据王善元的研究，压缩空气进入丝道时，会迅速扩散膨胀和加速，碰到对面的丝 道壁面后，以发射状反弹回来，接着在进气孔附近形成两股旋转的，带有螺旋的涡流( 如 图1 9 ) 。这种涡流属于刚体旋转涡流。它们对称于丝道中心，气流的速度是亚音速。旋 转角和旋转半径成正比。涡心处为零，半径越大，角度也越大；越远离进气孔，涡流强 度、涡流半径、气流速度、涡流角越小。压缩空气压力的大小对丝道内气流的运动形式 没有影响，但压力越大，气流速度和涡流强度越大川。 一 第一章绪论 ( 3 ) 网络结的形成过程 气流的运动规律和长丝在喷嘴内的运动形式，决定着网络丝的形成机理。在这方面 国内外已有很多报道，但均引用s p a r k e s ，j i a i l ，w j i n s d 6 疏r 等人的研究结果。根据他们 的理论，压缩空气进入丝道后，形成两个相反的旋向，沿径向各质点旋流速度不同并 逐渐沿进气口两侧衰弱的压缩空气涡流区，对丝束施加两个作用：一是开松丝束使各单 丝分离，形成一个丝泡( 如图1 1 0 a ) ；二是交络( 交织) 各单丝( 如图1 1 0 b ) 。 丝：厣丝柬审 当被开松的丝束经过涡流区时，处于两涡流区中的各单丝获得不同方向的加速度， 并根据位置不同而有差异，促使它们相互旋转，如图1 1 1 所示，结果位于丝道内的涡 流强度较弱的进口区域的单丝相互交织形成网络结。出丝区域的涡流使交络进一步强 化。丝束交络过程中，其张力随网络结的形成而周期性变化，当张力增大时，交络无法 再进行。因此，网络结是丝束张力的变化与管内压缩空气的脉动现象共同作用的结果。 当网络结通过进气口后，又开始新的交络周期【”，l ”。 图卜1 1 单丝在涡流场中旋转图 国内王善元等人则将长丝在丝道中的运动解释成一种编织的过程【”。在喷嘴内当前 的个网络结t 图1 1 2 中a 点) 离开进气孔一定距离后，长丝在进气孔附近膨胀扩散 气流的冲击下，被吹散且分布在丝道断面上( 图1 1 2 ( a ) ) ，而在丝道中心的气流是向 上运动的，在丝道两边的气流是往下运动的，丝的运动方向和气流一致，从而一束丝被 分解成三部分。每一部分的丝在旋状气流的作用下，随着涡流中心高速旋转，由于丝条 江南大学硕士学位论文 密度远大于空气密度，涡流场中的丝条必然向外侧运动，使丝条成气圈状态。每一部分 丝条每绕涡流中心回转一圈，自身便产生一个假捻捻回，分别加在丝束的两端a 点和b 点( 图1 1 3 ) ，使各部分的丝束变得紧密独立和规整。 防：1 叫t “1 “肛 翦钷劾追猾 图卜1 2 网络形成过程 图卜1 3 网络式丝束旋转示意图 在进气孔附近的丝束是偏离轴线a b 的，在外加拉力t 。和t 2 的作用下，丝束必然产 生指向丝轴中心的合力k 两涡流呈椭圆形，由于丝束并不是沿着原涡流轨迹运动，而 是沿椭圆切线方向运动，进入到另一个涡流，并跟着该涡流一起转动，即在丝道内丝束 的运动轨迹是“o o ”字形。 图1 1 4 表示的是网络结的编织过程：( a ) 长丝被吹散，分成三股：( b ) 各股丝沿涡流 方向前进l 3 圈，丝1 跑到中间，丝2 到了旁边，三股丝之间产生了一个交叉；( 3 ) 丝3 跑到中间，丝1 从原来的右涡流跑到左涡流，丝束之间产生了二次交叉，到( g ) 时，丝束已经运动了周期，各丝束回到原来( a ) 的位置，这样重复编织下去。 随着编织的继续，进气孔越来越靠近刚才编织而形成的网络结，当达到图l l l 所示 的位置时，由于网络结的存在，这段纱通过进气孔时，再也不能被吹散，丝还是保留原 样( 图1 一1 2 ( c ) ) 。随着网络丝的继续前进，网络结远离进气孔，又开始重复上述的下 一次编织，这样就产生了一节紧密、一节松散的间隔结构。另外从图1 一1 2 ( a ) 网络结 可知，一个网络结在前一次网络时编织一半，在后一次网络时再编织一半，即一个网络 结是通过二次网络形成的【l j 。 第一章绪论 9 管 图卜l 由三股编织过程 三股编织方式在一定程度上反映了网络结的形成过程，但是单丝在喷嘴内的运动仍 然存在一定的随机性，编结过程只是部分网络结形成过程的一部分。编织形式也仅仅是 网络结形成过程中编织、加捻、弯曲、纠缠等形式中的一种。 1 2 网络加工的工艺参数 影响网络加工的主要工艺参数有：空气压力、超喂率和加工速度。 1 2 1 空气压力( p ) 空气压力是网络加工中最主要的工艺参数，不仅影响网络数和网络牢度，而且与丝 的网络结构密切相关。一般情况下，空气压力越大，网络结越易形成。这主要是因为当 压缩空气压力大时，气流的脉动频率高，对丝束的喷射、冲击加强，加快了各单丝问的 相互交织。但是，当空气压力增大到一定值时，由于脉动周期减小，空气冲击力的加强， 网络困难，网络束不再增大，空气压力的临界值根据喷嘴类型的不同而不同【5 】。 1 2 2 超喂率( f ) 超喂率在一定程度上反映了网络加工过程中丝束的张力，它是通过改变喂入辊与输 出辊的直径来控制的。 1 2 3 加工速度( v ) 加工速度主要是根据长丝网络数与网络牢度的要求而变化，少网络数与低网络牢度 的长丝加工速度可适当增大一些；多网络数与高网络牢度的长丝加工速度可小一些。速 度适宜范围为o 4 5 0 0 i i l i i l i n 。 在网络加工长丝中，工艺参数通常是要综合考虑的，一般根据网络加工长丝的类型 以及要达到的效果来选择。 研勰蹩 攥舳孵艘 一 托南太学硕七学位论文 1 3 鼹终丝的结构参数与评价指标 1 3 1 凰络丝的结构参数 网络缝酌结构参毅主要包括两络结的长度、网络结的矗径、网络结的直径、交络角 度i ”j 、开纤部的长度、无量纲交络截面面积等。 ( 1 ) 网络结的长度：长丝纠缠紧密的交络部的长度。 ( 2 ) 网络结的直径：长丝交络部分的直径。 ( 3 ) 交络角度：长丝交络都的单丝与丝柬中心轴之间形成赫角度。 ( 4 ) 开纤长度：相邻两个网络结之间的长度，即开纤部长丝的长度。 ( 5 ) 无量纲交络截面面积：用来表征交络部长丝的纠缠理度的，定义为交络韶的平均 截两积与原缝的平均截面轵抟比篷。 1 3 0 网络丝的评价指标 网络丝评价指标一方垂包括毙丝孵物理指标如线密度、断裂长度、断裂 审长率率、 卷曲收缩率、卷曲稳定度、沸水收缩率和染色均匀性等；另一方面需要捌4 试阕络性能方 面的指标，如网络数、网络牢度、网络均匀度等”6 j 7 1 。在此主要介绍嗣络性能方面的评 价指标。 ( 1 ) 网络数( n ) 嘲络数是指单位长度内网络结的个数。它是评价阚络丝质量的基本指标，这个指标 表征网络的密度，与网络分布的状态无关。网络数并不能很好的表示嗣络缝的开纤部与 交络部的情况。 ( 黔隔络牢度( s 。) p q 络牢度又称交络强度，用残螬网络数n ，( 残留网络数是指网络丝在施加一定的 静态或动态韵载荷后，撤掉载荷测得的鹃络丝上残留的阐络结的个数) 与原黼络数n 的比值s 。来表示，有静态交络强度和动态交络强度两静。 网络牢度表征了网络结在一定张力作用下的损失特性。原剿上认为，阏络牢度越高， 盾加工效果越好，但是，却不一定能满足最终产品的要求。撮理性的网络牢度既要满足 上机的要求，又要能在织物形成后全部消除。 ( 3 ) 瞒络均匀度 网络均匀度是指网络结在长丝径向上的分布情况。它主要袭示网络丝的交络部与开 纤郝的分布状况。鄹络均匀度差，这将会长丝在擐造过程中形成局部弱结，造成断头； 织物染色后形成色花、色差的染疵并且在纵物的纬向i _ i _ i 现稀密不匀的横条疵点。 网络均匀度一般用网络数的平均值和变异系数米表示。 ( ) 其它 在研究网络丝的结构性能和评债网络丝的质量时，有时也会照到以下几个指标： 第一章绪论 a ) 开纤部的平均长度 b ) 网络结的平均长度 c ) 最长开纤部的长度 此指标是测量总长度上相连的两个网络结之间的长度，用来与平均开纤长度进行比 较。 d ) 每米超过极限开纤部的个数 极限开纤部的长度是以两倍开纤部的平均长度为基准的。每米超过极限开纤部的个 束在一定程度上反映了网络的均匀性。超过极限的开纤部的个数越少，则认为网络的质 量越好。 江南大学硕士学位论文 第二章国内外研究现状及课题研究的目的与意义 2 1 国内外研究及发展动态 网络加工技术是在上世纪6 0 年代由美国杜邦公司发明的，并在7 0 年代得到广泛的 应用。 自从网络加工技术的发明之日起，世界各国研究人员对其进行了广泛深入的研究， 主要表现在以下几个方面。 2 1 1 网络加工技术理论的研究 从网络加工技术的发明至今，各国的学者利用各种手段对网络加工技术的理论进行 了一系列研究。 s p a r k e s l 2 j 以有机玻璃作丝道材料，发现了用肉眼甚至借助频闪观测器也不能观察到 的长丝运动状态，他提出了下面的看法：在喷嘴的作用下，长丝在空气进口区两边保持 闭合形螺圈，在进口区内紧贴着进口区的丝道壁上形成松散状长丝，并在丝道壁周围 3 0 0 0 范围里振荡。如图2 1 所示。 螺旋状长丝空气松散震荡状长丝 图2 1s p 池s 羽察道德丝道内长丝状态 j i a n 等用丝道内部着色吹入空气这种方法，不用穿过长丝就观察到类似的状况。根 据资料报导，j i a n 等推断空气的运动为两个相反方向的涡流状运动。他们在两个互相垂 直的方向作高速静物摄影，依次分析对比长丝的运动。其结论如下：当长丝通过喷嘴丝 道时，在气流和成对涡流的作用下，一根单丝或几根单丝束被吹离出去，然后在涡流区 不同空问位置绕着本身丝轴或其它轴线旋转，使单丝或者单丝束彼此交络。该过程直到 压缩空气进入上方交络点( 夹持点) 为止，这个交络点阻止单丝或单丝柬再度被吹离出 去。交络过程也发生在压缩空气进入的下方。由于交络现象重复出现，形成了周期性的 交络结。 w e i n s d 6 疵r 【1 1 8 l 对网络器内的气流进行研究，他将丝道的一部分用透明的玻璃代替， 利用高速投影，观察丝道内长丝的运动，得到以下的结论：压缩空气由丝道进入丝后生 成了2 个旋转的回流，使纤维作回转运动。因为空气的密度和流动方向因场所的不同而 第二章国内外研究现状及课题研究的目的与意义 有所不同，各根单纤维回转速度、位置不同，所以纤维相互缠结生成网络。 家元等人【1 9 圳】不仅研究网络器内的气流，而且对网络器进行模拟试验。利用高速摄 影以及光传感器，观察丝道内交络部分的生成状态和纱线的运动状态，明确提出如下结 论：丝道内纱线因压缩空气的作用在丝道中央的气道出口处开纤，纱线在丝道内以“m ” 字形运动，在开纤部两侧纤维相互交缠，纠缠交络的部分即使受到气流的喷射也不会开 纤，所以就形成纠缠紧密的交络部。 王善元、缪添益等人【l 2 0 】也对网络器内的空气气流进行了研究，根据高速摄影对丝 道内的纱线进行观察得到了如下的结果：由于气流的作用，丝道内的长丝被分解成三束， 每个丝束由于涡流作用进行高速旋转，三束丝相互编织，形成交络。因为交络部分的纤 维纠缠紧密，即使交络部分通过网络器出口的前方也不会再次开纤，在继续保持交络的 状态。 2 1 2 喷嘴的研究和开发 喷嘴是网络加工过程中的核心部件，自然也是研究人员研究的重点。目前世界上已 经有许多喷嘴织造厂，最杰出的是英国的f i b e 唱u i d 公司，瑞士的h e b e r l i n 机械制造公 司，意大利的c o m o l if i g l i 公司和p a r r 特殊制品公司。此外，许多变形机械制造厂，如 英国的鼬e t e r s c r a g g 公司和西德b 锄a g 公司也制造喷嘴。 喷嘴分类的方法有很多种，如根据长丝的穿插方式可以分为开式和闭式；根据空气 供给方式不同分为连续式和脉动式：根据丝道的形状不同可分为圆形、长方形、椭圆形、 不规则形等等。图2 2 为常用分类法，每组都有一个结构简图作例子。每组的喷嘴根据 其结构特征命名。 f 到 空气壹田i 避咖箭 鹾一鼙i审龋i 瞄髓 萑 章与x n 同图 压缩幽供气 垂直颤勰 兰釜墓盟 丽压力嘴蜘赫菇 i 聋形嚣t 穆中嗣扩弓：暮港阶梯彩不瓤 必瞥面儡儡苗吨函妇儡i 基毫囱程 图2 2 网络喷嘴的分类 江南大学硕士学位论文 喷嘴的性能决定了网络丝的质量，喷嘴在网络加工过程中起到决定性的作用。 各国研究者对喷嘴也进行了深入的研究，但由于喷嘴形状、尺寸、丝道的截面积， 气道的形状、截面积，丝道面积与气道面积的比值以及丝道夹角等的多样性，并没有得 到统一的结论，还须进一步的研究。以往的研究主要表现在以下几个方面。 w e i n s d 6 m r 【l 8 1 2 l j 对网络器的气道直径、丝道直径、气道轴和丝道轴的夹角、丝道的 长度、丝道的界面形状等参数进行了研究，他认为丝道的截面形状对网络加工的影响最 大。 l u n e n s c h l db1 2 j 等人对丝道长度和气道直径进行了研究，他们得出的结论：同一条 件下，短丝道的网络器加工的网络丝的网络数较少，另外，还阐述了气道直径为l m m 和1 4 m m 的网络器加工的网络丝的情况，认为网络气的气道直径越大，气流量越大， 网络丝的网络数越多。 加元等人1 1 9 ”j 进行了网络器的模拟试验，通过改变丝道的直径、气道和纱线的距离 来加工网络丝，阐明了丝道直径对网络数和网络丝结构的影响，以及各种尺寸规格的圆 形丝道对网络加工网络丝的效果。 王悌义等人1 2 l j 对丝道的界面形状、气道直径、喷射角、丝道长度进行了研究，得知： 在相同的加工条件下，半圆形丝道的网络器加工的网络丝具有较高的网络数。喷射角度 根据加工的条件不同，在7 0 9 0 。的范围内加工的网络丝具有较高的网络度。喷射角度 在4 0 5 0 。范围内加工的网络丝具有较高的网络数。 葛明桥等人1 5 12 j 对网络器丝道的截面积、气道截面积以及气道截面形状进行了研究， 得到如下结论：尺寸不同，但丝道截面积和喷嘴截面面积比相同的网络器生成的最大网 络数几乎相等，而且丝道截面形状为双环形的网络器比圆形的网络器的空气消耗量要 少。研究设计的双环形的网络器已经申请了国家专利( 申请号：9 5 2 0 6 0 4 7 ：审定公告号： 2 2 3 7 0 5 3 ) ，此网络器具有结构简单、成本低、网络效率高、网络度高、网络均匀度好、 节约能耗等特点。 目前，关于不同气道、丝道形状网络器的专利文献很多。如设计的各种椭圆形、三 角形、y 型【5 】等网络器：也有多个气道的网络器，由于气道越多，空气消耗量也越多， 所以，目前工厂用的网络器几乎都是一个气道的，丝道的中心轴一般与气道的中心轴垂 直，也有气道中心轴与丝道中心轴成一定交度的网络器。网络器的设计都有一定的依据， 但大多是偶然的产物，没有通用的，也没有对于某种长丝必须用某些规格的网络器才能 网络出较高网络数的网络丝。 2 1 3 网络加工工艺参数的研究 除了喷嘴本身结构参数外，网络加工过程中的工艺参数如空气压力、加工速度、丝 的张力以及丝的品种等对网络丝的质量和性能都有很大的影响。 用m e t e r - s c m g g 的d e l t a 喷嘴做实验，结果表明随着压力的增加( p 4 巴) ，交络 第二章国内外研究现状及课题研究的目的与意义 数也增加。如果压力进一步增加，交络数将不再增加，但交络质量仍有提高，即交络点 比较明显，在网络丝上均匀分布，且交络牢度较大。家元等人【1 一卅认为如果空气射流增 强，丝道内，丝的回转运动就会被长时间地限制在空气射流喷嘴相对的管壁上，产生“障 壁现象”。因此，空气气流有个最大临界值，超过最大临界值，空气压力对网络丝作用 不大。 加工速度对加工网络丝的影响，说法各有不同，w j i n s 疵r 、l u n e i l s c l l l ob 和z i l g 的研究表明【2 2 ”，加工速度达到8 0 0 i i l ，r m i n 时，夹持频率变难或难于交络，而w e i n s d 6 r f e r 在高速度即1 5 0 0 m m i i l 下的研究表明夹持频率随长丝速度增加而增加。此结果是 w j i n s d 6 r f e r 用圆形丝道的喷嘴得到的。而丝道为半圆形的喷嘴则稍有不同，即速度超 过1 0 0 0 i i l m i n 时，夹持频率降低。而家元等人研究认为网络数随加工速度的增大而减少。 产生此矛盾的原因可能是，研究者采用的加工速度范围不同；喷嘴类型不同；长丝种类 和性质不同等等。 在加工网络丝试验中，长丝的张力对网络丝的质量和性能也具有重大的影响，长丝 的张力太大导致丝束中的单丝在空气气流作用下，不能自由偏移，运动，交络难以进行； 当长丝张力太小时，丝束很容易贴在喷嘴内壁的上壁，长丝易产生壁障现象，同样造成 交络的失败。这就需要在实际加工网络丝过程中，合理的控制长丝的张力，通常我们是 调节长丝的超喂率来调节长丝所受的张力。一般认为，长丝的超喂率取1 3 范围的值 对加工网络丝比较适宜。 另外，长丝的品种，细度，长丝中单丝的根数，单丝的截面形状等对加工网络丝都 有很大的影响。以往的研究表明，对于异型长丝如三角形、八角形、y 型1 6 j 的长丝，由 于丝的形状特异，增加了丝在网络过程中的勾结能力，有利于网络：研究也认为，丝束 的细度越低也越利于网络，长丝的单丝根数较多也利于网络。但是，由于各实验者所采 用的材料不同，实验条件不同，所得到的结论均有差异。 2 1 4 网络丝的结构与性能的研究 网络丝是由间隔有规律性的开纤部和交络部组成的。由于网络丝的交络部决定了网 络丝的结构与性能，故研究网络丝的结构与性能基本是研究网络丝的交络部。 家元，葛明桥等人【5 ，1 0 川对网络结的角度、直径等进行了研究，也探讨了网络丝的 静态交络强度、动态交络强度、网络丝摩擦性能等各个方面。 香港的研究人员【2 2 】通过实验发现，网络结的结构是由单丝之间的加捻、编织、弯曲 和纠缠四种形式组成的，研究表明：由于加工的工艺参数不同，如空气压力、丝的张力、 加工速度以及长丝的细度等，网络结在各种形式下所占的比例有所不同。随着空气压力 的增加，网络节所占比例逐渐增加；随着丝的张力的减小，网络结所占比例也会增大， 但不如空气压力作用明显，加工速度的增大，网络结所占的比例趋于减小。 学者王善元、廖添益【l 2 0 】等人通过实验发现，网络结的结构6 5 以上均以编织的形 江南大学硕士学位论文 式出现，认为网络结是以三股编织的结构，并给出了网络丝的结构模型。 长丝经过网络加工后，其化学性质没有改变，但对于原来的长丝而言，其物理机械 性能有很大的改变： ( 1 ) 长丝的线密度略有增加： ( 2 ) 断裂强度和断裂伸长率率略有下降； ( 3 ) 网络丝具有较好的抱合性、平滑性； ( 4 ) 染色均匀性稍有提高。 2 1 5 网络加工的适用范围的研究 网络加工技术已经不单纯地应用在涤纶长丝加工生产中，也广泛应用在开发其它产 品中，例如，利用网络加工技术加工连续膨体变形加工、牵伸变形、空气包覆等变形品 种2 3 t 7 1 。 图2 3 为瑞士h e b e r l e i n 公司研制的生产的部件在不同工艺中的应用图，由图可以看 出网络器在网络加工技术的应用情况。 图2 3h e b e r l e i n 公司研制生产的部件在不同工艺中的应用情况图 以h e b e r l e i n 公司生产的b c f ( 连续膨体纱) 系列喷嘴( 图2 4 ) 和h f p 系列喷嘴 ( 图2 5 ) 为例。 图2 4 网络喷嘴图2 5s l i f e h f p 网络喷嘴 第二章国内外研究现状及课题研究的目的与意义 b c f 喷嘴是h e b e d e i n 公司专门为加工连续膨体纱而研制的喷嘴，它可以加工各种 扁平长丝，变形加工过的尼龙、涤纶、丙纶、玻璃纤维等等。利用该种网络器加工的网 络丝可以用于地毯、功能性纺织品、各种装饰织物等。 h f p 系列喷嘴是专门用来加工短纤交络纱和喷气包覆纱，它可以安装在各种机器 上，用来加工短纤交络纱和空气包覆纱。p 法与一般的纯化纤长丝交络的不同之处在 于它是将不同组分的纱交络在一起，得到一种新的结构和性能的纱。喷气包覆纱与通常 的包覆纱在外观和性能方面也不一样，其主要优点如下：具有新的纱线结构和性能， 具有新的市场：高度灵活性，能很快改变纱的组分；投资少，加工成本低；加工 速度高，实际生产速度达到7 0 0 米分，比通常方法加工包覆纱的产量高2 0 3 0 倍； 加工方法简单，因为培训及维修费用低。由于上述原因，h f p 法很受欢迎，并得到迅速 发展。 英国著名的网络器设计公司为加工f o y p o y 丝而专门设计下列网络器，如图2 6 ， 2 7 。 图2 6 f g l 0 型图2 7 f g 5 型喷嘴 f g l 0 系列喷嘴是全拉伸丝( f d y ) 和预取向丝( p o y ) 纺丝过程的专用喷嘴。在全球的 许多使用过程中都证明f g l o 在保证网络加工质量的同时消耗的空气量最少。与其它同 类设计相比，f g l o 的专利设计能够保证在最小的回压下空气分散最好，这样就能更有 效地利用压缩空气。为加工超细纤维p b t 或p t t 纤维，f i b r e g u i d c 公司选用碳化钨而 不是陶瓷作为喷嘴制造的材料。 f g 5 型喷嘴是一种加捻专用喷嘴装置，此喷嘴有各种腔体尺寸和外形，能用于生产 各种类型的网络丝，即可生产适合微纤产品的高结点频率，低结点强度，又可生产适合 无尺寸经纱的超强度网络加工。 2 1 6 网络丝的质量评价和测量方法 网络丝主要评价指标有网络数、网络牢度和网络均匀度。据此，国内外研究学者已 经开发了一系列测试仪器，并制定了一定的标准。在此，做一简要介绍。 江南大学硕士学位论文 ( 1 ) 网络数的测量方法 网络数的测量方法主要有目测法、移针计数法、重锤法、加压法、仪器法等m q ”。 a 目测法 目测法是最简单的一种网络束测量方法，它将网络丝的一端固定，另一端施加预加 张力，量取单位长度后，撤去预加张力使网络丝处于松弛状态，然后直接用眼睛观察， 点数网络结的个数。这种方法比较费时，尤其当网络结比较多时，同时存在人为误差。 b 移针计数法 移针计数法被工厂广泛应用，它将网络丝先预加一定的张力( 拉伸网络丝0 0 5 o 0 1 c n d t e x ，低弹网络丝0 1 0 o 0 2 c n ，d t e x ) ，用带有一定负荷的钢针在网络丝中缓慢移 动，当碰到网络结时，钢针停止移动，一次测定网络数。美国的杜邦公司和瑞士r o t