（纺织工程专业论文）喷气涡流纺（MVS）成纱结构及其织物性能的研究[纺织工程专业优秀论文].pdfVIP

喷气涡流纺( m v s ) 成纱结构及其织物性能的研究 摘要 喷气涡流纺是利用高速旋转气流对纤维须条进行加捻的纺纱方法，其特点是纤 维须条在加捻的过程中形成自由端，最终真捻成纱。由于其纺纱速度快，毛羽少， 可以纺中特数纯棉产品，越来越受到人们的重视。 这种纺纱方法由于采用了高速气流辅助罗拉牵伸对纤维束进行分离，充分利用 了牵伸对纤维控制良好，纤维伸直平行度好的优点，较之一般自由端纺纱中采用刺 辊开松分离纤维的方法，具有纤维分离后伸直平行度好，纤维损伤小的优点，更有 利于改善成纱中纤维的排列形态和成纱强力。同时，该方法采用高速旋转气流对纤 维须条进行加捻，由于无高速回转件的限制，从而可以实现高速纺纱。 村田公司n o 8 6 1 就是基于此类纺纱方法的纺纱机，现在这种机型在我们国家只 有不到1 0 台。由于引进机器数量少，时间短，国内对此机型的研究尚不成熟。本文 描述了喷气涡流纺纱的成纱过程和成纱机理；利用示踪纤维、哈氏切片等纱线结构 的研究方法，对喷气涡流纺纱线结构进行了研究，并得出纱线的结构模型。认为： 中心部分为无捻或是弱捻的芯纤维，大约占纱线的3 0 ，外层为螺旋型加捻纤维。 外层螺旋纤维为两个部分，一部分是单纤维以伸直状态加捻在纱芯上，另一部分是 以弯钩或对折状态加捻在纱的表面上，两者比例约各占5 0 。表层加捻纤维从内层 向外层均具有方向性，但无内外转移现象；通过实验，对比分析了喷气涡流纺纱和 环锭纺的纱线性能及织物性能。认为：m v s 纱线的强力略低于环锭纺，纯棉纱一般 在环锭纺纱的9 0 左右，化纤或混纺产品强力能够达到和超过一般环锭纺，而其他 指标都要优于一般环锭纺，特别是毛羽性能，比环锭纺有较大优势，一部分纱线能 够达到紧密纺水平。使用m v s 纱制作的针织物与传统的环锭纱相比，性能比较接 近，在强力上，纯棉产品有所下降，涤棉产品几乎没有影响；耐磨性、悬垂性、起 毛起球性能优于环锭纺织物；抗折皱性能不如环锭纺织物；透气性和保暖性两者相 差不大。 本论文在内容上，主要包括五部分：第一部分对新型纺纱的发展及分类、喷气 涡流纺纱的发展和国内外研究状况及选题的目的意义、研究内容做了简要概述；第 二部分描述了喷气涡流纺的成纱过程和成纱机理：第三部分对比了喷气涡流纺纱与 其它纺纱方法的纱线性能：第四部分主要是分析了喷气涡流纺纱线的结构及其对性 能的影响；第五部分对比分析了喷气涡流纺纱织物与环锭纱织物的性能。 关键词：喷气涡流纺成纱机理成纱结构纱线性能织物性能 i n v e s t i g a t i o no ny a r ns t r u c t u r ea n df a b r i cp r o p e r t i e s o f a i - j e tv o r t e xs p i n n i n g a b s t r a e t a i rj e tv o r t e xs p i n n i n gi su t i l i z i n gh i g h s p e e dr o t a r ya i rt ot w i s tt h es t r a n do ff i b e r s i t sf e a t u r ei st h a tt h eo p e ne n di sf o m i n dd u r i n gt h ep r o c e s so ft w i s t i n g m o r ea n dm o r e a t t e n t i o nw e r ep a i dt ot h i ss p i n n i n gm e t h o db yp e o p l eb e c a u s eo fi t sh i g h s p e e da n dl e s s h a i r i n e s s ，p u r ec o t t o ny a m sw i t hm e d i u my a mc o u n tc a l lb es p u nb yt h i ss p i n n i n g m e t h o d h i g h - s p e e da i rf l o wi su s e dt oa s s i s t r o l l e rd r a f t i n g ，w h i c hs t r a i g h t e n sf i b e r sa n d m a k e sf i b e r se a s yt oc o n t r 0 1 c o m p a r e dw i t ho r d i n a r yo p e n - e n ds p i n n i n g ，i ti m p r o v e st h e s t r e n g t ho fy a m sa n dt h ea l i g n m e n to ff i b e r si ny a m s ；f i b e r sg e tl e s sd a m a g ed u r i n gt h e p r o c e s s i na d d i t i o n ，i tc a ns p i nv e r yq u i c k l yb e c a u s ei tu s e sh i g hs p e e dr o t a r ya i rf l o w i n s t e a do f c u r s o r st ot w i s tt h es t r a n do f f i b e r s n o 8 6 1s p i n n i n gm a c h i n ep r o d u c e db yc h i t i nc o m p a n yi sb a s e do nt h i sk i n do f s p i n n i n gt e c h n i q u e l e s st h a n1 0l i l a c h i n e so f t h i sk i n dw e r ei n t r o d u c e di nc h i n at i l ln o w i s ot h es p i n n i n gt e c h n i q u eo ft h i sm e t h o dh a sn o tb e e nm a t u r e di nc h i n a t h es p i n n i n g p r o c e s sa n dm e c h a n i s mo fa i r - j e tv o r t e xs y s t e mw e r ed e s c r i b e di nt h i sp a p e r t h en l o t i o n m o d a l i t yo ff i b e r si nn o z z l ew e r es i m u l a t e da n dv a l i d a t e d m e t h o d so ff i b e rt r a c i n ga n d c h i p sw e r eu s e dt oi n v e s t i g a t ea n dm o d e lt h es t r u c t u r eo ft h ea i rv o r t e xy a r n s f i b e r si n t h ec e n t e ro fy a r n sh a v en oo rl e s st w i s t s w h i c ha c c o u n tf o ra b o u t3 0 f i b e r si nt h e o u t e rl a y e r sh a v et h es h a p eo fs p i r a l i t y , w h i c hc o n s i s to ft w os u b 1 a y e r s t h ef i b e r si n s i d e a r et w i s t e di nt h ec o r ew i t ht h es h a p eo fs t r a i g h t ，w h i l ef i b e r so u t s i d ea r ew o u n do nt h e s u r f a c eo ft h ey a mw i t ht h es h a p eo fh o o k s b o t hs u b l a y e r sa c c o u n tf o r5 0 s e p a r a t e l y , a n dt h e yh a v el a r g en u m b e r so fc l o s e df i b e r s f i b e r st w i s t e di nt h es u r f a c ei a y e ra r e o r i e n t e d b u tt h e r ea r en os i g n i f i c a n tt r a n s f e r sb e t w e e nt h ei n n e r - p a r ta n dt h eo u t e r - p a r t d h et ot h eo v e r l a p so ff i b e r si nt h eh e l i c a ls t r u c t u r e h a i r i n e s si sd i r e c t i o n a la n dt h el o n g h a i r i n e s so n l yo c c u p i e ss m a l la m o u n t c h a r a c t e r i s t i c so f y a m sa n df a b r i c so b t a i n e df r o m a i r - j e tv o l u t es p i n n i n ga n dr i n gs p i n n i n ga r ec o m p a r e dh e r eb ye x p e r i m e n t s t h e s t r e n g t ho fm v sy a m si ss l i g h t l yl o w e rt h a nt h a to fr i n gs p i n n i n gy a r n s ；t h es t r e n g t ho f p u r ec o t t o ny a m si sg e n e r a l l ya ta b o u t9 0 o fr i n gs p i n n i n gy a m s ；t h es t r e n g t ho fy a r n s m a d ef r o mp u r em a n m a d eo rb l e n d e df i b e r sc a nr e a c ha n de x c e e dt h es t r e n g t ho fn o r m a l r i n gs p i n n i n gy a m s ，a n dt h eo t h e ri n d e x e sa r es u p e r i o rt on o r m a lr i n gs p i n n i n gy a m s ， e s p e c i a l l y , i th a sl e s sh a i r i n e s st h a nt h a to fr i n gs p i n n i n gy a m s ，s o m ey a r n se a r lr e a c ht h e l e v e lo fc o m p a c ty a m s t h ep r o p e r t i e so fk n i t t e df a b r i c sw h i c ha r ep r o d u c e db vm v s y a m sa r ec l o s et of a b r i c sm a d eb yt r a d i t i o n a lr i n gs p i n n i n gy a m s t h es t r e n g t ho fp u r e c o t t o nf a b r i c sm a d eb vm v sy a m sd r o pt os o m ee x t e n t h o w e v e rt cf a b r i c sa h n o s t n l a k en od i f f e r e n c e s ；i t sa b r a s i o nr e s i s t a n c ea n dd r a p a b i l i t ya r es u p e r i o rt ot h er i n g s p i n n i n gf a b r i c s ；i th a sl e s sp i l l i n ga n dh a i r i n e s s ，b u tt h ew r i n k l er e s i s t a n c ei sn o ta sg o o d a sf a b r i c sw i t hr i n gs p i n n i n gy a m s ；i t sp e r m e a b i l i t ya n dh e a tr e s i s t a n c eh a v en ob i g d i 虢r e n c e s f i v ep a r t sa 托i n c l u d e di nt h i sp a p e r ：t h ef i r s ti , mh a sab r i e f i n t r o d u c t i o na b o u tt h e d e v e l o p m e n ta n dt h ec l a s s i f i c a t i o no fn e ws p i n n i n gm e t h o d s ，t h ed e v e l o p m e n ta n d r e s e a r c hi nh o m ea n da b r o a do fa i rv o r t e xs p i i l n i n f p u r p o s e ，s i g n i f i c a n c ea n dc o n t e n to f t h i sr e s e a r c h ；t h es e c o n dp a r tm a i n l yd e s c r i b e st h es p i n n i n gp r o c e s sa n dp r i n c i p l eo fa i r v o r t e xs p i n n i n g ；t h et h i r dp a r tc o m l n n e st h ey a mp e r f o r m a n c eo fa i rv o r t e xs p h ：l n i n ga n d o t h e rs p i n n i n gm e t h o d s ；t h ef o u r t hp a r tm a i n l yf o c u so nt h ey a r ns t r u f t u r ea n dt h ee f f e c t s o i ly a mp e r f o r m a n c eo fa i rv o r t e xs p i n n i n g ；a n dt h el a s tp a r tc o m p a r e st h ef a b r i c p e r f o r m a n c eo ta | r j e tv o r t e xs p i n n i n g a n dr m gs p m n m g k e y w o r d s ：a i r - j e tv o r t e xs p i n n i n g , s p i n n i n gp r i n c i p l e , y a r ns t r n e t u r e , y a r np r o p e r t i e s , f a b r i cp e r f o r m a n c e 学位论文独创性声明、知识产权权属声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均己做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名 于惨馁 日期：例年月d 日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密i 1 ，在年解密后适用于本声明。 不保密b ( 请在以上方框内打“j ”) 论文作者签名 于f 根 剔嗌轹埘伊哆 日期：砷年月b 日 日期。叫年月厂日 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 第一章概述 1 1 新型纺纱的发展及分类 第一章概述 人类纺纱技术的发展经历了一个漫长的历史过程。在我国，春秋战国时代纺纱 技术已有了雏型，出现了采用手摇纺车等手工纺制纱线的技术。手摇纺车的出现， 标志着人类纺织技术的开始。在1 8 世纪中期，由于工业革命的发生，大大促进了 生产和技术的发展，诞生了机器纺纱，先后有走锭、翼锭、帽锭和环锭等纺纱技术 问世。它们将原先由手工进行的、间断的、互相分离的纺纱过程( 加捻、卷绕) 合并 在一起，由机械来完成，大大提高了生产速度和成纱质量。以环锭纺为代表的加捻 及纺纱方法的革新，把纺纱技术推进到一个新的阶段。但是，在这种传统的纺纱技 术中，由于环锭机加捻卷绕机构体化的特点，使在机械上进一步提高纺纱速度和 劳动生产率受到种种限制，从而影响了环锭纺纱速度和产量进一步大幅度提高。因 此，开辟新型纺纱的途径，研究新型纺纱的方法以提高纺纱产量、开发新的纱线品 种成为人们努力的方向。 1 1 1 新型纺纱的发展 从2 0 世纪的5 0 年代起，先后涌现出成纱机理与环锭纺截然不同的转杯纺、喷 气纺、静电纺、摩擦纺、平行纺、涡流纺、自捻纺等新型纺纱技术。这些新型纺纱 技术的出现，既有利于纺纱技术与设备水平的提升，也为成纱质量的提离和产品风 格的多样性提供了可能。 早在1 9 0 7 年，森莫威廉( s a m u a lw f l l i a n a s ) 就提出了把加捻作用和卷绕作用分 开的设想。1 9 3 7 年，瑞士人伯塞尔森( b e r t h e l s o n ) 提出了转杯纺雏型【l 】，2 0 世纪 6 0 年代开始进入了较大规模的研究和试验，1 9 6 5 年，波尔诺( b m o ) 展出了由捷 克研制成功的k s 2 0 0 型转杯纺样机，在实用上首次获得突破性的成就【2 】，并逐步 进入了工业化生产。目前，转杯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，从而使转杯纺的生产效率、产品质量均有了迅速的 提高，同时，也大大拓宽了转杯纺的应用领域。在国际上目前的整个纺纱规模中， 环锭和转杯纺占9 5 以上。其中，转杯纺的头数占到环锭纺锭子数的3 5 ( 欧 洲此比例为2 5 ) ，转杯纺生产的产品按长度来计。占到总纱量的2 5 ，若按重量 来计，转杯纱占到总纱量的4 0 左右。相对而言。我国的转杯纺发展较世界水平还 有一定的差距，目前转杯纺的锭数在6 5 万头左右，只占到环锭的2 。由此可见， 转杯纺在我国还有较大的发展空间，据有关文献预测 3 1 ，到2 0 1 0 年左右，我国的转 杯纺头数有望达到( 1 2 0 - - - 1 5 0 ) 万头。 2 0 世纪4 0 年代，美国人e s k e n n e d y 提出静电纺纱的设想 4 1 ，并申请了专利， 青岛大学工程硕士论文 我国在5 0 年代末期开始研究静电纺纱，并在技术水平等方面达到了相当的水平。 2 0 世纪6 0 年代初期，美国杜邦( d u p o n t ) 公司提出了第一个喷气纺纱专利 5 1 ，以 后，有关专利不断提出，日本于7 0 年代开始大规模研究，并于8 0 年代初，由村田 ( m u m t a ) 公司等将喷气纺纱机逐步推向市场【6 】。2 0 世纪7 0 年代初，澳大利亚首 先研制了自捻纺纱机，并与1 9 7 1 年在巴黎展出了m 型自捻纺纱机，后来英国、 法国也研制出具有两个加捻系统的低线密度包缠自捻纺纱机。摩擦纺于1 9 7 3 年由 奥地利的费舍尔博士( d r e m s tf e h r e r ) 提出专利，并相继推出了d r e f 的i 型、 型、型等机器 6 1 ，我国也对摩擦纺纱机进行了研究，并开发了具有特色的机型。 涡流纺纱最早由德国哥茨弗莱德( g a t z f r i e d ) 予1 9 5 7 年设计的，1 9 7 5 年波兰在米 兰i t m a 展览会上展出了p f 1 x 型涡流纺纱机，我国也研制出了自己的机型嘲。此 外，还有平行纺、管道纺等几十种新型纺纱方法先后问世。 这些新型纺纱的方法和技术的出现，突破了传统纺纱的成纱机理，使得纺纱速 度的提高，卷装的增大成为可能。使劳动生产率大幅度提高，花色品种大大增多， 从而有力地推动了纺纱技术的发展。 l - 1 2 新型纺纱的分类 新型纺纱的种类繁多，因此分类方法也有多种。但主要有两种分类方法。 1 1 2 1 按成纱原理分 新型纺纱按成纱原理可分为自由端和非自由端纺纱。由喂入点到加捻点之间的 须条是断开的纺纱方法为自由端纺纱，纺出的纱是真捻结构，如转杯纺、摩擦纺、 静电纺、涡流纺等。由喂入点至加捻点之间的须条是连续的纺纱方法为非自由端纺 纱。由于整个须条是连续的，须条的两端分别被给棉罗拉和引纱罗拉所握持，而在 中间加捻，形成假捻形式，纺出的纱不是真捻结构。例如喷气包缠纺、自捻纺、平 行纺等，其纤维须条在纺纱过程中是完全连续输出的。 1 1 2 2 按成纱方法分 新型纺纱按成纱方法可分为加捻纺纱、包缠成纱、自捻成纱、粘合纺纱。加捻 纺纱是靠给纤维须条施加一定的捻度而成纱。例如，转杯纱和涡流纱。包缠成纱是 靠纤维互相包缠而成纱。例如，喷气纱的结构就是纤维互相包缠而形成的，它以短 ( 纤维) 包短( 纤维) 的形式成纱；摩擦纺包芯纱是以长丝为纱芯，外包短纤维而 成纱的，它是以短( 纤维) 包长( 丝或纱) 的形式成纱。自捻成纱是靠两根单纱的 假捻捻度而自捻成纱。自捻纺纱是自捻成纱的典型代表。粘合纺纱是靠一定的粘合 剂使纤维粘合而成纱。 1 2 喷气涡流纺( m v s ) 的发展 作为新型纺纱技术的重要代表，喷气纺纱的优势已被广为认可。但是喷气包缠 2 第一章概述 纺受其假捻包缠成纱机理的限制，使纯棉喷气包缠纱成纱强力较低。由于棉纤维本 身的性能无法调整，迸一步提高纯棉喷气纱的强力是相当困难的队1 4 1 。为此，国内 外的纺织学者研究改变了喷气纺成纱机理，使原来连续的须条在一定的距离内形成 自由端，成为喷气涡流纺纱。 1 , 2 1 自由端纺纱的原理 所谓自由端纺纱就是纺纱过程中在某处将连续的纤维束断开，使纱尾形成自由 状态，以保证纱条加上真捻1 6 】。自由端纺纱有多种方式，其基本特点在于喂入端一 定形成自由端。通常是加捻之前把连续的纤维束断开，连续的纤维束大体上是在其 轴向被断开，或者在其径向分离出边缘纤维( 头端自由纤维) 。经过断裂( 分离) 后的纤维又必须重新凝聚起来成为连续的须条，再经加捻而卷绕成筒子( 如图1 1 ) 。 l 一喂入端2 一自由端3 一加捻部件4 一纱线5 输出端 图1 1 自由端纺纱加捻示意图 喷气涡流纺纱是一种新的自由端纺纱方法，它是根据自由端成纱机理，合理应 用空气动力学技术，使纺纱技术更趋完善和合理化的一种纺纱方法。为了使自由端 纺纱达到加捻与卷绕作用分开，又要保证获得真捻，就必须改变现有传统纺纱系统 的加捻方法，使真捻产生在加捻部件与卷绕部件之间的这段区域内，而不使须条喂 入端至加捻部件区域内产生反向捻回，就必须使喂入须条断开或纤维相互分离，使 得纤维成为相互分散又连续的纤维流，也就是在喂入端至加捻部件之间的须条形成 自由端。自由端的形成，通常采用“断裂”纤维集合体的方法。目前自由端的形成 通常采用两种方法一纵向断裂纤维须条和径向分离头端自由纤维。喷气涡流纺纱 方法通过高速高压的空气流场，完成对纤维集合体的开松、输送、凝聚和加捻而成 纱的。 1 2 2 喷气涡流纺纱的发展 喷气涡流纺纱的研究始于二十世纪后期，国内外的纺织学者对喷气涡流纺纱进 行了有益的探索。 目前，研究喷气涡流纺纱方法比较成熟并进行工业化生产的是日本村田公司。 该公司于1 9 9 5 年推出了喷气涡流纺纱机( m u r a t a v o r t e x s p i n n i n g ，简称m v s ) u 1 。 m v s 是在喷气包缠纺的基础上发展起来的一种全新的纺纱方法，利用气流喷射在 青岛大学工程硕士论文 喷嘴内产生高速旋转气流，使须条的边缘纤维( 头端自由纤维) 的头端对内层纤维 产生相对角位移，使须条获得真捻而成纱。 旋转的涡流对纱的加捻要比机械式加捻效率高的多。m v s 8 5 1 纺纱机的引出速 度为4 0 0 r e r a i n ，m v s 8 6 1 的引出速度达到4 5 0 n g m i n ( m j s 喷气纺的最高速度 3 0 0 n g m i n ) ，可以加工混纺及纯棉纱线，可纺纱支从1 5 英支到6 0 英支。高速回转 的涡流只作用在纤维上，除了完成加捻任务外，并不影响纱线支数的高低。日本村 田喷气涡流纺纱( m v s ) 已得到全球范围的认可，如今，除美国之外，m v s 纺纱 设备已行销巴西、欧洲、土耳其、澳大利亚、印度尼西亚以及泰国等多个国家和地 区【9 】。 国内企业近两年也开始弓i 进了日本村田m v s 系列纺纱机。中纺金维纺织公司在 2 0 0 4 年底从日本村田公司引进两台m v s 8 6 1 喷气纺纱，并于2 0 0 5 年初投入生产。 s a u r e r 集团s c h l a t h o r s t 公司也提出了一种改进的短纤纱的涡流纺纱方法【蚋，这 种纺纱方法利用气流对无捻须条中的纤维提供加捻作用来生产短纤纱而不会导致 纱线有任何强力损失( 如图1 2 ) 。 87 l 一须条z 一单纤维3 一锭子4 管状锭芯5 一纱线 6 一固定机架7 一轴承8 一圆环9 一传动带1 0 环状凸缘 图1 2s t o u t e r 短纤纱的纺纱装置 以上两种新型的纺纱方法突破了传统喷气纺纱的束缚，在成纱机理上有了很大 突破，实现了工业化生产。但是由于自由头端纤维的分离率只有4 0 5 0 。因此对 纱线的强力的提高帮助不大，对喷嘴的研究有待进一步研究探讨。 国内也对喷气涡流纺纱进行了研究。东华大学的郁崇文对纤维在喷嘴中产生的 喷气流场中的受力和运动情况作了理论分析和推导，探索了利用高速压缩气流来分 离纤维的可能性。在此基础上于1 9 9 5 年提出了一种新的纺纱方法一喷气涡流纺 纱的专利【9 ，1 1 1 ，该方法利用高速气流来形成自由端和加捻成纱，不损伤纤维。纺 4 第一章概述 纱过程如图1 3 所示。 l 前罗拉2 分离喷嘴3 一滤网4 一加捻喷嘴5 输出罗拉 圈1 3 爵状式凝聚纺纱装置 在纺纱过程中，喂入条子经罗拉牵伸由前罗拉( 1 ) 输出，经第一喷嘴( 2 ) 的分离纵 向断裂纤维须条，形成分离的纤维流，从而产生自由端，气流纤维混合体进入滤网 ( 3 ) 后纤维和气流分离，纤维停留在网中，气流则从网眼中喷出，纱条因加捻喷嘴( 4 ) 的作用不断将网中纤维捻在纱尾上，成纱后经输出罗拉( 5 ) 输出。在整个纺纱过程中， 分离区阅的纤维流无捻度，以确保喷气气流对纤维的分离。两个喷嘴的喷气方向均 与纱尾运动方向相反，使纱尾受到与其运动方向相反的气流阻力，从而保证自由端 的形成和纺纱的连续性及稳定性。纤维由罗拉牵伸后输出，高速气流的进一步牵伸 分离有利于提高纤维的伸直平行度。在试纺的过程中，纤维易把网眼堵塞，故纺纱 时间较短，不能长时间连续纺纱，成纱品质也有待于进一步提高。进行工业化生产 还有一定的难度有待于进一步探索改进，但是毕竟提供了研究喷气涡流纺纱的思路 和方法。 1 3 国外的研究状况 国外有关喷气纺的研究主要从成纱机理、纺纱工艺参数的调整、成纱结构理论 以及计算机在喷气纺纱技术中的运用等方面入手，不断提高喷气纺纱技术。其中对 喷气涡流纺纱的研究始于二十世纪后期。目前，研究喷气涡流纺纱方法比较成熟并 进行工业化生产的是日本村田公司。该公司于1 9 9 5 年推出了喷气涡流纺纱机 ( m v s ) m v s 是在喷气包缠纺的基础上发展起来的一种全新的纺纱方法，它将假 捻包缠的成纱机理改为自由端加真捻的成纱机理，以改善纺纱时对原料尤其是对长 青岛大学工程硕士论文 度较短的棉纤维的限制性，使纯棉纱的强力大大提高。其机理是利用气流喷射在喷 嘴内产生高速旋转气流，使须条的边缘纤维( 头端自由纤维) 的头端对内层纤维产 生相对角位移，使须条获得真捻而成纱。 美国专利63 1 47 1 4 纺纱装置是$ a u r c r 集团s c m a l h o r s t 公司利用气流对无捻须 条中的纤维提供加捻作用来生产短纤纱的装置。该纺纱系统有一个旋转的锭子和一 个静止的锭芯，锭芯用来引导经过牵伸的纱条。因为不会产生假捻，属于真捻纺纱。 a r t z t - f p 2 1 3 、m a t s u m o t ot t l 等分析了喷气涡流纱的结构，通过实验得出喷 气涡流纱与环锭纱具有相似的结构：喷气涡流纱和转杯纱虽然都具真捻结构，但前 者捻度方向往更强。作者还比较了涡流纱与环锭纱的主要性能，得出如下结论：涡 流纱除了强力稍低于环锭纱，其他性能均优于环锭纱。 r o z e l l cw n 【1 5 1 详细研究了喷气涡流纺的成纱过程，提出前罗拉的钳口到空心 锭口的距离对成纱性能有非常重要的影响，这个距离越大越有利于形成自由端纤 维，使纱线越接近真捻纱。 c 瓤l a l a 磁e n c e 等( 1 6 1 通过微观分析，把嚷气纱中纤维的形态绪梅分为三类：第 一类结构为均匀包缠纤维，第二类结构为随机包缠纤维，第三类结构为未包缠纤维。 当纺纱工艺条件变化时，每一类出现的频率和平均长度都不相同，其中，第三类结 构对纱强没有任何贡献，而具有包缠结构的第一类结构与第二类结构承担纱线强 力，其中第一类结构比第二类结构更重要。通过实验选择各种纺纱参数，如气压、 纺纱速度、张力牵伸、两喷嘴隔距等，对各类纤维的频率秘平均长度影响，从两影 响纱线强力。 p u n j s k 等【 】研究了喷气纱和环锭纱纱截面内纤维的径向分布规律。研究发现， 在纱线的同一横截面，纱线的密度不均匀，喷气纱纱芯的密度最大，向外逐渐减少； 环锭纱的密度先从纱芯增大，到纱线半径的l 3 到i 4 的区间时达到最大值，然后 向纱线表面又逐渐减小。并通过转移指数的计算得出了涤棉混纺喷气纱中包缠纤 维、纱芯的基本组成及涤纶纤维线密度对包缠纤维数量的影响。 r a n g s a w a m y 等【l8 】认为第一喷嘴和第二喷嘴的交互作用对涤，棉喷气纱的强力 有很大的影响。并且通过不同的压力组合优化出了得到最高纱线强力的第一、第二 喷嘴的气压。 m e l l i a n d ( e n g e d ) 1 1 9 】提出通过优化喷嘴设计提高喷气纺纱系统生产率。通过优 化纺纱元件，减小气孔直径同对增加数目及气压。 1 4 国内的研究状况 国内对喷气纺的研究主要集中在成纱机理、成纱过程、喷嘴结构参数、纱线结 构及性能等研究上，对影响其强力的因素进行了探讨和实验研究，以提高喷气纺纱 6 第一章概述 的性能，使纱线达到最佳的性能指标，体现其优越性。 喷气纺作为一种新型纺纱方法，其成纱机理和成纱过程一度成为学者研究的重 点。对喷气纺纱是自由端纺纱还是非自由端纺纱、是假捻纺纱还是真捻纺纱的问题 存在争议自由端纺纱是在纺纱过程中有纤维须条的完全断裂，而非自由端纺纱在 纺纱过程中纤维须条是完全连续输出的，并没有出现断裂。 一种观点认为喷气纺属于非自由端纺纱方法 2 0 一“2 2 1 。金佩新等 2 e l 研究发现； 正常纺纱时，加捻器的第一喷嘴离开前钳口的距离小于纤维的主体长度，当输出前 钳口的纤维头端到达第一喷嘴时，尾端仍处在前钳口之下，所以不存在须条的断裂 过程；另外借助高速摄影拍照的观察，也证明前罗拉处的须条是连续的，说明喷气 纺属非自由端假捻纺纱。 另外，有学者从纱线结构角度来说明喷气纺的成纱机理刚。喷气纺是典型的包 缠结构，纱芯纤维有三种状态：z 向、s 向和平行向。但倾斜角均很小，在1 0 0 以下。 经解捻后。纱芯的z 向、s 向倾斜相互调整，处于新的平衡状态。这个特点不同于 一般自由蠛或非自由端真捻纱，只能是非自由端包缠纱。 对喷气纺的包缠过程大多数学者【2 1 1 扭2 4 1 认为是一个假捻斗退捻包缠的成纱 过程，当纤维须条进入第一喷嘴，在第一喷嘴气流回转作用下转动而获得誓r 捻。 由于第二喷嘴的气流反向回转且动力远大于第一喷嘴，迫使第一喷嘴到前罗拉问的 纱条解捻。从z 变成s 捻。 郁崇文( 1 1 1 在喷气涡流纺纱的成纱机理上作了一定研究，通过研究总结出采用喷 气分离纤维到形成自由端纺纱必须满足的三个条件：( 1 ) 分离区间有一定长度，且在 区间上纤维流不得有捻度而影响分离；( 2 ) 作用在纱尾上气流的轴向速度不得高于纱 尾本身速度，以免吹走纱尾。实际上气流速度高于纺纱速度，因此必须使气流速度 与纱尾速度方向相反，以给纱尾一定的张力，使其停留在凝聚区中；( 3 ) 凝聚前，分 离纤维和气流。 对赜嘴规格的研究主要集中在喷孔角度、孔径、数目、喷嘴内径、两喷嘴的喷 孔距离等结构参数上，而对纺纱工艺参数的研究主要从前钳口与第一喷嘴距离、纺 纱速度、两喷嘴气压和牵伸倍数等方面着手。目的是改善成纱质量，主要是提高成 纱强力和条干均匀度。 唐佃花、邢明杰等【2 5 】分析了喷气纺纱的成纱结构和影响其强力的因素纤维性 能，半成最质量及工艺参数，旨在找出提高成纱强力豹措施。 王建坤等嘞7 捌分析了喷气纺纱喷嘴的主要结构参数( 喷嘴的直径、喷孔角度 等) 对喷气纱质量的影响，并通过二次回归正交实验设计和多因子的计算机辅助设 计，得出结论：当第一喷嘴直径为3 9 8 m m ，喷嘴的喷孔角度为5 4 9 度；第二喷嘴 直径为3 9 8 m m ，喷嘴的喷孔角度为8 3 3 度时，可获得最佳的喷气纱质量。 7 青岛大学工程硕士论文 郁崇文【2 9 1 通过对开纤槽结构参数与成纱强力的实验，找出了其结构参数与成纱 强力的关系。当开纤槽的长度为8 m m ，高度为o 8 m m ，槽数为8 个时，有利于提高 成纱强力。 刘常威等【3 0 】通过对两喷嘴间距这一结构参数与成纱强力的实验，找出其与成纱 强力的关系，当两喷嘴间距为2 4 4 5 m m 时有利于喷气纺纱机纺纯棉时提高成纱强 力。 郁崇文【3 1 1 分析了喷气纺纱中第一喷嘴对前罗拉钳口下须条的解捻作用，通过对 第一喷嘴的设计以及对影响成纱强力的主要工艺参数所作的优化试验，得出了在纺 纯棉喷气纱时，获得较高强力的优化工艺参数第一喷嘴的长度为6 0 r a m 。 陆晶 3 2 1 、李成龙郾1 也做了纯棉喷气纺纱工艺与成纱机理的研究工作，陆晶还通 过回归旋转设计找到了两喷嘴气压比、喷孔角度和两喷孔距离的最佳搭配，即当两 喷孔距离为2 3 7 0 m m ，第二喷嘴喷孔角度为8 5 度，第一、二喷嘴的气压比为2 2 5 时纺制出的纯棉纱的单纱强力最高，为1 5 9 c n 。 缪德杰m 】在1 9 9 1 年做了苎麻喷气纺纱的研究工作。这是开发麻型纤维喷气纺 纱的开端。他对苎麻喷气纺纱的纺纱工艺进行了较为全面的研究，得到了以下的主 要结论：通过合理设计喷嘴的结构和工艺参数的配置，采用喷气纺纱方法纺制含苎 麻纤维纱是可行的；第二喷嘴气压大于第一喷嘴气压不是纺纱工艺条件的唯一模 式；从提高成纱强力的目的出发，通过优化设计得到了喷气纺纱纺麻纤维的最佳工 艺参数的配置：纺纱速度略大于l o o m r a i n ，超喂比略小于o 9 7 ，卷绕比略大于o 9 6 。 郁崇文、张文赓1 3 5 】运用激光多普勒测速仪对喷气纺喷嘴中的气流场以及有关参 数对喷嘴中气流场分布的影响作了测试分析，所得的结果对掌握喷气纺喷嘴中的气 流场的分布规律、合理地设计喷嘴、优化有关参数等提供了依据。 戴伟锋、王灯1 l 目 3 6 1 通过实验数据及理论分析，找到适合细旦纤维喷气纺的喷嘴 结构参数，来提高喷气纱的强力，为推广细旦纤维喷气纺高支纱提供依据 杜兆芳 3 7 1 通过复合形法优化得出，绢丝喷气纺喷嘴工艺的最佳方案为：两喷嘴 间距离为3 6 5 7 m m ，前罗拉出口到前喷嘴入口距离为3 9 m m ，前后喷嘴的压力分别 为2 6 9 4 k p a 和3 5 9 6 k p a 。 郁崇文【3 l 】对纯棉喷气纺纱中喷嘴等参数进行优化设计，得到了获得较高强力的 优化工艺参数。通过研究发现，第一喷嘴适当加长，可增大其对纱条的解捻作用， 从而使前罗拉钳口下的须条松散，有利于产生更多的边缘纤维，增大包缠纤维数。 从实验结果发现，第一喷嘴采用6 0 m m 时，成纱强力可以得到提高。通过旋转设计 发现，第一喷嘴加长后( 6 0 r a m ) ，并选用适当的工艺参数，可有效地增加纯棉喷气 纱的成纱强力。 自由端纺纱喷气纺纱的研究表明，自由端纺纱加真捻的成纱机理有利于改善成 8 第一章概述 纱质量，适用于纯棉纺纱，克服了传统喷气包缠纺纱的局限性。自由端纺纱还处于 起步阶段，需要对其进一步研究，以使这种方法的成纱质量有较大的提高，适纺范 围更广。 邢明杰两，杨磊，王丽丽等对喷气涡流纺( m v s ) 在成纱机理、空气流场、成 纱性能、纺纱工艺等方面进行了研究，并在此基础上，设计试制了国产喷嘴。 1 5 课题意义与主要研究内容 2 0 世纪8 0 年代以来，新型纺纱技术有了很大的发展。特别是其中的喷气纺纱 由于其纱条的假捻、包缠是由高速回转的压缩空气完成，因此无高速加捻回转件， 所以一直以输出速度高、可纺纱细号的特性而被人们所看好。 但是必须承认，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。这是喷气纺的一个主要不足。同时，喷气 包缠纱还有手感糙硬，毛羽有方向性，易形成棉结等缺点，也影响到它的应用范围。 从工艺上看，合理设计喷嘴和选取工艺参数以获得较优的包缠纤维数量和包缠角 度，可以使纯棉喷气纱的强力达到同类环锭纱的8 0 左右，但是，由于棉纤维本身 的性能无法调整，棉纤维长度较短，短纤维含量高，易引起包缠不匀，所以进一步 提高纯棉喷气纱的强力是相当困难的。在假捻包缠结构的纱中，承担负荷的主要是 伸直平行的芯纤维，纤维长度越长，纤维问的摩擦力越大，芯纤维能承担的负荷越 大，成纱强力也就越大。喷气假捻包缠纱从机理上来看是不适合纯棉这种短纤维的， 它要求( 芯) 纤维具有一定的长度( 5 0 衄以上) 。 m v s 喷气涡流纺它也是利用喷嘴内压缩的高速涡旋气流，作用在经过牵伸的纤 维束上加捻成纱。但它将传统的喷气纺假捻包缠的成纱机理改为自由端加真捻的成 纱机理，改善了纺纱时对原料尤其是对长度较短的棉纤维的限制性，使纯棉纱的强 力大大提高，可达到环锭纱的8 0 。由于其独特的喷嘴结构和成纱机理，使纱线的 结构和性能较传统的喷气纱都有所变化。同时m v s 具各了以上提到的喷气纺的众多 优点。 国内对喷气涡流纺的成纱机理、纱线的结构和工艺已有一些研究，但还不是很 成熟。本课题拟在此基础上对m v s 喷气涡流纺的成纱结构和织物性能作进一步的 9 青岛大学工程硕士论文 研究，探讨成纱结构与织物性能之间的关系和影响，推动喷气涡流纺纱技术在中国 的发展。主要研究内容如下： 1 通过高速摄影对纤维在喷嘴中的运动形态进行模拟和验证，对蝌s 成纱机理 进行了进一步的探讨，有助于增加人们对喷气涡流纺这种新型纺纱的认识。 2 通过电镜、示踪纤维等先进的仪器和实验方法，对m v s 纱线中纤维的排列 形态、包缠纤维的量以及对芯纤维缠绕的紧密度进行分析，建立成纱结构模型。 4 通过和环锭纱的比较，对纱线的各方面性能进行测定，从而全面的认识所 研究的喷气涡流纱的特性。 5 将w s 纱织物与环锭纱及其织物的性能进行测试与对比分析，了解两者之间 的差别，进而了解m r s 纱织物的服用性能，以便生产中得到推广。 1 0 第二章喷气涡流纺( m r s ) 成纱机理 第二章喷气涡流纺( m r s ) 成纱机理 喷气纺纱是利用高速旋转气流进行纺纱的工艺。自二十世纪六十年代问世以 来，其作为一种新型纺纱方法的优势已被广为认可。喷气包缠纺纱的成纱机理，适 宜于纺制涤棉及5 1 r a m 以下的化纤，在纺纯棉纱时强力低。棉纤维的长度和整齐度 均较化纤差，不适合喷气包缠纺机理，因此进一步提高纯棉喷气包缠纺纱的强力是 相当困难的。为了改变喷气包缠纺纯棉纱强力偏低的不足，必须对喷气纺纱的成纱 机理进行改变，以提高喷气纺纱机对纯棉的适纺性能和成纱质量。 2 1 喷气涡流纺工艺流程及特征 m v s 是 i u r a t u e cv o r t e xs p i n n e r 的简称，是日本村田公司为了弥补包缠喷气纺 纱体系对纤维长度的适应性差，只能加工生产涤纶等等长度的化纤纱或者生产涤棉 等混纺纱，不能生产纯棉纱的不足在喷气纺的基础上发展起来的新一代喷气纺纱机 ( 我们称喷气涡流纺纱机) 。 m v s 喷气纺纱机包括牵伸、涡