（纺织工程专业论文）竹节纱捻度测试方法与分布规律的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 本课题提出了一种可以分别测量竹节纱的基纱和竹节捻度的方法，对竹节纱的竹节与基纱上捻 度分布规律以及竹节纱参数尤其是竹节纱捻度对强力的影响进行了介绍与分析。 用传统的测试方法及测试步骤来测量竹节纱的捻度只是一个平均捻度很难测出具体的基纱捻 度和竹节捻度。先测出每部分的捻同角再用公式换算成捻度就能得出相应的竹节与基纱捻度。直 接测鬣纱线捻角不方便，本课题中采_ i j 的是间接方法，即先获得放大的纱线表面纤维走向的i 玺| 像， 然后再测量图像中纱线的捻同角。为了采集到可以看出纤维走向的竖直纱线表面图像，通常都将纱 线放大至2 5 0 - 3 2 0 倍左右来采集基纱图像；将纱线放大1 2 0 2 0 0 倍左右来采集竹节图像。 在分析竹节纱的竹节与基纱上捻度分布规律以及竹节纱参数对其捻度分布的影响时，纺制了4 0 种不同参数的竹节纱分别从5 个方面进行讨论，包括竹节倍率、竹节间距、竹节长度、循环长度不 变时竹节长度在总长度中所占比例以及竹节长度与竹节间距的比值这5 种情况分析出竹节纱捻度的 分布规律。 采用同样的参数设计来分析竹节纱参数对强力的影响，也同样是从这5 个方面来分析讨论，重 点分析其捻度对强力分布的影响。 竹节纱的3 个基本参数竹节倍率、竹节长度、竹节间距决定了竹节纱捻度的分布，而这种分布 又对纱线强力产生决定性的影响。 【关键词】环锭纺竹节纱捻回角捻度强力 江南人学硕l ：学位论文 a b s t r a c t am c t h o dt om e a s u r et w i s ta n g l eo fb a s i cy a ma n ds l u bi n d i v i d u a l l yf o rs l u by a mi si n t r o d u c e di nt h i s p a p t 2 1 - t h ed i s t r i b u t i o nr e g u l a rp a t t e r no f s l u by a ma n ds l u by a m sp a r a m e t e re s p e c i a l l yt w i s t si n f l u e n c eo n s t r e n g t ha l ea l s oa n a l y z e d b yu s i n gt r a d i t i o n a lm e a s u r e l n e l l tt og a u g et w i s to f s l u by a m ，w ec a no n l yg e taa v e r a g er e s u l tb u tn o t t h ei n d i v i d u a lo n e w ec o u l dg e tt h et w i s ta n g l ef i r s t l y , t h a nc o n v e r ti ti n t ot w i s tw i t ht h es p e c i a lf o r m u l a i t sd i f f i c u l tt om e a s u r et h et w i s ta n g l ed i r e c t l y ；t h ei n d i r e c tw a yi sm o r es u i t a b l e i nt h i sm e t h o d ，t h e m a g n i f i e di m a g e sw h i c hc a r ls h o wf i b e r s 仃e n do nt h es u r f a c eo fy a r n sa l ec o l l e c t e da tf i r s t , t h a nt h et w i s t a n g l e so fs l u by a r n sc o u l db em e a s u r e db yas p e c i a l i z e di n s t r u m e n t i no r d e rt og e td i s t i n c ti m a g e sw h i c h h a v ev i s u a lf i b e r s t r e n do i lv e r t i c a ly a m s ，w eu s u a l l ym a g n i f yt h ey a r n sb y2 5 0 3 0 0t i m e st og a t h e rt h e i m a g e so f b a s i cy a r n s ；b y1 2 0 - 2 0 0t i m e st og a t h e rt h ei m a g e so f s l u b s t h e r ea r e4 0k i n d so fd i f f e r e n ts l u by a r n sa d o p t e di nt h ee x p e r i m e n tt oa n a l y z ed i s t r i b u t i o nr e g u l a r p a n e mo ft w i s tf o rb a s i cy a m sa n ds l u b sa n dt h ea f f e c t i o no nt w i s tb ys l u by a m s p a r a m e t e r t h e s ek i n d s a r ed e l i v e r e di n t o5a s p e c t sw h i c hc o n t a i ns l u bm u l t i p l e , s l u bl e n g t h , s l u bs p , 目r e , t h ep r o p o r t i o no fs l u b l e n g t ht oc i r c u l a t e dl e n g t hw i t ht h ec i r c u l a t e dl e n g t hi sn o tc h a n g e d , t h er a t i oi ：m i w os l u bl e n g t ha n ds l u b s p a c e t h es a m ec o n s u l t a t i o nf o rp a r a m e t e ro f s l u by a mi su s e di nt h es t r e n g t ht e s t , f o c u s i n go nt h ei n f l u e n c e o f t w i s t0 1 1s t r e n g t h s l u bl e n g t h , s l u bs p a c e ，s l u bm u l t i p l ea r es l u by a r n f u n d a m e n t a lp a r a m e t e r 1 1 1 e yd e c i d et h e d i s t r i b u t i o no f t w i s t , a n dt h i sd i s t r i b u t i o nh a si m p o r t a n ti n f l u e n c eo ns t r e n g t h k e y w o r d s r i n gs p i n n i n g ；s l u by a r n ；t w i s ta n g l e ；t w i s t ；s t r e n g t h 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：盘垒丝 日期：。7 年；月7 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：参雄导师签名：掣 日期： ，7 年多月”日 绪论 绪论 竹节纱是花式纱中的主流纱线，以其特有的风格被广泛地用于牛仔布、高档衬衣、装 饰用品、床上用品等领域。_ f j 竹节纱织成的织物布面旱现无规律的竹节样波纹，形似雨点 或云斑，风格立体、丰富、朴实；使_ 【 j 在横机针织物表面早现花朵形状，具有雪花形特色 的风格，颇为美观在穿着时还可减少贴肤面积，深受消费者喜爱。随着社会的发展进步 以及人们生活水平的提高，对纺织品的要求越来越高，竹节纱的性能、开发与应用方面的 研究亦越来越受到重视。 竹节纱的研究历史及现状 竹节纱自2 0 世纪7 0 年代问世以来，就倍受瞩目，国内外专家开始重视在普通的环锭 细纱机上纺制竹节纱，曾出现了纺竹节纱专用的附加控制装置如直流伺服电机和交流伺服 电机等。我国从8 0 年代初起研究开发出了牵引磁铁、电磁离合器、牵伸罗拉速度切换等 纺制竹节纱的控制机构。它们都具备了较好的纺制竹节纱的性能，但也存在一些问题，如 品种更换不方便，在竹节后还出现比基纱更细的微段细节等，影响成纱的性能，其产品质 量波动性很大，纺制中经常出现断头和竹节纱参数不准确的现象，而且其自动化程度和精 确度也较低。随着国外一些先进的竹节纱装置的引进，加上目前也有部分企业利用先进的 伺服电机来控制前罗拉、中罗拉的变速来生产各种外观的竹节纱，国内的竹节纱生产技术 已经达到了国际水平，竹节纱在纺织品中的应用也越来越广泛。 有关竹节纱的具体研究，主要集中在纺纱- i = 艺方面“，如细纱机上纺制竹节纱时原有 的工艺参数如何协调，竹节纱的各项外观工艺参数变化时对纱线的各项指标( 如强力、捻度 等) 有何影响等。也有分析竹节纱质颦的，f u r t e r r i c h a r d 曾用乌斯特仪测定了竹节纱的 品质特征，并对纱线质量做出了估计“。 竹节纱捻度测试的研究现状 虽然目前竹节纱的生产较普遍但竹节纱的考核指标以及参数测试等方面都没有具体 的标准，采用普通纱线的标准来衡餐竹节纱存在很多缺陷，竹节纱的生产工艺上各生产厂 家也没有一个准确的标准竹节纱基本参数测试也没有一个准确的测试方法。国外对这方 面的研究也鲜见报道。在捻度的测试方法上，一般都按照传统的一次退捻法，二次退捻法 及多次退捻法。近年来，许多专家提出了用计算机研究纱线结构和测试纱线捻度的方法， 如国外_ i j 图像处理测试织物表面纱线上的纤维捻同角的方法，通过跟踪纱线表面纤维上的 像素计算纤维的捻同角1 ；或是用示踪纤维法测试纱线的结构参数“。在国内也有专家提 出根据图像分析原理，采用适当方法对纱线图像作二值化处理，提取表面纤维图像，用回 归分析法对变换后的圈像像素灰度值进行分析，从而得到纱线表面纤维的捻同角 1 3 o 江南人学硕。学位论文 课题的研究意义 竹节纱在市场上具有很强的竞争能力和开发价值，据报道，花式纱线装饰织物每年以 2 - 5 的速度递增“，而竹节纱自1 9 8 5 年以来就在国内市场上畅销，它从最初应用于装 饰布，如墙纸、窗帘、茶巾、手帕等逐渐转向各种农着_ 【 j 面料。而在目前每月有超过5 0 0 0 吨的市场需求茸其中仅广+ 东就达3 0 0 0 吨，一年大概有1 0 亿元左右的市场份额，对竹节 纱的工艺参数( 捻度和强力分布) 进行深入研究，不仅对相关企业的生产具有指导意义， 创造一定的经济效益；而且为竹节纱控制装置的研究和竹节纱设备的改造提供了更为广阔 的空间；同时也可为制定竹节纱捻度和强力标准提供理论参考，更加完善竹节纱的理论研 究。 课题研究内容 本课题的研究主要包括以下几个方面的内容： 1 设计出种可以分别测茸竹节纱的竹节与基纱捻度的方法。能够具体测试得到竹节 纱的基纱和竹节捻度，才能讨论分析其捻度分布规律。 2 分析竹节纱的竹节与基纱上捻度分布规律以及竹节纱参数对其捻度分布的影响。主 要看竹节纱几个基本参数对这种分布的影响。 3 分析竹节纱参数尤其是竹节纱捻度对强力的影响。 2 第一章竹节纱的特点及分类 第一章竹节纱的特点及分类 1 1 竹节纱的结构特点 竹节纱的外观特征是在长度方向上忽粗忽细它的几何结构如图1 所示，包括基纱部 分、竹节部分及过渡部分组成，其中过渡部分又由基纱转为竹节的渐变部分和由竹节 转为基纱的渐变部分az 组成。其特征参数有基纱号数、竹节粗度i ( 倍率) 、各段间距l l ( 节距) 和各段竹节长度1 2 ( 节长) 。另外捻度和强力也是影响竹节纱质量的重要参数。 厶- a l 1 2 竹节纱的参数设计 图卜1 竹节纱的几何外观 竹节纱主要由基纱和竹节部分构成，一个完整循环竹节纱可由下式表达“” n n = l l x n t i 1 0 + 1 2 x n t l t o 以，：= ，。x i 代入，则 n l 一2 n t 。x t o i q i + i x l 2 ) n | t = n 。x l o 娜l i + 1 0 k 竹节纱的线密度( t e x ) m 一基纱的线密度( t e x ) ，：竹节线密度( t e x ) ，o 个循环中纱线总长度( c r t l ) l i 个循环中基纱总长度( c r t l ) ，2 个循环中竹节总长度( c m ) 3 ( 1 - 2 ：) ( 1 3 ) 江南人学硕 ：学位论文 1 3 竹节纱的分类 竹节纱按竹节的分布情况可分为无规律竹节纱和有规律竹节纱，无规律竹节纱竹节呈 零乱分布，竹节间没有吲定的节距：有规律竹节纱义可分为等节距竹节纱和有规律不等节 距竹节纱。前者所有相邻竹节间间隔的距离相等，后者由数个不等节距分布的竹节形成一 个循环周期。纺制等节距竹节纱是将细纱机的前皮辊表面按几等分刻掉数块，深约2 r a m ， 在牵伸过程中，当前皮辊转至刻梢部分时，由于牵引力突然失去而造成粗节。纺制不等节 距竹节纱利_ i j 细纱机械附加一个特种机构，使中后罗拉速度瞬时突然增加几倍，增速的间 距可采用便于调节的光电控制，通过光电盘发送信号，带动接触器使电磁离合器产生动 作，再通过连杆带动后罗拉作每次3 0 5 0 。动程角的转动“。使中后罗拉突然异常喂入一 段特大粗节。如需仿制不同原料不等节距竹节纱，如涤棉上加棉竹节棉纱上加各种彩色 竹节等则需采朋细纱前罗拉植入法的丁：艺。它由光电盘发送信号，使吸铁动作，喂入一 定数龉的纤维束于前罗拉钳口处，产生所需求的竹节纱。 按纺纱方法不同大致分四种：变牵伸犁竹节纱、植入型竹节纱、牵伸波型竹节纱和涂 色型竹节纱。“变牵伸型”竹节纱，即瞬时政变机器的牵伸倍数以形成租节：。植入璎”竹 节纱，即在前钳口后面瞬时喂入一小段须条而形成粗节：。纤维犁”竹节纱，即利用短纤维 的浮游运动性产生条干不匀的原理，增加喂入纱条中短纤维的含鼍，并调整设备的i = 艺参 数以生产粗细节纱，这种生产方法对合理利用精梳短纤维有实际意义：“涂色型”竹节纱， 即利用人的感官视觉效应，分段对普通纱线进行印色，产生类似的竹节效应。生产中常见 的是第一种生产方式，即在普通的环锭细纱机或转杯纺纱机上增设一套变速装置，不需增 添特殊设备，投资少，见效快1 。 按使用的原料不同分为棉犁竹节纱、毛型竹节纱、化纤型竹节纱和混纺型竹节纱等几 种，如棉纱上加棉竹节，毛纱上加毛竹节等，属丁相同原料的竹节纱。另外亦可以纺制不 同原料不同颜色的竹节纱，如棉纱上加涤纶化纤竹节，涤棉纱上加棉竹节。棉纱上加短毛 竹节及各种彩色竹节等。 另外，竹节纱还可以采i j 非纺纱机上生产的方法。这些方式不局限于传统的竹节纱的 生产方法，可以纺制出更多斑斓绚丽，品种多样的花式竹节纱“。 ( ”绢纺竹节花式纱这种花式纱是在圆形梳棉机上纺制的，在梳棉机上利用残留的未 梳理部分纺成节，不仅省掉了投入工序，而且保持了纤维的缠绕抱合性能因此纺成的竹 节和棉结牢同稳定质鹫较好。 ( 2 )包芯竹节纱利圳纺纱管道内旋转气流产生的负压在与旋转气流的相反方向上使 长丝呈线圈状通过同时将短纤维间隔的喂入纺纱管道内，并间歇的缠绕在长丝上。这种 方法生产的包芯竹节纱，制造方法简便，富有变化，而且使用时编织加r = 性能优良。除此 之外，还有一种生产包芯竹节纱的方法，其工艺过程是在一个纺纱管道的管擘上开有很多 排气孔，纺纱管道高速旋转使管内气压低于大气压，并且在较长的一段管道上连续不断的 喂送纱，并使其前进。与此同时，牵伸罗拉向管道内断续的供给短纤维，使短纤维卷绕在 纱上，形成包芯竹节纱。这种纱具有牢岗的符合要求并富有变化的竹节，纱线结构比较简 单，纺纱效率高而且编织加工性能优越。 ( 3 )螺旋竹节纱使用长丝制造螺旋竹节纱的过程是在纺纱管道内利用空气旋转产生 负压，使长丝在纺纱管道的轴心依照与气流方向相反的方向前进。同时利用压缩空气流将 短纤维分离开，然后间歇的输剑纺纱管道内，并卷绕在长丝上形成竹节而形成竹节纱，其 竹节富有变化而牢同。 ( 4 )圈状竹节花式纱将一长丝连续地喂入喷嘴装置的入口，并从出口连续不断的引 4 第一章竹节纱的特点及分类 出，长丝保持一定的超喂，在一定张力下把纱吸入喷气装置并在气流中形成纱罔。纱线在 喷嘴装置内受到高速气流的作用而产生竹节，其竹节大小与频率是任意的。这种竹节能经 受后续工序加工的张力，但有些在较大张力下会被拉开，因此需要将竹节纱通过一交错喷 嘴以增加长丝的纠缠。 ( 5 ) 特殊竹节花式纱将丝束喂入有正反气流通过的喷气装置，气流沿着丝束按照不同 距离、无规律地使部分长丝断裂开。在室温条件下，在丝束上要施加较大的牵伸力，以提 高长丝的断裂力，并避免已被拉断的长丝全部与丝束缠结在一起( 牵伸力最好施加在两个 移动的表面之间，同时调节移动的速度，使牵伸力不要超过1 2 9 d ) 。接着含非缠结断裂长 丝的丝柬通过第二个有正反气流的喷气装置。对气流进行调节，使断裂的长丝沿丝束滑动 与丝束缠结在一起，形成竹节纱。 ( 6 )线圈竹节花式纱沿着长丝束的长度方向，在互相对流的正方向那段区域( 即与长 丝束的前进方向一致的那股气流方向) 将长丝间隔地、按次序地超喂在两股气流汇合处， 依靠汇合的气流将长丝超喂的那部分形成线圈，然后再把线圈部分引致反方向气流那端( 与 长丝束的前进方向相反的那股气流) ，通过空气紊流或旋转气流区把纱圈同定在基纱上而形 成具有稳定、牢l 蒯和形状多变的竹节纱。 ( 7 )热收缩竹节纱将经过牵伸和不完全牵伸因而热收缩不同的两根复丝( 其中一根复 丝的热水收缩率为5 珩一1 5 ，另一根热水收缩率为2 0 以上) 并合，然后一边进行假捻加 工，一边进行热处理，在该丝束进入假捻区域的瞬间，与另一根由合纤复丝构成的卷曲变 形丝在无张力条件下并合。由于合并点在前进方向上作进退变化，使卷曲变形丝不规则的 绕在前述的复丝柬上。在纱的长度方向形成间断的无规则的竹节部分。 ( 8 )蕾状竹节纱利_ j 连续的多束长丝束由输出装置输出后，经过张力装置进入送出装 置，在送出装置的罗拉下方安装一把刀，可作上下暂时制动，通过改变刀刃作用与纱的时 间及刀刃对纱的压力，就可以花式效果的大小。由送出装置送出的纱用毛粗纺细纱机加捻 后卷绕管纱。由此纺制的蕾状花式纱具有以下特征：在长丝一部分被断续制动的情况f 此纱在全长范围内具有等间距或不等间距的凸起部分形成混乱的块状感觉或者相互缠绕 在一起。凸起部分因为和纱的均匀部分连在一起，所以凸起部分的末端呈锥形状态。 1 4 竹节纱的纺纱原理及加工方法 竹节纱的主要纺纱原理是在纺纱机上加装控制装置。使纺纱机件产生一定的速度变化 驱动纱线作规律性或无规律性的变化而纺出外观独特有粗细节的纱来。在环锭细纱机 和转杯纺纱机上开发的纺制竹节纱的控制装置可分为三种形式“1 ： ( 1 ) 机械式。费用低，但噪声大、变换工艺( 竹节长度、节距、线密度及任意的循环等) 不便，且寿命短 维护费用大。 ( 2 ) p l c 与机械结合式。大多采用p l c 控制电磁离合器吸合，费用较低，但噪声大、寿 命短，维护费用大，竹节纱参数控制差、精度差、花式变化少，很难满足高质量的纺纱要求。 f 3 ) 全数字式。可完完全全地按样品或客户的任何要求生产，达到儿乎尽善尽美的程度， 而且参数调整十分简单、方便和快捷，只需在控制面板上键入设计工艺即可，是今后的发展趋 势。 加装了竹节纱控制装置后，环锭纺是通过瞬间改变细纱机的牵伸倍数或改变单位时间 内的粗纱输入营从而达到产生竹节的目的。其丁= 艺流程及主要工艺配置与一般纱线的要 求基本一致，只是考虑到瞬间增加输入餐时会对细纱机上的粗纱退绕产生意外牵伸，因而 为避免成纱强力弱的情况发生，其粗纱捻系数应偏高掌握。转杯纺纱机纺制竹节纱是随机 地改变转杯内纤维环的纤维量而获得的。一般采用改变粗纱( 或条子) 的喂入速度和改变成 江南人学硕l 学位论文 纱的引纱速度两种方式来改变纤维环的纤维蕈变化”1 。 环锭纺和转杯纺两种方式纺出来的竹节纱在风格上有很大的不同，环锭纺竹节纱的竹 节比较饱满，竹节短而粗；而转杯纺竹节纱的竹节细而长，有类似于麻的风格，但转杯纺 的基纱品种有限一般来说，亚洲市场环锭纺竹节纱比较受欢迎而转杯纺竹节纱则在欧 美市场受青睐应该说，两种竹节纱各有特点，相互不能替代”1 另外，竹节纱的加工还 有许多方式，如摩擦纺纱机纺制竹节纱、涡流纺纱机纺制竹节纱等。 6 第二章环锭纺竹节纱捻度弓强力分布不匀分析 第二章环锭纺竹节纱捻度与强力分布不匀分析 纱线的几何结构不匀是客观存在的其本质是纤维排列的不匀。如纤维在纱中堆砌的 松紧与位置，纤维在各个截面中的根数多少与比例，纤维在纱中排列方向与变化等等。这 种排列不均匀不仅起冈于纤维材料本身，而且受实际加工过程和条件的影响，会导致纱线 的宏观形态和力学性质的变化，影响纱线的实用性能。沿沙线长度方向的捻度和强力的不 匀在很大程度上是由纱线细度以及混合不匀所引起的m 伸3 。 2 1 纱线加捻理论 加捻是使纱线具有一定强伸性和稳定外观形态的必要手段，加捻是纤维间产生正压力， 而形成切向摩擦阻力。同时加捻使纤维产生张力，而导致纤维在纱中的径向位移使纤维 间形成纠缠。由此使纱具有强力和可使用性。加捻的过程是将纤维束须条、纱、连续长丝 束等纤维材料绕其条状轴线扣转、搓动或缠绕的过程“，如i 墨j2 1 。 加捻可以获得不同程度的捻度；不同方向的加捻，如z 捻和s 捻；以及不同形式的加 捻，如真捻和假捻。前者为获得理想的纱线力学性质；中者为改善纱的结构松紧和纤维的 排列及纱的色光效果；后者为使纱线产生特殊的结构和形状效果，如蓬松等。随着捻度的 增加，纱的很多性质都发生变化，如纱的紧密度增加直径减少，强度增加，手感变硬， 光泽也有变化等。加捻作用几乎影响纱线的所有物理机械性质。 须蠢 图2 1 1 环锭纺须条加捻示意图 2 2 环锭纺竹节纱的加捻 在环锭纺竹节纱的加工过程中，须条的加捻作用是在前罗拉和钢丝圈之间完成的，须条 一端被前罗拉握持并不断输出，另一端随着钢丝圈被牵引同转而使须条获得捻度，捻度的 大小等于锭子的转速与前罗拉线速度的比值。对于采用中后罗拉超喂方法生产的环锭纺竹 7 江南人学硕l 学位论文 节纱如果不考虑纱线捻度的转移，纱线产生的捻度应该是相同的( 锭子的转速以及前罗拉 的线速度都没有发生变化) ，这种纱线捻度的均匀分布如图2 - 2 a 所示。 b 图2 2 纱线捻度分布 然而在实际成纱过程中，由于竹节纱基纱部分直径较小，竹节部分直径较大，两者的极 惯性矩相差很大，造成两部分抗扭刚度的差异。如果两部分纱线的捻度相同，则两部分纱线 横截面的扭转力矩必不相等。稳定态的纱线，任一截面上的扭转力矩必然相等，所以，两 部分扭转力矩平衡的过程使得捻度发生转移：竹节部分的捻度将降低，基纱部分的捻度将 升高。竹节纱的实际捻度分布情形如图2 2 b 所示。 粗细不同的纱线，单位长度上施加一个捻同的扭矩是不同的，纱线的表层纤维对纱轴 的倾角也不同，纱越粗，扭矩越大，表层纤维对纱轴的倾角也越大“。由于竹节纱本身的 粗细变化特点，其捻同在传递的过程中，在基纱处形成强捻，在竹节处捻度又比设计捻度 小，而且在基纱和竹节部分之间又有一个捻度渐变的过渡部分，使得竹节纱捻度分布严重 不匀，如图2 3 。 图2 3 竹节纱从竹节到基纱的捻度过渡 2 3 竹节纱加捻作用对强力的影响 一般的纱线在拉力作用下，断裂总发生在纱线最薄弱的断面上。通过纱线断面的纤维， 一部分断裂，另一部分滑脱。加捻作用使纱线中纤维间产生了向心压力，增大了纤维间的 摩擦力，纱线在断裂时滑脱纤维根数减少。同时，加捻作用还改善了纱线的强力分布不匀， 纱线中纤维间摩擦力的增人和纱线强力不匀率的降低都可以使纱线强力增加。因此在一定 范围内，纱线强力随着捻度的增加而增加，当捻度达到一定数值即临界捻度后，加捻作用 主要表现为增加纱线中纤维的预戍力，减小纤维强力轴向分力，纱线的强力随捻度的增加 而f 降。 对于竹节纱，捻度不再均匀分布，对强力的影响比较复杂，不仅与竹节纱基纱直径有 关，还与另外3 个几何参数竹节倍率、竹节长度、竹节间距密切相关，它们决定了竹节纱捻 度的分布，而这种分布又对纱线强力产生决定性的影响”。因此，在进行竹节纱参数设计 8 第二章环锭纺竹节纱捻度0 强力分布不匀分析 时，既要考虑成纱的外观效戍，还要注意竹节纱参数对纱线捻度及强力的影响，应使纱线 强力满足后道工序顺利加工的要求。 2 4 竹节纱捻度不匀的影响 竹节纱基纱和竹节部分捻度的分布直接影到纺纱和织造的正常进行。也正是由于竹节 部分的捻度大量向基纱部分转移，削弱了竹节纱的单纱强力，强力不匀也变大，断裂不同 时性增加，妨碍了正常的纺纱、络筒、整经和织造，直接影响产品的质簧和生产率。通常 在纺制竹节纱时，为了使断头率不至于太高，所选用的捻系数要比纺同特数普通纱高2 0 左右1 既使这样也会由于竹节纱中竹节部分的弱捻使纺纱和织造变得困难。因此很有必 要对竹节纱捻度进行深入的研究。竹节纱装置是通过控制罗拉速度及加速时间来实现竹节 长度、倍率和间距的，影响竹节纱成纱捻度的因素有许多。如竹节规律和竹节倍数，纤维 的性能、纺纱工艺包括罗拉速度和加速时间及设备状态等。 9 江南人学硕l 学位论文 第三章竹节纱捻度的测试 3 1 传统的捻度测试方法 3 1 1 直接计数法1 测试原理：在规定的张力下，夹住一定长度试样的两端，旋转试样的一端退去纱线 试样的捻度，直到被测纱线构成单元星平行状态；纪录退捻数，可直接测得纱线的捻度。 样品平均皴c ，= 翥羞薰器 3 1 2 退捻加捻法 测试原理：( 1 ) 一次退捻加捻法在规定张力下，对试样进行退捻和反向再加捻，直到 式样达到其初始长度。假设再加捻的捻同数等于试样的原有捻同数，这样，计数器上记录 的捻i 亓l 数就代表试样原有的捻同数。( 2 ) 二次退捻加捻法第一个试样与一次退捻加捻法相 同，计数器不置零；对第二个试样。按照第一个试样测得捻同数的四分之一进行退捻然 后再加捻到初始长度，以校正因欲加张力引起的误差。试验结果与直接计数法相同。 3 1 3 两种测试方法比较 直接计数法准确性强，被认为是捻度测定方法的基准，但其可操作性冈以下两点受到 限制：( 1 ) 为保证捻度测试的准确可靠要求，捻度测试的直接计数法要有足够的试验次数。 ( 2 ) 不好确认纤维是否伸直平行，同时也会因此导致测试不当产生较大的试验误差。直接计 数法适用于粗纱、短纤维单纱、及有捻复丝、股线以及缆线。不适于太租的纱线及转杯纺 纱的产品。 退捻加捻法需用时间少，试验次数也较少，具有简洁、快速的特点。但其受预加张力 影响很大。而且它属于捻度测试方法的间接法，与直接计数法相比常有一定误差。退捻加 捻法适用于短纤维单纱、中长纤维单纱，不适于假捻纱、转杯纱及太粗的纱。 3 1 4 采用传统方法测试竹节纱捻度的弊端 直接计数法及退捻加捻法试样的夹持长度一搬为2 5 c m 一5 0 e r a 。而对于竹节纱来说，竹 节长度范围一般在2 5 3 0 0 c m 竹节间距范围2 5 3 0 0 c m 。竹节纱一个循环中至少包含一个 竹节部分和一个基纱部分。也就是说采，用传统的测试方法及测试步骤米测量竹节纱的捻 度只是竹节纱的一个平均捻度，无法测出具体的基纱捻度和竹节捻度。另外由于过渡部分 的存在。竹节和基纱部分的起始点很难定位所以说竹节纱分段结构的捻度用传统的方法不 能准确的测试。以下为采用传统捻度测量法测得的竹节纱捻度。 1 0 第三章竹节纱捻度的测试 表3 1 一次退捻加捻法测得的竹节纱捻度 表3 2 二次退捻加捻法测得的竹节纱捻度 从以上的测试结果看出：采用退捻加捻法来测量竹节纱捻度与其设计捻度相差较大， 每种退捻加捻法测得的实际捻度以及平均捻度都比设计捻度要大，而且由这种采f j 全自动 捻度仪测得的捻度我们无法得到竹节纱的竹节捻度以及基纱捻度，所以要分别得到竹节纱 的竹节以及基纱捻度需要从别的方面入手。 3 2 采用图像法测量竹节纱捻度 3 2 1 捻回角 由于纱线中纤维构成和成形方式的多样性，造成了纱线结构上的复杂和多重性“。在 分析纱线结构时，往往从纤维排列的理想状态入手。如图3 1 所示，为简化的理想纱线螺 旋结构9 “1 ，方便在理论上的表征，假设纱的截面为圆形，半径为尺；纱是由一系列不同 直径的同心圆柱体所构成；每根纤维在等半径的圆柱面上螺旋排列；成纱中的纤维排列密 度保持不变。捻度与螺距h ( 单位捻同所具有的长度，硎) 的相互关系为倒数关系，即 h = l o o r ，由图3 1 中圆柱展开图可得： 江南人学硕f ：学位论文 又 h 圆柱展开图 图3 - 1 理想螺旋形纱线几何结构及其圆柱展开图 ，2 = h 2 + ( 万d ) 2 t a j l 口：丝：n d t h1 0 0 d = 0 0 t = 8 9 2 令= 8 9 2 t a n f l , g 口。= n , - c t ，舾一纱线的特数； 艿一纱线的密度( g c m 3 ) ； d 一纱线的直径( m m ) ； r 纱线的捻度( 捻1 0 c m ) ； h 螺距( m m ) ； ，一直径d 处一个捻同的纤维长度( m m ) ； 挖系数 口_ 捻同角。 ( 3 1 ) ( 3 2 ) ( 3 3 ) ( 3 - 4 ) ( 3 - 5 ) ( 3 - 6 ) 厍怔 r 、 娜 劬 第三章竹节纱捻度的测试 捻回角是一个几何概念值，是指纱线加捻后表层纤维对纱轴的倾角，如图3 - 2 ，它也 是标志纱线加捻程度的指标之一，t a n 口是描述任何纱线、乃至纱线任何层面加捻程度的 客观指标。捻系数表面上看是一个与纱线捻度和纱线线密度相关的值但由式( 3 5 ) 可以 看出，捻系数本质仍是一个与纤维在纱中儿何排列相关的变量。同样捻度t 时，纱线越粗 其加捻程度越大，其捻系数、捻同角也越大。 图3 - 2 纱线纵向表面 竹节纱分段结构的捻度用传统的方法不能准确的测试，如果能测出每部分的捻同角 再用公式( 3 - 4 ) 换算成捻度就能得出相应的竹节与基纱捻度。 3 2 2 测量原理 用计算机研究纱线结构和测试纱线捻度是近年来许多专家提出的新方法，如国外用图 像处理测试织物表面纱线上的纤维捻同角的方法，通过跟踪纱线表面纤维上的像素计算纤 维的捻【亓l 角；或是用示踪纤维法测试纱线的结构参数。在国内也有专家提出根据i 垒i 像分析 原理，采用适当方法对纱线图像作二值化处理，提取表面纤维图像，用回归分析法对变换 后的图像像素灰度值进行分析，从而得到纱线表面纤维的捻同角。 直接测茸纱线捻角不方便，因此我们采_ j 的是间接方法，即先获得放大的纱线表面纤 维走向的| 笙| 像，然后再利用测量工具测得i 璺i 像中纤维的倾角，即捻同角。最后用公式换算 为纱线捻度就可以对竹节纱捻度分布进行分析了。 3 2 3 样品的准备 直接采集纺好的普通竹节纱图像来测茸纱线的捻度，图像中纱线表面上纤维的走向如 图3 - 3 、3 - 4 ，这样给测龉倾角带来了不便，原因分析如下： ( 1 ) 纱线近似于圆柱体状，测鼙时，采集到的纱线表面图像只有中间部分可取，倾斜 的纤维( z 捻) 在其右上部分和左f 部分为螺旋弯曲状( 图3 - 5 中曲，测茸此部分并将其归 入实验结果的话将会影响结果的准确性。这种方法采集到的图像中间直线倾斜部分与两端 螺旋弯曲部分界限不明显，给测量带来不便。 江南人学硕i ：学位论文 图3 3 基纱部分采集图图3 4 竹节部分采集图 ( 2 ) 环锭纺本身毛羽较多部分毛羽的走向与纱线表面纤维走向在采集到的图像中近 似( 图3 - 5 中b ) ，很容易被误认为非毛羽。如果采用这种普通的竹节纱来采集的话，毛羽不 易被排除，同样会影响结果准确性。特别是在蓬松的竹节部分，毛羽比竹节部分要多得多， 而且还比较容易起毛，毛羽的影响就更大了。 ( 3 ) 还有一部分纤维在加工过程中，牵伸加捻时没有被良好的握持，但它们又不像毛 羽一样浮游在纱线上，而是上端紧贴握持良好的纤维，到末端时又脱离开但没有浮在纤维 表面上( 图3 - 5 中c ) 。这样的只是部分被握持的纤维采_ i ；j 这种方法也很难被分辨出来， 会使结果产生误差。 饲饼目 i 图3 5 纱线表面纤维走向及干扰因素 c 为了使采集到的 笙i 像中纱线表面纤维的走向更加直观清晰，测量结果更加准确，干扰 因素少，经过多次的实验试纺、例像采集、角度测量及换算的比较，最后拟定采刚表面纤 维示踪法进行实验样品的制备，即使纱线表面有部分着色纤维，与白色纤维区别开来( 图 3 - 6 、3 - 7 ) 。多项试验结果进行比较表明这种方法最为直观，误差虽小。 表面纤维示踪法 在研究纱中纤维分布特征、纱的结构时，我们经常会用到示踪纤维如纺纱时，用少 量有色纤维混入，使纱的断面平均有一根色纤维。然后，将纱浸入与纤维折射率相同的液 体中，当光线通过纱线时，色纤维显示出在纱中的排列轨迹。这种示踪纤维法是在前 4 第三章 竹节纱捻度的测试 纺时就加入有色纤维，纺出来的细纱中有色纤维大多是在纱内部，出现在表面的很少。对 于本课题的研究来说要观察的是表面纤维的走向，采集到的i f i 像也是纱线表面图像，上 述的示踪纤维法中有色纤维出现在表面的儿率较小，因此我们采_ j 表面纤维示踪法，使纱 线表面部分纤维着色达到示踪的目的。 若使纺出来的细纱外观类似于由两种不同颜色粗纱纺制出的a b 复合纱，在对采集的图 像进行分析测昔时，就能把有色纤维与本白色纤维区别开，纱线表面纤维的走向可以直观 地看出来，受毛羽、未握持纤维的干扰就会大大的减少。a b 纱就是i j 两种不同原料的粗 纱喂入纺成的纱，即双纱纺捻法纺纱。在细纱机上加装双粗纱喂入装置，两根不同材质的 粗纱从细纱机喂入，分别牵伸再捻合成纱，省去了一次加捻而又具有合股的效果，染其中 一种，风格独特。可采用本白原料间搭配，本白与有色间搭配，有色问搭配三种形式。 本文中采用的就是本白与有色间搭配的方法，但是又要不影响竹节纱的四个基本参数 包括基纱特数，竹节长度、竹节间距和竹节倍率等，也就是说在纺制时不能按照a b 纱的 双纱纺捻法纺纱，最好是采用一根粗纱纺制，因此我们对粗纱表面进行部分染色，再将其 纺制成纱( 图3 - 8 ) 。 图3 - 6 带红色色纤维的纱线图像图3 7 带蓝色色纤维的纱线图像 牵伸 弋 。7 加捻 表面部分着色后的粗纱 纺成的竹节纱 图3 8 纤维示踪原理 为了达到细纱上有色纤维与本白色纤维相间的效果，对租纱进行染色，使粗纱表面部 分纤维着色，其着色后效果如图3 - 9 。最好是使纱线的圆柱体侧表面部分连续着色但不 要求整个侧表面都着色。处理好粗纱之后，然后在环锭纺纱机上进行竹节纱的纺制。在对 粗纱进行染色时，是在尽量保持粗纱定培基本不变捻系数保持稳定的情况下进行的，对 纺成的竹节纱参数几乎没有影响。采_ i j 这种方法的目的是使| 璺i 像更直观，干扰因素少，测 1 5 江南人学硕l ：学位论文 量者在测草角度时受主观冈素影响更小。纺好后的竹节纱均匀的缠绕在纸扳上图3 1 0 ，并 保持一定的张力，使其能够伸直平行，便于测量。 3 2 4 图像采集 3 2 ，4 1 实验仪器 本文采用的是科视达公司的d z 3 超高放大倍率连续变焦视频显微镜和品尼高公司的 ( p i n n a c l es t u d i ov e r s i o n 8 0 ) 图像采集卡进行图像采集。 图3 9 粗纱着色后效果图3 1 0 待测得细纱样品 图3 1 1z ) z 3 超高放大倍率连续变焦视频显微镜 图3 一1 2d z 3 镜头 1 6 第三章竹节纱捻度的测试 d z 3 主要特点： 监视器观察专用的变焦镜头 业界领先的1 4 倍比变焦镜头 世界最小、超高倍率 非常轻巧和紧凑，重茸只有9 9 0 克 图像大小：0 8 m m ( 1 2 ”c c d ) 镜头长度：1 7 9 2 r a m ： 照明方式：同轴照明：偏射照明：透射照明；环形照明 接口方式：国际标准c m o u n t 可更换物镜，放大倍率2 5 x 4 9 0 0 x ( 1 2 ”c c d & 1 5 ”监视器) 主要应用领域： 半导体行业观察( i c 芯片、集成电路基体、图像传感器、b g a 、光电二极管) 金属观察( 金属加工表面、f o 检查，c d 刻印文字等) 化学素材观察( 印刷表面、纤维、乳酸溶液、多层胶片等) 药品及食品行业 d z 3 镜身主要指标： 镜身重量：9 9 0 克 例像大小：0 8 r a m0 2 ”c c d ) 镜头长度：1 7 9 2 m m ； 照明方式：同轴照明：偏射照明；透射照明：环形照明 接口方式：国际标准c m o u n t 可更换物镜参数： 表3 4d z 3 可更换物镜参数 3 2 4 2 采集图像 将样品制备好之后，就可以用视频显微镜进行图像采集了。普通棉纱的直径一般在 0 1 3 - - 0 2 8 r a m 左右，较粗的棉纱达到0 4 r a m 。而竹节纱由于捻度转移的原因，它在竹节处 的直径比普通纱的指标要大，基纱处的直径比普通纱指标要小。具体情况与竹节倍率和竹 节长度、竹节间距分配有关。据此我们选择放大倍数较小的物镜z c 5 ，它的连续变焦范围 是在2 5 5 0 倍。另外照明方式选择环形照明。 捻同角是指纱线加捻后表层纤维对纱轴的倾角，为了采集到可以看出纤维走向的竖直 纱线表面图像，通常都将纱线放大至2 5 0 - 3 2 0 左右来采集基纱例像；将纱线放大1 2 0 2 0 0 倍左右来采集竹节图像。这种情况下很难保证纱线轴向是竖直而没有倾斜，因此我们在测 量一个部分纱线捻角时，采集两张图片即在放大至可看清纱线表面纤维走向的l 兰| 像图 3 1 3 ，3 1 5 和放大至可看清纱线轴向倾向的图像图3 1 4 ，3 1 6 。分别测耸纱线表面纤维与 竖直向夹角最和纱线轴与竖直向夹角岛，最后根据岛、岛、以及纱线捻向、纱线的倾斜 江南大学顾l ：学位论文 方向等因素即可算出捻角口。 图3 1 3 基纱部分放大2 5 0 倍图3 1 4 基纱部分放大3 0 倍 图3 1 5 竹节部分放大1 7 5 倍图3 一1 6 竹节部分放大2 5 倍 3 2 4 3 角度测量 为了使结果准确，便于竹节纱捻度分布规律的分析，我们对每种样品的竹节纱的竹节 部分和基纱部分分别采集| 墨i 像并测颦。并且每种样品的竹节和基纱部分都取5 一1 0 组图像。 本文种采j j 的是c s p m i m a g e4 0 后处理软件来测鼙基纱和竹节的捻同角。 在测量时，纱线轴向一般都有一定的倾斜，采 j 的纱线样品均为z 捻向。先测鼍出纱 线表面纤维与竖直向夹角q ，然后测量同一部分的纱线轴与竖直向夹角岛，当纱线向左倾 斜的时候( 如图3 - 1 7 ) ，= q + 0 2 。当纱线向右倾斜的时候( 如图3 - 1 8 ) ，则= 儡一岛。 第三章 竹节纱捻度的测试 纤维倾角纱襄轴】 i 倾角 纤维与纱线轴向夹角 纤维倾角 3 2 5 捻度换算 图3 1 7 纱线向左倾斜 。， q - 02 书7 一 纱线轴自倾角钎雏与纱线轴自夹角 图3 一1 8 纱线向右倾斜 3 2 5 1 纱线的密度万和直径d 纱线是由纤维和空隙共同组成的结构，纱线的密度是用来衡晕纤维在纱线中的密集程 度，它用纱线单位体积所具有的质餐来表示，故又称纱线的体积重最。纱线的密度随着组 成纱线的纤维种类、性质及纱线的捻系数而不同。普通纱线的密度参考数值以及纺织纤维 密度如附录一。 不同于普通纱线，竹节纱在实际成纱过程中，竹节纱基纱部分直径较小，竹节部分直 径较大，两部分纱线的扭转力矩平衡的过程使得捻度发生转移，而且基纱部分比较紧凑， 竹节部分比较蓬松毛躁，两者间的纱线密度差别也很大，不能按照普通纱线的标准来衡鼍， 因此我们对竹节纱基纱和竹节部分的密度有必要进行考察和衡量。 g ：儿扯孚山艿0 - 7 ) 4 1 9 葺”h 卜 ， | | r ，j j 今 u 烈吣 们 + 嗣。引川 江南人学硕i ：学位论文 j：j坠(3-8) 万d l 巧：一0 0 0 1 2 7 n , a ( 3 - 9 ) d g 一纱线重量( m g ) 三一纱线长度( m m ) s 一截面积( m m 2 ) 乙一纱线特数( i e x ) d 一纱线直径( m m ) 万一纱线密度( g c m ) 由公式( 3 7 ) 1 ( 3 9 ) 我们可以得出纱线密度与纱线线密度以及纱线直径的关系， 而通过纱线线密度和直径可以间接求出纱线直径，