（纺织工程专业论文）摩擦纺纤维输送、凝聚及成纱结构理论研究.pdf

摘要 本课题主要研究了d r e f i i i 型摩擦纺纱系统的纤维输送、凝聚机理及成纱 结构，在深入研究的基础上设计制作了结构更为合理的输棉管道，通过实际测试 后证明浚管道对纤维的控制更为优良，新的输棉管道改善了凝聚状态和成纱结 构，提高了成纱质量。本课题共分四部分： 一、简述了摩擦纺纱的历史、摩擦纺纱的产品应用领域与前景。论述了摩擦 纺纱的工艺特点、优势及其技术难点、改进措施。 二、对d r e f i i i 型摩擦纺纱系统的纤维输送过程、凝聚过程进行全面深入 的研究，剖析了纤维在输送和凝聚过程中的运动特点及规律，并在此基础上设计 制作了理论上对纤维控制优良并能改善纤维输送、凝聚工艺过程的输棉管道。 三、用设计制作的输棉管道实际上机制得若干凝聚须条，将这些须条切断称 重以研究此管道下纤维凝聚时的质量分布及离散情况，并结合理论分析与原管道 制得的凝聚须条的相应数据对比，实验证明本课题设计制作的输棉管道对纤维的 控制力得到提高，纤维凝聚状态得到明显改善。 四、将课题设计制作的输棉管道上机纺得两种细度的纱线，对这两种细度的 纱线进行条干和强度测量，并与原管道相应细度的纱线进行分析对比，同时使用 示踪纤维法分析了不同管道所纺纱线的成纱结构，通过成纱结构与成纱质量的综 合分析对比，最终验证了理论分析，使用课题设计的管道实际成纱质量得到了明 显提高。 里 关键词：摩擦纺，d r e f - - i l l ，输送，凝聚，输棉管道，成纱结构，成纱质 a b s r a c t t h i sp a p e r m a i n l yr e s e a r c h e st h et h e o r i e so ff i b e rf e e d i n g ，c o n d e n s a t i o na n dy a m f o r m a t i o ns t r u c t u r eo fd r e f i i jf r i c t i o n s p i n n i n gs y s t e m b a s i n go nt h e s ed e e p r e s e a r c h e s ，t h ee x p e r i m e n td e s i g n sa n dc r e a t e sab e t t e rn e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e l 。t h e s t u d ys h o w st h a tt h en e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e lh a sab e t t e rp r o p e r t yo ff i b e rc o n t r o l ， a l s oi tc a ni m p r o v ef i b e rc o n d e n s a t i o n s t a t e ，y a r nf o r m a t i o ns t r u c t u r ea n dy a r n f o r m a t i o nq u a l i t y t h i sp a p e rh a sf o u rp a r t s ： 1 i tg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h eh i s t o r y , t h ep r o d u c t i o na p p l i c a t i o nf i e l d sa n dt h e p r o s p e c t so f f r i c t i o ns p i n n i n g a l s oi td i s c u s s e st h et e c h n o l o g i c a lf e a t u r e s ，a d v a n t a g e s ， d i s a d v a n t a g e sa n di m p r o v i n gm e t h o d so ff r i c t i o ns p i n n i n gs y s t e m 2 i tg i v e sad e e ps t u d yo ff i b e rf e e d i n gp r o c e s sa n dc o n d e n s a t i o ns t a t eo fd r e f - - i i i f r i c t i o ns p i n n i n g , i tg i v e sap e n e t r a t i n ga n a l y s i so ff i b e rm o v e m e n tc h a r a c t e r sa n d r e g u l a t i o n so ff i b e rf e e d i n ga n dc o n d e n s a t i o np r o c e s sa c c o r d i n gt ot h e s es t u d i e sa n d a n a l y s i s ，t h ee x p e r i m e n td e s i g n san e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e lw h i c hs h o u l dh a sb e t t e r f i b e rc o n t r o lp r o p e r t i e sa n dc a ni m p r o v ef i b e rf e e d i n ga n dc o n d e n s a t i o ns t a t ei n t h e o r y 3 t h ee x p e r i m e n tm a n u f a c t u r e ss o m es t r a n d so ff i b e r sw i t ht h en e wf i b e rf e e d i n g c h a n n e l ，c u t t i n gt h e s es t r a n d si n t os e v e r a lp a r t sw h i c ha r et h es a m el e n g t ha n dt e s t i n g e a c hp a r t 。w e i g ht ot e s tt h ef i b e rd i s t r i b u t i o na n dd i s p e r s a t i o n a f t e rc o m p a r i n gt h e p r o p e r t i e s d a t ao ft h en e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e lw i t ht h o s eo ft h ef o r m e ro n eb a s i n g o nt h e o r y t h ee x p e r i m e n ts h o w st h a tt h en e wf i b e rf e e d i n gc h a n n e lt h a ti sd e s i g n e d i nt h i se x p e r i m e n th a sab e t t e rf i b e rc o n t r o lt h a nt h a to ft h ef o r m e ro n e ，a l s ot h ef i b e r c o n d e n s a t i o ns t a t ei m p r o v e da f t e ra p p l y i n gt h en e wc h a n n e li n t ot h ef r i c t i o ns p i n n i n g s y s t e r n 4 t h ee x p e r i m e n ts p i n st w od i f f e r e n tt e xf r i c t i o ny a mw i t ht h et w of i b e r f e e d i n g c h a n n e l s ，u s i n gt r a c ef i b e rm e t h o dt oa n a l y z et h ey a mf o r m a t i o ns t r u c t u r eo ft h e s e y a r n s i tg i v e st h e s ey a r ne v e n n e s sa n ds t r e n g t ht e s t ，a n dt h e nc o m p a r e st h ey a m s e v e n n e s sa n ds t r e n g t hd a t ao ft h et w oc h a n n e l st h ee x p e r i m e n tv e i lt i e st h e c o r r e c t n e s so ft h et h e o r ya n a l y s i sb e f o r e ，t h a tt h ey a r nf o m m t i o nq u a l i t yi m p r o v e d l a r g e l ya f t e rc o m p a r i n ga n da n a l y s i so fy a mf o r m a t i o ns t r u c t u r ea n dy a mf o r m a t i o n q u a l i t yd a t af r o mt h et w o f i b e rf e e d i n gc h a n n e l s k e y w o r d s ：f r i c t i o ns p i n n i n g ，d r e f - - 1 1 1 ，f i b e rf e e d i n g ，c o n d e n s a t i o n ，f i b e rf e e d i n g c h a n n e l ，y a mf o r m a t i o ns t r u c t u r e ，y a r nf o r m a t i o nq u a l i t y 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f 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，沦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： 2 - 扛、计 乡卜【专 签字r 期：2 矿览辱z 月2 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丢洼王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云盗王堑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) 导师签名 签字同期：们矿年，月彩r 土矿 佃 二- r 6 彦卜 庐 9 p 名 、雎 签 。彬v 样 埘 作 ： 文 期 论 h 位 字 学 签 学位论文的主要创新点 一、综合摩擦纺纤维输送和凝聚两个侧重点，全面深入地对纤维输送 及凝聚过程进行理论分析，并在此基础上设计出结构更为合理的新型 输棉管道。 i 、在摩擦纺纤维凝聚状态的分析中，通过对凝聚须条的切断称重得 到纤维凝聚状态分布。在对纤维凝聚状态分布的研究中，获得了不同 的纤维凝聚状态对成纱质量的影响。 三、在纤维凝聚质量分布的分析中引入凝聚极差概念，用凝聚极差法 可在定程度l 分析比较不同规格的输棉管道对纤维的控制力。实验 证明，课题设计的输棉管道具有更好的纤维控制力。 第章绪论 第一章绪论 1 。1 课题研究的意义与内容 1 1 1 本课题研究的意义 从用途分，纺织品可分为服装用、装饰用和产业用纺织品三大类。随着时代 的发展，产业用纺织品越来越占有较大的比重，这也是传统的纺织工业逐步走出 困境，提高未来产业竞争力的发展方向。传统的环锭纺纱技术在过去的1 7 0 年得 到了多方面的提高和发展，其工艺设备技术相对趋予成熟和完善，纺纱产量和质 量也似乎达到实用极限，尤其随着大量新型工业化纤维的出现和产业用特种纺织 品的需求，环锭纺纱技术己不能全方位满足纺织生产加工的需要。今天，世界范 围内已普遍采用摩擦纺等新型纺纱系统，出于摩擦纺纱技术对原料的适应性以及 在加工速度、产品成本、特种纱线结构及功能应用等方面的优点，具有极大的发 展港力，也符合大纺织工业的发展趋势和向导。 具体来讲，从摩擦纺角度出发，通过对d r e f i i i 型摩擦纺纱系统的纤维输 送、凝聚及成纱结构的机理和工艺特点进行全面深入的研究，并结合大量实验， 以设计结构更为合理的输棉管道为切入点，寻求对纤维输送状态的改善，并最终 达到提高成纱强力的目的。结果表明，本课题设计的输棉管道对纤维输送过程有 较强的控制力，纤维的凝聚状态更为合理，成纱结构更加优化，并且最终成纱质 量得到提高。 1 1 2 本课题的主要研究内容 本课题主要是针对摩擦纺纱成纱质量不良这一摩擦纺纱的技术难点，以改善 纤维的输送条件为切入点，较为全面深入的研究摩擦纺纱的纤维输送、凝聚、成 纱结构等工艺过程的机理，设计了结构更为合理的d r e f - - i i i 型机的纤维输送管 道，并在较深入研究输送、凝聚和成纱机理的基础上，对管道各项性能进行测量 和对比，以寻求通过改善纤维输送条件柬提高成纱质量。 1 1 3 课题研究的计划与条件 第一章绪论 课题丌展前进行大量的资料查询并现场了解设备特点，清晰课题方向及其叮 行性。试验前充分、具体的准备工作：包括所纺原料的准备、摩擦纺设备及实验 室准备、质量测试仪器及实验室准备、上网数据库系统、试验步骤的安排以及按 计划所能达到的结果等等。 试验阶段：完成按照实验步骤与标准严格执行。 用科学的数理统计方法对数据进行分析，以求得较为理想的工艺参数配合， 更好的了解影响摩擦纺成纱质量的主要因素及内在规律。 本课题是纺织实验技术性课题，是建立在大量的实验数据的基础上的，并结 合查阅国内外相关技术资料，实纺出成纱质量满足要求的摩擦纱。 1 2 摩擦纺纱发展的历史 1 9 6 7 年英国f 1 a r ts a c ol o w e l i 公司对摩擦纺纱原理第一次提出了专利申 请，1 9 7 3 年奥地利费勒博士在第七届l t m e 国际纺机展览会上展示了德雷夫 ( d r e f - 2 型) 摩擦纺机，并随后开发成功了d r e f - 3 、4 、5 型机并投放市场，我国 也研制出了f s 2 型摩擦纺机，机构与d r e f - 2 型类似。与此同时，英国、德国、 美国、同本、瑞士等国也相继开发出了不同的型式，其中有代表性的是英国f 1 a t t s a c ol o w e i | 公司1 9 8 5 年开发的m a s t e r s p i n n e r 摩擦纺纱机，其特点是专纺中 细特纱，最细可纺到1 4 5 r e x ( 4 0 英支) ，有自动接头、络筒和上蜡装置，自动 化程度较高。 意大利s a v i o 公司于近年又提出了摩擦纺纱新技术，他们认为：现有的摩擦 纺纱机加工方法的缺陷是纱的张力低，造成纱线捻度小而松，这样的纱抗拉强力 低。该公司提出的摩擦纺纱新技术可不用旋转的带孔管子，而用平面、四面和旋 转的带孔圆盘，在它后面装着吸风槽，用它建立母线，纤维依靠加捻圆盘提供的 沿其母线方向的摩擦力被收集加捻成纱，加捻圆盘上的钻孔常被排列成环形，吸 风槽始于紧靠圆盘的圆周处，一直沿伸到孔盘中心处，据称，这样配置的理由是 纤维在吸风槽各点处的拖曳速度随着离旋转中心的距离而变化向着圆周呈线性 地增加，且该速度可分解为轴向和垂直两个部分，这样就可使纤维仲得更直，捻 得更好，从而获得强力好、质量高的纱线。到目前为止，摩擦纺纱已成为速度较 高，适纺纤维广的新型纺纱方法之一。1 据英国纺织月报统计，2 0 0 0 年纺制2 0 r e x ( 3 0 英支) 的纯棉纱线，用摩擦纺 纱机加工成本可下降到同期全自动高速气流纺纱机的7 0 ，环绽纺纱机的4 0 以下。o 第一章绪论 1 3 产业应用领域与前景 随着科学技术的迅速发展，近年来国内外各行各业对产业用纺织品的需求不 断增长，推动了产业用纺织品的发展，使其新产品层出不穷，产业用纺织品的推 广应用已创造出了良好的经济效益和社会效益，并被广泛的应用于工业、农牧渔 业、基本建设、交通运输、医疗卫生、文娱体育、军： 及尖端科学等领域。” 摩擦纺具有适纺范围广的特点，可纺棉、毛、丝、麻等天然纤维和涤纶、锦 纶、腈纶、丙纶、氯纶、粘胶等化学纤维和再生纤维，还可纺如碳纤维、芳纶等 功能性纤维，也可用玻璃纤维、金属丝等纺纱，更可利用下脚纤维及低档原料纺 制高线密度纱。”“m 摩擦纺的另一特点是能纺制多种包芯纱，如用复丝、单丝、弹力丝、氨纶丝 作为纱芯的包芯纱均各具特点。利用d r e f 一i 型摩擦纺系统可以纺制多种不同 组分的特种结构纱线。例如，用多根不同性质的纤维条，或不同颜色的纤维条喂 入，加上改变色条的喂入位置，可以获得色彩变异的花色纱。再如，在成条之前 先撒入带色的结子或有色纤维，经牵伸喂入尘笼的凝聚区，制成结子纱或带色彩 的纱。也可用高旦长丝或低捻纱超喂作为饰线，同时喂入长丝作芯线，与经分梳 辊处理后的单纤维在尘笼凝聚区加捻固结而直接纺得圈圈纱。还可加装由程序计 算机控制的带有电磁离合器的牵伸装嚣，间歇地向纺纱区添加包覆纤维制成竹 节纱等。“1 摩擦纺纱的产品可分为起绒织物、服装用织物、装饰用织物、产业用织物和 特种用途织物、废纺产品等五大类。 1 3 1 起绒织物 采用的原料有羊毛、腈纶、涤纶、丙纶等及下脚纤维，用途有毛毯、汽车用 毯、旅游用毯和电热毯等。“ 1 3 2 服装用织物 用摩擦纺纱机可开发粗纺呢绒和针织物两类产品_ e = i 纱。毛和化纤的下脚料都 可用于摩擦纺纱机纺制粗纺毛纱，并可纺制各种花色纱线和弹力织物用纱。“3 1 合理选配原料，选择适当的i c 岂参数，利用摩擦纺独特的纱线结构，开发新 品种的针织用纱是极具潜力的，表1 - 1 为环锭纺针织物与摩擦纺针织物的性能对 比。1 2 4 1 第一章绪论 表1 1 环锭纺针织织物与摩擦纺针织物性能对比 试样保暖率耐光牢度耐磨牢度( 级)缩水率( )腋下缝接张 ( )( 级)干 湿直横力( 牛) 环锭纺 6 3 2342 - 33 41 0 66 6 摩擦纺 7 1 13441 58 21 2 6 1 ，3 3 装饰用织物 摩擦纺纱机具有纺制花式纱线、粗特和特粗特纱的功能，加上独特的纱线结 构，使它的产品适用于品种繁多的装饰织物如地毯用纱、窗帘布用纱、贴墙布 用纱、家具覆盖织物等。” 1 3 4 产业用织物和特种用途织物 摩擦纱具有较好的均匀度及内紧外松的成纱结构，使其很适合做过滤布用 纱。摩擦纺适纺范围非常广，这使其可纺制多种特种性能用布的纱线，如消防服 装、轮胎帘子布、运输带等。” 1 3 5 废纺织物 低级原料和纱厂下脚料及无梭织机的布边下脚料都可以喂入纺制清洁布、抹 布用纱，具有很高的经济效益。“5 1 i 4 d r e f - - i i i 型摩擦纺机的工艺原理和特点 1 4 1 工艺原理 摩擦纺纱是用带抽吸装置的的尘笼来凝聚纤维并进行加捻纺纱的。d r e f - - i i i 型摩擦纺机与d r e f i i 型在机构上的不同之处在于d r e f i i i 型有两套纤维喂入 和牵伸机构，如图i - i 所示。 第一章绪论 幽卜ld r e f 一i 型摩擦纺机示意幽 1 第一喂入帛牵伸机构2 尘笼3 纤维流 4 成纱5 第二喂入牵伸机构 d r e f - - i i l 型机和d r e f i i 型机相比，虽然都是靠两只尘笼加捻，但在成纱 原理上有这本质区别：d r e f i l 型生产普通纱，属自由端纺纱，而d r e f i i i 型 生产包：占纱，属非自出端纺纱。d r e f i i 型生产的纱为真捻结构，而d r e f - - i i i 型生产的纱属假捻包缠结构。 d r e f i i i 型摩擦纺纱机由两套喂入牵伸机构和一对尘笼加捻机构组成。第 喂入牵伸机构是一套四上四下双皮圈罗拉牵伸装置，如图1 2 所示。 幽1 2 第一喂入牵伸机构示意幽 1 纤维条子2 牵伸装置3 尘笼 第一牵伸区喂入1 根棉条，经牵仲装置牵伸后喂入尘笼加捻区形成芯纱，经 第二牵仲装置喂入的纤维将包在芯纱外形成包芯纱。 喂入第一牵伸区的纤维最大氏度为6 0 n x n ，牵伸倍数为t 0 0 1 5 0 倍。牵伸倍 数的大小决定于所纺纱的粗细和纱芯纤维所占的比例。如果供给第一牵仲装置的 纤维量占纺出纱线纤维量的8 0 ，则其外包2 0 的包覆纤维后，即可得到外观 均匀的包缠纱。 第一章绪论 图l 一3 第二喂入牵伸装置示意凹 1 喂入罗拉2 分梳辊3 输棉管道4 尘笼 第二喂入与牵伸装置如图1 - 3 所示，它是为了对第一牵伸装置供给的芯纱供 应包覆纤维而设置的，并在不艰入第一牵仲装置芯纱的情况下可成无芯纱。它同 时喂入4 6 根棉条，每根棉条的粗细为2 5 3 5 k t e x 。被罗拉牵伸后的宽幅棉层 输送给转速可达1 2 0 0 0 r m i n 表面包有锯条的一对分梳辊。纤维经分梳后呈单纤 维状态，在分梳辊离心力和尘笼吸气的作用下，纤维以浮游状态通过输棉管道进 入尘笼的楔形区，由于第一牵伸机构喂入的须条进入尘笼加捻区后马上就被加上 了捻回，形成了两端握持中问加捻的假捻结构。经分梳辊分梳的外包纤维落在纱 芯上后，在尘笼的作用下包在了纱芯外面，将芯纱的假捻结构固定下来，形成包 芯纱结构。 d r e f - - 1 1 1 型机所纺的纱的线密度为3 3 3 - 1 6 6 6 r e x 。芯纱可用各种天然纤 维、化纤及长丝等。作芯纱的短纤维线密度应为0 6 3 3 d t e x ，长度应为3 0 - 6 0 r a m 。 第二牵伸装最的分梳辊直径为8 0 m m ，转速为1 2 0 0 0 r m i n ，可喂入各种纤维作外 包纤维。d r e f i i i 型机的尘笼直径比较小，为4 4 m m ，转速为3 0 0 0 - 5 0 0 0 r m i l 3 ， d r e f i i i 型机的纺纱速度可达3 0 0 m m i n 。 另外，d r e f i i i 型机可配由微机控制的花式纱装置，生产竹节纱等花式纱。 1 4 2 d r e f i i i 型机的特点 d r e f i i i 型摩擦纺属非自由端纺纱，生产的纱届特种假捻包缠结构，具有篷 第一章绪沦 松柔软的手感，f 满的包覆性和较高的染料吸附能力，与环锭纱或，流纱相比， 纱的疵点数和棉结数少，条干均匀度也比气流纱好。此外摩擦纺纱用纤维小需任 何预处理，具有设备简单、生产效率高、使嗣原料广泛、特种纱线结构、品种多 样化及经济效益高等特点，而获得较快发展，得到各国纺织界的高度重视。”1 1 4 2 i 摩擦纺纱的优势 ( 1 ) 生产效率高摩擦纺纱具有比环锭纺纱高得多的生产效率。一般环锭 纺的纺纱速度为2 0 3 0 m i n ，而d r e f i l l 型机纺纱速度可达3 0 0 m m i n ，比| j i 者 高1 0 倍以上。这种纺纱生产率高的原因是由于摩擦加捻原理纺纱速度和加捻 速度的提高均不受高速凹转件速度的约束使加捻机件的转速不需很高即可达到 高速加捻，而且仍具有进一步提高纺纱速度的潜力。其次，纺纱张力低也是该机 生产效率高的另一重要因素。在摩擦纺纱机上，纱体沿自身的轴向旋转，引纱张 力几乎与纱体的高速旋转无关。采用摩擦加捻的方法有利于降低纺纱张力，解除 高速对生产率的束缚，较好地实现了低张力纺纱。 ( 2 ) 对原料的适应性广摩擦纺纱机对原料的要求较低，可适用于天然纤 维、化学纤维、下脚废料等各种原料。由于摩擦纺纱机能借助尘笼内部的吸风装 置的吸力清除尘杂，使它能用低级原料甚至下脚废料纺出较好的纱线。当混合纤 维原料中有5 0 的纤维短于1 5 m m 或纤维长度离散度大、纤维线密度变异大、含 杂多时环锭纺和转杯纺都会遇到困难，而摩擦纺可以顺利纺纱，从而节约成本， 增加利润。 ( 3 ) 工艺流程短、成本低摩擦纺纱原料经单锡林疏理机制成条子后，即 可直接上纺纱机。在现有的纺纱系统中，可以算是工艺流程较短的一种。另外由 于梳棉生条可直接上机进行纺纱，在设备、厂房面积的投资费用和用：f 费用相应 减少，纱线生产及前纺成本低。另一方面，由于一般纺纱厂的原料费用要占到总 成本的6 0 o 左右，摩擦纺可用低档原料和下脚废料，可使原料费用降低，总成 本比环锭纺节约1 5 - - 3 0 。 ( 4 ) 产品风格独特、花色多及特种纱线结构d r e f - i i i 型机纺制的纱线是包 覆纱，可形成“多组分”的分层结构和“罩紧外松”的捻度结构，纱芯纤维和外 包纤维可以分别单独控制使得不同的纤维材料能进行有选择的组合和配置，可 短包短，【乜可以短包长，生产各种花式纱线。“”“o ” 1 4 22 摩擦纺纱存在的主要问题 摩擦纺纱的成纱强力低是影响成纱质量最主要的因素，也是该方法迸一步丌 发j 。品和阳更细特纱领域发展的牟要障碍，导致纺纱特数局限在羊h 中特以卜。其 原因主要有= i 方面：是纱线本身的结构所决定，纤维无内外层转移纱线结构 第一章绪论 较松散，纤维问抱合力较小，在拉伸过程中易发生相对滑动，这属于浚纺纱方法 的固有缺陷；二是纤维在纱线中的伸直度和定向性很差，在低张力下加捻时，作 用在每根纤维上的拉力太小，使原来凝聚过程中呈卷曲和弯钩的纤维失去伸直的 机会，因而成纱强力较低；三是摩擦纺成纱中各截面上的捻度分布由外向内几乎 是线性增加，内层捻度约为外层的2 倍，整个纱体呈现内紧外松的特点，其成纱 结构比环锭纱蓬松得多。摩擦纺这种特殊的成纱方法和成纱结构决定其成纱中纤 维长度利用系数较低，约为6 1 左右，环锭纱则为7 4 左右。纤维径向压力小， 抱合力差，纤维间断裂不同时性增大，纱强力低。“”3 ” 1 、4 2 3 改进措施 世界各国的纺织工作者为提高摩擦纺纱的成纱强力，做了许多探索工作。改 进摩擦纺成纱强力可以从以下几个方面着手：调节尘笼吸气负压；合理调整输棉 管道的倾角；改善尘笼内胆结构；适当设计加捻元件的表面结构及表面处理：正 确选择引纱速度、尘笼转速、摩擦比等，来提高加捻效率、加捻力矩和纺纱的稳 定性，以达到改善成纱结构，提高成纱强力的目的。“1 第二章摩擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的垃计 第二章摩擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的设计 2 1 引言 近年束，摩擦纺纱技术有了较大的突破最明显的是山粗特纱向细特纱发展， 可以预见，如果充分利用摩擦纺高速的特点，必将能取得更大的经济利益。 但是，摩擦纺山粗特纱向细特纱的发展过程巾，存在的主要问题是成纱强力 低，而这种纺纱结果不理想的主要原因可归结于纤维凝聚不良。为了提高摩擦纱 的成纱强力，必须提高凝聚区内纤维的定向和伸直作用，从而提高纤维长度的利 用系数。因此深入研究纤维输送过程及凝聚状念( 包括纤维的伸直度和分布) 是 十分重要的。提高摩擦纺纱成纱强力的一个重要途径就是改善纤维输送条件，寻 找形状规格更合理、对纤维控制更优秀的输棉管道。本章通过数学模型结合理论 分析，全面深入的研究了输棉管道内的纤维运动特点和规律以及纤维到达凝聚区 时被捻入纱尾时的形态及规律，在纤维输送凝聚理论和规律的基础上提出新的 d r e f - - i i l 型机纤维输送管道的设计方案，并设计制作了新的纤维输送管道。”1 2 2 纤维的输送过程分析 2 2 1 改善输送过程的重要性 在摩擦纺纱过程中，要使纤维在凝聚区具有较好的凝聚状态，继而有更好的 成纱质量，就必须优化纤维的输送条件。如果能使纤维在到达凝聚区时有良好的 伸直和定向，头尾两端同时或几乎同时到达凝聚区，那么就能缩短纤维在凝聚时 头尾两端变速的时间差，使整根纤维在较短时间内被吸附在尘笼表面，纤维两端 也差不多同时进入纱尾。这样纤维就不易发生曲折，纤维一段打圈集中的现象也 较少发生，就可减弱纤维的伸直度在凝聚过程中受到的破坏作用，提高纤维在成 纱中的伸直度，从而提高成纱强力。” 2 2 2 纤维输送过程分析 从分梳寸比, - h * ：t 0 离下来的纤维流经输棉管道到达尘笼表面，输棉管道和尘笼形成 第二章摩擦纷纤维输送、凝聚理论及管道的殴计 定倾角a ，如图2 - i ( a ) 所示，输棉管截面的形状、尺寸和倾斜角n 的大小对 成纱质量影响很大，这是摩擦纺的主要工艺部分。 幽2 - i 输棉管道内的纤维状态分析 对矩形输棉管道通常设为宽度b 不变，高度h 按h - k x 的规律逐步缩小，如 图2 1 ( b ) 。其中k 为直线斜率( 常数) 。当忽略气流的可压缩性时，按流体连 续方程，管道截面积s 和流速v 的乘积为恒量，即s v = 恒量。设a 、b 处截面 管道高度分别为h 、h 。，离a 为x 处的管道高度h ，为：h ，= h - - k x 。 当a 处的流速为v ，则x 处的流速v x 为： v x = v 红：! ：丘生 ( h a k x ) bh 一h 公式( 2 - 1 ) 现在分析单位长度质量为m 的纤维在管道x 断面位置时的受力情况。 由牛顿定律：f = m a = m _ d v d f d x = v x d t d t ：生 玩 e 式表示在连接分梳辊和尘笼的输棉管道部分，纤维离分梳辊距离x 越大 鼢 催 瓦 百 呶 划 吖 牿 第一章摩擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的设计 则浚段纤维上的作用力也越大，纤维加速前进，以利于纤维的伸直平行。如果纤 维在管道中与管道i f 直部分有一倾斜角b ，如图2 - 1 ( a ) 中的位置，则通过推导， 可知该纤维在管道中的逆时针转动力矩mm 随1 3 值而变化。当b - - - - 0 时，m4 = 0 。 随着b 增大时，mm = _ 1 1 = 始增大，直至最大值( 临界值) ，然后又随b 进一步增大 而减小。汹3 2 3 纤维的凝聚过程分析 2 3 1 纤维的凝聚方程 在图2 - 2 所示的输棉管道内，取一圆柱流体微团，其高为8s ，上下底面积为 6 一，图中示出了该流体微团的受力情况，6s6 pg 为微团自身重力，p8 和( p + a 丞p 8 ，) 6 一为流体微团上下表面力，8 s s p 百v 2 为微团径向力。 o sh x 幽2 - 2 输棉管道| 的纤维受力 将微团各力在y 轴方向投影得： p 譬s i n ( 目+ ) 一票c o s ( a + 口) 一腭c 。s 目一肿。 公式( 2 _ 3 ) 第_ _ = 章脖擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的设计 将上式中的未知三角函数，按图内几何关系代入公式( 2 - 3 ) 并整理得 p v2 口zs i n 0 + h c o s 0 一( 6 + y ) t g o 一 一觥2 c o s 日利吼叫_ 警 公式( 2 - 4 ) 当管道内的气流在尘笼负压作用下进入内胆吸咀的同时，纤维进入凝聚区。 设p ( y ，z ) 为凝聚区内纤维任一凝聚位置，s 为p ( y ，z ) 距管道出口边左侧点的距 离，则有： z = 三+ r b + y ) c t g o b + v s i n 口 代入公式( 2 - 4 ) 内，得到纤维在凝聚区内的位置方程： p 矿! m s i n o + h e o s o - s s i n 酬一肚2 9 c o s o - p r 2 一，等 詹2 窖( 彳s i n 0 - s s i n 0 一h c o s 口 一而i 荔i 菰萧i 面丽翥两需萧丽万祠 + i ( 1 一s i n 2 0 ) + s s i n o ( c t g o + c o s 2 口) 公式( 2 - 5 ) 由凝聚位置方程公式( 2 5 ) 可以看出，纤维在凝聚区内的凝聚位置受管道 长度l ，管道倾角e ，管道弯曲半径r 以及入口截面长宽的影响。此外，还与管 道内压力和速度分布有关。” 2 3 2 纤维凝聚过程分析 2 3 2 1 纤维凝聚时的理论分析 假定一伸直纤维以a 输送角凝聚在尘笼表面，当纤维头端到达尘笼表面，以 尘笼表面速度v c 运动时，纤维尾端仍以原来的纤维速度运动，同时，受尘笼 吸风的作用，纤维尾端以v ，接近尘笼表面( 如图2 - 3 ( a ) ) 。 蓑 第一二章摩擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的设汁 剀2 - 3 纤维凝聚的速度及方向 设纤维头端从a 点( 与尘笼表面接触) 转至a 点( 与纱尾表面接触) ，经 历& 时闯。在f 内，纤维头端从a 点运动至a 点，纤维尾端以合速度v 。从b 点 运动至b7 点。由于纤维运动速度v f 大于尘笼表面速度v c ，使纤维尾端运动速 度快于纤维头端运动速度。这样，t 时刻纤维头尾两端的直线距离a b 大于t + f 时刻纤维头尾两端的直线距离a 7 b7 ，这对于同一根柔性纤维来说，只有在纤 维上发生曲折，才1 能满足几何条件。因此，伸直纤维a 8 经f 后，变成为弯盐纤 维a 7 c 7 b ，其形态发生了较大的变化。另外，由于纤维头端先于纤维尾端进 入高速回转的纱尾，而纤维曲折段a 7 c 与纱尾轴向_ ；| 角y 又较大，纱尾轴向 运动速度v o 又远小于纱尾回转速度n ，所以，当纤维b c7 段被卷进纱尾时， 纤维a 。c7 段已经形成比较集中的打圈( 如图2 - 3 ( b ) ) 。 可见，在纤维的凝聚过程中，由于纤维头尾两端变速的不同时性以及先到达 凝聚面的那端速度变化较大( 速度徒的减慢，运动方向也有较大变化) ，使纤维 由于较大惯性两有过冲现象，在纤维中间形成曲折。同时，由于纤维头尾两端进 入纱尾的不同时性，使纤维头端发生了较为集中的打圈，这样，一根原来完全伸 直的纤维，在凝聚过程中，变成了一根头扣。圈集中，中问曲折的弯曲纤维，其 伸直度受到较大破坏。“”1 2 3 22 纤维捻入纱尾的分析 第二章摩擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的设计 摩擦纺成纱中纤维的形态较为紊乱，属于对折、卷缠、弯钩等不规则形态的 纤维在纱中占7 0 - - 8 0 ，属于螺旋线形态而尾端没有各种缺陷的纤维还不到 1 0 ，这种成纱结构使纱线强度显著的降低。 下面就凝聚成纱过程中纤维形态的产生过程加以分析( 如图2 - 4 ) ，本课题 在这罩分析的是顺向纺纱时纤维的凝聚状态。所谓顺向纺纱是指纤维的喂入方向 与成纱的输送方向相一致。 4 越多 乏亨溪乏。 3 莎 b 一、一。n 图2 - 4 纤维的凝聚过程分析 ：! 苎i 黟6 j - 7 b 娃 6 v “ 3 矿 囝hi ：攀 = 套罗 第一种情况，当喂入纤维的一端碰到纱尾时，出于接触状态具有随机性，没 有立即被捻入纱尾，而作短暂的停顿。假设纤维的喂给线速度为，其倾斜方向 可理解为纤维垂直下落方向与尘笼内气流方向的合成方向，其水平方向的分速度 为v h ，纱线输出线速度为v 。在所有情况下，纤维进入凝聚区时，在成纱输出方 向上的分速度v 。都要比成纱输出速度v 高许多倍。因为v h 远大于v ，造成纤维沿 纱线输出方向的“超喂”现象，使纤维被突然减速而折皱、屈曲( 如图所示) ， 纤维以这种不规则的形态捻入纱尾，其结果是形成卷缠、打圈纤维。 第二种情况，当喂入纤维的一端碰到纱尾，并立即被捻入纱尾，其结果将按 照当时纤维的伸直程度、喂入方向及其与纱尾的倾斜角度不同而出现下列几种现 象。 ( 1 ) 喂入伸直的纤维落入凝聚区时平行于纱尾，即纤维的头端和尾端基本上是 同时接触纱尾，其结果形成较规则的的圆锥或圆柱形螺旋线纤维( 如图所示) ， 其方向性较好。 ( 2 ) 喂入伸甑的纤维，与纱尾接触时的位置是顺着纱线的输出方向( 如图所 第一：章摩擦纺乡f 维输送、凝聚理论及管道的殴讨 示) ，其结果是纤维头端a 沿锥形纱尾包卷成螺旋状，雨j 尾端b 则由于追赶头端 而又未能超越头端的位黄( 沿输出方向) 而被甩在纱尾之外，容易与外层新喂入 的纤维纠缠在一起，而形成后端卷缠的形态，纤维的伸直度在捻入过程中受到破 坏。 ( 3 ) 喂入伸直纤维，但其与纱尾接触时的位置是逆着纱线的输出方向( 如 图所示) ，其结果由于尾端b 很容易超越头端的位置而与头端a 同样被包缠在 纱尾上，形成螺旋线形态，纤维的伸直度未被破坏。 ( 4 ) 喂入不伸直的对折形纤维，这种纤维是在落下过程中与另一根纤维碰 撞而造成的，其中部被捻入纱尾，结果由于纤维的两端被同步拖动和回转，两端 之间的相对运动幅度很小，最终形成一端封闭的打圈、卷缠形念的纤维( 如图 所示) 。纤维的伸直度在捻入过程中基本保持原先的不伸直状念。”“” 2 4 输棉管道的设计和制作 2 4 一输棉管道的设计思想 本实验的输棉管道的设计是建立在以上对纤维输送及凝聚的理论基础上进 行的。本实验设计的输棉管道采用封闭式，管道分为两个区域，即渐缩区和渐扩 区。由于纤维在离开分梳辊后需要一段作加速运动的过程，使纤维在加速运动过 程中头尾两端速度尽量一致以得到较好的伸直和定向。为达到这个目的，在管道 的上半部，其长度变化不大，宽度变小，则截面积变小，这个区域称为渐缩区， 纤维在这个区域进行加速运动，纤维的伸直定向得到优化。而在管道的下半部， 由于作加速运动的纤维速度较快，为减弱纤维在尘笼表面的撞弯作用，保持原来 伸直纤维的状态，并使纤维均匀的分配在凝聚区上，管道在下半部被增大了其长 度以降低纤维的速度并提高凝聚的均匀度，这个区域称为渐扩区。并且在管道的 渐扩区域，为了管道两壁处的摩擦，保持管道内气流的顺畅，减少管壁处涡流场 的产生“”，本管道的渐扩区采用具有一定弯曲半径的弧形设计”。另外，为提高 纤维进入凝聚区的伸直平行度，并且为了适当减小凝聚的峰值，使纱线的外层有 少量纤维形成包缠，本管道的设计上采用了一定的倾角设计。”“”“”。2 1 原管道规格及本课题输棉管道设计图及规格如图2 5 和图2 6 所示。 第二章摩擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的设计 十z +l t t t 争 斗 t ! w i 卜2 6 m 一 2 4 2 管道的制作 l 七一l 幽2 - 5 原输棉管道的规格幽 图2 - 6 课题没计的管道规格图 本课题输棉管道的制作材料是有机玻璃厚度为3 毫米。辅助工具为钢锯、 砂轮、电钻及电炉等。本课题在管道制作过程中不断测量各部分k 度及弯曲半径， 严格按照设计图纸进行，保证实验设计的严格性。 2 5 结论 ( 1 ) 在连接分梳辊和尘笼的输棉管部分，纤维离分梳辊距离越大，则该段纤维 上受到的作用力也越大，纤维加速前进，并且适当增大输送倾角有利于减少管道 一下l 篇_ 二章胯擦纺纤维输送、凝聚理论及管道的没计 内的涡流，以有利于纤维的伸直i f 行。 ( 2 ) 导出的纤维凝聚位置方程表达式表明，纤维在凝聚区内的凝聚位置受管道 长度l 管道倾角o ，管道弯曲半径r 以及入口截面长宽的影响。 ( 3 ) 在纤维的凝聚过程中，由于纤维头尾两端变速的不同时性以及先到达凝聚 面的那端速度变化较大，同时，出于纤维头尾两端进入纱尾的不同时性，使纤维 头端发生了较为集中的打圈，其伸直度受到较大破坏。 ( 4 ) 纤维在输送和凝聚的过程中形态复杂，影响因素较多，改变管道的结构设 计以提高纤维头尾端到达纱尾的一致性理论上具有可行性。 第二章纤维的凝聚状态测试 31 引言 第三章纤维的凝聚状态测试 近些年摩擦纺纱有了较犬的发展，但是摩擦纺由粗特纱向细特纱发展的过 程中，存在的主要问题是成纱强力低。为了提高摩擦纺的成纱强力，必须提高凝 聚区内纤维的定向和伸直作用，从而提高纤维长度的利用系数，提高成纱强力。 因此，深入研究纤维在凝聚区内的凝聚状态( 包括纤维的伸直度和质量分布) 是 十分重要的。“2 3 2 主要研究内容 大量的研究表明，对于已知的摩擦纺系统，纱线结构不理想的主要原因可归 结为该种工艺过程纤维凝聚状态不良，椿入研究摩擦纺纤维凝聚时的纤维分布、 纤维形态等对摩擦纺成纱质量的提高有着极其重要的作用。本章主要通过对凝聚 须条的纤维分布，对比两种管道实验数据，并从理论上分析了两种管道的特点及 优劣，为摩擦纺纤维凝聚理论及成纱质量的提高提供了依据。实验证明，新管道 的凝聚状态分布较为理想，纤维的凝聚较早，质量分布均匀，凝聚极差值也分布 于相对较小的范围内，总体凝聚状态较原管道好。 3 3 实验准备 3 3 1 原料准备 本实验所用原料为棉纤维。棉纤维为天然纤维素纤维，主要成分为纤维素及 其伴生物。本课题所用的棉纤维丰要物理机械性能见表3 - 1 。其特点：良好的吸 湿性，回潮率7 8 ，有一定强度、拉仲恢复弹性和耐疲劳性能。这种棉纤维经 丌松、混合、并条后制成普梳棉条供课题使用。 丌松、混合、并条后制成普梳棉条供课题使j l 。 第二章纤维的凝聚状态测试 表3 - i 本课题州棉纤维物理机械性能 网潮率细度长度强度断裂伸模量密度 ( )( d l e x )( m m )( n r e x )长( )( c n t e x ) ( k g m 1 ) 7 8l _ 6 82 4 62 0 2 05 04 5 21 5 4 3 3 2 凝聚实验准备 本试验在d r e f - - i i i 型摩擦纺机上进行。棉条喂