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羊毛牵切与纺纱工艺设计 摘要 羊毛作为一种较珍贵的天然纤维原料，有其独特的优点：优良的 弹性、保暖隔热；柔和的光泽和良好的吸、放湿性能；独特的织物风 格等。但也有其不足之处，如：纯纺高支纱毛纱加工时易断头；洗涤 时穿着中易皱、易缩和有刺痒感等。通过混用性能优良的化纤，既可 弥补羊毛性能的一些弱点，又有利于改善毛纺产品的可加工性及服用 性。实践表明，混纺产品的服用性能比纯毛产品优良，但价格比纯毛 产品低得多。因此有必要采用混纺和合理的混纺比，将毛纺产品的成 本降下来，品质保持甚至提上去。同时由于棉纺生产流程比毛纺生产 的要短，同时细纱机钢领直径比毛纺纺细纱机钢领直径小，因此在棉 纺设备上加工高支毛纱可以缩短传统毛纱的生产流程，降低成纱成 本，提高产量，也有利于传统棉纺产品的更新换代，并且可以扩大羊 毛纤维的应用领域和消费。本课题就针对棉纺工艺生产高支毛纱进行 深入研究和探讨，包括羊毛牵切技术生产棉型毛条、牵切前后纤维的 性质对比和分析、混纺原料和混纺比的选择、以及棉型s i r o s p u n 技 术生产高支毛涤纱的优化工艺和纱线质量指标测试分析等。从而探索 高支毛纱生产的新途径，提高纺纱支数，降低生产成本，为棉纺企业 生产高附加值产品、提高竞争力和经济效益提供参考。课题的研究内 容主要包括： ( 1 ) 在改装的羊毛牵切机上进行牵切羊毛试验，通过改变和调试各 有关工艺参数，对不同牵切工艺生产的羊毛纤维进行物理指标 测试，采用数学的模糊决策方法得出最佳的工艺配置，以生产 符合棉纺系统生产的棉型毛纤维。 ( 2 ) 对牵切前后的羊毛纤维进行性能测试和对比分析，从影响纺纱 工艺和纱线质量的物理指标出发，对纤维的表面状态、外观形 态、摩擦性质等作了深入研究；通过扫描电镜和其他实验仪器 对比牵切后羊毛纤维和牵切以前的性质差异。 ( 3 ) 探讨采用棉纺系统加工牵切羊毛纤维混纺纱的可能性，从力学 角度分析采用s i r o s p u n 技术生产牵切羊毛混纺纱的特点。对比 采用普通环锭纺纺制的纱线，发现使用si r o s p u n 技术对于减少 纱线毛羽、增加纱线紧密度等有积极作用。 ( 4 ) 从理论上分析混纺原料和混纺比的选配，发现采用0 8 旦细旦 涤纶与牵切羊毛以5 5 4 5 比例混纺，有利于牵切羊毛在棉型 s i r o s p u n 设备上顺利成纱。并纱线质量指标测试和分析，采用 二次通用旋转组合设计对工艺参数进行优化，从而得到最佳的 工艺配置。 关键词：羊毛，牵切，棉纺系统，赛络纺，工艺优化 t e c h n o l o g ya n dp r o p e i 之t y0 f d r a f l l - c u t t i n gw o o lf i b e r s a bs t r a c t a sa ni m p o r t a n tn a t u r em a t e r i a l ，w o o lf i b e r sh a v em a n ys p e c i a l p r o p e r t i e s ：g r e a te l a s t i c i t y , h e a tr e t e n t i o n ，s o f tl u s t e r , a n dp a r t i c u l a rs t y l e b u ti ta l s oh a ss o m ed e f i c i e n c i e s ，f o re x a m p l e ，p u r ew o o lf a b r i ci se a s yt o c r i n k l ew h e nw a s h i n g i fb l e n d e dw i t he x c e l l e n tc h e m i c a lf i b e r s ，i tc a nn o to n l ym a k eu p t h ed i s a d v a n t a g e so fw o o lf i b e r s ，b u ta l s oc a n i m p r o v et h es p i n n i n g p r o p e r t y s o ，i ti se s s e n t i a lt oa p p r o p r i a t ef i b e ra n dr a t i o n a lb l e n dr a t i ot o p r o d u c es u p e r i o r w o o l p r o d u c t s w i t hl o wp r i c e t h i s p a p e ru s i n g m a t h e m a t i c sm e t h o dp r o v e st h a t0 8d e n i e rf i n ep o l y e s t e rf i b e ri ss u i t a b l e t ob l e n dw i t hw o o lf i b e r s t h eb l e n d e dw o o ly a m sh a v ef i n ec o u n tw h i c h c a nm a k el i g h tw e i g h tw o o lf a b r i c sw h i c hi sj u s tt h ef a s h i o nt r e n do f w o o lp r o d u c t s a n o t h e rf a c ts h o u l db en o t i c e di st h a tc o t t o ns p i n n i n g s y s t e mi ss h o r t e rt h a nw o o ls p i n n i n g ，a n dt h et r a v e l l e rr i n g sd i a m e t e ri s a l s os m a l l e r t h a nw o o ls p i n n i n gf r a m e i fw o o lc a nm a k eb yc o t t o n s y s t e m ，t h ec o s tw i l lm u c hl o w e rt h a nb yw o o ls p i n n i n gs y s t e m b a s eo n t h i sf a c t ，t h i sp a p e ra i m st or e s e a r c hp r o d u c i n gh i g hc o u n tb l e n d e dy a m o fw o o la n df i n ep o l y e s t e ri nc o t t o ns p i n n i n gs y s t e m t h er e s e a r c hc o n t e n ti n c l u d e s ： ( 1 ) p r o d u c i n gd r a f t c u t t i n g w o o ls l i v e ri ns t r e t c hb r e a k i n gc o n v e a e r - t e s t i n ga n dc o m p a r i n gt h es l i v e r sq u a l i t ya n du s i n gm a t hm e t h o dt o c h o o s eb e s tp r o c e s s ( 2 ) t e s t i n g a n d a n a l y s i s t h ed r a f t - c u t t i n gw o o lf i b e r st of i n dt h e d i f f e r e n c e sa f t e rs t r e t c hp r o c e s s ( 3 ) t h r o u g ht h e o r ya n a l y s i s ，f i n d i n gt h er i g h tb l e n d e dr a t i oo f w o o la n d f i n ep e ti s4 5 55 p r o d u c i n gt h eb l e n d e dy a mi nc o r o ns p i n n i n g s y s t e ma n du s i n gs i r o p u nt e c h n o l o g yw h i c hc a nr e d u c et h eh a i r i n e s s a n dm a k et h ey a mh a v eg l a b r o u sa p p e a r a n c e ( 4 ) t e s t i n gy a m sq u a l i t ya n da n a l y s i st h ei n s i d es t r u c t u r e ，u s i n gm a t h m e t h o dt of i n do p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r l iw e i w e i ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) k e y w o r d s ：w o o l ，d r a f t - c u t t i n g ，c o t t o ns p i n n i n g ，s i r o s p u n ，t e c h n o l o g y 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所警交的学位论文，是本人在导师的 指导f ，独立进行研究j ：作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识剑本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：苍侣饴 日期： 工d 0 5 年j 2 月j 8 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以 将本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 制手段保存和汇编本学位论文。 保密商在二三年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：煮 佑馅 指导教师签名： 日期：渺f 娟f 驴日日期：例f 年- 咱l 日 东华人学硕上论文 第一章前言 1 1 毛织物高支轻薄化的发展 作为重要纺织原料的羊毛纤维，有许多优点：优良的弹性、覆 盖性和隔热性，有利于面料形状保持和人体的保暖隔热；柔和的光泽 和良好的吸、放湿性能，可获得舒适的织物风格；独特的毡缩性有利 于织物成形和致密化；特有的螺旋大分子及交联结构赋予纤维良好的 回复弹性与定形机制。 2 0 世纪9 0 年代以来，随着人们消费水平和审美观点的提高，毛 织物传统的保暖功能不再是人们的首要选择瞳1 ，而高档、轻薄、柔软、 舒适、四季可穿的产品越来越受欢迎。高支轻薄化已成为毛纺行业产 品结构调整的一个热点，发展势头很快，覆盖面包括了各类毛纺产品： 精纺呢绒、针织绒、羊毛衫与毛毯等。据国际羊毛局分析口1 ，国际上 九十年代中期至今，男装面料单重降低了2 0 0 o , - , 3 0 ，女装面料降低了 1 0 - 4 5 。从国外来样分析也可看到，精纺呢绒中5 0 支以上高支轻薄 型产品约占4 0 5 0 ，与同类传统产品比较，这些产品的单位重量减 轻了4 1 6 6 2 5 ( g m 2 ) ；羊毛衫和针织呢绒也向轻薄化发展。但是， 毛织物高支轻薄化的发展也受到许多因素的制约。 ( 1 ) 羊毛资源问题 我国的羊毛产量尤其是高品质的细羊毛产量不高，远远不能满足 毛纺工业生产的需要，因此高支细羊毛原料仍依赖进口1 。而国际上 这一档次的羊毛产量也很低，价格十分昂贵。据国际羊毛局资料介绍， 细度小于1 9 p , m 的高级细支羊毛产量仅4 万吨左右，占澳毛总产量的 5 4 4 ；细度为2 0 2 3 1 m a 的中级细支羊毛产量要占6 6 6 左右，两者价 格相差5 0 以上。因此，原料资源是制约高支轻薄型产品发展的一个重 要因素。 ( 2 ) 成本价格问题。 在产品成本结构中，原料成本所占比重较大，它直接关系到产品 东华大学硕t 论文 的市场竞争能力。这方面须适应国内消费水平与国际流行趋势。目前， 我国毛纺产品存在的高用毛与大量生产纯毛产品的状况，不仅与国内 消费水平不相适应，而且超过了国际上一些发达国家的用毛水准。目 前国内毛纺业用毛量过大的现状易使毛纺产品成本价格居高不下，严 重影响产品的市场竞争能力。 ( 3 ) 产品的可加工性与服用性能问题。 羊毛作为一种较珍贵的天然纤维原料，固有其独特的优点，但也 有其不足之处，如：纯毛纱加工时易断头( 特别是高支纱) ；虫蛀；洗 涤时穿着中易皱、易缩和有刺痒感等。故纯毛产品未必尽如人意。而 通过混用性能优良的化纤，既可弥补羊毛性能的一些弱点，又有利于 改善毛纺产品的可加工性与服用性。因此，毛纤维与其它纤维的混纺 并配以合适的混纺比，既可发挥毛纤维的优点，又可改善纯毛产品的 某些不足，同时还可降低产品的成本和销售价格。实践表明，混纺产 品的服用性能比纯毛产品优良，但价格比纯毛产品低得多。 1 2 生产轻薄毛织物的方法比较 目前，生产高支轻薄毛织物的方法大致有以下几种： ( 1 ) 采用细支羊毛 目前，我国大量企业生产高支轻薄毛织物产品都还采用这种传统 的方法。但是如上所述，由于高级细支羊毛资源的稀少，价格昂贵， 致使传统工艺生产的轻薄产品成本高，产品性价比低，竞争能力差乜1 ， 大大制约了产品的推广和整个行业的发展。另外由于细支羊毛产量少， 也远不能满足市场需求。据资料介绍，目前我国生产的轻薄型毛纺面 料总量仅能满足国内市场需求的1 0 左右，不少高档毛纺面料尚需依 赖进口h 1 。 ( 2 )化学法改性使羊毛纤维变细 用于精纺的细羊毛，由鳞片层和皮质层构成。力学性能主要决定 于皮质层，如果把鳞片层剥去，纤维就变细了。而且去了鳞片，还有 防缩作用。剥取鳞片的传统方法是氯化法，但这种方法会产生可吸收 东华人学硕上论文 有机氯( a o x ) 污染。现在多采用氧化法。为改善力学性能和手感，还要 进行树脂处理和柔软处理。此外，也可采用蛋白酶加化学预处理办法， 同样可以达到使羊毛变细而不污染环境。蛋白酶处理的技术难度在于 酶性能的稳定性和处理程度的准确控制，国产酶尚在开发中乜1 。 ( 3 ) 采用等离子体对羊毛纤维进行物理改性 采用等离子的表面刻蚀与改性作用，既可以使纤维表面被等离子 体轰击刻蚀掉一层而变细；又可以使被刻蚀的表面摩擦系数增大，并 且接上极性基团，可增强纤维间的抱合力，改善纤维的可纺性和染色 性等。应用在羊毛纤维改性方面，等离子体刻蚀技术一般采用低温 真空体系的工艺路线。因此生产要求和成本都较高。 ( 4 )羊毛纤维拉伸细化技术 这种无污染的羊毛细化改性技术，是澳大利亚联邦工业与科学研 究院( c s i r o ) 研究成功的羊毛改性的最新技术。如平均细度为2 1 岬的 中粗羊毛经拉伸处理后，其细度可降至1 7 l l m 左右，即相当于1 0 1 l t e x 超细羊毛，可用于加工高档超轻薄型面料呻3 。 ( 5 )纱线结构优化技术 目前我国毛纺产品存在用毛比例偏高以及大量生产纯毛产品的 状况，这不仅与国内消费水平不相适应，而且超过了国际上一些发达 国家的用毛水准，这就使得产品的成本价格相应提高，削弱了产品在 国内外市场的竞争力。选用合适的纤维与羊毛纤维进行混纺，同时采 用新型纺纱方法，优化纱线结构，不仅可以保持毛织物特有的性能和 风格，还可以克服羊毛纤维的缺点，生产高档轻薄舒适的面料，提高 产品档次，降低生产成本哺1 。 总之，为了合理利用原料资源，增强市场竞争能力，丌发新产品， 特别是高支轻薄型产品，以适应市场的需求，有必要采用混纺和合理 的混纺比，将毛纺产品的成本降下来，品质保持甚至提上去。而这方 面研究的成功与实现，取决于对混纺产品特征和混纺特性优势互补的 基础研究。选择合适的纤维与羊毛纤维进行混纺，能够实现低成本、 低价格丌发高品质和高附加值的产品的目的，从而提高企业的经济效 东华大学硕十论文 益；并且还可以和大众的消费水平结合起来，对于扩大羊毛产品的消 费群体也有积极的推动作用。 1 3 棉纺设备生产混纺毛纱的研究 早在上世纪8 0 年代，有国外专家提出了在棉纺设备上生产羊毛纱 线的设想口1 。因为棉纺的工艺流程比毛纺的要短，同时棉纺细纱机的 钢领直径比毛纺细纱机钢领直径小，有利于提高生产速度。因此棉纺 工艺生产羊毛纱线可以缩短传统毛纱的生产流程，降低成纱成本，提 高产量。同时也有利于传统棉纺产品的更新换代，并且扩大了羊毛纤 维的应用领域。 在上世纪末期，国内外专家学者就这一课题展开了研究，认为在 棉纺设备生产羊毛纱线是可行的，c h e l l a m a n ik p 等研究证明阳一1 ，用 棉纺系统加工羊毛纱线的成本仅为传统精纺毛纱成本的一半。但是首 先要采用牵切工艺将羊毛纤维的长度降低到适合棉纺设备进行生产， 其次要选择合适的纤维与羊毛纤维混纺，以提高其可纺性。黄康道n 们 等曾采用棉纺工艺技术路线，开发细旦涤纶与牵切羊毛混纺的系列产 品，认为可以达到优质、高支、高附加值的目的，并为棉纺行业结构 调整提供了一条可行的技术途径。开发具有一定数量、高难度的1 4 t e x 毛涤( 4 5 5 5 ) 单经单纬轻薄型( 1 2 0 9 m 2 以下) 的匹染布及色织布面料， 体现了纺、织、染的综合水平，机织、针织以及相应的交织产品品种 开发前景十分广阔。 关于细旦涤纶与毛混纺的精纺毛产品，在2 0 世纪9 0 年代就开始 其人注目。在1 9 9 2 年秋季的男装市场上出现了一种羊毛和细旦涤纶混 纺的精纺毛织物，以其独特的柔软、轻便和舒适的服用性能，引起了 人们的关注和喜爱，当时主要的开发商有f o r s t m a n & c o m p a n y ， w o r c e s t e r s 和b u r l i n g t o nm e n s w e a r s ，其产品的羊毛含量在4 5 一7 5 之 间3 。在1 9 9 5 年，第9 届国际毛纺织研究大会上，国际羊毛局正式提 出用细旦聚酯纤维与羊毛混纺开发轻薄毛织物n 副，选用细旦涤纶纤维， 其优点在于纤维细，具有柔软性，可挠性和滑爽性；纤维纵横比大， 东华大学硕十论文 易缠结；与其他材料互相渗透能力强：应力松弛快；精细的织物结构， 形成于纤维问的微细空间。特别适合与羊毛等刚弹性较大的纤维进行 混纺或复合纺，同时可以在保持截面根数足够的前提下，纺出更细的 混纺纱砸1 。既可以生产具有毛织品特殊风格的高档面料，又可以降低 生产成本。1 9 9 8 年，欧洲制造的羊毛加细旦聚酯纤维( w o o ls u p r i v a t m ) 商用样品于p r e m i e r ev i s i o n 展览会展出n 引。同年，国际羊毛局( i w s ) 与d u p o n t 公司在东京联合举行羊毛加细旦聚酯纤维的推广大会n 4 | 。 1 9 9 9 年，同本推出羊毛加细旦聚酯纤维高档面料，集舒适，轻质和高 品质易护理于一身副。我国在“九五 科技攻关项目中也把高支毛涤 混纺纱作为一个重要的研究课题。但是当时的研究只局限于传统纺纱 方法，没有在纱线结构机理和纺纱方法上进行深入分析和研究，因此 生产工艺和后道产品没有得到广泛的应用和推广。 1 4 利用牵切技术生产棉型毛纤维的发展 要在棉纺系统上实现毛纤维的顺利生产，如前所述首先要采用牵 切工艺将羊毛纤维的长度降低到适合棉纺设备进行生产。牵切技术最 早应用于化纤生产。目f j i 将化纤长丝变短并直接成条有切断法和拉断 法( 即牵切法) 两种加工工艺n6 l 。切断法直接制条是化学纤维等长切断， 在与羊毛混纺时会产生牵伸不匀，使纺纱质量下降。因此，切断制条 工艺已呈现被淘汰的趋势。 拉断法直接制条又称为牵切制条，是一项逐渐完善的、合理的制 条工艺，是于1 9 3 4 年在德国f a r b e n 工业协会的建议下，由德国s e y d e l 公司引入市场的7 1 。6 0 年代，牵切成条技术流行于欧洲和美国，不久 即传到了世界上很多纺织工业国。现在由于市场全球化，牵切成条技 术在纺织品生产领域的应用日益广泛和普及n 引。拉断设备由若干对牵 伸罗拉组成，喂入的丝束经过预拉伸及主拉伸作用，当拉伸罗拉对丝 束的拉伸力超过纤维断裂伸长限度时，纤维将在其强力弱节处发生断 裂。化纤牵切机的机构示意图如图1 1 所示n 町 东华人学硕i ：论文 章伸 图卜1 化纤牵切机机构示意图 1 ，2 罗拉之间为预牵伸区；3 ，4 罗拉之间为牵伸区；5 ，6 ，7 罗拉之 问为拉断区。牵伸倍数一般在1 4 1 8 倍；化纤在拉断区被拉断成所 需长度的化纤片段。长丝拉断长度可以根据工艺要求在一定范围内呈 随机分布状态，其长度分布接近于天然羊毛纤维的拜式分布，因而提 高了拉断后化学纤维的纺纱性能，克服了用切断法所得到的等长纤维 而导致的牵伸中周期不匀。拉断后的短纤维直接在拉断机上制成纤维 条，既没有毛粒又极少有杂质。要保证拉断长度准确，必须要严格控 制拉断机的各项工艺参数，主要包括预拉伸区的牵伸倍数、隔距及加 压，以及主牵伸区钳口间的距离及加压。预牵伸区的作用在于使拉伸 的纤维长丝伸直平行，达到化纤长丝打包静的状态，这样才能使主拉 断区的纤维长度准确。预牵伸张力不够会影响拉断长度，出现过长的 现象。主牵伸区的牵伸倍数、皮辊钳口距离及加压是影响拉断纤维长 度的关键，因此必须根据不同原料进行适当的调整。 近年来，除了在化纤生产上的广泛应用之外，牵切技术在羊毛 毛条、兔毛毛条以及麻条生产上的应用也日渐增多n 引，尤其羊毛毛条 的牵切技术，备受国内棉纺行业的关注。8 0 年代初期，以精梳落毛为 原料，在棉纺设备上纺制的毛棉混纺纱因毛纤维整齐度差且与棉纤维 的长度差异大，以致生产难度大，成纱质量差，生产效率低，产品档 次低。近几年，随着毛织物要求轻薄化的发展趋势，市场对高档毛 棉混纺产品的需求同益增加，这就要求成纱纱支要细、条干好、强力 高、毛羽少，织物不仅挺爽、滑糯，而且轻薄细腻、悬垂、柔软、富 有弹性。为此，国内一些生产厂家以高品质的精梳细支澳毛条为原料， 东华大学硕十论文 尝试采用毛条牵切工艺生产牵切羊毛，并与合适的纤维混纺，在棉纺 设备生产高支混纺毛纱。生产实践证明，牵切后的毛纤维整齐度好 且与棉型纤维的长度非常接近，从而能在棉纺织设备上纺制出附加值 高、产品档次高的毛棉( 或棉型化纤) 混纺产品。毛条牵切工艺的创新， 解决了在棉纺设备上混纺时毛纤维同其它纤维长度差异大的矛盾，为 纺优质高支毛纱，生产高档毛棉织物打下了基础。 1 5 本课题的研究意义和研究内容 针对毛织物高支轻薄化发展的趋势，以及产业发展受羊毛资源的 制约，本课题针对羊毛纤维的牵切工艺、牵切后羊毛纤维的性质变化 对纺纱工艺和纱线质量的影响进行分析，通过试验研究棉型s i r o s p u n 技术生产高支毛涤纱的最佳工艺，并对混纺纱线质量进行测试和分析。 从而探索高支毛纱生产的新途径，以降低生产成本，为企业生产高附 加值产品、提高竞争力和经济效益提供参考。课题的研究内容主要包 括： ( 1 ) 在改装的羊毛牵切机上进行牵切羊毛试验，通过调试和改变各有关 工艺参数，对不同牵切工艺生产的羊毛纤维进行物理指标测试，采 用数学的模糊决策方法得出最佳的工艺配置。 ( 2 ) 对牵切前后的羊毛纤维进行性能测试和对比分析，从物理指标、和 表面结构和表面性质上分析牵切后羊毛纤维的结构变化，以及这种 变化产生的原因。 ( 3 ) 探讨采用棉纺系统加工牵切羊毛纤维混纺纱的可能性，从力学角度 分析采用s i r o s p u n 技术生产牵切羊毛混纺纱的优点。 ( 4 ) 从理论上分析混纺原料和混纺比的选配，并进行试纺试验，进行纱 线质量指标测试和分析，采用二次通用旋转组合设计对工艺参数进 行优化，从而得到最佳的工艺配置。 东华人学硕t ：论文 参考文献 【1 】丁伟东，储才元，纺织物理，上海，东华大学出版社，2 0 0 2 ：1 4 6 【2 】周启澄，毛精纺轻薄型产品开发的基本原理和技术要领，现代纺织技术， 2 0 0 0 ，( 2 ) ：9 1 2 【3 】w a l k e rb ，f u t u r ec h a l l e n g e sf o rf i n ea n ds u p e r f i n ew o o lg r o w e r sa n dr a m b r e e d e r s ，w o o lt e c h n o l o g ya n ds h e e pb r e e d i n g ，2 0 0 4 ，( 2 ) ：8 5 8 7 4 】k a ncw ，c h a n ，k ，y u e nc wm ，s u r f a c ep r o p e r t i e so fl o wt e m p e r a t u r ep l a s m a t r e a t e dw o o lf a b r i c s j o u r n a lo fm a t e r i a l sp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y , 19 9 8 ，8 3 ( 1 ) ： 1 8 0 - - 1 8 4 【5 】章悦庭，陈丽珍，胡绍华，毛纺产品的轻薄化及其发展趋势，现代纺织技术， 2 0 0 2 ，( 2 ) ：4 0 - 4 2 【6 】w e i d o n g ，y u ，h a o j i n gy a n ，a p p l i c a t i o no fp l a s m ae t c h i n gt e c h n i q u et ot h e m o d i f i c a t i o no f w o o l ，j o u r n a lo f c h i n at e x t i l eu n i v e r s i t y e n g l i s he d i t i o n19 9 3 ， 1 0 ( 3 ) ：1 7 2 2 【7 】k a d z i e l aj ；s o b c z a kt ，s p i n n i n go fs h o r tw o o lf i b e r sb l e n d e dw i t hm a n m a d e f i b e r si ns h o r t - d r a f tc o t t o ns y s t e m s ，p r z e g l a dw l o k i e n n i c z y ，19 8 5 3 9 ( 5 ) ：19 2 【8 】l e n n o x k e r rp ，w o r s t e dy a r ns p u no nt h ec o t t o ns y s t e m ，t e x t i l em o n t h ，19 9 8 ， ( 6 ) ：2 l 2 3 9 】c h e l l a m a n ik p c h a t t o p a d h y a yd ，w o r s t e dy a m i nc o t t o ns p i n n i n gs y s t e m ， y a m s & t e c h n i c a lt e x t i l e s am o n o g r a p hd e a l i n gw i t hm e t h o do fm a n u f a c t u r e o f1 2d i f f e r e n tt y p e so f y a m s & n i n et e c h n i c a lt e x t i l e s ，1 9 9 9 ，4 1 - - 4 8 1 0 黄康道，程懋丰，棉纺：i ：艺路线开发高支毛涤纱及其轻薄型面料研究，上 海纺织科技，1 9 9 7 ，2 5 ( 6 ) ：5 1 5 3 。 1 1 吴雄英，毛涤复合纱线加工、结构、力学性能及其织物， 博士论文 ，东 华人学，1 9 9 9 ，l 【1 2 】s t u a r tf ，f i n ep o l y e s t e rb l e n d sa b o u n df o rf a l l1 9 9 2 ，d n r ，1 9 9 1 ，( 8 ) ： 2 l 2 2 1 3 日本向消费者推广崭新羊毛混纺产品，中国纤检，1 9 9 8 ，( 9 ) ：2 0 - 8 东华人学硕l 论文 【14 】w a n gq ，p o s t l er ，p h i l l i p sd g ，z h a n gw ：，p r e s s i n gp e r f o r m a n c eo f l i g h t w e i g h tw o o la n dw o o lb l e n df a b r i c s ，1 0 t hi n t e m a t i o n a lw o o lt e x t i l e r e s e a r c hc o n f e r e n c ep r o c e e d i n g s ，2 0 0 0 ，2 6 ( 6 ) ：10 【15 】g e o f f f i s h e r ，m e d i c a la n dh y g i e n et e x t i l e s - - - c o n t i n u i n gi ng o o d h e a l t h ， t e c h n i c a lt e x t i l ei n t e m a t i o n a l ，2 0 0 2 ，( 4 ) ：1 0 1 4 【1 6 】吴民逸，日本0 一m 公司的丝束牵切成条机t r w s 的特性和工艺设计，合成纤 维，1 9 9 2 ，2 1 ( 1 ) ：5 3 - - 5 7 1 7 b u l l i op g ，t h em a c h i n eo f t h ef i r s ti t m aa s i a , s e l e z i o n et e s s i l e ，2 0 0 1 ， ( 1 1 ) ：1 5 1 6 1 8 y t r o t t e i n ，r e f l e c t i o n so ns t r e t c h b r e a k i n go f c h e m i c a lf i l a m e n tt o w ，c h e m i c a l f i b e r si n t e r n a t i o n a lv o l 4 6 19 9 6 ，( 6 ) ：7 9 1 9 周焕梁，新型牵切机的研制，上海纺织科技，1 9 9 1 ， ( 1 9 ) ：l l 1 3 2 0 张健美，优质毛棉混纺纱的研制，上海纺织科技，1 9 9 8 ， ( 6 ) ：1 7 1 9 2 1 沙亚明，毛棉混纺精梳纱的生产实践，上海纺织科技，2 0 0 5 ，3 3 ( 4 ) ：3 8 - - 3 9 。 9 东华人学硕上论文 第二章羊毛牵切工艺及工艺参数优选 在探讨羊毛纤维的牵切工艺之前，有必要了解一下纤维的弱节理 论。因为纤维在外力作用下会伸长并最终断裂，这种断裂不是发生在 纤维的最细部位，就是断裂在结构缺陷处。总之，纤维的断裂总是发 生在纤维的最弱部位，称之为纤维的“弱节”。羊毛纤维的弱节特征尤 为明显，在牵切工艺中，羊毛纤维伸长并首先在其弱节处发生断裂， 因此了解纤维的弱节对生产牵切羊毛纤维是非常有益的。 2 1 纤维弱节特征 纤维弱节是指纤维内部结构中和外观形态上存在着明显的结构不 均匀性和缺陷。可以分为三类【l 】。其一是纤维的内部结构弱节，一般 采用电子显微镜、微区电子衍射和x 射线衍射技术分析。但此种弱节 区域太小太少，寻找与观察都极为困难。其二是形态细节或细颈，即 纤维生长的较细部位，这类特征大都采用纤维轮廓测量法来表征。其 三是自然侵蚀和人为损伤的形态结构缺陷，往往采用扫描电子显微镜 ( s e m ) 观察。 纤维的弱节最主要表现为纤维的力学性能的退化。因此在理论和 实践上，最方便和最直接的方式是以纤维的力学行为来表征其弱节的 特征。图2 1 是羊毛纤维不同断裂行为的拉伸应力一应变曲线1 2 】，从 图中可以看出拉伸曲线分为：拉伸曲线各变形阶段清晰完整的“完整 曲线”和拉伸曲线仅有应力较低和应变较小区段的“非完整曲线”。通 常称“完整曲线为“正常拉伸断裂曲线”，因为是非弱节断裂行为； 称“非完整曲线”为“弱节拉伸断裂曲线，因为是典型的弱节断裂力 学行为。显然，纤维弱节断裂应力和应变低于图2 1 中的临界应力o 。r i 和临界应变。r i o 本课题选用澳毛作为牵切原料，原因在于澳毛纤维的 弱节在纤维体的中间部位，牵切过程中，纤维断裂较整齐，减少超长 纤维和倍长纤维的含量。 东华大学硕f ：论文 l l 完整 - i 曲线 l 夕。 图2 1 不同断裂行为的拉伸应力应变曲线 2 2 牵切工艺概述 羊毛牵切技术是将毛条中的纤维进行机械拉伸，当牵伸罗拉对毛 条的拉伸力超过纤维断裂伸长限度时，则纤维发生断裂，从而长度变 短，以适合在棉纺系统上进行加工和生产。利用牵切技术可以缩短传 统毛纱生产的流程，降低成纱成本，提高产量。同时也有利于传统棉 纺产品的更新换代。我国在9 0 年代，曾有过这方面的研究【3 】，但是对 于牵切工艺参数的选择，以及不同的工艺参数对牵切后羊毛的性能指 标的影响没有做深入探讨。 羊毛牵切机是由a 2 7 2 c 改装而成，其机构示意图如图2 2 所示n 3 。 它是由五组罗拉组成，共分四个牵伸区，一、二、三区为牵伸区，四 区属主牵切区。可以调节加压、牵伸倍数和牵切隔距等参数来生产不 同牵切长度的毛条。本试验采用的牵切设备其牵切隔距的调节相当麻 烦，根据以前的研究基础和经验，现在将三、四区的三对下罗拉做成 品字形，可以减小握持距，降低牵切长度，使牵切后羊毛纤维的长度 更适于在棉纺设备上加工。 羊毛牵切的过程是：当毛条进入一、二区时，被适当牵伸，纤维 伸直平行，定量逐步减轻，为牵切作准备。进入三、四区时，罗拉间 隔距进一步缩小，牵伸胶辊压力也进一步加大，因而罗拉钳口对纤维 的握持力很大，将纤维逐步拉断。 东华人学硕上论文 牵切羊毛 四 三二 图2 - 2 羊毛牵切机牵切过程示意图 精梳毛条 羊毛牵切机的工艺要求是： ( 1 ) 羊毛的牵切长度要稳定，以保证在棉纺设备上顺利纺纱； ( 2 ) 选择合适的和毛油，使羊毛条进行牵切时不缠绕皮辊和罗拉； ( 3 ) 保证牵切前后羊毛纤维的断裂强力不降低； ( 4 ) 牵切毛条定量控制在4 9 m 左右： ( 5 ) 牵切机牵伸区的牵伸倍数为1 3 1 5 倍，总牵切倍数为8 1 2 倍。 2 3 牵切长度的理论分析 为了使羊毛纤维能够在棉纺设备上顺利成纱，合适的牵切长度最 为关键。根据以前的研究经验，牵切羊毛的长度离散系数在o 2 o 3 之间【3 】。为了降低混纺纱的不匀率，要合理的选择牵切工艺，生产符 合生产要求的牵切毛条。 2 3 1 混纺原料中各成分性能对混纺总体性能的影响 混合原料中，不同纤维的各自特性对混合产品的性能都有直接影 响。以长度为例，混纺原料的长度越长，均匀度越好，则成纱条干越 好，强力越高。各成分性能对混纺总体性能的影响，理论上可按下列 公式1 5 j 求得： i ：y 尼，x i ( 2 1 ) z _ 一， ，= l 混合纤维性能指标的离散系数： c 2 = k 肛? ( x ，i ) 2 + ( x ，i 1 ) 2 】 ( 2 2 ) 其中：x l 一各成分纤维指标随机值；i 一混合纤维性能指标的平均值； 东华人学硕士论文 庀一各成分混用配比；c ，一各成分该指标的变异系数。 混纺成份为两种时阳1 ( 一种为牵切羊毛纤维，另一种为棉型化纤) ， 则混纺比分别为岛，和乜；长度分别为l ，和l 店长度离散系数分别为c ， 和白。设q = c z c ，夕= l 。l ，由式2 1 得混纺总体的平均长度为： l = k ，+ k 2 = 【1 + ( 一1 ) k 2 】l 1 ( 2 - 3 ) 由式2 2 得混合总体的长度离散系数为： c 2 = 七 c ? + ( 一) 2 + 七： c ； 争+ ( 导一) 2 ：! ：睑二! 挚二竺笙蹲 丝二! 丛 ( 2 - 4 ) 【1 + ( 一1 ) k ：】2 “ 若使混合总体长度离散系数最小，则要d c 2 d1 3 = o ，因此， 生：塾1 1 二笙2 幽蔓! 壁三! ! 垡1 1 = o ( 2 - 5 ) 邮 1 + ( p 1 ) 0 【2 】2 于是得到1 ： ：警 ( 2 6 ) 1 + c ； 2 3 2 羊毛牵切长度的选择 以牵切羊毛与棉型细旦涤纶混纺为例，可以认为c 。= o ，l 2 ：3 8 m m 。 牵切羊毛的长度离散系数为0 2 o 3 。代入式2 6 得= 1 0 4 , - - , 1 0 9 ， 2 4 牵切试验 2 4 1 原料 采用6 6 支澳毛作为牵切试验的原料，其质量指标如表2 1 所示。 表2 - 1 原料主要质量指标 东华火学硕1 ：论文 2 4 2 牵切工艺的选择 以上述理论分析得到的牵切长度为参考，根据前人的生产经验口1 ， 本文选用专家建议的牵切工艺参数为基础参数，即表2 - 1 中方案1 的工 艺参数。为了比较不同工艺对牵切羊毛性能指标的影响，我们在方案1 的基础上调节牵切倍数、加压压力和牵伸速度，制定了五个方案，具 体见表2 - 2 。 表2 2 牵伸工艺设计方案 车间温湿度对牵切试验的影响非常大，本课题实验过程中，生产 车间相对湿度9 3 ，牵切毛条回潮率1 6 4 。 2 5 牵切羊毛纤维的性能分析与比较 2 5 1 纤维平均细度测试与比较 ( 1 ) 实验原理：本实验的是采用专门测试羊毛细度的显微投影仪。首 先在目镜内装入目镜测微尺，然后将物镜测微尺放在载物台上，调整 显微镜焦距，用物镜测微尺标定目镜测微尺的刻度大小，物镜测微尺 上有刻度，一般在长度l m m 内刻有1 0 0 格，每- - d , 格为1 0 m 。目镜 测微尺上也有刻度，一般在5 m m 内刻有5 0 格，每格在显微镜视野内 代表的长度随显微镜放大倍数而不同。 ( 2 )实验仪器：羊毛细度专用显微投影仪； 实验条件：2 5 0 c ，6 5 ，放大5 0 0 倍( 目镜1 0 倍，物镜5 0 倍) ； 实验结果：如表2 - 3 所示。 东华人学硕一l 论文 表2 - 3 牵切羊毛的细度对比 图2 - 1 牵切羊毛的细度和细度离散对比 2 5 2 纤维平均长度测试与比较 实验方法：手排法测试纤维长度； 实验仪器：黑绒板、玻璃板、钢尺、镊子等； 实验条件：2 5 0c ，6 5 ； 实验结果：如表2 4 所示。 表2 - 4 牵切羊毛的长度对比 东华人学硕士论文 量u ，“一、 ； 3 6 ， 3 2 i 2 8 - 一n _ - 一 j i 2 4 on泌，。一 ，一“=，_ | + 。一i ，二。t ，翰缡 12345 j + 平均k 度m i l l 一i + 长度c v i 图2 2 牵切羊毛的长度和长度离散对比 2 5 3 纤维强度和伸长测试与比较 实验仪器：y g 0 0 1 型电子式单纤维强力仪； 实验条件：2 5 0c ，6 5 0 ； 实验结果：如表2 - 5 所示。 2 5 4 纤维条干均匀度测试与比较 实验方法：萨氏黑板条干法； 实验仪器：黑绒板、玻璃板等； 实验条件：2 5 0c ，6 5 ； 实验结果：如表2 5 所示。 表2 5 牵切羊毛纤维强度和伸长以及条干对比 东华大学硕十论文 4 2 ；4 0 3 8 3 6 ：3 4 3 2 3 0 图2 3 牵切羊毛的相对断裂强度对比 12345 1n 工o 黔j 。o m ”? 一j 。， 一“ 翰 ? t 1 6 ： 1 4 _ | | | | ； 1 2 图2 4 牵切羊毛的断裂伸长对比图2 5 牵切羊毛条干c 值对比 2 5 5 结果分析 在上述实验结果中可以看出，不同的牵切工艺，对牵切羊毛纤维 物理性能的的影响是不同的。 ( 1 ) 对长度的影响：随着加压压力、牵伸倍数和罗拉速度的减小，牵 切长度增加，这主要是因为这几个参数减小时，罗拉对纤维的握持 作用减弱，牵伸作用变得柔和，所以牵切长度偏大，其中牵切倍数 的变化对长度的影响最为明显。几种工艺对于长度离散系数的影响 没有显著差异。 ( 2 ) 对细度的影响：与牵切之前相比较，牵切后羊毛纤维的细度有所 减小。因为纤维在前区主要是受到机械拉伸作用，并不发生断裂， 所以牵切工艺对于纤维有一定的细化作用，但这种作用很小。牵伸 倍数减小时，细度增大；各区加压压力不同时，细度减小；其它工 艺参数的变化对细度影响不大。 ( 3 ) 对断裂强度和断裂伸长的影响：从实验结果看出，速度和压力增 大都会使牵切羊毛纤维的断裂强度和断裂伸长率有所减弱，但总体 东华人学硕j 二论文 上强力要高于牵切之前的纤维强力。这是因为牵切以前的毛纤维存 在