（纺织材料与纺织品设计专业论文）浆纱质量综合评价体系建立与评价仪器研发.pdf

摘要 织造过程中，浆纱受到拉伸、弯曲、摩擦等各种作用。浆纱质量的好坏影响 着其抵御这些复杂作用力的能力，最终影响织机上经纱断头率，由此对浆纱质量 进行科学的评价，选择合理的浆纱指标以及评价方法就显得尤为重要。本课题意 在建立一个浆纱质量综合评价体系。为实现这一最终目标，首先从基础研究入手， 重点解决目前生产实践中检测浆纱质量指标所遇到的两大问题，其一，对浆纱渗 透、被覆以及浆膜完整性检测操作复杂、测试精度低，对测试人员要求较高等问 题；其二，目前国内工厂常用的浆纱耐磨性能评价仪器不能真实地模拟织造过程 中的浆纱受力情况，使得评价缺乏合理性。针对上述问题，本课题利用计算机 v b 语言与图像采集技术开发出浆纱效果分析软件。其能够对浆纱渗透、被覆以 及浆膜完整情况作出准确的辨别和快速统计，测试结果更精确，评价软件实用性 强；在对经纱织造过程受力情况深入研究的基础上，开发出了复合式浆纱耐磨仪， 以纱与钢筘作为磨料，通过一定的绕纱方式，很好地模拟了织造中的经纱受力状 况。单独以纱为磨料造成的断裂占以纱与钢筘作为磨料复合作用的8 1 7 5 以上， 仪器测试稳定性较好，操作简单、模拟真实等优点，为浆纱耐磨性能评价提供了 一个科学的手段。在上述两个评价方法的基础上，对浆纱样本做指标测试，利用 统计学上的因子分析和相关分析对浆纱平均强度、最低强度、毛羽指数、耐磨次 数、伸长率、浆膜完整率、浆液渗透率、浆膜被覆率这八个指标进行了分析。从 这八个指标提取出四个综合因子，分别命名为“力学因子一、“表面力学因子 、 “外观因子 和“弹性因子”，并给出了综合质量评价公式，同时发现其中浆纱 平均强度与浆液渗透率之间、毛羽指数与浆膜完整率之间及浆液渗透率之间、耐 磨次数与浆膜完整率之间存在一定的相关关系，对两指标之间数值相关性很明显 的，给出了回归方程，为生产中的浆纱质量测试比较提供了便利的手段。上述研 究工作的完成，为浆纱质量的评价测试工作提供科学的手段，能够更好地指导生 产实践。 关键词：浆纱；质量评价；分析软件；耐磨性能；因子分析 a b s t r a c t c h o o s er e a s o n a b l es i z i n gy a mi n d e x e sa n ds c i e n t i f i ce v a l u a t i o nm e t h o d si sa n i m p o r t a n tw o r k ，b e c a u s es i z i n gy a mq u a l i t i e s a f f e c tw e a v i n gp r o c e s sa st h ey a r n s u f f e rd i f f e r e n ts t r e s sa n ds t r a i n i tw a n t st oc o n s t i t u t eas y n t h e t i ce v a l u a t i n gs y s t e m f o rs i z i n gy a r n f i r s t l y , o nt h eb a s eo ff o u n d a t i o nr e s e a r c h ，i tf o c u s e so nt w op r o b l e m s m e e ti ns i z i n gy a r nt e s t i n g t h ep r o c e s si sc o m p l e xa n dt h er e s u l ti sn o ta c c u r a t ew h e n t e s t i n gs i z i n gd i s t r i b u t i o n ，i ta l s or e q u i r ep r o f e s s i o n a l a n d ，s of o r , s i z i n gy a m a b r a s i o ne v a l u a t i o ni n s t r u m e n ti ng e n e r a lu s ec a n ts i m u l a t ea c t u a l l y t os e t t l et h ef i r s t p r o b l e m ，i td r o p sv i s u a lb a s i ct op r o g r a m m e ds i z i n ge f f e c ts o f t ，w h i c hc a ng i v e q u i c k l ya n d a c c u r a t er e s u l t t h es o f th a ss t r o n gp r a c t i c a b i l i t y i ta l s od e v e l o p s c o m p l e xs i z i n gy a m a b r a s i o nt e s t i n gi n s t r u m e n to nt h eb a s eo fw e a v i n gr e s e a r c h i t c h o o s e sy a r na n dm e t a la si t sa b r a s i v e w i n dt h ey a r na n dt h r e a di tt h o u g l lt h em e t a l t oi m i t a t et h ew e a v ep r o c e s s f r o mt h et e s t i n gr e s u l t ，i tc a nf i n dt h a ty a m y a r nf r a yi s m o r et h a n8 1 7 5 t h ei n s t r u m e n ts o m ea d v a n t a g e s ，s t e a d y , o p e r a t i n ge a s ya n d i m i t a t et r u ee t c s oi tp r o v i d e sas c i e n t i f i ce v a l u a t i o nt os i z i n gy a r ne v a l u a t i o n f i n a l l y , i tu s e st h et w oe v a l u a t i o nm e t h o dt ot e s t i n gs a m p l e s a n de x t r a c tf o u rf a c t o r s ， “m e c h a n i cf a c t o r ，“s u r f a c em e c h a n i cf a c t o r ，“a p p e a r a n c ef a c t o r ”，“e l a s t i cf a c t o r ， b yu s ef a c t o ra n a l y s i sa n dr e l a t i v i t ya n a l y s i st od e a lw i t ht h et e s t i n gr e s u l t a n df i n d t h a ts o m ei n d e x e sh a v er e l a t i v i t y t h ef i n i s ho fa b o v ew o r kc a nh e l pt h es i z i n gy a r n e v a l u a t i o nm o r ns c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l e k e y w o rd s ：s i z i n gy a r n ；q u a l i t ye v a l u a t i o n ；a n a l y s i ss o f t ；a b r a s i v e ；f a c t o ra n a l y s i s 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼王些太堂或其他教育机构的学位或 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了谢意。 学位论文作者签名： 裤钕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼工些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些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) 学位论文作者签名：裤缸 签字日期：弦苫年1 月f61 7 1 导师签名：杰 签字日期 幻舻，月, , 6 1 7 t 学位论文的主要创新点 一、浆纱渗透被覆测试评价新方法的开发 为避免传统浆纱渗透被覆测试方法存在着的图像辨别过于主观化、操作过程 复杂、结果统计速度慢等缺点，本课题利用计算机语言开发了浆纱效果分析软件， 结合c c d + 生物显微镜的图像提取功能，得到了新的、科学的浆纱渗透被覆测试 评价手段，使得对浆纱截面情况的测试评价更加合理、科学。 二、浆纱耐磨性能的研究与评价仪器的开发 通过对浆纱耐磨性能的相关分析，以及对现有浆纱耐磨测试仪器的研究总 结，发现目前大部分浆纱耐磨测试仪并没有能够真实地反映浆纱在实际织造过程 中的受力情况。针对这点，本课题中研究开发了一套复合式浆纱耐磨测试仪，其 能够真实的模拟织造过程中的浆纱受力情况，使得对浆纱耐磨性的测试评价更加 科学合理。 三、浆纱质量指标研究及综合评价体系的建立 通过总结分析国内外相关人员研究的现有浆纱质量评价指标，结合工厂实际 评价内容，发现目前对于浆纱的评价其指标存在单一性，仅反映浆纱质量的一个 方面，不能全面客观的评价。在前两项研究完成的基础上，本课题对浆纱样本进 行指标测试，找出了各指标间存在的相关关系，建立起浆纱质量综合评价体系。 第一章概述 第一章概述 织造过程，经纱需承受由张力和各种摩擦力引起的复合应力。经纱能够承受 这些复合作用的能力称之为“经纱可织性”。随着喷气织机、剑杆织机和片梭织 机等新型织机转速和入纬率的不断提高，对经纱可织性的要求也越来越高。为保 证织造工序的顺利进行，需要对经纱实行上浆处理。浆纱作为织前准备工序，其 效果的好坏直接影响到织造工序是否能够顺利进行，确定合理的浆纱质量指标与 评价方法能够为织造工序提供有用的信息，同时指导浆纱工艺的改进，对实际生 产具有科学的指导意义。 1 1 国内外研究现状及分析 多年来，国内外的相关研究人员一直在探索合理的浆纱评价指标和评价体 系，但说法不一。如s t r a u s s 提出评价浆纱可织性需要进行5 项基本测试：上浆 率、浆料渗透、浆料被覆、伸长和毛羽。h a f t 提出，浆纱可织性由耐磨寿命( w ) 和耐磨过程中纱线伸长( e d ) 确定，可织性可用e 。来评价；b a r e l l a 建议采 用刚度、减伸率、断裂伸长率c v 值、耐磨性、耐疲劳性等指标来评价，并发现 只有耐疲劳性与浆纱可织性有很好的相关性；r o b e r t 提出用落浆、浸透、被覆、 毛羽、强度、伸长和耐磨性等指标【1 卅。 为给出合理的浆纱指标，必须对经纱断头的真实原因有很好地了解。国内外 相关研究者一直在对织造过程中的断头现象作全面细致地分析，并对合理的浆纱 质量评价指标及影响这些指标的因素做不断的探索研究。 在实际织造过程中纱线经常受到各种复杂负荷的作用，纤维间容易发生滑 移、纠缠，从而引起断头，因此需对纱线进行上浆处理。经过上浆工序后，由于 浆料的存在，纤维被粘结在一起，不会发生因纤维间的滑移而造成纱线断裂现象， 提高了纱线的断裂强度；同时浆膜在纱线周围形成一层保护，提高了纱线的耐磨 性能。因此，人们一直认为浆纱工序的作用就在于增加强力、保证伸长、减少磨 损，相应的检测指标就是增强率和减伸率。但是有关专家通过多次实验，对织机 上经纱所受负荷与原纱强伸性进行了比较，发现原纱的断裂强度和断裂伸长远远 大于纱线在织机上所受的拉伸负荷，所以认为增强率与减伸率这两个指标只与浆 液的配方等因素有关，并不能真实反映浆纱在实际织造过程中的性能，仅可以把 它们作为般性的指标1 5 j 。 既然原纱的断裂强度远大于上机所经受负荷作用，那么经纱在织造过程中断 第一章概述 头的真正原因就很值得研究。国外学者的研究表明：对于短纤维而言，经纱断头 主要是由于纱线不匀和毛羽缠结造成的，而对于长丝，主要是由于在织造过程中， 长丝在受外加负荷作用下单丝与单丝的抱合程度降低，造成单丝断头，进而使得 织造过程中的经纱发生断头。此外，德国邓肯多夫纺织技术及加工工程研究所 ( 1 m 的魏因斯多( w e i n s d o f f e r ) 博士研究了经纱在织机上织造时所受的摩擦负荷， 包括纱与织机部件之间，纱与纱之间的摩擦负荷，结果表明经纱与经纱的摩擦负 荷占总摩擦负荷的7 0 以上。1 9 9 9 年在美m a a t c c ( 美国纺织化学家和染色家协 会) 召开的上浆专题研讨会上也专题讨论了i ：纤维与浆料间的粘附性的判断问 题，会上一致认为：经纱上浆的目的应该是提高经纱的耐磨性i 引。 由此可见经纱上浆的主要目的是增强经纱的耐磨性及贴伏毛羽。国外已经把 浆纱检测的主要指标定为浆纱耐磨性、浆纱毛羽、再生毛羽、毛羽缠结等，把增 强率和减伸率作为一般性指标。 1 2 课题的意义与研究内容 1 2 1 课题的提出与意义 随着经济的日益发展和生活水平的不断提升，消费者对纺织产品的要求也在 不断提高，要求其品种不断出新，质量越来越好。同时，生产者期望在保证织物 质量的前提下，提高织造过程中的生产效率、优化生产成本。由于纺织技术的不 断发展，喷水织机、剑杆织机和片梭织机等新型织机的被引入到生产中并得到广 泛运用，织机转速和入纬率的不断提高，从经济角度看，现代高速织机的停台时 间更关键。当机器性能提高后，即使停台时间不变，停台率增加后，工厂效率也 会降低，因此生产者非常注意控制织机停台率。现在的织机停台每十万纬只有3 5 次，是2 0 年前的一半，棉织中8 0 0 5 是经纱断头，2 0 0 5 是纬纱断头，而现代织机 处理经纱断头所需的时间比纬纱高很多。考虑到织机织造效率和织物质量以及企 业的经济利益和产品声誉，控制经纱断头至关重要1 6 j 。 既然浆纱工序可以提高纱线的织造性能，那么做好浆纱质量的检测工作显得 格外重要。但浆纱质量评价的现状是，对于浆纱质量指标的说法不统一，指标间 的相关性需要进一步的研究，此外指标评价方法存在着不足。因此，确定合理的 浆纱评价指标和建立科学的评价系统对于生产实践具有重要的指导意义。 2 第章概述 1 2 2 课题拟解决的主要问题及主要创新点 1 2 2 1 浆纱渗透被覆测试评价新方法的开发 传统的浆纱渗透被覆测试方法存在着图像辨别过于主观化、操作过程复杂、 统计不简便等缺点。为这些避免不足，本课题利用计算机语言开发了浆纱效果分 析软件，结合c c d + 生物显微镜的图像提取功能，得到了新的、科学的浆纱渗透 被覆测试评价手段，使得对浆纱截面情况的测试评价更加合理、科学。 1 2 2 2 浆纱耐磨性能的研究与评价仪器的开发 通过对浆纱耐磨性能的相关分析，结合对现有浆纱耐磨测试仪的研究总结， 发现目前大部分浆纱耐磨测试仪并没有能够真实的反映浆纱在实际织造过程中 的受力情况。针对这点，本课题中研究开发了一套复合式浆纱耐磨测试仪，其能 够真实的模拟浆纱在实际织造过程中的综合受力情况，使得浆纱耐磨性能测试评 价更加科学、合理。 1 2 2 3 浆纱质量指标研究及综合评价体系的建立 通过总结分析国内外相关人员研究的现有浆纱质量评价指标，结合实际生产 评价内容，发现目前对于浆纱评价指标存在单一性，仅反映浆纱质量的一个方面， 不能全面客观的评价。这些指标之间是否有联系；影响这些指标的上浆性能对浆 纱毛羽，耐磨性以及强伸度的影响程度有多大；各指标之间是否存在一定的定量 关系都是值得我们去研究的。 1 2 3 本课题的研究工作在国民经济中的实用价值 纺织行业是我国国民经济的支柱产业。中国纺织业是一个出口量大、优势比 较明显的行业，加入w t o 以后，获得机遇的同时，遇到的挑战也不容回避。中 国纺织产品结构层次不合理、规模效益差，在国际竞争中处于明显的不利地位。 中国的纺织业应该努力提高企业的核心竞争力，增强企业整体作战能力，充分运 用当今的高新技术，以自身优势争取不断创新，以保持世界第一生产大国的地位 和实现纺织强国的梦想。 产品质量是企业的生命，而可靠性是其核心。面对入世后的国际化竞争，纺 织企业能不在产品的可靠性上下功夫吗? 作为获取利润的企业，低成本无疑是企 业永恒的追求。但低成本必须是在保证质量前提下的低成本。 本课题的研究有助于纺织企业实现既保证质量又降低成本，同时以提升企业 竞争力，使企业真正成为市场竞争的主体。 3 第二章经纱织造性能的影响因素与质量评价指标 第二章经纱织造性能的影响因素与质量评价指标 通过对国内外浆纱可织性相关资料的研究分析可以得出这样的结论，浆纱可 织性主要受到原纱质量、浆纱工序以及织造条件的影响。为了降低经纱织造断头 率，提高织造效率，生产高质量的产品，经纱需通过上浆实现增强、耐磨、保伸 和毛羽伏贴。通过对浆纱各指标的分析发现，浆纱关键质量还是集中在耐磨、毛 羽这两项上，强力和伸长可作为一般指标加以补充。 2 1 影响经纱织造效率的因素 经纱织造性能的好坏是与生产过程中各个环节的多种因素相关的，其中大致 可分为原纱质量、经纱准备工序以及织造条件。其中经纱准备工序中的浆纱处理 至关重要，因为通过该工序可以提高纱线强力、贴伏表面毛羽、增加耐磨性，从 而提高纱线抵御织造过程中受到的各种复杂应力、应变作用，保证织造过程顺利 进行。 2 1 1 原纱质量对织造过程的影响 原纱质量主要取决于纤维种类、纺纱系统、工艺参数、设备条件、温湿度条 件等因素。其中纤维种类、纺纱系统和工艺条件参数这三种因素最为重要，它们 主要决定着纱线结构。而纱线结构又影响着纤维间摩擦、纱线表面性质、纱线中 纤维的转移和负荷分布情况，这些都相应的反映在纱线的物理机械性质，如强伸 性、耐磨性能、摩擦性能、毛羽指数、纱线疵点等方面，从而最终共同影响并决 定着经纱的织造性能。 纱线强力受纤维长度、强度、伸长以及细度的影响。纤维强力高，则其成纱 强度也高；其他条件相同时，纤维越长，成纱强度越高；同样在其他条件不变的 情况下，纤维细度越细，成纱强度越高。强度高的纱线，在织造过程中抵御机械 应力的能力也相对较强。纱线细度、纱线表面性质等受纤维间抱合力和纤维间摩 擦情况的影响。纤维间抱合力，纤维间摩擦力大，纱线紧密，表面光滑度高，毛 羽少，不易发生毛羽纠结造成断头。因此，纤维种类是影响经纱织造性能的一个 因素。另外，纺纱时的混合质量也显著影响着纱线质量和经纱可织性；纤维混合 时加入短纤维会降低经纱的可织性；混纺比的改变也影响着织造过程，有资料显 示1 7 l ：将t c 的混纺比从7 0 3 0 变为5 0 5 0 后，纱线抗疲劳性和断裂伸长降低， 4 第二章经纱织造性能的影响冈素与质量评价指标 而耐磨性却能够得到增加。 纱线结构和纱线表面状态是由纺纱系统决定的，因而纺纱系统也影响着经纱 的可织性。用同种纤维，不同的纺纱系统纺出的棉纱线，其强力和伸长比较关系 结果是，环锭纺纱最高，转杯纺纱其次，摩擦纺纱最低。对于纺纱均匀度来讲， 转杯纺纺纱最好。而对于外观来讲，摩擦纺纱尽管毛羽最多但纱线外观质量最好， 环锭纺纱其次，转杯纺纱最次。摩擦纺系统中，5 0 5 0 的芯皮结构纱的强力比7 0 3 0 的高【刚。有资料研究表明转杯纺纱线比环锭纺纱线抗织造应力能力强【9 o l 。 在一定的纺纱方法中也可以通过改变捻系数来改变纱线结构。捻系数决定纱 线密度、纤维转移、纤维伸长，这些也相应的反映在纱线性质和可织性上。有研 究显示，1 6 t e x 经纱捻系数分别为3 3 3 、3 9 0 、4 2 8 和4 7 5 时，纱线断头率随捻系 数的增加而减少，主要是因为消除了弱捻造成的弱环i l 。由于混纺纱的纤维转移 和混合的不均匀性使得转杯纺纯棉纱、纯化纤纱及其混纺纱耐磨性随捻系数增加 而增加，混纺纱比纯纺纱的平均耐磨性低【1 2 q 3 1 。 细纱机的力学条件和纺纱时温湿度条件也影响着纺纱时的断头。断头由接头 代替，接头反映为疵点就会造成纱线质量下降。劣质的接头容易引起后加工和织 造时的断头，使得纱线断头率增加，生产中应尽量避免纱线断头。 2 1 2 经纱准备工序对织造的影响 经纱准备工序中主要包括了络筒、整经、浆纱。由于高速无梭织机的引入， 对经纱准备工序的质量要求，最近2 0 年来有了多方面的提高。实际上，没有现 代的络筒、整经和浆纱技术，无梭织机是无法实现顺利织造的。 络筒是消除弱环和纱疵的基本准备工序之一。其清纱效率和增加的接头数量 影响后工序的性能。有人认为织造时的断头主要是由于接头的松脱、打结器的不 正确作用以及络筒时脱圈造成扭结引起的。有研究表吲1 4 】，经纱断头的大部分是 由于粗节造成的如接头纱尾、粗节、棉结及其他结节粗节影响开口时相邻纱线 的运动。开1 3 时如果有结节持续存在，纱线张力异常增加会导致断头产生。因此 络筒时选择清纱器去除粗节至关重要。络筒时采用捻结可以降低织造过程中5 0 的断头率，提高2 的织机效率。织物质量也因为接头的去除得到了很大的提高。 环锭纱经过络筒后经纱毛羽会显著增加，增加率可达1 0 0 ，4 0 0 ，毛羽引起经 纱断头可占经纱断头总数的3 0 4 6 1 1 5 l 。 通常整经工序只是改变经纱的卷装形式，以适应后续加工的要求。正常的整 经工序对经纱可织性没有直接影响。但是，如果处理不好，对浆纱、织造也会有 负面影响。为了浆好纱，经轴密度应该均匀，经纱没有松弛和断头，经纱之间没 有交叉1 1 4 1 。整经可作为纱线质量和后加工工序的加工性能的预测检查点。每百万 第二章经纱织造性能的影响冈素与质量评价指标 米断头0 4 根通常认为可在无梭织机上获得满意的加工性能。 为提高经纱的可织性，还需对经纱进行上浆处理以弥补纺纱工序中造成的纱 线质量不足，且考虑到纱线织造时的性能要求，浆纱是至关重要的工序。经纱上 浆后，单纤维间的粘结力增加从而使得纱线的强力也随之提高；纱线表面毛羽伏 贴，使得纱线表面平滑性提高，从而在织造时开口清晰；此外有了浆膜的保护， 纱线耐磨性增强，断头减少。浆纱不但对断头有影响而且影响织机效率，研究发 现3 8 的断头是由于浆纱不理想造成的，而现代高速织机经纱断头处理时间比 纬纱高很多，大约是处理纬纱断头时间的2 2 倍【1 6 l 。因此合理的上浆工艺和科学 的浆纱质量评价方法是至关重要的。 有时为特殊用途或为省略浆纱工序，采用烧毛、上蜡、合股等处理方式，这 些工序对纱线的织造性能也都有影响。烧毛和刷毛可减少毛羽和贴伏纤维，减少 相邻的纱线纠缠，降低断头的发生。上蜡处理可以使得经纱表面光滑，减少了纱 与纱和纱与机件的摩擦，同时上蜡使停经片处分开相邻纱线的动态张力减少。织 机梭口前区的断头数由于张力的良好分布和开口清晰度的提高而显著减岁丌。合 股也可以使纱线不经过浆纱工序而进行织造，特别对于精梳纱线而言。合股后纱 线的耐磨性随捻度的增加而呈指数增加，而且股线耐磨性与纱线号数及单纱捻度 关系不大。同时还要注意的是染料效果和纱线摩擦的变化，染色纱如黑色和含氮 红色的纱比原纱可织性差1 1 8 以9 1 ，采用高上浆率时，漂白染色纱比纯棉原纱织造 性能低。低上浆率时，纤维染色织造性能好【刎。丝光后断裂伸长损失大，容易引 起断头。强度和伸长减少量随着捻度增加而降低【2 。 2 1 3 织造工序对经纱织造性能的要求 织造工序中经纱受到各种复杂应力、应变作用，织造条件决定着这些应力、 应变的情况，同时也影响着经纱的织造性能。织造条件包括了织物上机参数( 如 经纱密度、纬纱密度、上机张力等) 、织机条件( 如织机类型、运转状态、速度等) 、 织造车间的温湿度，三者综合影响经纱可织性。 有研究发现1 2 2 l ：钢筘筘号增加，经纱断头率增加。较高的经纱密度会使经纱 间的摩擦增加，综丝和停经片处的摩擦应力升高，造成经纱断头率随纱线密度增 加而增加。经纱密度从3 0 c m 增加到4 0 c m 时，经纱受摩擦次数增加6 0 。此外， 织机上单位长度的经纱磨损循环和纬密有关。现代织机后梁和综丝之间的距离大 约1 米，磨损频率为1 0 0 0 1 0 0 0 0 。为了补偿打纬力，后梁的相对运动引起剧烈 的纱与纱间的摩擦。 织机条件包括了织机类型和织机速度等。经纱在织机上所受的应力应变可分 为：周期性张力、弯曲和摩擦；磨损：纱线卡住和纠缠。后两者可通过提高浆纱 6 第二章经纱织造性能的影响冈素与质量评价指标 质量和改进织机设计减少；前两者取决于织机运动如送经、卷取、后梁位置、后 梁运动、综框运动和布的运动，其大小取决于开口几何学。打纬过程造成经纱张 力波动，形成张力峰值。 合适的梭口大小可减少经纱断头率。因为小的开口角，能使经纱伸长率低， 磨损少；大的开口角则使经纱通道清晰并减少张力不匀。 经纱上机张力是决定经纱断头率的关键因素。上机张力增加，磨损增加，断 头增加。除了前梭口长度、前梭口角，纬纱引入位置决定经纱张力。纬纱引入位 置靠近织口的织机的经纱张力比靠近综框的大【2 3 1 。 对于片梭织机来说，由于钢筘和经纱间的严重磨损，从织口到钢筘处经纱断 头最多，因为钢筘运动很快，一般为有梭织机的4 倍；钢筘到综框片梭织机和有 梭织机由于高的后梭口长度与喷气织机相比断头多；其它区域的断头与织机类型 无关；片梭织机由于磨损造成的断头比有梭织机和喷气织机多；如果经停片靠近 后梁，经纱动态张力增加，经纱断头增加。织造速度增加，纱线负荷增加，断头 增加幽】。喷气织机要求纱线耐磨性高。因为与片梭织机和无梭织机相比，轻度的 纱线缠结也会导致入纬困难1 2 5 1 。每一筘齿两入时的缠结趋势比三入时的少。后梁 位置的改变会影响磨损强度和缠结纱线的打开。 另外，在一定范围内提高相对湿度通常能降低经纱断头率；温度的改变比相 对湿度的改变对经纱断头率的影响小。 2 2 浆纱质量评价指标 正如先前所述，浆纱工序是关系到经纱织造能否顺利进行的关键。科学、合 理的浆纱可织性评价方法也是至关重要的，它不仅可以预测纱线织造性能，还能 回馈到浆纱工序中，指导浆纱工艺的改进与浆纱方法的完善。通常浆纱的测试评 价要考虑许多指标，其中包括：浆纱的物理机械性能指标、浆纱的上浆质量指标 和织造效果指标。通过对这些指标的完整测试，在一定程度上预测浆纱的可织性 能。 2 2 1 浆纱工艺指标 浆纱工艺指标主要包括了：上浆率、回潮率和伸长率。 上浆率是指纱线上浆后，浆料的干重对经纱干重的百分率。上浆率偏高、偏 低都会影响浆纱质量。上浆率偏高，即使能够使浆纱的强力与耐磨有所提高，但 是浆纱的弹性却会受到很大影响，减伸率增大，织造时容易引起脆断头，影响布 面外观。此外这也造成了浆料的浪费、增加了成本。上浆率偏低，纱线的强力和 第二章经纱织造性能的影响冈素与质量评价指标 耐磨性能得不到有效的提高，织造时纱线容易起毛，断头增加，影响生产的顺利 进行。在实际生产中上浆率波动很小，一般控制在1 左右，上浆合格应大于9 5 为佳。 保持均匀一致的上浆率是上浆技术的核心。最优秀的上浆技术必须保持必要 的、最低限度的上浆率1 2 6 1 。上浆率差异大，则上浆率低的纱段强力就不足，毛羽 贴伏差，耐磨性也差，容易导致断头。上浆率应根据浆料的性能、纱线及织物特 点来确定。 浆纱所含水分对浆纱干重的百分率称之为回潮率，其对浆纱质量和织造生产 也有很大的影响。回潮率过大，浆膜发粘，纱线容易粘连在起，使织机上经纱 开口不清，易发生跳花、珠网等疵布，断头也会增加；此外回潮率过大，说明烘 干不足，浆纱的耐磨性能肯定下降；同时浆料对纤维的粘结力也会下降，毛羽伏 贴效果极差。相反，如回潮率过小，则浆纱、浆膜粗糙脆硬，容易造成脆断头， 浆膜耐磨性能也差，容易被刮落，使纱线起毛而断头，落浆率较大。因此必须根 据纱线原料、号数、织物经密、上浆率等因素制定合理的回潮率，保证浆纱质量 1 2 7 1 o 在上浆工序中，由于受浆纱机的牵引作用，纱线会发生伸长。纱线在浆纱机 上被拉伸所增加的长度对原纱长度的百分率称为伸长率。浆纱伸长率过大，弹性 损伤过多，使纱线承受反复负荷的能力降低，造成布机断头率增加。因此，必须 严格控制纱线伸长，这样才能达到浆纱保伸的目的。 此外浆料的各种性能对上浆效果也有很大影响，如粘附性、成膜性及渗透被 覆情况等。浆料对纤维的粘附性是上浆的关键性能之一。甚至也有人用粘附力来 评述浆纱质量。适当的粘附力，既可以提高纤维之间的抱合力，起到增强的目的， 又能形成浆膜起耐磨作用，同时还能够贴伏毛羽。粘附力实质上是指浆料和纤维 的结合力，其数值大小与浆料和纤维的化学结构有密切的关系。虽然目前浆液粘 附性的测试方法有很多种，如润湿角法、粗纱粘合法、织物粘合法、滴浆法等， 但都存在重复性差，准确度低，测试时间长等缺陷，不利于正确、及时指导生产。 浆膜成膜性好坏直接影响到浆膜性能。有研究表明【2 8 1 ：理想的上浆应该是浆 膜的拉伸特性与纱线的拉伸特性相一致为好，并且具有较好的耐磨和耐屈曲能 力，以承受织机上多种应变的情况。如果浆膜与纱线的特性不一致，则稍受外力， 浆膜很容易脱落，达不到浆纱耐磨和耐屈曲的目的。根据各类浆料的拉伸曲线可 以看出p v a 的浆膜特性最好，具有坚而韧的特点，耐磨性也优越，但是该浆料 由于浆膜强度高，往往导致分纱困难，增加了浆纱毛羽。因此在配方内可适当加 入其他成分，使其性能更加理想。浆料的成膜性具体反映在浆纱的毛羽和耐磨性 上，成膜性好，浆纱毛羽少，浆纱的耐磨性能一般也较好，反之，毛羽就多，耐 8 第二章经纱织造性能的影响因素与质量评价指标 磨性能较差。通常用浆膜完整率和浆液渗透系数这两个指标描述浆膜的分布情 况。 合理的浆料及配方可以有效的提高浆纱的可织性，达到理想的浆纱效果。合 理的被覆和渗透比例能够保证这一目标的实现。渗透意味着使浆液进入纱的内 部，在各纤维间相互粘结，防止纤维互相滑移，从而达到增加强力的目的。被 覆则意味着在纱线表面形成浆膜，达到增加耐磨性，贴伏毛羽的作用。然而若仅 用渗透、被覆这两个指标确定浆纱等级比较笼统，很难判断浆纱质量的好坏。特 别是浆纱切片制作不好掌握，切片的厚薄及均匀对测试结果影响很大。 2 2 2 浆纱性能指标 这里的浆纱性能指标主要是反映浆纱织造过程中抵御受到的复杂应力、应变 所具备的能力，主要包括了增强率、减伸率、毛羽和耐磨次数。 2 2 2 1 强伸度指标 增强率指的是经上浆后浆纱的断裂强度比原纱增加值对原纱断裂强度的百 分率。经纱在织造过程中由于开口、打纬、送经、卷取等运动，受到相当大的张 力和冲击力，要求经纱必须具有一定的强度来承受。上浆工序使浆液渗透到纤维 内部，使纤维间相互粘结防止滑移，增加了纱线的强度。对短纤维来说，经过上 浆，浆纱强度比原纱一般高出1 0 3 0 1 2 7 1 。 如前所述，上浆后纤维间相互粘结时，纱线的强度得到了提高，但伸度一般 会降低。在浆纱工艺中要求这种伸度下降控制在最低限度，以保证织造时所需要 的弹性伸长。上浆后纱线断裂伸长率的降低值对上浆前断裂伸长率的比值百分率 称之为减伸率。随着新型织机的广泛使用，对伸度的要求更高。除考虑浆纱的断 裂伸长率、减伸率外，更要注意上浆后的“剩余伸度 ，尤其对于伸度小的棉纱 更应该注意，尽管减伸率不大，但在上浆后剩余伸度变得较小，织造过程中会常 出现一些问题。 增强率和减伸率是目前国内评定经纱可织性的主要指标，也是工厂常规实验 项目。但生产实践表明，这两个指标与织造情况的好坏并没有直接的关系。因为 经纱在织机上所受的最大张力远低于经纱断裂强度；同样，经纱在织机上的断裂 伸长也远低于经纱自身的断裂伸长。也就是说，织造过程中的断头率与强伸指标 的相关性不大，而造成断头的原因往往同其它因素有关。但这两项指标的好坏也 会影响到浆纱的织造性能，所以通常把它们作为一般性评价指标。 2 2 2 2 毛羽指标 毛羽是指伸出纱体表面的纤维。如果纱线毛羽较多，纱线之间容易相互缠结， 9 第二章经纱织造性能的影响冈素与质量评价指标 这种缠结使纱线不能顺利通过经停片、综眼和筘齿，缠结的分离强力大于纱线本 身强力时，缠结虽然能断开，但分离前已经造成开口不清、假吊经等现象，影响 织造的顺利进行和织物质量。随着无梭织机的广泛使用，引起小梭口、大张力、 高速度的工艺特点，纱线之间相互作用频率剧增，毛羽的存在使经纱纠缠严重， 对织造的影响更加明显。在喷气织机上引起经纱断头和纬纱阻断，在剑杆和片梭 织机上引起经纱阻挡断头。国外有学者对毛羽多年研究发现：毛羽与经纱断头显 著相关，是影响可织性的关键指标【2 9 1 。 2 2 2 3 耐磨性能 在织造过程中，经纱由于开口运动而受到剧烈摩擦，同时也在织机多个部位 受到不断的剧烈摩擦。织造过程中的摩擦有以下几特点：一是在交变应力下受磨， 二是存在多种摩擦形式，三是存在摩擦的多向性，四是摩擦次数频繁。s h i r l e y 研究发现：在一台速度为2 0 0 转分的织机上，纱线应力变化每分钟1 2 0 0 次。浆 纱工序可以在纱线周围包覆一层浆膜使纱体表面光滑，同时浆液渗透到纱体内 部，使得纤维间的抱合力增强，提高了纱线的耐磨性能。现在使用的大多织机是 无梭织机，通常使纱线承受的是大张力下的摩擦，因此必须保证浆纱表面尽可能 平滑，提高耐磨性能。浆纱工序的关键是提高其自身的耐磨性能，以减少断头， 提高效率，提高织物质量。 2 2 3 浆纱关键性能指标的确定 根据对国内外相关研究的分析，由于浆纱的增强、减伸等指标并不能完全反 映浆纱的实际织造性能。因为当浆料种类和配方合理确定后，强伸度指标的一般 要求通常都能达到，所以可以把这些指标作为浆纱质量的一般指标考虑。而对于 浆纱其他方面的问题必须加以重点考虑，如浆纱毛羽状况应作为评价浆纱质量的 一个重要指标；此外织造时经纱受到反复拉伸、弯曲、摩擦的综合作用，浆纱断 头与耐磨也有较大的关系，可把耐磨性能作为浆纱另一个重要的质量指标。 鉴于浆纱耐磨性能与经纱织造断头有很大的关系，而当前的浆纱耐磨性能测 试方法存在着一定的局限性，不能真实的反映经纱在织机上的受力情况，本课题 研发了针对浆纱耐磨性测试评价的复合式浆纱耐磨仪。 此外，由于浆纱的渗透被覆情况实质上决定了浆纱效果，最终决定浆纱的织 造性能，因此对其作出客观评价也是至关重要的。而传统的浆纱渗透被覆测试方 法存在操作繁琐，统计不精确等缺点，本课题中开发了浆纱截面处理软件，其具 有操作简便、计算精确、统计快速等优点，能够为渗透被覆的评价提供科学合理 的结果。 1 0 第二章经纱织造性能的影响冈素与质量评价指标 2 3 本章小结 为提高织物质量和织造效率必须提高浆纱的可织性。通过分析研究得出，影 响经纱可织性的因素概括起来就是原纱质量、经纱准备以及织造条件，从纤维原 料到成品纱线，直至进行织造一系列的过程。其中经纱准备中的浆纱工序是至关 重要的，其可以弥补纺纱条件及工艺造成的纱线质量不足，同时提高纱线的强度 和耐磨性、减少其毛羽指数。对于浆纱指标主要就集中在耐磨性、毛羽情况、强 伸度的研究和讨论上。 第三章浆纱渗透被覆测试评价新方法的研究与应用 第三章浆纱渗透被覆测试评价新方法的研究与应用 根据前一章对目前浆纱质量指标的研究，发现浆纱的渗透被覆情况决定着浆 纱的质量好坏，合理的浆液分布比例既可以达到增加强度、提高耐磨性目的同时 又能够保证伸长的。通常，工厂和实验室会对浆纱渗透被覆情况作测试评价，以 此来预测浆纱的上浆效果好坏，这就要求能有个科学的渗透被覆测试评价方法。 针对传统手工描绘法存在着操作复杂、计算繁琐等缺点，本课题中开发了浆纱效 果分析软件，其操作简便、实用性强，为工厂和实验室测试提供了科学的手段。 3 1 浆纱渗透、被覆的形成与特点 如图3 - 1 所示，浆纱工序中，由浆槽出来的纱线，当其处在浆纱机压浆辊握 持点前时，浆液仅附着在纱线的表面：纱线通过握持点时，由于压浆辊的压榨作 用，将纱线内部的空气挤出，一部分浆液被浸到纱线的内部，一部分浆液附着在 纱线表面。 图3 1挤压区中的浆液情况 1 上浆辊2 压浆辊3 纱线4 浆液 在生产实践中发现，经纱上浆后，有一定量的浆液浸透到纱线内部的纤维之 间，作为浆膜粘合的基础，使浆纱上的浆膜能形成牢固良好的被覆，对提高浆膜 承受织造过程中的机械作用，是很有利的。浆液由纱线表面浸入纱体内部，增加 了纤维之间的粘着和抱合作用，减少滑移，从而使纱线的强度增加，然而同时却 使断裂伸长相应减少。一般浸透多时，强力高，纱身结构紧密，但手感比较硬， 1 2 第三章浆纱渗透被覆测试评价新方法的研究与应用 织造时经纱断头反而增加；浸透少时，浆纱表面浆膜不牢固，容易脱落，浆纱不 耐磨，断头也会增加。经纱上浆后表面被覆的浆膜能使经纱表面的毛羽伏贴，增 加纱线的耐磨性。浆液的浓度高、粘度高、浆槽温度低、压浆辊轻等都能增加浆 液的被覆作用。一般被覆多时，浆膜太厚，增加了纱线的直径，不利于织造高密 织物；被覆少时，浆膜太薄，织造时纱身容易起毛，断头增加。 此外，浆纱中浆液的分布还随着经纱特数和品质、浆料的成分、上浆率等因 素的不同而变化。国外有研究发现1 2 9 】：浆膜完整系数越高，断头率越低。此外， 浆膜完整系数也影响浆纱的耐磨性，但并不代表浆膜完整系数越高，其耐磨性就 越好，然而耐磨性好的浆纱，其浆膜肯定比较完整。对于渗透率来讲，一般认为 存在最佳的渗透率，过小的渗透，纱线增强不足；过大的会损伤纱线的弹性而导 致断头。 鉴于浆液渗透被覆和浆膜完整系数这些指标都对浆纱质量有较大的影响，工 厂中常对其进行常规测试。但传统的手工描绘法，即将浆纱切片置于投影显微镜 下，在描绘纸上勾画出浆液分布轮廓，该方法不仅对测试人员要求较高，需要剪 纸称重，人工计算，测试较麻烦，速度慢且不精确等缺点，因此在本论文中研究 了一种新的浆纱渗透被覆测试评价方法。 3 2 浆纱效果分析软件的开发 3 2 1 软件开发的可行性 开发该软件主要是用于浆纱渗透被覆及浆膜完整率的测试评价。首先运用计 算机图像采集技术，将浆纱截面图像加载到软件中，然后通过对浆纱各部分轮廓 的勾画与填充，像素点的个数统计及所占比例计算得出该浆纱的渗透率、被覆率； 利用数学三角公式为基础计算出浆膜完整率；运用数学统计方法，得出一定次数 计算的均值及偏差。 v i s u a lb a s i c 是m i c r o s o f t 公司成功开发的编程语言之一，它以功能强大、容 易掌握著称。v i s u a lb a s i c 的出现打破了w i n d o w s 应用程序的开发由专业的c 程 序员一统天下的局面，即使是非专业人员也能胜任，并可在较短的时间内开发出 质量高、界面好的应用程序刚。 随着版本的更新，v i s u a lb a s i c 已成为真正专业化的大型开发语言和环境。 v i s u a lb a s i c6 0 所提供的开发环境与w i n d o w s 具有完全一致的界面，使用更方 便，其代码率己达到v i s u a lc + + 的水平。它作为浆纱截面处理软件的开发支撑最 为合适【3 1 j 。 第三章浆纱渗透被覆测试评价新方法的研究与应用 3 2 2 系统的总体结构分析 将计算机图像采集系统获得的浆纱切片图像加载到软件中，利用计算机技术 进行分析处理，得到浆纱渗透被覆及浆膜完整率的结果。如图3 - 2 所示。 l 开始i l 相关工艺参数输入 上 浆纱截面图片导入 上 l 浆纱截面各区域的罔定 上 i 浆纱截面各区域的计算 上 l 测试结果报告 + 结束 图3 - 2 系统任务流程简图 在利用计算机对数据进行处理之前，首先需要建立一个面向用户便于人机对 话的数据输入界面，用v i s u a lb a s i c6 0 的软件开发程序完全可以实现这一效果。 同时为了保证软件的使用安全性，在进入软件界面之前，使用者必须确立自己的 身份，然后进入用户输入界面。在建立的用户输入界面中，使用人员可以输入被 测浆纱的纱线原料、浆料品种、上浆方式等相关信息，从而体现了其实用性。 软件的操作简便，使用者只需要对照帮助所给的提示加载所需处理的图片、 选择合适的曲线勾画浆纱各部分轮廓并作相应的色彩填充、选择需要进行的处 理，计算机会自动给出结果并进行数据的统计，最后给出测试报告。 该程序的开发核心在于浆纱截面各区域的计算与统计。首先，根据填充的颜 色，然后计算出各色像素点的个数及分别占总个数的百分比，以次得到浆液分布 情况的百分数。计算浆膜覆盖率时，运用了数学上的三角计算公式，利用定好的 圆心作为一顶点将每块浆膜划分在一定的三角区域里进行计算( 程序语句见附 录) 。 1 4 第三章浆纱渗透被覆测试评价新方法的研究与应用 3 3 浆纱效果分析软件的应用 3 3 1 实验部分 实验仪器：哈式切片器、y s z h 生物显微镜、c y g - 0 5 5 c 多功能显微镜投影 仪 实验材料：2 9 t e x 纯棉浆纱( 主浆料p v a l 7 9 9 ) 、羊毛、火棉胶、碘化钾溶 液、描图纸、载玻片、单面刀片、盖玻片、镊子等 实验原理：浆液渗透率、被覆率及浆膜完整度需通过浆纱切片实验获得 实验内容：运用浆纱效果分析软件测试评价浆纱渗透被覆情况 3 3 1 1 切片的制作 浆纱切片的制作是最重要的一步，切片的厚薄及均匀直接影响显微图像的质 量，进而影响从中提取的特征指标的准确度。纱线切片制作方法包括软木塞法、 多孔板法、铜片法、手切石蜡法、手摇切片机法、哈氏切片法和管包埋法等。前 三种方法制得切片较厚，显微图像不清晰，已经被淘汰。手摇切片机法是采用石 蜡包埋纱线，不仅操作不便，而且常常产生的切空问题仍未得以很好解决。也有 人使用扫描电镜进行纱线切片研究。但由于其设备费用和切片实验成本太高，只 适合进行一些专门研究。故目前广泛使用的仍是操作简单、方便的哈氏切片法 1 3 2 1