（纺织材料与纺织品设计专业论文）赛络纺成纱机理的研究.pdf

东华大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 本论文将基于前人的基础进一步研究s i r o 纺系列的纺纱机理。 由于s i r o s p u n 7 k 聚点在纺纱时的稳定与否将对成纱性能和外观产生 重要影响。为此本文首先对s i r o s p u n 的汇聚区建立了准静态模型进行详 细分析，此模型是以s i r o s p u n 纺纱系统中汇聚区附近力学平衡和动力学 守恒特征( 如：质量守恒、能量守恒、及动量守恒) 为基础建立的。 且根据此模型得出的方程也是封闭的，可求解出s i r o s p u n ；e 聚区中一系 列重要的力学参数。本章完成了s i r o s p u n 准静态模型的建立、求解与 部分验证工作。 随后本文继续对s i r o s p u n 汇聚点的运动轨迹进行研究t 提出了畎汇 聚点为质心的质量控制体的概念，建立了描述s i r o s p u n 汇聚点运动轨迹 的线性与非线性动态模型，并采用一系列的数学手段对模型进行求 解。此外，本章还根据此模型讨论纺纱时由于汇聚点的不同振动形式 将可能出现的汇聚区不同几何形状、成纱表面纤维螺旋轨迹及或纱性 能。由此得出合理的纺纱参数设计可推出相应的汇聚点运动形式，从 而可以控制s i r o s p u n 成纱的外观和品质。 s i r o f i l 纺是s i r o s p u n 的衍生技术，因其由力学性能完全不同的短纤 维须条和长丝组成，导致汇聚点稳定性的研究变得更加复杂，从而也 使得s i r o f i l 成纱的性能相对难以控制。基于这个问题t 本文研究了影 东华火学硕士学位论文中文摘要 响s i r o f i l 纺汇聚点稳定性的两大主要因素一一短纤纱与长丝的捻度分 布和扭矩。 首先对s i r o f i l 的特点和s i r o f i l 成纱中单股纱与长丝的捻度进行了 分析讨论。然后通过s i r o f i l 纱的实际纺制过程研究短纤纱与长丝的捻 度分布情况，具体讨论了车速、长丝预加张力、间距及成纱捻度对短 纤纱与长丝的捻度分布产生的影响。 在本文的最后一章讨论了s i r o f i l 短纤纱与长丝纱的扭矩性能与纱 线参数的关系，并重点介绍了纱线的扭矩的测试方法和原理，通过实 验分析了影响s i r o f i l 短纤纱与长丝扭矩的各种因素，那短纤纱与长丝 的舱度、细度、预加张力、构成纱线的珂维性舒等与扭矩之间的关 永 关键词：s i r o s p u n ；准静态模型；动态模型； s i r o f i l ；扭矩；捻度分 布 f 东华大学硕士学位论文a b s t r u c 丁 s t u d yo fs i r o s e r i e s s p i n n i n gm e c h a n i s m a b s t r u c t t h i s p a p e re m p h a s i z e s t h e s p i n n i n g m e c h a n i s mo fs i r o - s e r i e sb a s e do nt h ef o r m e r r e s e a r c h t h i sp a p e re s t a b l i s h e dt h eq u a s i s t a t i cm o d e lf o rs i r o s p u na tt h eb e g i n n i n g ，a n dm a d ea p a r t i c u l a ra n a l y s i s o nt h i sm o d e l ，f o rt h ec h a r a c t e r ，l i k ep e r f o r m a n c ea n d a p p e a r a n c e ，o f t h e s i r o s p u ny a m sm a i n l yd e p e n d su p o n w h e t h e rt h ec o n v e r g e d c ep o i n to fs i r o s p u ns y s t e mi s s t a b l eo rn o t t h i sm o d e li sb a s e do nt h ef o r c eb a l a n c ea n dd y n a m i c sc o n s e r v a t i o n c h a r a c t e r so fs i r o s p u ns y s t e m ( s u c ha s ：m a s hc o n s e r v a t i o n e n e r g yc o n s e r v a t i o n ，a n d m o m e n t u mc o n s e r v a t i o n ) ，a n de q u a t i o n se d u c e df r o mt h eq u a s i s t a t i cm o d e li ss e l f - c l o s e d s oa l lt h ei m p o r t a n tm e c h a n i c sp a r a m e t e r so ft h ec o n v e r g e n c ea r e ac a nb es o l v e d t h e e s t a b l i s h m e n t ，r e s o l v e n t a n d p a r t i a l v a l i d a t i o no f s i r o s p u n s q u a s i s t a t i c m o d e la r e c o m p l e t e d i l jt h i sp a r t l a t e rt h em o v e m e n tt r a c ko fc o n v e r g e n c ep o i n to fs i r o s p u ni ss t u d i e d w es u p p o s e dt h a t m a s sc e n t e rl o c a t e so nt h ec o n v e r g e n tp o i n t ，a n df i r s t l yd e f i n e dt h ec o n c e p t i o no fc o n t r o l v o l u m e ，w h i c hi st h es t u d yo b j e c t a c c o r d i n gt o t h ec o n t r o lv o l u m e ，l i n e a rd y n a m i c a l m o d e la n dn o n l i n e a r d y n a m i c a l m o d e lf o r s i r o s p u n a r ee s t a b l i s h e dt od e s c r i b et h e m o v e m e n tt r a c ko f c o n v e r g e n c ep o i n t ，a n das e r i e so f e f f e c t i v em a t h sm e t h o da r ea p p l i e d t or e s o l v et h em o d e l a d d i t i o n a l l y , p o s s i b l eg e o m e t r i c a lc h a r a c t e ro fc o n v e r g e n c ea r e a 、 v a r i o u st r a j e c t o r i e so ft h ee x t e r i o rc o m p o s i t ey a m sa n dt h ep e r f o r m a n c eo fs i r o s p u ny a m s a r ed i s c u s s e d s i r o f i li sd e r i v e df r o ms i r o s p u n s i n c es i r o f i li sc o m p o s e do fs t a p l ey a r n sa n df i l a m e n t y a r n s ，w h i c ha r ed e f i n i t e l yd i f f e r e n tf r o m e a c ho t h e ri nc h a r a c t e r s ，t h es t u d yo nt h es t a b i l i t y o fc o n v e r g e n c ep o i n to fs i r o f i lb e c o m ev e r yc o m p l e x a n dt h ei d e a lq u a l i t yo ft h ef i n a l y a mi s d i f f i c u l tt oc o n t r 0 1 b a s e do nt h i sp r o b l e m ，t h et w om a i nf a c t o r s ，w h i c ha f f e c t s t a b i l i t yo fc o n v e r g e n c ep o i n ti ss t u d i e d ，n a m e l yt h et w i s t d i s t r i b u t i o na n dt o r q u eo fs t a p l e y a m s a n df i l a n a e n ty a r n s ： a tf i r s t ，t h ef e a t u r eo fs i r o f i la n dt w i s to fs t a p l em a df i l a m e n ty a r n si nt h es i r o f i l se n dy a m 查兰查堂堡主堂焦堡壅： 垒! ! ! ! ! 旦： a r ed i s c u s s e d ，l a t e rt h et w i s td i s t r i b u t i o no fs t a p l ef i n ey a r n sa n df i l a m e n ty a m sd u r i n gt h e p r o c e s so fs i r o f i l s p u n a n dt h ef a c t o r s ，s u c ha s s p i n n i n gs p e e d ，p r e t e n s i o no df l a m e n t ， s p a c e ，t w i s to f t h ef i n a ly a r n ，w h i c hi n f l u e n c et h ed i s t r i b u t i o nb e t w e e no nt h eb a s i so f t h e a b o v ea r et e s t e da n da n a l y z e d i nt h el a s tp a r to ft h ep a p e r ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et o r q u eo fs t a p l ef i b e ry a m s a n d f i l a m e n tv a m sa n dt h e m s e l v e s c h a r a c t e r sa r ef i r s t l yd i s c u s s e d ，a n dt h e n t h ei n e d u c t i o no f y a r nt o r q u e st e s t i n g m e t h o dm a dp r i n c i p l ea r eg i v e n t h e nt h er e l a t i o n s h i po fv a r i o u s f a c t o r s ( s u c h a st w i s t ，c o u n t ，p r e t e n s i o n ，f i b e rp r o p e r t i e se t c ) i n f l u e n c i n gt h et o r q u e o f s t a p l ef i b e ry a r n sa n d f i l a m e n ty a m sa r ea n a l y z e d l iw e i r u ( t e x t i l em a t e r i a la n dd e s i g n j s u p e r v i s e db y y u j i a n y o n g k e yw o r d s ：s i r o s p u n ；q u a s i s t a t i cm o d e l ；d y n a m i c a l m o d e l ；s i r o f i l ；t o r q u e ；t w i s t d i s t r i b u t i o n ； 7 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，祟尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。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，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学付论文作者签名 日期：西咿弓年艚 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。 保密口，在年解密后适用本版权二碡。 本学位论文属于 不保密晒。 学位论文作首签名：挑 日期：抛；年j 硐湘 指导教师签名：多丢奠 日期：扣；年f 明砺 丕坐盔堂塑主堂位j 垒毫噩二重缝监 第一章绪论 1 1引言 如今纺织服装面料的主要发展趋势一般有：原料多元化；产品轻 薄化；花色潮流化：服用功能化。特别对毛纺产品来说，高支轻薄化 已成为不可逆转的趋势。但是，高支轻薄型产品的发展必然遇到原利 和可加工性两大障碍。因此，如何解决这两个问题已成为当今国际上 毛纺科技研究开发的热点和难点，其中纱线的结构和组份的变化是一 个重要的研究方向。 但是随着s i r o s p t m 及其后的s i r o f i l 纺纱技术的诞生，以及这两种技 术的不断完善和发展，面料高支轻薄化的要求就能够在降低成本的情 况下，得以较好的解决。 1 2s ir o 纺系列的特点 12 1s ir o s p u n 的特点 s i r o s p u n 纺作为毛纺的一种新型纺纱技术，由于技术、经济等方 面的优点使其具有良好的发展前景。其具体的特点如下 纱线的特点 与传统的环锭纺单纱相比具有较小的c v 值、粗细节、毛粒 数，较高的单纱强力和伸长率，较少的毛羽和更加光洁的表面 外观，以及较好的刑磨性能 垂坐盔堂强土坐位论窑 筮二童结监 2产品性能方面的特点 使织物轻薄化 织物外观毛羽少，表面光洁，手感光滑、织物的光泽好 提高了织物的透气性 起毛起球现象有所改变 有利于扩大产品品种范围 3生产技术方面的特点 a b 生产过程中，省去了并线、捻线工序，缩短了工艺流程 良好的可纺性，其减小了纺纱的断头率，降低了毛纱的生 产成本，扩大了细支纱的可纺界限，如使用6 6 8 的毛条就能放出类似 8 0 1 2 支粗细的股线，可提高细纱机的车速，有利于增加产量 1 2 2s ir o f ii 的特点 s i r o f i l 是2 0 世纪9 0 年代推出的，因其优异的纱线性能及较强的的 品种适应性，成功的打破了阻碍高支轻薄型产品发展的瓶颈制约，故 更受毛纺界的青睐，近几年来获得较大的发展，其特点如下 1 s i r o f i l 纱的纱线结构、性能均不同于传统的环锭纱。s i r o f i l 纱的纵向呈螺旋形单线外观；同环锭纱截面呈扁平状不同的是 s i r o f i l 纱呈圆形截面，长丝一般位于纱线的一侧。s i r o f i l 纱由于长丝 的；入，使其在强伸性、条干、毛羽、纱疵等性能指标上均优于同支 数单纱，除了毛羽稍差外，其它指标可以和同支数股线相媲美。 a b c d e 左垡盘堂亟土坐位业至簋= 重结监 2 s i r o f i l 纱织物的抗剪切刚度小，因此服装面料的成型性良好 。s i r o f i l 纱织物由于长丝的增强及支撑作用，其织物在而j 用性、尺 寸稳定性、保形性、耐洗涤性方面均好于全毛织物。s i r o f i l 纱织物手 感滑爽、丰满度低，透气性好，在开发夏、秋季面料上前景广阔。 现在 3 s i r o f i l 技术降低了成本，产品具有很高的性价比。这主要体 a 对原料的要求降低，节约了成本。由于长丝成为纱线后道 加工过程中主要受力的主要承担者，因此对短纤维的细度要求降低 减少了原料成本。 b 工艺的缩短降低了成本。s i r o f i l 技术在细纱机上一步成 纱，可省去并、捻工序，节省了加工成本。 具体成本分析( 以生产8 4 5 2 为例) 如表1 - i 及1 - z 所示。 从表1 1 和1 2 可以看出，复合纱精纺毛织物较传统全毛织物毛 条原料每公斤节约7 7 元，而工艺成本则每米节约0 5 2 元。因此，由于 采用了新的纺纱技术，s i r o f i l 纱产品成本可大幅度降低，且由于产品 轻薄化，又使之成为一种高附加值产品。此外，s i r o f i l 纱毛织物与全 毛织物相比，风格独特，服用性能好。长丝的引入降低了织物中羊 毛的比例，更使s i r o f i l 产品具有无可比拟的价格优势，其销售利润率 预计可达2 5 以上 2 j ，市场前景非常广阔。 玉垡厶堂毯土鲎僮监窑簋= 童盗：| 立 表1 - 1s i r o f i l 纺降低原判成本分析 s i r o f i l 纱精传统全毛 单位 纺毛织物织物 纱线支数n m f 8 4 5 28 4 5 2 所需羊毛品质支数公支 6 0 6 4 59 0 5 用毛量公斤米 01 9 60 2 2 8 毛条价格元公斤 6 31 4 0 表1 - 2s i r o f i l 纺降低工艺成本分村 s i r o f i l 纱精传统全毛 单位 纺毛织物织物 纱线支数 n mf 8 4 8 28 45 2 并捻加工成本元米 0 5 2 1 3s ir o 纺系列的研究现状 1 31s ir o s o u n 的研究现状 s ir o s p u n 的纺纱原理为两根粗纱被平行引入细纱机的牵伸区内 并形成保持平行状态，以一定间距的两根纤维束从前罗拉的夹持点处 被输出，然后两根纤维束在复合点处复合，通过钢丝圈和锭子的带动 被加捻缠绕到纱管上。 这种纺纱方式改变了传统的纺纱工艺路线，集细纱、并线、捻线 丕生盘坐丝主堂位论童簋二垦缝：匕 子一体完成整个纺纱过程，得到的纱线具有可与股线媲美的性质。且 s ir o s p u n 只需在传统环锭细纱机上稍做改装即可进行加工。s i r o s p u n 工艺是由澳大利亚c s i r o 试验室发明，与国际羊毛局( i w s ) 共同着 手进行研究，并由i w s 更进一步发展的。1 9 8 8 年。西德辛泽公司将 s i r o s p u n 的纺纱方法引入市场，并取得i w s 推销许可证，很短时间内即 在市场上获得了成功。 国内外对s i r o s p u n 的纺纱工艺、成纱机翠、 “v ”形区的捻度分 布、成纱结构及织物性能做了产量的研究。对于s i m s p u n 纱，p l a t e 和 m m a q n u e l l 3 1 1 4 1 【5 】 6 删最早对s i r o s p u n 纱的捻度分布、毛羽圈结、成纱结 构性能及影响因素作了一系列的研究，并和股线作比较，指出或纱中 单纱上的捻度是降低毛羽的主要因素但粗纱之间在“v ”形区对手 羽的捕捉和圈结也有利于成纱毛羽的降低。 对于s i r o s p u n 须条单纱上的捻度及捻度传递问题，不同文献亦有不 同观点。p l a t e 3 及文献 8 9 1 认为成形点以上部分单纱具有一定的捻 度，但成形点相当于假捻器，成纱内单股纱段上并没有捻度。文献 州“1 却认为须条单纱与单股纱上都有捻度，而且捻向与成纱捻向相 同，并推导了单股纱捻度与成纱捻度的数学关系式。文献i r a 研究了涤 粘复合纱的结构，认为单股纱上存在真捻，并且其捻向、捻回数与 复合纱相同。 对于s ir o s p u n 的成纱工艺方面，国内外研究者普遍认为问距的大 壅垡盔堂砸堂位监童 整= 童蕴监 小是影响成纱结构性能的首要因素。几乎所有的文献都认为，存在一 个最佳间距使成纱性能最优。但对最佳间距的大小却有不同的观点。 p l a t e 6 1 认为是1 4 m m ，s a l h o t r a 1 3 1 认为是4 r a m ，文献 1 5 】【16 认为是 9 m m ，而文献【1 8 则认为是1 0 m m 或1 2 m m ，差异较多，这主要是因为 纺纱用的原料、试样加工系统有差异造成的。粗纱原料性质的不同 特别是短纤维原料的长度不同，最佳l 削距也不同，该观点己得到 i 【；h t i a q u e 1 9 1 等人的证实。文献1 2 0 实验研究了粗纱间距、捻度及锭速对纱 线毛羽的影响，指出除在低捻度及高锭速情况下，增加间距都会减少 成纱毛羽。s u n 等驯对棉型s i r o s p u n 纱的结构与性能进行了探讨，认为 棉型s i r o s p u n 纱的结构及性能与成纱线密度有关，成纱越纫，蔓：匀度越 差但纱线耐磨性增强。 而s ir o s p u n 的纱线结构形态方面的研究有：文献 2 2 】分析了s i r o s p u n 纱的横截面形态结构，认为纤维在纱线横截面上呈非均匀分布状态 纱线具有中空性，而距纱线中心轴l 3 半径处，纤维聚集密度最大 并指出s i r o s p u n 纱表面纤维较环锭纱松散。但作者仅分析了粗纱间距对 成纱结构形态的影响，而没有分析纺纱张力的影响。事实上，除间距 大小外，成纱“v ”形区的大小主要还受到“v ”区内纺纱张力大小 针对s i r o s p u n 纱的耐磨性问题，s u b r a m a n i a n 阻 2 4 撰文分析了s i r o s p u n 纱的表面摩擦性能及纱线受压时的横截面形态变化特征，并研究摩撩 丕堡盘坐型三| = = 堂j 堑业塞 丝二童缝：| 盘 系数与粗纱间距、捻系数之间的关系。b r o o k s 等采用润滑油增加 s i r o s p u n 纱内纤维之间的粘性力，且降低了纱线与机件间的摩擦，以提 高纱线耐磨性。 132s ir o f ii 的研究现状 s i r o f i l 是在s i r o s p u n 基础上发展的一种新型纺纱技术。 s i r o f i l 纺系 统就是用一根长丝取代s i r o s p u n 纺系统中的一组粗纱，因其含有长丝和 短纤两种组分，因此又称为双组分纺纱。同样，s i r o f i l 纺纱系统也乒 需在环锭细纱机上稍作改装即可进行。在s i r o f i l 纺纱过程中，全毛或 含毛混纺粗纱通过正常牵伸而长丝则通过导丝装嚣从前罗拉直接喂 入，并使粗纱与长丝间保持定的间距，然后两种组分在前罗拉输出 钳口下游直接并合加捻，一步成纱。 s i r o f i l 技术的研究相对于s i r o s p u n 而言偏少 2 6 l ，一般认为 s i r o f i l 纱与s i r o s p u n 纱成纱机理相似。事实上，由于s i r o f i l 是一种异质 组分的纱线，组分中粗纱与长丝刚度与细度不同，必然导致其捻度分 布及传递的差异，所以不论从纺纱工艺上还是从纱线本身的结构来说 两者都有较大的差别。 s i r o f i l 的相关研究有： 对于s i r o f i l 纱的成纱加捻原理，文献 6 1 从力学中的扭矩角度分析 7 s i r o f i l 纱中短纤纱与长丝的捻度分布。 对于s i r o f i l 纱的耐磨性问题，侯祖龄叩提出采用冷上浆、增加纱 巫垡五坐殛土坐位：硷翌 簋= 童结诠 线捻系数、减小经纱密度等办法解决。文献 2 8 1 提出先将长丝分束，再 与短纤维纱复合，增加纤维间摩擦，以提高纱线利磨性，而没有从根 本上解决纺纱的耐磨问题。对于纱线涮磨性能测试的评价方面 s a w l m e y 2 9 】提出了主、客观评价方法，即人工撕剥法的主观评价方法和 先对纱线、织物“摩擦”实验后，再对纱、织物图象分析包覆系数的 客观评价方法。但无文献涉及复合纱专用的耐磨测试仪器。 随后文献【3 0 1 对s i r o f i l 系统做了较为深入的研究，其中研究范围包 括：s i r o f i l 纺成纱机理及“v ”形区纱线的捻度结构，分析了s i r o f i l 复合纱中短纤维纱组分表面纤维圈结的机理以及s i r o f i 纱的成纱机 理，指出汇聚点的上下、左右移动是捻度向上传递的根本原因，并从 捌料力学角度分析“v ”形区中单纱、长丝以及成纱中单殷纱和长丝 上的捻度大小；研究了粗纱与长丝间距对s i r o f i l 成纱结构、强伸性 能、毛羽及条干的影响；分析了s i r o f i l 纺力学系统与成纱结构性能及 耐磨性能的关系，即长丝预加张力和纺纱张力对s i r o f i l 纱强伸性能、 毛羽数目的影响。通过改变粗纱和长丝原料改变复合三角区平衡力 矩，讨论复合三角区平衡力矩对s i r o f i l 纱纵向形态结构及耐磨性能的 影响；研究了系统补偿装置的作用机理对其s i r o f i l 成纱结构性能的影 响，认为系统补偿装置的引入降低了s i r o f i l 成纱毛羽数目并改进了纱 线耐磨性能，且通过对蒸纱后纱线的酬磨性能进行对比分析，院明系 统补偿装置的引入在蒸纱后同样可以改善纱线的耐磨性能。 噩拦盔坐堪士坐位垃室 笙二童缝论 14s i t o 纺系列尚未解决的问题 14 1s ir o s p u n 理论系统中尚未解决的问题 s ir o s p u n 的研究已经比较成熟了，但是些理论的模型尚存在一 些缺陷，如f m m a u e l 和p l a t e 4 等人曾建立了s i r o s p u n 纱“y 形交汇区 中纱线的几何和力学状态的力学模型r 如图1 - 1 所示) ，如果假设在 交汇前后单纱的截面保持一致( 均为圆形) ，且忽略单纱的刚度，那 么这一模型可以归纳为两个方程 ( 1 2 ) = f l l 2 c o s a ) i q = - = f m - f r t g a ) ( 2 c o s o ) 图1 一i“y ”形交汇区受力分析示意图 式( 1 1 ) 和( 1 - 2 ) 中的f 、f 是纱线的张力和力矩，r 为单纱半径 ，、m 、r 为已知量：，、为交汇区上方单纱的张力和扭矩，为 丕垡盔堂硒土生盈垃窒篷二重结盗 交汇角的一半 这里把s fr o s p u n 的两根单纱当作完全对称的) ，、 脚、口为待求量。 m i a o 等【3 0 认为此模型虽然给出了s ir o s p u n 中的两个最重要的力学 条件，但由于方程数目少于方程待求量( i 厂、m 、a ) ，以致无法求 解。所以m i a o 采用实验的方法来解决这一问题。但是这里仍留下了一 个理论方面的模型问题未得到解决。 除此以外，汇聚点的运动规律如何，以及汇聚点如何受到纺纱参 数和原料方面的影响等问题尚未定性的解决，没有理论来指导实践的 操作。本课题的部分内容将就以上关于s ir o s p u n 中存在的一些问题进 行研究。 14 2s ir o f il 纺纱方法存在的问题 s i r o f i l 复合纱作为织物的经纱，成纱组分相互间的结合力不够稳 定，在织造过程中容易形成长丝与毛纤维分离，严重影响织机生产效 率和布面质量。这是由于s i r o f i l 纱织造过程中，s i r o f i l 纱与综丝钢筘 及相邻纱线之间的摩擦，导致很容易起毛起球，并形成非常严重的裸 丝现象，使得织机开口处上、下层经纱相互粘连，开口不清，织机无 法完成引纬动作，直接影响织机的机台效率。由于耐磨性存在的f q 题，所以s i r o f i l 纱当前在国内市场还很难全面推广。 因此，若能解决s i r o f i l 纱的耐磨性问题，提高织机效率，企业的 经济效益将更加显著，产品将更有竞争力。而经研究纱线扭矩、单纱 壅垡：z ；= 坐晒坐位监奎 麓= 童缝监 捻度及汇聚点平衡稳定性等因素将直接影响s i r o f i l 的耐磨性能。 基于上述背景，本课题从理论联系实际的角度，用实验的方法探 讨研究影响s i r o f i l 纱结构稳定性的因素组份纱的扭矩和复合三角区 捻度的分布。 1 5 本课题的研究内容、难点和意义 151 本课题的研究内容 本课题前半部分将探讨s ir o s p u n 的汇聚点平衡问题，研究汇聚三 角区的力学模型和汇聚点的运动规律；后半部分将分析影响s i r o f i 纱 扭矩和复合三角区捻度分布的具体因素。具体内容安排如下 第一章绪论部分 回顾了s ir o s p u n 和s i r o f il 纺的研究历史及发展现状、并分析两种 纺纱系统的特点和适用范围，以及在实际使用及理论体系中的不完善 之处。阐述了本课题的任务及内容。 第二章 s i r o s p u n 的准静态模型研究 本章重点研究和建立了s i r o s p u n 汇聚三角区在准静止状态下的力学 模型，并对模型中的参数进行求解和验证。这个准静态模型是以纺纠 系统中力学平衡和动力学守恒定律( 如：质量守恒、能量守恒、及动 量守恒) 为基础建立的。研究发现根据这种准静态的s i r o s p u n 模型列出 的系列平衡方程式是封闭的，即有解的。由s i r o s p u n 的准静态模型可得 出，在实际生产中，只要台理的设计前罗拉出口处的两股纱线的纺纱 壅垡厶堂硇土堂垃论室盥壁监一 张力、纱线捻度、牵伸倍数等参数，就可以控制s i r o s p u n 的汇聚点处于 相对稳定的状态。 第三章s i r o s p u n 汇聚点的运动状态 在s i r o s p u n 统中，由于机械波动、牵伸不匀、汇聚区纱线扭矩不 平衡等各种原因，使得汇聚点一直处于振动状态，导致成纱的外观和 性能都在不停的随之波动。那么如何掌握汇聚点的振动规律，并如何 根据振动的规律调整纺纱的系统参数，使得汇聚点处于相对稳定振动 状态，进而得到理想的纱线品质和外观是本章的研究重点。 第四章s i r o f i i 纺短纤纱与长丝纱扭矩分析研究 本章旨在研究s i r o f i l 纺纱的汇聚点平衡；由于s i r o f i l 是异嚣组分 的复合纱，比s i r o s p u n 同喷对称组分的箩合结构而畜，模型的建立十分 复杂。因此本章以实验为基础研究讨论影响汇聚点平衡的问题。由于 s i r o f i l 把短纤与长丝有机的结合起来，有很多优点，但同时也出现了 很多新的问题，其中一个显著的问题即是短纤和长丝纱组分性质的差 异导致了它们之间的扭矩差异，从而影响到复合三角区汇聚点的稳定 性及运动的规律性，本章燎就短纤纱和长丝纱的扭矩进行具体的分析 研究，以期通过改变纺纱参数等方法来减小这种扭矩差异从而达到改 善s i r o f i 纺纱品质的目的。 第五章s i r o f i l 纺复合三角区捻度的传递分析 由于捻度是产生扭矩的根本原因之一，所以捻度对s i r o f i l 汇聚点 丕! 量厶堂殛土坐攮让噩签二里结：| 盆 的平衡也起着重要的作用。本章将主要研究s i r o f i l 的捻度及复合三角 区的捻度传递率与纺纱参数的关系。 s i r o f i l 纱由于长丝的引入，因此肯定不具备s i r o s p u n 在准静止状态 所具备的捻度平衡条件，所以s i r o f i l 的捻度结构有自己的特殊性，即 长丝和短纤纱在汇聚区所获得的捻度不可避免的存在差异。而汇聚区 内捻度的传递直接影响到汇聚区内长丝与短纤维纱的扭矩大小，从而 影响汇聚点的平衡，为了解s i r o f i l 纺汇聚点不平衡的机理，本章将讨 论s i r o f i l 纺汇聚区的捻度分布结构及两个组分的捻度传递率与具体纺 纱参数之间的关系。 第六章结语与展望 对本论文所研究的结论做归纳与总结，并对今后的研究工作提出 看法展望。 1 5 2 本课题的研究难点 a s i r o s p u n 汇聚三角区准静止状态力学模型的研究 b s i r o s p u n 汇聚点运动规律的线性与非线性模型研究 c s i r o f i l 纱两组分扭矩平衡与捻度传递的分析 d s i r o f i l 纱结构稳定性机理的分析 15 3 本课题的研究意义 本课题主要围绕s i r o s p u n 的汇聚点稳定性和运动规律展丌了理论方 面的研究。这是为了更深入地了解s i r o s p u n 系统，完善s i r o s p u n 的理论方 丕生盔鲎熊土堂位监型美= 童缝监 面地研究，从而更进一步的指导生产实践。除此，本课题的另一个主 要任务在于从实验的基础研究s i r o f i l 纺系统力学平衡的两大主要因素 一一组分纱的扭矩和捻度传递率。这些都为进一步深入掌握s i r o f i l 纱 结构和性能，提高其织机效率并开发出理想的s i r f i l 纱轻薄面料具有重 要的理论意义和现实意义。 丕垡厶堂强堂焦监窒 差三耋s i 盟s 2 塑数篮蛙盔攮型型盔 第二章s i r o s p u n 的准静态模型研究 s i r o s p u n 的准静态是指：存在一个平衡位置，汇聚点在偏离平衡 位置之后都会趋向回到这个平衡位置。而s i r o s p u n 的准静态的模型是 以纺纱系统中力学平衡和动力学守恒定律( 如：质量守恒、能量守 恒、及动量守恒) 为基础建立的。本章将重点研究s i r o s p u n 准静态模 型的建立，求解与验证。 21 s i r o s p u n 理论模型研究的现状 s i r o s p u n 是在传统的细纱机上，将两股相同组分的粗纱，保持一 定的间距通过相同的牵伸区。汇聚点与两股纱在前罗拉的出口点形成 汇聚三角区。汇聚点在纺纱中的稳定与否将对啦纱性质和外观产生重 要影响。所以我们将在汇蒙点处建立力学模型进行重点分析。 由1 3 1 可知前人的研究均是基于实验基础之上，到目前为止，关 于s i r o s p u n 基础理论研究已经不少，然而如何描述s i r o s p u n 汇聚点的 运动状态，以及如何根据调整纺纱参数来控制汇聚点达到稳定的运动 状态，从而得到性能稳定的纱线等等问题都没有得到满意的解答。 e m m a n u e la n d p l a t e 4 曾尝试进行这方面的工作，他们对s i r o s p u n 建立了 理论模型进行研究，列出了s i r o s p u n 纱“y ”形交汇区中纱线的j l 何 和力学状态的力学方程来解决汇聚点的平衡问题。 图2 - 1 即为s i r o s p u n 的汇聚三角区的实验照片。p l a t e 的模型如下 所述：假设纺纱系统和汇聚点正处于准静止的稳定状态。在这个状态 丕坐厶堂熊土堂焦论望簋三重墅【q p 蚀曲蕉碰盔堪型豇 中汇聚三角区正好为一个对称的形状，如图2 2 ，容易得到 口1 = 口2 = 1 2 ，r 1 = r 2 = r，鼻= 丘= 厂，m 1 = m 2 = m 圈2 - 1 细纱机上的s i r o s p u n 汇聚置角区 图2 2 汇聚三角区受力分析示意图 在此模型中假设在交汇前后短纤纱的截面保持一致l 均为圆 塞坐盘堂亟堂位j 金童 箍三童s i ! q b 业的熊睦盔撞型型眨l 形) ，且忽略短纤纱的剐度，根据图2 - 2 所示，e m m a n u e l 和p l a t e 提出 在静止对称的状态下，根据模型得出以下力学平衡方程式 2 ，c o s a = f 2 m c o s a + f r 磐a ；m ( 2 1 ) ( 2 2 ) f 、m 是纺纱的张力和力矩，r 为成纱半径，f 、m 、r 为已知 量；厂、m 为汇聚点上方短纤纱的张力和扭矩，口为交汇角之半 厂、m 、a 为未知待求量。 由于e m m a n u e la n dp l a t e 研究的是静止状态模型，根据此模型不能 列出足够的独立方程个数，从而不能得出方程的解，即方程中未知量 的个数( ，、班和口) 多于方程的个数，这种情况称为方程组不封闭。 所以s i r o s p u n 汇聚点稳定| 生的问题并没能够得到解决。围绕这个问 题，又有人进行了进一步的研究，如m i a o 3 0 】在p l a t e 的论文基础上采 用了实验的方法来探讨汇聚点的稳定性问题。根据p l a t e 的观点 s i r o s p u n 中汇聚点上方的短纤粗纱的捻度越大、汇聚角越小就越有利 于s i r o s p u n 成纱的品质；且汇聚点上下的粗纱扭矩平衡依赖与粗纱的 捻度平衡，而粗纱的捻度仅仅取决与成纱的捻度及每股短纤粗纱在成 纱中的半径大小。因此，m i a o 设计了一系列实验，即在不同的纺纱 张力( 即不同的车速) 、成纱捻度和短纤粗纱f q 距下，采用了摄影的 办法，来统计计算s i r o s p u n 中短纤粗纱的捻度及汇聚角的大小。因而 得出一系列有利于指导实际的结论。然而，他还是没有能够从理论的 互生态堂殛：e 堂鱼：| 金星璺= 三童s ! ! q e 业酸蟹赴鲞搓型型皇i 角度来定性的解释问题。 22 s i r o s p u n 准静态模型的建立 我们都知道s i r o s p u n 是一个动态系统，除了满足力的平衡外，动 态系统必须遵从动力学的基本规律，例如，质量守恒、动量守恒及能 量守恒。根据这些规律，如图2 2 所示，s i r o s p u n 系统可以用以下方 程式来描述 2 21 力的平衡 f 1c o s l + f 1c o s a l 2 f f is i n a l = f 2s i n 口2 m lc o s 6 t l + m 2c o s a 2 + r l es i n a l + r 2 五s i n a 2 = m ( 2 - 3 ) ( 2 - 4 ) f 2 - 5 ) 这里的f 和m 分别表示汇聚点彰下成纱的纺纱张力和扭矩，f 和m ，( i = l ，2 ) 为汇聚点以上两股粗纱组分的张力和扭矩，r 。和胄： 分别为这两股粗纱的半径。 以上的方程只要是平衡时都是满足的，其中也包含了e m m a n u e l 和 p l a t e 所建立的静止状态下的力学模型。但这里方程也是不封闭的，还 需要其它方程。 22 ，2 质量控制体的动力学能量守恒 由于考虑到纺纱系统是一个运动的系统，因此我们提出在平衡的 运动状态下，系统必须满足所有的动力学守恒定律( 这罩有一定的质 量损失和能量损失，但损失很小，可阻忽略不计) 。但是具体怎样对 塞垡盘堂殛土堂位论毫 筮三童s ! q e 业的熊赴盔摄型盟盈 s i r o s p u n 纺纱系统这个研究对象建立动力学模型却是十分关键的。这 里我们先引入质量控制体的概念。所谓的质量控制体如下图2 - 3 所 示，可知在这个控制体里，任何一段时间内，进出的纱线质量、能 量、及动量都是守恒的。因此，我们对o a 、 o b 及o c 这三个小质 量体( 即进入的两组粗纱与输出的成纱) 建立一系列的动力学方程 不： 图2 - 3 质量控制体 1 ) 动量守恒 由于纱线为流体，所以采用流体力学的动量方程式，如下两式所 石c o s o r l + a “2c o s o r 2 = 加 届“ls i n1 = 5 2 u 2s i n a 2 ( 2 - 6 ) r 2 7 、 这里a和芦2 为输入的两组粗纱的体密度，声为成纱的体密 度，和“分别为两粗纱的输入速度，u 则为纺纱速度。 丕垡盔坐砸土堂位监室噩三萱s i q i b 婴曲毽匪盔燕型业筮 对任何一段圆形纱线体而言都有脚= 乃尺2 f _ p l ，其中肌为纱线质 量，西，p 分别为纱线体密度和线密度，r 为纱线半径，为纱线长 度，即可推出卢= p 万月2 ，即为体密度与线密度的关系式，所以由 ( 2 - 6 ) 和( 2 7 ) 可得 面p l mt 面p 2 “2c o s o t 2 = 象“ 弘8 ， 面p l i n q 。象炉i 吗 ( 2 - 9 ) p 、p 2 是输入的两组粗纱的线密度，p 为成纱的线密度。r 为成 纱半径。 2 1 质量守恒 n “1 a t + p 2 u 2 a t = p u a t 这里出是指任意一段变化的时间。 3 ) 能量守恒 ( 2 1 0 ) 圭岛“? + j 1 脯2 + 互11 。国? ；圭枷；= 争2 + 扣2 ( 2 - 1 1 ) 这里，j ， 为纱线的惯性矩系数，：