（纺织材料与纺织品设计专业论文）新型环锭纱线及其针织物的研究.pdf

1 一 学位论文的主要创新点 i i i i i ii ilil l l l1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 i y 1 8 7 9 0 8 7 一、针对现有针织物存在的起毛起球和布面线圈纵行歪斜现象， 提出了一种利用开发新型纱线加以解决的办法。实验结果表明新型 纱线的性能，特别是毛羽，湿扭结数等都有了明显的减少；针织物 的布面毛羽和线圈歪斜得到了有效的改善。 二、用响应曲面法进行实验设计，分析新型纺纱方法纺纱参数 与纱线性能的关系，并对纺纱参数进行优化，得到了满足实际要求 的最佳参数组合。 三、在h e a r l e 、p a n 等前人研究的基础上，分析纱线实际滑移系 数与理论推导滑移系数之间的差别；将临界捻度引入到研究中，预 测纱线强力，实验结果表明在针织纱线常用的捻系数范围内，纱线 强力预测结果与实测结果符合度较好。 四、对新型纱线和普通纱线分别进行切片实验，分析纱线的微观 形态，通过纱线内纤维的状态和排列分析纱线性能不同的原因。 摘要 目前针织产品因其自身的优点越来越多的应用于人们的日常生活中，针织 服装不断朝着外衣化、时装化、高档化方向发展。针织产品也在飞速发展，许 多新型原料的出现增加了针织物的功能性及舒适性；而针织机械的不断发展更 新则丰富了针织物的花样。但是针织产品仍然存在着一些缺点，例如易起毛起 球，线圈歪斜现象比较严重等。针织产品的缺点跟针织纱线有着直接的关系， 由于纱线的毛羽导致织物的起毛起球性；又由于纱线的残余扭矩导致织物的布 面歪斜现象。 改善针织纱线的性能是提高针织物性能的直接办法，本研究在实验室中对 环锭细纱小样机进行改造，得到的纱线比普通纱线性能有了明显的提高一一纱 线毛羽减少，湿态扭结减少；并利用响应曲面方法设计实验研究纺纱参数与纱 线性能的关系，根据实际需要确定合适的纺纱参数；对纱线的纱线结构( 侧面 结构和截面结构) 进行研究，分析说明纱线性能改善的原因。 纱线强力是衡量纱线性能的一个重要因素，许多学者尝试利用纤维性能和 纱线参数预测纱线强力并取得了一定的成就，也出现了很多预测纱线强力的方 法。本文利用h e a r l e 、p a n 等人的结论，结合实验所用的棉纤维的性能及纺纱 参数，对纱线强力进行预测。考虑到临界捻度的存在，本文最终采用拟合的方 法，能够比较好的表征纱线强力。 改善针织纱线性能的目的是为了改善针织物的性能，本文使用新型纱线和 普通纱线分别在实验室针织机上编织，得到的针织物性能也有所改善，织物纹 路比较清晰，布面歪斜现象明显改善。 关键词：环锭纱线；毛羽；湿扭结；强力；滑移系数；起毛起球；纵向歪斜 a b s t r a c t c u r r e n t l y ，k n i t t e dg o o d sa r ew i d e l yu s e di np e o p l e sd a i l yl i f eb e c a u s eo fi t s a d v a n t a g e s k n i t t e da p p a r e l sa r em o r ea n dm o r ew o r na sc o a ta n df a s h i o n , a n d g a i n i n gas i g no fh i g h g r a d ep r o d u c t t h ed e v e l o p m e n t so fn e wm a t e r i a l si n c r e a s e t h ef u n c t i o na n dc o m f o r t i b i l i t yo ft h er e s u l t a n tk n i t t e df a b r i c s ；a n dt h ed e v e l o p m e n t s o fk n i t t i n gt e c h n i q u ea n dk n i t t i n gm a c h i n e r i e se n h a n c et h ep r o d u c t i v i t ya n dp a t t e r n f l e x i b i l i t y b u tt h e r ea r es o m ed i s a d v a n t a g e so f t h ek n i t t e df a b r i c sr e m a i n e d , s u c ha s e a s yp i l l i n ga n ds e r i o u sl o o pw a l ed i s t o r t i o n a f t e ra n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a tm a n y f a b r i cf a u l t sa r ea s s o c i a t e dw i t ht h ey a mu s e d ，a n dt h ef a b r i cs p i r a l i t ya n ds u r f a c e p e r f o r m a n c es u c ha sp i l l i n ga r er e l a t e dt oy a mr e s i d u a lt o r q u ea n dh a i r i n e s s , r e s p e c t i v e l y i ti sa ni m p o r t a n tm e t h o dt oi m p r o v ef a b r i cp r o p e r t i e sb yd e v e l o p i n gt h ey a m w i t hm o d i f i e dp e r f o r m a n c e i nt h i s s t u d y , t h em o d i f i c a t i o ni s m a d eb a s e do n l a b o r a t o r ys p i n n i n gf l a m e ，t h em o d i f i e dy a mo b t a i n e di sb e t t e rt h a ni t sc o n t r o ly a m i np r o p e r t i e s ，s u c ha sh a v i n gl e s sh a i r i n e s sa n dl o w e rw e ts n a r l i n gt u r n s o p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n tw a sd e s i g n e db yu s i n gt h er e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y f o rd e t e r m i n i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e s p i n n i n gp a r a m e t e r s a n dy a m p e r f o r m a n c e i np r a c t i c e s ，t h es p i n n i n gp a r a m e t e r se a r lb ed e t e r m i n e da c c o r d i n gt o s u b s e q u e n tp r o d u c tp r o p e r t i e s y a ms t r u c t u r e si n c l u d i n gc r o s s - s e c t i o n a ls t r u c t u r e a n dl a t e r a ls u r f a c es t r u c t u r ea i n v e s t i g a t e df o ra n a l y z i n gt h ec h a n g e so fy a m p r o p e r t i e s y a ms t r e n g t hi sa ni m p o r t a n tf a c t o rt oe v a l u a t ey a r np e r f o r m a n c e m a n y s c h o l a r sa t t e m p tt op r e d i c ty a ms t r e n g t hw i t hf i b e rp r o p e r t i e sa n dy a mp a r a m e t e r s a n dg o ts o m ea c h i e v e m e n t s a n dm a n ym o d e l ss u c ha sa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ka n d f i tm e t h o d sa r ee s t a b l i s h e d i nt h i sp a p e r , t h ey a m s t r e n g t hw e r es t u d i e da c c o r d i n g t ot h er e s u l t so f p r e v i o u ss t u d i e s ( h e a d ea n d p a ne t c ) a n do u rs p i n n i n ge x p e r i m e n t s , a n dc r i t i c a lt w i s tw a sc o n s i d e r e da sak e yf a c t o r t h ef i tm e t h o dw 嬲a s e dt op r e d i c t y a ms t r e n g t h t h eu l t i m a t ep u r p o s eo fi m p r o v i n gy a r n sp r o p e r t i e si st oi m p r o v et h e p e r f o m m n c eo fr e s u l t a n tk n i t t e df a b r i c s i nt h i ss t u d y , p l a i nk n i t t e df a b r i ch a sc l p 髓 t e x t u r e ，s m o o t hs u r f a c e ，a n di m p r o v e dl o o pd i s t o r t i o n k e y w o r d s ：r i n gs p u ny a r n ；h a i r i n e s s ；w e ts n a r l ；s t r e n g t h ；s l i p p a g er a t i o ；p i l l i n g ； s p i r a l i t y 目录 第一章绪论l 1 1 针织及针织物的新发展1 1 2 针织产品存在的主要问题及目前的解决方法2 1 3 现有新型纺纱技术5 1 4 环锭纺及其改造。6 1 5 本课题的研究意义及目的8 第二章新型纺纱方法9 2 1 研究策略9 2 2 实验装置和方法l l 2 3 试纺。12 2 4 结果与讨论1 6 第三章纺纱参数优化17 3 1 实验方法分析17 3 2 实验设计_ l8 3 3 结果与分析1 9 3 4 ，j 、结2 4 第四章纱线强力机理分析2 5 4 1 纱线强力预测的几种主要模型。：2 5 4 2 影响纱线强力的参数2 7 4 3 临界捻度3l 4 4 理论验证3 3 4 5d 、l ；：1 4 第五章新型针织纱及其针织物的性能3 5 5 1 纱线性能3 5 5 2 纱线横截面形态3 8 5 3 纱线的纵向截面形态4 2 5 4 织物性能4 4 5 5d 、结4 6 第六章结论与展望4 9 6 1 结论及不足。4 9 6 2 展望4 8 参考文献。4 9 致谢5 3 发表论文情况说明5 5 n 第一章绪论 第一章绪论弟一早殖比 随着人民生活水平的提高，针织产品在人们日常生活中应用越来越广泛， 人们对针织面料质量的要求也越来越高，针织产品已经日趋功能化和时尚化， 尤其在外衣、时装、高档家用产品方面表现得更加突出f 1 捌。 新型的针织机械，对原有机械的改造、改进以及针织用纱的提高不仅使针 织产品越来越多样化同时也提高了针织产品的档次。 1 1 针织及针织物的新发展 1 1 1 针织原料的发展 用户对后道产品的高要求使纺织工业从传统的技术向高新技术转变，针织 产品不断引入一些新型的面料，天然环保型面料就是一大亮点。大量采用彩棉、 玉米纤维、竹纤维、大豆纤维等天然纤维，即达到了环保低碳的要求又能符合 人们对健康的追求【3 j 。 因此针织品对所用纱线的质量也提出了更高的要求，评价纱线质量的条干 均匀度( c v ) 值、强力平均值、捻度、杂质、士5 0 粗细节、+ 2 0 0 0 , 4 棉结、十万 米九级纱疵和十三级纱疵等传统指标较以前有很大改善，能达到后道用户较高 的质量要求【。 近年来，很多研究者提出了改善针织纱性能的方法。杜俊萍，杨庆斌等在 文章莫代尔细绒棉山羊绒半精纺针织纱线的开发 4 q a 提到近年来。纺织市场 对产品的高质量要求与企业内部生产成本核算的严格要求产生了强烈矛盾，这 种矛盾促成了新型纤维散纤维染色后混纺、半精纺化。并详细说明了莫代尔， 细绒棉山羊绒半精纺的工艺流程。在生产中，应注意原料的合理搭配和染色后 处理，前纺梳理工序采用“轻定量、低速度、大隔距、多梳少落 的原则，并 粗工序则采用“紧隔距、轻定量、低速度”原则，细纱工序适当放大后区隔距， 倍捻时尽量减少并纱张力差异和锭速差异，提高股线捻度分布的均匀性。 1 2 针织机械的新进展 纺织器材的开发更新和制造精度以及在生产中的精细化管理均有了很大的 提高。针织技术起步晚，但是技术发展很快，从传统的汗衫背心、棉毛衫裤、 天津工业大学硕士学位论文 绒衫绒裤等老三件为主的普通内衣向多元化、多层次的针织产品发展。 针织圆机变革主要体现在速度有了很大提高且花色变化也越来越复杂，同 时在一些细节方面也更加完善。意大利p r o t t if a s h i o n t r o n i x 公司推出了装备有 2 4 种色彩嵌花工艺和新型导纱节制手艺的高效力多功效机型p k 3 p 。镧p i n k e r t 公司推出了平罗纹线圈装备，此装备采取隔栅复式布局简化了袖口的操作工艺， 为针织圆机织物带来了更好的性能及更广泛的应用。 电脑横机的新发展为针织的发展注入了新的血液，是针织产品实现个性化、 时尚化的重要途径【4 5 】。斯托尔公司( h s t o l lg m b h ) 推出了嵌花技术更为精确的 电脑横机，能够生产出具有很强的立体感的嵌花产品。其具有的多针距、局部 编织、织可穿等功能也丰富了针织产品的多样化【5 ，6 】。日本岛精( s h i m as e i k i ) 纺 织机械有限公司、德国的斯托尔公司( h s t o l lg m b h ) 、意大利圣东尼( s a n t o n i ) 等相继推出了有无缝技术的针织机械。德国卡尔迈耶公司( k a r lm a y e r ) 也看好 无缝整衣生产技术，目前又推出智能化窄幅拉舍尔( r a s c h e l ) 经编针织机【7 j 。 但也有一些无 性能也是大家 线毛羽少，而 ，纱线内纤维 线形成扭结。 间接反映纱线 用一种简易方 能够自动检测 检验，结果显 另外，纱线试 高亚英、俞建 ，而是自制了 第一章绪论 一种扭矩测定装置( 如图1 1 所示) ，对t e n c e l 纱线的扭转变形进行研究。扭矩 测定采用光杠杆原理放大并测定。仪器主要由激光源、小镜片、记录板及入射 光和反射光组成光杠杆系统。激光源产生的点光源发射到小镜片上。当对纱线 试样y 施加一定捻度，磷铜片发生扭转，使小镜片产生一旋转角度，反射光点 产生侧向位移，被记录于记录板上；当小镜片与记录板之间的距离保持不变时， 纱线的扭矩与反射光线的侧向位移s 成正比关系，即采用反射光线的侧向位移 s 可测量纱线的扭矩。 图1 - 1 纱线扭转测试装置 纱线充分浸润后会膨胀，纱线内纤维间的内应力得到释放，退捻力增大， 纱线残余扭矩表现得更明显【12 ，1 3 】，湿扭结数量比干扭结数量明显增加，本文采 用纱线的湿扭结。 2 1 2 线圈纵向歪斜 由于纱线退捻力矩的存在，线圈圈柱产生的退捻力使线圈的针编弧与沉降 弧分别向不同方向扭转，致使整个线圈纵行发生歪斜。因此，纱线捻度越大， 其退捻力矩越大，线圈纵行歪斜越严重。 针织物的布面歪斜现象也会给针织物的后期加工及穿着美观带来很多的 麻烦。按照正常方式裁剪而缝制的衣服，左右两侧的侧封会发生前后转动，影 响美观且穿着很不舒服。在有印花或花型图案的针织物中，线圈歪斜现象会使 花型发生变化。为改善针织物的线圈歪斜现象，使花型保持原样，需要对织物 进行特殊处理。 ， 在进行编织过程中，可以通过尽量降低纱线捻度来改善线圈歪斜现象，但 降低捻度又会导致其他问题，例如纱线强力降低，针织物起毛起球现象明显等。 采用相同捻度的z 捻和s 捻两种纱线一隔一配置编织织物，相间横列的线圈都 向相反的方向倾斜，从宏观上消除了织物的纵斜。但是织物有横条感，纹路不 天津工业大学硕士学位论文 清，针织外观很差。对于棉织物，可以经碱处理的碱缩和丝光，使纱线的内应 力消除，因为碱处理可以使棉纤维发生溶胀【1 4 1 。对于针织物的图案问题，可以 利用电脑系统对图案进行自动矫e r l 5 l 。采用合适的裁剪方式也能够在一定程度 上减少针织成衣的衣缝等的前后转动现象【嘲。 1 2 2 起毛起球 起毛起球是针织物的大问题，纱线毛羽是造成针织物起毛起球的重要原因。 毛羽大都产生在细纱工序，此工序的工艺配置是否适当，很大程度决定了细纱 的毛羽的多少。纱线毛羽产生的原因有很多，纤维出前罗拉时，由于上下罗拉 的挤压作用使须条呈扁平状，在加捻过程中扁平状须条两端的纤维很容易失去 控制，未能全部捻入纱中，从而形成毛羽。另外，纤维在加捻的过程中发生内 外转移，从而有更多的纤维头端露在外面，形成毛羽。纺纱过程中应加强须条 的抱合力，防止纤维扩散。前纺工序要求喂入的半制品光洁、不起毛，结构均 匀，有利于对短纤维的控制，因此粗纱要成形良好。另外，纺纱器件的摩擦也 会产生一定量的毛羽【1 7 】。 目前减少纱线毛羽的方法很多，大致可以归纳为以下几种【1 他。 1 选择较好的原料 毛羽大都是纤维头端外露而形成的，因此纤维头端的多少以及伸直程度直 接决定着毛羽的多少，纤维长度越短，则纤维头端越多。选择原料时，要控制 纤维的细度、长度、整齐度以及短纤率；控制低成熟度纤维的含量，减少在后 道工序中生成短纤的概率。但是这个办法会提高纱线的成本，且从环保低碳的 角度看，较差纤维也不能浪费掉，因此合理的配棉对纺纱过程和纱线品质有很 大的影响。 2 优化纺纱工艺 ( 1 ) 适当提高粗纱捻系数，加强纤维在牵伸区的凝聚作用，放大细纱后区 罗拉中心距、减少后区牵伸倍数，让须条留有一定捻回再进入前牵伸区，有利 于防止纤维的过分扩散从而可以减少毛羽。 ( 2 ) 前罗拉适当前移，减少须条在前罗拉上的包围弧，从而缩小加捻三角 区，减少毛羽。 ( 3 ) 适当提高细纱捻系数，增加须条对纤维的密集作用，从而减少毛羽。 但细纱捻系数过大，容易造成纱线手感较硬，且捻度大会降低生产效率。 ( 4 ) 保持纱道的光洁可以减少成纱过程中的摩擦，减少毛羽。从须条到细 纱要经过导纱钩、钢领、钢丝圈等，采用更加光滑的纺纱器件可以减少这段纱 路的摩擦。络纱及后道工序中也可以采用优质器件，以减少摩擦。 第一章绪论 另外，采用优质纺纱器件，例如采用软胶辊以改善对纤维须条的握持，减 少加捻三角区的宽度可减少毛羽。在生产中不断提高管理水平和技术水平，优 化纺纱工艺，也能够适度减少毛羽。 3 采用新型的纺纱技术 紧密纺( c o m p a c ts p i n n i n g ) 、索罗纺( s o l o s p u n ) 、赛络纺( s i r o s p u n ) 等新 型纺纱技术均可有效地减少毛羽。紧密纺是在环锭细纱机前罗拉钳口处加一套 装置，以缩小加捻三角区，得到的纱线结构比较紧密，毛羽较少。赛络纺是两 根粗纱间隔一定的距离平行喂入，经牵伸后一起加捻，成为类似于股线的结构。 索罗纺是牵伸须条通过索罗纺罗拉时被劈成多根子须条，并形成每根须条小加 捻三角区，最后每根子须条离开索罗纺罗拉后一起加捻，形成一根纱线。索罗 纺和赛罗纺纱线每根子须条的加捻三角区明显减小，且“合股 的时候也能够 减少一部分毛羽，所以纱线毛羽减少明显。新型纺纱方法均是围绕减小加捻三 角区进行的。 w a n g 在 r e s e n tr e s e a r c h0 1 1y a r nh a i r i n e s st e s t i n ga n dr e d u c t i o n ： p a r t r e d u c t i o no f y a r n h a i r i n e s s ) ) 吲一文中提出了一种减少毛羽的方法一空气 涡流管法( j e t r i n gs p i n n i n g ) ，即在纱线刚出前钳口位置加一个空气涡流管，使 浮在纱线外面的毛羽得到一定程度的平服。也可以在络纱时的前钳口位置加一 个空气涡流管。另外改变纱线的路径也能够减少纱线的毛羽，即从前罗拉出来 的纱线在其左边一个锭子上加捻成纱，这样可以有效的改变加捻三角区的状态， 也能够有效的减少毛羽。 4 对织物进行后处理 对于棉麻织物的抗起毛起球，主要有烧毛、生物抛光和树脂整理等方法。 但是烧毛不耐久，只能去除表面的毛羽，经过新的摩擦会产生新的毛羽；树脂 整理使纱线变硬，影响手感。生物抛光是利用了纤维素酶能够催化水解纤维素、 生成葡萄糖的功能对织物表面进行处理。纤维素酶主要作用于天然或者再生的 纤维素纤维，经过碱减量处理后，去掉织物表面茸毛，使织物光洁、明亮、柔 软，打光从而减少起球现象并增强织物的光洁度和柔软度，效果较好但是成本 较高。 1 3 现有新型纺纱技术 为了改善纱线的性能并提高纺纱效率，目前出现了很多新型的纺纱方法。 新型纺纱方法的主要特点是：卷装大、速度快、纺纱工艺流程短。新型纺纱方 法主要由以下几种 2 3 , 2 4 。 天津工业大学硕士学位论文 1 转杯纺 转杯纺的主要部件是纺杯，纺杯高速回转，内部产生离心力，离心力使从 分梳腔转移到纺杯内的棉纤维产生凝聚而成为纤维须条，须条被加捻以后便成 为纱线。 2 喷气纺 喷气纺的加捻器是由固定的喷嘴构成，因此没有高速回转机件。喷气纺就 是利用高速旋转气流使纱条加捻成纱的一种纺纱方法。喷气纺同环锭纺相比具 有产量高、卷装大、工序短等优点，试纺各种短纤、长丝包芯纱和加工合股中 长化纤丝。其单产是环锭纺的8 1 2 倍。 3 摩擦纺纱 摩擦纺纱时在取得吸附凝聚纤维作用的同时，借助须条与摩擦件的回转运 动获得捻回而成纱的，这是利用空气动力与机械相结合的方法。其试纺纤维长 度为4 0 m m 左右，纺纱速度可达到3 0 0 m r a i n 。 4 自捻纺纱 将两根须条的两端握持，同时施加假捻( 中间加捻) ，形成两根具有正反捻 的交替的单纱，两根纱线同时利用自捻作用结合成一根具有正反捻的双股线。 其他的新型纺纱方法有涡流纺、平行纺纱等。 1 4 环锭纺及其改造 1 4 1 环锭纺存在的问题 环锭细纱机作为一种传统的纺纱机械，其加捻和卷绕是同时进行的。在加 捻过程中，纱线的一端被握持，另一端绕自身轴线旋转，纤维会倾斜形成捻回。 钢丝圈绕钢领旋转一周即在纱线上加一个捻回。并利用锭速与钢丝圈速度之差 将纱线卷绕到筒管上。因此纺纱速度与锭速有着直接的关系，只有很高的锭速 才会形成很高的纺纱速度。但是，众所周知，钢丝圈截面小，高速回转会产生 大量的热量，热量不能及时散发出去很容易造成钢丝圈的损毁，停机而降低生 产效率，另外钢丝圈过热也会增加断头。 环锭细纱机进行牵伸并加捻卷绕时，由于钢丝圈的高速回转，钢丝圈与导 纱钩之间的纱线会产生气圈，且气圈的稳定性也受到影响，从而增加断头。随 着锭速的进一步提高，纱线所受的离心力和气流的牵制力也会提高，从而导致 纱线在加捻三角区发生断裂。 环锭纺纱方法自身就制约了环锭纺的纺纱速度，环锭纺纱机速度比其他纺 纱方法要低很多。 第一章绪论 环锭纺的另一问题则是由与加捻三角区的存在引起的。牵伸过程中由于上 下罗拉的压力，须条呈扁平带状，须条离开前钳口进入加捻区的过程中，带状 须条边缘有很多纤维无法随着旋转而加捻到纤维内部，且纱线的高速回转使外 面的纤维形成离心力，形成纱线后这些纤维头端就会露在外面形成毛羽，而毛 羽是针织物起毛起球的主要原因。 4 2 环锭纺的优势及存在的必然性 环锭纺经过了1 5 0 多年的发展【2 5 i ，其纱线具有其他纱线无法取代的优势， 且其试纺范围比其他纺纱方法广，5 t e x - 3 0 0 t e x 的纱线均可在环锭细纱机上加工。 环锭纺纱线被认为是结构最完美的纱线，其纤维在纱线中的转移排列状态最有 利于形成各种性能均比较好的纱线，因此用于很多高档的产品中。现在新兴的 紧密纺纱线的结构更为完美，但其原理也与环锭纺相同，且多是在传统环锭纺 纱机上进行改造而得到的。 1 4 3 对环锭纺的改造 目前有很多针对环锭纺的改造方法，主要从优化原有器件和增加新的器件 两方面入手。 l 在优化原有器件方面，采用新型高速锭子、小直径钢领、低纺纱张力等 新技术，不断提高环锭纺纱的生产效率，而环锭纺与其他纺纱技术相比最大的 缺点就是生产效率。国外细纱锭速己高达2 5 万r m i n ，纺纱效率比原来提高 1 5 0 0 - - 2 0 左右。另外，在细纱机上广泛应用自动化、机电一体化等新技术，例 如带自动络纱细纱长车及细络联己得到广泛应用，实现纺纱工序连续化，也能 够提高环锭纺的生产效率。 钢领 进行 起纺 纺( 自身 纺织 统环 作用 天津工业大学硕士学位论文 三角区，从而减少毛羽，而且能够提高纱线强度、降低飞花。 到目前为止，较为成熟的紧密纺系统有：瑞士r i e t e r 公司的c o m f o r s p i n 系 统，德国s u e s s c n 公司的e l 沁系统，德国z i n s c r 公司的a i r c o m t e x 7 0 0 系统， 意大利m a r z o l i 公司的o l f i l 系统等。比较以上几种新型的紧密纺纱机，各有优 缺点。但相对来说e l i t e 适用范围较广，但是瑞士r o t o r c r a f i 公司r o c o s 集聚环 锭纺纱装置的最大优点是节能一一纯机械式的，不需要外加风机产生负压，它 的能耗与传统环锭纺一样 1 5 , 1 6 。 1 5 本课题的研究意义及目的 针织用纱是针织新产品开发的一个主要方面。新产品的开发如果只是花色 结构的变化，则很容易被模仿，市场生命周期较短；如果在针织产品设计时考 虑使用新型的纱线，形成独特的产品特点，则可以从原料方面提高产品的技术 含量，避免竞争对手的恶意仿制，从而延长产品的生命周期，增加产品的附加 值【7 1 。 针织用纱的基本要求比机织用纱要高，要求捻度更低，以利其在编织中能 够顺利成圈，且形成织物后手感比较柔软；还要求更少的毛羽，以减少针织物 的起毛起球，且编织的时候减少与针织等器件的摩擦；要求纱线的条干均匀度 更好，才能有更均匀的布面外观【2 7 1 。 本课题针对目前市场对针织用纱的要求，考虑到目前纺纱技术的某些缺点， 在现有国内纺织机械的基础上，设计出一套实验装置，用实验的方法验证此方 法的效果，并找到理论依据。最后用电镜等能够直接观察到纱线微观形态的方 法来验证通过宏观实验得到的结果。 第二章新型纺纱方法 第二章新型纺纱方法 目前的纺纱方法均有一定的局限性，本新型纺纱方法主要是对现有传统细 纱机进行简单的改造，从而得到一种便于操作且成本较低，适用性较强的纺纱 方法，而且纱线性能得到改善。 2 1 研究策略 2 1 1 理论基础 纺纱车间必须要控制好空气相对湿度，适当的湿度对纱线质量影响很大， 主要表现在一下几个方面。 1 静电 传统纺织材料属于绝缘体，比电阻很高，在一般大气条件下，质量比电阻 高达1 0 1 3qg c m 2 以上。在纺织加工过程中，由于纤维与纤维之间以及纤维与纺 织机件之间的接触和摩擦，造成电荷在物体表面的转移和集聚，从而产生静电。 带相同电荷的纤维之间相互排斥，带不同电荷的纤维与机件之间发生吸引，结 果造成条子发毛，纱线毛羽增加，卷装成形不良，纤维粘缠机件，纱线断头增 加等加工问题。也会对后道工序造成影响，布面上形成分散性条影等残疵。因 此静电干扰会影响加工工序的顺利进行，影响产品的质量和织物的服用性能等 而改善静电现象的一个主要办法就是提高空气湿度或改善纤维的湿度。对于吸 湿性能低的涤纶、腈纶、氯纶等合成纤维，其静电现象尤为严重。只有静电降 到一定程度以下时，纺织工作才能顺利进行，对不同种类的纤维有不同的要求 f 2 8 】 0 增强纤维的表面吸湿性，降低纤维的表面比电阻，可以使已经产生的静电 易于逸散。一种比较常用的方法是使用表面抗静电剂，但是使用表面抗静电剂 后，也只有车间空气的相对湿度充分大时，纤维表面附着的抗静电剂才能够充 分发挥作用，达到抗静电的作用。由此可见，车间的湿度对于纺织过程很重要。 2 纤维强力 对于棉纤维，其聚合度非常高，结晶度也很高，大分子链极长，纤维断裂 主要表现为大分子本身断裂。纤维吸湿后，大分子链之间的氢键有所削弱，增 强了大分子之间或者基原纤之间的滑动能力，从而调整了大分子和基原纤的张 9 天津工业大学硕士学位论文 力均匀性，同时也使很多大分子链上的纠缠拆开，受力大分子的根数增多，纤 维强度有所增强。 3 纱线强力 纤维在成纱过程中，相互之间会有摩擦，这种摩擦产生阻力。从摩擦理论 可知，材料相互间在法向压力作用下互相接触，当接触面相互滑动时就会产生 切向阻力。但是对于纺织材料，由于纤维细软，棉纤维又有天然转曲，并有较 好的弹性，当法向压力为零时，通常也存在切向阻力。把法向压力为零时的切 向阻力叫做“抱合力f l ；因法向压力而产生的切向阻力叫做“摩擦力f 2 ”，摩 擦力等于摩擦系数与法向压力的乘积。摩擦系数与湿度有关，湿度增大，摩擦 系数增大。纤维切向受力总和f 为： f = f i + f 2 f 越大，则从纤维束中抽出纤维的阻力越大。当拉伸纱线时，抽拔出来的 纤维减少，更多的纤维断裂，从而可以增大纱线的强力【2 8 】。 4 牵伸加捻过程中，前罗拉到导纱钩一段的纱线以很快的速度运行，加捻 过程就是在这一段进行的。在这个过程中也会形成一定的有逆向气流的区域。 逆向气流使纱线表面没有完全捻入纱线内部的纤维头端漂浮在空气中，形成纱 线后就表现为表面毛羽。本方法中的湿气流在这一段形成一个区域，区域内的 表面纤维头端受到水汽的影响增大，受逆向气流的影响减小。 综上所述，加湿一方面减少了纺纱过程中的静电，减少毛羽及飞花；另一 方面增大了纤维和纱线的强力，减少纺纱过程中的断头率，提高纺纱效率，纱 线性能也有所提高。而且现在很多企业也比较注重纤维和纱线的调湿技术 2 9 - 3 1 1 ， 从而可以很大程度的提高纱线的性能。例如张家港市海天机械有限公司的纱线 调湿蒸纱烘纱机对纱线进行松弛、定型、加湿后，纱线强力提高，静电减少， 手感较柔软；在进行针织编织的过程中，表现为编织性能提高，线圈成形均匀， 成品尺寸稳定性较好【3 lj 。 2 1 2 实践策略 目前的紧密纺纱技术均是在细纱机牵伸部分增加一套装置以用于控制纺纱 三角区的，从而使纱线毛羽减少且纱线结构比较紧密，效果很明显。但是国内 外紧密纺装置均固定成本较高，前期投资大，对于很多企业是无法承受的。且 紧密纺需要更加严格的控制和管理，很多中小企业难以做到。但是环锭纱又存 在着毛羽多且残余扭矩大等许多问题。 针织物歪斜现象是由纱线捻度的存在导致的。纱线的捻度越大，织物的纵 向歪斜现象越明显。采用低捻纱或纱线结构较稳定的纱线会降低针织物的纵向 第二章新型纺纱方法 歪斜。也有在纺纱过程中或后处理过程中添加一些化学物质，但这样会使纱线 结构变硬，影响针织物的手感，且有可能带来环保和使用安全方面的问题。 减少毛羽是减少针织物起毛起球性的重要办法，有效控制须条输出前罗拉 时的三角区并有效控制边缘纤维能够减少纱线毛羽。适当加湿能够减少纤维须 条在运行过程中边缘纤维的飞起，也会减少纺纱过程中的飞花。汽流的作用会 帮助控制须条在加捻运行时纤维头端的摆动，且水汽会起到固定纤维头端的作 用。 对纺纱机械的改造主要针对细纱机的牵伸部分进行，如图2 1 所示的方框 内的部分。须条在此位置进行牵伸加捻，纤维随着加捻过程发生转移和扭转， 相互抱合纠缠在一起，此位置也决定着纤维在成纱过程中的排列状况。因此纱 线很多性能也由此部分决定，例如毛羽、条干、强力等。 2 2 实验装置和方法 图2 1 须条牵伸加捻部分 考虑到以上所说的问题及解决方法，设计一套实验装置，即在实验室细纱 机前罗拉上方加一套加湿装置，如图2 - 2 所示，通过喷嘴喷出的湿汽能够在牵 伸加捻部分周围形成一个区域，充分包围正在牵伸加捻的须条。喷嘴装有控制 阀，能够控制湿汽的喷出量。湿汽的作用是在一定程度上使外围毛羽服帖，减 少纤维头端的外伸，并且能够减少实验室的飞花。 天津工业大学硕士学位论文 2 3 试纺 2 。3 1 实验材料与设备 图2 - 2 改进后的装置 为便于比较，本实验采用同一种粗纱，普通纱为不加改进装置，新型纱是 在加有改进装置的情况下得到的。纺纱工作是在实验室中进行。 本实验的实验方法是在细纱机前罗拉的正上方加装一套改进装置，通过改 变装置的位置和加湿量的大小，对所得纱线的各项性能进行比较，得到最佳实 验方法。纺纱装置如图2 3 所示。 第二章新型纺纱方法 图2 3 纺纱装置 纺纱仪器：a s 5 1 i a 型细纱小样机( 锭速为1 0 0 0 0 r m i n ，钢领直径为5 0 m m ) ， 湿汽发生器，喷嘴，塑料管等。 所纺秒线为2 9 1 5 r e x ( 2 0 n e ) ，公制捻度为6 3 3 8 t 1 0 c m 【英制捻系数为3 6 i f ( i n c h + n e2 ) 】。 2 3 2 实验设计 在本实验中，a 代表普通纱，c 代表新型纱。改进装置在数量和位置上有 所变化。 c l 一一个喷嘴，湿汽对着前胶辊前面的三角区位置，湿汽量达到最大。 c 2 一一个喷嘴，湿汽对着前胶辊上方，使其能够分别朝前朝后分散在前胶 辊的周围，湿汽量达到最大。 c 3 一一个喷嘴，湿汽对着前胶辊上方，使其能够分别朝前朝后分散在前胶 辊的周围，湿汽量控制为最大湿汽量的一半。 2 3 3 测试 测试仪器及方法： 毛羽：y 1 7 2 型毛羽测试仪，测试长度为5 0 米，测试速度为3 0 米m i n ，每 个试样测试三次，实验数据是三次毛羽指数的平均值，毛羽用毛羽指数进行表 征。毛羽指数指每米长度纱线上毛羽的数量。 强度：y g 0 6 1 f 型单纱强力仪，片段长度为5 0 0 m m ，拼速度为5 0 0 m m m i n ， 天津工业大学硕士学位论文 每个试样测试3 0 次，求其平均值：强度为单位细度的纱线强力，单位是c n t e x 。 条干：u s t e r 条干测试仪，测试长度为2 0 0 米。 湿扭结要采用手动测试的方法，实验仪器有：y 3 3 1 型捻度试验机，曲别针 数枚，水等。本实验测量5 0 c m 纱线的扭结数，调节好捻度仪纱夹之间的距离 为2 5 c m 。拉去头端数米纱线后量出5 0 c m 纱线，两手握持纱线两端，保证没有 退捻现象。在纱线中间部位加一重物( 本实验采用曲别针，大约0 5 9 m ) ，阡 握持纱线两端慢慢向中间靠拢，重合在一起的纱线带着重物开始旋转，形成扭 结，如图2 - 4 所示。两手慢慢向一起移动，重合在一起后将纱线浸入水中，观 察直到下端重物不再旋转为止( 重物不能沉底) 。拿出纱线并在事先铺好的毛巾 上擦干，将并在一起的纱线两端夹入捻度仪两端的夹头中，不能让形成的扭结 退捻。根据其捻向决定退捻方向，用手扳动手摇柄以转动右纱夹，至捻度将要 退完时，用挑针插入两股纱线中间慢慢向右移动，转动右纱夹，继续退捻，直 到完全平行无捻度为止。读取计数盘上的数字，精确到一个捻回。每个试样测 试十次取平均值。 图2 - 4 纱线扭结测试图 第二章新型纺纱方法 2 3 4 测试结果 2 3 4 1 纱线毛羽 四种纱线毛羽测试结果如图2 5 所示。 衢o 2 1 1 o 图2 - 5 新型纱线与普通纱线毛羽的对比 图2 5 中的数据显示加湿后纱线的毛羽有很大程度的降低。c 2 降低程度最 大，纱线毛羽几乎仅为原来的四分之一。c 1 和c 3 也都有下降，大约下降为原来 的五分之三。通过对四组纱线的对比可以看出，湿汽输出较多的时候毛羽降低 的程度较大，湿汽输出较少的时候毛羽降低较小。且喷嘴位置越靠近胶辊后方 即未牵伸的须条，毛羽越好，对着胶辊前方的三角区时，毛羽减少并不明显。 说明对着未牵伸部分加湿效果会更明显，且湿汽输出较多时对纤维的控制更加 有效。 2 3 4 2 纱线强力与条干 纱线强力与条干( c v 值) 测试结果如图2 - 6 所示。 纱线强力+ 纱线条千 a 图2 - 6 新型纱线与普通纱线条干和强力的对比 *壶)赣霉窝咿 笛 侣 佃 5 o 巾壤餐套 8 e 2 n 酗o j 屉 2 ，1 ， 1 蕾9 9 9 叠 器 舶毖 侣甜 ；呈 伯 器 ；毖 ；笔甜 獬 舭伯 耋?r疆餐套 天津工业大学硕士学位论文 处理后纱线条干发生变化，但喷嘴的位置对条干有影响，越靠近未牵伸的 部分得到的纱线条干越差，湿汽量也有影响，适当的湿汽能够改善条干，湿汽 越多，相应的条干会越差。但是从数据可以看出条干的变化是在可以接受的范 围内的。从图中强力的比较可以看出，装有改进装置的纱线强力均有提高，与 乌斯特标准进行比较发现，均能够达到比较好的水平。 2 4 结果与讨论 实验结果表明纱线性能与普通纱相比有所改善，特别是毛羽指数下降很大， 纱线湿态扭结数降低也比较明显。纺纱过程中，湿汽流从胶辊上方吹下，沿着 胶辊周围流动，汽流能够收拢纱线表面的毛羽并使其在加捻过程中缠绕在纱线 上。湿汽使通过胶辊的纱线表面带有一定的水汽，即纱线表面纤维处于潮湿状 态，一方面使前钳口之前的未完全牵伸的纤维变得更加顺直，表面毛羽更加服 帖，另一方面，湿汽能够减少快速运行的纱线表面的飞花，也能在一定程度上 减少毛羽。纱线表面的毛羽少了，缠在纱线上的纤维则会增加，且比较顺直的 纤维都会使纱线强力增加，图2 - 6 也显示了纱线强力有所增加。湿汽的作用使 得纱线内纤维的排列趋于优化，相互作用力及摩擦力增大，纱线中纤维的排列 相对比较稳定。络纱后增加的毛羽数量则会间接反映纱线表层纤维的状态，新 型纱线不易产生新的毛羽，说明表层纤维的结构比较紧密，比较稳定，在摩擦 中不易从纱线中脱离，进而在后道的编织过程中也会产生较少的新毛羽。 纤维加湿处理后，纱线中纤维间摩擦系数会增大【2 8 j ，增大的摩擦力会阻碍 纤维间的牵伸，纱线从外层到里层的湿度不同，摩擦力不同，在相同牵伸力下 的牵伸率会不同，导致纱线条干变差。湿的胶辊对纱线内外层纤维的控制不同， 纤维的运动规律变得不规则，且湿的胶辊和皮圈会粘连纤维，这也是纱线条干 变差的一个原因。但从数据结果看，条干不匀数值增加不多，在一个能够接受 的范围内。 综合对络纱前后纱线性能的比较，发现毛羽变化范围较大，强力和条干差 别不大，均在比较好的水平，毛羽减少最明显的是c 2 ，选定c 2 方案。 第三章纺纱参数与性能的关系 第三章纺纱参数优化 纺纱参数对纱线性能影响很大，在综合比较了各种实验设计方法的优缺点 后，本研究采用响应曲面设计方法设计实验，讨论新型纺纱方法的纺纱参数与 纱线性能的关系。 3 1 实验方法分析 实验