（纺织工程专业论文）旋流纺闭合式纤维集聚机构的设计[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 旋流纺纱是在利用喷射气流加工纤维的技术、并针对克服喷气纺纱方法所存在问题 的基础上发明的一种新型纺纱方法。它以梳辊牵伸机构代替喷气纺纱中的罗拉牵伸机 构，具有牵伸速度快、效率高，牵伸部件磨损小等优点。 本文设计的闭合式纤维集聚机构是对此前的圆盘式旋流纺纱纤维集聚机构的改进， 而依此构成的闭合式旋流纺纱机构与圆盘式旋流纺纱机构均属于旋流纺，但是圆盘式旋 流纺纱属于非自由端纺纱，闭合式旋流纺纱属于自由端纺纱。 在大量前期实验的基础上，本文设计出了闭合式旋流纺纱机构配置和工艺流程，得 出相关参数，依此画出闭合式纤维集聚机构设计图纸，并力n - r s g 作出零件，然后安装成 功纺纱机器，调试后能够纺制出包芯纱。在实验中初步确定了几个影响纱线性能的工艺 参数，以长丝包芯纱作为评价对象，改变工艺参数纺制纱线，并对所纺纱线的强伸性能， 包覆性能，毛羽进行了测试。 本论文通过单因素分析的方法分别对在这些工艺参数条件下生产的长丝包芯纱的 强伸性能，包覆性能，毛羽作出了分析，不仅初步了解了纱线的性能状况，也为机构的 优化设计提供了依据。最终得出如下结论： 1 、本文设计的闭合式纤维集聚装置能够较好的汇聚纤维，汇聚效果与气流纺转杯 对纤维的汇聚效果接近； 2 、本文提出的闭合式旋流纺纱方法所纺纱线结构与圆盘式旋流纺纱线结构不尽相 同； 3 、满足纤维输送机构与纤维集聚配合的前提下，a 越小越好，本试验中取1 3 。较 好； 4 、1 3 为1 6 。时，纱线各项指标较好； 5 、所纺纱线的强伸性能均好于原芯丝的强伸性能，说明外包纤维承担了一部分纱 线力学性能。 【关键词】旋流纺新型纺纱纤维凝聚旋流加捻纤维输送 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t s w i r ls p i n n i n gi san e w - t y p eo p e n - e n ds p i n n i n gp r o c e s s i tm a k e su s eo fj e ta i rt o p r o c e s sf i b e r si no r d e rt or e s o l v et h em a t t e r si na i r - j e ts p i n n i n g i ts u b s t i t u t e sr o l l e rd r a f t i n g s y s t e mw i t hc o m b i n gr o l l e rd r a f t i n gs y s t e m ，w h i c he n s u r e st h a tt h ed r a f t i n gs y s t e mo fs w i r l s p i n n i n gh a st h ea d v a n t a g e so fh i 曲d r a f t i n gs p e e d ，h i g hd r a f t i n ge f f i c i e n c y , l i t t l ea b r a s i o n ， a n de t c t h ec l o s e df i b e r s c o n v e r g i n gd e v i c eid e s i g n e di st h ea m e l i o r a t i o no ft h ed i s cs w i r l s p i n n i n g ，a n dt h ea b o v et w ob o t ha r es w i r ls p i n n i n g ，b u tt h ed i s cs w i r ls p i n n i n gi sn o n o p e n e n ds p i n n i n gp r o c e s sa n dt h eo t h e ri so p e n - e n ds p i n n i n gp r o c e s s o nt h eb a s i so fl a r g ef o r m e re x p e r i m e n t ，id e s i g n e dt h ec l o s e ds w i r ls p i n n i n gd e v i c ea n d p r o c e s s ，g o t s o m er e l a t e dp a r a m e t e r s t h e nid r a wt h e b l u e p r i n t o ft h ec l o s e d f i b e r s c o n v e r g i n gd e v i c ea n dm a d ei t a tl a s t ，ii n s t a l l e dt h em a c h i n es u c c e s s f u l l y ，a n di t c o u l dm a k ec o r e f i l a m e n t ss p u ny a m s d u r i n gt h ee x p e r i m e n tic o n f i r m e ds o m ep a r a m e t e r s r e l a t e dt ot h ey a m sp e r f o r m a n c e c o r e - f i l a m e n t ss p u ny a mw a sc h o s e na se v a l u a t i o no b j e c t f o rt h er e a s o nt h a ti t ss p i n n i n gp r o c e s sw a ss t e a d y t h ey a r nw a ss p u nw i t l lv a r i e dp a r a m e t e r s o fp r o c e s s ，a n dt h et e n a c i t yp e r f o r m a n c e ，a sw e l la st h ec o v e r a g ep e r f o r m a n c ea n df i l o p l u m e q u a l i t y , w a st e s t e d t h em e t h o do fs i n g l e - f a c t o ra n a l y s i sw a su s e dt oa n a l y z et h et e n a c i t y 、c o v e r a g e p e r f o r m a n c e sa n df i l o p l u m eq u a l i t i e so ft h ey a mp r o c e s s e di nt h ec o n d i t i o no fd i f f e r e n t s p i n n i n gp a r a m e t e r s t h r o u g hf o r m e rr e s e a r c h ，in o to n l yk n e wt h ey a m sp e r f o r m a n c e s ，b u t a l s oic o u l dd e s i g nt h em a c h i n eb e t t e rw i t ht h e s er e s u l t s f i n a l l y , r e s u l t sw e r eg o ta s f o l l o w i n g ： 1 、t h ec l o s e df i b e r s c o n v e r g i n gd e v i c ec a nc o n v e r g i n gf i b e r sb e t t e rt h a nt h ed i s cs w i r l s p i n n i n g ，a n dt h ee f f e c tw a sc l o s et or o t o rs p i n n i n g ； 2 、t h ey a ms t r u c t u r eim a d ew a sd i f f e r e n tf r o mt h ed i s cs w i r ls p i n n i n g s ； 3 、w h e nt h ef i b e r s - c o n v e r g i n gd e v i c ef i x e dw e l lw i t ht h ef i b e r - c o n d u c t i n gd e v i c e ，t h e s m a l l e rt h eaw a s t h eb e t t e ry a m sp e r f o r m a n c ew a s a n dic h o s e13 o i nt h i se x p e r i m e n t ； 4 、w h e n1 3w a s16 0 ，t h ey a m sp e r f o r m a n c ew a sb e t t e r ； 5 、mt e n a c i t i e so fa l lo ft h ec o r ey a m sa r eb e t t e rt h a nt h o s eo ft h ec o r ef i l a m e n t s ， w h i c h s h o w st h a ts h e a t hf i b e r sb e a rap a r to fy a m t e n a c i t y k e y w o r d s ：s w i r ls p i n n i n g ；n e ws p i n n i n g ；f i b e r s c o n v e r g i n g ；s w i r lt w i s t i n g ； f i b e r s - t r a n s p o r t i n g n 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及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它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谢意。 签 名：盆豇瓿 日 期： 加3 、弓玛 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：靶立芮 硼参，：；t 影 签 名：托立赢 硼参，：；i 珍 导师签名： 日 期： 枷子、弓- 哆 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题研究的目的和意义 喷气纺纱n 。2 4 1 为了实现超大牵伸，其罗拉牵伸机构中的胶辊常在重加压和高速度下与 须条作无条件回转，使得胶辊、胶圈的磨损大，动力消耗大。例如普通胶辊平均使用寿 命为一周，特制的日本帝人胶辊平均使用寿命仅为一个半月，使喷气纺生产成本居高不 下。另外，牵伸速度与加捻器内气流的旋转速度( 5 0 一1 0 0 万转分) 乜5 3 形成的可纺能力 相差甚远，制约了喷气纺纱速度的提高。 本文所论述的旋流纺纱是在利用喷射气流加工纤维的技术、并针对克服喷气纺纱方 法所存在问题的基础上所发明的一种新型纺纱方法。此设计利用一种梳辊牵伸机构代替 了喷气纺纱中的罗拉牵伸机构，同时设计了渐缩式纤维输送机构，闭合式纤维集聚机构 和旋流加捻器。其显著优点是牵伸速度快，效率高，不存在牵伸元件的高消耗率，能够 充分发挥加捻器内高速旋转气流所具有的可纺能力，符合现代纺织高速、节能的要求， 具有良好的应用前景。 1 2 新型纺纱技术在国内外的研究和发展动态 由于生产的不断发展，对环锭纺纱机的速度要求也一提再提。然而，由于环锭纺纱 机加捻卷绕机构一体化的特点，极大地限制了成纱速度，使其产量和效率的提高很难有 大的突破。为改变这种状况，各国争先研究开发了许多新型纺纱方法。从2 0 世纪5 0 年 代起，先后涌现出成纱机理与环锭纺截然不同的转杯纺、喷气纺、静电纺、摩擦纺、平 行纺、涡流纺、自捻纺等新型纺纱技术。今年来有喷气自由端纺纱以及在环锭纺上稍作 革新而形成的紧密纺、赛络纺、缆型纺和集聚纺等。层出不穷的新型纺纱方法使传统纺 纱方法不断受到新的冲击。 新型纺纱根据纤维加捻成纱方法不同分为自由端和非自由端纺纱两大类陋嚣】。自由 端纺纱包括转杯纺纱、静电纺纱、涡流纺纱、摩擦纺纱( d r e f li 型) 、矩形管纺纱5 种形 式；非自由端纺纱包括喷气纺纱、摩擦纺纱( d r e f i i i 型) 、搓捻纺纱、离心杯纺纱、粘合 纺纱、包缠纺纱、平行纺纱、赛络纺纱等。 与此同时，利用喷射气流加工纤维的技术在纺织领域已经得到广泛应用。例如网络 加工技术啪。3 是利用压缩气流射向喂入的长丝，使单丝之间产生抱合性的一种方法，具 有工艺流程短、生产效率高、加工成本低等特点；喷气纺纱是利用高速旋转气流对须条 加捻的一种纺纱方法，具有纺纱速度高、翻改品种快、纱线的硬挺度和透气性好、毛羽 少、成纱结构独特等特点。本文所论述的旋流纺纱是在利用喷射气流加工纤维的技术， 并针对克服喷气纺纱方法存在问题的基础上发明的种新型纺纱方法。 1 2 1 喷气纺 喷气纺纱是继转杯纺纱、自捻纺纱、涡流纺纱之后发展起来的一种新型纺纱方法阻1 ， 迄今已有四十余年的历史。目前全世界已有几千台喷气纺纱机在运行，美国约占7 0 左 江南大学硕士学位论文 右，其它分布在东南亚、拉丁美洲及西欧诸国。我国八十年代初也有少量引进，大都是 m j s 8 0 1 。2 1 世纪初，我国引进了为数不少的m j s 8 0 2 喷气纺纱机。 喷气纺是将条子喂入四罗拉双皮圈进行高倍牵伸，吐出的须条直接进入喷嘴，利用 喷嘴内部强有力的旋转气流扭转须条，使之形成高速回转的气圈运动来完成加捻任务。 加捻器由固定的喷嘴构成，不需高速回转部件。成纱由引纱罗拉引出，经清纱器卷绕到 纱筒上而成筒子纱。前纺可省去粗纱和环锭细纱工序，后纺可省去络筒工序。 喷气纺纱适宜纺制涤、棉或涤棉及其它混纺纱。其纱线机构特殊，产品风格独特。 在适纺范围内，纺纱速度不受纺纱特数变化的影响。 喷气纺的最大优势除了省去几道工序外，就是产量高。但是喷气纺纺制棉纱时强力 较低，仅为同类环锭纱的6 0 一7 0 ，从而限制了其应用范围。这是喷气纺的一个主要不 足。喷气纺的另外一个缺点是设备和运转成本太高。由于其高速，必须配有代价昂贵的 自动接头装置和空气捻接器；此外，由于其罗拉加压大，速度高，使得胶辊、胶圈的磨 损大，动力消耗大。 1 、喷气纺纱机械的发展 美国杜邦公司于1 9 3 6 年研制出喷嘴包缠纺纱机，由于某些原因，未能进行工业化生 产，四十年后，日本村田公司在杜邦公司单喷嘴包缠纺技术的基础上研制喷气纺纱，至 1 9 8 0 年试制成功，1 9 8 1 年首先在美国西点公司批量生产了4 0 台，经过近1 0 年的发展 和不断改进，形成了m j s 系列的双喷嘴喷气纺纱机，m j s 8 0 2 h 型纺纱机纺纱速度高达3 0 0 米分，可以纺制7 3 2 9 2 r e x 的纱线，适用于化纤和棉的纯纺及混纺。m j s 8 0 2 型纺纱 速度为2 0 0 米分，条干水平明显优于环锭纺纱，可与转杯纺纱相媲美。 喷气纺纱机m j s 8 0 2 h 及m j s 8 0 2 要比m j s 8 0 1 先进的多，机上设有电子清纱器，自动 捻接器，自动清洁器，纱疵分析，断头显示报警及单锭停止喂入等装置。由于是由棉条 喂入，取消了粗纱机；另一方面纺纱机本身具备了自动落纱机的一些功能，因此生产的 筒子纱可直接供应针织或喷气织机的纬纱或进入织前准备，大大缩短了生产工艺流程， 既节省了占地面积，又节约了用工。m j s 喷气纺纱机最适于加工生产等长度的化学纤维， 最高纺纱支数可达6 0 英支，最低纺纱支数1 0 英支左右。 m u r a t a 公司继m j s 系列之后推出了第三代喷气纺纱机r j s 8 0 4 ( 又称罗拉喷气纺纱 机) 。r j s 喷气纺纱机对m j s 喷气纺纱机的机构做了进一步改进，它的牵伸区基本与m j s 相同，而包缠加捻的成纱装置则由喷嘴和球形罗拉组成。充气球形罗拉的作用与m j s 第 二喷嘴的作用相同，即其对须条的加捻方向与喷嘴对须条的加捻方向相反。喷嘴中的空 气和充气罗拉的纤维接触表面以相反方向运动。牵伸后的须条离开前罗拉后，进入喷嘴。 在喷嘴中高速旋转的气流作用下，主体须条两侧的边缘纤维逐渐缠绕在主体须条所形成 的芯纤维上。接着，当芯纤维条通过充气罗拉的握持点时，被暂时加上与包缠纤维捻向 相反的假捻。当芯纤维和包缠纤维通过充气罗拉后，芯纤维退捻或成无捻的形态，而包 缠纤维紧紧的包缠在芯纤维上，毛羽长度只有0 5 毫米，纱线光洁无疵，这种包缠效果 赋予了纤维强力。输出罗拉和握持罗拉阻止了纱芯上的假捻向卷绕部分传递。这种喷气 纺纱机生产效率高，对于1 9 4 - 1 1 6 6 t e x 的纱线，纺纱的速度可达到4 0 0 米分，当纺 2 第一章绪论 制7 3 1 8 8 t e x 的纱线时，纺纱速度可以达到3 5 0 米分。 功率消耗低是该喷气纺纱机的另一大特点。因此，r j s 8 0 4 喷气纺纱机在1 9 9 5 年米 兰国际纺织机械展览会上引起了极大的轰动。但由于球形罗拉部分的一些问题还要进一 步解决，因此到目前为止，只有m j s 8 0 2 系列的双喷嘴喷气纺纱机形成了商品化。 此外，m u r a t a 公司还研制了m t sn o 8 8 1 h r 喷气纺纱并联联合机，集纺纱并简为一 体，形成多功能的双纱捻线联合喷气纺纱机。时至今日，m u r a t a 公司的喷气纺纱机成功 的形成商业化生产。 德国s u e s s e n ( 绪森) 公司于1 9 8 7 年1 0 月在巴黎国际纺织机械展览会上推出了 p l y f i l 双纱喷气纺纱机。该喷气纺纱机集高倍牵伸、纺纱、并纱和络筒于一体，构成了 双股并筒喷气纺纱，这样后纺就省去并纱、捻线、络筒三道工序。须条经过牵伸后，进 入喷气纺纱区的纺纱器。在气流的作用下旋转使得纤维尾端向同一方向以螺旋形将纤维 包缠在一起，形成纱线。纱线从喷气纺纱区出来，经导纱器合并后卷绕到圆形筒子上。 在整个纺纱过程中，纤维始终受到积极控制。p l y f i l 纺纱工艺的特点是：它既具有常规 喷气纺的优点，又避免了喷气纺手感较硬的缺点，在后道倍捻机的工艺过程中，p l y f i l 纱内的微量包缠纤维大部分被反向捻回所抵消。因此，纺出的股线具有蓬松性。p l y f i l 双纱喷气纺纱机有p l y f i l1 0 0 0 和p l y f i l2 0 0 0 两种机型。p l y f i l1 0 0 0 型喷气纺纱机 适用于棉、化纤及其混纺，2 0 0 0 型适用于羊毛、毛型化纤及其混纺。p l y f i l1 0 0 0 型喷 气纺纱机可纺支数为2 5 2 8 2 3 2 t e x ，输出速度为5 0 2 5 0 米分；2 0 0 0 型喷气纺纱机 可纺支数为l o 2 - 2 5 2 t e x ，输出速度为1 5 0 3 5 0 米分。 于此同时，日本t o y o t a ( 丰田) 公司推出t y s 型喷气纺纱机，每台有1 2 0 锭，双面 上行式，锭距为2 3 0 毫米。牵伸形式与m u r a t a 生产的m j s 型相似，为三罗拉双短皮圈 摇架加压，但其空气喷嘴加捻器部分只有一个喷嘴。其最高纺纱速度为2 0 0 米镛。适 纺支数为9 7 - 5 8 3 r e x ，适纺纤维长度为3 8 毫米以下，在加工1 3 t e x 涤棉混纺纱时，速 度为1 5 5 米分，较为稳定。 日本t o r a y ( 东丽) 公司研制出a j s - 1 0 1 型喷气纺纱机。每台1 2 0 锭，双面下行式， 锭距为1 9 0 毫米，其牵伸形式为四罗拉双短皮圈，s k f 摇架加压，加捻器部分也为单喷 嘴。其适纺支数为9 7 5 8 3 r e x ，纤维长度在3 8 毫米左右，纯涤棉或涤棉纱较适宜，纺 纱速度为1 5 0 - 1 8 0 米分，最高为2 0 0 米分，因是单喷嘴，耗气量较少，但该机占地面 积较大。 2 、喷气纺纱线的结构和性能 于修业通过研究喷气纺纱的两种成纱原理，认为2 1 喷气纱的结构应为：纱芯纤维无 捻基本平行，纱体表面的纤维有少量或一定数量的“z 向捻度，外表再有包缠纤维包 扎成喷气包缠纱。 l c h a n g 等口3 3 对毛羽性能进行了测试，发现罗拉喷气纺纱线的大多数毛羽都和圈状 毛羽一致，区别的特征是罗拉喷气纺纱线织造性能较好，比同样的环锭纺纱线具有较少 的纱线断裂，因为不像伸出的纤维头端，在织造过程中圈状毛羽不会和邻近的其它圈状 毛羽发生缠结。他们将圈状毛羽的形成过程归因于在罗拉喷气纺中的纱线形成过程：在 自 i # 镕女 前岁拉和首次进入空气喷嘴问产生了连续的纤维须条。较小的后须条上的包缠纤维从主 要的纤维流边缘分离出来，被喷嘴空气略微包覆在纤维主“芯”的周围。包覆纤维就成 了罗拉喷气纺纱圈状毛羽的主要原因。对于所有纱线，最优良的毛羽特性是豳状毛羽 它是覆盖在纱线表面总的伸出毛羽的一半。并且发现罗拉喷气纺纱线的毛羽测试结果随 着毛羽测试速度增加而增加。 图卜1 不同纺纱方法的成纱电子显微镜照片 f i g u r el 一1t h ee l e c t r o nm i c r o s c o p ep h o t o so f d i f f e r e n ty a r n s 有人将喷气纺同转杯纺、传统环锭纺和紧密纺的成纱纤维电子照片进行了比较如 图11 所示。认为喷气纱是一种双重结构的纱，一部分是几乎平行、无捻的芯纤维，另 一部分是包缠在芯纱外部的包缠纤维。喷气纱的机构较为蓬松，纤维间的间隙较大，包 缠纤维与芯纤维的比例约为1 ：9 ，包缠纤维将向心的应力施加于芯纤维条上，给予纱体 必要的聚合力以承受外部应力。 图卜2 姒c 纱结构示意图 f i g u r e l 2 t h es k e t c h m a po f t h e m a cy a r n ss t r u c t u r e 同本村田公司对m a c ( 即村田喷气纺纱线) 进行的研究发现，村田喷气纺纱机利用 空气的旋流使长纤维向纱线的中心集聚，短纤维分散包缠外层( 如图卜2 所示) ，这种 独特的成纱方法不仅可以生产棉纱包覆复合纱的包芯纱，而且可以利用不同的纤维长 度纤维细度，收缩度等生产双重结构的纱。因此m a c 纱不仅包括普通包缠纱，还包 括特殊的包芯纱和花色纱。 第一章绪论 3 、喷气纺纱的工艺研究 虽然喷气纺纱机的价格昂贵，但它适应万锭用工要大幅度减少的现代化生产的要求， 且成纱性能有独到的特点，能满足追求高品质，新风格纺织品的美国市场，从而能获得 高额利润。所以对喷气纺纱的加工工艺的研究是国内外研究最多的内容。所有的研究都 与生产实践紧密结合，试图为实际生产提供理论依据。目前国内外所作的研究大多是在 m j s 村田喷气纺纱机上进行的，有考察工艺参数的变化对纺纱性能影响的m 侧，有优化 纺纱工艺的d ，也有探讨新产品开发的啪制。当今世界新型纺纱原料不断涌现，其替代 频率愈来愈快，其速率已令人难以跟上。如何最佳选用和组合新型纺纱原料的加工已是 摆在各纺织企业面前的最大课题，而喷气纺恰好适应了纺纱原料不断更新替代的潮流。 随着喷气纺纱机械的发展以及新的纤维材料的问世，这方面的研究会更多。 1 2 2 转杯纺 转杯纺纱又称气流纺纱，国际上过去称为o p e ne n ds p i n n i n g ( 自由端纺纱) ，因此， 转杯纱在国际上一直称为o e 纱。实际上，转杯纺纱只是自由端纺纱的一种形式，它是通 过高速回转的转杯及杯内负压完成纤维的输送、凝聚、并合、加捻成纱的一种新型纺纱 方法，属于自由端纺纱范畴。转杯纺纱在国际上的规范名称是r o t o rs p i n n i n g ，我国在 2 0 世纪8 0 年代制订的国家标准g b 6 0 0 2 7 - 1 9 8 7 中正式命名为转杯纺纱。 l 、转杯纺的优缺点 转杯纺纱在世界纺织工业中应用只有近4 0 年的历史，但转杯纺纱线现在已占到纱线 总产量很大的比例，以长度计达n 2 5 ，以质量计达到4 0 以上。美国2 0 0 0 年各种短 纤细纱的市场占有率为：转杯纱3 5 ，环锭纱3 4 ，喷气纱1 8 ，摩擦纺纱线8 ， 包缠纱5 。我国转杯纺头数只有相当于环锭纺锭数的2 左右，远远低于4 的国际平 均水平1 。 转杯纺纱机的使用以棉纺行业为主，现已逐步渗透到毛、麻、丝和化纤行业。纺纱 细度从2 9 2 - 7 2 9t e x 逐步扩展到1 8 2 - 11 6 6r e x ，甚至9 7 - 2 3 3t e x 。品种从机织用向 低捻针织纱、产业用品、装饰家用品及特种用途产品方向发展。 在新型纺纱领域中，转杯纺纱是目前技术上最成熟、应用面最广、经济效益十分显 著的一种纺纱方法。转杯纺纱具有以下特点啪一明。( 1 ) 高速高产，转杯最高转速已达1 5 0 0 0 0 r m i n 。( 2 ) 大卷装，纱筒、条筒的卷装容量是传统环锭纺所无法比拟的。( 3 ) 简化工艺 流程，将粗、细、络三工序合而为一。( 4 ) 适纺原料广，棉、麻、毛、丝、化纤等均可 纺纱，也能纺制一些长短、粗细差异较大的纤维，如废棉、再生纤维等。( 5 ) 吨纱用棉 省，纺纱厂的废棉、下脚料等的回用，对纺纱厂原料节省起很大作用。吨纱用工也省。 ( 6 ) 纺纱质量指标中，棉结、杂质、毛羽少，成纱均匀、耐磨，染色性能好。( 7 ) 优化车 间生产环境( 含尘量低) ，有利于形成自动化生产车间。这些优点的存在，使国内外转杯 纺纱得到迅速发展。 转杯纺的缺点主要表现在以下几方面啪1 。( 1 ) 转杯凝聚槽尘杂积聚问题( 见图1 - 3 ) 。 凝聚槽在转杯最大内径处，凝聚、加捻都在此进行。在纺纱过程中纤维原料以及空气中 江南大学硕士学位论文 的尘杂都容易在槽内积聚。随着纺纱时间的增加，槽内尘杂积聚逐步增长，改变了凝聚 槽形状及光洁度，使纺纱状态恶化，纺纱质量逐步下降，自排风式转杯尤为严重。( 2 ) 转杯高速化的限制，转速高必须减小转杯直径，但转杯直径又受到纤维长度的限制。因 此，从目前来看，1 5 0 0 0 0r m i n 是转杯高速化的极限值。( 3 ) 转杯纺纱经济支数的限制。 转杯纺粗中号纱已获得广泛应用，取得了显著的经济效益，但在中细号0 e 纱的开发中还 受到经济效益的制约。( 4 ) 转杯纺成纱强力的限制。虽然在新型纺纱领域中，转杯纺成 纱强力是较高的，但要超过传统环锭纺纱，从成纱和捻度的结构来看是不可能的。上述 缺点限制了转杯纺纱的进一步发展。 排气式转杯抽气式转杯 图1 - 3 两种形式的转杯 f i g u r e 1 - 3t h et w ok i n d so fr o t o r s 2 、转杯纺在国内外的发展 国外对自由端纺纱的研究较早，大约经过3 0 多年的探索，1 9 3 7 年丹麦伯塞尔森 ( b e r t h e l s o n ) 发表了世界上第一个转杯纺纱的专利。后来还有过一些专利，但都处在试 验阶段。一直至u 1 9 5 5 年，当时的捷克斯洛伐克棉纺织研究所集中了专业科研人员对转杯 纺纱进行了1 0 年的系统基础性理论研究和工业性应用研究，并与埃立特克斯( e l i t e x ) 公 司等进行合作，研制了k s 一2 0 0 型转杯纺纱样机和比较完善的b d - 2 0 0 型转杯纺纱机，先后 在布尔诺国际纺机展和巴塞尔国际纺机展展出，引起了人们普遍关注，认为这是一场纺 纱不用锭子的革命。1 9 6 7 年日本丰田公司和意大利圣焦尔焦公司先后购买其专利技术， 生产各自的转杯纺纱机。 捷克转杯纺纱机的研制成功，迫使当时西方三大制造商英国泼拉脱( p l a t t ) 、瑞士立 达( r i e t e r ) 、西德因果耳斯塔特( i n g o l s t a d t ) 合作开发出抽气式转杯纺纱机，并展出于 1 9 7 1 年巴黎国际纺机展，分别形成泼拉脱公司的t 8 8 3 、t 8 8 7 系列，立达公司的m 1 1 、 m 2 1 、m 3 1 系列，因果耳斯塔特公司的r u l l ( 0 2 、0 3 、0 4 ) 系列。此外，前苏联、法国、 意大利、美国、比利时、印度、中国等多家公司都进入了转杯纺纱机的研制阶段。 1 9 7 9 年，以制造自动络筒机闻名于世的德国赐莱福( s c h l a f h o r s t ) 公司，将自动接头 技术与转杯纺纱技术结合起来，形成a u t o c o r o 全自动转杯纺纱机系列。德国因果耳斯塔 特公司和瑞士立达公司也紧跟其后进行r u l 4 以及以后的r 1 、r 2 0 、r 4 0 的系列全自动转杯 纺纱机研制。 由于全自动转杯纺纱机价格昂贵，o e 纱的生产成本较高。在2 0 0 0 年后就出现了介于 全自动转杯纺纱机与普通转杯纺纱机之间的半自动转杯纺纱，机型有d 3 0 、d 3 2 0 、b t 9 0 3 、 6 第一章绪论 b t 9 2 3 等。这种机型转速在6 0 0 0 卜1 1 0 0 0 0r m i n ，具有自动程序控制的半自动接头装 置，机器价格接近普通转杯纺纱机，纺纱和接头质量接近全自动机型。因此，半自动转 杯纺纱机问世后，就受到发展中国家的欢迎，发展势头很猛。 我国新型纺纱的研究从1 9 5 8 年前华东纺织工学院开始。1 9 6 5 年，上海、重庆开始研 究内离心式转杯纺纱技术。随后，河北、北京、山西、天津、山东、江苏、湖北、陕西、 河南、广东等地先后成立了气流纺纱科研组，从事转杯纺纱单头机基本原理与纺纱性能 的研究。其中，上海、北京、河北、天津列为当时的气流纺纱四大科研基地。 从1 9 6 9 年起我国转杯纺纱从单头机进入小样机的试验阶段。上海、北京、河北、天 津都有各种不同类型的自排风式或抽气式的小样机投入试验研究。在我国的发展具有以 下特点m 3 ： ( 1 ) 自排风式和抽气式长期共存，共同发展。从单头机、小样机一直到国产机型的发 展过程中，我国坚持自排风式与抽气式机型共同发展，在发展中逐步壮大。随着国际转 杯纺纱的发展，人们对自排风式转杯纺纱机的局限性有了更清楚的认识，因此，今后抽 气式机型发展的深度与广度将会进一步加强。 ( 2 ) 转杯纺纱的发展与产品的开发紧密结合，突出经济效益。我国转杯纺纱的发展首 先在粗号纱、低级原料应用上取得突破，以显著经济效益赢得纺纱企业的信任。然后在 麻棉纱、纳丝纱、混纺毛纱、羊绒纱、再生纤维综合利用、牛仔布用纱、针织用纱等方 面不断开发。特别是非棉类纤维的开发利用方面，取得很大的成功。 ( 3 ) 独立自主发展国产转杯纺纱机与引进国外先进转杯纺纱机相结合，国产转杯纺纱 机始终占据7 0 以上的主导地位。 ( 4 ) 坚持纺机厂、纺纱厂、高等院校、科研单位、专件厂相结合的发展方针。通过转 杯纺纱带动相关专业群体共同发展。例如：龙带、轴承、分梳辊、纺纱器压注模县、齿 型带、风机等。 ( 5 ) 注重学术研究、技术交流，推动我国转杯纺纱的发展。转杯纺纱的学术、技术交 流活动从6 0 年起就始终坚持不懈。全国大型交流活动从1 9 7 9 年第一届全国新型纺纱学术 交流会起，每隔2 年一次。各省市及其他一些大型交流活动一直延续到现在，这对推动 我国转杯纺纱的发展起到了积极的作用。它增强了主机厂与纺纱厂、专件厂、高等院校、 科研单位之间的合作与联系，促进了新技术、新工艺、新产品的推广应用，通过学术交 流提高了转杯纺纱工程技术人员的素养，使我国转杯纺纱获得持久、和谐的发展。 但是，我国转杯纺纱在机械制造技术、科技成果转化、技术激励机制、后备专业人 员培养、多种学科合作等方面尚有许多不足之处，因而也限制了我国转杯纺纱的发展， 与目前国际转杯纺纱的先进水平相比存在着较大的差距。 1 2 3 旋流纺 旋流纺纱是一种新型的纺纱方法h 钔。目前，葛明桥等人已对这种纺纱方法的工艺流 程、成纱原理和成纱性能等进行了研究。 1 、圆盘式旋流纺工艺流程 7 江南大学硕士学位论文 圆盘式旋流纺纱设备的工艺流程如图1 - 4 所示，它既可纺普通纱线，又可纺包芯纱， 如果纺制普通纱线则停止使用芯丝5 即可。棉条经过喂入装置后，进入梳辊牵伸机构1 、 斗式纤维传输机构2 、圆盘式纤维集聚装置3 进行牵伸和并和，形成纤维细条，再通过 由压棉棍9 和圆盘式纤维集聚装置3 组成的前钳口送入旋流加捻器1 0 。同时从长丝架4 上引出的芯丝5 经过张力装置6 、长丝导杆7 、导丝器8 后，通过前钳口也送入旋流加 捻器1 0 。短纤维与长丝一起被旋流加捻器加捻成包芯纱1 3 ，在经过导纱钩1 l 和引纱罗 拉1 2 后，被槽筒1 4 卷绕成筒子包芯纱1 5 。 l l 1 l l l 卜梳辊牵伸装置；2 一斗式纤维传送机构：3 一圆盘式纤维集聚装置；4 一长丝架；5 一芯丝； 6 一张力装置；7 一长丝导杆；8 一导丝器；9 一压棉棍；1 0 一旋流加捻器；l l 一导纱钩；1 2 一引 纱罗拉；1 3 - 包芯纱；1 4 - 槽筒；1 5 - 筒子纱 图1 - 4 圆盘式旋流纺纱流程示意图 f i g u r e 1 - 4t h es k e t c hm a p o fd i s cs w i r ls p i n n i n g 2 、7 圆盘式旋流纺纱的成纱原理 圆盘式旋流纺纱装置示意图如图卜5 所示。 其工作原理是，条子经喂入机构被梳辊5 抓取后，在梳辊表面的气压差和锯齿的作 用下逐步混合、伸直、分离，最终被气流抛入斗式纤维传输机构7 。由于斗式纤维传输 机构内气流流动的平均速度是逐渐增大的，纤维在气流作用下继续牵伸。斗式纤维传输 机构与圆盘式纤维集聚装置8 相连。圆盘式纤维集聚装置表面是可以转动的孑l i t 转动槽， 内部是固定的扇形风道，风道与负压抽吸系统相连。离开斗式纤维传输机构的纤维被负 压牢牢地吸附到圆盘式纤维集聚装置表面的孔眼转动槽中，随着圆盘式纤维集聚装置的 转动，分离并伸直的纤维依次被吸附到圆盘式纤维集聚装置的表面，并随槽转动。当圆 盘式纤维集聚装置表面的纤维转至压棉棍9 处时，负压吸风结束，这是纤维头端呈一定 宽度的自由状态，在圆盘式纤维集聚装置形状的约束下，纤维束被旋流加捻器1 1 中的 负压吸入加捻器，接受空气涡流的加捻。 8 第一章绪论 4 2 卜喂给喇叭；2 一给棉板；3 一给棉罗拉；4 - 力r l 压弹簧；5 一梳辊：6 一排杂通道；7 一斗式纤维 传送机构：8 一圆盘式纤维集聚装置；9 一压棉棍；1 0 - 负压抽吸口；1 卜旋流加捻器 图1 - 5 圆盘式旋流纺纱装置 f i g u r e 1 - 5t h ed e v i c eo fd i s cs w i r ls p i n n i n g 圆盘式旋流纺纱的新型牵伸装置是采用梳辊牵伸，在参考转杯纺纱牵伸机构的工作 原理基础上设计的，如图卜5 的左半图所示，它由喂给机构和梳辊等组成。与传统的转 杯纺牵伸机构相比，该设计1 ) 增加了梳辊与给棉转速的独立调节装置以控制加工质量； 2 ) 加大了梳辊的尺寸以利于高速和高倍牵伸；3 ) 重新设计了锯齿形状与角度以减少纤 维损伤及有利于纤维伸直；4 ) 根据流场分布，设计了与梳辊匹配的箱罩，以利于纤维 输送和排杂。 3 、旋流加捻机构 旋流加捻机构如图1 - 6 所示，旋流加捻器的工作原理的设计参考喷气纺纱机的喷嘴 设计而成，第一级喷嘴产生高速反向旋转的气圈，在引纱的同时控制纤维剥离点处须条 的分布，以利于外缘纤维的扩散和分离，并使头端自由纤维在第一级喷嘴管道中作与纱 芯捻向相反的初始包缠。第二级喷嘴对纱条段的纱条起积极的假捻作用，使整根须条上 呈现同向捻，在须条逐步退捻时获得包缠真捻。 l2 卜第一级喷嘴；2 一第二级喷嘴；3 一压棉棍 图1 - 6 旋流加捻器 f i g u r e 1 6t h es w i r lt w i s t e r ：1 f i r s tn o z z l e ，2 s e c o n dn o z z l e ，3 - c o s o l i d a t i n gr o l l e r 9 根据葛明桥以往的研究结果“”1 ，本文设计的旋流加捻器由两绒喷嘴组成。其中第 一级喷嘴丝道直径为35 m m ，气道直径为l8 r m ，第二级喷嘴丝道直径为45 m m ，气道 直径为25 唧。 4 、对圆盘式旋流纺纱的成纱性能的初步测试 图1 7 为圆盘式旋流纺纱所纺纱线的扫描电镜照片与喷气纱、转杯纱1 的比较，表 1l 为其强伸性能。 霞 拶 喷气纺转杯纺 圆盘式旋流纺 图卜7 三种成纱外观 f i g u r e1 - 7t h ea p p e a r a n c eo f t h r e es p i n n i n gy a r n s 从图卜7 中可以看出圆盘式旋流纺纱的外观形状与转杯纺纱接近，在整个纱条上 乘上不太均匀，部分纤维加捻紧密，纤维包缠、纠缠明显。进而分析还发现其内部成纱 结构却与喷气纺纱相似，纱线呈假捻退捻包缠。笔者初步考虑这可能是因为其牵伸原理 与转杯纺相似，而成纱原理与喷气纺纱相似的原因，这还需进一步研究。 表l - 1 圆盘式旋流纺成纱与环锭纺纱的强伸性能比较 t a b l e l1t h ec o m p a r eo f t h e t e n a c i t yb e t w e e nd i s cs w i r ls p i n n i n g a n dr i n gs p i n n i n g 注：成纱为3 2 r e x 涤棉包芯纱，包缠比为( 皮芯) = 2 0 8 0 从表11 中可以看出圆盘式旋流纺纱与环锭纺包芯纱相比，断裂强力略小、断裂伸 长不匀率较大，这主要是因为环锭纱的纤维排列比较好的缘故，也说明本纺纱装置的设 计、制造等还需进一步提高。从表t1 中还可以看出，其余指标基本接近，这| 兑明圆盘 式旋流纺纱的质量基本可以满足后道工序的使用要求。 第一章绪论 1 3 研究内容和方法 本论文在深入研究圆盘式旋流纺纱机器的基础上考察了喷气纺和转杯纺，进而针对 圆盘式旋流纺机构纺纱的不足作出改进，即：重新设计纤维集聚机构与纺纱流程，加工、 安装和调试所设计的部件。为了验证本设计的可行性以及更好的设计本机构，本论文还 试纺了一些纱线，初步测试了纱线性能，并分析了纱线结构。 本论文通过单因素分析的方法分别对其中两个工艺参数条件下生产的长丝包芯纱的 包覆性能、拉伸性能，毛羽作出了分析，以此分析作依据确定上述两个参数的较好数值。 江南大学硕士学位论文 第二章闭合式纤维集聚机构的设计 2 1 闭合式旋流纺 闭合式旋流纺纱方法采用新的纤维集聚机构，它是对圆盘式旋流纺纱方法的改进， 两者均属于旋流纺纱方法口h 射。 2 1 1 工艺流程 闭合式旋流纺纱设备不仅可以纺制普通棉纱，也可以纺包芯纱，纺纱流程如图2 - 1 ( a ) 所示( 如果纺普通纱只需断开芯丝即可) 。从棉条筒引出的棉条先后经过喂棉罗拉1 和梳 辊2 、渐缩式纤维输送机构3 、闭合式纤维集聚机构( 以下简称集聚机构) 4 进行牵伸、 并合和汇聚，形成纤维细条，再随集聚机构4 的顺时针方向回转送入旋流加捻器9 。同 时从长丝架5 上引出的芯丝经过张力装置6 后，通过导丝器7 和压棉辊8 也送入旋流加 捻器9 。短纤维与长丝一起被旋流加捻器加捻形成包芯纱，在经过导纱钩l o 和引纱罗拉 l l 后，被槽筒1 2 卷绕成筒子包芯纱1 3 。 l 2 3 ( a ) 正视图( b ) 左视图 ，、- ，、 j 、- j ( c ) 俯视图( d ) 压棉辊 1 一喂棉罗拉；2 一梳辊；3 一渐缩式纤维输送机构：4 一闭合式纤维集聚机构；5 一长丝 架：6 一张力装置；7 一导丝器；8 压棉辊；9 一旋流加捻器：1 0 一导纱钩；1 1 一引纱罗 拉；1 2 一槽筒；1 3 一筒子包芯纱。 图2 - 1 纺纱流程示意图 f i g u r e 2 1s k e t c hm a p o fs p i n n i n g sf l o w ( a ) f r o n tv i e w ；( b ) l e f tv i e w ；( c ) v e r t i c a lv i e w ； ( d ) p r e s s u r ec o t t o nr o l l 2 1 2 成纱原理 闭合式旋流纺纱机构如图2 - 1 ( a ) 所示，棉条随喂棉罗拉1 向前运动，随后被高速转 动的梳辊2 锯齿抓取，在梳辊高速回转产生的离心力和梳辊表面的气压差以及锯齿的多 1 2 第二章闭合式纤维集聚机构的设计 重作用下逐步分离、混合、伸直，最终被抛入渐缩式纤维输送机构3 。由于渐缩式纤维 输送机构3 内气流流动的平均速度是逐渐增大的，纤维在气流作用下得到继续牵伸并保 持伸直。渐缩式纤维输送机构3 与沿顺时针回转的集聚机构4 之间有l a v a 左右的间隙， 集聚机构4 圆周边缘的v 型槽为凝聚槽，图2 1 ( a ) 所示虚线为凝聚槽底。离开渐缩式纤 维输送机构3 的纤维进入集聚机构4 后，在离心力的作用下依次滑向凝聚槽底，并随凝 聚槽回转。在集聚机构v 型槽约束下继续向前传送的纤维束被旋流加捻器9 的负压吸入 旋流加捻器，接受空气涡流的加捻，同时在旋流加捻器9 前端的凝聚槽底形成一个纤维 剥离点。纤维束存在于渐缩式纤维输送机构3 与纤维剥离点之间凝聚槽底。旋流加捻器 由第一喷嘴和第二喷嘴串接而成，两个喷嘴所喷出的气流旋转方向相反，且第二喷嘴内 的气流转速大于第一喷嘴内的气流转速，须条受这两股反向旋转气流的作用而获得捻 度，形成纱