汪軍 黃秀寶(東華大學(xué))
0 引言
轉(zhuǎn)杯紡紗是新型紡紗中技術(shù)較成熟、應(yīng)用面較廣的一種，特別是近十年來(lái)發(fā)展尤為迅速。早期的轉(zhuǎn)杯紗通常是粗號(hào)棉紗，而近來(lái)轉(zhuǎn)杯紗產(chǎn)品向中細(xì)號(hào)紗和花式紗方向發(fā)展，以期能夠進(jìn)入針織和裝飾應(yīng)用領(lǐng)域。
轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗的研究開發(fā)最早是在歐美等國(guó)家進(jìn)行。期間有一些專利和論文發(fā)表，但至今也只有瑞士Amsler-Iro Zurich公司推出的紡制竹節(jié)紗的GOE裝置才算是真正走向了市場(chǎng)，但是價(jià)格昂貴，且不能與國(guó)產(chǎn)機(jī)器配套。國(guó)內(nèi)的研究工作始于80年代末，東華大學(xué)(原中國(guó)紡織大學(xué))最早進(jìn)行了探索，并持續(xù)了10多年，取得了一定的進(jìn)展。另外，一些廠家也進(jìn)行了積極的探索。從所紡制的花式紗來(lái)看，大致有竹節(jié)紗、包芯紗、多組分紗等等，其中尤以竹節(jié)紗為主。
我們的目標(biāo)是研制出能夠與國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗設(shè)備配套，紡出獨(dú)具特色的轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的裝置，并對(duì)轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗的機(jī)理及工藝進(jìn)行研究。
1基本原理
一般來(lái)講，竹節(jié)紗可以通過在生產(chǎn)過程中改變牽伸倍數(shù)或增添附加纖維來(lái)紡制。分析轉(zhuǎn)杯紡紗工藝流程，可以有四種基本方案來(lái)改變牽伸倍數(shù)或添加附加纖維，從而實(shí)現(xiàn)紡制轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗：①改變喂給羅拉速度；②改變引紗羅拉速度；③同時(shí)改變喂給羅拉和引紗羅拉速度；④在輸送通道或分梳輥的適當(dāng)位置添置附加喂入纖維機(jī)構(gòu)。四種方案中：方案①是通過改變喂人量來(lái)改變牽伸倍數(shù)；方案②是改變輸出速度，會(huì)出現(xiàn)紗線捻度變化，強(qiáng)力不均勻等問題，影響紗線質(zhì)量；方案③是前面兩者的結(jié)合，理論上應(yīng)該比較好，但需要有方案①和②的實(shí)踐基礎(chǔ)；方案④需要添置附加喂人機(jī)構(gòu)，比較復(fù)雜，目前也不易研究開發(fā)。因此，我們選用方案①來(lái)實(shí)現(xiàn)紡制轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗，其基本原理是精確地控制喂給羅拉的動(dòng)態(tài)速率增量，以產(chǎn)生纖維喂人量的高速可控變化，從而實(shí)現(xiàn)可控的轉(zhuǎn)杯紗花式結(jié)構(gòu)．即竹節(jié)紗。
2工藝?yán)碚撗芯?br />
轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的最基本參數(shù)有以下四個(gè)：基紗號(hào)數(shù)、粗節(jié)倍數(shù)、竹節(jié)長(zhǎng)度和竹節(jié)間隔，如圖1所示。
粗節(jié)倍數(shù)是指粗節(jié)相對(duì)于基紗(細(xì)節(jié))的倍數(shù)。粗節(jié)倍數(shù)和最短竹節(jié)長(zhǎng)度是轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗基本參數(shù)理論研究中的兩個(gè)主要方面。
2．1粗節(jié)倍數(shù)的研究
由于轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗仍然處于研究發(fā)展階段，其工藝?yán)碚撘埠苌儆腥搜芯?。關(guān)于粗節(jié)倍數(shù)的估算還未見任何報(bào)導(dǎo)，但是根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在同樣紡紗工藝條件下，如突然增加喂給量，捻度傳遞長(zhǎng)度也會(huì)縮短。當(dāng)突然增加的喂給量達(dá)到一定值時(shí)，捻度傳遞長(zhǎng)度將縮短到難以維持正常紡紗的狀態(tài)，此時(shí)即可認(rèn)為在該工藝條件下，竹節(jié)已達(dá)最大粗度。因此可以通過對(duì)捻度傳遞長(zhǎng)度的研究來(lái)估算粗節(jié)倍數(shù)。
捻度傳遞長(zhǎng)度(Peripheral Twist Extent，簡(jiǎn)稱P．T．E)對(duì)轉(zhuǎn)杯紡的紡紗穩(wěn)定性至關(guān)重要。紡杯對(duì)紗條施加的捻度和假捻盤對(duì)紗條施加的假捻捻度向凝聚槽內(nèi)傳遞，使凝聚槽剝離點(diǎn)后方的凝聚須條上產(chǎn)生了一段有捻紗段，這一紗段長(zhǎng)度稱為捻度傳遞長(zhǎng)度。
在捻度傳遞長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)研究方面前人做了不少工作，但在系統(tǒng)的理論研究方面國(guó)內(nèi)外還未見報(bào)道。這是因?yàn)槟矶葌鬟f長(zhǎng)度涉及的因素太多，假捻盤規(guī)格，紡杯規(guī)格和轉(zhuǎn)速，紗線的捻系數(shù)、線密度、纖維性能、纖維與假捻盤摩擦面及與紡杯凝聚槽摩擦面的摩擦因數(shù)等等均會(huì)對(duì)捻度傳遞長(zhǎng)度有影響。我們將紗線在假捻盤上的運(yùn)動(dòng)和受力、假捻盤與紡杯之間的自由紗段的張力以及紡杯凝聚槽內(nèi)須條的運(yùn)動(dòng)和受力這幾方面作為一個(gè)系統(tǒng)整體研究，得到了求解捻度傳遞長(zhǎng)度的微分方程組，并得到了捻度傳遞長(zhǎng)度與紡紗線密度之間的關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)室紡紗基紗為36 tex以下時(shí)，紡制粗節(jié)倍數(shù)為4倍～5倍的轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗是沒有問題的。
2．2最短竹節(jié)長(zhǎng)度研究
由于轉(zhuǎn)杯紡紗的特性，轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的最短竹節(jié)有一個(gè)極限值。前人根據(jù)圖解法曾得到這樣的結(jié)論：在喂給羅拉速度不變，改變引紗羅拉的情況下，當(dāng)引紗羅拉反轉(zhuǎn)或停止時(shí)，轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的最短竹節(jié)長(zhǎng)度是紡杯的周長(zhǎng)。根據(jù)轉(zhuǎn)杯紡并合和凝聚的機(jī)理，我們得到了轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗最短竹節(jié)長(zhǎng)度大于紡杯周長(zhǎng)，且竹節(jié)長(zhǎng)度與粗節(jié)倍數(shù)有內(nèi)在的關(guān)系。
3實(shí)驗(yàn)及測(cè)試結(jié)果
3．1紡紗工藝參數(shù)
在實(shí)驗(yàn)室，轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗的裝置與單頭轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)配套進(jìn)行試紡實(shí)驗(yàn)。轉(zhuǎn)杯紡的主要工藝參數(shù)有紡杯速度、紡杯直徑、假捻盤規(guī)格、分梳輥規(guī)格及速度、喂給羅拉及引紗羅拉速度等等，竹節(jié)紗還另外有粗節(jié)倍數(shù)、竹節(jié)長(zhǎng)度及竹節(jié)問隔等。我們對(duì)不同的紡杯速度、紡杯直徑、紡紗號(hào)數(shù)進(jìn)行多方案試紡。
紡紗基本參數(shù)：
紡紗號(hào)數(shù)：基紗32．4 tex
棉條定量：12 g／5 m×2
紡杯直徑：66 mm
紡杯速度：28 000 r／min
分梳輥規(guī)格：OS21型鋸齒輥
分梳輥轉(zhuǎn)速：6900 r／min
假捻盤規(guī)格：D17 mm×2 mm
捻系數(shù)：450(選用此捻系數(shù)時(shí)，已經(jīng)考慮了加捻效率的問題)
經(jīng)計(jì)算喂給羅拉的轉(zhuǎn)速nw=3 r／min
則絲桿轉(zhuǎn)速ns=48 r／min(紡竹節(jié)紗時(shí)，提高絲桿速度)
3．2竹節(jié)紗的特征參數(shù)
竹節(jié)紗的特征參數(shù)主要有粗節(jié)倍數(shù)和最短竹節(jié)長(zhǎng)度。
粗節(jié)的倍數(shù)實(shí)際是絲桿高低速之比，本實(shí)驗(yàn)機(jī)的最大粗節(jié)倍數(shù)為4倍左右。另外通過改變電機(jī)運(yùn)行速度可改變粗節(jié)倍數(shù)，本實(shí)驗(yàn)另外設(shè)置的粗節(jié)倍數(shù)為3倍和2倍左右。
根據(jù)研究，竹節(jié)的最短長(zhǎng)度與紡杯的周長(zhǎng)及粗節(jié)倍數(shù)有關(guān)，其值可根據(jù)公式(1)計(jì)算：
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