細(xì)紗毛羽成因分析及其集聚紡紗技術(shù)72741

1、細(xì)紗毛羽成因分析及其集聚紡紗技術(shù)程隆棣1王靜1裘永清2祝章琛1于修業(yè)1（i東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教冇部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）（2山西鴻基實(shí)業(yè)有限公司）1、紗線毛羽成形機(jī)理分析紗線條干均勻度、棉結(jié)雜質(zhì)數(shù)、毛羽數(shù)等反映了紗線質(zhì)量從而影響到產(chǎn)品的檔次。通過(guò)多年 的努力，紗線的條干、棉結(jié)雜質(zhì)數(shù)都有了一定的改善，唯獨(dú)毛羽問(wèn)題一冇閑擾看人們，盡管 可以通過(guò)燒毛、上漿、上蠟裝置等來(lái)改善紗線毛羽狀況，但并沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。1.1毛羽的基本形態(tài)紗線毛羽的基本形態(tài)分為兩類：纖維的頭端（一端或兩端）伸出紗體的端毛羽和兩端在紗體 內(nèi)而中段成圈狀浮在紗體外的圈毛羽。整體耒卷入紗體而附著在紗體表血的“浮游毛羽”， 不是紗線的構(gòu)成

2、部分，不宜視為紗線毛羽，如圖1所示。端毛羽圖1紗線毛羽的形態(tài)1.2紗線毛羽的危害紗線毛羽的危害性很人，主要表現(xiàn)在：（1）衣生產(chǎn)織物，特別是生產(chǎn)高密織物時(shí)，長(zhǎng)毛羽會(huì)使相鄰經(jīng)紗相互纏結(jié)，降低了織機(jī)開(kāi)口 的有效高度，引緯產(chǎn)牛閑難，緯紗飛行受阻造成停臺(tái)；（2）紗線上的毛羽分布會(huì)在織造中形成新的棉結(jié)，影響布面（尤其是染色布）的外觀，多毛 羽紗線的織物更易起球；（3）紗線上的毛羽在下游各工序因受摩擦而脫落，形成飛花，污染壞境，危害人體健康，也 會(huì)產(chǎn)生新的疵點(diǎn)，使紗線及織物質(zhì)量下降；（4）由于伸出紗體外的毛羽比紗體內(nèi)的纖維更容易染色,所以毛羽性質(zhì)相差大的紗線織成的 織物染色后容易產(chǎn)牛色差，形成橫檔疵點(diǎn)；（5

3、）織物的厚度會(huì)隨毛羽的增加而增加，透氣性紗線表面毛羽指數(shù)呈正相關(guān)。這些最終都將反映在織物匕使得織物不光潔，紋路不清晰，而料不滑爽等。1.3細(xì)紗工序毛羽成因的分析（1）紡紗三角區(qū)實(shí)際形狀及影響纖維須條口脫離前羅拉握持時(shí)起，就受到從加捻點(diǎn)經(jīng)氣圈段、紡紗段傳遞來(lái)的捻度所 加的扭矩m和紡紗張力t對(duì)各纖維產(chǎn)牛向心壓力的作用。如纖維須條在x-z平面內(nèi)（如圖2）, 沿0 z方向輸出，0 x為始捻線，a b，為纖維須條寬度，a cb'為加捻三角區(qū)。y圖2 加捻三角區(qū)形態(tài)模擬圖橫向距紗軸中心不同距離位置的纖維受到的向心壓力大小不同而在紗條內(nèi)外層間發(fā)生 反復(fù)的轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移過(guò)程中被擠出紗體的纖維端，由于向心

4、壓力難于再作用于其上而留在紗 的表而，與原先沒(méi)有捻入紗條的纖維端-起成為毛羽。因?yàn)槔w維前端先受傳遞來(lái)的捻度控制， 而尾端在脫離前羅拉鉗口但尚未被較大的捻度控制的瞬間，受纖維撓曲剛度的作川而被“彈” 岀紗體形成毛羽，這是大部分毛羽都是尾端毛羽的根木原因。（2）三角區(qū)形狀討論經(jīng)過(guò)分析，纖維束經(jīng)過(guò)加捻三介區(qū)時(shí)，頭尾端離開(kāi)三角區(qū)形成毛羽的影響因素屮，三 角區(qū)的頂角是一個(gè)很亜要的參數(shù)。如圖3所示，通過(guò)不同加捻三角區(qū)比較，若三角區(qū)的寬度 b是一個(gè)定值時(shí)，a變小時(shí)，三角區(qū)的長(zhǎng)度相應(yīng)增大。當(dāng)纖維長(zhǎng)度一定時(shí)，三角區(qū)越長(zhǎng)，紗 線通過(guò)加捻三角區(qū)的時(shí)間越反，纖維端卷入紗線內(nèi)部的機(jī)率就越犬。圖3傳統(tǒng)加捻三角區(qū)（左）和集

5、聚加捻三角區(qū)（右）模擬圖2、現(xiàn)有集聚紡紗技術(shù)原理簡(jiǎn)析現(xiàn)有的集聚紡紗技術(shù)，從紡紗裝置的結(jié)構(gòu)形態(tài)來(lái)說(shuō)有各自的特點(diǎn)，但其作用原理不外乎兩大系列：剛性集聚和柔性集聚（圖4所;）。圖4岡艸：集聚和柔性集聚模擬圖有些在橫向集聚過(guò)程屮采川偏轉(zhuǎn)集聚原理，有些則僅僅采川橫向緊縮集聚方法（圖5圖5偏轉(zhuǎn)集聚（左）和緊縮集聚（右）原理圖實(shí)際工作中，為實(shí)現(xiàn)氣流對(duì)纖維須條的集聚，一般將半球形空間氣流集聚形式用空氣引導(dǎo)元 件壓縮為平面（若能有效控制前后流動(dòng)，則能實(shí)現(xiàn)理想化的兩側(cè)壓縮）集聚（如圖6所示）, 達(dá)到優(yōu)化氣流使用效率的丨i的。氣引導(dǎo)元件圖6帶空氣引導(dǎo)元件的剛性（左）和柔性（右）集聚原理圖3、氣流槽聚型集聚紡紗技術(shù)作

6、用機(jī)理分析通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的集聚紡紗原理及其裝置的分析，從理論上對(duì)以得出：柔性集聚效果借助于 形態(tài)集聚和氣流集聚兩人作川，其效果要優(yōu)于剛性集聚。針對(duì)該原理，本文設(shè)計(jì)了氣流槽聚 型集聚紡紗裝置，從理論和實(shí)踐上分析:其作川原理和效杲。3. 1氣流槽集聚紡紗原理簡(jiǎn)介現(xiàn)有的集聚紡紗技術(shù)的工藝路線是：牽伸須條一氣流集聚一集聚系統(tǒng)握持一加捻；氣 流槽聚紡紗技術(shù)的工藝路線是：牽伸須條一“溝槽+氣流”集聚一加捻。該過(guò)程使得纖維須 條經(jīng)過(guò)氣流杷聚后直接進(jìn)入加捻階段，即“集聚”和“加捻”同時(shí)進(jìn)行。該技術(shù)攜棄了現(xiàn)有 集聚紡紗技術(shù)所實(shí)行的集聚后再進(jìn)行握持的缺陷，使得集聚效果達(dá)到理想狀態(tài)。氣流槽聚集 聚紡紗模擬裝置如圖7所示

7、。氣流桝聚集聚紡紗模擬裝置圖3. 2氣流槽聚紡紗溝槽尺寸設(shè)計(jì)針對(duì)形態(tài)集聚原理，對(duì)集聚溝槽規(guī)格的設(shè)計(jì)決定紡紗過(guò)程能否達(dá)到工藝最優(yōu)。集聚溝槽 開(kāi)口過(guò)大，下滑力不夠，影響纖維向集聚點(diǎn)順利轉(zhuǎn)移；溝槽開(kāi)口過(guò)小，由于細(xì)紗機(jī)橫動(dòng)機(jī)構(gòu) 的作川，邊緣纖維不容易進(jìn)入集聚溝槽，影響整個(gè)纖維須條的集聚效果；集聚溝槽開(kāi)口深度 過(guò)淺，同樣會(huì)因下滑力不夠，影響纖維向集聚點(diǎn)順利轉(zhuǎn)移；集聚溝槽開(kāi)口深度過(guò)深，會(huì)由于 集聚轆表面線速度與其溝槽底部線速度的差異而使纖維須條產(chǎn)牛結(jié)構(gòu)解體。機(jī)構(gòu)原理如圖8 所示。下血從理論上討論槽聚羅拉集聚槽的寬度及深度対集聚作用的影響。實(shí)驗(yàn)所用毛紗的品質(zhì)支數(shù)為60'(相應(yīng)毛纖維的直徑為d=24p

8、m)。設(shè)紗線須條的截血根 數(shù)為n=80根，纖維密度都為0.78g/cm3,纖維間的空隙率k=10%,6,可以求出圓形須條截面 的而積為：s須務(wù)=(1+k)n7td2 o圖9相同深度不同寬度的集聚溝槽對(duì)纖維須條的影響集聚溝槽的底部形態(tài)近似為三角形(如圖9所示)，當(dāng)須條以與惻形截面相同的面積充 滿槽底時(shí)，其高為ah,這時(shí)，須條的緊密程度就與集聚槽壁的傾斜角(p有關(guān)，根據(jù)幾何關(guān)系 可以求出該須條在集聚槽底部分布的面積為：s 三角二ah.tgcp(1)為了確保集聚效果良好，須滿足須條上下表而速度差(4會(huì)匕-)。令av可<5%111 = , r為槽聚羅拉的半徑，所以r v.fah<5%xr乂

9、由于纖維朿在集聚槽內(nèi)未受牽仲作用，所以其截面積保持不變，即s 圓=s 三角，由于 s 5n = (l+k)n7td2, s 三角二h%g(p,所以tg(p =(i + k)n7id2(1 + k)n7id(5%町將紗線空隙率k=10%, n=80, d=24nm, r= 12.5mm代入式(4),得出：(p>22.10°由此可以看出，集聚槽的尺寸和纖維細(xì)度、紡紗號(hào)數(shù)、影響紗線空隙率的捻度、集聚車?yán)?立徑等一系列參數(shù)密切相關(guān)。3.3氣流槽聚紡中的捻陷作用衣實(shí)際的加捻過(guò)程中，紗條不但有軸向運(yùn)動(dòng)，還有由捻冋傳遞引起的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，影 響捻冋傳遞的因素有：紗條的扭轉(zhuǎn)剛度、紗條的長(zhǎng)度、加捻

10、數(shù)量、紡紗張力、傳遞過(guò)程中受 到的摩擦阻力籌。3.3.1 rh速度梯度分析捻陷的影響吸氣集聚羅拉是山前下羅拉摩擦帶動(dòng)一起以英表面線速度v/冋轉(zhuǎn)，從前羅拉鉗i i輸出 的纖維束同樣以速度v/進(jìn)入集聚羅拉。在纖維束以速度v/進(jìn)入集聚槽后，其速度降為vs， 同時(shí)纖維束受到了底孔負(fù)壓吸力和集聚槽表底部摩擦阻力作川，使此段纖維須條比正常須條 的捻度減少，很大程度上阻礙了捻度的傳遞。3. 3. 2 it力學(xué)(捻度數(shù)量傳遞)理論分析捻陷的影響 由加捻過(guò)程基本理論得知，集聚羅拉兩側(cè)的紗線捻度口和t?相應(yīng)存在下列關(guān)系：mat=t2-t|= (5)rxgx j其中：m阻力矩；r-須條半徑；g-須條的扭轉(zhuǎn)剛度，它取

11、決丁纖維性質(zhì)、纖維間的緊密 度以及須條的捻度:j-須條截面的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩，它與截面的形狀及尺寸有關(guān)，一般 須條截血對(duì)近似為圓形。阻力矩為阻止加捻的所有力的合力矩，其表達(dá)式為：m=sf 合 xr=j(dp+df吸df燎sin卩)xr=(p+f吸f摩sinb) xr(6)其中：p須條所受的紡紗張力；f呼一須條所受的摩擦阻力；f吸一須條所受的氣流吸力； 卩一f合在p方向的投影角。所以，a t=(p+f 吸 一 f 燎 sin 0 )/gj(7)式(7)中，在纖維種類和紡紗支數(shù)確定的條件下，只有f吸是隨著集聚力的大小變化的 物理量。隨著負(fù)壓吸力的增人，捻陷作用也增人。(2)以某單根纖維為対象研究其在氣流

12、場(chǎng)內(nèi)變化受力情況分析吸引纖維向集聚槽中心匯聚的力為：p分加 f毀(8)阻礙纖維向集聚槽屮心匯聚的力為：f°+ f2或e但f°+ fkf】(9)其中：f()纖維某側(cè)與集聚槽間的摩擦阻力；巧一纖維受周圍纖維的摩擦阻力；f?纖維某 側(cè)受纖維摩擦的阻力；p分力一紡紗張力在集聚方向上的分力；f吸一氣流集聚力。纖維在受氣流作川下運(yùn)動(dòng)時(shí)，處于須條內(nèi)部的纖維只受纖維間的摩擦阻力作用，而在邊 界的纖維既受到纖維間的摩擦力作用乂受到纖維與集聚杷之間的摩擦力的作川，因此有如下 情況：a. 纖維在須條中間時(shí),無(wú)fo+f2作用,只受fi作用;b. 纖維在須條旁邊時(shí)，受fo+f2作用，j3.f（）+f

13、2<fi；由a、b的兩個(gè)條件知: 當(dāng)f0+f2 > p分力+ f吸時(shí),整個(gè)須條中纖維都不向集聚槽中心移動(dòng)。由于捻陷的存在,使纖 維所受加捻力矩作用減少，減少了纖維彈出紗體形成毛羽的機(jī)會(huì)。 當(dāng)f0+f2vp分力+ f 時(shí)，邊緣纖維在進(jìn)入集聚區(qū)后受到力的作用而主動(dòng)向集聚槽中心 滑動(dòng)。 當(dāng)fkp分力+f吸時(shí)，進(jìn)入集聚區(qū)的須條中的所有纖維在力的作用下向集聚槽中心匯聚， 其橫向?qū)挾蕊@著減小，并且所有纖維進(jìn)行了車排，纖維在整個(gè)須條中的相對(duì)位置發(fā)牛了 很人的變化，纖維須條的集聚性能獲得了顯著提高。3. 3. 3從流場(chǎng)角度分析纖維受力情況力偶矩對(duì)長(zhǎng)方形物體就產(chǎn)牛相對(duì)于物休重心的轉(zhuǎn)動(dòng)作用，使物休轉(zhuǎn)動(dòng)

14、至與氣流運(yùn)動(dòng)方向 -致的位置。此時(shí)，氣流與物體相互作川主要的是空氣阻力代，即：正向壓力和切向摩擦 力兩部分。式中：p和7分別為物體表而上的正向和切向應(yīng)力；n物體表而上一點(diǎn)的外法線；x氣流的流動(dòng)方向；s一物體的表而積。在一般情況卜s對(duì)任意形狀的物體是不能積分的。所以，阻力最普遍的表達(dá)式是用因子 分析推導(dǎo)得出的如下方程：式中：g正向阻力系數(shù)；cl切向阻力系數(shù)；s物體平行于氣流的表而積；s，物體垂 至于氣流的表面積；p-氣體'密度；叱一無(wú)窮遠(yuǎn)處流來(lái)的氣流速度；氣流繞纖維物體時(shí)，在不同的運(yùn)動(dòng)速度條件下，流動(dòng)特性有很大的不同。在層流條件 下，繞流物體時(shí)無(wú)旋的，隨氣流速度的增人，繞流圖則發(fā)生改變，

15、氣流就要從物體上脫離而 形成渦旋。外部繞流物體的重要特征參數(shù)是物體的止阻力系數(shù)g和摩擦力阻力系數(shù)cf。g 是雷諾系數(shù)甩，的兩數(shù)。5=f（雷諾數(shù),物體形狀,表而粗糙度）本實(shí)驗(yàn)是纖維在集聚槽中，氣流對(duì)纖維的作用力是通過(guò)橫向繞流實(shí)現(xiàn)的。k.海古西和t.卡楚把纖維看作細(xì)長(zhǎng)圓柱體進(jìn)行計(jì)算和試驗(yàn)，其結(jié)果如表1所示。表1不同纖維的雷諾數(shù)和阻力系數(shù)纖維纖維線密度（微特克斯）長(zhǎng)度 （厘米）密度（克/厘米$）雷諾數(shù)（re）阻力系數(shù)（cx）錦綸11110 (90)20.01. 165.633. 15棉196 (5100)2. 541.500.0298118.0羊毛621 (1610)14.31.380.10855.

16、4阻力系數(shù)的計(jì)算是假設(shè)纖維為完全的圜柱體條件下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。將上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理后，得到阻力系數(shù)與宙諾數(shù)的關(guān)系:8.740.756（橫向繞流纖維可以認(rèn)為與繞流圓林體相似，因此，集聚槽屮纖維所受氣流的作用力可以按照物體阻力的公式（10）計(jì)算。所以，纖維此時(shí)所受的阻捻總力矩為: m = （p f x sin/?） x r + / x fx x r=p f x sin/? + “ x (g x s + g x s')x r(13)rh式仃3河以看出：rh于氣流加在纖維束上的作用力形成阻捻的力矩，使得捻度上傳 受到極大抑制，捻度傳遞效率r|大大降低，使得集聚溝槽內(nèi)纖維受到的加捻力矩大量減少， 有利

17、于受氣流作用的纖維束在集聚溝槽內(nèi)集聚（如圖io所示）。纖維束向中間負(fù)壓吸氣處匯聚，使纖維束的截而寬度減小，由于強(qiáng)人的作川力使纖維 束受到很強(qiáng)的作用力而結(jié)構(gòu)變得更緊密，使得纖維離紗線主體纖維的分離程度也減小，從而 相應(yīng)的減少了紗線表面的毛羽量。4.結(jié)論從上述的分析中得到：（1）在氣流槽聚型集聚紡紗裝置中，氣流集聚使得纖維須條在加捻前受到橫向氣流的壓縮， 加捻三角區(qū)寬度大大縮小；（2）形態(tài)集聚使得集聚紡紗窄幅三角區(qū)的形成能夠更加容易獲得，這樣不但能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)緊密加捻，還能夠減少集聚氣流量。(3)氣流槽聚集聚紡紗裝置還具有拆裝方便、價(jià)格低廉、適用性能廣等優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有的集聚紡紗技術(shù)相比，氣流槽聚

18、集聚紡紗技術(shù)將更具生命力。參考文獻(xiàn)1 王睿謙，紗線毛羽形成機(jī)理，紡織科學(xué)研究，1990, 3, 2733；2 李小蘭譯，紗線毛羽對(duì)織物性能的影響，棉紡織技術(shù)，2003, 4, 6364；3 袁斌錘,環(huán)錠紡紗毛羽成因分析，棉紡織技術(shù),1997, 9, 2125；4 p artz: the special structure of compact yarns - advantages in downstream processing, int textilebulletin 一 yarn forming, 1997,2,41 ；5 程隆棣，等，吸氣桝聚型集聚紡紗技術(shù)初探，上海紡織科技，2004,2,1620；6 姚穆等，紡織材料學(xué)，中國(guó)紡織出版社