汪軍 黃秀寶(東華大學)
0 引言
轉(zhuǎn)杯紡紗是新型紡紗中技術較成熟、應用面較廣的一種，特別是近十年來發(fā)展尤為迅速。早期的轉(zhuǎn)杯紗通常是粗號棉紗，而近來轉(zhuǎn)杯紗產(chǎn)品向中細號紗和花式紗方向發(fā)展，以期能夠進入針織和裝飾應用領域。
轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗的研究開發(fā)最早是在歐美等國家進行。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，但是價格昂貴，且不能與國產(chǎn)機器配套。國內(nèi)的研究工作始于80年代末，東華大學(原中國紡織大學)最早進行了探索，并持續(xù)了10多年，取得了一定的進展。另外，一些廠家也進行了積極的探索。從所紡制的花式紗來看，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。
我們的目標是研制出能夠與國產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗設備配套，紡出獨具特色的轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的裝置，并對轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗的機理及工藝進行研究。
1基本原理
一般來講，竹節(jié)紗可以通過在生產(chǎn)過程中改變牽伸倍數(shù)或增添附加纖維來紡制。分析轉(zhuǎn)杯紡紗工藝流程，可以有四種基本方案來改變牽伸倍數(shù)或添加附加纖維，從而實現(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位置添置附加喂入纖維機構(gòu)。四種方案中：方案①是通過改變喂人量來改變牽伸倍數(shù)；方案②是改變輸出速度，會出現(xiàn)紗線捻度變化，強力不均勻等問題，影響紗線質(zhì)量；方案③是前面兩者的結(jié)合，理論上應該比較好，但需要有方案①和②的實踐基礎；方案④需要添置附加喂人機構(gòu)，比較復雜，目前也不易研究開發(fā)。因此，我們選用方案①來實現(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，從而實現(xiàn)可控的轉(zhuǎn)杯紗花式結(jié)構(gòu)．即竹節(jié)紗。
2工藝理論研究
轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的最基本參數(shù)有以下四個：基紗號數(shù)、粗節(jié)倍數(shù)、竹節(jié)長度和竹節(jié)間隔，如圖1所示。
粗節(jié)倍數(shù)是指粗節(jié)相對于基紗(細節(jié))的倍數(shù)。粗節(jié)倍數(shù)和最短竹節(jié)長度是轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗基本參數(shù)理論研究中的兩個主要方面。
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，其工藝理論也很少有人研究。關于粗節(jié)倍數(shù)的估算還未見任何報導，但是根據(jù)實踐經(jīng)驗，在同樣紡紗工藝條件下，如突然增加喂給量，捻度傳遞長度也會縮短。當突然增加的喂給量達到一定值時，捻度傳遞長度將縮短到難以維持正常紡紗的狀態(tài)，此時即可認為在該工藝條件下，竹節(jié)已達最大粗度。因此可以通過對捻度傳遞長度的研究來估算粗節(jié)倍數(shù)。
捻度傳遞長度(Peripheral Twist Extent，簡稱P．T．E)對轉(zhuǎn)杯紡的紡紗穩(wěn)定性至關重要。紡杯對紗條施加的捻度和假捻盤對紗條施加的假捻捻度向凝聚槽內(nèi)傳遞，使凝聚槽剝離點后方的凝聚須條上產(chǎn)生了一段有捻紗段，這一紗段長度稱為捻度傳遞長度。
在捻度傳遞長度的實驗研究方面前人做了不少工作，但在系統(tǒng)的理論研究方面國內(nèi)外還未見報道。這是因為捻度傳遞長度涉及的因素太多，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)等等均會對捻度傳遞長度有影響。我們將紗線在假捻盤上的運動和受力、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)須條的運動和受力這幾方面作為一個系統(tǒng)整體研究，得到了求解捻度傳遞長度的微分方程組，并得到了捻度傳遞長度與紡紗線密度之間的關系，在實驗室紡紗基紗為36 tex以下時，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，當引紗羅拉反轉(zhuǎn)或停止時，轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的最短竹節(jié)長度是紡杯的周長。根據(jù)轉(zhuǎn)杯紡并合和凝聚的機理，我們得到了轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗最短竹節(jié)長度大于紡杯周長，且竹節(jié)長度與粗節(jié)倍數(shù)有內(nèi)在的關系。
3實驗及測試結(jié)果
3．1紡紗工藝參數(shù)
在實驗室，轉(zhuǎn)杯紡紡制竹節(jié)紗的裝置與單頭轉(zhuǎn)杯紡紗機配套進行試紡實驗。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)長度及竹節(jié)問隔等。我們對不同的紡杯速度、紡杯直徑、紡紗號數(shù)進行多方案試紡。
紡紗基本參數(shù)：
紡紗號數(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，已經(jīng)考慮了加捻效率的問題)
經(jīng)計算喂給羅拉的轉(zhuǎn)速nw=3 r／min
則絲桿轉(zhuǎn)速ns=48 r／min(紡竹節(jié)紗時，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)長度。
粗節(jié)的倍數(shù)實際是絲桿高低速之比，本實驗機的最大粗節(jié)倍數(shù)為4倍左右。另外通過改變電機運行速度可改變粗節(jié)倍數(shù)，本實驗另外設置的粗節(jié)倍數(shù)為3倍和2倍左右。
根據(jù)研究，竹節(jié)的最短長度與紡杯的周長及粗節(jié)倍數(shù)有關，其值可根據(jù)公式(1)計算：
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