應用經紗分段測試法的織機速度優(yōu)化

王艷芳， 王曉敏， 郭明瑞， 盧雨正， 高衛(wèi)東

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122； 2. 無錫第一棉紡織廠，江蘇 無錫 224000)

應用經紗分段測試法的織機速度優(yōu)化

王艷芳1， 王曉敏2， 郭明瑞1， 盧雨正1， 高衛(wèi)東1

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122； 2. 無錫第一棉紡織廠，江蘇 無錫 224000)

為探究織造過程中經紗的可織性能變化，將織機上經紗分為后梁至停經片區(qū)、停經片至綜絲區(qū)和綜絲至織口區(qū)3個區(qū)段，分別測試3段經紗的強伸性、耐磨性和毛羽，分析織造過程中織機上各段經紗可織性的變化，并采用以上經紗分段測試法對不同織機速度下的經紗性能進行測試與分析。結果表明：相比后梁至停經片區(qū)經紗，停經片至綜絲區(qū)經紗斷裂強度下降小于5%，耐磨性下降約15%，毛羽增加約10%。綜絲至織口區(qū)經紗斷裂強度下降小于5%，耐磨性下降約25%，短毛羽增加約15%，長毛羽增加約5%。隨著織機速度的提高，經紗的各項性能指標呈下降趨勢，且織機速度為750 r/min時，紗線性能下降比較顯著，因此，對于該品種織機速度的設定不宜超過700 r/min。

經紗； 可織性； 分段測試法； 織機速度

在機織物生產過程中，經紗能夠承受張力以及反復摩擦復合應力的能力稱之為經紗的可織性[1]。隨著集聚紡紗方法的廣泛應用，紗線物理力學性能得到提高，使得原紗可織性相應改善。經紗可織性主要受到強力、耐磨性以及毛羽等各個指標的顯著影響，因此，可以通過對上述指標性能的測試完成對經紗可織性的評判。

在織造過程中，評價經紗可織性的指標一直是國內外學者研究的熱點。評價上漿紗可織性指標主要包括：上漿率、落漿率、漿液浸透率、漿料被覆率、斷裂伸長率CV值、斷裂強度、紗線的耐磨性、抗彎剛度、耐疲勞性和毛羽指數[2-4];漿紗的可織性可通過漿紗強伸性、漿紗耐磨性以及織造模擬后上漿紗的毛羽變化、纏結分離力等指標來預測。有學者建立了基于神經網絡系統(tǒng)理論的經紗可織性預測模型[5-6]。還有研究者通過對比原紗以及上漿紗的各項性能，利用主成分分析法得到評價經紗可織性的綜合模型[7]。綜上所述，現有的關于經紗可織性的評價多為靜態(tài)評價，從上漿紗質量評價的角度出發(fā)對經紗可織性進行預判，缺少對經紗在織造過程中可織性變化效果的直接分析，因此，需要對經紗可織性在織造過程中的變化情況進行研究，以便指導紡織品生產加工企業(yè)有針對性地提升織造效率，同時為織機生產企業(yè)有針對性地改進織機設計提供參考。

經紗可織性體現了經紗在織造過程中抵抗反復張力牽伸及與經紗相接觸的部件磨損的能力，因此，影響經紗可織性的因素包括原紗質量、漿紗質量以及織造工藝[8]。原紗質量是影響經紗可織性的基本因素，它主要取決于紗線原料、采用的紡紗方法以及紡紗工藝參數等，這是經紗可織性的基礎；經紗的漿紗工藝是織前的準備工序，通過這個工序提升經紗的可織性；織造工藝包括織造過程中的車速、打緯工藝、部件設計參數等，特別是經紗在織造過程中所經過的磨損類部件，都會惡化經紗的可織性，因此，織造過程中經紗可織性變化的研究分析，可以量化織造工藝對經紗可織性的影響，對于減輕織機部件對經紗可織性的影響，優(yōu)化織造工藝參數，改進織機設計具有十分重要的意義。

本文提出一種織造過程中經紗可織性的研究方法，稱為經紗分段選取法。具體為將經紗在織機上沿經紗方向分為3個區(qū)域，即后梁至停經片區(qū)、停經片至綜絲區(qū)和綜絲至織口區(qū)，分析對比3個區(qū)域經紗在強伸性能、耐磨性能、毛羽指標的變化，分別測試不同區(qū)域紗線指標，直接分析各區(qū)段經紗可織性的變化，并對不同織機速度條件下的經紗各項性能的變化進行定量分析，從而達到優(yōu)化織機速度的目的。

1 實驗方法

1.1 經紗試樣選取

為進一步分析織造過程中經紗在織機上不同部位的可織性變化，將織機上的經紗從機后到機前分成3個區(qū)域，分別為后梁至停經片區(qū)A、停經片至綜絲區(qū)B和綜絲至織口區(qū)C，如圖1所示。

A段紗線從織軸上退繞下來經過后梁，未經過停經片以及后面任何紡織機件，該段紗線在評價紗線可織性過程中可認為是所有部分紗線的對照樣本；B段紗線經過停經片后，尚未進入綜框，與后梁和停經片產生了接觸摩擦；C段紗線經過了綜絲以及鋼筘，尚未形成織物，是與紡織機件接觸摩擦最多的紗段。由于織造過程中打緯后止點時鋼筘與綜絲的距離小于5 cm，單獨分析經過綜絲的紗線物理指標時難以測試，所以將經過綜絲與鋼筘的紗段作為同一個紗段進行分析討論。

1.2 紗線可織性指標測試

1.2.1 紗線強伸性能

紗線強伸性能主要測試紗線斷裂強力以及斷裂伸長率。紗線斷裂強力及斷裂伸長率的測試參照GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》進行。該測試標準要求紗線長度選取0.5 m或者0.25 m進行拉伸，但是在本文實驗樣本中C段紗線長度較短，能夠進行測試的有效長度不超過15 cm，所以統(tǒng)一選取10 cm紗段進行拉伸測試，測試儀器使用YG020B型電子單紗強力機，測試根數為30根，記錄并統(tǒng)計分析測試結果。

1.2.2 紗線耐磨性

紗線耐磨性實驗在LFY-109B型電腦紗線耐磨儀上進行[9]，分別測試經紗A、B、C紗段紗線磨斷次數。 該儀器采用勻速摩擦的方法，摩擦速度為60次/min，砝碼質量為15 g，砂紙?zhí)枖禐?00目，測試根數為30，記錄并統(tǒng)計分析測試結果。

1.2.3 紗線毛羽

目前常用的紗線毛羽檢測方法有投影計數法和全毛羽光電法。由于本文中紗線分為A、B、C 3段，紗線長度較短，均不能采用常規(guī)毛羽測試方法，因此，本文實驗采用基于數字圖像處理的紗線毛羽檢測方法[10]對3段紗線的毛羽情況進行測試。通過Microtek掃描儀采集紗線圖像，經過灰度變換、圖像二值化、圖像分割、形態(tài)學開運算、圖像細化，得到完整的紗線條干圖像和細化后的毛羽圖像，對毛羽分割點進行判斷，以1 mm為步長，統(tǒng)計不同長度毛羽根數。

2 結果與分析

2.1 實驗樣品

選取豐田JAT710織機織造的5塊織物進行研究，織機車速以及織物參數見表1。紗線采用轉杯紡普梳純棉紗，織物組織為平紋。

表1 織物規(guī)格參數表Tab.1 Fabric specification parameters

選取5臺噴氣織機織造同一品種織物，織機速度分別設定為550、600、650、700、750 r/min，所織試樣分別編號為織物1～織物5。上機張力設定為2、3 kN，織造織物1 m后手動停車，采用記號筆將經過后梁的經紗片段A，經過停經片的經紗片段B以及經過綜絲和鋼筘的經紗片段C進行劃線標記，然后從織口將經紗慢慢退繞出來，得到實驗所需的3段經紗A、B、C。

2.2 經紗強伸性能分析

選用YG020B型電子單紗強力機對經紗各片段進行測試，結果如表2所示。

表2 織物中各片段紗線的斷裂強度與斷裂伸長率Tab.2 Breaking strength and elongation of each zone of yarns in fabric

從表2可知：與紗段A相比，同一車速條件下紗段B和紗段C的斷裂強度下降程度小于5%；紗段B、紗段C的斷裂伸長率沒有發(fā)生明顯的變化。從不同車速條件下各段經紗片段強伸性比較可知，隨著車速的增加，經紗斷裂強度呈現下降趨勢，但是下降幅度不大。與550 r/min車速條件下織造的織物各段經紗斷裂強度相比，750 r/min車速條件下各片段經紗斷裂強度下降小于5%；不同車速條件下織造的織物各片段經紗斷裂伸長率幾乎沒有發(fā)生變化。

隨著織機速度的增加，經紗受到各種負荷的沖擊次數和程度增加，并出現較多的弱節(jié)，成為紗線斷裂的源頭。此外，隨著車速增加，經紗在一個織造循環(huán)內的松弛時間減少，經紗表現出較高的張力。張力增大，經紗處于緊張狀態(tài)，與織機部件之間以及經紗之間的摩擦程度增大，紗體結構遭到破壞，紗線強度下降，因此，隨著織機速度的增加，經紗斷裂強度逐漸降低。

2.3 經紗耐磨性分析

選用LFY-109B型電腦紗線耐磨儀對經紗各片段進行測試，結果如表3所示。

從表3可看出，同一織機速度條件下，經紗經過停經片后其耐磨性下降15%左右，經紗經過綜絲、鋼筘后其耐磨性下降25%左右。另外，隨著織機速度的增大，各段經紗耐磨性呈現遞減的趨勢，且當織機車速為750 r/min時，經紗耐磨性下降程度比較劇烈。

表3 不同織機速度時各片段經紗的耐磨次數Tab.3 Wearing times of each zone of yarns in fabrics at different loom speeds

隨著織機速度的增加，單位時間內經紗處于張緊狀態(tài)的時間增多，經紗張力增加，且經紗張力波動性提高。一方面，機織物生產過程中，經紗與停經片、綜眼以及鋼筘發(fā)生多方向、多種類、頻率高的接觸摩擦。由于織機部件是粗糙的硬表面，經紗表面相對較軟，并且由于經紗張力增大，與織機部件的接觸壓力增大，織機部件很容易在紗體表面劃出溝槽，紗體內部纖維被抽拔出來，纖維逐漸變細，經紗耐磨性下降。另一方面，織機速度增加，經紗張力波動較大，經紗承受更多次數的交變應力而產生疲勞磨損，紗體表面的漿膜脫落較多，經紗結構松散嚴重?？棛C速度越快，經紗疲勞磨損越嚴重，承受織機部件磨損的能力下降越快，因此，隨著織機速度的增加，織機上各片段經紗耐磨性呈現下降趨勢，并且當織機速度為750 r/min時經紗耐磨性劇烈下降。

2.4 經紗毛羽分析

經紗毛羽測試采用數字圖像處理法進行，以織物1為例，首先將Microtek掃描儀采集的紗線圖像轉化為灰度圖像，其次采用Otsu方法對灰度圖像進行閾值處理得到紗線二值圖像，然后利用形態(tài)學開運算獲得完整的紗線條干圖像，最后將二值化的紗線圖像與紗線條干圖像相減獲得紗線毛羽二值化圖像，細化得到單個像素點毛羽分布圖，根據獲得的紗線條干圖像的兩側邊緣線，以1 mm為步長，計數不同長度下毛羽的數量。圖2示出不同處理流程后的紗線圖像。

利用數字圖像處理法，測試A、B、C 3段紗線各10 m，統(tǒng)計所得毛羽，結果如表4所示。可看出：同一織機速度條件下，與漿紗毛羽相比較，經過停經片后，5塊織物經紗毛羽增加10%左右；經過綜絲和鋼筘后，經紗短毛羽增加15%左右，長毛羽增加5%左右。隨著織機速度的增加，經紗各片段經紗毛羽呈上升的趨勢，并且織機速度在750 r/min時，毛羽增加的程度較大。

表4 不同織機速度時各片段經紗的毛羽數值Tab.4 Hairiness of each zone of yarns in fabrics at different loom speeds

織機速度增加，經紗在單位時間內所承受的負荷和沖擊大大增加，經紗張力值表現較高，同時，由于經紗拉伸、松弛交替的次數頻繁，經紗張力波動比較大，使得經紗之間、經緯紗之間以及經紗與織機部件之間的摩擦程度增大，紗線磨損嚴重，紗體起毛。經紗反復開口的頻率增加，使得經紗片之間的氣流變得紊亂，經紗毛羽之間容易發(fā)生纏繞。此外，經紗進行一次開口動作的時間減少，靜電的消散時間變短，經紗之間的靜電位差變大，經紗毛羽較易與相鄰的紗線毛羽發(fā)生糾纏，經紗之間的摩擦因數增大，紗線磨損嚴重，因此，隨著織機車速的增加，經紗毛羽逐漸增多。

3 結 論

本文提出一種評價織造過程中經紗可織性的研究方法：經紗分段測試法。即將織機上經紗分為后梁至停經片區(qū)、停經片至綜絲區(qū)和綜絲至織口區(qū)3個區(qū)域，通過對上機后3個區(qū)域經紗物理力學性能的測試與分析，使織造過程中各階段經紗可織性得到綜合評定。選用經紗分段測試法測試與分析JAT710噴氣織機在550、600、650、700、750 r/min速度條件下織造的純棉平紋織物的各段經紗的強伸性、耐磨性和毛羽性能，得到如下結論：

1)經紗經過停經片后其經紗斷裂強度下降小于5%，耐磨性下降約15%，毛羽增加約10%。

2)經紗經過綜絲和鋼筘后其斷裂強度小于5%，耐磨性下降約25%，短毛羽增加約15%，長毛羽增加約5%。

3)隨著織機速度的增加,經紗可織性呈下降趨勢，當織機速度為750 r/min時，各片段經紗的性能下降顯著，經紗可織性能下降較大。

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Optimization of loom speed by warp sectionalization test

WANG Yanfang1, WANG Xiaomin2, GUO Mingrui1, LU Yuzheng1, GAO Weidong1

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi，Jiangsu214122,China; 2.WuxiNo.1CottonMill,Wuxi,Jiangsu224000,China)

In order to explore the weavability variation of warp yarns in the weaving process, the warp yarns on the loom are divided into three parts: warps from back rest to the dropper, warps from the dropper to the heald and warps from the heald to the cloth-fell. Breaking strength and elongation, abrasive resistance and hairiness of the three parts of warp yarns were tested to explore the weavability variation on the loom in the weaving process. Breaking strength and elongation, abrasive resistance and hairiness under different loom speeds were tested and analyzed by the warp sectionalization test. The test results show that compared with the warp yarns from back rest to the dropper, breaking strength and elongation of warp yarns from the dropper to the heald decreased within 5%, the abrasive resistance of warp yarns from the dropper to the heald decreased by 15% and hairiness of warp yarns from the dropper to the heald increased by 10%. Breaking strength and elongation of warp yarns from the heald to the cloth-fell decreased within 5%, the abrasive resistance of warp yarns from the heald to the cloth-fell decreased by 25%, short hairiness of warp yarns from the heald to the cloth-fell increased by 15%, and long hairiness of warp yarns from the heald to the cloth-fell increased by 5%.The warp properties are in decrease trend along with the increase of loom speed. Moreover, when the loom speed reached 750 r/min, warp properties decreased obviously. So the loom speed for this fabric should not be set higher than 700 r/min.

warp yarn; weavability; sectionalization test; loom speed

10.13475/j.fzxb.20150203205

2015-02-25

2016-02-15

江蘇省產學研項目(BY2014023-24)

王艷芳(1990—)，女，碩士生。研究方向為織造技術。高衛(wèi)東，通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。

TS 105.41

A