應(yīng)用給濕裝置改善環(huán)錠紡成紗毛羽

李沛贏， 郭明瑞， 高衛(wèi)東

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無(wú)錫 214122)

截至目前，環(huán)錠紡仍然是占據(jù)整個(gè)紗線生產(chǎn)量80%以上的紡紗方法[1]。在環(huán)錠紡紗過(guò)程中，纖維須條是通過(guò)鋼絲圈繞鋼領(lǐng)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扭矩加捻成紗，紗線的捻度傳遞由下而上，也就是說(shuō)前鉗口到鋼絲圈的紗線捻度由低到高分布[2-3]。成紗過(guò)程中，當(dāng)須條中纖維轉(zhuǎn)移到表層時(shí)，若沒(méi)有足夠大的扭力作用使纖維重新轉(zhuǎn)移到紗線內(nèi)部，該纖維就會(huì)裸露在紗線表面形成毛羽[4-5]。

在普通環(huán)錠紡中，紗線經(jīng)導(dǎo)紗鉤從低捻段到高捻段，雖然紗線進(jìn)一步加捻收緊，但在低捻段已經(jīng)伸出紗體表面的毛羽難以被捻入紗體內(nèi)部[6-7]。為減少成紗毛羽，在低捻段對(duì)纖維的貼伏十分重要[8]?，F(xiàn)廣泛采用的集聚紡紗技術(shù)是利用氣流對(duì)前羅拉輸出的纖維須條進(jìn)行橫向凝聚，使纖維須條寬度縮小，從而大大減小加捻三角區(qū)寬度，以減少成紗毛羽。集聚紡紗技術(shù)減少毛羽作用顯著，但其附加裝置改造成本高，且運(yùn)行中能源消耗多，使得紡紗生產(chǎn)成本提高[9]。

在推廣應(yīng)用集聚紡紗技術(shù)的同時(shí)，人們一直在探索附加裝置成本低、運(yùn)行能耗小的減少毛羽方法，如在低捻段加裝加熱或假捻裝置，前者通過(guò)加熱作用使毛羽貼伏，對(duì)熱塑性纖維改善效果明顯；后者通過(guò)假捻作用使須條出前鉗口后立即得到較強(qiáng)的加捻作用，也有助于毛羽的減少[10]。

本文提出利用導(dǎo)紗輪給濕纖維須條，借助水的黏滯性貼伏毛羽的方法。該方法是在前羅拉鉗口與導(dǎo)紗鉤之間加裝一種接觸式給濕裝置，使紡紗過(guò)程中伸出紗線表面的纖維頭端和紗線表面被潤(rùn)濕，并在通過(guò)導(dǎo)紗鉤阻捻點(diǎn)時(shí)，毛羽被壓倒貼伏在紗線表面，進(jìn)入高捻段后，紗線進(jìn)一步加捻收緊，貼伏在紗線表面的毛羽被捻入紗體內(nèi)部，進(jìn)而達(dá)到減少毛羽的效果。同時(shí)，該裝置將低捻段紗線與牽伸面的夾角進(jìn)行優(yōu)化，減小加捻三角區(qū)中纖維與前羅拉的包圍弧，并形成纖維須條在導(dǎo)紗輪上相對(duì)穩(wěn)定的導(dǎo)紗角，有助于減少成紗毛羽。

1 給濕裝置

1.1 給濕裝置結(jié)構(gòu)

環(huán)錠紡紗機(jī)上的給濕裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。殼體1與外部水箱相連使水位不變以保證供水量恒定，導(dǎo)紗輪2嵌套在固定軸3上，由固定卡簧4固定其位置，且一部分伸出殼體，與低捻段紗線接觸，其下部浸沒(méi)在殼體的水中。正常紡紗過(guò)程中，導(dǎo)紗輪通過(guò)運(yùn)動(dòng)紗線的摩擦作用驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使導(dǎo)紗輪周向全部浸濕，在與紗線接觸的部位將紗線潤(rùn)濕，并將潤(rùn)濕之后的毛羽貼伏在紗線表面。

1—?dú)んw； 2—導(dǎo)紗輪； 3—固定軸； 4—固定卡簧。圖1 給濕裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Wetting device structure

1.2 接觸弧長(zhǎng)幾何模型

該給濕裝置的導(dǎo)紗輪與紗線之間有一段接觸包圍弧，如圖2所示。為方便計(jì)算該弧長(zhǎng)l，建立直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)O為通過(guò)前羅拉鉗口A(0，a)的垂線與通過(guò)導(dǎo)紗鉤最高位置B(b，0)的水平線交點(diǎn)，C為導(dǎo)紗輪軸心位置。

圖2 加濕接觸弧長(zhǎng)幾何模型Fig.2 Wetting contact arc length geometric model

導(dǎo)紗輪半徑R、導(dǎo)紗輪中心位置C(m，n)確定后，可按下式計(jì)算弧長(zhǎng)：

根據(jù)上述公式可確定接觸弧長(zhǎng)與導(dǎo)紗輪直徑和安裝位置的關(guān)系。

1.3 給濕裝置安裝位置

受到細(xì)紗機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，一落紗過(guò)程中導(dǎo)紗鉤有一定的升降動(dòng)程，紗線和導(dǎo)紗輪接觸弧長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化，因此給濕裝置必須選擇合適的導(dǎo)紗輪直徑和安裝位置，才能保證工作正?！，F(xiàn)選取直徑分別為15、20、25 mm的導(dǎo)紗輪為研究對(duì)象，導(dǎo)紗輪的安裝位置要保證紗線在大、小紗位置(導(dǎo)紗鉤高、低位置)都可與給濕裝置的導(dǎo)紗輪接觸并有一定的包圍弧長(zhǎng)，以帶動(dòng)導(dǎo)紗輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并滿足一定的給濕量。圖3示出3種直徑導(dǎo)紗輪在試驗(yàn)所用JWF1510型細(xì)紗機(jī)的安裝位置。圖中坐標(biāo)系和A、B點(diǎn)同圖2，點(diǎn)M(42，38)、N(38，40)、P(34，42)分別表示15、20、25 mm導(dǎo)紗輪的軸心位置。

圖3 接觸式給濕裝置的安裝位置Fig.3 Location of contacting wetting device

根據(jù)弧長(zhǎng)計(jì)算式可計(jì)算出導(dǎo)紗鉤在最高、最低位置時(shí)3種直徑導(dǎo)紗輪的紗線接觸弧長(zhǎng)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 紗線接觸弧長(zhǎng)Tab.1 Contact arc length

2 導(dǎo)紗輪加濕模型

2.1 水霧三角區(qū)

紡紗過(guò)程中紗線驅(qū)動(dòng)導(dǎo)紗輪旋轉(zhuǎn)，并帶水潤(rùn)濕紗線，水與紗線以及水與導(dǎo)紗輪表面之間存在附著力，使得紗線和導(dǎo)紗輪之間存在水霧三角區(qū)A，其長(zhǎng)度為c，如圖4所示。

圖4 水霧三角區(qū)示意圖Fig.4 Sketch of water triangle

由于水霧三角區(qū)的存在，紗線給濕部分不僅是與導(dǎo)紗輪直接接觸的部分，還包括水霧三角區(qū)的部分，因此總加濕量為：

Wt=Wa+Wb

式中：Wa為水霧三角區(qū)的給濕量，mg；Wb為紗線與導(dǎo)紗輪直接接觸的給濕量，mg。

由于承載導(dǎo)紗鉤的葉子板在一落紗過(guò)程中上下運(yùn)動(dòng)，紗線和導(dǎo)紗輪直接接觸弧長(zhǎng)一直在變化當(dāng)中，因此直接加濕量在紡紗過(guò)程中一直是變化的。而預(yù)加濕量則與水霧三角區(qū)長(zhǎng)度有關(guān)，不同直徑的導(dǎo)紗輪水霧三角區(qū)長(zhǎng)度不同，則預(yù)加濕量不同。

2.2 水霧三角區(qū)觀測(cè)

為清楚觀察到導(dǎo)紗輪與紗線之間的水霧三角區(qū)，將已紡好的19.5 tex精梳棉紗兩端固定，用調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)紗輪，表面線速度均為14.4 m/min。采用高速攝影機(jī)拍攝不同直徑導(dǎo)紗輪與紗線接觸形成的水霧三角區(qū)長(zhǎng)度，如圖5所示。

圖5 水霧三角區(qū)拍攝圖Fig.5 Shot of water triangle

在導(dǎo)紗輪直徑為15、20、25 mm的3種情形下，根據(jù)拍攝的圖片測(cè)得水霧三角區(qū)的長(zhǎng)度分別為3.3、3.8、4.2 mm，即導(dǎo)紗輪直徑越大，水霧三角區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，給濕量越多，越有利于毛羽受到水的吸附而貼伏在紗線表面。

3 紡紗試驗(yàn)

3.1 紡紗品種與工藝

試驗(yàn)采用JWF1510型細(xì)紗機(jī)，給濕裝置的導(dǎo)紗輪為木質(zhì)，為增加其耐磨性，在表面包覆一層綿綸網(wǎng)格圈。將配備15、20、25 mm導(dǎo)紗輪的給濕裝置分別安裝在圖3所示M、N、P對(duì)應(yīng)的3個(gè)位置上進(jìn)行紡紗，并與不加給濕裝置的對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比。

分別紡制14.6 tex和19.5 tex精梳棉紗，其紡紗工藝參數(shù)如表2所示。每種情形下各紡制10管滿管紗進(jìn)行毛羽測(cè)試，為考察管紗絡(luò)筒后毛羽變化，14.6 tex精梳棉紗再紡制10管用于絡(luò)筒，并進(jìn)行毛羽測(cè)試。

表2 紡紗工藝參數(shù)Tab.2 Technological parameters of spinning

3.2 毛羽測(cè)試

采用茲偉格HL400型毛羽測(cè)試儀測(cè)試紗線的3 mm及以上毛羽根數(shù)S3，測(cè)試速度為400 m/min，每次測(cè)試長(zhǎng)度為100 m，每管紗(筒紗)測(cè)試10次，結(jié)果取平均值，得到整管紗(筒紗)不同片段的毛羽根數(shù)S3。

3.3 紡紗耗水量測(cè)試

將配備15、20、25 mm導(dǎo)紗輪的給濕裝置分別安裝在圖3所示M、N、P對(duì)應(yīng)的3個(gè)位置上進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，分別紡制14.6、19.5 tex的2種精梳棉紗，每個(gè)品種測(cè)試10管紗線一落紗平均耗水量。

4 結(jié)果與討論

4.1 紗線外觀形態(tài)

采用VHX-5000型超景深數(shù)碼顯微鏡拍攝紗線外觀形態(tài)。圖6示出普通環(huán)錠紡與加裝給濕裝置所紡14.6 tex精梳棉紗的圖像。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，與普通環(huán)錠紡紗相比，給濕紡所紡制的紗線長(zhǎng)毛羽均有明顯減少，未消除的毛羽絕大部分按一定方向貼伏于紗線表面，紗線表面更加光潔。

圖6 紗線外觀形態(tài)Fig.6 Appearance of yarns. (a) Regular ring spun yarn; (b) Yarn by 15 mm guide wheel;(c) Yarn by 20 mm guide wheel; (d) Yarn by 25 mm guide wheel

4.2 紡紗耗水量

配備15、20、25 mm導(dǎo)紗輪的給濕裝置所紡制的14.6、19.5 tex精梳棉紗的紡紗耗水量如表3所示。

表3 紡紗耗水量Tab.3 Water consumption

表3數(shù)據(jù)表明，由于水霧三角區(qū)的存在，隨導(dǎo)紗輪直徑增大，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與紗線間接接觸長(zhǎng)度越長(zhǎng)，意味著紗線可帶走更多的水，所以紡紗耗水量也就越多，與前所述水霧三角區(qū)理論一致；同時(shí)，所紡紗線細(xì)度越大，意味著在紡紗過(guò)程中同一時(shí)間有更多的纖維帶水，紡紗耗水量就會(huì)相應(yīng)增加。

4.3 管紗毛羽對(duì)比

不同直徑導(dǎo)紗輪所紡制的14.6、19.5 tex精梳棉紗的S3測(cè)試結(jié)果如表4所示。表中：X0表示沒(méi)有安裝給濕裝置的對(duì)照組；X1、X2、X3分別表示安裝15、20、25 mm直徑導(dǎo)紗輪給濕裝置的試驗(yàn)組。

表4中數(shù)據(jù)可知：15、20、25 mm直徑導(dǎo)紗輪均可明顯降低紗線毛羽，對(duì)于14.6 tex精梳棉紗來(lái)說(shuō)，15、20、25 mm直徑導(dǎo)紗輪分別將S3降低27.4%、30.1%、35.9%；對(duì)于19.5 tex精梳棉紗，15、20、25 mm直徑導(dǎo)紗輪分別將S3降低30.6%、37.1%、41.1%。隨著導(dǎo)紗輪直徑變大，對(duì)成紗毛羽的減少作用越明顯。

表4 管紗S3測(cè)試結(jié)果Tab.4 S3 hairiness results of bobbins

注：“—”表示X0作為對(duì)照組無(wú)減少率。

4.4 筒紗毛羽對(duì)比

為測(cè)量紗線在絡(luò)筒后的毛羽變化情況，絡(luò)筒后紗線(14.6 tex)的S3測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 筒紗S3測(cè)試結(jié)果Tab.5 S3 hairiness results of cones

注：“—”表示X0作為對(duì)照組無(wú)減少率。

絡(luò)筒之后，紗線毛羽均有明顯增多，但加裝給濕裝置的紗線毛羽仍明顯少于對(duì)照組，由表5可知，15、20、25 mm直徑導(dǎo)紗輪分別將14.6 tex精梳棉筒紗S3降低32.1%、37.4%、41.6%，降低水平與管紗接近。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)在前羅拉鉗口和導(dǎo)紗鉤之間的低捻段加裝接觸式給濕裝置，使未被捻入紗線內(nèi)的毛羽潤(rùn)濕，紗線通過(guò)導(dǎo)紗輪這個(gè)接觸點(diǎn)時(shí)，毛羽受到外部力量的作用，貼伏在紗線表面，進(jìn)入高捻段后，紗線會(huì)進(jìn)一步加捻收緊，紗線表面的毛羽被捻入紗體內(nèi)部，從而起到減少毛羽的作用。

紡紗耗水量測(cè)試結(jié)果表明：相同紗線線密度條件下，隨導(dǎo)紗輪直徑增大，耗水量越多；同時(shí)，紗線線密度增大也會(huì)增加紡紗耗水量。紗線毛羽測(cè)試結(jié)果表明：25 mm直徑導(dǎo)紗輪的給濕裝置減少毛羽效果最好，14.6 tex精梳棉管紗3 mm及以上有害毛羽減少35.9%，19.5 tex精梳棉管紗有害毛羽減少41.1%。經(jīng)絡(luò)筒后14.6 tex精梳棉筒紗有害毛羽較未加裝給濕裝置的情形減少41.6%，因此，給濕助紡方法對(duì)于管紗和筒紗的毛羽下降都有著較顯著的效果。

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