精梳落毛轉(zhuǎn)杯紡紗主要元件的組合優(yōu)化

秦彩霞，李 龍

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

羊毛是高檔的紡織原料。據(jù)報道，我國70%的羊毛纖維需要進口[1]，作為世界上最大的紡織品生產(chǎn)國[2]，原料短缺是現(xiàn)實，這就要求企業(yè)開源的同時要節(jié)流。我國毛紡行業(yè)每年產(chǎn)生大量的精梳短毛纖維，如何讓下腳料纖維成為一種新的紡紗資源，降低成本，是企業(yè)共同關(guān)注的話題。由于轉(zhuǎn)杯紡對原料適用范圍廣，對含雜、纖維長度要求低，對廢舊纖維紡紗有很好的適用性[3]，為企業(yè)回收利用精梳短毛提供了思路。目前，利用棉紡設(shè)備轉(zhuǎn)杯紡紗機紡制棉與非棉型纖維(如毛、麻、絲類纖維以及其下腳料) 混紡紗線的工藝已日趨成熟[4]，王俊英等[5]在TQF268轉(zhuǎn)杯紡紗機上試紡了精梳落毛/棉50/50的58.3 tex的混紡轉(zhuǎn)杯紗；楊玉廣等[6]在R35轉(zhuǎn)杯紡紗機上開發(fā)了滌/毛混紡轉(zhuǎn)杯針織紗；周衛(wèi)忠[7]利用轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)開發(fā)了低毛半精紡色紡紗線。目前，尚未有精梳落毛纖維的轉(zhuǎn)杯純紡紗的研究報道，且對紡紗元件的優(yōu)化研究也較少。本文在確定精梳落毛紡紗工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過比較紗線綜合性能對分梳輥和假捻盤類型的組合進行了優(yōu)化，為精梳落毛回收利用提供了基礎(chǔ)性技術(shù)參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

精梳落毛來源于精梳毛紡工藝中從毛條制造或條染復(fù)精梳工藝中的落毛。實驗所用的精梳落毛纖維平均長度為30.57 mm、長度離散為41.57%、平均纖維細度為15.24 μm、細度離散為16.28%。

1.2 紡紗工藝及措施

1.2.1 工藝流程

精梳落毛纖維→除雜→和毛加油→悶毛→梳理成條→轉(zhuǎn)杯紡紗。

1.2.2 工藝措施

除雜：精梳落毛雜質(zhì)較多，糾纏成團，需要人工進行初步除雜，將雜質(zhì)及糾纏成團的纖維去除。

加和毛油：精梳落毛纖維長度離散大，抱合力差，在梳理和紡紗過程中，承受自身以及高速旋轉(zhuǎn)部件的摩擦，導(dǎo)致大量的靜電產(chǎn)生，致使纖維受到二次損傷。和毛油劑具有潤滑性，在精梳落毛纖維中加入和毛油劑，可有效減少纖維與被接觸部件之間的摩擦，盡量克服靜電的產(chǎn)生，有效增強纖維間的抱合力，減少飛毛飛花的產(chǎn)生，以保證成條順利進行。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗可知，在紡純羊毛紗工藝中一般控制羊毛纖維的含油率在1.0%～1.5%[8]，由于精梳落毛在先前的生產(chǎn)中已添加過和毛油，為保證成條的順利進行還需要添加和毛油劑，本文和毛油工藝配方為：和毛油1.0%，柔順劑0.8%，油水比1∶8，將其裝入噴壺混合，均勻地噴灑在所稱取的精梳落毛纖維上。

悶毛：為確保和毛油劑充分滲透到纖維內(nèi)部，使成條順利進行，將加和毛油后的精梳落毛纖維密封保存24 h，以供下道工序使用。

梳理：由于精梳落毛纖維長度與棉纖維相近，因此選用蓋板式梳棉機進行梳理。將悶好的精梳落毛纖維在DHUA201型梳棉機上進行梳理。選擇錫林轉(zhuǎn)速504 r/min，刺輥轉(zhuǎn)速564.48 r/min，道夫轉(zhuǎn)速23 r/min，最終毛條重為13.8 g/(5 m)。

轉(zhuǎn)杯紡紗：目前精梳落毛轉(zhuǎn)杯紗還未見成熟的工藝，因此需要進行試紡。經(jīng)過多次調(diào)整，最終確定紡紗工藝參數(shù)為：引紗速度54 m/min，喂紗速度123 cm/min，轉(zhuǎn)杯速度44 500 r/min，左右分梳輥速度5 000 r/min，橫動速度12.96 Hz，齒輪比120，喂棉時間0.20 s，絡(luò)筒時間0.36 s，牽伸倍數(shù)43.9，細紗線密度60 tex，轉(zhuǎn)杯類型為T型，卷繞角為33°。

1.3 紡紗元件的選擇

轉(zhuǎn)杯的直徑選擇：為了降低動力消耗，一般小直徑轉(zhuǎn)杯要選擇高的轉(zhuǎn)杯速度，大直徑轉(zhuǎn)杯要選擇低的轉(zhuǎn)杯速度[9]。根據(jù)RFRS30型紡紗機使用說明可知，當轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速在41000～65 000 r/min時，轉(zhuǎn)杯直徑為50 mm；根據(jù)所紡原料的長度合理的配置轉(zhuǎn)杯直徑，一般要求纖維長度要小于轉(zhuǎn)杯直徑，否則在實際生產(chǎn)中容易產(chǎn)生纖維纏繞。本文實驗所用的纖維平均長度為30.57 mm，綜上所述選擇直徑為50 mm的紡紗杯。

1.3.1 分梳輥選擇

分梳輥的作用主要是將纖維再次分解，不但要保證分解梳理效果，而且要減小對纖維的損傷，同時還起到排除雜質(zhì)、利于纖維轉(zhuǎn)移的作用[9]。實驗所用的精梳落毛纖維長度較短、長度整齊度差，本文分別選用OK40、OK37和OS21型分梳輥進行實驗。

1.3.2 假捻盤選擇

實驗選用光滑假捻盤、4槽假捻盤、盤香式陶瓷假捻盤進行紡紗實驗。

2 紗線性能測試

2.1 條干測試

采用GT200條干均勻度分析儀，根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法 第 1部分：電容法》測試條干、粗節(jié)、細節(jié)、毛粒等指標。

2.2 拉伸性能測試

根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，利用YG063T型全自動單紗強力儀測試紗線的拉伸性能指標。測試條件：拉伸速度500 mm/min，隔距500 mm，預(yù)加張力0.5 cN/tex。

2.3 毛羽測試

根據(jù)FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》，利用YG172 A型紗線毛羽測試儀測試毛羽指數(shù)。

以上測試均在標準測試環(huán)境下進行：溫度(20±2)℃；相對濕度65%±3%。

3 結(jié)果與分析

在精梳落毛轉(zhuǎn)杯紡的試紡過程中發(fā)現(xiàn)分梳輥和假捻盤是2個重要的紡紗元件，因此采用多目標模糊決策方法(Borda數(shù)法和密切值法)和模糊聚類分析方法[10]相結(jié)合的處理方法優(yōu)選出最佳分梳輥和假捻盤2個紡紗元件的組合。根據(jù)實驗所選3種分梳輥型號和3種假捻盤型號，將其兩兩組合成9種方案。9種方案指標測試結(jié)果見表1。表中的權(quán)系數(shù)ωj是根據(jù)專家對各指標的權(quán)重分配數(shù)據(jù)加以平均而確定的[11]。

3.1 Borda數(shù)法模糊決策

設(shè)論域U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9}；團體X={條干，細節(jié)，粗節(jié)，毛粒，斷裂強力，強力不勻，斷裂伸長率，伸長不勻，毛羽指數(shù)}；各方案的Borda數(shù)見表2。其中Bi(X)表示在從優(yōu)到劣的排序Li中后于X的元素個數(shù)，B(X)表示各方案的Borda數(shù)。

表1 9種方案指標測試結(jié)果

表2 各方案的Borda數(shù)

由表2可知，根據(jù)Borda數(shù)的大小得到排序結(jié)果為：U4>U8>U5>U2>U1>U9>U6>U3>U7,即紗線綜合性能從優(yōu)到劣元件組合方案次序為：方案4>方案8>方案5>方案2>方案1>方案9>方案6> 方案3 >方案7。

3.2 密切值法模糊決策

設(shè)決策點集U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9}；指標集S={條干，細節(jié)，粗節(jié)，毛粒，斷裂強力，強力不勻，斷裂伸長率，伸長不勻，毛羽值數(shù)}，各方案密切值見表3。表中di+和di-分別表示各評價對象到“最優(yōu)點”和“最劣點”的距離，Ci表示各方案密切值。

由表3可知，根據(jù)密切值的大小得到排序結(jié)果為：U4>U5>U8>U2>U6>U9>U7>U3>U1，即紗線性能從優(yōu)到劣的元件組合次序為：方案4>方案5>方 案8>方案2>方案6方案9>方案7>方案3>方案1。

表3 各方案密切值

由以上研究可知，Borda數(shù)法和密切值法2種模糊決策結(jié)果對分梳輥和假捻盤組合的排序并不完全一致。要探究排序不一致的分梳輥和假捻盤組合是否屬于一類，還需用模糊聚類分析方法進一步分析。

3.3 模糊聚類分析

設(shè)論域U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9}；指標集S={條干，細節(jié)，粗節(jié)，毛粒，斷裂強力，強力不勻，斷裂伸長率，伸長不勻，毛羽值數(shù)}。

求得等價關(guān)系矩陣R*，利用等價關(guān)系矩陣R*進行聚類，模糊聚類結(jié)果見表4。

模糊聚類的分類結(jié)果由閾值λ決定，選取一個合理的閾值水平，可將有代表性的分為一類。閾值取值越大，分類越嚴格。但每個方案將單獨成一類,則聚類無意義，閾值越小，分類越模糊，則聚類不明顯[12]。綜合考慮，選擇λ=0.738，模糊聚類結(jié)果分析見表5。

表4 模糊聚類結(jié)果分析

表5 模糊聚類結(jié)果分析

由表5可知，分梳輥、假捻盤綜合性能從優(yōu)到劣的分類順序為：{4，5}，{8，2}，{6}，{9}，{3}，{7}，{1}，即：方案4，方案5>方案8，方案2>方案6> 方案9>方案3>方案7>方案1。

由以上聚類分析可以得出：4槽假捻盤組合優(yōu)于其他類型的假捻盤組合，OK40型分梳輥組合優(yōu)于其他類型的分梳輥組合，且4槽假捻盤+OK40分梳輥和光滑假捻盤+OK40分梳輥2種組合的紗線綜合性能最優(yōu)，且它們各自性能指標相差不大，可以歸為一類；4槽假捻盤+OS21分梳輥和4槽假捻盤+OK37分梳輥2種組合紗線綜合性能次之，且它們各自性能指標相差不大，可以歸為一類。綜合比較所紡紗線的各項性能，4槽假捻盤+OK40分梳輥組合的紗線性能優(yōu)于其他方案，因此，選用最優(yōu)紡紗元件組合為OK40分梳輥和4槽假捻盤。

用齒距較小的OK40型分梳輥，其齒密較大，在分梳過程中每根纖維所受梳理齒數(shù)多，有利于對精梳落毛纖維的分解和梳理，且OK40型分梳輥工作角相對較小，齒尖較薄，能夠刺入毛條深處，有效地排除纖維中的雜質(zhì)。

在紡紗過程中，假捻盤對高速回轉(zhuǎn)的紗條摩擦產(chǎn)生假捻作用，可增強紡紗段強力，減少斷頭的產(chǎn)生。在精梳落毛纖維的紡紗實驗過程中發(fā)現(xiàn)，刻槽假捻盤對原料的適用性廣，加捻作用更強，選用4槽假捻盤，能夠有效增強紡紗段強力，降低紡紗斷頭，與光滑假捻盤和盤香式陶瓷假捻盤斷頭率相比其斷頭率最低。

4 結(jié)束語

通過控制回潮率及和毛油加入量，在梳棉機上實現(xiàn)了精梳落毛的梳理制條，經(jīng)過多次調(diào)整參數(shù)，在RFRS30轉(zhuǎn)杯紡紗機上紡出了精梳落毛純紡紗。在試紡的基礎(chǔ)上，以紗線質(zhì)量的各項性能為評價指標，采用多目標模糊決策方法和模糊聚類分析方法相結(jié)合的處理方法對紡紗元件進行優(yōu)選，最終優(yōu)選出的最佳紡紗元件組合為OK40分梳輥和4槽加捻盤。