基于大直徑軟膠輥的細(xì)紗牽伸機(jī)制及其應(yīng)用效果

魏艷紅， 謝春萍， 劉新金， 蘇旭中， 殷高偉

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122；2. 江蘇格羅瑞節(jié)能科技有限公司， 江蘇 無錫 214199)

高效工藝是指高效率、高效益、高效能的紡紗工藝[1]。細(xì)紗大牽伸是紡紗工藝高效化發(fā)展的趨勢，以“前紡重定量，細(xì)紗大牽伸”為核心的高效工藝，可最大限度地發(fā)揮設(shè)備潛力，達(dá)到高速，高效，少用工，低能耗，降低生產(chǎn)成本的目的。要滿足高效工藝和高品質(zhì)成紗的要求，須依靠新型器材、優(yōu)化工藝和良好的管理模式?！熬o隔距、重加壓、強(qiáng)控制”是目前細(xì)紗大牽伸的基本工藝路線。從工藝上不講，增加搖架壓力是大牽伸的必要措施之一，但是重加壓往往會造成牽伸力與握持力呈不穩(wěn)定的極限牽伸狀態(tài)，生產(chǎn)中易產(chǎn)生粗節(jié)甚至是“出硬頭”等疵點(diǎn)，影響成紗質(zhì)量[2]。同時隨著搖架壓力的增加，也增加能源的消耗，對生產(chǎn)成本不利，因此，研究輕壓力條件下的細(xì)紗大牽伸紡紗，保證成紗質(zhì)量水平優(yōu)于現(xiàn)有水平是今后的發(fā)展趨勢，也符合節(jié)能減排要求。

在細(xì)紗牽伸區(qū)，本文將前膠輥采用大直徑、窄寬度、軟膠輥，中上膠輥使用丁腈橡膠膠輥代替MR碳纖輥，配合輕加壓工藝路線，紡制了不同線密度的紗線。分析了細(xì)紗大直徑軟膠輥的牽伸機(jī)制與應(yīng)用效果，以及其對成紗質(zhì)量的影響，期望可為細(xì)紗大牽伸紡紗提供參考。

1 細(xì)紗大直徑軟膠輥牽伸機(jī)制

1.1 細(xì)紗大直徑膠輥的摩擦力界分布

在硬度穩(wěn)定基礎(chǔ)上適當(dāng)增大膠輥直徑，可以增加膠輥的彈性，減少受壓變形，增大與羅拉的弧形接觸面積，縮小浮游區(qū)長度，使變速點(diǎn)向前鉗口集中。膠輥前沖包圍弧相對較大，有利于減小加捻三角區(qū)長度，降低細(xì)紗斷頭。大直徑膠輥的散熱、吸振性能和彈性恢復(fù)性好，可延長回磨周期和使用周期。目前許多廠家生產(chǎn)的前膠輥直徑都有增大的趨勢，如瑞士立達(dá)細(xì)紗機(jī)G32的前膠輥直徑為32 mm。在牽伸過程中，通過合理設(shè)置摩擦力界，可實(shí)現(xiàn)對纖維的有效控制，從而改善細(xì)紗條干均勻度[3]。

圖1示出羅拉鉗口握持下紗條的縱向壓力分布曲線。P為膠輥對須條的壓力，當(dāng)膠輥與羅拉垂直接觸時，此時沿膠輥、羅拉中心線O1O2上纖維間的壓力最大，纖維間相對滑移時產(chǎn)生的摩擦力最大，而兩側(cè)的摩擦力逐漸減少，如圖中的曲線s1所示。膠輥直徑增大時，在相同的壓力P下，膠輥與羅拉的接觸面積增大，摩擦力界分布曲線為曲線s2，摩擦力界分布的長度擴(kuò)大，峰值降低， 因此，采用大直經(jīng)膠輥可以加強(qiáng)對浮游纖維的有效控制。

圖1 羅拉鉗口握持下紗條的縱向壓力分布曲線

1.2 細(xì)紗軟膠輥的應(yīng)用機(jī)制

自20世紀(jì)50年代后，期我國開始使用合成橡膠膠輥代替牛皮皮輥。最初，為防止膠輥偏心，膠輥的硬度比較高。經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)降低膠輥硬度可提高成紗條干。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，棉紡細(xì)紗軟膠輥應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成熟，國內(nèi)外高彈性、低硬度、高耐壓、高耐磨、表面不處理或處理、壓配式鋁襯膠輥已大量生產(chǎn)，如INARCO膠輥(印度阿姆斯壯公司生產(chǎn))、無錫二橡膠WRC系列、無錫蘭翔LXC系列膠輥等，都相繼推出邵氏硬度65的軟膠輥。

軟膠輥應(yīng)用在環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)牽伸裝置前上羅拉，通過改善牽伸羅拉鉗口對紗條的握持力來改善條干均勻度，提高成紗質(zhì)量。

軟膠輥在加壓作用下與溝槽羅拉形成準(zhǔn)嚙合傳動狀態(tài)，組成的鉗口線相對比較寬，縱向握持須條長度長，使鉗口線向兩端延伸，前鉗口線前沖，后端后移。前沖有利于縮短加捻三角區(qū)長度，縮小弱捻區(qū)，降低細(xì)紗斷頭率和減少毛羽。鉗口線后端后移縮短了浮游區(qū)長度，加強(qiáng)了對浮游纖維的控制。此外，軟膠輥的動摩擦因數(shù)較大，顯著增強(qiáng)前羅拉鉗口對須條的握持性能，從而有利于改善條干均勻度。

不同硬度羅拉鉗口處紗條內(nèi)橫向壓力分布如圖2所示?？梢钥闯觯焊哂捕饶z輥的鉗口處紗條橫向壓力中間大、兩邊小，因此紗條兩側(cè)纖維不能很好地被控制[4]；軟膠輥的包覆彈性層變形較大，紗條可完全被膠輥包覆，橫向握持須條寬度寬、均勻，對兩側(cè)邊緣纖維控制能力強(qiáng)，有利于減少纖維散失、飛花，能明顯改善條干均勻度和毛羽。軟膠輥彈性好、變形較大、吸振能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使鉗口動態(tài)握持力相對比較穩(wěn)定，前后移動小。羅拉鉗口線移動是影響成紗條干不勻的主要原因之一。用極差系數(shù)表示不勻率，其計算公式如下：

式中：l0為羅拉鉗口線移動距離，mm；l1為羅拉周長,1 mm；b為牽伸倍數(shù)。

圖2 羅拉鉗口下紗條內(nèi)橫向壓力分布

由公式可見：成紗條干不勻率隨羅拉鉗口線移動距離增大而增大；與牽伸倍數(shù)成正比關(guān)系，牽伸倍數(shù)越大，羅拉偏心、彎曲產(chǎn)生的機(jī)械不勻率越大[5]。

使用軟膠輥可以適度減輕羅拉加壓，有利于節(jié)能減耗，減輕牽伸系統(tǒng)負(fù)荷，減少羅拉彎曲、振動、軸承與羅拉損傷，延長搖架的使用壽命，降低生產(chǎn)成本，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。

2 紡紗試驗(yàn)

2.1 膠輥的選擇

相關(guān)資料[6]表明,目前國產(chǎn)軟膠輥的沖擊彈性的平均水平在32%～35%之間(這是在膠輥橡膠層單邊厚度為6～10 mm的測試條件下測量出的結(jié)果)，而進(jìn)口軟膠輥的沖擊彈性的平均水平在40%左右，沖擊彈性越高，彈性恢復(fù)時間越短，膠輥越不易出現(xiàn)疲勞變形。本文試驗(yàn)細(xì)紗前膠輥采用INARCO品牌的膠輥。

2.2 粗紗定量

普梳純棉粗紗定量為8.5 g/(10 m)，粗紗捻系數(shù)為113；精梳純棉粗紗定量為6.0 g/(10 m)，粗紗捻系數(shù)為120。

2.3 試驗(yàn)方案

在DTM129型細(xì)紗機(jī)上，牽伸元件前膠輥利用INARCO大直徑軟膠輥，尺寸規(guī)格為φ19 mm×φ36.5 mm×20 mm，邵氏硬度65，中上膠輥采用低硬度丁腈橡膠膠輥代替MR碳纖輥，上銷架構(gòu)為RS-6939AS 直板上銷，1218A下銷，并配以配套的上膠圈，具體見圖3。傳統(tǒng)牽伸元件前膠輥為 LXC-966A，尺寸規(guī)格為φ19 mm×φ30 mm×28 mm，邵氏硬度65，中上膠輥為MR碳纖輥，SX2-6833普通上銷。分別紡不同線密度的細(xì)紗，如C18.2 tex(C表示普梳，后同)、賽絡(luò)紡C27.8 tex、賽絡(luò)紡 C32.4 tex；賽絡(luò)紡JC18.2 tex(JC表示精梳，后同)、賽絡(luò)紡JC22.4 tex、賽絡(luò)紡JC27.8 tex，研究在2種不同配置條件下，細(xì)紗牽伸倍數(shù)對成紗質(zhì)量的影響。

圖3 牽伸元件配置

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 2種牽伸元件配置分析

傳統(tǒng)牽伸元件中上膠輥使用的碳纖輥表面硬度大，在外力作用下不易變形，中間的纖維可得到有效控制，而兩側(cè)壓力小，邊延纖維易散失。采用軟膠輥代替碳纖膠，彈性變形大，纖維可被更多地包覆，橫向摩擦力界分布均勻[7]。采用碳纖輥與低硬度丁腈橡膠膠輥紗條橫向摩擦力分布如圖4所示。

圖4 紗條橫向摩擦力界分布

當(dāng)使用軟膠輥時，上下皮圈運(yùn)行的同步性提高，上膠圈滑溜率從6%降低到3%以內(nèi)。上膠圈滑溜率的計算公式如下：

式中：λ為上皮圈滑溜率，%；Vu為上皮圈平均表面速度，cm/min；Vd為下皮圈平均表面速度，cm/min。通過記錄上、下皮圈每轉(zhuǎn)5轉(zhuǎn)所用的時間，可分別測出上、下皮圈的表面速度。

3.2 細(xì)紗大直徑軟膠輥工藝配置

在使用大直徑、軟膠輥、輕壓力配置時，要對主牽伸區(qū)的中上膠輥、上銷、膠圈適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整羅拉隔距、鉗口隔距[8]。中上膠輥采用低硬度丁腈橡膠膠輥代替MR碳纖輥，與中羅拉形成柔性接觸，為適應(yīng)前膠輥直徑的增大，保證牽伸力與握持力相匹配，中上膠輥與上膠圈直徑也相應(yīng)加大，膠圈增至 43.3 mm，不同直徑的中上膠輥成紗數(shù)據(jù)見表1。

表1 不同直徑的中上膠輥成紗數(shù)據(jù)對比

注：所紡紗線為賽絡(luò)紡精梳紗。

對比表1中的數(shù)據(jù)看出，使用不同直徑的中上膠輥成紗質(zhì)量差異不大，但是在生產(chǎn)中由于前鉗口采用較大直徑的膠輥，中上膠輥直徑的選擇也需適當(dāng)，以便兼顧前中后鉗口壓力分配。中上膠輥使用較小的膠輥后，粗紗出現(xiàn)打扭、涌條等現(xiàn)象而不能正常生產(chǎn)；如使用直徑為28.2 mm的膠輥，有部分粗紗不能正常平行伸直，造成斷頭增加，影響成紗質(zhì)量。為節(jié)省器材，中上膠輥可使用前檔回磨過小的重新利用。中上膠輥選擇直徑為28.4～28.6 mm較為合適。

細(xì)紗前膠輥直徑的增大會產(chǎn)生反包圍弧，通過改用加長上銷(RS-6939AS)來緩解。RS-6939AS型上銷利用了混合型曲線牽伸原理，使前區(qū)形成曲線牽伸，縮短了浮游區(qū)長度，加強(qiáng)了中區(qū)上下膠圈對纖維的控制。加大握持距，一方面平衡主牽伸區(qū)牽伸力的增加，另一方面可以加大前膠輥的前沖量(前沖由2 mm調(diào)整為5 mm)，能有效縮小加捻三角區(qū)，達(dá)到減少毛羽增長、紗線斷頭，減輕壓力的目的。羅拉隔距由16 mm×44 mm調(diào)整為18 mm×46 mm，適當(dāng)加大羅拉隔距可以平衡粗紗大捻系數(shù)形成的大牽伸力，有利于捻回的重新分配。隔距塊適當(dāng)放大0.25～0.5 mm，前膠輥直徑增大后，如不放大隔距塊，可能會有隔距塊騰空不起作用的現(xiàn)象。

羅拉、鉗口隔距加大，膠輥直徑增大、寬度減小，增加了鉗口單位壓強(qiáng)，提高了膠輥與羅拉對纖維的控制力，使?fàn)可炝Υ蠓认陆?，為搖架壓力的減少創(chuàng)造了有利條件。壓力配置以膠輥握持力最小值大于牽伸力最大值為宜，前膠輥壓力可由140 N/雙錠降低為90 N/雙錠。搖架壓力減輕后每落紗用電量相應(yīng)減少，經(jīng)實(shí)際測量計算，生產(chǎn)JC32 tex每噸紗的耗電量可節(jié)約10%。

3.3 成紗質(zhì)量對比分析

紡賽絡(luò)紡細(xì)紗時使用相同中心距的喇叭口，采用新牽伸元件，2根粗紗經(jīng)后區(qū)牽伸后平行地進(jìn)入主牽伸區(qū)，2根粗紗間距始終為2 mm；而傳統(tǒng)牽伸粗紗經(jīng)后區(qū)到主牽伸出現(xiàn)分叉現(xiàn)象，2根粗紗間距由2 mm逐漸增大，進(jìn)入主牽伸區(qū)2根粗紗間距最大，為5 mm。這是因?yàn)橹猩夏z輥改用丁腈橡膠膠輥且直徑增加，延長了中鉗口線長度，增大了對紗條的握持力；此外，前膠輥直徑增大，降低了上下膠圈運(yùn)轉(zhuǎn)滑溜率，使紗條在膠圈中運(yùn)行的同步性高，這對減少意外牽伸改善成紗粗細(xì)節(jié)有利。

對細(xì)紗大直徑軟膠輥(新牽伸元件)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào)整后，紡制了不同品種和不同細(xì)度的細(xì)紗。表2示出利用2種牽伸元件紡不同線密度紗線的質(zhì)量數(shù)據(jù)。

表2數(shù)據(jù)顯示，同一配棉線密度越小(細(xì)紗牽伸倍數(shù)越大)，與傳統(tǒng)牽伸元件相比，使用新牽伸元件改善成紗質(zhì)量的效果越明顯，如賽絡(luò)紡為 JC27.8 tex、賽絡(luò)紡JC22.4 tex、賽絡(luò)紡JC18.2 tex成紗質(zhì)量對比；將新牽伸元件用在賽絡(luò)紡上比環(huán)錠紡上改善成紗質(zhì)量的幅度更大，如C18.2 tex與賽絡(luò)紡JC18.2 tex對比；配棉等級越差，新牽伸元件更能表現(xiàn)出優(yōu)勢，如賽絡(luò)紡C27.8 tex與賽絡(luò)紡JC27.8 tex對比。

大直徑軟膠輥牽伸使?fàn)可炝刂圃鰪?qiáng)，細(xì)紗的牽伸能力提升，因此對重定量粗紗、細(xì)紗大牽伸超大牽伸，賽絡(luò)紡更能體現(xiàn)它的優(yōu)越性能，可利用這些優(yōu)勢適當(dāng)降低配棉等級從而降低生產(chǎn)成本。但是紗線毛羽H值有所增加，其原因是軟膠輥?zhàn)冃瘟枯^大，使須條進(jìn)入前鉗口時的寬度增大，從而使成紗毛羽增多。為改善成紗毛羽，可通過加裝細(xì)紗集合器、采用SB-9A型 2.5 mm 小孔導(dǎo)紗鉤、加大粗紗捻系數(shù)、使用進(jìn)口鋼絲圈、調(diào)整鋼絲圈清潔器隔距減少鋼絲圈掛花等措施改進(jìn)[9]。適當(dāng)增加粗紗捻系數(shù)，不但可增加粗紗強(qiáng)力，還可減少退繞過程中的意外牽伸，依靠大捻系數(shù)產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力場控制纖維向前運(yùn)動不致橫向發(fā)散，使須條留有一定的捻度進(jìn)入牽伸區(qū)，有利于減少成紗毛羽。使用新牽伸元件粗紗捻系數(shù)可提高10%～20%，細(xì)紗也不會有出硬頭的現(xiàn)象。通過以上措施，賽絡(luò)紡JC18.2 tex成紗毛羽H值由3.62可以降至3.24。

表2 傳統(tǒng)牽伸元件與新牽伸元件生產(chǎn)不同品種成紗數(shù)據(jù)對比

3.4 細(xì)紗特殊機(jī)械波的改善

使用傳統(tǒng)牽伸元件紡紗尤其精梳品種，當(dāng)粗紗捻系數(shù)過度加大，會增加中鉗口從后區(qū)抽拔纖維與控制前區(qū)慢速纖維的雙重壓力[10]。如果粗紗捻度與細(xì)紗牽伸工藝配置不當(dāng)，易產(chǎn)生如圖5(a)所示的特殊機(jī)械波，經(jīng)推算大概在粗紗1 cm處。

圖5 細(xì)紗機(jī)械波圖

產(chǎn)生這種特殊機(jī)械波其表面原因是粗紗捻度過大，實(shí)際原因是細(xì)紗牽伸倍數(shù)接近臨界牽伸倍數(shù)與牽伸機(jī)構(gòu)不適應(yīng)所致；現(xiàn)用國產(chǎn)細(xì)紗機(jī)本身牽伸機(jī)構(gòu)不夠穩(wěn)定、細(xì)紗牽伸部件不規(guī)范等誘發(fā)。當(dāng)細(xì)紗后區(qū)牽伸倍數(shù)較小時，加大粗紗捻系數(shù)或減小上銷鉗口隔距都會導(dǎo)致此類機(jī)械波的產(chǎn)生。嚴(yán)重時機(jī)械波波幅超 3.0 cm 以上，條干CV值比正常高1個百分點(diǎn)以上。

牽伸力與牽伸倍數(shù)的關(guān)系見圖6。Ec為臨界牽伸倍數(shù)，在Ec處牽伸力最大。當(dāng)牽伸倍數(shù)小于Ec，隨著牽伸倍數(shù)的增大，牽伸力也逐漸增大，二者成線性關(guān)系，在此區(qū)域內(nèi)主要是纖維伸直或須條的彈性伸長；當(dāng)牽伸倍數(shù)接近Ec時，牽伸力與牽伸倍數(shù)基本上符合拋物線關(guān)系，快、慢速纖維間產(chǎn)生微量相對位移，牽伸倍數(shù)過了臨界牽伸區(qū)，牽伸力與牽伸倍數(shù)基本上符合冪函數(shù)關(guān)系。在臨界牽伸附近，牽伸過程較復(fù)雜，牽伸力波動較大。在實(shí)際牽伸中，應(yīng)避開臨界牽伸區(qū)域，以免影響浮游纖維運(yùn)動。

圖6 牽伸力與牽伸倍數(shù)的關(guān)系

在細(xì)紗其他工藝參數(shù)及牽伸部件不變的前提下，加大細(xì)紗后區(qū)牽伸倍數(shù)與降低粗紗捻系數(shù)相結(jié)合可降低或消除此類特殊機(jī)械波，但是工藝不當(dāng)會影響車間生產(chǎn)與產(chǎn)品質(zhì)量。表3示出利用不同工藝和牽伸元件生產(chǎn)的JC18.2 tex質(zhì)量數(shù)值。

表3數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)使用傳統(tǒng)牽伸元件時，后區(qū)牽伸倍數(shù)由1.21增加到1.25，同時粗紗捻系數(shù)由120降至110時，可以消除此類機(jī)械波，但成紗條干明顯惡化。使用新牽伸元件盡管細(xì)紗選擇較小的后區(qū)牽伸倍數(shù)(1.21倍)與較大的粗紗捻系數(shù)(130)時，沒有機(jī)械波產(chǎn)生(見圖5(b))，因此采用新的牽伸元件配置不僅可有效解決此類特殊細(xì)紗機(jī)械波，同時還可改善產(chǎn)品質(zhì)量。

表3 利用不同工藝和牽伸元件生產(chǎn)的JC18.2 tex質(zhì)量數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

為更好地握持紗體，將前區(qū)牽伸膠輥硬度從邵氏硬度85降到目前的65甚至是63，由線握持到一定寬度的面握持，可改善橫向握持度，增強(qiáng)對三角區(qū)纖維的有效控制。采用大直徑、軟膠輥、窄寬度、輕加壓等特征的牽伸區(qū)元件配置，與羅拉溝槽形成了準(zhǔn)嚙合傳動，可實(shí)現(xiàn)輕加壓重握持，達(dá)到重加壓條件下的成紗質(zhì)量效果，改變了大牽伸必須重加壓的局面，減輕了羅拉負(fù)荷，延長了牽伸與搖架加壓元件的使用壽命，同時膠輥的變形量減小，彈性恢復(fù)時間短，中凹現(xiàn)象得到改善，延長了膠輥的使用壽命，減少了紗線質(zhì)量波動，達(dá)到了提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。