壓紗盤對(duì)賽絡(luò)紡紗線的自適應(yīng)集聚調(diào)控研究

許 多 范 航 徐衛(wèi)林 倪俊龍 劉可帥

（1.武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200；2.安徽華茂紡織股份有限公司，安徽安慶，246018）

賽絡(luò)紡紗技術(shù)由于其紗線結(jié)構(gòu)良好、質(zhì)量?jī)?yōu)異、生產(chǎn)技術(shù)較成熟，因而被廣泛應(yīng)用于棉紡紗線的生產(chǎn)中。但由于高品質(zhì)賽絡(luò)紡紗線占比較小，因而制約了賽絡(luò)紡紗技術(shù)的發(fā)展[1]。劉可帥等[2]通過(guò)研究成紗三角區(qū)中纖維高速內(nèi)外轉(zhuǎn)移機(jī)制，發(fā)明了“預(yù)集聚+槽輪集聚+壓紗盤集聚”半開(kāi)放串聯(lián)式的新紡紗工藝，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、有序地分層集聚調(diào)控纖維成紗的規(guī)?；a(chǎn)。余豪等[3]研究了動(dòng)態(tài)槽輪集聚纖維成紗的力學(xué)特征和規(guī)律，歸納了其最優(yōu)紡紗工藝；劉可帥等[4]探究了集聚壓紗盤結(jié)構(gòu)對(duì)成紗質(zhì)量的影響，但是壓紗盤配重載荷對(duì)纖維的自適應(yīng)調(diào)控行為沒(méi)有深入研究。

為了探究集聚壓紗盤載荷與紗線運(yùn)動(dòng)特征的適配規(guī)律，以提高賽絡(luò)紡成紗質(zhì)量，形成外緊內(nèi)松的分層紗線結(jié)構(gòu)，因此研究了集聚壓紗盤自適應(yīng)作用原理及其力學(xué)模型，并且采取多組不同載荷壓紗盤的對(duì)照性紡紗試驗(yàn)，對(duì)比分析了其遞進(jìn)載荷對(duì)賽絡(luò)紡成紗質(zhì)量和紗線結(jié)構(gòu)的影響。

1 集聚壓紗盤自適應(yīng)作用原理

如圖1所示，在加捻三角區(qū)前端安裝下桿，其集聚壓紗盤組裝在下桿上端，與下桿協(xié)同作用于成紗段，紗線從下桿和集聚壓紗盤接觸的縫隙中通過(guò)，從而自適應(yīng)調(diào)節(jié)成紗狀態(tài)。

圖1 集聚壓紗盤裝置示意圖

集聚壓紗盤能有效適配紗條的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)紗條某一處纖維集聚時(shí)，容易產(chǎn)生粗節(jié)、棉結(jié)，因此其集聚點(diǎn)動(dòng)能沖量增加，對(duì)壓紗盤形成反作用力，造成壓紗盤沿垂直方向上運(yùn)動(dòng)以調(diào)整接觸模式，緩釋纖維集聚點(diǎn)的動(dòng)能沖量，來(lái)適應(yīng)紗條運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，集聚壓紗盤表面與紗線的接觸面積將會(huì)減少，由壓強(qiáng)公式（1）可知，壓紗盤對(duì)纖維集聚處將產(chǎn)生更大載荷力P，促使此處纖維分散、剝離、重新纏繞紗體表面，避免其纖維集聚形成粗節(jié)、棉結(jié)，改善了成紗條干均勻度[5]。

式中：P為集聚壓紗盤對(duì)紗線的載荷；k為壓紗盤的作用系數(shù)；G1為集聚壓紗盤配重；S為纖維與集聚壓紗盤的接觸面積。

裸露纖維在壓紗盤集聚作用下被重新捻入紗體，成紗毛羽得到控制，紗線纖維強(qiáng)力利用率有效提高，所紡紗線的強(qiáng)力性能也將得到改善。

如圖2所示，對(duì)集聚壓紗盤所作用紗線進(jìn)行受力分析可得：

式中：T為纖維在集聚點(diǎn)O所受的作用力；m為集聚點(diǎn)纖維的質(zhì)量；l為纖維伸出長(zhǎng)度；v為纖維捻回速度；fm為纖維滑動(dòng)摩擦力；μ為纖維摩擦因數(shù)；N為纖維對(duì)集聚點(diǎn)O的作用力；y為紗線直徑；G2為毛羽質(zhì)量。

由公式（2）和公式（3）可得出：

圖2集聚壓紗盤自適應(yīng)行為原理示意圖

根據(jù)方程（4）可以推出，纖維在集聚點(diǎn)O動(dòng)能沖量與壓紗盤對(duì)纖維作用效率的協(xié)同程度，成為了集聚壓紗盤自適應(yīng)行為對(duì)調(diào)控成紗質(zhì)量影響的關(guān)鍵因素。

2 試驗(yàn)部分

2.1 紗線制備

為初步探究集聚壓紗盤自適應(yīng)行為對(duì)賽絡(luò)紡紗線性能的改善，對(duì)不同配重集聚壓紗盤所紡6組賽絡(luò)紡紗線進(jìn)行分析。其中集聚壓紗盤直徑為18 mm，其配重分別為1 g、2 g、3 g、4 g和5 g。

在JWFA 1520型細(xì)紗機(jī)上選取同錠紡制純棉18 tex賽絡(luò)紡紗線，每錠紡制6組管紗。其中細(xì)紗機(jī)工藝參數(shù)：錠速15 000 r/min，粗紗定量4.5 g/10 m，前羅拉線速度15.3 m/min，鉗口隔距2.5 mm，捻系數(shù)300，后區(qū)牽伸1.3倍，鋼絲圈型號(hào)W321-40，鋼領(lǐng)型號(hào)PG1-4054。

2.2 紗線性能測(cè)試

使用iphone 8前置相機(jī)對(duì)6組賽絡(luò)紡紗線成紗三角區(qū)進(jìn)行拍攝；使用奧林巴斯PM 4000型光學(xué)顯微鏡儀對(duì)紗線的表觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍攝；根據(jù)FZ/T 01086—2000《紗線毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》使用H 400型毛羽儀測(cè)試紗線的毛羽性能；根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紗線條干不勻試驗(yàn)方法電容法》使用USTER Tester 5型條干均勻度儀測(cè)試紗線的條干性能；根據(jù)GB/T 3916—2013《單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》使用YG063c型單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線的強(qiáng)伸性能。

3 分析與討論

3.1 成紗三角區(qū)形態(tài)

圖3為不同質(zhì)量集聚壓紗盤對(duì)賽絡(luò)紡成紗三角區(qū)形態(tài)的影響。在無(wú)集聚壓紗盤（即0 g）狀態(tài)下，觀察不到成紗三角區(qū)。隨著集聚壓紗盤配重載荷增加，賽絡(luò)紡成紗三角區(qū)逐漸變大，使用5 g壓紗盤紡紗時(shí)的成紗三角區(qū)最大。這說(shuō)明了壓紗盤對(duì)成紗產(chǎn)生了阻捻作用，其過(guò)大載荷直接影響了紗線的捻度傳遞[6]。但采用2 g～4 g壓紗盤的成紗三角區(qū)結(jié)構(gòu)差距不大，反應(yīng)了壓紗盤的自適應(yīng)調(diào)控行為：在有效載荷下，集聚壓紗盤會(huì)適配成紗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，調(diào)節(jié)成紗三角區(qū)形態(tài)。

圖3 不同質(zhì)量集聚壓紗盤所紡紗線的成紗三角區(qū)

3.2 紗線表觀結(jié)構(gòu)

不同載荷壓紗盤所紡賽絡(luò)紡紗線的表觀形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 不同質(zhì)量集聚壓紗盤所紡紗線的結(jié)構(gòu)圖

由圖4可知，其中未加壓紗盤的紗線毛羽明顯多，其表面纖維裸露在外，并未卷入紗線主體；采用壓紗盤所紡紗線的表面明顯緊密、平整，1 g～4 g壓紗盤所紡紗線毛羽明顯減少，在壓紗盤集聚作用下重新捻入紗線中；而5 g壓紗盤所紡紗線毛羽再次增多，由于其質(zhì)量過(guò)大使其喪失自適應(yīng)行為，導(dǎo)致纖維無(wú)法充分內(nèi)外轉(zhuǎn)移，對(duì)紗線造成惡性阻捻，成紗三角區(qū)拉大，邊緣纖維發(fā)生斷裂[7]。

3.3 紗線毛羽性能

紗線毛羽測(cè)試結(jié)果如表1所示。由表1可見(jiàn)，集聚壓紗盤能有效減少紗線毛羽。

表1 紗線毛羽測(cè)試結(jié)果

相比普通賽絡(luò)紡紗線，集聚壓紗盤的使用有效減少了紗線毛羽。與賽絡(luò)紡原紗3 mm毛羽數(shù)相比，1 g～5 g載荷的壓紗盤所紡紗線3 mm毛羽數(shù)降幅分別為43.0%、48.4%、65.1%、71.3%和35.8%，這表明在有效載荷內(nèi)，集聚壓紗盤配重的增加可強(qiáng)化對(duì)紗線的握持作用，協(xié)同紗線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)轉(zhuǎn)移過(guò)程中的纖維有效控制以減少毛羽的形成。其中5 g壓紗盤毛羽再次增多，與圖4中5 g壓紗盤所紡紗線的表觀結(jié)構(gòu)相符合，其作用于紗體表面的過(guò)載壓強(qiáng)阻礙了纖維的有效轉(zhuǎn)移，邊緣纖維無(wú)法卷入紗體中從而形成毛羽[8]。

3.4 紗線條干性能

對(duì)所紡6組賽絡(luò)紡紗線進(jìn)行條干測(cè)試后的結(jié)果如表2所示。從表2中可見(jiàn)，集聚壓紗盤自適應(yīng)行為對(duì)紗線成形過(guò)程中微結(jié)構(gòu)有效控制，改善了紗線條干和細(xì)節(jié)疵點(diǎn)，但棉結(jié)疵點(diǎn)略有惡化。

賽絡(luò)紡紗線條干性能隨壓紗盤配重先增大后減小，其中3 g壓紗盤所紡紗線條干性能最優(yōu)，4 g和5 g壓紗盤對(duì)成紗過(guò)載受力，導(dǎo)致紗條意外牽伸，條干性能降低甚至惡化。裸露纖維在壓紗盤集聚作用下重新纏繞到紗線細(xì)節(jié)處，因此細(xì)節(jié)減少。1 g和2 g壓紗盤無(wú)法適應(yīng)成紗時(shí)的動(dòng)能沖量，接觸壓紗盤時(shí)導(dǎo)致其無(wú)規(guī)律振動(dòng)，形成了“纖維聚集”現(xiàn)象，造成粗節(jié)增加[9]。3 g、4 g和5 g壓紗盤在有效控制纖維運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，可匹配紗線狀態(tài)且在垂直方向上自適應(yīng)調(diào)節(jié)，根據(jù)紗體結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自行調(diào)整接觸面積，顯著減少粗節(jié)。

表2 紗線條干綜合測(cè)試結(jié)果

毛羽在壓紗盤集聚作用下重新包纏，其自適應(yīng)行為可控制單位長(zhǎng)度內(nèi)紗條表面包纏的毛羽數(shù)量，但其不適配的壓紗盤不能調(diào)控毛羽包纏精度，導(dǎo)致棉結(jié)增加。

3.5 紗線強(qiáng)伸性能

表3為6組賽絡(luò)紡紗線的強(qiáng)伸性能。結(jié)果顯示，與賽絡(luò)紡原紗斷裂強(qiáng)力相比，1 g～4 g載荷的壓紗盤所紡紗線斷裂強(qiáng)力分別提高2.0%、4.2%、4.8%和6.1%，斷裂伸長(zhǎng)率分別提高0.4%、6.9%、6.7%和7.7%。這說(shuō)明壓紗盤集聚作用對(duì)纖維須條表層實(shí)施動(dòng)態(tài)立體式搓捻，實(shí)現(xiàn)表層纖維的緊密纏繞，可以提高纖維的利用率，增強(qiáng)纖維間抱合，改善紗線的強(qiáng)伸性。

不同載荷壓紗盤自適應(yīng)調(diào)控纖維集聚能力存在差異，4 g壓紗盤對(duì)成紗斷裂強(qiáng)力改善最為顯著，反應(yīng)其載荷順應(yīng)紗線運(yùn)動(dòng)特征，有效調(diào)控纖維在紗條表面結(jié)構(gòu)緊度；5 g載荷對(duì)成紗三角區(qū)纖維控制力過(guò)大，纖維不能充分內(nèi)外轉(zhuǎn)移，造成拉伸過(guò)程中纖維應(yīng)力集中，強(qiáng)伸性能有所惡化[10]。

表3 單紗強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果

4 總結(jié)

本文探究了集聚壓紗盤自適應(yīng)調(diào)控成紗原理，并將使用不同載荷壓紗盤所紡純棉賽絡(luò)紡紗線的表觀特征和紗線性能進(jìn)行對(duì)比，得出以下結(jié)論。

（1）不同載荷集聚壓紗盤與纖維運(yùn)動(dòng)狀態(tài)存在適配曲線，過(guò)小載荷不能控制纖維包纏，過(guò)大載荷阻礙纖維充分轉(zhuǎn)移，選擇合理配重集聚壓紗盤，可有效構(gòu)筑自適應(yīng)成紗體系。

（2）集聚壓紗盤自適應(yīng)行為可有效調(diào)控賽絡(luò)紡三角區(qū)內(nèi)纖維充分內(nèi)外轉(zhuǎn)移，其自調(diào)集聚作用協(xié)同加捻扭力致使外層纖維緊密纏繞，最終形成內(nèi)部柔順、外部緊密纏繞的紗線結(jié)構(gòu)。