環(huán)錠紡雙向延伸膠圈超大牽伸裝置紡紗工藝研究

張 靜，倪 遠，江 慧，張玉澤，汪 軍

(1.東華大學 紡織學院，上海 201620；2.紡之遠(上海)紡織工作室，上海 200063)

0 引言

環(huán)錠紡細紗超大牽伸是高效紡紗工藝的核心，也是重定量紡紗過程的重要支撐[1]。從20世紀50年代至今一直有學者進行研究與探索。從三羅拉裝置發(fā)展到四羅拉、五羅拉牽伸裝置，有過不少研究報道，但是均存在紡紗困難或者成紗質量差等問題，所以至今仍然是環(huán)錠紡的研究熱點之一。

細紗大牽伸工藝的發(fā)展主要有2種：一種是保持后區(qū)牽伸倍數(shù)較小的預牽伸作用，通過挖掘前區(qū)膠圈牽伸的潛力實現(xiàn)大牽伸；另一種是保持前區(qū)主牽伸能力不變，挖掘后區(qū)牽伸潛力實現(xiàn)大牽伸[2]。由于前區(qū)膠圈牽伸能力的擴展較為困難，因此主要通過提高后區(qū)牽伸倍數(shù)實現(xiàn)超大牽伸能力、加強對后區(qū)纖維的控制。相比簡單的羅拉直線牽伸，這2種方法在一定程度上改善了成紗條干不勻。有研究人員通過附加摩擦力界和增加牽伸區(qū)數(shù)量對細紗超大牽伸裝置進行紡紗研究，發(fā)現(xiàn)也存在纖維控制不良導致成紗效果不佳的問題[3-7]。從本質上看，主要原因是在牽伸過程中對纖維的變速點控制不好，產生移距偏差，從而導致成紗條干差、強力不勻大，后道加工工序無法接受。因此，筆者設計雙向延伸膠圈超大牽伸裝置進行重定量紡紗研究。

1 超大牽伸裝置結構及機理分析

1.1 結構

傳統(tǒng)環(huán)錠紡細紗機牽伸裝置結構如圖1所示，前牽伸區(qū)是主牽伸區(qū)，有順向的雙膠圈。筆者設計的環(huán)錠紡雙向延伸膠圈超大牽伸裝置(以下簡稱“超大牽伸裝置”)結構如圖2所示[8]。

圖1 傳統(tǒng)環(huán)錠紡細紗牽伸裝置結構示意

圖2 雙向延伸膠圈超大牽伸裝置結構示意

超大牽伸裝置是在傳統(tǒng)三羅拉雙膠圈環(huán)錠紡細紗牽伸裝置(以下簡稱“普通牽伸裝置”)基礎上，通過延長羅拉底座、增加一列羅拉等形成的四羅拉三區(qū)四膠圈牽伸裝置。其中：前區(qū)設置向前延伸的雙膠圈鉗口，與傳統(tǒng)的環(huán)錠細紗機一致，發(fā)揮主牽伸能力；中區(qū)通過簡單的羅拉牽伸對須條進行一定的張力牽伸集聚；后區(qū)設置向后的反向延伸的雙膠圈鉗口，增大后區(qū)牽伸倍數(shù)。超大牽伸裝置主要通過增加后區(qū)牽伸倍數(shù)實現(xiàn)超大牽伸，設計希望能夠將后區(qū)牽伸倍數(shù)提高至2～3倍。

1.2 機理分析

1.2.1 變速點分布

1.2.1.1當纖維長度較長時(如圖3中纖維a)，反向延伸膠圈布置使膠圈鉗口更接近后牽伸鉗口，纖維頭端從后牽伸鉗口出來后很快被膠圈鉗口握持；而纖維尾端脫離后鉗口時，纖維已有較長部分被膠圈附加摩擦力界控制，與慢速纖維接觸的長度較短，反向膠圈使較長纖維的尾端離開后鉗口后的引導力大于控制力，使纖維尾端有較大概率在后牽伸鉗口處變速，變速點分布如圖3中曲線1所示。

圖3 膠圈反向延伸牽伸區(qū)變速點分布形態(tài)

1.2.1.2當纖維長度較短時(如圖3中纖維b)，纖維的尾端離開后鉗口后，被膠圈夾持的部分較短且快速纖維的數(shù)量較少，纖維大部分長度與慢速纖維接觸且慢速纖維較多，此時纖維受到的引導力和控制力難以平衡，尾端未達到變速條件；纖維繼續(xù)向前運動，尾端離后鉗口越來越遠，纖維被膠圈控制長度增加，當引導力大于控制力時，纖維尾端變速，變速點分布如圖3中曲線2所示。

1.2.1.3浮游區(qū)長度較短對短纖維控制非常有利，反向延伸膠圈牽伸區(qū)浮游區(qū)長度可以比正向延伸膠圈的浮游區(qū)長度更短，且不會出現(xiàn)牽伸不開的問題。這是由于膠圈反向放置，纖維脫離后牽伸鉗口后有很長的區(qū)域可以變速、變速的機會多；而膠圈正向放置時變速區(qū)域只有膠圈鉗口與前鉗口間的距離，若浮游區(qū)長度過小，纖維頭端很快輸出到前鉗口、缺少變速機會，易導致牽伸不開。

因此，雙向延伸膠圈超大牽伸裝置中，前區(qū)采用正向延伸膠圈設置，纖維變速點集中分布在前鉗口附近，后區(qū)采用反向延伸設置、纖維變速點集中在后鉗口附近，實現(xiàn)了纖維變速點集中后移和集中前移。這兩種不同的變速點控制方法有效改善了超大牽伸裝置多、牽伸區(qū)同向串聯(lián)組合牽伸易產生牽伸波相互疊加的問題，可以減少粗節(jié)、細節(jié)和長細節(jié)弱環(huán)等紗疵。

1.2.2 膠圈松緊邊

膠圈未工作時，以適當?shù)膹埦o力套在上、下銷和羅拉上。當膠圈開始工作時，由于膠圈和羅拉接觸面摩擦力的作用，膠圈繞入羅拉的一邊被拉緊、受力稱為緊邊，另一邊則被稱為松邊[9]。因此，當膠圈正向放置時，如果上、下銷之間的壓力不夠大，快速纖維對膠圈的摩擦力不足以拖動膠圈，而是羅拉推著膠圈向前運動，膠圈的牽伸工作面是松邊，必然使上膠圈向上起拱；而膠圈反向放置時，膠圈的牽伸工作面是緊邊，改善了上膠圈起拱的問題，加強了對后區(qū)浮游纖維的控制。

1.2.3 重定量紡紗及彎鉤纖維的伸直

細紗工藝進行重定量大牽伸時，后區(qū)纖維數(shù)量增多。當正向延伸膠圈配置時，上、下膠圈套在后羅拉上慢速運動，控制的是慢速纖維，膠圈間夾持的須條較厚，由下羅拉通過膠圈傳遞速度給須條時，纖維層之間易摩擦打滑而產生分層問題。當膠圈反向延伸控制時，上、下膠圈套在前羅拉上快速運動，夾持的快速纖維經過牽伸后，快速纖維數(shù)量少、須條變薄，可以避免分層問題。

對于彎鉤纖維的伸直效果而言，超大牽伸裝置后區(qū)反向延伸膠圈設計使后區(qū)牽伸倍數(shù)提高，一定程度上可以加強對前彎鉤纖維的伸直效果，提高纖維的伸直平行度。

2 紡紗試驗

2.1 試驗方案

2.1.1 試驗一

保證前區(qū)牽伸倍數(shù)恒定：在普通牽伸裝置上采用小定量的粗紗喂入，搭配較小的后區(qū)牽伸倍數(shù)；在超大牽伸裝置上采用大定量的粗紗喂入，搭配較大的后區(qū)牽伸倍數(shù)；同時紡制不同線密度的紗線，研究超大牽伸裝置重定量紡紗效果。

2.1.2 試驗二

在超大牽伸裝置上，喂入不同定量的粘膠粗紗，同時紡制相同線密度的紗線，研究超大牽伸裝置重定量紡紗效果。

2.2 工藝參數(shù)

試驗原料采用粗紗定量為6.1 g/(10 m)的粘膠，定量為12.2 g/(10 m)、18.3 g/(10 m)的粗紗是由定量為6.1 g/(10 m)的粗紗兩股并作一股、三股并作一股所得。

a) 試驗一：錠子轉速為8 kr/min，細紗捻度為890 捻/m，試驗方案見表1。

表1 重定量紡不同線密度紗試驗方案

b) 試驗二：錠子轉速為8 kr/min，細紗捻度為800 捻/m，試驗方案見表2。

表2 重定量紡21.1 tex紗不同牽伸分配試驗方案

2.3 試驗結果

將紗線在溫度為20 ℃、相對濕度為65%的恒溫恒濕環(huán)境中平衡24 h，再測試紗線質量的指標。表1中方案A1～A6所紡紗線的測試結果見表3，表2中方案B1～B2所紡紗線的測試結果見表4。

表3 重定量紡不同線密度紗試驗結果

表4 重定量紡21.1 tex紗不同牽伸分配試驗結果

由表3可知，相比普通牽伸裝置小定量紡紗，雙向延伸膠圈超大牽伸裝置重定量紡紗的條干不勻率、斷裂強度有所改善，但毛羽數(shù)明顯增加；當紗線密度由15.5 tex增加到23.6 tex時，紗線的條干不勻率逐漸減小；當線密度小于20 tex時，超大牽伸裝置重定量紡紗的條干水平優(yōu)于普通牽伸裝置小定量紡紗，當線密度大于20 tex時，重定量紡紗條干水平差于普通牽伸裝置小定量紡紗。這是由于紡線密度較大的紗線時，重定量紡紗前區(qū)分擔的負荷減小且后區(qū)牽伸倍數(shù)較大，造成牽伸分配不當，相對來說前區(qū)主牽伸優(yōu)勢未能充分體現(xiàn)。超大牽伸裝置后區(qū)采用反向延伸膠圈，加強了對后區(qū)纖維的控制，增加了纖維的引導力，減小了纖維間的移距偏差，且在增加后區(qū)牽伸倍數(shù)的同時，消除了重定量紡紗的分層問題，有利于成紗質量的提高。與普通牽伸裝置正常定量紡紗相比，雙向延伸膠圈超大牽伸裝置重定量紡線密度較小的紗線時，紗線的斷裂強度增加，成紗條干均勻度較好。

由表4可知，喂入不同定量的粗紗紡相同線密度的紗線，前區(qū)采用相同牽伸倍數(shù)，合理搭配中、后區(qū)牽伸倍數(shù)，紡紗效果基本相似。這說明，超大牽伸裝置可實現(xiàn)重定量、高效紡紗，即通過改變牽伸區(qū)的牽伸配合可達到小定量紡紗效果，提高細紗機生產效率。

3 結論

3.1本文的研究表明，采用雙向延伸膠圈四羅拉超大牽伸裝置是可行的。從機理分析和試驗結果均表明，采用該裝置與傳統(tǒng)三羅拉牽伸裝置相比，在不改變前區(qū)牽伸倍數(shù)的情況下，能夠有效將后區(qū)牽伸倍數(shù)提高至原來的2～3倍。

3.2在本實驗條件下，采用粘膠粗紗作為喂入原料，相較于普通牽伸裝置小定量紡紗，超大牽伸裝置適宜重定量紡制線密度較小的紗線，且紗線質量較好，可以推斷在紡制線密度較小的紗線領域有較好的應用前景。通過改變超大牽伸裝置中牽伸區(qū)的牽伸配合情況，重定量喂入紡紗可以達到小定量喂入的紡紗效果，因而提高了細紗機生產效率，有望解決傳統(tǒng)環(huán)錠紡細紗機紡紗效率低的問題。

3.3本文提出的雙向延伸膠圈超大牽伸裝置是基于新的理念，其機理還需要進一步細致研究，對于不同原料、不同粗紗定量、不同紡紗器材的適用性還需要進一步試驗分析。