環(huán)錠紡給濕假捻裝置改善低捻棉紗性能的研究

房文鵬 郭明瑞 高衛(wèi)東

（江南大學(xué)，江蘇無錫，214122）

低捻紗線結(jié)構(gòu)蓬松、殘余扭矩小，其針織物手感柔軟，吸濕性好［1-2］。同時(shí)，紡制低捻紗線的生產(chǎn)效率高，有利于節(jié)能降耗。然而紡制低捻環(huán)錠紗時(shí)，因紗線強(qiáng)力不足易出現(xiàn)斷頭，低捻紗較差的強(qiáng)力同樣會(huì)影響后道織造工序。在紡紗段施加假捻可以提高紗線的動(dòng)態(tài)強(qiáng)力，減少成紗過程中的紗線斷頭，在紡制低捻紗線時(shí)有良好的應(yīng)用［3］。另外，假捻可以提高紡紗段紗線捻度，減小紡紗三角區(qū)，促進(jìn)纖維在紗體內(nèi)外轉(zhuǎn)移，增加纖維間抱合力，提高紗線性能［4］。環(huán)錠紡的假捻裝置主要有摩擦盤式假捻裝置、膠圈式假捻裝置以及單摩擦帶式假捻器等［5］。摩擦盤式假捻裝置是目前使用較多的假捻方式，摩擦盤安裝于導(dǎo)紗鉤上，利用紗線與旋轉(zhuǎn)的摩擦盤接觸產(chǎn)生假捻，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。膠圈式假捻裝置由兩根交叉的膠圈組成，運(yùn)行時(shí)紗線被交叉膠圈握持住，膠圈旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)紗線產(chǎn)生假捻，對(duì)紗線擁有較好的握持力，可準(zhǔn)確控制假捻程度［6］。單摩擦帶式假捻器需在前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間安裝橫向運(yùn)動(dòng)假捻帶，利用紗線與假捻帶之間的摩擦產(chǎn)生假捻，其裝置簡(jiǎn)單，安裝方便，并且易于接頭［7-8］。此外，在環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上加裝接觸式給液裝置，通過對(duì)紡紗段紗線給濕來貼伏毛羽，可以大幅度降低紗線有害毛羽，有效提高紗線品質(zhì)［9］。

本研究在環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上安裝單摩擦帶式假捻裝置和霧化給濕裝置，探究霧化給濕與假捻協(xié)同作用對(duì)環(huán)錠紡純棉低捻紗性能改善效果，通過在一定給濕量的條件下，優(yōu)選不同表面摩擦性能的假捻帶，分析假捻帶運(yùn)行速度與紡紗速度的相對(duì)關(guān)系對(duì)成紗性能的影響，以及給濕假捻紡對(duì)不同捻系數(shù)純棉低捻紗的品種適應(yīng)性。

1 給濕假捻紡原理及裝置

1.1 給濕假捻紡原理

經(jīng)過分析對(duì)比幾種假捻方式的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮假捻效率和裝置復(fù)雜度，以單摩擦帶式假捻裝置為研究對(duì)象作進(jìn)一步改進(jìn)。

單摩擦帶式假捻裝置通過在前羅拉和導(dǎo)紗鉤之間加裝一條可以橫向運(yùn)動(dòng)的假捻帶，使豎直運(yùn)動(dòng)的紗線與橫向運(yùn)動(dòng)的假捻帶之間產(chǎn)生摩擦，摩擦力矩迫使紗線繞其軸線產(chǎn)生與加捻方向一致的旋轉(zhuǎn)［10］，使得假捻帶上方紡紗段紗線的捻度增加，而假捻帶下方反向捻度的引入，使得假捻帶與導(dǎo)紗鉤之間的紡紗段紗線捻度降低［11］。

給濕假捻紡裝置見圖1。假捻的本質(zhì)是紗線捻度的轉(zhuǎn)移，對(duì)于安裝單摩擦帶式假捻裝置的紡紗機(jī)，紡紗過程中不同片段紗線的捻度分布見圖1（a），從前羅拉到假捻帶的A區(qū)為高捻段，從假捻帶到導(dǎo)紗鉤的B區(qū)為低捻段，C區(qū)是位于導(dǎo)紗鉤和鋼絲圈之間的氣圈段，導(dǎo)紗鉤對(duì)紗線的摩擦阻力產(chǎn)生捻陷作用，使得氣圈段紗線捻度高于紡紗段［12］。假捻與捻陷的共同作用使得B區(qū)捻度降低，在此區(qū)域加裝單錠霧化給濕裝置，通過霧化給濕貼伏B區(qū)紗線毛羽，之后紗線經(jīng)過導(dǎo)紗鉤，利用紗線捻度的升高將貼伏的毛羽卷入紗線內(nèi)部，從而降低紗線毛羽。

圖1 給濕假捻原理和裝置

1.2 給濕假捻紡裝置

在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間安裝假捻帶和單錠霧化給濕裝置［見圖1（b）］，假捻帶與前羅拉平行，通過調(diào)節(jié)假捻帶線速度來改變假捻帶的作用效果，本研究將假捻帶線速度與前羅拉線速度的比值定義為速比。假捻帶由固定于細(xì)紗機(jī)一側(cè)的伺服電機(jī)提供動(dòng)力，通過調(diào)整伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速可改變假捻帶線速度。霧化給濕裝置由水平放置的供水管道和固定于管道上的超聲波霧化裝置組成，供水管道裝置位于假捻帶與導(dǎo)紗鉤之間，管道上方打孔，通過海綿棒為超聲波霧化裝置穩(wěn)定供水，超聲波霧化裝置將管道內(nèi)的水轉(zhuǎn)化成水霧并吹向紡紗段紗線。在正常紡紗過程中，紡紗段紗線和橫向移動(dòng)的假捻帶摩擦產(chǎn)生假捻，之后紗線通過霧化裝置產(chǎn)生的水霧區(qū)，經(jīng)導(dǎo)紗鉤和鋼絲圈被卷繞到紗管上。

2 紡紗工藝與性能測(cè)試

2.1 紡紗工藝

使用加裝假捻裝置與霧化裝置的FA507B型細(xì)紗機(jī)進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，采用普梳棉粗紗，定量4.8 g/10 m，細(xì)紗線密度14.6 tex，總牽伸32.8倍，后區(qū)牽伸1.19倍，細(xì)紗錠速12 000 r/min。制定了3組試驗(yàn)方案，試驗(yàn)方案1研究假捻帶材質(zhì)對(duì)紗線性能的影響，方案2研究速比對(duì)紗線毛羽性能影響，方案3研究給濕假捻裝置對(duì)不同捻系數(shù)紗線性能影響。具體試驗(yàn)方案見表1至表3，每個(gè)品種紡制5管紗用于紗線性能測(cè)試。其中，為考察不同速比下管紗絡(luò)筒后毛羽變化，試驗(yàn)方案2中不同速比下的各紗線另外紡5管用于絡(luò)筒后毛羽測(cè)試。使用I-SPERO型自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)對(duì)不同速比下紡制紗線進(jìn)行絡(luò)筒，絡(luò)筒速度為500 m/min。

表1 試驗(yàn)方案1

表2 試驗(yàn)方案2

表3 試驗(yàn)方案3

在一落紗過程中，由于導(dǎo)紗鉤升降，霧化給濕噴頭與紗線間距離約在6 mm～9 mm變動(dòng)，圓錐形噴霧區(qū)域中距離噴頭6 mm左右的圓形截面直徑約為5 mm，紡紗段紗線一直處于霧化中心區(qū)域，單錠耗水量為30 mL/h。

2.2 性能測(cè)試

測(cè)試前紗線需先在溫度（20±2.0）℃、相對(duì)濕度（65.0±2.0）%的恒溫恒濕箱中靜置24 h。

強(qiáng)力測(cè)試：使用YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀，測(cè)試長(zhǎng)度500 mm，拉伸速度500 mm/min，每個(gè)試樣測(cè)試50次，取平均值。

毛羽測(cè)試：使用YG173A型紗線毛羽測(cè)試儀，測(cè)試速度30 m/min，每次測(cè)試100 m，每管測(cè)試5次，取平均值。

條干均勻度測(cè)試：使用USTER TESTER-5型全自動(dòng)紗線條干均勻度儀，測(cè)試速度400 m/min，測(cè)試長(zhǎng)度100 m，每管測(cè)試5次，取平均值。

3 結(jié)果與討論

3.1 假捻帶表面摩擦性能對(duì)紗線性能的影響

3.1.1 假捻帶外觀形態(tài)與摩擦性能

對(duì)于單摩擦帶式假捻裝置，假捻帶的表面摩擦性能會(huì)直接影響到紗線的假捻效率，進(jìn)而影響成紗質(zhì)量，優(yōu)選假捻帶材質(zhì)可以進(jìn)一步提高假捻紗線的性能。參考前人經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)，分別選用直徑6 mm聚氨酯材質(zhì)和硅膠材質(zhì)的圓形假捻帶進(jìn)行對(duì)比，3種假捻帶外觀形態(tài)見圖2，圖中由上至下依次為硅膠材質(zhì)假捻帶、粗糙面聚氨酯假捻帶、光滑面聚氨酯假捻帶。

圖2 3種假捻帶的外觀形態(tài)

為了探究假捻帶與純棉紗線之間摩擦因數(shù)大小，采用圖3中的裝置，將假捻帶以一定的張力固定，使用純棉股線放置在假捻帶上方，股線的兩端各掛5 g砝碼作為起始，一端保持起始質(zhì)量，另一端以1 g為梯度不斷增加砝碼質(zhì)量，直至股線與假捻帶之間出現(xiàn)滑動(dòng)。硅膠假捻帶、粗糙面聚氨酯假捻帶、光滑面聚氨酯假捻帶所需的砝碼質(zhì)量分別為41 g、22 g、20 g，表明硅膠假捻帶與純棉股線之間的摩擦因數(shù)較大。

圖3 假捻帶摩擦性能表征裝置

3.1.2 成紗質(zhì)量

按照試驗(yàn)方案1，在速比為1.0時(shí)，分別使用直徑為6 mm的3種假捻帶紡制捻系數(shù)300的純棉紗，并測(cè)試紗線性能，測(cè)試結(jié)果如表4所示，S1+2為1 mm與2 mm毛 羽 根 數(shù) 之 和，S3為3 mm及 以上毛羽根數(shù)之和。硅膠材質(zhì)假捻帶所紡紗線強(qiáng)力和毛羽性能均優(yōu)于聚氨酯假捻帶和無假捻裝置的普通環(huán)錠紡。兩種表面粗糙度的聚氨酯假捻帶均能減少長(zhǎng)毛羽，而粗糙面聚氨酯假捻帶由于表面粗糙程度高，導(dǎo)致成紗短毛羽增多。相比于聚氨酯材料，硅膠表面獨(dú)特的硅羥基結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)吸附性能，同時(shí)表面豐富微孔和高比表面積也提高了其與紗線之間的摩擦因數(shù)，可以進(jìn)一步提高假捻效率，減少紗線的毛羽，并提高紗線強(qiáng)度。

假捻帶類型無假捻裝置粗糙面聚氨酯光滑面聚氨酯硅膠斷裂強(qiáng)度/（cN·tex-1）14.37 14.56 15.03 15.91斷裂伸長(zhǎng)率/%4.70 4.99 5.02 5.09毛羽數(shù)/［根·（100 m）-1］S1+2 10 826 11 463 10 313 8 890 S3 791 698 631 529

3.2 速比對(duì)紗線性能的影響

3.2.1 管紗毛羽

從理論分析可知，假捻帶速度與紗線速度的比值，即速比對(duì)紗線假捻程度影響顯著，不同的速比將得到不同的捻度分布和加捻三角區(qū)大小。表5為試驗(yàn)方案2中普通紡紗、不同速比下假捻紡紗與給濕假捻紡紗毛羽測(cè)試結(jié)果對(duì)比。由表5可知，對(duì)于14.6 tex假捻紗線來說，速比在0.5、1.0、1.5時(shí)，與普通紗相比假捻紗S3毛羽分別降低了23.3%、33.1%、30.3%，給濕假捻紗S3毛羽分別降低了32.2%、49.2%、42.0%，給濕改善了假捻紡紗線的毛羽。速比為1.0時(shí)給濕假捻紗線毛羽數(shù)較速比0.5時(shí)降幅明顯，當(dāng)速比增加到1.5時(shí)，紗線的毛羽數(shù)較速比1.0時(shí)增加。

紗線類型普通紗假捻紗假捻紗假捻紗給濕假捻紗給濕假捻紗給濕假捻紗速比0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5毛羽數(shù)/［根·（100 m）-1］S1+2 10 826 9 340 8 890 9 569 8 612 7 890 8 455 S3 791 607 529 551 536 402 459

3.2.2 絡(luò)筒后毛羽變化規(guī)律

表6為不同速比下假捻紗線和給濕假捻紗線絡(luò)筒后毛羽對(duì)比。由表6可知，速比在0.5、1.0、1.5時(shí)，與普通紗線相比，假捻紗線絡(luò)筒后S3毛羽分別降低了20.7%、27.7%、29.0%，給濕假捻紗線分別降低了28.3%、38.5%、33.2%。絡(luò)筒后各種紗線毛羽均有明顯增長(zhǎng)，但給濕假捻紗線絡(luò)筒后毛羽仍低于普通紗與假捻紗，說明給濕假捻的協(xié)同作用可以將毛羽卷入紗體內(nèi)部。

表6 筒紗毛羽測(cè)試結(jié)果

在一定范圍內(nèi)，速比的增加使假捻帶上方紗線上的有效捻回增多，紡紗三角區(qū)得到有效改善，使更多纖維端卷入紗體內(nèi)。速比超過一定程度后，紗線與假捻帶之間打滑和跳動(dòng)增加，假捻帶速度增加難以再次提高假捻帶上方紗線捻度，此時(shí)紗線毛羽改善效果不太明顯。速比通過影響假捻效率進(jìn)而影響捻度分布，給濕與假捻協(xié)同作用利用紡紗段捻度分布差異，對(duì)低捻段紗線進(jìn)行潤(rùn)濕，使毛羽貼伏在紗體表面，后進(jìn)入高捻氣圈段捻入紗體內(nèi)。綜上所述，速比對(duì)給濕假捻紡紗線毛羽性能會(huì)產(chǎn)生較大影響，速比為1.0時(shí)，給濕假捻紡紗線毛羽性能最優(yōu)。

3.3 給濕假捻對(duì)不同捻系數(shù)紗線性能影響

3.3.1 紗線毛羽

試驗(yàn)方案3中不同捻系數(shù)的普通紗、假捻紗與給濕假捻紗的毛羽測(cè)試結(jié)果見圖4和圖5。在紡制捻系數(shù)為260的低捻紗時(shí)，假捻紡和給濕假捻紡紗線的紡紗生產(chǎn)過程較為穩(wěn)定，普通環(huán)錠紡紗線紡紗斷頭數(shù)量明顯較多，故試驗(yàn)方案中紗線捻系數(shù)不再減小。由圖4和圖5可知，對(duì)于普通紗，S3毛羽隨著捻系數(shù)的降低起初增幅緩慢，當(dāng)捻系數(shù)從270降低到260時(shí)，S3毛羽出現(xiàn)明顯增幅；對(duì)于假捻和給濕假捻紡紗線，S3毛羽隨捻系數(shù)的降低緩慢增加。給濕假捻紡對(duì)紗線毛羽性能的優(yōu)化效果在各捻系數(shù)下均較為明顯。

圖4 不同捻系數(shù)紗線的S1+2毛羽

圖5 不同捻系數(shù)紗線的S3毛羽

3.3.2 紗線強(qiáng)力

各組紗線的強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果見圖6，紗線的斷裂強(qiáng)度隨捻系數(shù)的減小而降低，假捻紡紗線斷裂強(qiáng)度高于普通紡紗線，給濕假捻紡紗線的斷裂強(qiáng)度最高。與紗線的毛羽性能變化規(guī)律相似，普通紡紗線捻系數(shù)由270降低到260時(shí)，紗線的強(qiáng)力出現(xiàn)較大的惡化，捻系數(shù)的降低使纖維間摩擦力和抱合力急劇下降。

圖6 不同捻系數(shù)紗線的斷裂強(qiáng)度

綜上所述，普通紗的S3毛羽和強(qiáng)力在捻系數(shù)270時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，而假捻紗和給濕假捻紗的毛羽和強(qiáng)力隨捻系數(shù)變化呈現(xiàn)小幅度變化，該現(xiàn)象表明假捻改變了紡紗三角區(qū)的紡紗張力和捻度分布，增加了纖維在紗線中的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而改善了紗線的性能。同時(shí)通過向假捻紡低捻段霧化給濕進(jìn)一步改善了假捻紗線的毛羽和強(qiáng)力。

3.3.3 紗線條干均勻度

各組紗線的條干均勻度測(cè)試結(jié)果見圖7，同組紗線在不同捻系數(shù)時(shí)條干CVm值變化較小，且假捻紗和給濕假捻紗的條干CVm差異非常小，但均稍高于普通紗。說明假捻帶與紗線之間的摩擦使紗線條干稍微變差，而霧化給濕不能改善假捻紗線的條干。

圖7 不同捻系數(shù)紗線的條干均勻度

4 結(jié)論

本研究基于單摩擦帶式假捻紡技術(shù)，通過對(duì)假捻帶材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)選，并針對(duì)紡紗段捻度分布規(guī)律引入霧化給濕方法，實(shí)現(xiàn)給濕假捻協(xié)同作用，以純棉低捻紗為應(yīng)用目標(biāo)，探究相關(guān)紡紗參數(shù)與成紗性能的相關(guān)性，得出以下主要結(jié)論。

（1）相比于聚氨酯材質(zhì)，硅膠材質(zhì)假捻帶與純棉股線之間的摩擦因數(shù)更大，使用硅膠材質(zhì)的假捻帶可以提高假捻效率，改善成紗質(zhì)量。

（2）給濕假捻的效果受速比影響，最優(yōu)速比為1.0時(shí)，與普通紗相比，捻系數(shù)300時(shí)給濕假捻紡管紗3 mm毛羽降低49.2%，經(jīng)絡(luò)筒后毛羽降低38.5%，給濕假捻對(duì)紗線毛羽改善效果明顯。

（3）紗線捻系數(shù)由270降低到260時(shí)，普通環(huán)錠紡紗線的毛羽和強(qiáng)力出現(xiàn)較大的惡化，而假捻紗和給濕假捻紗的毛羽和強(qiáng)力隨捻系數(shù)降低變化幅度不大，捻系數(shù)為260時(shí)給濕假捻紗的強(qiáng)伸性能與捻系數(shù)280時(shí)的普通紗相當(dāng)，說明通過加裝霧化給濕假捻裝置，可以顯著改善低捻紗線性能。