不同喂入定量下的动静态牵伸相似性研究

张一帆，高志娟，郁崇文

(东华大学 纺织学院，上海 201620)



不同喂入定量下的动静态牵伸相似性研究

张一帆，高志娟，郁崇文

(东华大学 纺织学院，上海 201620)

摘要：利用棉条进行实验，以研究不同喂入定量时拉伸曲线与牵伸力/牵伸倍数图形的相似性并对比临界后区牵伸倍数与临界拉伸长度，研究了喂入定量不同时，后区牵伸倍数对牵伸力、牵伸力不匀率与条干不匀率的影响.结果表明，虽然棉条的喂入定量不同，但牵伸与拉伸曲线之间不仅具有相似性且两者的临界牵伸倍数均在1.5左右.

关键词：喂入定量；临界后区牵伸倍数；临界拉伸长度

在罗拉牵伸中，纤维随着罗拉的转动也在运动的传统牵伸方式称为动态牵伸.须条拉伸是两端夹持，一端以一定的速度移动，夹持头内纤维处于静止状态的模拟牵伸称为静态牵伸.后区牵伸是纱线质量的决定性因素，后区牵伸程度对纱线的匀整度、强力、疵点质量及纺纱设备的运转都有显著影响.牵伸力是牵伸理论研究的关键，牵伸力及其不匀率不但能反映牵伸过程的顺利程度，也能间接反映输出纱条的成纱质量[1].已有不少学者对牵伸力进行了研究，如Martindale[2-3]利用设计的牵伸力装置找到了牵伸临界点，Korkmaz等[4]就纤维细度对牵伸力、条干均匀度和后区牵伸倍数的影响进行了研究，唐文辉[5]研究出临界牵伸时牵伸力最大、牵伸力不匀最小，汪军等[6]利用称重传感器来测量牵伸力，张之亮[7]通过棉条对压力棒的作用力来测量牵伸力.

在实际生产中，后区牵伸工艺的设置往往需要通过实验来决定，牵伸力的测量还需要使用相应的测量仪.同时，不同的喂入定量和工艺设置都有着不同的牵伸力，这给实际生产带来了不便.

须条的拉伸过程也是一个抽长拉细的过程，与罗拉牵伸过程有一定的相似性.两个实验相比，拉伸实验的操作更简便、要求更低，故研究不同喂入定量下拉伸曲线与牵伸力/牵伸倍数图形的相似性并对比临界后区牵伸倍数与临界拉伸长度(可转化为临界牵伸倍数)的关系是非常必要的.

1动静态关系的建立

假设须条均匀，纤维在须条中首尾相连且伸直平行排列，在须条拉伸的过程中，沿夹持头所夹持处至须条中部，须条逐渐变细，如图1所示.

图1　假设拉伸过程中须条变细的过程Fig.1　The sliver thinning process in stretching process

随着拉伸的进行，在拉伸过程中上下夹持端间纤维须条抽长拉细直至须条中部完全分离，这个过程不发生纤维散失，所以拉伸区中纤维须条的总定量保持不变.如果利用几何图形的面积表示纤维的数量变化，则图形中拉伸前后的面积相等，有

整理后有

2实验

2.1原料

以郑州四棉纺织有限公司定量为22.75 g/5 m的棉普梳条为原料，用AFIS纤维测试仪测试棉条，纤维性能如表1所示.

表1　棉纤维的性能指标

注：短纤维指<12.7 mm的纤维.

2.2仪器

AFIS纤维测试仪，DHU A301并条机，微机控制电子万能材料试验机，YG139BA条干均匀度测试仪，使用牵伸力在线测量系统.

2.3实验方法

2.3.1动态牵伸

对喂入定量分别为45.5 g/5 m，91 g/5 m和113.75 g/5 m的棉普梳条，在总牵伸倍数为5.5、后区罗拉隔距为50 mm的条件下，改变后区牵伸倍数并用牵伸力在线测量系统测试牵伸力.显示仪每隔20 ms采集纱条对压力棒的瞬时读数x，根据标定关系F=0.053 65x把采集的每个显示仪读数x换算成牵伸力F(单位为cN),选取7个不同的牵伸倍数进行实验.

2.3.2静态牵伸

对喂入定量分别为45.5 g/5 m，91 g/5 m和113.75 g/5 m的棉普梳条，在夹持隔距为5 mm、拉伸速度为50 mm/min的条件下，用微机控制电子万能材料试验机进行牵伸模拟实验，根据拉伸过程中数据的变化来分析牵伸.

2.3.3条干测试

经恒温恒湿环境下调湿24 h后，将经过牵伸的纱条在YG139BA条干均匀度测试仪上以8 m/min的速度进行5 min条干测试.

3结果与讨论

3.1牵伸实验

利用实验所得不同牵伸倍数下不同喂入定量的牵伸力、牵伸力不匀率与条干不匀率的实验结果，用Origin软件绘出不同牵伸倍数下、不同喂入定量的牵伸力关系图，以及牵伸倍数与两个不匀率的关系图，如图2至图7所示.

图2　后区牵伸倍数与牵伸力的关系 (喂入定量为45.5 g/5 m)Fig.2　Relationship between drafting ratio and drafting force(feeding quantity is 45.5 g/5 m)

图3　后区牵伸倍数与两个不匀率的关系(喂入定量为45.5 g/5 m)Fig.3　Relationship between drafting ratio and two unevenness(feeding quantity is 45.5 g/5 m)

图4　后区牵伸倍数与牵伸力的关系(喂入定量为91 g/5 m)Fig.4　Relationship between drafting ratioand drafting force(feeding quantity is 91 g/5 m)

图5　后区牵伸倍数与两个不匀率的关系(喂入定量为91 g/5 m)Fig.5　Relationship between drafting ratioand two unevenness(feeding quantity is 91 g/5 m)

图6　后区牵伸倍数与牵伸力的关系(喂入定量为113.75 g/5 m)Fig.6　Relationship between drafting ratio anddrafting force(feeding quantity is 113.75 g/5 m)

图7　后区牵伸倍数与两个不匀率的关系(喂入定量为113.75 g/5 m)Fig.7　Relationship between drafting ratio and two unevenness(feeding quantity is 113.75 g/5 m)

由图2至图7可知，虽然棉条喂入定量不同，但当临界后区牵伸倍数为1.5左右时，均存在一个临界牵伸的状态，此时牵伸力达到最大值而牵伸力不匀率和条干不匀率均达到最小值.当临界后区牵伸倍数小于1.5时，随着临界后区牵伸倍数的增加，牵伸力也在增加，两不匀率均在不断变小，此过程中纤维间的摩擦以静摩擦为主.当临界后区牵伸倍数接近临界牵伸时，快速纤维和慢速纤维间的摩擦力由静摩擦力转变为动摩擦力，所以随着临界后区牵伸倍数的不断增加，牵伸力有逐渐降低的趋势，而两个不匀率却均不断增加.

3.2拉伸实验

根据不同喂入定量下5次拉伸的测试结果，可得出不同喂入定量下5次拉伸的拉伸力与伸长均值之间的关系，如图8所示.

图8　不同喂入定量下5次拉伸的拉伸力均值与伸长均值的关系Fig.8　Relationship between tensile force mean and elongation mean of five stretches under different feeding quantity

图9　不同喂入定量下拉伸图形转化为牵伸力与牵伸倍数的关系Fig.9　Relationship between drafting force and drafting ratio by changing stretching curve under different feeding quantity

由图9可知，虽然喂入定量不同，但它们的拉伸转化图形不仅相似且均存在临界拉伸长度，可转化为临界牵伸倍数，转化所得的临界牵伸倍数均在1.5左右.

3.3结果分析

为了便于将动态牵伸中牵伸力和牵伸倍数之间的关系(见图2、图4、图6)与静态牵伸中拉伸图形转化为牵伸力和牵伸倍数之间的关系(见图9)进行对比分析，将两者在同一个坐标系中作图，如图10至图12所示.

图10　牵伸与拉伸实验对比(喂入定量为45.5 g/5 m)Fig.10　Comparing curve of drawing and stretching experiment (feeding quantity is 45.5 g/5 m)

图11　牵伸与拉伸实验对比(喂入定量为91 g/5 m)Fig.11　Comparing curve of drawing and stretching experiment(feeding quantity is 91 g/5 m)

图12　牵伸与拉伸曲线对比(喂入定量为113.75 g/5 m)Fig.12　Comparing curve of drawing and stretching experiment(feeding quantity is 113.75 g/5 m)

由图10至图12可知，虽然棉条喂入定量不同，但牵伸曲线与拉伸转化曲线具有显著的相似性，均是在牵伸倍数为1.5左右时达到临界状态.并且，牵伸曲线与拉伸转化曲线随着牵伸倍数的增加所表现出的变化趋势也相同，均为先增大后变小.

4结论

(1)在动态牵伸中，当临界后区牵伸倍数为1.5左右时，牵伸力达到最大值而牵伸力不匀率及条干不匀率均达到最小值.

(2)在静态牵伸中，虽然喂入定量不同，但拉伸转化图形不仅相似且均存在临界拉伸长度(转化临界牵伸倍数均在1.5左右).

(3)虽然棉条的喂入定量不同，但牵伸与拉伸曲线之间不仅具有相似性且两者临界牵伸倍数均在1.5左右.

参考文献：

[1]任家智.纺纱工艺学[M].上海:东华大学出版社,2010:77-92.

[2]MARTINDALE J G.An Instrument for the measurement of the force operating between fibers during drafting[J].Journal of the Textile Institute,1947(38):151.

[3]PLONSKER H R.The dynamics of Roller drafting,partⅠ:drafting force measurement[J].Textile Research Journal,1967 (37):673-687.

[4]KORKMAZ Y A,BEHERY H M.Relationship between fiber fineness,break draft and drafting force in Roller drafting[J].Textile Research Journal,2004(74):405-408.

[5]唐文辉.棉纺细纱大牵伸工艺路线的研究[J].棉纺织技术,1979(9):1-7.

[6]汪军,姜笑怡,郁崇文,等.并条牵伸力在线检测装置及方法：中国,200710037587.3[P].2008-03-12.

[7]张之亮.并条牵伸中牵伸力与纤维运动的研究[D].上海：东华大学,2011.

The similarity of static and dynamic roll drafting under different feeding quantity

ZHANG Yifan, GAO Zhijuan, YU Chongwen

(CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

Abstract:In order to study the similarity of tensile curve and drafting force/drafting ratio under different feeding quantity, and to contrast the critical drafting ratio and critical stretching length, cotton slivers are used in repeated experiments. Moreover, this paper also studies the impact of drafting ratio of back zone on the drafting force, drafting unevenness and sliver unevenness under different feeding quantity. Results show that although the feeding sliver is different, drawing and stretching curve have the similarity and the two critical drafting ratio are about 1.5.

Key words:feeding quantity; critical drafting ratio; critical stretching length

中图分类号：TS104.2

文献标志码：A

文章编号：1674-330X(2016)01-0005-05

作者简介：张一帆(1989-)，女，河南南阳人，硕士研究生，主要研究棉及黏胶的动静态牵伸相似性.通信作者：郁崇文(1962-)，男，教授，主要从事纤维集合体成型、新型纺纱技术及相关理论的研究.E-mail:yucw@dhu.edu.cn.

收稿日期：2015-11-06