基于纤维变速点分布实验的成纱条干不匀研究

李瑛慧， 谢春萍， 刘新金,2

(1. 江南大学 纺织服装学院, 江苏 无锡 214122; 2. 江苏苏丝丝绸股份有限公司, 江苏 宿迁 223700)

基于纤维变速点分布实验的成纱条干不匀研究

李瑛慧1， 谢春萍1， 刘新金1,2

(1. 江南大学 纺织服装学院, 江苏 无锡 214122; 2. 江苏苏丝丝绸股份有限公司, 江苏 宿迁 223700)

为探究大牵伸条件下，牵伸倍数的提高和牵伸分配对成纱条干的影响，提出变速点分布实验方法，通过纤维变速点分布的变化，分析成纱条干不匀。以9.7 tex棉纱为例，对比环锭细纱机与超大牵伸细纱机前区变速点分布曲线，在超大牵伸细纱机上以线密度1 000 tex粗纱分别纺制9.7、7.3、6.5 tex棉纱，并以9.7 tex棉纱为例，探讨不同牵伸倍数分配时，前区变速点分布曲线。结果表明：超大牵伸细纱机较环锭细纱机变速点分布更集中、稳定、前移，成纱条干更优；随牵伸倍数增大，变速点分布分散，成纱条干变差；纺9.7 tex棉纱，后区、中区牵伸为1.1、1.3时，前区变速点分布更集中前移，成纱条干最优。

变速点分布； 超大牵伸； 成纱条干； 牵伸倍数分配

近年来，纺织行业为提高纺纱效率和经济效益，追求“高效的、重定量”纺纱工艺，细纱机超大牵伸技术应运而生[1]。增加细纱机牵伸区的数量是实现细纱机超大牵伸技术最可行的方法[2]。本文所用的加装丰田式集聚纺装置的TH558型超大牵伸细纱机，是在加装丰田式集聚纺装置QFA1528型环锭细纱机牵伸的基础上增加了1个中区牵伸，使得细纱机总牵伸倍数得到成倍提高，最大牵伸可达300倍，但同时须条在牵伸区的运动状态也相应地变得更加复杂。

根据移距偏差理论，随着牵伸倍数增大，必须尽量减小纤维头端变速点范围，才能使牵伸附加不匀减小[3]。为使纤维变速点位置集中在很小的范围内，研究纤维在牵伸区变速点位置引起重视。目前，有学者采用粗纱截面染色法[4]、Montecarulo方法随机模拟[5]、计算机技术模拟与仿真[6]等研究纤维变速点分布，但并未针对超大牵伸技术[7]进行研究。本文提出一种纤维变速点分布实验方法，研究在牵伸倍数增大及不同牵伸倍数分配时变速点分布的变化，从而反映摩擦力界合理与否，合理配置超大牵伸装置，有效控制纤维运动。

1 变速点分布与移距偏差理论

1.1 变速点分布

牵伸过程中，纤维运动的实际情况比较复杂，喂入牵伸装置的须条是不均匀的，须条中纤维长度既不相等，也不完全伸直平行，牵伸装置也不完善[8]。理想牵伸是在牵伸时纤维间没有相对运动，纤维都在同一截面变速，纱条附加不匀并未增加，但须条经牵伸后的不匀率总是增加的，这说明须条在牵伸过程中纤维头端同在前罗拉钳口线上变速或牵伸区内某一截面上变速与实际情况不符，即纤维变速点是分散的，称为变速点分布[9]。

1.2 移距偏差理论

Vasilieff在1915年首先提出了移距概念，后来，Grishin和 Zotikov又对移距偏差理论进行了发展研究[10]。移距偏差是引起附加不匀的根源，而产生移距偏差的原因是纤维的头端不在同一位置上变速，或者说是由于纤维运动的不规则。移距的计算公式为

s1=Es0±(E-1)X

式中：s0为原始头端移距；s1为牵伸后形成的新的移距；E为牵伸倍数；X为变速位置差异值。

由移距公式可知，如要求不产生牵伸附加不匀，则必须使移距偏差(E-1)X为0，不产生移距偏差唯一办法是X为0，这是不可能的。牵伸附加不匀随变速位置差异值X、牵伸倍数E增大而增大，其他条件不变的情况下，E值越大，牵伸不匀也越大，这是超大牵伸中随着牵伸倍数增大，成纱条干不匀增加的原因。超大牵伸时，牵伸倍数超过100倍，必须尽量减小X值，才能使牵伸附加不匀减小。

为缩小纤维头端变速位置的差异范围，本文将通过实验研究纤维在牵伸区内的变速位置。

2 实验部分

2.1 实验方法

本文提出的纤维变速点分布实验方法，是利用纤维的移距变化，借助示踪纤维直观观察，并测量纤维头端移距来研究纤维变速点，示意图如图1所示。

具体实验步骤如下：

1)实验测得前罗拉速度v1和后罗拉速度v2，在罗拉上做一点标记，记录罗拉转10圈的时间，查询罗拉直径，将罗拉转10圈换算为距离，计算罗拉线速度v1、v2。

2)测试罗拉牵伸效率η。

式中：Ep为实际牵伸倍数；Em为机械牵伸倍数。实际牵伸倍数Ep由喂入须条单位长度的质量比牵伸后输出须条单位长度的质量测得；机械牵伸倍数Em由步骤1)中测得的前罗拉速度比后罗拉速度得到。

3)将粗纱人工解捻，逐根放入示踪纤维，人工给粗纱加捻，示踪纤维两两间头端移距可测。如图1(a)所示，开车前任意2根示踪纤维A、B，测得原始头端移距为s0。2根示踪纤维间也可按一固定距离放入，此时原始头端移距s0为固定值，可简化后续步骤中的计算。开车后须条经牵伸区牵伸，观察最后1根示踪纤维，当其将要进入后罗拉时，按下紧急停车，使1根示踪纤维B正好停在后罗拉钳口线间(开始前多实验几次，找到按下紧急停车时能使最后1根示踪纤维正好停在后罗拉钳口线的点)，测得牵伸后形成的新头端移距s1，如图1(b)所示。这样示踪纤维B保证是以后罗拉速度v2运动，使之作为测量基准纤维。经牵伸后离开前罗拉的示踪纤维A在牵伸区某点变速后以前罗拉速度v1运动，示踪纤维A比基准纤维B多运动(ηv1t-v2t)距离。加上两纤维原始头端移距s0，牵伸后形成的新的头端移距s1=s0+(ηv1t-v2t)。

4)根据步骤3)中得到的头端移距公式s1=s0+(ηv1t-v2t)，求得示踪纤维从变速点变速开始到停车时为止运动经过的时间t，得到示踪纤维A从变速点变速以后，以前罗拉速度运动经过的距离ηv1t，测量得到示踪纤维A头端距离前罗拉钳口线的距离d，即有

本文提出的变速点位置的测量方法，经实验测

得大量纤维变速点位置，形成一种分布，即为纤维变速点分布。

2.2 实验准备

本文实验采用加装丰田式集聚纺装置的QFA1528型环锭细纱机和加装丰田式集聚纺装置的TH558型超大牵伸细纱机，选用500和1 000 tex的半精梳纯棉粗纱纺制9.7、7.3、6.5 tex棉纱。采用YG086C全自动单纱强力仪测试纱线强力，USTER®TESTER 5条干测试仪测试纱线条干，USTER ZWEIGLE HL400兹韦格毛羽仪测试纱线毛羽。测试条件为：温度(23±2) ℃，相对湿度(65±3)%，测试前纱线在该条件下平衡24 h。

2.3 实验方案

先以500 tex纯棉粗纱分别使用加装丰田式集聚纺装置的QFA1528型环锭细纱机和加装丰田式集聚纺装置的TH558型超大牵伸细纱机纺制9.7 tex棉纱，在粗纱定量、所纺细纱定量、钳口隔距、双皮圈牵伸、罗拉隔距等参数相同的条件下，QFA1528后区牵伸倍数与TH558后区×中区牵伸倍数相同，保证前区牵伸倍数相同，对比QFA1528和TH558前区纤维变速点分布曲线，研究超大牵伸时的牵伸性能，工艺参数如表1所示；以1 000 tex纯棉粗纱使用TH558分别纺制9.7、7.3、6.5 tex棉纱，3种纱线纺纱时后区×中区牵伸为1.1×1.3，探讨随着牵伸倍数增大，前区纤维变速点分布的变化以及对成纱条干的影响，工艺参数如表2所示；使用1 000 tex粗纱定量纺9.7 tex棉纱，总牵伸倍数102.88，探讨不同牵伸倍数分配时前区纤维变速点分布曲线。具体牵伸倍数分配如下：后区牵伸倍数都选用1.1，中区牵伸倍数分别为1.1、1.3、1.5、1.7。

表1 9.7 tex棉纱工艺参数Tab.1 Spinning parameters of 9.7 tex cotton yarn

表2 以100 tex粗纱纺制棉纱工艺参数Tab.2 Spinning parameters of cotton yarn with roving weight 1 000 tex

为方便测量和计算，实验过程中将示踪纤维放入粗纱时，按两两间隔40 mm放入粗纱中，使基准示踪纤维与其他示踪纤维的原始头端移距s0为40，80，…，400mm，变速点分布实验进行10组，每组实验中放入10根示踪纤维，得到的每条曲线为测试100个变速点位置，统计后绘制的变速点分布曲线。

3 结果与分析

3.1 不同牵伸形式变速点分布曲线对比

图2示出分别使用加装丰田式集聚纺装置的QFA1528型环锭细纱机和加装丰田式集聚纺装置的TH558型超大牵伸细纱机用线密度为500 tex的纯棉粗纱纺制9.7 tex棉纱，2种牵伸形式下前区纤维变速点分布曲线。表3示出QFA1528和TH558细纱机纺制9.7 tex棉纱的各项性能指标。

机型条干CV值/%-50%细节/(个·km-1)+50%粗节/(个·km-1)+200%棉结/(个·km-1)≥3mm毛羽/(根·m-1)断裂强力/cNQFA152814.037.5100.0180.0267158.66TH55813.695.072.5157.5254161.93

由图2变速点分布曲线可看到，保证QFA1528后区牵伸与TH558后区×中区牵伸相同的条件下，对比前区纤维变速点分布曲线时，使用TH558细纱机比QFA1528的前区纤维变速点分布更集中、稳定，更靠近前罗拉。由表3棉纱性能指标可看到，TH558细纱机比QFA1528细纱机所纺纱线条干更好，粗细节、棉结更少。由此可分析得到：纤维变速点分布集中、稳定，靠近前罗拉，纱线条干更好；TH558细纱机比QFA1528细纱机所纺纱线前区纤维变速点分布更利于成纱条干均匀，稳定、集中的变速点反映TH558细纱机摩擦力界分布更合理，对纤维的控制力强。TH558细纱机牵伸区多一个中区，使须条在中区小牵伸下纤维伸直平行度提高，须条结构在中区得到优化，有利于成纱条干均匀。由表3还可看出QFA1528与TH558细纱机所纺纱线毛羽和强力都较好，这是由于集聚纺纺纱有利于减少纱线毛羽，提高强力。

3.2 不同线密度棉纱变速点分布

图3示出1 000 tex纯棉粗纱使用TH558细纱机分别纺制9.7、7.3、6.5 tex棉纱，前区纤维变速点分布曲线。表4示出TH558细纱机纺制9.7、7.3、6.5 tex棉纱的各项性能指标。

细纱线密度/tex条干CV值/%-50%细节/(个·km-1)+50%粗节/(个·km-1)+200%棉结/(个·km-1)≥3mm毛羽/(根·m-1)断裂强力/cN9.713.205.047.5115.0267171.837.315.5940.0180.0172.5280158.936.516.3195.0222.5205.0289160.22

由图3前区变速点分布曲线可看出，随牵伸倍数的增加，变速点分布分散、后移，变得相对不稳定。由表4可看出，随着牵伸倍数的增加，条干不匀增大，粗细节、棉结增多。成纱牵伸倍数增大使得纤维不易受控，纤维运动波动大，纤维变速不稳定，变速点分散，纤维头端变速位置变动范围变宽，移距偏差增大，造成牵伸过程中附加不匀增大，成纱条干不匀。3.3 不同牵伸分配下变速点分布

图4和表5分别示出纺9.7 tex棉纱时不同牵伸倍数分配下前区纤维变速点分布及纱线性能指标。

中区牵伸倍数条干CV值/%-50%细节/(个·km-1)+50%粗节/(个·km-1)+200%棉结/(个·km-1)≥3mm毛羽/(根·m-1)断裂强力/cN1.113.5412.562.5115.0267170.151.313.205.047.5110.0238171.831.513.7512.570.0102.5245166.351.714.0512.5105.5135.0279163.67

由图4可看出，在后区牵伸倍数都为1.1，中区牵伸倍数分别为1.1、1.3、1.5、1.7时，前区纤维变速点分布在中区牵伸为1.3时最集中、稳定，更靠近前罗拉。由表5可看出，在后区牵伸倍数都为1.1，中区牵伸倍数分别为1.1、1.3、1.5、1.7时，成纱条干均匀度先变小后增大，粗细节和棉结也有相同的变化趋势。后区牵伸倍数相同，中区牵伸倍数增大使得须条结构不均匀，纤维间抱合力减弱，进入前区的须条松散，不能配合前区形成稳定的摩擦力界，变速点不稳定，纤维头端变速位置变动范围增大，成纱条干不匀增加。

4 结 论

本文对加装丰田式集聚纺装置的QFA1528型环锭细纱机和加装丰田式集聚纺装置的TH558型超大牵伸细纱机前区纤维变速点分布进行对比，认为TH558型细纱机摩擦力界分布更合理，对纤维的控制力强，变速点分布更稳定、集中，有利于成纱条干均匀。在TH558型细纱机上以1 000 tex粗纱分别纺制9.7、7.3、6.5 tex棉纱，认为牵伸倍数增大使得纤维不易受控，纤维运动波动大，纤维变速不稳定，变速点分散，纤维头端变速位置变动范围变宽，移距偏差增大，造成牵伸过程中附加不匀增大，成纱条干不匀，因此大牵伸装置更要合理布置摩擦力界，有效控制纤维运动，使变速点稳定、集中、前移。在不同牵伸倍数分配下纺9.7 tex棉纱，得到后区牵伸为1.1时，中区牵伸1.3时能为前区提供结构均匀的纱条，并配合前区形成稳定的摩擦力界分布，变速点稳定集中，成纱条干均匀。

FZXB

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Study on yarn unevenness based on experiment of fibers accelerated-point distribution

LI Yinghui1, XIE Chunping1, LIU Xinjin1,2

(1.CollegeofTextile&Clothing,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.JiangsuSpcc-SilkCo.,Ltd.,Suqian,Jiangsu223700,China)

In order to explore the effect of the enhancement of the drafting multiple and the collocations of drafting multiple on yarn unevenness, the experiment of the accelerated-point distribution is presented. The yarn evenness is analyzed by the change of fibers accelerated-point distribution. Firstly, 9.7 tex cotton yarn was taken as example, and the accelerated-point distribution of the front draft zone of ring spinning frame and super high drafting ring spinning frame were compared. Then, 9.7 tex, 7.3 tex and 6.5 tex cotton yarns were spun on the super high drafting ring spinning frame with the heavy weight 1 000 tex of the roving. Lastly, 9.7 tex cotton yarn was taken as example, under the different collocations of drafting multiple, the accelerated-point distribution of the front draft zone was explored. The results indicate that the accelerated-point distribution of the super high drafting ring spinning frame is more centralized and stable and fronted than ring spinning frame, and the yarn evenness is better. And along with the increasing of the drafting multiple, the accelerated-point distribution is more dispersed and the yarn evenness is worse. Moreover, 9.7 tex cotton yarn is spun on 1.1 back draft and 1.3 intermediate draft, the accelerated-point distribution of the front draft zone is the most centralized and fronted, and the yarn evenness is the best.

accelerated-point distribution; super high drafting; yarn evenness; collocation of drafting multiple

10.13475/j.fzxb.20150500206

2015-05-04

2016-04-15

纺织服装产业河南省协同创新项目(hnfz14002)；江苏省自然科学基金项目(BK2012254)；江苏省产学研项目(BY2014023-13，BY2012051，BY2013015-24)；江苏省科技成果转化项目(BA2014080)；广东省产学研项目(2013B090600038)

李瑛慧(1993—)，女，硕士生。主要研究方向为纺纱新技术。谢春萍，通信作者，E-mail: wxxchp@vip.163.com。

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