喷气织机车速对织物纬向物理力学性能的影响

张 敏， 王鸿博， 高卫东， 卢雨正

(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122;2. 江南大学 江苏省功能纺织品工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122)

喷气织机车速对织物纬向物理力学性能的影响

张 敏1,2， 王鸿博1,2， 高卫东1,2， 卢雨正1,2

(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122;2. 江南大学 江苏省功能纺织品工程技术研究中心， 江苏 无锡 214122)

为研究织物纬向物理力学性能与喷气织机车速的关系，测试了不同车速织机生产织物两侧的捻度差异。采用分段拆纱取样法分别对不同车速下所织织物纬纱两侧捻度及强伸性、织物强伸性、抗弯长度及染色性能进行测试与分析。结果表明：车速越低，纬纱退捻产生问题越多，织物两侧色差越大；车速越高，纬纱飞越梭口时处于无握持状态时间越短，纬纱退捻量减少，织物两侧纬纱捻度、强力损失减小，废边侧织物断裂强力及抗弯刚度损失减小，织物两侧染色效果变化较小，但车速增加对原纱要求提高，因此，选择合适车速，是喷气引纬提高产质量的关键。

喷气织机； 车速； 捻度； 物理力学性能； 差异性

目前，主喷嘴+辅助喷嘴+异形筘接力气流引纬是喷气织机主要的引纬方式。引纬过程中，一方面纬纱利用与气流之间产生的摩擦牵引力穿越筘槽；另一方面，筘槽内气体流场的压力变化会引起纬纱的波动退捻。而纬纱退捻在一定程度上改变了纱线原有结构，会直接影响纬纱力学性能、织物的浸润性能等几乎所有的物理性能，从而进一步恶化织物的物理性能、手感及染色性能等。纵观国内外研究文献，相关专家学者对于气流引纬造成纬纱退捻已有了一定的研究。文献[1]研究表明气流引纬会导致纬纱原有捻度的减少；张燕等[2]提出喷气、喷水引纬的织物存在左、右侧纬纱的捻度差异；戎健瑛等[3]通过实验测试分析了纬纱退捻对织物纬向强力的影响，并认为纬纱退捻对坯布强力的影响是微不足道的；颜幼平等[4]介绍了一种用涡流加捻器补偿纬纱自由端所损失捻度的方法，且证实该方法对于解决喷气织造时纬纱退捻十分有效。但目前针对影响喷气引纬纬纱退捻因素的研究较少，不够全面和完整，因此，本文采用津田驹ZAX9100喷气织机在不同车速下生产了平纹纯棉布，分析了不同车速对纬纱左、右位置捻度、强伸性、织物左右位置强伸性、抗弯长度以及染色性能的影响，为改善这种差异打下较好的基础。

1 纬纱退捻

纱线加捻时，纱条产生形变应力形成捻回，经过定型，形变应力减少，从而使捻回减少，但不能完全消除形变应力，形成残留扭矩。纬纱在自由状态下飞过梭口时，由于残留扭矩的存在导致纬纱回转，发生退捻。

气流引纬过程中，筘槽中形成三维汇交气流场。在近主喷嘴侧，主要是主喷高速射流与接连式开启的辅助喷嘴喷射气流的汇交合成；随引纬距离增加，主喷嘴射流逐渐衰减，辅喷嘴射流接连加入，合成辅喷射流间的三维流场。纬纱在合成的三维汇交气流场中呈波动状前进。

纬纱具有柔性，进入梭口后，纬纱的头端因自重原因有下落趋势，且其所受张力几乎为零，因此纬纱头端向下弯曲运动，气流对弯曲的纬纱前后形成瞬时压力差，推动头端以更快的速度运动，并依靠惯性作用使头端变成向上弯曲，此时气流又对纬纱前后产生方向相反的瞬时压力差，促使纬纱头端向下飞行。这样，纬纱头端就以上下波动的形式前进[5]。自下而上侧向接力式补充的辅喷射流，加大了对纬纱头端向上飘动的升力,使波动变得更加剧烈[6]。此外，纬纱飞行中心与流速中心的交错，导致纬纱头端反向旋转的半径变大，造成纬纱在流场中波动螺旋式前进的同时，头端不可避免地产生退捻。

纱线捻度变化会对纱线可编织性造成影响，继而影响织物风格[7-8]。纬纱退捻不仅使得织物风格发生变化，外观质量大打折扣，也会对实际生产产生影响。纬纱退捻会造成织机两侧纬纱刚度不同，尾端纱线捻度较低，刚度较低，使得对应经纱屈曲较少，张力偏小，随织造过程的进行，这种张力偏小的情况会进行累加，导致开口不清，经向误停等，对织造效率产生较大的影响。

喷气织机的速度影响纬纱飞越梭口的时间，而纬纱的飞行时间直接决定纬纱处于无握持状态时间的长短，继而决定纬纱的退捻量；织机速度决定着单位长度织物消耗气流量的多少，是解决喷气织机能耗问题的关键因素之一[9]，因此，在实际生产中根据产品和织机性能来确定合理的速度，在提高产品产量的同时，实现保证产品质量、降低能耗的双重目标。

2 实验部分

2.1 样品准备

对由ZAX9100喷气织机在不同车速下生产的3种织物进行研究。经、纬纱均选择线密度为14.6 tex的精梳纯棉纱。实验布样选择幅宽为166 cm，经纬密为354根/10 cm× 276根/10 cm的平纹纯棉布。布样选取位置示意图如图1所示。

2.2 性能测试

2.2.1 纱线捻度

纱线捻度测试在Y331A型纱线捻度机上进行。捻度测定采用退捻加捻法。从织物左、中、右侧依次截取3组试样。每块试样纬纱的有效长度为35 cm，连续取15根纬纱进行测试。

2.2.2 纱线强伸性

按照GB/T 3916—2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》，采用YG020B型电子单纱强力机测试纱线强伸性。取样时从织物左、右侧依次截取2组纬向试样。每块试样纬纱的有效长度为60 cm，连续取20根纬纱进行测试。

2.2.3 织物强伸性

采用HD026NS电子织物强力仪测试织物强伸性。从织物的左、中、右侧依次截取3组试样。试样尺寸为200 mm×50 mm。

2.2.4 织物纬向抗弯长度

依据GB/T 18318—2001《纺织品织物弯曲长度的测定》，采用YG(B)022D 型全自动织物硬挺仪测试织物纬向抗弯长度。取样时从样品的左、右侧依次截取2组纬向试样。每块试样尺寸为250 mm×25 mm。

2.2.5 织物染色性能

采用Datacolor 650分光测色仪测试织物染色性

能。从样布上等间距各截取2组纬向试样，试样尺寸为150 mm×150 mm，通过拆除边纱使每块试样的质量为2 g，达到符合染色实验的要求。使用Datacolor 650分光测色仪在每块试样的不同位置共测量10次，取平均值记录。

织物的左、右侧取样均从距布边15 cm处开始，每组试样均取5块。测试均在温度为(20±2)℃，湿度为(65±2)%条件下进行。

3 结果与分析

3.1 喷气引纬织物中纬纱捻度差异

表1示出不同车速所织织物纬纱(位于织物的左侧、中部、右侧)的捻度及差异。其中捻度值为5块试样测试的平均值。表中捻度差异率是指左、右两侧捻度之差占左侧捻度的百分比。

表1 不同车速织物纬纱捻度Tab.1 Weft twist of fabric at different speed

由表1可知，纬纱经喷气织机气流引纬后左右两侧存在较严重的捻度差异，并且靠近主喷嘴侧捻度高于废边侧。由布样的取样位置分析，织物左侧到织物中部这一阶段，即织物幅宽小于100 cm时，车速为500 r/min的织物纬纱捻度下降4.49捻，退捻现象最为明显，车速为600 r/min的织物纬纱捻度下降程度次之，退捻量为2.85捻/10 cm，而在700 r/min的车速下，纬纱退捻量最小，仅有1.03捻/10 cm；但在织物的中间到右侧段，即织物幅宽大于100 cm时，纬纱捻度的下降程度均比前一阶段大，且退捻量大大增加。这说明纬纱退捻范围大致为距主喷嘴100 cm处到废边侧纬纱头端，且越靠近头端退捻量越大。

当织机车速逐渐增大时，对应纬纱飞行时间缩短，在3种车速下织物纬纱的左右侧捻度差异率分别为9.08%、6.90%、3.83%，说明织机车速的快慢在很大程度上影响纬纱头端退捻量，车速越高，头端退捻越少。造成这种现象的主要原因是由于车速直接影响引纬过程中纬纱的飞行时间。在其他织造工艺不变时，随着车速的增加，纬纱的飞行时间缩短，纬纱处于无握持状态的时间随之减少，头端受到反捻力矩作用时间缩短，继而导致近废边侧纬纱退捻量降低，织物左右两侧纬纱捻度差异减小；相反，若车速降低，纬纱在筘槽内的飞行时间长，织物左右两侧纬纱捻度差异增加。

3.2 喷气引纬织物中纬纱两侧强伸性差异

图2、3分别示出在3种织机车速下所织织物纬纱两侧单纱断裂强力、断裂伸长率及其差异。

从图2可看出，纬纱经喷气织机气流引纬后纬纱两侧的断裂强力差异较大，近主喷嘴侧强力大于废边侧，且不同车速纬纱两侧强度的下降程度各不相同。车速为500 r/min的织物纬纱强力下降最快，达到6.91%；600 r/min的下降次之；车速为700 r/min的织物纬纱强力下降最少，为0.38%。

纱线加捻使得纱线中纤维间摩擦力增大，纱线强度不匀率减小，从而使纱线强度增加，但由于气流引纬属于自由端引纬，头端退捻破坏了纤维之间的排布与缠绕，使得纤维间摩擦力减小，强度不匀率增加，从而引起织物废边侧纬纱断裂强力小于主喷嘴侧，造成两侧强力差异。这种差异随车速的增加逐渐减小，主要原因是纬纱在筘槽内的飞行时间随织机速度的提高而减小，纬纱头端退捻量降低，纱线中纤维间的抱合作用增强，纬纱的断裂强力损失程度降低。

从图3可看出：车速为500和600 r/min织物纬纱伸长率下降幅度相近，分别为3.13%和3.14%；车速为700 r/min的织物纬纱强力下降最少，为0.74%。头端退捻引起纱线头端捻度减小，纱线中纤维之间的滑移作用更加显著，纤维自身在外力作用下产生的伸长减小，由于退捻造成的纱线捻回角和直径的变化等都会造成纱线断裂伸长率的减小，造成纬纱两侧断裂伸长率的差异，且这种差异随车速的增加不断减小。

3.3 喷气引纬织物两侧强伸性差异

图4、5分别示出不同车速下所织织物两侧断裂强力、断裂伸长率及其差异。

由图4可知，车速为500 r/min所织织物断裂强力减小最快，达到5.14%，远远超过600 r/min及700 r/min织物断裂强力差异。对比图2纬纱的断裂强力可看出，纬纱断裂强力与织物拉伸断裂强力呈正比关系，纬纱断裂强力越大，织物的断裂强力也越大。当织机速度低于某一特定值后，纬纱飞行时间增加导致纬纱退捻量加倍，纬纱强力急剧降低，最终导致织物断裂强力明显下降。

由图5可知：车速500 r/min所织织物断裂伸长率下降幅度最大，为4.62%；600 r/min的下降次之，为2.21%；车速为700 r/min所织织物断裂伸长率下降最少，为0.92%。织物的断裂伸长率在纤维性质、纱线线密度、织物经纬密、织物组织结构等因素相同的情况下，与纱线的捻度有着密切的关系。纱线退捻造成单纱断裂伸长率减小，从而造成织物两侧断裂伸长率的差异，且这种差异随车速的增加不断减小。

3.4 喷气引纬织物两侧纬向抗弯性差异

在一定程度上，纱线的捻度可影响纱线的弯曲刚度，从而影响织物的抗弯长度，影响织物手感[10]。为研究不同车速所织织物两侧手感差异，选择织物的抗弯长度作为衡量指标。图6示出不同车速下所织织物左、右侧纬向抗弯长度及其差异。

由图6可知，随车速的增加，两侧抗弯长度差异逐渐减小，但织物的抗弯长度总体差别不大。理论认为，纱线经过加捻作用后，纱线中原来平行排列的纤维与纱轴形成一定的倾斜角度，改变了纱线中纤维的分布，使得纤维间的挤压作用和摩擦作用增强，纱线中纤维间的相互运动趋于稳定，从而纱线弯曲刚度得以确定。纱线的弯曲刚度越大，在相同厚度的情况下，形成织物的弯曲刚度越大，织物越硬挺。从实验结果分析，织机车速的提高在一定程度上可减小织物两侧的弯曲长度差，但总体上纬纱两侧捻度差异对织物两侧抗弯刚度几乎无影响。

3.5 喷气引纬织物两侧纬向染色性差异

在有色物体反射或透射光谱的最大吸收波长处计算Kubelka-Munk函数值(K/S)，是表示颜色深度常用的方法之一。计算得到的K/S值越大，表示固体试样表面颜色越深，即有色物质浓度越高，染料染色性能越好[11]。本文研究利用K/S值来评价织物颜色的深浅，间接表达出织物上的染料含量，评价试样的染色程度。图7示出不同车速下织物两侧纬向K/S值。

由图7可知，随织机速度的增加，织物左右两侧的K/S值差异呈现下降趋势。织机速度增加，导致纬纱飞行时间缩短，靠近废边侧纬纱退捻量降低，纱线中纤维扭转弯曲度减小，纤维毛细管贯通性增强，导致纤维对水分子的迁移阻力减小，染液的芯吸速度提高，渗透性更强，最终造成近废边侧织物染料量高于近主喷嘴侧，即右侧织物的颜色较左侧更深。

图8示出不同车速所织织物纬向K/S值差异率与纬纱左右侧捻度差异率的关系。其中K/S值差异率为左右两侧K/S值之差占右侧K/S值的百分比。由图可知，织物纬向K/S值差异率随捻度差异率的变化而变化，且二者呈正比例关系。随织机速度的增大，纬纱两侧捻度差异率急剧减小，而织物K/S值差异率的减小程度更为显著，说明纬纱捻度变化对于织物两侧染色性能的影响很大，且织机车速的增加，对于改善织物两侧染色差异有着显著的作用，织机速度越快，织物两侧纬纱捻度差异越小，织物两侧上染率越接近，布面染色差异越小。

4 结 论

1)喷气引纬织造时，织物中纬纱左、右侧存在捻度差异，这种差异在织物中表现为废边侧捻度高于主喷嘴侧。织机速度越高，纬纱飞行时间越短，纬纱头端在反捻力矩作用下的退捻量减少，废边侧纬纱捻度与主喷嘴侧捻度的差异由500 r/min时的9.08%减小到700 r/min时的3.83%。

2)随车速增加纬纱两侧断裂强力差异程度减小，由500 r/min时的6.91%下降到700 r/min时的0.38%；纬纱断裂伸长率差异随织机车速增加而减小；废边侧织物拉伸断裂强力及抗弯刚度损失随织机速度提高而减小，织机速度提高100 r/min，织物两侧断裂强力差异平均减小约2.1%；当织机速度由500 r/min提高到700 r/min时，织物两侧染色差异由9.52%下降到1.33%。

3)喷气织机车速的确定与织机性能、织物组织、纱线性能等相关。车速低，纬纱退捻量增加，织物两侧色差越大，但生产中对原纱要求较低，同时影响产品的产质量；车速高，织物两侧色差小，产品产质量提高，但对原纱的要求增加，因此在实际生产中，应根据实际条件，选择合理适当的车速，达到提高产品产量与质量的双重目标。

FZXB

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Influence of air-jet loom speed on weft physical and mechanical properties of fabrics

ZHANG Min1,2, WANG Hongbo1,2, GAO Weidong1,2, LU Yuzheng1,2

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China; 2.JiangsuEngineeringTechnologyResearchCenterforFunctionalTextiles,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to study the relationship between the physical mechanical properties of fabrics and air-jet loom speed, the twist difference on both sides of the fabrics at different weaving loom speeds (500 r/min, 600 r/min and 700 r/min) is analyzed in this paper. Samples of the fabrics are selected by ravel weft yarns on the different parts, and the twist distribution, the weft strength and elongation, the fabric strength and elongation, the fabric bending length, and the fabric dyeing properties of each weft yarn section were tested separately at different speeds. The experiment result shows that the weft yarn untwisting causes more problems and difference between both sides of the color is greater when the speed is lower. On the contrary, the increasing of the weft speed will decrease the weft yarn freely flying time, the untwist degree of the weft yarn was decreased with the shortening of weft yarn insertion time, and the weft strength loss, the fabric breaking strength loss, the bending rigidity loss, the dyeing difference on both side of the fabrics was decreased as well, but raw yarn quality requirements were improved with the speed simultaneously. Therefore, proper appropriate speed is the key to improve the quality and output of production by air-jet weft insertion.

air-jet loom; loom speed; twist; physical and mechanical property; difference

10.13475/j.fzxb.20150906506

2015-09-25

2016-03-11

江苏省产学研项目(BY2014023-24)

张敏(1991—)，女，硕士生。研究方向为织造技术。王鸿博，通信作者，E-mail：wxwanghb@163.com。

TS 103.33

A