应用给湿装置改善环锭纺成纱毛羽

李沛赢， 郭明瑞， 高卫东

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

截至目前，环锭纺仍然是占据整个纱线生产量80%以上的纺纱方法[1]。在环锭纺纱过程中，纤维须条是通过钢丝圈绕钢领转动产生的扭矩加捻成纱，纱线的捻度传递由下而上，也就是说前钳口到钢丝圈的纱线捻度由低到高分布[2-3]。成纱过程中，当须条中纤维转移到表层时，若没有足够大的扭力作用使纤维重新转移到纱线内部，该纤维就会裸露在纱线表面形成毛羽[4-5]。

在普通环锭纺中，纱线经导纱钩从低捻段到高捻段，虽然纱线进一步加捻收紧，但在低捻段已经伸出纱体表面的毛羽难以被捻入纱体内部[6-7]。为减少成纱毛羽，在低捻段对纤维的贴伏十分重要[8]。现广泛采用的集聚纺纱技术是利用气流对前罗拉输出的纤维须条进行横向凝聚，使纤维须条宽度缩小，从而大大减小加捻三角区宽度，以减少成纱毛羽。集聚纺纱技术减少毛羽作用显著，但其附加装置改造成本高，且运行中能源消耗多，使得纺纱生产成本提高[9]。

在推广应用集聚纺纱技术的同时，人们一直在探索附加装置成本低、运行能耗小的减少毛羽方法，如在低捻段加装加热或假捻装置，前者通过加热作用使毛羽贴伏，对热塑性纤维改善效果明显；后者通过假捻作用使须条出前钳口后立即得到较强的加捻作用，也有助于毛羽的减少[10]。

本文提出利用导纱轮给湿纤维须条，借助水的黏滞性贴伏毛羽的方法。该方法是在前罗拉钳口与导纱钩之间加装一种接触式给湿装置，使纺纱过程中伸出纱线表面的纤维头端和纱线表面被润湿，并在通过导纱钩阻捻点时，毛羽被压倒贴伏在纱线表面，进入高捻段后，纱线进一步加捻收紧，贴伏在纱线表面的毛羽被捻入纱体内部，进而达到减少毛羽的效果。同时，该装置将低捻段纱线与牵伸面的夹角进行优化，减小加捻三角区中纤维与前罗拉的包围弧，并形成纤维须条在导纱轮上相对稳定的导纱角，有助于减少成纱毛羽。

1 给湿装置

1.1 给湿装置结构

环锭纺纱机上的给湿装置结构如图1所示。壳体1与外部水箱相连使水位不变以保证供水量恒定，导纱轮2嵌套在固定轴3上，由固定卡簧4固定其位置，且一部分伸出壳体，与低捻段纱线接触，其下部浸没在壳体的水中。正常纺纱过程中，导纱轮通过运动纱线的摩擦作用驱动旋转，使导纱轮周向全部浸湿，在与纱线接触的部位将纱线润湿，并将润湿之后的毛羽贴伏在纱线表面。

1—壳体； 2—导纱轮； 3—固定轴； 4—固定卡簧。图1 给湿装置结构图Fig.1 Wetting device structure

1.2 接触弧长几何模型

该给湿装置的导纱轮与纱线之间有一段接触包围弧，如图2所示。为方便计算该弧长l，建立直角坐标系，坐标原点O为通过前罗拉钳口A(0，a)的垂线与通过导纱钩最高位置B(b，0)的水平线交点，C为导纱轮轴心位置。

图2 加湿接触弧长几何模型Fig.2 Wetting contact arc length geometric model

导纱轮半径R、导纱轮中心位置C(m，n)确定后，可按下式计算弧长：

根据上述公式可确定接触弧长与导纱轮直径和安装位置的关系。

1.3 给湿装置安装位置

受到细纱机结构的限制，一落纱过程中导纱钩有一定的升降动程，纱线和导纱轮接触弧长会发生变化，因此给湿装置必须选择合适的导纱轮直径和安装位置，才能保证工作正常。现选取直径分别为15、20、25 mm的导纱轮为研究对象，导纱轮的安装位置要保证纱线在大、小纱位置(导纱钩高、低位置)都可与给湿装置的导纱轮接触并有一定的包围弧长，以带动导纱轮转动，并满足一定的给湿量。图3示出3种直径导纱轮在试验所用JWF1510型细纱机的安装位置。图中坐标系和A、B点同图2，点M(42，38)、N(38，40)、P(34，42)分别表示15、20、25 mm导纱轮的轴心位置。

图3 接触式给湿装置的安装位置Fig.3 Location of contacting wetting device

根据弧长计算式可计算出导纱钩在最高、最低位置时3种直径导纱轮的纱线接触弧长，结果见表1。

表1 纱线接触弧长Tab.1 Contact arc length

2 导纱轮加湿模型

2.1 水雾三角区

纺纱过程中纱线驱动导纱轮旋转，并带水润湿纱线，水与纱线以及水与导纱轮表面之间存在附着力，使得纱线和导纱轮之间存在水雾三角区A，其长度为c，如图4所示。

图4 水雾三角区示意图Fig.4 Sketch of water triangle

由于水雾三角区的存在，纱线给湿部分不仅是与导纱轮直接接触的部分，还包括水雾三角区的部分，因此总加湿量为：

Wt=Wa+Wb

式中：Wa为水雾三角区的给湿量，mg；Wb为纱线与导纱轮直接接触的给湿量，mg。

由于承载导纱钩的叶子板在一落纱过程中上下运动，纱线和导纱轮直接接触弧长一直在变化当中，因此直接加湿量在纺纱过程中一直是变化的。而预加湿量则与水雾三角区长度有关，不同直径的导纱轮水雾三角区长度不同，则预加湿量不同。

2.2 水雾三角区观测

为清楚观察到导纱轮与纱线之间的水雾三角区，将已纺好的19.5 tex精梳棉纱两端固定，用调速电动机驱动导纱轮，表面线速度均为14.4 m/min。采用高速摄影机拍摄不同直径导纱轮与纱线接触形成的水雾三角区长度，如图5所示。

图5 水雾三角区拍摄图Fig.5 Shot of water triangle

在导纱轮直径为15、20、25 mm的3种情形下，根据拍摄的图片测得水雾三角区的长度分别为3.3、3.8、4.2 mm，即导纱轮直径越大，水雾三角区长度越长，给湿量越多，越有利于毛羽受到水的吸附而贴伏在纱线表面。

3 纺纱试验

3.1 纺纱品种与工艺

试验采用JWF1510型细纱机，给湿装置的导纱轮为木质，为增加其耐磨性，在表面包覆一层绵纶网格圈。将配备15、20、25 mm导纱轮的给湿装置分别安装在图3所示M、N、P对应的3个位置上进行纺纱，并与不加给湿装置的对照组进行对比。

分别纺制14.6 tex和19.5 tex精梳棉纱，其纺纱工艺参数如表2所示。每种情形下各纺制10管满管纱进行毛羽测试，为考察管纱络筒后毛羽变化，14.6 tex精梳棉纱再纺制10管用于络筒，并进行毛羽测试。

表2 纺纱工艺参数Tab.2 Technological parameters of spinning

3.2 毛羽测试

采用兹伟格HL400型毛羽测试仪测试纱线的3 mm及以上毛羽根数S3，测试速度为400 m/min，每次测试长度为100 m，每管纱(筒纱)测试10次，结果取平均值，得到整管纱(筒纱)不同片段的毛羽根数S3。

3.3 纺纱耗水量测试

将配备15、20、25 mm导纱轮的给湿装置分别安装在图3所示M、N、P对应的3个位置上进行纺纱试验，分别纺制14.6、19.5 tex的2种精梳棉纱，每个品种测试10管纱线一落纱平均耗水量。

4 结果与讨论

4.1 纱线外观形态

采用VHX-5000型超景深数码显微镜拍摄纱线外观形态。图6示出普通环锭纺与加装给湿装置所纺14.6 tex精梳棉纱的图像。通过观察发现，与普通环锭纺纱相比，给湿纺所纺制的纱线长毛羽均有明显减少，未消除的毛羽绝大部分按一定方向贴伏于纱线表面，纱线表面更加光洁。

图6 纱线外观形态Fig.6 Appearance of yarns. (a) Regular ring spun yarn; (b) Yarn by 15 mm guide wheel;(c) Yarn by 20 mm guide wheel; (d) Yarn by 25 mm guide wheel

4.2 纺纱耗水量

配备15、20、25 mm导纱轮的给湿装置所纺制的14.6、19.5 tex精梳棉纱的纺纱耗水量如表3所示。

表3 纺纱耗水量Tab.3 Water consumption

表3数据表明，由于水雾三角区的存在，随导纱轮直径增大，在转动过程中与纱线间接接触长度越长，意味着纱线可带走更多的水，所以纺纱耗水量也就越多，与前所述水雾三角区理论一致；同时，所纺纱线细度越大，意味着在纺纱过程中同一时间有更多的纤维带水，纺纱耗水量就会相应增加。

4.3 管纱毛羽对比

不同直径导纱轮所纺制的14.6、19.5 tex精梳棉纱的S3测试结果如表4所示。表中：X0表示没有安装给湿装置的对照组；X1、X2、X3分别表示安装15、20、25 mm直径导纱轮给湿装置的试验组。

表4中数据可知：15、20、25 mm直径导纱轮均可明显降低纱线毛羽，对于14.6 tex精梳棉纱来说，15、20、25 mm直径导纱轮分别将S3降低27.4%、30.1%、35.9%；对于19.5 tex精梳棉纱，15、20、25 mm直径导纱轮分别将S3降低30.6%、37.1%、41.1%。随着导纱轮直径变大，对成纱毛羽的减少作用越明显。

表4 管纱S3测试结果Tab.4 S3 hairiness results of bobbins

注：“—”表示X0作为对照组无减少率。

4.4 筒纱毛羽对比

为测量纱线在络筒后的毛羽变化情况，络筒后纱线(14.6 tex)的S3测试结果如表5所示。

表5 筒纱S3测试结果Tab.5 S3 hairiness results of cones

注：“—”表示X0作为对照组无减少率。

络筒之后，纱线毛羽均有明显增多，但加装给湿装置的纱线毛羽仍明显少于对照组，由表5可知，15、20、25 mm直径导纱轮分别将14.6 tex精梳棉筒纱S3降低32.1%、37.4%、41.6%，降低水平与管纱接近。

5 结 论

本文通过在前罗拉钳口和导纱钩之间的低捻段加装接触式给湿装置，使未被捻入纱线内的毛羽润湿，纱线通过导纱轮这个接触点时，毛羽受到外部力量的作用，贴伏在纱线表面，进入高捻段后，纱线会进一步加捻收紧，纱线表面的毛羽被捻入纱体内部，从而起到减少毛羽的作用。

纺纱耗水量测试结果表明：相同纱线线密度条件下，随导纱轮直径增大，耗水量越多；同时，纱线线密度增大也会增加纺纱耗水量。纱线毛羽测试结果表明：25 mm直径导纱轮的给湿装置减少毛羽效果最好，14.6 tex精梳棉管纱3 mm及以上有害毛羽减少35.9%，19.5 tex精梳棉管纱有害毛羽减少41.1%。经络筒后14.6 tex精梳棉筒纱有害毛羽较未加装给湿装置的情形减少41.6%，因此，给湿助纺方法对于管纱和筒纱的毛羽下降都有着较显著的效果。

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