压纱盘对赛络纺纱线的自适应集聚调控研究

许 多 范 航 徐卫林 倪俊龙 刘可帅

（1.武汉纺织大学，湖北武汉，430200；2.安徽华茂纺织股份有限公司，安徽安庆，246018）

赛络纺纱技术由于其纱线结构良好、质量优异、生产技术较成熟，因而被广泛应用于棉纺纱线的生产中。但由于高品质赛络纺纱线占比较小，因而制约了赛络纺纱技术的发展[1]。刘可帅等[2]通过研究成纱三角区中纤维高速内外转移机制，发明了“预集聚+槽轮集聚+压纱盘集聚”半开放串联式的新纺纱工艺，实现了精准、有序地分层集聚调控纤维成纱的规模化生产。余豪等[3]研究了动态槽轮集聚纤维成纱的力学特征和规律，归纳了其最优纺纱工艺；刘可帅等[4]探究了集聚压纱盘结构对成纱质量的影响，但是压纱盘配重载荷对纤维的自适应调控行为没有深入研究。

为了探究集聚压纱盘载荷与纱线运动特征的适配规律，以提高赛络纺成纱质量，形成外紧内松的分层纱线结构，因此研究了集聚压纱盘自适应作用原理及其力学模型，并且采取多组不同载荷压纱盘的对照性纺纱试验，对比分析了其递进载荷对赛络纺成纱质量和纱线结构的影响。

1 集聚压纱盘自适应作用原理

如图1所示，在加捻三角区前端安装下杆，其集聚压纱盘组装在下杆上端，与下杆协同作用于成纱段，纱线从下杆和集聚压纱盘接触的缝隙中通过，从而自适应调节成纱状态。

图1 集聚压纱盘装置示意图

集聚压纱盘能有效适配纱条的运动状态。当纱条某一处纤维集聚时，容易产生粗节、棉结，因此其集聚点动能冲量增加，对压纱盘形成反作用力，造成压纱盘沿垂直方向上运动以调整接触模式，缓释纤维集聚点的动能冲量，来适应纱条运动状态。此时，集聚压纱盘表面与纱线的接触面积将会减少，由压强公式（1）可知，压纱盘对纤维集聚处将产生更大载荷力P，促使此处纤维分散、剥离、重新缠绕纱体表面，避免其纤维集聚形成粗节、棉结，改善了成纱条干均匀度[5]。

式中：P为集聚压纱盘对纱线的载荷；k为压纱盘的作用系数；G1为集聚压纱盘配重；S为纤维与集聚压纱盘的接触面积。

裸露纤维在压纱盘集聚作用下被重新捻入纱体，成纱毛羽得到控制，纱线纤维强力利用率有效提高，所纺纱线的强力性能也将得到改善。

如图2所示，对集聚压纱盘所作用纱线进行受力分析可得：

式中：T为纤维在集聚点O所受的作用力；m为集聚点纤维的质量；l为纤维伸出长度；v为纤维捻回速度；fm为纤维滑动摩擦力；μ为纤维摩擦因数；N为纤维对集聚点O的作用力；y为纱线直径；G2为毛羽质量。

由公式（2）和公式（3）可得出：

图2集聚压纱盘自适应行为原理示意图

根据方程（4）可以推出，纤维在集聚点O动能冲量与压纱盘对纤维作用效率的协同程度，成为了集聚压纱盘自适应行为对调控成纱质量影响的关键因素。

2 试验部分

2.1 纱线制备

为初步探究集聚压纱盘自适应行为对赛络纺纱线性能的改善，对不同配重集聚压纱盘所纺6组赛络纺纱线进行分析。其中集聚压纱盘直径为18 mm，其配重分别为1 g、2 g、3 g、4 g和5 g。

在JWFA 1520型细纱机上选取同锭纺制纯棉18 tex赛络纺纱线，每锭纺制6组管纱。其中细纱机工艺参数：锭速15 000 r/min，粗纱定量4.5 g/10 m，前罗拉线速度15.3 m/min，钳口隔距2.5 mm，捻系数300，后区牵伸1.3倍，钢丝圈型号W321-40，钢领型号PG1-4054。

2.2 纱线性能测试

使用iphone 8前置相机对6组赛络纺纱线成纱三角区进行拍摄；使用奥林巴斯PM 4000型光学显微镜仪对纱线的表观形态结构进行拍摄；根据FZ/T 01086—2000《纱线毛羽测定方法 投影计数法》使用H 400型毛羽仪测试纱线的毛羽性能；根据GB/T 3292.1—2008《纱线条干不匀试验方法电容法》使用USTER Tester 5型条干均匀度仪测试纱线的条干性能；根据GB/T 3916—2013《单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》使用YG063c型单纱强力仪测试纱线的强伸性能。

3 分析与讨论

3.1 成纱三角区形态

图3为不同质量集聚压纱盘对赛络纺成纱三角区形态的影响。在无集聚压纱盘（即0 g）状态下，观察不到成纱三角区。随着集聚压纱盘配重载荷增加，赛络纺成纱三角区逐渐变大，使用5 g压纱盘纺纱时的成纱三角区最大。这说明了压纱盘对成纱产生了阻捻作用，其过大载荷直接影响了纱线的捻度传递[6]。但采用2 g～4 g压纱盘的成纱三角区结构差距不大，反应了压纱盘的自适应调控行为：在有效载荷下，集聚压纱盘会适配成纱运动状态，调节成纱三角区形态。

图3 不同质量集聚压纱盘所纺纱线的成纱三角区

3.2 纱线表观结构

不同载荷压纱盘所纺赛络纺纱线的表观形态结构如图4所示。

图4 不同质量集聚压纱盘所纺纱线的结构图

由图4可知，其中未加压纱盘的纱线毛羽明显多，其表面纤维裸露在外，并未卷入纱线主体；采用压纱盘所纺纱线的表面明显紧密、平整，1 g～4 g压纱盘所纺纱线毛羽明显减少，在压纱盘集聚作用下重新捻入纱线中；而5 g压纱盘所纺纱线毛羽再次增多，由于其质量过大使其丧失自适应行为，导致纤维无法充分内外转移，对纱线造成恶性阻捻，成纱三角区拉大，边缘纤维发生断裂[7]。

3.3 纱线毛羽性能

纱线毛羽测试结果如表1所示。由表1可见，集聚压纱盘能有效减少纱线毛羽。

表1 纱线毛羽测试结果

相比普通赛络纺纱线，集聚压纱盘的使用有效减少了纱线毛羽。与赛络纺原纱3 mm毛羽数相比，1 g～5 g载荷的压纱盘所纺纱线3 mm毛羽数降幅分别为43.0%、48.4%、65.1%、71.3%和35.8%，这表明在有效载荷内，集聚压纱盘配重的增加可强化对纱线的握持作用，协同纱线运动状态，对转移过程中的纤维有效控制以减少毛羽的形成。其中5 g压纱盘毛羽再次增多，与图4中5 g压纱盘所纺纱线的表观结构相符合，其作用于纱体表面的过载压强阻碍了纤维的有效转移，边缘纤维无法卷入纱体中从而形成毛羽[8]。

3.4 纱线条干性能

对所纺6组赛络纺纱线进行条干测试后的结果如表2所示。从表2中可见，集聚压纱盘自适应行为对纱线成形过程中微结构有效控制，改善了纱线条干和细节疵点，但棉结疵点略有恶化。

赛络纺纱线条干性能随压纱盘配重先增大后减小，其中3 g压纱盘所纺纱线条干性能最优，4 g和5 g压纱盘对成纱过载受力，导致纱条意外牵伸，条干性能降低甚至恶化。裸露纤维在压纱盘集聚作用下重新缠绕到纱线细节处，因此细节减少。1 g和2 g压纱盘无法适应成纱时的动能冲量，接触压纱盘时导致其无规律振动，形成了“纤维聚集”现象，造成粗节增加[9]。3 g、4 g和5 g压纱盘在有效控制纤维运动的同时，可匹配纱线状态且在垂直方向上自适应调节，根据纱体结构与运动状态自行调整接触面积，显著减少粗节。

表2 纱线条干综合测试结果

毛羽在压纱盘集聚作用下重新包缠，其自适应行为可控制单位长度内纱条表面包缠的毛羽数量，但其不适配的压纱盘不能调控毛羽包缠精度，导致棉结增加。

3.5 纱线强伸性能

表3为6组赛络纺纱线的强伸性能。结果显示，与赛络纺原纱断裂强力相比，1 g～4 g载荷的压纱盘所纺纱线断裂强力分别提高2.0%、4.2%、4.8%和6.1%，断裂伸长率分别提高0.4%、6.9%、6.7%和7.7%。这说明压纱盘集聚作用对纤维须条表层实施动态立体式搓捻，实现表层纤维的紧密缠绕，可以提高纤维的利用率，增强纤维间抱合，改善纱线的强伸性。

不同载荷压纱盘自适应调控纤维集聚能力存在差异，4 g压纱盘对成纱断裂强力改善最为显著，反应其载荷顺应纱线运动特征，有效调控纤维在纱条表面结构紧度；5 g载荷对成纱三角区纤维控制力过大，纤维不能充分内外转移，造成拉伸过程中纤维应力集中，强伸性能有所恶化[10]。

表3 单纱强力测试结果

4 总结

本文探究了集聚压纱盘自适应调控成纱原理，并将使用不同载荷压纱盘所纺纯棉赛络纺纱线的表观特征和纱线性能进行对比，得出以下结论。

（1）不同载荷集聚压纱盘与纤维运动状态存在适配曲线，过小载荷不能控制纤维包缠，过大载荷阻碍纤维充分转移，选择合理配重集聚压纱盘，可有效构筑自适应成纱体系。

（2）集聚压纱盘自适应行为可有效调控赛络纺三角区内纤维充分内外转移，其自调集聚作用协同加捻扭力致使外层纤维紧密缠绕，最终形成内部柔顺、外部紧密缠绕的纱线结构。