棉纱表面直径数据库建立及规律研究

蔡彩虹，胡海霞，王金芳，张才前

(1.西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西 西安710048;2.浙江工业职业技术学院 鉴湖学院，浙江 绍兴312000;3.绍兴文理学院 元培学院，浙江 绍兴312000)

棉纤维具有纤细、抗弯刚度低、吸湿性好、蓬松、柔软、无刺痒、无毒无害、生产成本较低、产量高、品种适应广等优点[1]，是最常见和应用最为广泛的纺织原料之一。棉纱线作为纺织品中的半成品，纱线直径是棉纱线性能的主要指标，纱线直径不同，纺纱所用原料的规格和质量就不同，纺纱工艺的设计要求需要相应改变，纱线物理机械性能也不同，且棉纱线直径影响织物的强力、厚度、硬挺度、服用性能、织物手感、风格以及纱线的实际使用价值[2]。

纱线是柔性体，截面并非圆形，在不同的外力作用下可能呈椭圆形、跑道形、透镜型等形状[3-4]。棉纱或棉型纱线曾使用英制支数制定，即用每磅纱具有多少个840码数来表示，目前纱线直径的测量方法主要有测长称重法、投影法、普通生物显微镜法和视频显微镜法等[5-8]。其中测长称重法受环境湿度影响较大，需要烘干并进行公定重量换算，投影法和显微镜法测试方便、精准度高，但需要相应的仪器设备，无法快速便捷地获得纱线的直径数据(本文因研究需要，棉纱细度仍采用英制支数)。

将12种不同规格的棉纱进行系列化数据采集，采用视频显微镜精准测试纱线的直径，通过探究纱线直径与纱线捻度之间的规律，建立棉纱线表面直径数据库，分析纱线的捻度与其直径的关系，探讨不同支数纱线细度大小的变化趋势。此外，通过本次试验所测得的数据，只对纱线捻度和直径进行测定，从建立的数据库中寻找所匹配的纱线，就能准确地得出这种纱线的支数，从而加快了对纱线的辨别，提高工作效率。

1 试验部分

1.1 试验材料

选用不同线密度的棉纱线作为试验材料，具体试样支数为8、10、15、16、18、21、26、30、32、40、50、60 s，并对棉纱线进行预处理。按照测试标准，采用捻度仪测量出所取纱线样品的捻度;将伸直不伸长状态下的纱线固定在捻度仪的夹头上，设定捻向，将捻度按一定比例增加4次，分别将4次加捻的棉纱线进行烧毛处理，然后分别固定于4个载玻片上，做上记号标明支数和捻度。

1.2 棉纱直径测量

使用E100型尼康数码显微镜，先将焦距调整后，用一刻度尺1 c m处进行测量确定其在显微镜图像下的长度，然后左右调整找到合适的刻度位置，如图1(a)所示。在确定显微镜的数值比例后先将原始捻度的纱线轻轻放入载物台上固定后打开图像，再移动载玻片。棉纱线虽然经过烧毛处理，但仍会有毛羽存在，找测量段的时候，要找直径均匀毛羽较少的部分，如图1(b)，若找不到，就重新取样，直到找到合适的纱线试样为止。找到后将此段的5个不同部分进行测量，如图1(c)所示，5次测量误差控制在5%以内，对于误差较大的，则需重新取样。将5次的数据取平均值，然后将比例尺所测得的数据之比乘以实际测量的长度，就可以得出这个纱线的实际细度。

2 结果与讨论

2.1 纱线直径数据

通过对12种不同规格的棉纱线进行检测，测试结果见表1。

图1 数码显微镜的测量图

表1 棉纱线直径分布表

2.2 捻度与直径关系

将表1中的测试数据，以捻度为X轴，以平均直径为Y轴，建立了坐标系如图2所示。结果表明每一种纱线的直径都随着捻度的增加，呈现出特定变化趋势。

图2 捻度-直径关系图

同种纱线，在捻度不同的情况下它自身的直径会随之改变，而且，基本每一种纱线都会呈一种变化趋势;在一定范围的捻度内随着捻度的增加直径是从先变大后减小的抛物线趋势，当纱线达到一个直径最大值时也就是这种纱线的临界捻度时，纱线的直径达到最大值，当然纱线的临界捻度都随着每一种纱线自身的规格而定。通过对图2分析可得出各种棉纱线的临界捻度值，见表2。

表2 纱线临界捻度值

由图2所示，由于21 s纱线已经过了临界捻度，从而只能判断它的临界捻度在52捻之前。

由于棉纱线本身粗细不均匀，有粗节和细节，经过剔除，本文将18 s 86捻和21 s 52捻的数据去除。再将数据比较可以发现，在纱线直径已知的情况下，每种纱线都可以通过直径观察法来区分它们的支数。

2.3 应用实例分析

为了验证试验的准确性，取了2种规格不明的纱线，用上述试验过程对这2款纱线分别用捻度仪进行了捻度测试，测试结果分别是77捻和118捻，然后取其部分装到载玻片上，用尼康数码显微镜对其细度进行测试，测得结果平均值分别是2 788.33μm和1 732.66μm，从表1棉纱线直径分布表中寻找可以发现，2个纱线规格分别是18 s和40 s。

为了进一步验证是否与公式推导结果一致：S=L/(G×840)，其中S为英制支数(s)，G为丝线的重量(磅)，L为丝线的长度(码)。先取每种纱线91.4 m(100码)然后对纱线进行重量测量，得到纱线重量分别是3.01 g和1.34 g。用上述公式换算刚好是18 s和40 s，说明此试验方法具有较高准确性。

3 结语

纱线捻度对纱线直径有直接的影响。利用尼康数码显微镜对60种不同捻度规格的棉纱表面进行直径测量，得到纱线在不同捻度下的直径，从而建立纱线表面直径数据库。通过研究分析发现同种纱线随着捻度的增加，其直径呈抛物线变化曲线，先增大后减小，且每种纱线都有自己的临界捻度，当捻度达到临界捻度时，纱线的直径将达到最大值。通过建立的纱线表面直径数据可以精确、快速查找出纱线的英制支数，方便今后的纱线规格查找。