特殊外观结构赛络花式纱的后区牵伸及成纱结构分析

2021-04-06孙荣基刘基宏李永贵

纺织学报 2021年3期

阮丽，孙荣基，刘基宏，李永贵

(1. 生态纺织教育部重点实验室(江南大学)，江苏无锡 214122； 2. 纺织服装福建省高校工程研究中心，福建福州 350108)

纺纱专件器材改造是开发新产品的一条有效途径，而对牵伸胶辊进行改造是一种简单易行，成本低廉的方法。在牵伸区上胶圈的中铁辊上开槽，或用开槽胶辊代替中铁辊来实现滑溜牵伸，如在三罗拉牵伸中对中胶圈开槽使之仅有一个牵伸区[1]，可用于并条机、粗纱机和细纱机[2]。滑溜牵伸主要用于半精纺原料中纤维长度差异较大的混纺纱，如采用在中皮辊开槽实现滑溜牵伸纺制低比例山羊绒混纺纱[3-4]，也用于不同粗细、长度的棉/麻纺纱[5]和柞绢丝纺纱[6]。另一类牵伸胶辊如开槽胶辊、台阶胶辊、多边形胶辊在普通细纱机上可开发花式纱线产品[7]。采用四罗拉牵伸法纺制段彩纱时，将阶梯胶辊分别应用在三罗拉和四罗拉的上胶辊中来实现段彩效果[8]。最近华孚色纺有限公司采用内切六边形的后胶辊开发出了一种生产段彩纱的新方法。

本文基于赛络纺，采用具有凹槽的后罗拉上胶辊，开发具有特殊花型效果的花式纱，具有改造简单、花式新颖的特点。

1 工艺原理

1.1 纺纱方式

本文采用的细纱机的后罗拉上胶辊表面刻有1个凹槽，如图1所示。粗纱A在喂入后罗拉时可落入凹槽中，凹槽的侧面形状呈圆弧形，凹槽深度由两边向中间逐渐加深。粗纱A和粗纱B经双喇叭口平行喂入后罗拉，在后罗拉转动过程中，当凹槽转到底部与后罗拉接触时，粗纱A落入凹槽中不受后罗拉握持，则这段须条的后区牵伸减少；当凹槽离开底部，粗纱A受到握持力，重新恢复正常的后区牵伸。由此，粗纱A喂入后罗拉受到间断性握持，从而后区牵伸发生周期性变化，纱线纵向呈现规律性粗细变化，粗纱A在纵向的花色比例有规律地增减，获得一种新型外观花色效果的纱线。

图1 赛络新型花式纱用后罗拉上胶辊Fig.1 Back-top roller for Siro new fancy yarn

1.2 后钳口须条的受力分析

在牵伸过程中，罗拉钳口必须具有足够的握持力来克服摩擦力，牵伸中须条在后钳口下的受力分析如图2所示。

图2 须条在后钳口下的受力分析Fig.2 Force analysis under rear clamp

后罗拉上胶辊的压力P作用于须条，使得须条受到握持，在牵伸力T的作用下，须条有向前滑动的趋势，而后罗拉和上胶辊作用于须条的摩擦力分别为f1和f2，握持力为

F=f1+f2

在正常的牵伸过程中后钳口握持须条的条件是F≥T[9]。

假设纤维都在同一截面X1-X1界面变速。当凹槽刚转到底部时，P开始逐渐降为0，此时F逐渐减小，|F-T|逐渐增大，须条受力大小将逐渐转为F

牵伸的实质是纤维之间产生相对移动，纤维与纤维头端之间的距离拉大[10]，实际牵伸中纤维头端并不在同一界面变速，产生移距偏差[10-11]，移距的计算公式为

a1=Ea0±(E-1)x

式中：a0为原始头端移距；a1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。

由上式可见，当凹槽刚转到底部与后罗拉接触，有较多的纤维提早变速，且x增大，从而纤维头端距离a1较正常移距小，产生粗节。

1.3 成纱结构变化

通过凹槽的那段须条的后区牵伸倍数先是从正常到逐渐减少，直至为1，再由1逐渐增大到正常，牵伸效率逐渐减小再逐渐增大，总牵伸倍数也如此变化，成纱花色呈现白色比例逐渐从正常到增加，再由最大到逐渐减小到正常，纱线纵向产生渐变的粗节，如图3所示。

图3 赛络新型花式纱纵向结构Fig.3 Longitudinal of Siro new fancy yarn

2 实验部分

2.1 实验准备

采用TH598J数码纺纱机纺制30 tex涤纶赛络新型花式纱，细纱捻系数为250。白色涤纶粗纱A定量为4.1 g/(10 m)，红色涤纶粗纱B定量为4.1 g/(10 m)。胶辊表面的凹槽角度为90°，宽度为6 mm，中间最大深度为2.5 mm，其形状如图1所示。为了减少实验误差，保持实验及样品测试在同一温湿度下进行。

2.2 实验方案

在保证后区牵伸倍数、后区罗拉隔距和钳口隔距等参数相同的基础上，采用切断称重法测得后罗拉上胶辊转动1周从中罗拉输出的须条的质量分布，同时测得不经凹槽正常纺纱时后罗拉上胶辊转动1周从中罗拉输出的须条的质量分布。利用公式计算出后区牵伸的变化，从而得出后区牵伸的变化曲线，分析凹槽对后区牵伸的影响，推导出对成纱牵伸的影响，并得出凹槽对赛络新型花式纱的花色影响和规律。为了研究后罗拉牵伸过程中牵伸倍数的变化，需作以下假设：粗纱从后罗拉喂入的须条是均匀的，即喂入的须条质量不变，且为粗纱定量。后区牵伸为简单罗拉牵伸，主要工艺参数如表1所示，锭子转速为7 000～8 000 r/min。

表1 工艺参数Tab.1 Spinning parameters

2.3 数据处理

用切断称重法测得后罗拉上胶辊转动1周从中罗拉输出的须条的质量分布，即分别采用正常的后罗拉上胶辊和带有凹槽的后罗拉上胶辊纺纱，在机器正常运转过程中，粗纱须条由后罗拉喂入经后区牵伸，直接从中罗拉输出，不通过前罗拉，从而获得只经过后区牵伸的须条。同时，罗拉转动过程中在须条上标记转动1周的起始和终点的位置，然后将须条剪下置于方格纸上，将须条剪成5 mm长的片段并称量，分别得到采用正常胶辊纺制的须条质量分布N1(x)和带有凹槽的胶辊纺制的须条质量分布N2(x)，同时分别测得后罗拉上胶辊转动1周输出须条的长度l。如此每组分别测试20根须条，取平均值。牵伸倍数计算公式如下：

式中：m1为输出产品的单位长度质量；m2为喂入产品的单位长度质量。

由公式可得出正常后区牵伸倍数变化分布E1(x)和采用刻有凹槽的胶辊的后区牵伸倍数变化分布E2(x)。为进一步对成纱的花色规律进行研究，本文基于赛络纺，采用粗纱A和粗纱B为原料纺制AB纱线，在后罗拉上胶辊转动过程中，粗纱A可落入凹槽中，而粗纱B正常牵伸，对成纱的花色进行观察分析。

3 实验结果与分析

3.1 后区牵伸变化与分析

经测量得出后罗拉上胶辊转动1周，从中罗拉输出须条的长度l分别为162.6 mm(有凹槽)和161.8 mm(无凹槽)，忽略测量误差以及机器因素，其基本一致。这里忽略粗纱不匀和牵伸不匀以及测量误差的影响，输出须条质量分布如图4所示。

图4 中罗拉输出的须条质量分布Fig.4 Mass distribution of strand of fibers output from the middle roller

图4中横坐标距离表示须条从中罗拉输出时标记的起点到中罗拉的距离。可以看出：无凹槽的须条的质量分布N1(x)基本一致，且平均值为1.29 mg；有凹槽的须条的质量分布N2(x)先是与无凹槽的质量分布基本一致，保持在1.29 mg上下波动，在x1=45 mm处质量开始明显增大，直到逐渐增加到最大值1.93 mg，此数值接近2.05 mg，即喂入粗纱的单位质量，接着须条的质量开始逐渐下降，直到x2=120 mm以后质量又开始保持在1.29 mg。可以看出,不受后罗拉握持的这段须条的质量是逐渐增减的，且增量和减量基本相同。

图5示出须条的后区牵伸变化曲线。可以看出：正常后区牵伸倍数E1(x)基本保持在1.6上下浮动;而有凹槽的后区牵伸倍数E2(x)先与无凹槽的后区牵伸倍数基本一致，保持在1.6上下波动，在x1=45 mm处牵伸倍数开始明显减小，直到逐渐减小到最小值1.06，此数值接近1，即须条基本不牵伸；接着后区的牵伸倍数开始逐渐上升，直到x2=120 mm以后牵伸倍数又开始保持在1.6上下浮动。可以看出，不受后罗拉握持的这段须条的后区牵伸倍数是逐渐减小再增大的，且减量和增量基本相同。

图5 新型花式纱后区牵伸变化Fig.5 Back drafting changes of new fancy yarn

从N2(x)和E2(x)分布图可看出，须条质量变化和后区牵伸变化的那一段须条长度为Δx=x2-x1，经计算为75 mm，占总长度l的百分比为a=Δx/l，计算可得a为0.46。而理论上，凹槽的角度为90°，落入凹槽的那一段须条占输出总长度的百分比为0.25，从而牵伸变化的那一段须条的长度为40.45 mm。可以看出，落入凹槽的那段须条分别对它前后的一段须条产生影响，使得前后须条提前变速，产生粗节，牵伸倍数逐渐减小。

3.2 成纱线密度分析

由上述分析可知，赛络纺新型花式纱中A纱的后区牵伸倍数变化分布为E2(x)，由牵伸倍数公式可得成纱线密度：

式中：W为粗纱A定量，g/(10 m)；Ef为前区牵伸倍数；Tt(x)为成纱线密度，tex；Tt为B纱的线密度，tex。由此可以看出，赛络纺新型花式纱的线密度因后区牵伸倍数的变化而变化。

3.3 成纱花色分析

对有凹槽的纱线采用YG 381型摇黑板机摇成黑板，利用Epson GT-20000型扫描仪对纱线进行扫描，扫描分辨率为1 200 dpi，得到其纵向结构图像，如图6所示。因本纱线为赛络花式纱，其具有赛络纱的花色效果，即纱线表观颜色是A纱和B纱2种颜色交替变化的。从图6可以看出，纱线呈现粗细节交替变化，同时结合图4、5的分析结果可以得出，A纱即白色的占比是呈现增减变化的，先是保持不变然后逐渐增大再逐渐减小，直至回到原来不变的状态。即此新型赛络花式纱线纵向外观结构中在A纱和B纱的2种颜色交替变化过程中，A纱出现有规律的增减变化，得到一种特殊结构和色彩的赛络纺花式纱线。