徐浩貽(浙江理工大學(xué) 科技與藝術(shù)學(xué)院，杭州 310018)

提高噴氣織機(jī)緯紗準(zhǔn)備質(zhì)量的探討

徐浩貽
(浙江理工大學(xué) 科技與藝術(shù)學(xué)院，杭州 310018)

噴氣織機(jī)的引緯質(zhì)量直接影響著織造效率。分析了緯紗在氣流場(chǎng)中的受力狀態(tài)，以及緯紗存在的退捻、毛羽、強(qiáng)力三大問題，指出制動(dòng)張力峰值是造成緯方向斷頭的重要原因，提出了應(yīng)像重視經(jīng)紗準(zhǔn)備質(zhì)量一樣重視緯紗準(zhǔn)備質(zhì)量的新觀念，通過全面優(yōu)化緯紗準(zhǔn)備工藝以改善緯紗品質(zhì)提高織造效率。

噴氣織機(jī)；緯紗準(zhǔn)備；織造效率；緯向停臺(tái)；捻度；毛羽；強(qiáng)力

“零停臺(tái)”正成為當(dāng)下噴氣織機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目標(biāo)，旨在實(shí)現(xiàn)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)從而達(dá)到高效益。過去為提高織機(jī)織造效率往往在提高經(jīng)紗質(zhì)量、減少經(jīng)向斷頭方面作較多的努力，但噴氣織機(jī)的緯向織疵和緯向停臺(tái)是影響織造效率的主要原因，因緯紗原因造成停臺(tái)的比例達(dá)75 %之高。因此，應(yīng)以新的觀念提高織造效率，要像對(duì)待經(jīng)紗準(zhǔn)備質(zhì)量一樣重視緯紗準(zhǔn)備的質(zhì)量。本研究擬在分析緯紗在氣流場(chǎng)中的受力及其狀態(tài)的基礎(chǔ)上，探討提高噴氣織機(jī)緯紗品質(zhì)的途徑，以期提高織造效率。

圖1 緯紗張力示波圖Fig.1 Weft Tension Oscillogram

1 多噴嘴三維氣流場(chǎng)中緯紗的受力及其狀態(tài)

1.1 緯紗受力

噴氣織機(jī)的引緯系統(tǒng)由主噴嘴與多個(gè)中繼噴嘴組成，測(cè)試表明，射流的雷諾數(shù)Re＞＞2 300，緯紗完全處在紊流之中。同時(shí)，由于緯紗又是柔性的彈性體，這種消極自由端引緯的受力是極其復(fù)雜的。需通過流體力學(xué)、機(jī)械力學(xué)，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方法綜合分析，方能掌握其位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在整個(gè)引緯的全過程里，需克服的阻力有：緯紗在儲(chǔ)緯器上退繞下來(lái)時(shí)，從速度為零提升到正常飛行速度所需的加速力及緯紗與儲(chǔ)緯鼓的摩擦力，波動(dòng)飛行的緯紗與異形筘槽之間的摩擦力。噴氣引緯是一種間歇式引緯，在引緯的全過程里其動(dòng)態(tài)張力經(jīng)歷了啟動(dòng)加速和制動(dòng)減速二個(gè)瞬間，產(chǎn)生了二次降值，即所謂的始噴峰值和制動(dòng)峰值，如圖1所示[1]。

圖中1處為始噴時(shí)張力峰值；2處為引緯結(jié)束時(shí)動(dòng)態(tài)張力出現(xiàn)的最高值，這是因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)，緯紗不能從儲(chǔ)緯鼓上順利退繞，緯紗速度驟然降低為零。由機(jī)械力學(xué)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試可推導(dǎo)出這個(gè)制動(dòng)引緯張力峰值：

式中：V為緯紗最大速度；E為緯紗彈性摸量。

該式說(shuō)明，制動(dòng)引緯張力峰值正比于緯紗最大速度及緯紗彈性模量的平方根的乘積[2]。

通常該值是正常飛行張力的3倍以上。顯然這便是緯紗斷頭的主要原因，出現(xiàn)張力峰值的緯紗部位也就是斷頭幾率最大的部位。若緯紗單強(qiáng)CV %較高，紗線的最小強(qiáng)力點(diǎn)多即“弱環(huán)”多，斷頭的幾率就非常大。制動(dòng)時(shí)，動(dòng)態(tài)張力峰值作用于緯紗的全部長(zhǎng)度上，當(dāng)然遇到最小強(qiáng)力點(diǎn)的幾率必定大于始噴時(shí)緯紗長(zhǎng)度內(nèi)最小強(qiáng)力點(diǎn)的幾率。因此，制動(dòng)引緯張力峰值是造成緯紗斷頭的根本原因，必須對(duì)緯紗的平均單強(qiáng)及單強(qiáng)CV %值提出更高的要求。通常緯紗飛行速度越高，織機(jī)轉(zhuǎn)速越高，緯紗的強(qiáng)力CV %值要求越小。

1.2 緯紗飛行狀態(tài)

異形筘槽中的氣流是極其復(fù)雜的三維流場(chǎng)，緯紗置于其中，其受力亦很復(fù)雜，直接影響著緯紗的飛行狀態(tài)。根據(jù)氣流引緯原理，在緯紗的頭端，氣流對(duì)緯紗的牽引摩擦力極小，而緯紗又有一定的重量，則有下垂的趨勢(shì)，于是緯紗頭端就向下垂落，如圖2所示。

圖2 重力對(duì)緯紗飄動(dòng)的影響Fig.2 The Effects of Gravity on the Weft Flout

為了便于研究，將復(fù)雜的三維流看作是平行于筘槽的單向流，當(dāng)緯紗頭端一定長(zhǎng)度的緯紗是直線且平行于筘槽時(shí)，氣流對(duì)緯紗就只有摩擦力[3]。當(dāng)緯紗頭端向下垂落后，除摩擦力外，氣流對(duì)垂落的緯紗圓柱面前后會(huì)形成一個(gè)瞬時(shí)壓力差(P-P′)，這個(gè)差值ΔP將推動(dòng)著緯紗頭端以比緯紗正常飛行速度更快的速度飛行，并會(huì)使緯紗頭端產(chǎn)生向上擺動(dòng)的力矩，這時(shí)，氣流對(duì)緯紗的ΔP又產(chǎn)生了，且方向相反，又促使緯紗頭端向下飛行。這樣緯紗頭端就像揮繩一般飛舞飄動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)。

由于噴氣引緯屬消極式自由端引緯，載緯體為非夾持的柔性載體，引緯氣流與緯紗之間又存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于緯紗在加捻后存在潛在的回轉(zhuǎn)扭力，在松弛狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生回捻現(xiàn)象，在退捻力矩作用下，飛行中的緯紗自由端不可避免地產(chǎn)生退捻。前蘇聯(lián)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)資料顯示，在用馬赫沃織機(jī)引緯時(shí)，緯紗捻度下降約5 %，緯紗退捻范圍為95 cm左右處到緯紗頭端，且越靠近頭端退捻量越大。通常短纖維織物出口側(cè)的緯紗捻度要比入口側(cè)小6 %～11 %，緯紗頭端的退捻往往大于后部緯紗的退捻量。且引緯速度高，紗端退捻小，引緯速度低，紗端退捻大，當(dāng)入緯率達(dá)到2 500 m/min時(shí)緯紗幾乎沒有退捻。退捻會(huì)影響織物上染率形成色差。由前面分析可知，緯紗一方面飛舞飄動(dòng)飛行，另一方面在退捻力矩的作用下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以緯紗在三維氣流場(chǎng)的飛行狀態(tài)呈波動(dòng)式螺旋式向前運(yùn)動(dòng)。

2 改善緯紗品質(zhì)的途徑

噴氣織機(jī)的高速度，勢(shì)必應(yīng)對(duì)經(jīng)、緯紗質(zhì)量提出更高的要求，在某種意義上講對(duì)緯紗更苛刻一些。因每一次緯向停臺(tái)，就相當(dāng)于十多臺(tái)整經(jīng)機(jī)或上萬(wàn)個(gè)絡(luò)紗筒子的停臺(tái)那樣嚴(yán)重[4]。因此，重視緯紗織前準(zhǔn)備是提高噴氣織機(jī)織造效率的新的工藝觀念，主要途徑包括：控制緯紗退捻、減少緯紗毛羽、減少弱環(huán)及提高緯紗抱合力上改善緯紗品質(zhì)。

2.1 穩(wěn)定和控制緯紗捻度

2.1.1 加大捻度

某廠生產(chǎn)防羽布的規(guī)格為幅寬160 cm，經(jīng)緯紗線密度14.6 tex(純棉精梳紗)，經(jīng)紗密度563根/10 cm，緯紗密度441根/10 cm。表1為捻度增加后的織造率比較。

表1 不同捻度緯紗織造效率Tab.1 Comparison of Different Twist Weft Weaving Effi ciency

從表1可知[5]，盡管紗線強(qiáng)力與紗線捻度不完全成正比關(guān)系，但可以看出捻度大的斷緯明顯減少。所以，適當(dāng)增加捻度，對(duì)提高織造效率是有利的。

通常紡紗工藝設(shè)計(jì)時(shí)，紗線的捻度設(shè)置為小于臨界捻系數(shù)的捻度。在此范圍內(nèi)，紗線的強(qiáng)力隨捻度的增大而提高，紗線的斷裂伸長(zhǎng)也將增大，毛羽降低，同時(shí)由于噴氣織機(jī)均采用精確控制的中繼多噴嘴和拉伸噴嘴，在引緯過程中不會(huì)因捻度大而產(chǎn)生緯紗扭結(jié)。故適度增加緯紗捻度有利于減少緯向停臺(tái)和提高織造效率，緯紗的捻系數(shù)可控制在相同線密度經(jīng)紗捻系數(shù)的水平上[6]。

2.1.2 采用渦流加捻器

由于噴氣引緯是消極自由端柔性引緯，緯紗頭端的退捻在所難免，在原上?？棽佳芯克鶎?shí)驗(yàn)中，采用渦流加捻器可使緯紗所損失的捻度得到補(bǔ)償。對(duì)解決退捻問題非常有效，所增加的捻度從出口布邊傳遞到75 cm左右處，加捻率可達(dá)5.69 %[7]。

其原理是高速氣流沿切向噴入圓形管道，氣流繞圓柱體的軸心作圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并向前推進(jìn)，形成旋轉(zhuǎn)氣流(即渦流)，對(duì)緯紗可起加捻作用，如圖3所示。

圖3 旋轉(zhuǎn)氣流Fig.3 Rotating Flow

2.1.3 熱濕定捻

通過對(duì)緯紗進(jìn)行蒸紗或給濕處理以達(dá)到消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定捻度，或在常溫高濕環(huán)境下緯紗吸濕后體積產(chǎn)生膨脹，纖維間摩擦力增大，從而達(dá)到穩(wěn)定緯紗結(jié)構(gòu)即定捻的效果。

某廠曾采用常溫、中溫(50 ℃～60 ℃)、高溫(90℃)進(jìn)行定捻實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料為T/CJ(65/35) 23.5 tex緯紗，其效果對(duì)比見表2。

表2 3種定捻方法效果Tab.2 Comparative Effects of Three Kinds of Fixed-twist Method

從表2中可知[8]，中溫和高溫定捻效果都不錯(cuò)，但經(jīng)綜合比較，中溫更優(yōu)一些。

中溫定捻是在每次高溫蒸紗結(jié)束后，當(dāng)蒸紗室的溫度降至50～60 ℃，將待定捻的緯紗放入蒸紗室，關(guān)閉蒸紗室門，先補(bǔ)濕半小時(shí)(但不需加溫)，蒸紗室內(nèi)相對(duì)濕度達(dá)到100 %時(shí)，關(guān)閉給濕閥，在全封閉狀態(tài)下囤紗4 h。中溫定捻法有許多優(yōu)點(diǎn)：1)提高了蒸紗室的利用率；2)主要是利用上一次高溫蒸紗的余溫余濕，減少了能耗；3)減少了定捻時(shí)間，只需4 h左右，完全可以在兩次蒸紗之間穿插進(jìn)行；4)簡(jiǎn)化了操作程序；5)中溫補(bǔ)濕工藝解決了產(chǎn)生黃色緯紗的問題。值得注意的是，定捻率存在臨界點(diǎn)，并不是越高越好，據(jù)測(cè)試，當(dāng)定捻率達(dá)到35 %～40 %，防治扭結(jié)緯縮效果顯著。

2.2 減少緯紗毛羽

一般來(lái)說(shuō)，紗線存在毛羽是不可避免的，有一定的毛羽也并非壞事，可以改善織物的手感和外觀效果。但毛羽的長(zhǎng)度大于3 mm時(shí)，則會(huì)帶來(lái)一系列的問題，如緯紗的有效直徑加大，易引起引緯失敗。如緯紗線密度為19.43 tex，毛羽長(zhǎng)度為3 mm，則緯紗直徑將增加18倍之多，而噴氣織機(jī)的初始梭口高度僅為3.5 mm，顯然要順利引緯是不可能的。毛羽還會(huì)增加引緯時(shí)的緯紗張力，與此同時(shí)，氣流的切向分力對(duì)緯紗的纖維抱合力也會(huì)產(chǎn)生影響。因此，減少緯紗毛羽是減少緯向停臺(tái)的一個(gè)關(guān)鍵問題。

2.2.1 絡(luò)筒上蠟

要從根本上解決緯紗毛羽問題，必須從紡部入手，本文僅從提高緯紗準(zhǔn)備質(zhì)量的角度來(lái)探討。絡(luò)筒上蠟不失為一種減少緯紗毛羽的行之有效的方法。緯紗經(jīng)上蠟后，覆蓋在緯紗表面的蠟劑可使毛羽伏貼，降低了摩擦系數(shù)，提高了緯紗抵抗反復(fù)拉伸的能力。又由于蠟劑本身有吸濕作用，可增加緯紗的回潮率，從而提高了緯紗強(qiáng)力和穩(wěn)定緯紗的捻度。并且上蠟可增大緯紗筒子上各紗層間的附著力，有利于順利退繞，減少了脫緯疵點(diǎn)，提高了引緯的可靠性。

為了使坯布在退漿過程中容易退干凈，以防止染疵產(chǎn)生，則要求蠟劑要有好的水溶性、乳化性及抗靜電性。一般所用蠟由聚醚型和聚酯型非離子表面活性劑組成。上蠟的量也有嚴(yán)格要求，除考慮緯紗本身性質(zhì)外，還要根據(jù)車間溫濕度，蠟塊的硬度來(lái)確定。車間溫濕度過高，對(duì)上蠟不利，蠟塊過硬，上蠟量偏少起不到應(yīng)有的作用，蠟塊過軟，易造成上蠟過量，影響緯紗的平滑性，反而會(huì)增加緯紗斷頭停臺(tái)，一般上蠟量控制在緯紗重量的0.05 %～0.15 %為宜。

經(jīng)上蠟后的毛羽情況有較大的改善，見表3[9]。

表3 上蠟對(duì)毛羽的改善Tab.3 Wax on the Inprovement of Hairiness

2.2.2 合理選擇絡(luò)筒速度

測(cè)試表明，絡(luò)筒速度與紗線的毛羽成正比，速度越高，毛羽越多。由于速度過高，紗線卷繞的張力較大，紗線易斷頭，且斷頭后緊緊貼附在紗層表面上，上吸嘴不能吸抓線頭，導(dǎo)致接頭失敗。多次重復(fù)后，筒子的表面紗層在槽筒上反復(fù)多次滾動(dòng)，造成紗層松脫，產(chǎn)生亂紗，同時(shí)增加了毛羽。通過對(duì)村田No7-V型自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)置速度為1 000，1 100，1 300，1 400，1 450 m/min等進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，絡(luò)筒速度不超過1 300 m/min為佳，1 250 m/min為最優(yōu)。此外，還將同一根紗線的接頭次數(shù)設(shè)定為3次，若接頭失敗則由人工操作，以避免因多次接頭失敗而增加毛羽。

2.2.3 合理選擇絡(luò)筒張力

絡(luò)筒張力對(duì)毛羽的影響也很大，成正相關(guān)，即張力越大，毛羽越多[10]。絡(luò)筒張力增大，紗線與所經(jīng)歷的紗路上各部件的摩擦和碰撞增多，摩擦力也會(huì)提高，導(dǎo)致紗線磨損加劇，從而使得紗線毛羽增多。因此，在筒子成形良好的前提下，應(yīng)采用較小的絡(luò)筒張力，通常控制在紗線斷裂強(qiáng)度的25 %左右為宜，以減少毛羽的增加。同時(shí)氣圈破裂器的安裝高度，粗號(hào)紗應(yīng)偏高，細(xì)號(hào)紗應(yīng)偏低，亦有利于控制毛羽的增加。

2.3 提高緯紗強(qiáng)力

從前面噴氣織機(jī)引緯受力分析可知，制動(dòng)引緯張力峰值是造成緯紗斷頭的重要因素，因此，應(yīng)選擇成紗質(zhì)量好，甚至優(yōu)于經(jīng)紗的原料作為緯紗，國(guó)外在這一方面早有結(jié)論，要求噴氣織機(jī)的緯紗強(qiáng)力水平為：?jiǎn)渭喥骄鶑?qiáng)力12 cN/tex及以上，單強(qiáng)CV %值控制在9%以下，高特紗控制在9.5 %以下，伸長(zhǎng)率不低于2 %，最低強(qiáng)力是一個(gè)很重要的內(nèi)在質(zhì)量指標(biāo)，一般不低于7 cN/tex，即單紗最低斷裂強(qiáng)力應(yīng)不低于斷裂強(qiáng)力的85 %，因此，應(yīng)配強(qiáng)力高的優(yōu)質(zhì)紗作為緯紗原料。

通常電子清紗器的功能有清除粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)疪點(diǎn)，清除弱環(huán)等疪點(diǎn)，經(jīng)絡(luò)筒后紗線的最低強(qiáng)力和平均強(qiáng)力得到提高。但空氣捻接器接頭時(shí)，由于絡(luò)筒的捻接是纖維對(duì)并捻合，與纖維梯式交錯(cuò)捻合的正常紗不同，因此，在捻接處，紗的直徑是原紗的1.2倍，而強(qiáng)力卻只有原紗的85 %左右，且捻接頭處的纖維抱合力也將下降，所以捻接頭數(shù)越多，引緯斷頭的幾率就越大。因此對(duì)用于噴氣引緯的緯紗應(yīng)在不影響布面外觀的前提下，適當(dāng)控制清紗范圍，盡可能減少捻結(jié)，從而降低噴氣織機(jī)的緯向停臺(tái)，提高織造效率。此外，還應(yīng)合理選擇加捻氣壓、加捻時(shí)間和加捻長(zhǎng)度。加捻氣壓和加捻時(shí)間要根據(jù)不同的品種進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。加捻時(shí)間太短，纖維抱合差，外觀粗而強(qiáng)力低。纖維的整齊度是決定接頭長(zhǎng)度的主要因素，在實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)紗線的原料性能進(jìn)行調(diào)整。纖維較為整齊的紗線，捻接長(zhǎng)度為2.0 cm，而高支紗可調(diào)整為2.5 cm左右。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)噴氣織機(jī)織造用緯紗是沒有進(jìn)行織前準(zhǔn)備處理的，這是一個(gè)誤區(qū)。緯向停臺(tái)是影響噴氣織機(jī)織造效率的一個(gè)重要原因，不可忽視。緯紗品質(zhì)不夠理想是造成緯向停臺(tái)的直接原因之一。緯紗的準(zhǔn)備中應(yīng)重點(diǎn)解決退捻、毛羽、強(qiáng)力三大問題。應(yīng)樹立噴氣織機(jī)緯紗質(zhì)量、緯紗筒子質(zhì)量等于甚至略高于經(jīng)紗質(zhì)量、經(jīng)紗筒子卷繞質(zhì)量的新觀念，切實(shí)提高緯紗準(zhǔn)備質(zhì)量是進(jìn)一步提高噴氣織機(jī)織造效率的重要途徑。

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Discussion on Improvement of Weft-preparation Quality of Air-jet Loom

XU Hao-yi
(Technology and the Arts Institute, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

The weft-insertion quality of air-jet Loom affects the weaving efficiency directly. This paper analyzes the stress state of weft in airflow field as well as the three problems of back-twist, hairiness and tension, and points out it's the peak tension caused by well stopping that results in weft direction of breakage. It puts forward a new concept that preparation-quality of weft should be attached importance to the same as preparation-quality of warp. Both the weft quality and weaving efficiency can be improved and enhanced only by optimizing the technique of weft-preparation entirely.

Air-jet loom; Weft-preparation; Weaving efficiency; Weft stop; Twist; Hairiness; Strong

TS105.22

A

1001-7003(2010)08-0029-04

2010-03-10；

2010-05-04

徐浩貽(1956－ )，男，教授，主要從事現(xiàn)代織造理論及工藝的研究。