許 多 范 航 徐衛(wèi)林 倪俊龍 劉可帥

（1.武漢紡織大學，湖北武漢，430200；2.安徽華茂紡織股份有限公司，安徽安慶，246018）

賽絡紡紗技術由于其紗線結構良好、質量優(yōu)異、生產技術較成熟，因而被廣泛應用于棉紡紗線的生產中。但由于高品質賽絡紡紗線占比較小，因而制約了賽絡紡紗技術的發(fā)展[1]。劉可帥等[2]通過研究成紗三角區(qū)中纖維高速內外轉移機制，發(fā)明了“預集聚+槽輪集聚+壓紗盤集聚”半開放串聯(lián)式的新紡紗工藝，實現(xiàn)了精準、有序地分層集聚調控纖維成紗的規(guī)模化生產。余豪等[3]研究了動態(tài)槽輪集聚纖維成紗的力學特征和規(guī)律，歸納了其最優(yōu)紡紗工藝；劉可帥等[4]探究了集聚壓紗盤結構對成紗質量的影響，但是壓紗盤配重載荷對纖維的自適應調控行為沒有深入研究。

為了探究集聚壓紗盤載荷與紗線運動特征的適配規(guī)律，以提高賽絡紡成紗質量，形成外緊內松的分層紗線結構，因此研究了集聚壓紗盤自適應作用原理及其力學模型，并且采取多組不同載荷壓紗盤的對照性紡紗試驗，對比分析了其遞進載荷對賽絡紡成紗質量和紗線結構的影響。

1 集聚壓紗盤自適應作用原理

如圖1所示，在加捻三角區(qū)前端安裝下桿，其集聚壓紗盤組裝在下桿上端，與下桿協(xié)同作用于成紗段，紗線從下桿和集聚壓紗盤接觸的縫隙中通過，從而自適應調節(jié)成紗狀態(tài)。

圖1 集聚壓紗盤裝置示意圖

集聚壓紗盤能有效適配紗條的運動狀態(tài)。當紗條某一處纖維集聚時，容易產生粗節(jié)、棉結，因此其集聚點動能沖量增加，對壓紗盤形成反作用力，造成壓紗盤沿垂直方向上運動以調整接觸模式，緩釋纖維集聚點的動能沖量，來適應紗條運動狀態(tài)。此時，集聚壓紗盤表面與紗線的接觸面積將會減少，由壓強公式（1）可知，壓紗盤對纖維集聚處將產生更大載荷力P，促使此處纖維分散、剝離、重新纏繞紗體表面，避免其纖維集聚形成粗節(jié)、棉結，改善了成紗條干均勻度[5]。

式中：P為集聚壓紗盤對紗線的載荷；k為壓紗盤的作用系數(shù)；G1為集聚壓紗盤配重；S為纖維與集聚壓紗盤的接觸面積。

裸露纖維在壓紗盤集聚作用下被重新捻入紗體，成紗毛羽得到控制，紗線纖維強力利用率有效提高，所紡紗線的強力性能也將得到改善。

如圖2所示，對集聚壓紗盤所作用紗線進行受力分析可得：

式中：T為纖維在集聚點O所受的作用力；m為集聚點纖維的質量；l為纖維伸出長度；v為纖維捻回速度；fm為纖維滑動摩擦力；μ為纖維摩擦因數(shù)；N為纖維對集聚點O的作用力；y為紗線直徑；G2為毛羽質量。

由公式（2）和公式（3）可得出：

圖2集聚壓紗盤自適應行為原理示意圖

根據(jù)方程（4）可以推出，纖維在集聚點O動能沖量與壓紗盤對纖維作用效率的協(xié)同程度，成為了集聚壓紗盤自適應行為對調控成紗質量影響的關鍵因素。

2 試驗部分

2.1 紗線制備

為初步探究集聚壓紗盤自適應行為對賽絡紡紗線性能的改善，對不同配重集聚壓紗盤所紡6組賽絡紡紗線進行分析。其中集聚壓紗盤直徑為18 mm，其配重分別為1 g、2 g、3 g、4 g和5 g。

在JWFA 1520型細紗機上選取同錠紡制純棉18 tex賽絡紡紗線，每錠紡制6組管紗。其中細紗機工藝參數(shù)：錠速15 000 r/min，粗紗定量4.5 g/10 m，前羅拉線速度15.3 m/min，鉗口隔距2.5 mm，捻系數(shù)300，后區(qū)牽伸1.3倍，鋼絲圈型號W321-40，鋼領型號PG1-4054。

2.2 紗線性能測試

使用iphone 8前置相機對6組賽絡紡紗線成紗三角區(qū)進行拍攝；使用奧林巴斯PM 4000型光學顯微鏡儀對紗線的表觀形態(tài)結構進行拍攝；根據(jù)FZ/T 01086—2000《紗線毛羽測定方法 投影計數(shù)法》使用H 400型毛羽儀測試紗線的毛羽性能；根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紗線條干不勻試驗方法電容法》使用USTER Tester 5型條干均勻度儀測試紗線的條干性能；根據(jù)GB/T 3916—2013《單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》使用YG063c型單紗強力儀測試紗線的強伸性能。

3 分析與討論

3.1 成紗三角區(qū)形態(tài)

圖3為不同質量集聚壓紗盤對賽絡紡成紗三角區(qū)形態(tài)的影響。在無集聚壓紗盤（即0 g）狀態(tài)下，觀察不到成紗三角區(qū)。隨著集聚壓紗盤配重載荷增加，賽絡紡成紗三角區(qū)逐漸變大，使用5 g壓紗盤紡紗時的成紗三角區(qū)最大。這說明了壓紗盤對成紗產生了阻捻作用，其過大載荷直接影響了紗線的捻度傳遞[6]。但采用2 g～4 g壓紗盤的成紗三角區(qū)結構差距不大，反應了壓紗盤的自適應調控行為：在有效載荷下，集聚壓紗盤會適配成紗運動狀態(tài)，調節(jié)成紗三角區(qū)形態(tài)。

圖3 不同質量集聚壓紗盤所紡紗線的成紗三角區(qū)

3.2 紗線表觀結構

不同載荷壓紗盤所紡賽絡紡紗線的表觀形態(tài)結構如圖4所示。

圖4 不同質量集聚壓紗盤所紡紗線的結構圖

由圖4可知，其中未加壓紗盤的紗線毛羽明顯多，其表面纖維裸露在外，并未卷入紗線主體；采用壓紗盤所紡紗線的表面明顯緊密、平整，1 g～4 g壓紗盤所紡紗線毛羽明顯減少，在壓紗盤集聚作用下重新捻入紗線中；而5 g壓紗盤所紡紗線毛羽再次增多，由于其質量過大使其喪失自適應行為，導致纖維無法充分內外轉移，對紗線造成惡性阻捻，成紗三角區(qū)拉大，邊緣纖維發(fā)生斷裂[7]。

3.3 紗線毛羽性能

紗線毛羽測試結果如表1所示。由表1可見，集聚壓紗盤能有效減少紗線毛羽。

表1 紗線毛羽測試結果

相比普通賽絡紡紗線，集聚壓紗盤的使用有效減少了紗線毛羽。與賽絡紡原紗3 mm毛羽數(shù)相比，1 g～5 g載荷的壓紗盤所紡紗線3 mm毛羽數(shù)降幅分別為43.0%、48.4%、65.1%、71.3%和35.8%，這表明在有效載荷內，集聚壓紗盤配重的增加可強化對紗線的握持作用，協(xié)同紗線運動狀態(tài)，對轉移過程中的纖維有效控制以減少毛羽的形成。其中5 g壓紗盤毛羽再次增多，與圖4中5 g壓紗盤所紡紗線的表觀結構相符合，其作用于紗體表面的過載壓強阻礙了纖維的有效轉移，邊緣纖維無法卷入紗體中從而形成毛羽[8]。

3.4 紗線條干性能

對所紡6組賽絡紡紗線進行條干測試后的結果如表2所示。從表2中可見，集聚壓紗盤自適應行為對紗線成形過程中微結構有效控制，改善了紗線條干和細節(jié)疵點，但棉結疵點略有惡化。

賽絡紡紗線條干性能隨壓紗盤配重先增大后減小，其中3 g壓紗盤所紡紗線條干性能最優(yōu)，4 g和5 g壓紗盤對成紗過載受力，導致紗條意外牽伸，條干性能降低甚至惡化。裸露纖維在壓紗盤集聚作用下重新纏繞到紗線細節(jié)處，因此細節(jié)減少。1 g和2 g壓紗盤無法適應成紗時的動能沖量，接觸壓紗盤時導致其無規(guī)律振動，形成了“纖維聚集”現(xiàn)象，造成粗節(jié)增加[9]。3 g、4 g和5 g壓紗盤在有效控制纖維運動的同時，可匹配紗線狀態(tài)且在垂直方向上自適應調節(jié)，根據(jù)紗體結構與運動狀態(tài)自行調整接觸面積，顯著減少粗節(jié)。

表2 紗線條干綜合測試結果

毛羽在壓紗盤集聚作用下重新包纏，其自適應行為可控制單位長度內紗條表面包纏的毛羽數(shù)量，但其不適配的壓紗盤不能調控毛羽包纏精度，導致棉結增加。

3.5 紗線強伸性能

表3為6組賽絡紡紗線的強伸性能。結果顯示，與賽絡紡原紗斷裂強力相比，1 g～4 g載荷的壓紗盤所紡紗線斷裂強力分別提高2.0%、4.2%、4.8%和6.1%，斷裂伸長率分別提高0.4%、6.9%、6.7%和7.7%。這說明壓紗盤集聚作用對纖維須條表層實施動態(tài)立體式搓捻，實現(xiàn)表層纖維的緊密纏繞，可以提高纖維的利用率，增強纖維間抱合，改善紗線的強伸性。

不同載荷壓紗盤自適應調控纖維集聚能力存在差異，4 g壓紗盤對成紗斷裂強力改善最為顯著，反應其載荷順應紗線運動特征，有效調控纖維在紗條表面結構緊度；5 g載荷對成紗三角區(qū)纖維控制力過大，纖維不能充分內外轉移，造成拉伸過程中纖維應力集中，強伸性能有所惡化[10]。

表3 單紗強力測試結果

4 總結

本文探究了集聚壓紗盤自適應調控成紗原理，并將使用不同載荷壓紗盤所紡純棉賽絡紡紗線的表觀特征和紗線性能進行對比，得出以下結論。

（1）不同載荷集聚壓紗盤與纖維運動狀態(tài)存在適配曲線，過小載荷不能控制纖維包纏，過大載荷阻礙纖維充分轉移，選擇合理配重集聚壓紗盤，可有效構筑自適應成紗體系。

（2）集聚壓紗盤自適應行為可有效調控賽絡紡三角區(qū)內纖維充分內外轉移，其自調集聚作用協(xié)同加捻扭力致使外層纖維緊密纏繞，最終形成內部柔順、外部緊密纏繞的紗線結構。