郭明華， 劉新金

(生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

近年來，各大紡紗企業(yè)為提高紡紗效率和經(jīng)濟(jì)效益，追求高效、重定量的紡紗工藝，細(xì)紗機(jī)超大牽伸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，超大牽伸環(huán)錠細(xì)紗機(jī)在提高紗線質(zhì)量、改善成紗品質(zhì)上并沒有發(fā)揮應(yīng)有的優(yōu)勢，因此，提高細(xì)紗機(jī)紡紗質(zhì)量顯得尤為重要[1]。研究表明,通過設(shè)計(jì)或者選用優(yōu)良的牽伸裝置，制定合理的牽伸工藝，對纖維運(yùn)動加以有效的控制，可降低產(chǎn)品的不勻率和提高纖維的伸直平行度[2]。其中纖維變速點(diǎn)的分布與細(xì)紗成紗質(zhì)量密切相關(guān)，理想牽伸下纖維變速點(diǎn)分布在同一平面，每根纖維在頭端到達(dá)前羅拉鉗口線時(shí)變速。而實(shí)際紡紗過程并非如此，為更好地提高紗線質(zhì)量，纖維變速點(diǎn)的位置應(yīng)更集中靠近前羅拉前鉗口，因此，研究纖維運(yùn)動變速點(diǎn)的分布規(guī)律，對于細(xì)紗機(jī)牽伸機(jī)構(gòu)生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和牽伸區(qū)中纖維控制的加強(qiáng)都具有重要意義[3]。

目前，粗紗截面染色法[4]、計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬與仿真法[5]、Montecarlo方法[6]隨機(jī)模擬、超大牽伸技術(shù)[7]、光照投影法、概率分析法[8]、示蹤纖維法[9]等研究纖維變速點(diǎn)分布的方法被提出。本文提出一種測試?yán)w維變速點(diǎn)分布的新方法，該方法基于等長切斷稱重法[10]，以紡制29.2、22.4、18.2 tex棉紗為例，通過對牽伸區(qū)內(nèi)須條質(zhì)量分布進(jìn)行測試分析，研究牽伸區(qū)內(nèi)纖維變速點(diǎn)集中的位置，從而探尋牽伸區(qū)內(nèi)纖維變速規(guī)律。

1 牽伸機(jī)構(gòu)和纖維變速點(diǎn)分布測試

1.1 三羅拉雙區(qū)牽伸機(jī)構(gòu)

本文紡紗實(shí)驗(yàn)在CCZ-X多功能細(xì)紗機(jī)(無錫市恒久電器技術(shù)有限公司)上進(jìn)行，其主要參數(shù)為：錠數(shù)18，錠速2 000～12 000 r/min，牽伸范圍5～100倍， 實(shí)物圖如圖1所示。牽伸形式為傳統(tǒng)三羅拉雙區(qū)牽伸，其牽伸區(qū)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 CCZ-X細(xì)紗機(jī)實(shí)物圖Fig.1 Picture of CCZ-X spinning machine

圖2 CCZ-X細(xì)紗機(jī)牽伸區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Drafting structure diagram of CCZ-X spinning machine

1.2 纖維變速點(diǎn)分布測試方法

牽伸是將半制品由厚變薄或由粗變細(xì)的過程。牽伸過程中設(shè)置后羅拉對喂入的速度小于前羅拉對輸出的速度，從而在二者的速度差作用下，實(shí)現(xiàn)纖維之間的相互滑移，繼而使得須條截面內(nèi)纖維的根數(shù)減少，實(shí)現(xiàn)須條由粗變細(xì)過程。引起纖維條質(zhì)量變化的原因在于纖維條內(nèi)的纖維發(fā)生變速，因此，牽伸過程中纖維條在牽伸區(qū)內(nèi)質(zhì)量的變化，可以表征纖維條內(nèi)纖維變速過程的分布，也就是牽伸區(qū)內(nèi)纖維變速點(diǎn)的分布。

由上述分析可知，牽伸過程中牽伸區(qū)內(nèi)的纖維發(fā)生變速，纖維條由粗變細(xì)，即纖維條質(zhì)量由大變小。在細(xì)紗握持距為100 mm的情況下，前區(qū)和后區(qū)分別為50 mm，通過多次實(shí)驗(yàn)得到細(xì)紗質(zhì)量變化曲線如圖3所示。

圖3 牽伸區(qū)內(nèi)纖維質(zhì)量分布曲線Fig.3 Fiber quality distribution curve in draft zone

為獲得牽伸區(qū)內(nèi)纖維變速點(diǎn)分布的表征參數(shù)，需要先獲得牽伸區(qū)內(nèi)纖維的質(zhì)量變化曲線，因此，本文采用等長切斷稱重法得到纖維質(zhì)量在牽伸區(qū)內(nèi)的分布。牽伸區(qū)內(nèi)纖維的變速點(diǎn)分布表征參數(shù)根據(jù)如下步驟測試。

1)5 mm等長切斷。在三羅拉雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，通過緊急停車按鈕讓細(xì)紗機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，抬起搖架；在牽伸區(qū)須條上前、中、后鉗口線位置做標(biāo)記；將須條剪斷，從細(xì)紗機(jī)上轉(zhuǎn)移到提前準(zhǔn)備好的方格紙上等長切斷。

2)計(jì)算得到質(zhì)量分布表。用精確度為0.000 1 g的天平對切斷的5 mm須條進(jìn)行稱量，記錄數(shù)據(jù)。

3)計(jì)算得到質(zhì)量變化曲線。根據(jù)質(zhì)量變化表匯制質(zhì)量變化曲線。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

采用CCZ-X多功能細(xì)紗機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用定量為5.0 g/(10 m)的市售半精梳純棉粗紗分別紡制29.2、22.4、18.2 tex細(xì)紗。在CCZ-X多功能細(xì)紗機(jī)上設(shè)置工藝參數(shù)(見表1)，調(diào)整牽伸區(qū)后區(qū)和前區(qū)的牽伸倍數(shù)以實(shí)現(xiàn)紡不同線密度紗線的目的。

表1 3種棉紗工藝參數(shù)Tab.1 Spinning parameters of 3 cotton yarns

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

在保證粗紗、后區(qū)牽伸倍數(shù)等參數(shù)相同的基礎(chǔ)上，采用切斷稱重法和逐差法做單位長度內(nèi)纖維質(zhì)量分布差異折線圖進(jìn)行對比分析，尋找纖維變速集中位置。

根據(jù)纖維變速點(diǎn)分布測試方法中闡述的等長切斷稱重的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到3種紗線的質(zhì)量分布表格。每種紗線進(jìn)行4次實(shí)驗(yàn)，求平均值。29.2、22.4、18.2 tex棉紗質(zhì)量分布如表2所示。

表2 3種棉紗質(zhì)量分布Tab.2 Quality distribution of 3 cotton yarns

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 29.2 tex棉紗質(zhì)量變化

圖4示出29.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化圖，其前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線如圖5所示。由圖4可以看出，在后牽伸區(qū)隨著須條到后羅拉距離的增大，纖維質(zhì)量的變化值整體沒有太大波動。

圖4 29.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線Fig.4 Curves of fiber quality change in back drafting zone of 29.2 tex cotton yarn

圖5 29.2 tex棉紗前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線Fig.5 Curves of fiber quality change in front drafting zone of 29.2 tex cotton yarn

由圖5可以看出，隨著距離的增大，纖維質(zhì)量的變化值整體呈現(xiàn)上升趨勢。在距離中羅拉鉗口線中心點(diǎn)30 mm處，須條的質(zhì)量變化值開始明顯增大。

2.3.2 22.4 tex棉紗質(zhì)量變化

圖6示出22.4 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線，其前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線如圖7所示。從圖6 可以看出，在后牽伸區(qū)隨著須條到后羅拉鉗距離的增大，須條的質(zhì)量變化值沒有太大改變。從圖7可以看出，在須條到中羅拉鉗口線中心點(diǎn)25 mm 處，纖維的質(zhì)量變化值開始有明顯的上升。

圖6 22.4 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線Fig.6 Curves of fiber quality change in back drafting zone of 22.4 tex cotton yarn

圖7 22.4 tex棉紗前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線Fig.7 Curves of fiber quality change in front drafting zone of 22.4 tex cotton yarn

2.3.3 18.2 tex棉紗質(zhì)量變化

圖8示出18.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線，其前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線如圖9所示。從圖8 可以看出，隨著須條到后羅拉鉗口中心點(diǎn)距離的增大，須條的質(zhì)量變化值變化很小。

圖8 18.2 tex棉紗后牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線Fig.8 Curves of fiber quality change in back drafting zone of 18.2 tex cotton yarn

圖9 18.2 tex紗前牽伸區(qū)纖維質(zhì)量變化曲線Fig.9 Curves of fiber quality change in front drafting zone of 18.2 tex cotton yarn

從圖9可以看出：須條在前牽伸區(qū)的質(zhì)量變化值剛開始很小，在須條到中羅拉鉗口線中心點(diǎn)25 mm 處，纖維的質(zhì)量變化值開始有明顯上升。

由此分析，在一定范圍內(nèi)隨著牽伸區(qū)前區(qū)牽伸倍數(shù)的增大，纖維變速點(diǎn)集中位置分散遠(yuǎn)離前羅拉鉗口。由細(xì)紗機(jī)的顯示參數(shù)可知，牽伸區(qū)通過前羅拉速度的增大來實(shí)現(xiàn)前區(qū)牽伸倍數(shù)的增大。這使得牽伸區(qū)內(nèi)快速纖維與慢速纖維的速度差增大，纖維運(yùn)動的時(shí)間變長，在牽伸區(qū)內(nèi)的不穩(wěn)定性增大，導(dǎo)致纖維變速點(diǎn)位置不穩(wěn)定；且隨著牽伸倍數(shù)的增大，牽伸前區(qū)纖維質(zhì)量變化較大，纖維須條變細(xì)，須條的線密度較小，導(dǎo)致纖維之間抱合力減弱，須條結(jié)構(gòu)松散，不利于纖維的平穩(wěn)運(yùn)動和纖維的變速點(diǎn)前移集中；除此之外，纖維在變速過程中不易控制，纖維間產(chǎn)生移距偏差，使得變速點(diǎn)位置比較分散，從而使纖維在運(yùn)動過程中的波動變大，故纖維提前變速，變速點(diǎn)遠(yuǎn)離前鉗口且變得分散。

3 結(jié) 論

本文分析了三羅拉雙區(qū)牽伸細(xì)紗機(jī)紡29.2、22.4、18.2 tex棉紗在牽伸區(qū)內(nèi)的纖維變速點(diǎn)分布，通過等長切斷稱重法進(jìn)行測試分析得出：牽伸倍數(shù)的過度增大會導(dǎo)致纖維變速點(diǎn)變得分散，29.2 tex棉紗在須條距中羅拉鉗口線中心點(diǎn)30 mm處，即距前羅拉鉗口線中心點(diǎn)20 mm處，纖維質(zhì)量變化值明顯增大，因此，纖維在牽伸區(qū)內(nèi)的變速點(diǎn)分布集中；22.4、18.2 tex棉紗在須條距中羅拉鉗口線中心點(diǎn)25 mm 處，即距前羅拉鉗口線中心點(diǎn)25 mm處，纖維質(zhì)量變化值明顯增大，因此，纖維在牽伸區(qū)內(nèi)的變速點(diǎn)集中；22.4、18.2 tex棉紗相比29.2 tex棉紗，纖維在牽伸區(qū)內(nèi)的變速點(diǎn)集中位置提前了5 mm，即纖維在牽伸區(qū)內(nèi)的變速點(diǎn)集中位置遠(yuǎn)離羅拉前鉗口。故在一定范圍內(nèi)，隨著牽伸區(qū)前區(qū)牽伸倍數(shù)的增大，纖維變速點(diǎn)分布更分散且遠(yuǎn)離前羅拉鉗口。在實(shí)際紡紗過程中，合理分配牽伸倍數(shù)有利于纖維變速點(diǎn)的集中、前移，提高成紗質(zhì)量。