嵌入式復合紡紡紗結構性能的動態變化

嵌入式復合紡織機是一種新型紡織機技術。經過加工后，可直接加工環下載細紡機。在紡紗過程中,兩根粗紗通過正常牽伸,而兩根長絲則通過導絲裝置從前羅拉直接喂入,并使長絲與長絲、粗紗與長絲間相互保持一定的間距,然后兩種組分在前羅拉輸出鉗口直接并合加捻,一步成紗。嵌入式復合紡紗強調的是兩根長絲在外,兩根粗紗在長絲中間。其實質是兩個賽絡菲爾紡后再進行賽絡紡。長絲間距是指兩根長絲在前羅拉輸出鉗口之間的距離,粗紗與長絲間距是指粗紗與長絲在前羅拉輸出鉗口的距離,復合紡紡紗中心偏移是指兩根長絲的中點與導紗鉤到前羅拉的垂足點之間的左右距離,它們是影響成紗結構性能的重要工藝參數。筆者認為,存在一個長絲與長絲之間,長絲與粗紗之間、紡紗中心偏移的最佳間距使得成紗性能最優。但是由于紡紗所用的原料性質的不同、試樣加工系統的差異可能導致最佳間距也不一樣,本文通過嵌入式復合紡紗的紡紗實驗與紗線性能測試,探討了長絲與長絲間距、粗紗與長絲間距以及紡紗中心偏移對嵌入式復合紡紗線結構和性能的影響。1實驗部分1.1原料和螺紋加工的參數1.1.1原材料粗紗為黑色毛粗紗,線密度0.296g/m;長絲為白色滌綸長絲,線密度50dtex。1.1.2嵌入式復合紡紗長絲預加張力2cN,牽伸倍數50倍,錠子轉速7257r/min,捻度436捻/m,設計嵌入式復合紡紗細度為58tex,長絲與長絲間距分別為20、16、12、8mm,粗紗與長絲間距分別為2、4、6、8mm,紡紗中心點偏移距離分別為-4、-2、0、2、4mm。1.2實驗方法論(1)嵌入式復合紡紗長絲成紗距離的確定mm,粗紗與長絲間距為4mm時試紡,觀察加捻三角區的形態和紗線的縱橫向結構,測試成紗性能并作比較分析,得出嵌入式復合紡紗長絲間最佳成紗距離。(2)試紡成分配試驗mm的條件下,長絲與粗紗間距分別取2、4、6、8mm進行試紡。測試成紗性能并作比較分析,得出嵌入式復合紡長絲與粗紗間最佳成紗距離。(3)試紡中心偏移mm,長絲與粗紗間距為4mm的條件下,紡紗中心偏移分別取-4、-2、0、2、4mm進行試紡。測試成紗性能并作比較分析,得出嵌入式復合紡紡紗中心最佳位置。1.3紡織機械和紡織結構的性能試驗(1)紡織機械采用HF41-01-4型多功能紡紗小樣機。(2)結構的外觀采用美國科視達三維視頻攝像系統對紗線縱橫向結構進行觀察與分析。(3)復合紡紗線的測試方法采用SFY13型單絲張力儀、YG(B)021DX型臺式電子單紗強力機、YG172A型紗線毛羽測試儀、YG135E型條干均勻度測試分析儀等測試儀器測試嵌入式復合紡紗線的條干均勻度、毛羽數、紗線斷裂強力和伸長。2理論基礎2.1紗線張力變化的影響圖1中,1、2為滌綸長絲,3、4為毛粗紗,A為長絲與長絲間距,B為長絲與粗紗間距,O′為導紗鉤(大三角區的匯聚點),O為導紗鉤到前羅拉的垂足點,G為1、3在小三角區的匯聚點,H為2、4在小三角區的匯聚點,MG、NH為長絲單紗段,KG、LH為毛須條單紗段,F為紡紗張力,f為小三角區增強后的纖維須條所受的張力,γ為大“V”形區夾角。在嵌入式復合紡紗過程中,兩長絲具有一定的捻度,因此兩纖維須條一旦接觸到長絲,就會有捻度傳遞而自行加捻,且接觸部分與長絲相互扭合為一體,形成增強的紗線須條,然后與另外一邊的加強過的紗線須條于O′點進行匯聚,形成紗線。在紡紗過程中,紡紗張力經歷大-小-大的變化過程,由此引起“V”形區夾角γ的變化,由于γ的變化,須條單紗中獲得捻度。當張力增大時,“V”形區被拉長,γ角減小;同理,當張力減小時,γ角將增大。因此,在紡紗過程中,“V”形區夾角γ在一定范圍內變化,即存在一變化區間[γmin,γmax]。當間距增大時,由于“V”形區被拉長,將使γ角減小,毛須條單紗段長度則由于“V”形區被拉長而增大,因此短纖維在成紗中轉移路徑變長,轉移充分。但如果間距過大,則毛須條單紗段長度很可能大于毛纖維主體長度,單紗易產生滑脫,對成紗不利,故本實驗取最大間距為20mm。2.2紗線間距及長度由力學平衡知:F=2fcos(γ/2)(1)式中,f—須條單紗和長絲上所受張力;γ—“V”形區夾角。當間距增大時,由于“V”形區被拉長,將使γ角減小,須條單紗段KG、LH長度則由于“V”形區被拉長而增大,因此短纖維在成紗中轉移路徑變長,轉移充分。但如果間距過大,由于皮輥的寬度限制,對成紗不利,故本實驗取最大間距為20mm。3結果與分析3.1成紗結構形式與長絲間距當長絲與長絲間距分別為20、16、12、8mm,毛粗紗與長絲間距為4mm時,紗橫向結構變化不大,長絲與毛纖維在橫截面上表現為兩種獨立成分,這是因為在小三角區內長絲具有一定的張力條件下,由于捻回的傳遞,毛須條和滌長絲兩種成分在并合加捻前都具有一定的捻度,因此在分匯聚點處加捻時,只能以螺旋線形式互相包纏。在匯聚點處再次加捻時彼此均很難再進入對方結構中。圖2～5分別為長絲與長絲間距為20、16、12、8mm的成紗縱向外觀圖。從上圖可看出,紗縱向皆呈螺旋形外觀,但間距不同,螺旋形外觀差異明顯,紗線橫向緊密度也有差別。由圖2～5可以看出,當長絲間距為20、16mm時,紗線的緊密度要大于12、8mm長絲間距時紗線的緊密度,亦即前者紗線直徑和線密度小于后者。隨著間距增大,γ會減小,γmin會更小,當達到γmax時,成紗中單股紗捻度達到最大值。此外,從上圖還可以看出,當對長絲與長絲間距為20、16mm和12、8mm的紗線表面進行對比時,發現前者紗線表面的光潔程度要好于后者,這一方面是由于長絲與長絲間距的增大減少了紗線毛羽,長絲與長絲間距增大使紗體包纏得更緊密,后者毛短纖維容易被甩出紗體或露出紗表面,紗線外觀顯得更加蓬松,使其光潔度變差。3.2加捻三角區的不對稱現象分析圖6～11為不同間距下的成紗強伸性比較圖。由圖6、7可知,當長絲與長絲間距從20mm變化至16、12和8mm時,成紗強力先減小、再減小、再增大,伸長先增大、后減小、再增大,且長絲與長絲間距為20mm時紗線強力最大,間距為12mm時伸長最小。這是因為,當長絲與長絲間距20mm時,捻回向三角區傳遞,毛粗紗須條上所得捻回增多,纖維內、外層轉移充分,紗線受力時強力利用系數高,對強力貢獻大,相互間不容易滑動。γ變小,紗體結構緊密,但成紗螺旋角變大,故紗線的伸長以紗線直徑變細、成紗螺旋角變大而導致的伸長占主導地位,因此強力高,伸長也較大。而間距減少到16mm時,三角區長度變短,短纖維在低紡紗張力作用下沒有充分伸直,須條中伸直纖維的比例減少,對成紗伸長有利,且紗線抱合不緊密時利于紗線伸長,因此強力降低而伸長增大。紗線的伸長由纖維間的滑移、纖維本身的伸長、紗線直徑變細而導致的伸長3部分組成。在間距為12mm時,由于γ大,纖維間抱合較松,拉伸時纖維間滑移而導致的伸長是紗線伸長的主要部分。因此強力降低,斷裂伸長率減少,在12mm時,伸長最小。間距減小到8mm的時候,由于粗紗紗條之間纖維有一定的相互轉移和抱合,導致強力有一定的上升,斷裂伸長率亦相應增加。由圖8、9可知,當長絲與長絲間距為20mm、粗紗與長絲間距從2mm變為8mm時,成紗強力逐步減小,而伸長也逐步減小,粗紗與長絲間距為4mm時,成紗斷裂強力最大。粗紗與長絲間距為2mm時,斷裂伸長最大。這是因為粗紗與長絲間距從2mm變化至8mm時,小三角區逐步變大,小三角區內的長絲與毛粗紗抱合逐步變松,拉伸時纖維間滑移是主要因素,因此強力和伸長逐步降低。由圖10、11可知,Z捻時,當長絲間距為20mm、長絲與粗紗間距為4mm條件下,紡紗中心從-4mm變化至4mm時,成紗強力呈現波動狀態,先下降后上升,紡紗中心偏移為4mm時強力最大,伸長也最大。紡紗中心點偏移為0mm時,由于是Z捻,紡紗的扭矩由右至左,形成了加捻三角區X軸向的不平衡,從而形成了加捻三角區的不對稱,紡紗中心點偏移由0至4mm時更加劇了這種不對稱的程度,從而形成了以一邊紗條為中心的包圍效果,因此強力增大時,伸長也較大。而且紡紗時加捻三角區的這種不對稱導致了細紗鋼領板一次升降時加捻三角區的劇烈變化。紡紗中心點偏移由0至-4mm時,逐步修正了加捻三角區的不對稱情況,因此強力下降。紡紗中心點偏移為-2mm時,加捻三角區比較對稱,紗體結構緊密,纖維滑移減少,因此伸長較低。紡紗中心點繼續向左偏移增大時,紗體結構緊密,強力增大,但是由于右邊紗條不對稱增加,形成了類似包纏結構,因此伸長有所下降。3.3長絲和粗紗間距長絲與長絲間距、長絲與粗紗間距、紡紗中心不同偏移時嵌入式復合紡紗線毛羽指數比較見圖12～14。由于短毛羽對紗線的織造性能影響不顯著,故只比較長度3mm以上的毛羽。由圖12可知,當其他條件不變,長絲與長絲間距從20mm變化至16、12和8mm時,毛羽逐漸增加,最后適當降低。間距20mm時毛羽最少,間距12mm時毛羽最多。由圖13可知,當其他條件不變,長絲與粗紗間距從2mm變化至4、6和8mm時,毛羽先降低,再增加,再降低。間距2mm時毛羽最少,間距6mm時最多。由圖14可知,當其他條件不變,紡紗中心偏移從-4mm變化至-2、0、2和4mm時,毛羽呈現波浪狀。偏移-2mm時毛羽最少,偏移4mm時毛羽最多。長絲與長絲間距20mm時,加捻三角區增長,成紗段“V”形區的夾角γ減小,長絲捕捉短纖維毛羽的機會增大,有利于減少毛羽;同時須條段得到的捻回大,成紗中單股紗獲得的捻度也增大,可以降低毛羽。長絲與長絲間距為8mm時,由于間距較小,纖維相互轉移導致毛羽比長絲間距為12、16mm時小。當長絲與粗紗間距保持一定的距離時,也可以適當增大小三角區中長絲與毛纖維的加捻三角區的夾角,同時避免兩根粗紗須條之間的相互影響,有利于減少毛羽。該間距為4mm時對成紗毛羽較好。在順時針加捻時,紡紗中心點適當向左偏移時有利于須條扭矩在X軸向的平衡、加捻三角區的穩定和減少毛羽。同時由于兩個長絲與粗紗的加捻須條進行了再次加捻,能有效地降低紗線毛羽。因此,嵌入式復合紡紗紗線毛羽隨著長絲與長絲間距的增大,長絲與粗紗間距保持一定的距離,紗紡中心點向左適當偏移一定距離時呈現減少趨勢,向左偏移為2mm時效果較好。3.4紗線條干分析圖15～17為不同間距下的成紗條干均勻度比較圖。各種間距是影響成紗條干的重要因素,其影響均呈非單調性。由圖15可知,當長絲與長絲間距從20mm逐漸減少到8mm進程中,成紗條干先增高,然后逐步降低,且間距為8mm時紗線成紗條干最好。當長絲間距為8mm時,由于間距很小,粗紗紗條之間纖維有一定的相互轉移和抱合,單股紗在長絲上產生的滑移小,粗紗和長絲復合時成紗緊密,因此條干好。當間距從8mm增加到16mm時,單股紗在長絲上產生的滑移增大,紗體結構不夠穩定,條干逐步變差。而當間距從16mm增大到20mm時,條干又變好,原因可能是長絲間距很大時,紗體結構中大三角區的復合較穩定,成紗緊密導致條干不勻變小。由圖16可知,當長絲與長絲間距為20mm,粗紗與長絲間距從2mm增加至8mm時,成紗條干呈現波動狀態,粗紗與長絲間距為4mm時,成紗條干最好。當長絲與長絲間距為20mm,粗紗與長絲間距從2mm增加至8mm時,既要適當增大小三角區中長絲與毛纖維的加捻三角區的夾角,又要避免兩根粗紗須條之間的相互影響,有利于成紗條干,以4mm為好。由圖17可知,當長絲間距為20mm,長絲與粗紗間距為4mm時,紡紗中心從-4mm增加至4mm,成紗條干呈現波動狀態,紡紗中心偏移為4mm時成紗條干最好。在Z捻時,當長絲間距為20mm且長絲與粗紗間距為4mm時,紡紗中心從-4mm增加至4mm,成紗條干呈現波動狀態。向右偏移較小時,由于兩個小三角區不一致,導致大三角區不穩定,成紗條干變差;向左右偏移比較大時有點象包芯結構,條干趨好。4紗線結構的影響(1)各種間距變化引起“V”形區夾角和須條單紗段長度的改變以及單股紗捻度的重