嵌入式復(fù)合紡紡紗結(jié)構(gòu)性能的動態(tài)變化

嵌入式復(fù)合紡紡紗結(jié)構(gòu)性能的動態(tài)變化

嵌入式復(fù)合紡織機是一種新型紡織機技術(shù)。經(jīng)過加工后，可直接加工環(huán)下載細(xì)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(dǎo)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(fù)合紡紗強調(diào)的是兩根長絲在外,兩根粗紗在長絲中間。其實質(zhì)是兩個賽絡(luò)菲爾紡后再進行賽絡(luò)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(fù)合紡紡紗中心偏移是指兩根長絲的中點與導(dǎo)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(jié)構(gòu)性能的重要工藝參數(shù)。筆者認(rèn)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(yōu)。但是由于紡紗所用的原料性質(zhì)的不同、試樣加工系統(tǒng)的差異可能導(dǎo)致最佳間距也不一樣,本文通過嵌入式復(fù)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(fù)合紡紗線結(jié)構(gòu)和性能的影響。1實驗部分1.1原料和螺紋加工的參數(shù)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(fù)合紡紗長絲預(yù)加張力2cN,牽伸倍數(shù)50倍,錠子轉(zhuǎn)速7257r/min,捻度436捻/m,設(shè)計嵌入式復(fù)合紡紗細(xì)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(fù)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(qū)的形態(tài)和紗線的縱橫向結(jié)構(gòu),測試成紗性能并作比較分析,得出嵌入式復(fù)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(fù)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(fù)合紡紡紗中心最佳位置。1.3紡織機械和紡織結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的外觀采用美國科視達(dá)三維視頻攝像系統(tǒng)對紗線縱橫向結(jié)構(gòu)進行觀察與分析。(3)復(fù)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(fù)合紡紗線的條干均勻度、毛羽數(shù)、紗線斷裂強力和伸長。2理論基礎(chǔ)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(dǎo)紗鉤(大三角區(qū)的匯聚點),O為導(dǎo)紗鉤到前羅拉的垂足點,G為1、3在小三角區(qū)的匯聚點,H為2、4在小三角區(qū)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(qū)增強后的纖維須條所受的張力,γ為大“V”形區(qū)夾角。在嵌入式復(fù)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(jīng)歷大-小-大的變化過程,由此引起“V”形區(qū)夾角γ的變化,由于γ的變化,須條單紗中獲得捻度。當(dāng)張力增大時,“V”形區(qū)被拉長,γ角減小;同理,當(dāng)張力減小時,γ角將增大。因此,在紡紗過程中,“V”形區(qū)夾角γ在一定范圍內(nèi)變化,即存在一變化區(qū)間[γmin,γmax]。當(dāng)間距增大時,由于“V”形區(qū)被拉長,將使γ角減小,毛須條單紗段長度則由于“V”形區(qū)被拉長而增大,因此短纖維在成紗中轉(zhuǎn)移路徑變長,轉(zhuǎn)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(chǎn)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(xué)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(qū)夾角。當(dāng)間距增大時,由于“V”形區(qū)被拉長,將使γ角減小,須條單紗段KG、LH長度則由于“V”形區(qū)被拉長而增大,因此短纖維在成紗中轉(zhuǎn)移路徑變長,轉(zhuǎn)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(jié)果與分析3.1成紗結(jié)構(gòu)形式與長絲間距當(dāng)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(jié)構(gòu)變化不大,長絲與毛纖維在橫截面上表現(xiàn)為兩種獨立成分,這是因為在小三角區(qū)內(nèi)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(jié)構(gòu)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(dāng)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(dāng)達(dá)到γmax時,成紗中單股紗捻度達(dá)到最大值。此外,從上圖還可以看出,當(dāng)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(fā)現(xiàn)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(qū)的不對稱現(xiàn)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(dāng)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(dāng)長絲與長絲間距20mm時,捻回向三角區(qū)傳遞,毛粗紗須條上所得捻回增多,纖維內(nèi)、外層轉(zhuǎn)移充分,紗線受力時強力利用系數(shù)高,對強力貢獻大,相互間不容易滑動。γ變小,紗體結(jié)構(gòu)緊密,但成紗螺旋角變大,故紗線的伸長以紗線直徑變細(xì)、成紗螺旋角變大而導(dǎo)致的伸長占主導(dǎo)地位,因此強力高,伸長也較大。而間距減少到16mm時,三角區(qū)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(xì)而導(dǎo)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(dǎo)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(zhuǎn)移和抱合,導(dǎo)致強力有一定的上升,斷裂伸長率亦相應(yīng)增加。由圖8、9可知,當(dāng)長絲與長絲間距為20mm、粗紗與長絲間距從2mm變?yōu)?mm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(qū)逐步變大,小三角區(qū)內(nèi)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(dāng)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(xiàn)波動狀態(tài),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(qū)X軸向的不平衡,從而形成了加捻三角區(qū)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(qū)的這種不對稱導(dǎo)致了細(xì)紗鋼領(lǐng)板一次升降時加捻三角區(qū)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(qū)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(qū)比較對稱,紗體結(jié)構(gòu)緊密,纖維滑移減少,因此伸長較低。紡紗中心點繼續(xù)向左偏移增大時,紗體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),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(fù)合紡紗線毛羽指數(shù)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(dāng)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(dāng)降低。間距20mm時毛羽最少,間距12mm時毛羽最多。由圖13可知,當(dāng)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(dāng)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(xiàn)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(qū)增長,成紗段“V”形區(qū)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(zhuǎn)移導(dǎo)致毛羽比長絲間距為12、16mm時小。當(dāng)長絲與粗紗間距保持一定的距離時,也可以適當(dāng)增大小三角區(qū)中長絲與毛纖維的加捻三角區(qū)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(dāng)向左偏移時有利于須條扭矩在X軸向的平衡、加捻三角區(qū)的穩(wěn)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(fù)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(dāng)偏移一定距離時呈現(xiàn)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(diào)性。由圖15可知,當(dāng)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(dāng)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(zhuǎn)移和抱合,單股紗在長絲上產(chǎn)生的滑移小,粗紗和長絲復(fù)合時成紗緊密,因此條干好。當(dāng)間距從8mm增加到16mm時,單股紗在長絲上產(chǎn)生的滑移增大,紗體結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定,條干逐步變差。而當(dāng)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(jié)構(gòu)中大三角區(qū)的復(fù)合較穩(wěn)定,成紗緊密導(dǎo)致條干不勻變小。由圖16可知,當(dāng)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(xiàn)波動狀態(tài),粗紗與長絲間距為4mm時,成紗條干最好。當(dāng)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(dāng)增大小三角區(qū)中長絲與毛纖維的加捻三角區(qū)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(dāng)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(xiàn)波動狀態(tài),紡紗中心偏移為4mm時成紗條干最好。在Z捻時,當(dāng)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(xiàn)波動狀態(tài)。向右偏移較小時,由于兩個小三角區(qū)不一致,導(dǎo)致大三角區(qū)不穩(wěn)定,成紗條干變差;向左右偏移比較大時有點象包芯結(jié)構(gòu),條干趨好。4紗線結(jié)構(gòu)的影響(1)各種間距變化引起“V”形區(qū)夾角和須條單紗段長度的改變以及單股紗捻度的重