假捻器在環錠細紗機上的應用效果及工藝優化

劉 春, 謝春萍, 蘇旭中, 劉新金

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

細紗工序是整個紡紗過程中的重要環節，該環節生產的紗線質量直接影響后續織造效率和成品質量。目前關于如何提高細紗工序成紗質量的研究不斷創新，尤其是在減少毛羽和提高強力方面。假捻器的應用對于實現低捻高強紗具有明顯的作用效果，其可降低短纖紗的最低可紡捻系數，紡制的紗線具有較好的柔軟性[1]。假捻紡紗類技術的研究始于1996年，經過了二十多年的多次改革發展，香港理工大學陶肖明教授團隊發明的低扭矩紡紗技術就是基于其原理的發展[2]。當前低扭矩紡紗技術為世界環錠紡紗技術“新成員”，產品處于推廣應用期，其授權企業覆蓋中國大陸，實現了標準工業化和規模化的生產，產品獲得市場和消費者的極大認可。

本文在假捻紡紗技術的基礎上進行了裝置改進，并對改裝后細紗機的參數和方式進行了優化，分析了假捻器的速度和其在前羅拉與導紗鉤之間所處的位置對成紗質量的影響。同時，根據斜位紡在細紗機的作用原理，并結合假捻器在細紗機中的應用，將2種方式同時作用于紡紗過程進行研究分析，以期進一步提高棉紗的可紡性。

1 紡紗實驗

1.1 實驗儀器

DTM129型細紗機(江蘇東臺東飛馬佐里紡機有限公司)；YG068C型全自動單紗強力儀(蘇州長風紡織機電科技有限公司)；USTER ZWEIGLE HL400型毛羽測試儀(瑞士烏斯特公司)。

1.2 工藝參數

粗紗原料采用傳統精梳細絨棉(常州迪邦紡織有限公司)，定量為5.0 g/(10 m)，紡制紗的線密度為28.1 tex，捻系數設定為320，細紗機錠速為11 000 r/min，前羅拉線速度為18.68 m/min。

1.3 測試方法

在同一工藝參數下，同時紡制6錠紗，測試其性能并求平均值。測試前試樣均在溫度為22 ℃，相對濕度為60%的恒溫恒濕條件下平衡24 h。

強力測試：同時對每組的6管紗進行測試，每管測25次。強力儀夾頭上下夾持距離為500 mm，拉伸速度為500 mm/min。記錄每組測試結束后結果顯示的對應性能的平均值。

毛羽測試：每管紗測試1次，測試速度為400 m/min，測試時間為0.5 min，即每次所測長度為200 m，每組6管紗測試后，對應毛羽長度取平均值。

2 實驗結果與分析

2.1 假捻器的轉速

DTM129型細紗機所紡紗線捻向為S捻，根據紗線加捻過程中纖維的轉移狀態來控制電動機，使假捻器的傳動方向自左向右，使其速度為可調控狀態。假捻器的選材為聚氨酯彈性體，它是一種介于橡膠和塑料之間的新型高分子材料，既有塑料的高強度又具有橡膠的高彈性，耐磨性很好，吸震性能優良。轉速實驗設計假捻器的轉速分別為180、240、300、360、420 r/min，并分別測試對應速度的成紗性能。

2.1.1轉速對紗線性能的影響

假捻器在細紗加捻過程中，對假捻點(紗線與假捻器的接觸點)前后段的紗線加有一定的捻度，并且該段纖維張力增加，抱合更加緊密，與傳統環錠細紗機相比強力會有一定的增加，改善了傳統紡紗在加捻過程中出現的阻捻和捻陷的現象。在紡制28.1 tex紗線時，如果控制細紗機的錠速恒定，則前羅拉輸出線速度會隨著捻系數的減小而增大。由于假捻器傳動方向垂直于紗線輸出方向，若不改變假捻器傳動速度，則不同捻系數下，紗線輸出速度與假捻器傳動速度之比會產生差異，對成紗質量產生較大影響。

本文實驗控制其他條件一定，只改變假捻器定位裝置的轉速來控制假捻器傳動速度。表1示出不同轉速條件下紗線的強伸性對比。可以看出，速度為300 r/min時強力最優。

表1 不同轉速條件下的紗線強伸性對比Tab.1 Comparison of strength and elongation at different speeds

表2示出不同轉速條件下成紗的毛羽對比。隨著假捻器速度的增加，對應的成紗毛羽存在不同程度的減少，且4 mm及以上長毛羽在轉速為300、360 r/min時相對較少。毛羽產生于紡紗，通過絡筒成倍增加，其消除在于改變紡紗的結構。假捻器對紗線性能的影響表現在毛羽的減少、強力的增加，具有低捻高強的優異性能。假捻器在傳動過程中給予紗線一定的假捻作用，在前羅拉與導紗鉤之間所施加的假捻縮短了僅有鋼絲圈加捻紡紗時捻度的傳遞距離，紗線包纏緊密均勻，因而成紗毛羽有所改善。

表2 不同轉速條件下的毛羽長度對比Tab.2 Comparison of hairiness length at different speeds

2.1.2最優轉速計算分析

在卷繞過程中，要實現細紗的正常卷繞，必須使前羅拉輸出線速度等于筒管卷繞速度，也就是單位時間內前羅拉鉗口輸出的須條長度等于筒管的卷繞長度，保證所紡紗線性能優、外觀好。本文研究假捻器在細紗機的應用，必須要考慮假捻器的速度與錠速之間的關系，速度不同會得到不同的捻度、張力分布以及不同的紡紗三角區[3-4]，因此，假捻器速度的大小直接影響最終成紗的質量。

假捻器傳動速度的大小需要根據紗線的加捻速度以及前羅拉輸出速度進行設置。假捻器速度過小，不僅對紗線假捻作用不明顯，而且會對紗線的正常加捻起到阻礙作用。若假捻器速度過大，會在一定程度上拉扯纖維，造成紗線質量下降，因此，假捻器的速度需要控制在合理的范圍，以期得到最優的紡紗效果。已知錠速ns=11 000 r/min，前羅拉線速度vf=18.68 m/min，則捻度為

(1)

查閱棉紡織手冊，棉紗密度δ為0.8 g/cm3,Tt為所紡紗線密度，根據式(2)可計算紗線直徑：

(2)

細紗機加捻過程中錠速近似于紗線每分鐘的捻度，紗線每分鐘所轉動的速度：

v1=πd1Tvf=πd1ns

(3)

定位裝置的直徑d2為44 mm,設定位裝置的轉速為n2，則假捻器的傳動速度v2與定位裝置轉速之間的關系為

v2=πd2n2

(4)

v1=v2

(5)

根據理論計算得n2為52.87 r/min。

根據上述公式進行計算，當定位裝置轉速為52.87 r/min時，假捻器的傳動速度和紗線輸出狀態為理論最佳狀態，但在實際中要考慮施加到紗線的假捻效果，所需假捻器的速度應比紗線輸出時的轉動速度快。在本文實驗參數條件下，結合表1、2的結果得知：當定位裝置轉速約為理論轉速的6倍時成紗效果最好；原料、紗線線密度、捻系數和錠速等不同，定位裝置轉速與理論轉速之間的關系會有一定的變化。

2.2 假捻器的位置

2.2.1實驗設計分析

圖1示出改裝后的細紗機某錠子的左視圖。假捻器位于前羅拉與導紗鉤之間，紗條從前羅拉1輸出經過假捻器2，再繞過導紗鉤3，經過鋼絲圈加捻卷繞在細紗管4上。假捻器的位置可進行上下、左右移動，用來控制紗線在假捻點處包圍角的大小。如圖1中a、b為可變參數(a為定位架底面到定位裝置軸線的距離，b為機體前表面到定位裝置的距離),其他參數不變。在不同位置的紡紗參數條件下進行紡紗，并測試成紗性能。

1—前羅拉；2—假捻器；3—導紗鉤；4—細紗管；5—定位裝置。圖1 假捻器位置分布示意圖Fig.1 Schematic diagram of position of false twister

前羅拉鉗口到細紗機機體的距離c為定值(c=90 mm)，定位裝置中心點o到假捻器的距離即定位裝置的半徑d為定值(d=22 mm)，前羅拉到導紗鉤后板的距離f為定值(f=25 mm)，a、b為可變值，用來控制假捻器2的位置。當a、b為不同值時，假捻點和前羅拉鉗口連線與假捻器所在水平線之間構成的夾角不同。

圖2示出假捻器位置模擬示意圖。A點代表前羅拉鉗口位置；B(B1、B2、B3、B4)點代表假捻器的不同位置；C(C1、C2、C3、C4)分別為假捻點位置與前羅拉鉗口所形成的直角點；LCB即為直角點與假捻點之間的距離。

圖2 假捻器位置模擬示意圖Fig.2 Simulation diagram of position of false twister

根據公式計算可得假捻器在4個不同參數位置對應∠ABC的正切值，如表3所示。

根據已知條件計算如下：

LCB=b-f

(6)

LAC=c-(a+d)

(7)

(8)

2.2.2位置對紗線性能的影響

前羅拉與導紗鉤之間的假捻器對紗線具有一定的支撐作用，紗線在假捻器上也具有一定的包纏效果，由于前羅拉與導紗鉤的位置是一定的，假捻器的位置可控制紗線的成紗狀態，同時影響加捻三角區的大小，進而影響成紗質量。余豪等[15]研究了導紗鉤運動特征對紗線質量的影響，結果表明，導紗鉤的位置越高，紡紗加捻三角區越小,三角區內的纖維所受控制力越大，形成的摩擦力界也越大，使得三角區中間的纖維能順利地進行內外轉移，纖維頭端被捻入紗體，毛羽呈現減少的趨勢。

假捻器在紡紗過程對紗線的假捻作用同時也具有類似于導紗鉤位置上下移動的作用，因此，假捻器在前羅拉與導紗鉤之間的位置同樣會影響紗線的質量。如圖1所示，假捻器2的位置可上下左右調節而影響假捻點包纏角的大小，同時會影響加捻三角區的大小。

當∠ABC的正切值越小，紡紗三角區與前羅拉表面不會有過多的包纏，三角區面積會相對減小。表4示出不同位置對應的成紗性能。可知在位置2時正切值為0.7，此時紗線強力最好，在位置3、4時∠ABC正切值變大，對應紗線在前羅拉產生較多的貼附和包纏作用，加捻三角區面積增加從而降低了成紗的最優質量。在位置1時，假捻器與前羅拉所在的水平距離較小，由于前羅拉上方膠輥的壓力作用，導致前羅拉輸出紗線偏向膠輥，且由于假捻器傳動速度帶動紗線向右側傳動，方向傾斜嚴重，會影響成紗質量，但位置1處三角區面積小，毛羽量尤其是4 mm以上毛羽數量相對最少，總體來說，質量依然高于傳統紡紗。

表4 不同位置紗線性能Tab.4 Yarn performance in different positions

2.3 錯位假捻紡

假捻器對低捻紗線具有增加強力和減少毛羽的作用效果；斜位紡通過改變加捻三角區狀態和大小，進而減少紗線毛羽提高成紗質量，在紡紗實驗過程中可通過錯位紡實現斜位紡的效果。左國平等[6]在研究紡紗角的變化對紗線質量的影響中也證明了錯位紡紡紗方式是可以用于改善環錠紡紗線毛羽的。將錯位紡同時應用于加裝有假捻器的細紗機，不僅實現了假捻器對紗線的高強低捻毛羽少的作用效果，同時可借助錯位紡減小加捻三角區，減少紗線毛羽。

2.3.1錯位假捻紡工藝

所謂的錯位紡紗就是所有錠子不在其對應的前羅拉位置，而在其相臨錠位所對應的前羅拉位置進行紡紗。本文實驗選取6個錠子進行紡紗并依次標記，以2個錠子為例，示意圖如圖3所示。錠子SA對應前羅拉1A,錠子SB對應前羅拉1B。當紗線處于圖3(a)狀態時屬于正常直紗路紡紗，當紗線處于圖3(b)狀態時則為左錯位紡紗狀態。同理，當羅拉1B輸出的紗條經假捻器后紗管落在錠子SA位置時即為右錯位紡紗狀態。對加有假捻器的直紗路、左錯位、右錯位以及不加假捻器的直紗路進行紡紗，選取6個錠子位置，每個狀態紡制3管紗線測試并進行分析。

1—前羅拉；2—假捻器；3—導紗鉤；4—細紗管。圖3 錯位假捻紡示意圖Fig.3 Schematic diagram of dislocation false twist spinning. (a) False twister+straight yarn; (b) False twister and left oblique

2.3.2成紗效果分析

對加有假捻器的左斜位紡、右斜位紡、直紗路紡以及不加假捻器的直紗路紡分別進行紡紗并測試。結果證明，改變紗路后成紗毛羽得到改善，且紡紗過程中生產穩定，接頭容易，未出現接不上頭的現象。

表5示出不同紗路成紗強伸性對比。假捻器作用下的紗線強力比傳統紡紗強力高，毛羽少；加有假捻器的左斜位紡紗線質量優于直紗路的紗線質量，在假捻器作用的基礎上對紗線質量有進一步的提高。由于DTM129型細紗機所紡紗線為S捻，因此加有假捻器的右斜位紡反而會加劇紗線質量的惡化。當不存在假捻器作用時，采用右錯位紡紗可減少Z捻紗的毛羽，而成紗強力、條干和常發性紗疵略有惡化。但結合假捻器與斜位紡作用于紡紗過程，左斜位紡對S捻紗線毛羽有很大改善，且強力也有所增加。國內外紡織界對斜位紡進行了較多研究，普遍認為捻向和斜位方向對成紗質量影響較大[5-6]。

表5 不同紗路成紗強伸性Tab.5 Strength and elongation of different yarns

2.3.3成紗原理分析

紡紗三角區是產生毛羽的重要部位，為了減少毛羽，應盡量減小紡紗三角區。緊密紡就是在細紗機牽伸輸出區通過氣流收縮須條寬度的辦法有效地降低紗線毛羽；但由于其能耗較大[9]，因此，在減小紡紗三角區的發展上依然需要不斷創新。任亮[10]在減少環錠紡紗毛羽的研究中主要探討了斜位紡對紡紗的影響，分析了斜位紡過程中加捻三角區形狀的改變[11]。圖4示出錯位紡紗時加捻三角區的狀態。

1—前羅拉；2—紗線。圖4 錯位紡紗三角區示意圖Fig.4 Schematic diagram of dislocation spinning triangle

在前羅拉夾持位置紗條寬度d不變的情況下，加捻三角區傾斜會使三角區假捻點到前羅拉的距離h減小，因此在斜位紡的過程中加捻三角區面積比正常直路紗的三角區面積小。三角區傾斜導致一邊纖維聚集，此時更多的纖維受到了預加捻作用[12-13]，此預加捻作用增強了對纖維的控制，使更多的纖維并入紗體，因此毛羽會相對減少。三角區內纖維受力大小以及其在三角區內的分布對紗線性能影響作用顯著[11]，紡紗過程中發生斷頭的很大一部分原因是加捻三角區斷裂，而錯位后由于紗線傾斜角的存在使得張力減小，因而在紡紗過程中斷頭概率會降低。

3 結 論

假捻器的轉速對成紗性能有一定規律的影響：當成紗線密度為28.1 tex，捻系數為320，假捻器轉速控制在300 r/min時成紗效果最好；當原料、捻系數、錠速等改變時，假捻器最優轉速會有相應的變化；假捻器的位置對成紗性能的影響主要是在加捻三角區和假捻點的作用上，當假捻點處和前羅拉的連線與水平線夾角的正切值為0.70時紗線質量最好；錯位假捻作用結合應用于紡紗，紗線的性能比僅有假捻器作用的情況下效果更優。

FZXB