無固定弱節(jié)高支竹節(jié)紗的研究

邱艷茹,任學(xué)勤,王依凡

（西安工程大學(xué),陜西 西安710048）

通過研究竹節(jié)紗的固定弱節(jié)分布規(guī)律,并通過定位包繞固定弱節(jié)的方法,大幅度提高了竹節(jié)紗的整體強力,研發(fā)出了無固定弱節(jié)竹節(jié)紗。在此基礎(chǔ)上,竹節(jié)紗在強力滿足生產(chǎn)工藝的情況下,可以整體紡制得更細,進而開發(fā)出高支的竹節(jié)紗。用高支竹節(jié)紗制作的輕薄產(chǎn)品,填補了市場空白,為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益,該項技術(shù)屬于國內(nèi)領(lǐng)先。

1 無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的研發(fā)

1.1 試驗原料

（1）飾紗:4 g/10 m的100%棉粗紗,見圖1。通過前中羅拉牽伸來改變棉粗紗的牽伸倍數(shù),生產(chǎn)竹節(jié)紗。試驗前測量棉纖維主體長度,測量結(jié)果見表1,棉纖維主體長度約為32 mm。

表1 棉纖維主體長度試驗結(jié)果

（2）固紗:8.8 tex滌綸長絲,如圖2所示。為了便于研究,試驗以紅色滌綸長絲為固紗原料對固定弱節(jié)進行定位包繞。

圖1 飾紗原料

圖2 固紗原料

1.2 紡紗設(shè)備及控制系統(tǒng)

試驗所用的紡紗設(shè)備是空心錠紡紗機和倍捻錠子紡紗機的結(jié)合,系統(tǒng)控制方式如圖3所示。系統(tǒng)是電腦通過CAN卡與控制器連接,再通過控制器來控制變頻器與步進電機驅(qū)動器,變頻器控制異步電機,異步電機帶動槽筒和空心錠的轉(zhuǎn)動,步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機,步進電機控制前羅拉的轉(zhuǎn)動。開發(fā)定位包覆竹節(jié)紗必須將定位軟件和紗線研發(fā)軟件配合使用,定位軟件的出現(xiàn)是為了輔助紗線研發(fā)軟件,紡制具有定位包繞效果的紗線,其中紗線的包繞位置、包繞密度均可任意設(shè)計[2-3]。

圖3 多形式多電機電腦控制系統(tǒng)的控制方式

1.3 竹節(jié)紗固定弱節(jié)分布規(guī)律

研究竹節(jié)紗無固定弱節(jié)的分布規(guī)律,首先要找出竹節(jié)紗的固定弱節(jié)分布規(guī)律。

紗線在進行斷裂強力測試時,其斷裂位置是強力最弱的地方,稱之為紗線的強力弱節(jié),普通紗線的強力弱節(jié)具有隨機性。竹節(jié)紗因其特殊的結(jié)構(gòu),紗線的斷裂位置具有明顯的固定性,我們將竹節(jié)紗固定斷裂的位置,稱為竹節(jié)紗的固定弱節(jié)[4-7],找出竹節(jié)紗固定弱節(jié)分布規(guī)律:

（1）設(shè)置工藝參數(shù)紡制竹節(jié)紗,對竹節(jié)紗進行斷裂強力測試,并記錄其斷裂位置。將竹節(jié)紗第一次斷裂的固定位置,也就是竹節(jié)紗強力最弱的位置,稱為第一弱節(jié),記為第一弱節(jié)W1。

（2）修改工藝重新紡制竹節(jié)紗,新紡的紗線與原來的竹節(jié)紗結(jié)構(gòu)一樣,但是新紡的紗線對竹節(jié)紗第一弱節(jié)W1進行過一定的包繞,加強了該弱節(jié)處的強力,從而消除該固定弱節(jié)。

（3）以新紡的竹節(jié)紗為樣品,再對其進行斷裂強力測試,記錄其斷裂位置,得到下一個竹節(jié)紗的固定斷裂位置,記為第二弱節(jié)W2。

（4）修改工藝重新紡制竹節(jié)紗,新紡的紗線與原來的竹節(jié)紗結(jié)構(gòu)一樣,但是新紡的紗線對第一弱節(jié)W1、第二弱節(jié)W2進行過一定的包繞。以新紡的紗線為樣品再進行斷裂強力測試,尋找下一個固定弱節(jié),記為第三弱節(jié)W3,以此類推……,直到最新紡制的竹節(jié)紗的斷裂位置不在紗線的某一固定位置,而是隨機斷裂時,則判定該竹節(jié)紗已無固定弱節(jié)。

1.4 無固定弱節(jié)的分布規(guī)律

當竹節(jié)紗的斷裂位置不在某一固定位置,而是處于隨機任意位置時,我們將這種狀態(tài)的竹節(jié)紗稱之為無固定弱節(jié)竹節(jié)紗。經(jīng)過多次試驗得出:當竹節(jié)長度大于棉纖維主體長度時,竹節(jié)紗的第一弱節(jié)W1位置在竹節(jié)部分的1/2（±2 mm）處;當竹節(jié)長度小于棉纖維主體長度時,竹節(jié)紗的固定弱節(jié)在竹節(jié)部分靠近頭端的1/10（±2 mm）處,該位置是否為第二弱節(jié)W2需要進一步驗證。

根據(jù)竹節(jié)紗固定弱節(jié)分布規(guī)律的研究方法,在尋找下一個固定弱節(jié)前,需修改工藝對前面已找到的固定弱節(jié)進行定位包繞。所謂定位包繞,就是通過工藝設(shè)計,借助定位軟件與紗線設(shè)計軟件的配合使用,在紗線上任意位置用固紗進行緊密包繞,從而使紗線具有特殊外觀效果或增強紗線質(zhì)量的一種精確紡紗方法,試驗中利用此方法對竹節(jié)紗的固定弱節(jié)位置進行定位包繞,從而消除該固定弱節(jié),提高竹節(jié)紗的整體強力。

1.4.1 定位包繞第一弱節(jié)W1

定位包繞竹節(jié)紗第一弱節(jié)W1的主要紡紗工藝參數(shù),如圖4所示。

圖4 定位包繞竹節(jié)紗第一弱節(jié)W1的工藝轉(zhuǎn)換圖

圖4中左邊為原始設(shè)計包繞第一弱節(jié)W1工藝,經(jīng)定位軟件轉(zhuǎn)換后,右邊出現(xiàn)的定位工藝為實際生產(chǎn)工藝,將轉(zhuǎn)換后的工藝復(fù)制到紗線研發(fā)軟件中見圖5。按轉(zhuǎn)換后的實際紡紗工藝參數(shù)進行紡紗,新紡的竹節(jié)紗如圖6所示,新紡的紗線與原竹節(jié)紗結(jié)構(gòu)相同,但是在第一弱節(jié)W1位置處進行了緊密包繞,加固了該弱節(jié)處的強力。

1.4.2 結(jié)果及分析

對所紡的竹節(jié)紗（定位包繞了第一弱節(jié) W1）進行強力測試,其結(jié)果見表2和圖7。

圖5 定位包繞竹節(jié)紗第一弱節(jié)W1的實際生產(chǎn)工藝圖

圖6 定位包繞第一弱節(jié)W1的竹節(jié)紗效果圖

由試驗強力均值比較可知,將竹節(jié)紗第一弱節(jié)W1定位包繞后,竹節(jié)紗平均強力提高了200 c N左右,強力約增加了52%。由表2中斷裂位置的數(shù)據(jù)及圖7所示試驗結(jié)果可得竹節(jié)紗第二弱節(jié)W2的位置,第二弱節(jié)W2位置在竹節(jié)部分靠近頭端的1/10（±2 mm）處,這與前面竹節(jié)長度小于棉纖維主體長度的竹節(jié)紗固定斷裂位置相吻合,定位包繞第一弱節(jié)W1后的竹節(jié)紗強力值與竹節(jié)長度小于棉纖維主體長度的竹節(jié)紗強力值也基本一致,故確定竹節(jié)紗的第二弱節(jié) W2位置[8-10]。

表2 定位包繞了第一弱節(jié)W1的竹節(jié)紗測試數(shù)據(jù)

修改工藝,生產(chǎn)定位包繞第一弱節(jié)W1、第二弱節(jié)W2的竹節(jié)紗,然后進行強力測試,繼續(xù)尋找是否存在下一個弱節(jié),即第三弱節(jié) W3,直至紗線斷裂隨機處于基紗任意位置。

圖7 定位包繞竹節(jié)紗第一弱節(jié)W1的強力測試結(jié)果圖

在竹節(jié)紗的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的情況下,紡制竹節(jié)長度為30 mm（竹節(jié)長度小于棉纖維主體長度）的竹節(jié)紗,并對其第二弱節(jié)W2和第三弱節(jié)W3位置處進行包繞,對該竹節(jié)紗樣品進行強力測試。紗線斷裂位置在基紗段隨機位置處,故判斷已無固定弱節(jié)。

2 無固定弱節(jié)高支竹節(jié)紗的紡制

2.1 高支竹節(jié)紗的定義

以最簡單的竹節(jié)紗為例,如圖8所示,竹節(jié)紗①細段的直徑為d1,粗段的直徑為D1,強力值為P1;竹節(jié)紗②細段的直徑為d2,粗段的直徑為D1,強力值為P2;竹節(jié)紗③細段的直徑為d3,粗段的直徑為D3,強力值為P3。其中竹節(jié)紗③按照已知固定弱節(jié)分布位置,對各個固定弱節(jié)進行過一定的包繞,除此之外竹節(jié)紗①、竹節(jié)紗②和竹節(jié)紗③的竹節(jié)長度、竹節(jié)間距等其他結(jié)構(gòu)參數(shù)均相同。

圖8 竹節(jié)紗結(jié)構(gòu)簡圖

圖8中的3款竹節(jié)紗,D1＞D2=D3,d1＞d2=d3。從圖中很明顯可以看出竹節(jié)紗②和竹節(jié)紗③比竹節(jié)紗①整體看起來更細一些。對于竹節(jié)紗②和竹節(jié)紗①來說,因為竹節(jié)紗②的細段和粗段都比竹節(jié)紗①小,所以必然有強力P2＜P1,經(jīng)測試結(jié)果也是如此;對于竹節(jié)紗②和竹節(jié)紗③來說,紗線的細段和粗段都一樣,但是因為竹節(jié)紗③采用定位包繞固定弱節(jié)的方法來解決了強力弱節(jié),提高了紗線的整體強力,故P3＞P2,經(jīng)測試結(jié)果也是如此;但是對于竹節(jié)紗①和竹節(jié)紗③來說,竹節(jié)紗③的細段和粗段都比竹節(jié)紗①的小,如果竹節(jié)紗③的強力和竹節(jié)紗①的強力差不多,都能滿足生產(chǎn)時的強力,那么相比竹節(jié)紗①,竹節(jié)紗③就是所謂的更細的竹節(jié)紗,即高支竹節(jié)紗。在本次試驗中主要研究當竹節(jié)紗①和竹節(jié)紗③的粗段和細段比例相同,即D1/d1=D3/d3,且強力都能滿足生產(chǎn)需求時（P3≈P1）,竹節(jié)紗③比竹節(jié)紗①粗段或細段減少的百分比,即D3比D1減少的百分比（或d3比d1減少的百分比）。

2.2 高支竹節(jié)紗的紡制

當竹節(jié)紗的斷裂位置不在某一固定位置,而是處于紗線的隨機位置時,則該竹節(jié)紗為無固定弱節(jié)竹節(jié)紗。根據(jù)竹節(jié)紗的固定弱節(jié)分布規(guī)律,并通過設(shè)置工藝,在一次紡紗過程中對各個固定弱節(jié)進行包繞,實現(xiàn)無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的生產(chǎn)。

保證竹節(jié)紗粗細比例不變的情況下,設(shè)置紡紗工藝,逐漸減小竹節(jié)紗的細段和粗段,并進行生產(chǎn)。紡紗的主要工藝見表3。在最佳工藝下,對表3中8組竹節(jié)紗的固定弱節(jié)進行包繞,紡制其無固定弱節(jié)的紗線,這里只給出試驗1對應(yīng)的無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的主要紡紗工藝,見表4。無固定高支竹節(jié)紗的效果如圖9,另外7組紡紗工藝在試驗1的基礎(chǔ)上修改數(shù)據(jù)即可。

表3 竹節(jié)紗的主要紡紗工藝

表4 試驗1無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的主要紡紗工藝

圖9 無固定弱節(jié)高支竹節(jié)紗

2.3 強力性能測試

對紡制的竹節(jié)紗進行強力測試,測試數(shù)據(jù)見表5。

表5 強力測試數(shù)據(jù)表 單位:c N

對比表5中數(shù)據(jù),在試驗1～7中,隨著竹節(jié)紗整體細度的降低,其強力也降低。無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的強力較原竹節(jié)紗強力都提高了。試驗8的紗線強力沒有明顯提高,是因為紗線基紗線密度太低,導(dǎo)致紗線在基紗段斷裂。對比試驗1的竹節(jié)紗強力值和試驗6的無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的強力值,兩者強力值相差不大,均約為480 c N,測量這2款竹節(jié)紗的粗段和細段的直徑,試驗6的無固定弱節(jié)竹節(jié)紗整體細度比試驗1的竹節(jié)紗整體細度降低50%左右。

3 結(jié)語

本研究提高了竹節(jié)紗的整體強力,并開發(fā)出了高支的竹節(jié)紗。在實際生產(chǎn)中,不需再進行測試,按固定弱節(jié)分布位置,可直接設(shè)計工藝,在一次放紗過程中對各個固定弱節(jié)進行最佳包繞,生產(chǎn)無固定弱節(jié)的竹節(jié)紗,無固定弱節(jié)竹節(jié)紗的整體強力提高了近100%。在保證竹節(jié)紗粗段細段比例不變的情況下,減小了竹節(jié)紗的整體細度,同時又通過包繞固定弱節(jié)方式,提高了竹節(jié)紗強力,開發(fā)出高支竹節(jié)紗,在滿足生產(chǎn)要求的情況下,竹節(jié)紗整體可變細50%左右。