空氣捻接器參數(shù)影響氨綸包芯紗接頭質(zhì)量的最優(yōu)化研究

武世鋒，吳佳慶，2，張小葉，周衡書

(1.湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，湖南 湘潭411104；2.大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連116034)

絡(luò)筒就是把管紗加工成符合后道工序要求的卷裝(筒子)。絡(luò)筒過程中需要清除紗線上的紗疵，就要剪斷紗線和接頭[1-2]。對(duì)于筒子紗來說，都存在一定數(shù)量的接頭，接頭質(zhì)量好壞對(duì)后道工序加工具有重大的影響，而空氣捻接器參數(shù)的合理設(shè)置是保障接頭質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。

目前，對(duì)純棉紗、滌棉紗、麻、化纖等紗線自動(dòng)接頭的研究比較成熟，但是對(duì)于氨綸包芯紗的接頭研究比較少[4-5]。

在參考JOINTAIR 690型空氣捻接器對(duì)彈力紗捻接參數(shù)范圍的基礎(chǔ)上開展了研究。該空氣捻接器捻接參數(shù)主要有3個(gè):其一，退捻時(shí)間，即在退捻管內(nèi)紗線受到與紗線捻向相反的螺旋氣流作用使得紗頭解捻的時(shí)間；其二，捻接長(zhǎng)度，即紗線在捻接腔內(nèi)相互疊合的長(zhǎng)度；其三，加捻時(shí)間，即2根紗線在捻接腔內(nèi)通過2股相互反向的回轉(zhuǎn)氣流的作用對(duì)其進(jìn)行握持加捻的時(shí)間。在參數(shù)參考范圍內(nèi)，將這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行組合、剪取接頭、質(zhì)量檢測(cè)，得到最適合12 tex棉/氨包芯紗自動(dòng)接頭的參數(shù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 裝置與材料

試驗(yàn)裝置和材料見表1。

表1 試驗(yàn)裝置與材料

1.2 強(qiáng)力測(cè)試

使用YG061型強(qiáng)力儀(等速伸長(zhǎng))，在一定試驗(yàn)條件下，把單根紗線接頭拉伸至斷裂，重復(fù)多次，得到相關(guān)的拉伸斷裂數(shù)據(jù)。

考慮到氨綸包芯紗的良好彈性，為了方便試驗(yàn)開展，如圖1所示，把預(yù)加張力用一個(gè)小夾子4(1.298 cN)替代，小夾子夾住紗線一端，另一端用手捏住移動(dòng)，使小夾子至指定位置，確保每次紗線受到的預(yù)加張力一致，閉合上夾持器2和下夾持器3，再啟動(dòng)儀器開始強(qiáng)力試驗(yàn)。

1.3 彈性測(cè)量

接頭回彈性是在YG02A彈性材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前先在紗線下端夾持一定重量的小夾子，手持紗線的另一端使其懸垂至統(tǒng)一的刻度線，再將紗線測(cè)量部分夾持到儀器上，啟動(dòng)儀器，開始測(cè)試。

1.4 氨綸包芯紗氨綸含量

將有接頭的氨綸包芯紗拉伸伸直，接頭處兩端擴(kuò)展20 cm，也就是截取40 cm長(zhǎng)紗線，取樣6份并分別稱重。采用手工解捻將氨綸絲從每份試樣中拆出并稱重，從而得到接頭氨綸包芯紗的含氨量。

1.5 接頭直徑測(cè)量

紗線接頭細(xì)度增量是評(píng)價(jià)接頭質(zhì)量的重要指標(biāo)[6]。運(yùn)用MATLAB R2016a軟件中圖片統(tǒng)一分辨率、增強(qiáng)處理、二值處理、元素統(tǒng)計(jì)等技術(shù)獲得圖片信息[7-9]，再進(jìn)行公式換算出接頭直徑平均值。

對(duì)于接頭處直徑的測(cè)量研究主要是將圖片轉(zhuǎn)換成二值圖像后進(jìn)行相關(guān)的分析。一張二值圖像呈現(xiàn)出來只有黑白2色，如圖2所示，其中“0”表示黑色，“1”表示白色，并且圖像的每個(gè)像素點(diǎn)在圖片矩陣中的取值只有“0”或“1”。因此，在進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)對(duì)“1”元素的統(tǒng)計(jì)，就是對(duì)圖片白色的像素點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)，如圖3所示。

紗線直徑計(jì)算公式為:

式(1)中，n1為待測(cè)紗樣二值圖像矩陣中“1”元素總個(gè)數(shù)；n2為標(biāo)樣二值圖像矩陣中 “1”元素總個(gè)數(shù)；d0為標(biāo)樣的直徑(μm)，標(biāo)樣直徑可通過CU-2纖維細(xì)度儀測(cè)得。

1.6 接頭質(zhì)量企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)

紗線接頭質(zhì)量主要性能指標(biāo)企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 紗線接頭質(zhì)量主要性能指標(biāo)企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 接頭強(qiáng)力

12組參數(shù)接頭強(qiáng)力及原紗強(qiáng)力測(cè)試平均數(shù)據(jù)結(jié)果見表3。

表3 各參數(shù)接頭強(qiáng)力及原紗強(qiáng)力平均數(shù)據(jù)

通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以得出參數(shù)設(shè)置“退捻時(shí)間-捻接長(zhǎng)度-加捻時(shí)間”為3-10-4、2-11-3、2-11-5和3-11-4這4組接頭強(qiáng)力與原紗較為接近，達(dá)到或接近原紗強(qiáng)力的85%(約554.8 N)。

其中3-10-4的強(qiáng)力最接近原紗；各參數(shù)接頭斷裂伸長(zhǎng)較接近，但與原紗差異非常大；參數(shù)3-10-4接頭捻接區(qū)強(qiáng)力CV值最小，接頭強(qiáng)力最穩(wěn)定。

2.2 彈性測(cè)量

彈性試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為:初始長(zhǎng)度100 mm、溫度27.3℃、濕度69%、伸長(zhǎng)率60%、松弛時(shí)間30 s、啟始停頓30 s、反復(fù)次數(shù)6次、上升速度200 mm/min、下降速度200 mm/min。

表4 各參數(shù)彈性測(cè)試數(shù)據(jù)

通過對(duì)氨綸包芯紗伸長(zhǎng)率為60%的彈性測(cè)試，可看出參數(shù)設(shè)置“退捻時(shí)間-捻接長(zhǎng)度-加捻時(shí)間”為3-10-5、3-10-4、2-10-3這3組數(shù)據(jù)的彈性回復(fù)率與原紗最為接近，且3-11-5、2-11-4、2-11-5、3-10-3、2-10-5幾組數(shù)據(jù)的彈性回復(fù)性能都優(yōu)于原紗。空氣捻接器參數(shù)中加捻時(shí)間和退捻時(shí)間與紗線接頭回復(fù)率的相關(guān)性不大；12組數(shù)據(jù)中紗線彈性衰減率變化不太明顯(表4)。

2.3 包芯紗氨綸含量

通過拆解接頭試樣以及同為40 cm長(zhǎng)度的原紗，取出氨綸絲，計(jì)算氨綸包芯紗的含氨量數(shù)據(jù)見表5所示。

表5 各參數(shù)含氨量數(shù)據(jù)

通過計(jì)算表5的氨綸包芯紗含氨量可以得到在參數(shù)設(shè)置“退捻時(shí)間-捻接長(zhǎng)度-加捻時(shí)間”為3-10-4、2-11-3、2-11-5時(shí)含氨量與原紗含氨量接近。

2.4 紗線直徑

接頭直徑的測(cè)量參考紗線直徑測(cè)量公式(1)，將統(tǒng)計(jì)的結(jié)果經(jīng)過處理得到數(shù)據(jù)見表6。

表6 各參數(shù)接頭直徑圖片數(shù)據(jù)

從表6可知通過直徑測(cè)量試驗(yàn)，相比于原紗直徑很多接頭直徑不合格，其中多數(shù)接頭超過了原紗形成了粗節(jié)。

2.5 討論

按照表2紗線接頭質(zhì)量主要性能指標(biāo)企業(yè)工藝標(biāo)準(zhǔn)中的要求，其一接頭強(qiáng)力要達(dá)到原紗的85%以上；其二捻接強(qiáng)力CV值不能超過18%；其三，細(xì)度增量要是原紗的1.3倍內(nèi)。也就是該原紗的合格接頭，斷裂強(qiáng)力至少要達(dá)到554.8 c N，細(xì)度增量至多為30%，接頭含氨量最接近于原紗的含氨量。可知符合生產(chǎn)要求的捻接參數(shù)有3-10-4、2-11-3、2-11-5。

在實(shí)際生產(chǎn)中，斷裂強(qiáng)力占據(jù)的權(quán)重較大，選擇參數(shù)時(shí)在滿足其他工藝要求的基礎(chǔ)上盡可能地選擇強(qiáng)力與原紗接近的捻接器參數(shù)，且彈性回復(fù)率應(yīng)該至少滿足原紗的彈性回復(fù)率，所以合格接頭中3-10-4這組參數(shù)最為優(yōu)異。

3 結(jié)論

(1)運(yùn)用數(shù)字圖像處理方法直接處理指定分辨率的二值圖像，并提取該圖像的像素矩陣，通過統(tǒng)計(jì)矩陣中的“1”來反映紗線的面積，再將“1”的總數(shù)與標(biāo)樣的“1”的總數(shù)進(jìn)行換算得出接頭直徑。這是一種新的驗(yàn)證性測(cè)試紗線直徑的方法。

(2)基于JOINTAIR 690型空氣捻接器對(duì)彈力紗捻接參數(shù)范圍，設(shè)置“退捻時(shí)間-捻接長(zhǎng)度-加捻時(shí)間”12組參數(shù)，通過試紡對(duì)紗線強(qiáng)力、彈性、含氨量及直徑性能進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，得出最優(yōu)工藝為退捻時(shí)間為3、捻接長(zhǎng)度為10、加捻時(shí)間為4。在一定程度上可以解決企業(yè)中的氨綸包芯紗的接頭失彈問題。