環錠紡給濕假捻裝置改善低捻棉紗性能的研究

房文鵬 郭明瑞 高衛東

（江南大學，江蘇無錫，214122）

低捻紗線結構蓬松、殘余扭矩小，其針織物手感柔軟，吸濕性好［1-2］。同時，紡制低捻紗線的生產效率高，有利于節能降耗。然而紡制低捻環錠紗時，因紗線強力不足易出現斷頭，低捻紗較差的強力同樣會影響后道織造工序。在紡紗段施加假捻可以提高紗線的動態強力，減少成紗過程中的紗線斷頭，在紡制低捻紗線時有良好的應用［3］。另外，假捻可以提高紡紗段紗線捻度，減小紡紗三角區，促進纖維在紗體內外轉移，增加纖維間抱合力，提高紗線性能［4］。環錠紡的假捻裝置主要有摩擦盤式假捻裝置、膠圈式假捻裝置以及單摩擦帶式假捻器等［5］。摩擦盤式假捻裝置是目前使用較多的假捻方式，摩擦盤安裝于導紗鉤上，利用紗線與旋轉的摩擦盤接觸產生假捻，裝置運轉穩定。膠圈式假捻裝置由兩根交叉的膠圈組成，運行時紗線被交叉膠圈握持住，膠圈旋轉帶動紗線產生假捻，對紗線擁有較好的握持力，可準確控制假捻程度［6］。單摩擦帶式假捻器需在前羅拉與導紗鉤之間安裝橫向運動假捻帶，利用紗線與假捻帶之間的摩擦產生假捻，其裝置簡單，安裝方便，并且易于接頭［7-8］。此外，在環錠紡細紗機上加裝接觸式給液裝置，通過對紡紗段紗線給濕來貼伏毛羽，可以大幅度降低紗線有害毛羽，有效提高紗線品質［9］。

本研究在環錠紡細紗機上安裝單摩擦帶式假捻裝置和霧化給濕裝置，探究霧化給濕與假捻協同作用對環錠紡純棉低捻紗性能改善效果，通過在一定給濕量的條件下，優選不同表面摩擦性能的假捻帶，分析假捻帶運行速度與紡紗速度的相對關系對成紗性能的影響，以及給濕假捻紡對不同捻系數純棉低捻紗的品種適應性。

1 給濕假捻紡原理及裝置

1.1 給濕假捻紡原理

經過分析對比幾種假捻方式的優缺點，綜合考慮假捻效率和裝置復雜度，以單摩擦帶式假捻裝置為研究對象作進一步改進。

單摩擦帶式假捻裝置通過在前羅拉和導紗鉤之間加裝一條可以橫向運動的假捻帶，使豎直運動的紗線與橫向運動的假捻帶之間產生摩擦，摩擦力矩迫使紗線繞其軸線產生與加捻方向一致的旋轉［10］，使得假捻帶上方紡紗段紗線的捻度增加，而假捻帶下方反向捻度的引入，使得假捻帶與導紗鉤之間的紡紗段紗線捻度降低［11］。

給濕假捻紡裝置見圖1。假捻的本質是紗線捻度的轉移，對于安裝單摩擦帶式假捻裝置的紡紗機，紡紗過程中不同片段紗線的捻度分布見圖1（a），從前羅拉到假捻帶的A區為高捻段，從假捻帶到導紗鉤的B區為低捻段，C區是位于導紗鉤和鋼絲圈之間的氣圈段，導紗鉤對紗線的摩擦阻力產生捻陷作用，使得氣圈段紗線捻度高于紡紗段［12］。假捻與捻陷的共同作用使得B區捻度降低，在此區域加裝單錠霧化給濕裝置，通過霧化給濕貼伏B區紗線毛羽，之后紗線經過導紗鉤，利用紗線捻度的升高將貼伏的毛羽卷入紗線內部，從而降低紗線毛羽。

圖1 給濕假捻原理和裝置

1.2 給濕假捻紡裝置

在環錠細紗機前羅拉與導紗鉤之間安裝假捻帶和單錠霧化給濕裝置［見圖1（b）］，假捻帶與前羅拉平行，通過調節假捻帶線速度來改變假捻帶的作用效果，本研究將假捻帶線速度與前羅拉線速度的比值定義為速比。假捻帶由固定于細紗機一側的伺服電機提供動力，通過調整伺服電機轉速可改變假捻帶線速度。霧化給濕裝置由水平放置的供水管道和固定于管道上的超聲波霧化裝置組成，供水管道裝置位于假捻帶與導紗鉤之間，管道上方打孔，通過海綿棒為超聲波霧化裝置穩定供水，超聲波霧化裝置將管道內的水轉化成水霧并吹向紡紗段紗線。在正常紡紗過程中，紡紗段紗線和橫向移動的假捻帶摩擦產生假捻，之后紗線通過霧化裝置產生的水霧區，經導紗鉤和鋼絲圈被卷繞到紗管上。

2 紡紗工藝與性能測試

2.1 紡紗工藝

使用加裝假捻裝置與霧化裝置的FA507B型細紗機進行紡紗試驗，采用普梳棉粗紗，定量4.8 g/10 m，細紗線密度14.6 tex，總牽伸32.8倍，后區牽伸1.19倍，細紗錠速12 000 r/min。制定了3組試驗方案，試驗方案1研究假捻帶材質對紗線性能的影響，方案2研究速比對紗線毛羽性能影響，方案3研究給濕假捻裝置對不同捻系數紗線性能影響。具體試驗方案見表1至表3，每個品種紡制5管紗用于紗線性能測試。其中，為考察不同速比下管紗絡筒后毛羽變化，試驗方案2中不同速比下的各紗線另外紡5管用于絡筒后毛羽測試。使用I-SPERO型自動絡筒機對不同速比下紡制紗線進行絡筒，絡筒速度為500 m/min。

表1 試驗方案1

表2 試驗方案2

表3 試驗方案3

在一落紗過程中，由于導紗鉤升降，霧化給濕噴頭與紗線間距離約在6 mm～9 mm變動，圓錐形噴霧區域中距離噴頭6 mm左右的圓形截面直徑約為5 mm，紡紗段紗線一直處于霧化中心區域，單錠耗水量為30 mL/h。

2.2 性能測試

測試前紗線需先在溫度（20±2.0）℃、相對濕度（65.0±2.0）%的恒溫恒濕箱中靜置24 h。

強力測試：使用YG068C型全自動單紗強力儀，測試長度500 mm，拉伸速度500 mm/min，每個試樣測試50次，取平均值。

毛羽測試：使用YG173A型紗線毛羽測試儀，測試速度30 m/min，每次測試100 m，每管測試5次，取平均值。

條干均勻度測試：使用USTER TESTER-5型全自動紗線條干均勻度儀，測試速度400 m/min，測試長度100 m，每管測試5次，取平均值。

3 結果與討論

3.1 假捻帶表面摩擦性能對紗線性能的影響

3.1.1 假捻帶外觀形態與摩擦性能

對于單摩擦帶式假捻裝置，假捻帶的表面摩擦性能會直接影響到紗線的假捻效率，進而影響成紗質量，優選假捻帶材質可以進一步提高假捻紗線的性能。參考前人經驗和文獻，分別選用直徑6 mm聚氨酯材質和硅膠材質的圓形假捻帶進行對比，3種假捻帶外觀形態見圖2，圖中由上至下依次為硅膠材質假捻帶、粗糙面聚氨酯假捻帶、光滑面聚氨酯假捻帶。

圖2 3種假捻帶的外觀形態

為了探究假捻帶與純棉紗線之間摩擦因數大小，采用圖3中的裝置，將假捻帶以一定的張力固定，使用純棉股線放置在假捻帶上方，股線的兩端各掛5 g砝碼作為起始，一端保持起始質量，另一端以1 g為梯度不斷增加砝碼質量，直至股線與假捻帶之間出現滑動。硅膠假捻帶、粗糙面聚氨酯假捻帶、光滑面聚氨酯假捻帶所需的砝碼質量分別為41 g、22 g、20 g，表明硅膠假捻帶與純棉股線之間的摩擦因數較大。

圖3 假捻帶摩擦性能表征裝置

3.1.2 成紗質量

按照試驗方案1，在速比為1.0時，分別使用直徑為6 mm的3種假捻帶紡制捻系數300的純棉紗，并測試紗線性能，測試結果如表4所示，S1+2為1 mm與2 mm毛 羽 根 數 之 和，S3為3 mm及 以上毛羽根數之和。硅膠材質假捻帶所紡紗線強力和毛羽性能均優于聚氨酯假捻帶和無假捻裝置的普通環錠紡。兩種表面粗糙度的聚氨酯假捻帶均能減少長毛羽，而粗糙面聚氨酯假捻帶由于表面粗糙程度高，導致成紗短毛羽增多。相比于聚氨酯材料，硅膠表面獨特的硅羥基結構具有強吸附性能，同時表面豐富微孔和高比表面積也提高了其與紗線之間的摩擦因數，可以進一步提高假捻效率，減少紗線的毛羽，并提高紗線強度。

假捻帶類型無假捻裝置粗糙面聚氨酯光滑面聚氨酯硅膠斷裂強度/（cN·tex-1）14.37 14.56 15.03 15.91斷裂伸長率/%4.70 4.99 5.02 5.09毛羽數/［根·（100 m）-1］S1+2 10 826 11 463 10 313 8 890 S3 791 698 631 529

3.2 速比對紗線性能的影響

3.2.1 管紗毛羽

從理論分析可知，假捻帶速度與紗線速度的比值，即速比對紗線假捻程度影響顯著，不同的速比將得到不同的捻度分布和加捻三角區大小。表5為試驗方案2中普通紡紗、不同速比下假捻紡紗與給濕假捻紡紗毛羽測試結果對比。由表5可知，對于14.6 tex假捻紗線來說，速比在0.5、1.0、1.5時，與普通紗相比假捻紗S3毛羽分別降低了23.3%、33.1%、30.3%，給濕假捻紗S3毛羽分別降低了32.2%、49.2%、42.0%，給濕改善了假捻紡紗線的毛羽。速比為1.0時給濕假捻紗線毛羽數較速比0.5時降幅明顯，當速比增加到1.5時，紗線的毛羽數較速比1.0時增加。

紗線類型普通紗假捻紗假捻紗假捻紗給濕假捻紗給濕假捻紗給濕假捻紗速比0.5 1.0 1.5 0.5 1.0 1.5毛羽數/［根·（100 m）-1］S1+2 10 826 9 340 8 890 9 569 8 612 7 890 8 455 S3 791 607 529 551 536 402 459

3.2.2 絡筒后毛羽變化規律

表6為不同速比下假捻紗線和給濕假捻紗線絡筒后毛羽對比。由表6可知，速比在0.5、1.0、1.5時，與普通紗線相比，假捻紗線絡筒后S3毛羽分別降低了20.7%、27.7%、29.0%，給濕假捻紗線分別降低了28.3%、38.5%、33.2%。絡筒后各種紗線毛羽均有明顯增長，但給濕假捻紗線絡筒后毛羽仍低于普通紗與假捻紗，說明給濕假捻的協同作用可以將毛羽卷入紗體內部。

表6 筒紗毛羽測試結果

在一定范圍內，速比的增加使假捻帶上方紗線上的有效捻回增多，紡紗三角區得到有效改善，使更多纖維端卷入紗體內。速比超過一定程度后，紗線與假捻帶之間打滑和跳動增加，假捻帶速度增加難以再次提高假捻帶上方紗線捻度，此時紗線毛羽改善效果不太明顯。速比通過影響假捻效率進而影響捻度分布，給濕與假捻協同作用利用紡紗段捻度分布差異，對低捻段紗線進行潤濕，使毛羽貼伏在紗體表面，后進入高捻氣圈段捻入紗體內。綜上所述，速比對給濕假捻紡紗線毛羽性能會產生較大影響，速比為1.0時，給濕假捻紡紗線毛羽性能最優。

3.3 給濕假捻對不同捻系數紗線性能影響

3.3.1 紗線毛羽

試驗方案3中不同捻系數的普通紗、假捻紗與給濕假捻紗的毛羽測試結果見圖4和圖5。在紡制捻系數為260的低捻紗時，假捻紡和給濕假捻紡紗線的紡紗生產過程較為穩定，普通環錠紡紗線紡紗斷頭數量明顯較多，故試驗方案中紗線捻系數不再減小。由圖4和圖5可知，對于普通紗，S3毛羽隨著捻系數的降低起初增幅緩慢，當捻系數從270降低到260時，S3毛羽出現明顯增幅；對于假捻和給濕假捻紡紗線，S3毛羽隨捻系數的降低緩慢增加。給濕假捻紡對紗線毛羽性能的優化效果在各捻系數下均較為明顯。

圖4 不同捻系數紗線的S1+2毛羽

圖5 不同捻系數紗線的S3毛羽

3.3.2 紗線強力

各組紗線的強力測試結果見圖6，紗線的斷裂強度隨捻系數的減小而降低，假捻紡紗線斷裂強度高于普通紡紗線，給濕假捻紡紗線的斷裂強度最高。與紗線的毛羽性能變化規律相似，普通紡紗線捻系數由270降低到260時，紗線的強力出現較大的惡化，捻系數的降低使纖維間摩擦力和抱合力急劇下降。

圖6 不同捻系數紗線的斷裂強度

綜上所述，普通紗的S3毛羽和強力在捻系數270時出現拐點，而假捻紗和給濕假捻紗的毛羽和強力隨捻系數變化呈現小幅度變化，該現象表明假捻改變了紡紗三角區的紡紗張力和捻度分布，增加了纖維在紗線中的轉移，進而改善了紗線的性能。同時通過向假捻紡低捻段霧化給濕進一步改善了假捻紗線的毛羽和強力。

3.3.3 紗線條干均勻度

各組紗線的條干均勻度測試結果見圖7，同組紗線在不同捻系數時條干CVm值變化較小，且假捻紗和給濕假捻紗的條干CVm差異非常小，但均稍高于普通紗。說明假捻帶與紗線之間的摩擦使紗線條干稍微變差，而霧化給濕不能改善假捻紗線的條干。

圖7 不同捻系數紗線的條干均勻度

4 結論

本研究基于單摩擦帶式假捻紡技術，通過對假捻帶材質進行優選，并針對紡紗段捻度分布規律引入霧化給濕方法，實現給濕假捻協同作用，以純棉低捻紗為應用目標，探究相關紡紗參數與成紗性能的相關性，得出以下主要結論。

（1）相比于聚氨酯材質，硅膠材質假捻帶與純棉股線之間的摩擦因數更大，使用硅膠材質的假捻帶可以提高假捻效率，改善成紗質量。

（2）給濕假捻的效果受速比影響，最優速比為1.0時，與普通紗相比，捻系數300時給濕假捻紡管紗3 mm毛羽降低49.2%，經絡筒后毛羽降低38.5%，給濕假捻對紗線毛羽改善效果明顯。

（3）紗線捻系數由270降低到260時，普通環錠紡紗線的毛羽和強力出現較大的惡化，而假捻紗和給濕假捻紗的毛羽和強力隨捻系數降低變化幅度不大，捻系數為260時給濕假捻紗的強伸性能與捻系數280時的普通紗相當，說明通過加裝霧化給濕假捻裝置，可以顯著改善低捻紗線性能。