直接紗定長及線密度的影響因素

丁常勝，薛艷卓，李 帥

（泰山玻璃纖維鄒城有限公司，鄒城 273500）

0 前言

在一些FRP制造工藝中，對直接紗單卷長度、線密度及一致性有較高要求［1］。在目前直接紗的質(zhì)量控制工作中，通常默認(rèn)為重量合格的滿筒紗具有規(guī)定的長度和線密度，通過分揀滿筒紗與非滿筒紗，以及在包裝前控制內(nèi)外去皮的重量或長度、檢測內(nèi)外層線密度來保證其具有規(guī)定的長度與線密度。

本文通過公式推導(dǎo)，闡明了滿筒定長、線密度的影響因素，用公式表征出各種不同條件下的影響程度，并對一些普遍情況進(jìn)行了計算和量化。

1 拉絲機(jī)頭的轉(zhuǎn)動速度

直接紗拉絲機(jī)依靠機(jī)頭轉(zhuǎn)動牽引漏板上流出的玻璃絲，以預(yù)期的、恒定的線速度將一束纖維拉伸至規(guī)定的線密度并卷繞成形狀規(guī)則的筒狀絲餅［2］。

當(dāng)原絲線密度、漏板流量為確定值時，預(yù)期的牽引線速度為：

式中：

vx——纖維線速度，m/min

Q——漏板流量，g/min

tex——線密度，g/m

拉絲機(jī)通過控制機(jī)頭旋轉(zhuǎn)的速度來產(chǎn)生恒定的線速度，控制程序一般采用單位rpm（每分鐘旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)）來規(guī)定機(jī)頭的轉(zhuǎn)速。纖維受機(jī)頭轉(zhuǎn)動牽引、排線梭子往復(fù)兩種運動的共同作用在機(jī)頭上纏繞［3］。每半個排線梭子往復(fù)周期（梭子從一端運行到另一端）中，纖維纏繞軌跡的展開平面如圖1所示［4］：

圖1 纖維卷繞路徑圖

Sj為絲餅外表面轉(zhuǎn)動的長度、Ss為梭子運動的長度、Sx為纖維的纏繞軌跡的長度，則有：

式中：

r——絲餅外半徑，m

x——卷繞比［5］；

h——絲餅初始卷高，m

再根據(jù)體積公式：

式中：

r0——絲餅初始內(nèi)半徑，m

m——絲餅質(zhì)量（僅玻璃絲的質(zhì)量），g

ρ——絲餅密度，g/m3

t——絲餅卷繞時間，min

根據(jù)速度公式，可知：

式（10）為直接紗拉絲機(jī)機(jī)頭轉(zhuǎn)速公式，目前德國dietze+schell、日本SHIMADZU等直接紗拉絲機(jī)控制程序中均采用此函數(shù)來控制機(jī)頭的轉(zhuǎn)動。

2 定長的影響因素

2.1 實際漏板流量的影響

滿筒絲餅中纖維定長為：

式中：

L——滿筒絲餅中纖維的長度，m

T——滿筒時間，min

理想狀態(tài)下，漏板流量與拉絲機(jī)程序中設(shè)置的一致。但實際漏板流量不是一成不變的［6］，當(dāng)實際漏板流量變化后，機(jī)頭轉(zhuǎn)速與式（10）一致，但絲餅外徑因?qū)嶋H流量而變化，使纖維的實際線速度變?yōu)椋?/p>

式中：

Q'——變化后的漏板流量，g/min

滿筒的實際纖維長度為：

可用軟件計算各種流量下的長度，例如：

表1 實際流量與長度變化

2.2 拉絲機(jī)“密度”參數(shù)的影響

理想狀態(tài)下，程序中設(shè)置的密度應(yīng)當(dāng)與絲餅實際密度保持一致，但實際生產(chǎn)中密度參數(shù)難免設(shè)置偏差［7］，這時機(jī)頭轉(zhuǎn)速與式（10）一致，但絲餅外徑因?qū)嶋H密度而與變化，使纖維的實際線速度變?yōu)椋?/p>

式中：

ρ'——絲餅實際的密度，g/m3

滿筒的實際纖維長度為：

可用軟件計算各種密度下的長度，如表2所示：

表2 設(shè)置密度與長度變化

3 線密度的影響因素

3.1 實際漏板流量的影響

漏板實際流量與設(shè)置流量不一致時（其他條件一致），對線密度的影響如圖2所示：

例如，設(shè)置流量120 kg/h時，2400 tex直接紗線密度變化如圖2所示：

圖2 線密度與實際流量的關(guān)系

漏板實際流量變化時，內(nèi)外層線密度均會受到影響，實際流量的高低與線密度的高低成正比，且對內(nèi)層線密度的影響大于對外層線密度的影響。

3.2 拉絲機(jī)“密度”參數(shù)的影響

當(dāng)設(shè)置密度與實際密度不一致時（其他條件一致），對線密度的影響如下：

例如，實際密度為1.85 g/cm3，2400 tex直接紗密度變化如下：

圖3 線密度與設(shè)置密度的關(guān)系

設(shè)置密度與實際密度不一致時，不會影響最初始的線密度，隨著拉絲時間增長影響逐步增大，外層線密度與設(shè)置密度呈反比。

4 結(jié)論

在直接紗生產(chǎn)工藝中，漏板流量及拉絲機(jī)密度參數(shù)的設(shè)置是拉絲定長及線密度的重要影響因素，要將設(shè)置值與實際值保持相同，才能保證定長和線密度的一致性。