并條關鍵參數對纖維分布的影響

南蓬勃

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安 710048)

為改善棉紗條子質量,研究人員一直在不斷改進。20世紀90年代,為解決并條工序中出現紗線不勻的問題,并條工序的研究集中在通過調整工藝參數改善紗線的條干均勻度[1-2]。研究纖維伸直度[3]對條干均勻度的影響,通過嘗試不同的前后區牽伸倍數配比消除纖維彎鉤,可以有效減少棉條中的棉結數量。同時,對羅拉中心距的調整應根據牽伸倍數的變化,更有利于纖維伸直平行[4]。21世紀初,并條工序的研究集中于調整前后區牽伸倍數減少棉結的產生[5-6],以及并條機牽伸機構優缺點的探討[7-9]。指出常見的2種有代表性的牽伸形式的區別,并從鉗口形狀和纖維、皮輥的受力角度進行了分析。同時提出了改善并條機牽伸效果新方法,設計了雙予牽伸區和五上五下壓力棒LIP牽伸的新型牽伸形式[10]。近幾年,并條工序研究在后區牽伸對于紗線條干優化的影響較多[11-13],由拉伸曲線中最大拉伸力所對應的伸長轉化而來的牽伸倍數和并條牽伸力測試的試驗數據擬合的三次方程,得出的最大牽伸力所對應的牽伸倍數非常接近[14],此牽伸倍數下牽伸力不勻和并條牽伸后輸出須條的條干不勻都小,為并條機后區牽伸倍數的快速離線設計提供了參考[15]。

現階段集中于研究牽伸機構[16]、膠輥硬度[17]等機械因素對纖維性能的影響,從而改善紗線的品質,而對纖維分布方面的研究較少,基于此,探討并條關鍵參數對于纖維分布的影響,以期得到并條關鍵參數對于纖維分布的規律。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

(1)材料棉條(定量4.76 g/m,市購),示蹤紗(5.8 tex)。

(2)儀器:AS271型并條實驗機(江西紡織機械廠),JM-A10002電子天平(余姚紀銘稱重校驗設備公司)。

1.2 試驗設計

經過長期的經驗積累,發現羅拉握持距、并合根數和牽伸倍數對棉條的影響比較大[18]。

1.2.1 羅拉握持距

選取棉條長度為35 mm。要考慮試驗所用棉條的主體纖維長度為35 mm,在選取羅拉握持距時要保證其大于棉條主體纖維長度,試驗選取了3個不同的前羅拉握持距37、40、45 mm,后區羅拉握持距40 mm,在不同牽伸倍數下進行重復試驗,觀察羅拉握持距的變化對纖維頭端分布規律的影響。

1.2.2 并合數

考慮牽伸倍數與并合數的配合比例,根據并合作用原理,增加并合數對改善棉條長片段不勻率有利。但當喂入與輸出棉條定量不變時,增加并合數,則意味著牽伸倍數的增大,這將惡化棉條短片段不勻率[19]。總牽伸倍數與并合數的比例在1左右最為合適,但在實際生產過程中并不是只采用合適的牽伸倍數與并合數比例,故本次試驗在每組牽伸倍數下其與并合數比例為0.8～1、1.0～1.2、1.2～1.5的3個比例中各取一個并合數[18],并研究在各個并合數下的示蹤紗受羅拉握持距變化的影響。

1.2.3 牽伸倍數

根據試驗設備以及試驗研究需要,試驗所用的并條機在三羅拉兩區牽伸下所能調節的最大牽伸倍數為5.77倍,而5.12倍和4.69倍牽伸則是考慮并合數與牽伸倍數的配合以及機器的可調牽伸倍數選定的,故最終選取的3個牽伸倍數分別是4.69、5.12倍及5.77倍。根據牽伸倍數和并合數的配合比例,4.69倍的牽伸倍數選取的3個并合數是3、4、5;5.12倍的牽伸倍數選擇的是4、5、6;5.77倍的牽伸倍數與5.12倍的牽伸倍數選擇的是一樣的并合數。

理想牽伸是指假設須條中纖維都是平行、伸直、等長的,并且每根纖維都是到達前羅拉鉗口線(或牽伸區同一位置)時變速,即所有纖維都在同一截面變速。按式(1)計算,牽伸倍數(E)越大,牽伸后纖維頭端間距越大。

式中:ao、a為理想牽伸前、后2根纖維之間的頭端距離;E為牽伸倍數。

但在實際牽伸中,喂入的須條并非理想狀態,須條并非都在同樣變速截面變速,變速點也不在前羅拉鉗口位置,則須條牽伸后,須條中任意2根纖維中的距離并非都是按照牽伸倍數放大了E倍,而是產生了一定的移距偏差,所以須條經牽伸后不勻率總是增加的[20],按式(2)計算。

式中:A為實際牽伸后2根纖維之間的頭端距離;a0E為須條經E倍牽伸后纖維頭端的正常移距;±X(E-1)為牽伸過程中纖維頭端在牽伸區不同截面變速而引起的移距偏差;X為不同變速截面間的距離;“+”表示經牽伸后,纖維頭端距離加大;“-”表示經牽伸后,纖維頭端移距減少,甚至改變纖維原有的前后分布情況。移距偏差的存在使紗條經牽伸后產生附加不勻,是紗條條干惡化根源所在[20]。

1.2.4 試驗方法

試驗中為方便觀察和測量纖維運動,在棉條中埋入2種顏色共7根紗,一根黑色紗作為參考點標記,5根粉色示蹤紗為試驗牽伸移距標記。將須條自然伸直放平,根據并條機的牽伸方向,先過牽伸的一端為纖維頭端,在須條內同一水平線上埋入5根粉色示蹤紗,示蹤紗頭端與標記紗頭端之間的初始間距5 cm,如圖1所示。測試經牽伸輸出條子在不同前羅拉握持距,不同牽伸倍數和并合數下每根示蹤紗頭端與標記紗頭端之間的距離,如圖2所示。試驗所要用到的分析指標有實際移距、移距范圍、移距偏差。

圖1 棉條牽伸前示蹤紗分布示意圖

具體試驗如圖2所示。

圖2 棉條牽伸后示蹤紗分布示意圖

2 結果與分析

2.1 并條關鍵參數對示蹤紗移距的影響

前區羅拉握持距為37、40、45 mm時,試驗所得到的示蹤紗頭端的移距,見表1～3。

示蹤紗移距范圍是反映并條機牽伸效果好壞的指標。從表1～3可看出,當羅拉握持距為37 mm,各牽伸倍數和并合根數經并條機所測得的示蹤紗移距范圍波動極大。其中羅拉握持距為37 mm,纖維牽伸倍數為4.96倍時,并條根數為3根的移距范圍是所有并條條件下移距范圍中最小的。羅拉握持距為40 mm和45 mm,牽伸倍數為4.96倍時,并條為3的移距范圍是所有并條條件下移距范圍中最大的。造成極大偏差表明當并合根數遠小于牽伸倍數時,移動時,纖維間的作用小,對纖維控制力不夠,纖維運動變化大,纖維分布離散大,易造成并合出的纖維有棉結和不勻等問題,37 mm的羅拉握持距太小,牽伸過程中對纖維的握持力不足。當握持距為40 mm和45 mm,牽伸倍數為5.12倍和5.77倍,示蹤紗移距范圍穩定。當握持距為40 mm,各牽伸倍數下,并合根數為牽伸倍數的0.8～1.0倍時移距范圍最大,證明纖維摩擦力界分布不勻,造成示蹤紗移距范圍波動大,易造成纖維不勻。并合數較小,纖維間的作用力小,造成示蹤紗移距范圍波動大。

表1 握持距為37 mm示蹤紗實際移距測試結果

表2 握持距為40 mm示蹤紗實際移距測試結果

2.2 并條關鍵參數對示蹤紗移距偏差的影響

前區羅拉握持距為37、40 mm和45 mm時,試驗所得到的示蹤紗頭端的移距和移距偏差,見表3和表4。

表3 握持距為45 mm示蹤紗實際移距測試結果

從表4～6可看出,羅拉握持距為37 mm時示蹤紗的纖維移距偏差均為正值,示蹤紗的纖維移距偏差波動大,變速點提前,示蹤紗提前變速,所以示蹤紗移動距離大而示蹤紗間移距范圍也大,牽伸出的棉條雖細但不勻。羅拉握持距為40 mm和45 mm時,在各牽伸倍數和對應并條根數下,纖維移距偏差有正值和負值,則各示蹤紗變速點不固定,示蹤紗有提前變速的也有延遲變速的,各示蹤紗移動距離波動大。羅拉握持距為40 mm,牽伸倍數為5.77時,示蹤紗的纖維移距偏差均為正值,但是纖維移距偏差值波動大,易導致纖維不勻。羅拉握持距為45 mm,牽伸倍數為5.12時,示蹤紗的纖維移距偏差均為正值,并條數為4根和5根時,示蹤紗的移距偏差均值較接近0且纖維移距偏差值波動小,示蹤紗的變速點提前,但各示蹤紗的變速點接近,所以示蹤紗移動距離大且示蹤紗間移距范圍小,牽伸出的棉條細且均勻。

表4 握持距為37 mm示蹤紗實際移距與理想移距的偏差值

表5 握持距為40 mm示蹤紗實際移距與理想移距偏差值

表6 握持距為45 mm示蹤紗實際移距與理想移距偏差值

3 結論

對35 mm的棉條進行牽伸,37 mm的羅拉握持距太小,牽伸過程中對纖維的握持力不足,示蹤紗離散分布。并合數較小,纖維間的作用力小,易造成示蹤紗移距范圍波動大。羅拉握持距應隨牽伸倍數增大而增大,才能保證須條牽伸效果良好,不會發生纖維集束的現象。牽伸倍數越大的情況下示蹤紗先變速,離前鉗口近的示蹤紗數量越多。