假捻对低捻环锭纱结构的影响.pdf

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1、第2 9 卷第4 期 2 0 0 8 年4 月 纺织学报。 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 4 A p r 2 0 0 8 文章编号：f f 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 8 ) 0 4 0 0 3 7 0 6 假捻对低捻环锭纱结构的影响 杨昆1 ，陶肖明2 ，徐宾刚2 ，林国昌2 ( 1 天津工业大学纺织学院，天津3 0 0 1 6 0 ；2 香港理工大学纺织及制衣学系，香港) 摘 要针对传统低捻纱强度低，影响其应用的问题，在环锭细纱机前罗拉和导纱钩之间安装1 个专门设计的假 捻装置，增加纺纱三角区

2、内纤维的转移和纱线纤维间的抱合力，使纱线在具有较低捻度的同时拥有较高的强度。 检测纱线的内部和外部结构，对比改良纱、普通捻度环锭纱和低捻度环锭纱的截面内纤维分布规律、纱线内的纤维 轨迹以及纱线的表面结构。实验结果表明，经过改进的低捻度环锭纱与普通环锭纱具有不同的结构。 关键词假捻器；低捻纱；纺纱三角；纱线结构 中图分类号：“ I S1 0 4 7 9文献标识码：A E f f e c to ff a l s et w i s to nt h es t r u c t u r eo fl o w - t w i s tr i n gs p u ny a r n s Y A N GK u n l

3、，T A OX i a o m i n 9 2 ，X UB i n g a n 9 2 ，L A MK o w c h e o n 9 2 ( 1 S c h o o lo fT e x t i l e s ，T i a n j i nP o l y t e c h n i cU n i v e r s 血y T a 耐n3 0 0 1 6 0 C h n a ； 2 I n s t i t u t eo fT e x t i l e sa n dC l o t h i n g ，T h el t o n gK o n gP o l y t e c h n i cU n i v e r s i

4、 t y ，t t o n gK o n g 。C h i n a ) A b s t r a c tF o rs o l v i n gt h ep r o b l e m so fc o n v e n t i o n a ll o wt w i s ty a r n sd u et ot h e i rl o wt e n a c i t y ，as p e c i a l l y d e s i g n e df a l s et w i s t e rw a si n s t a l l e db e t w e e nt h ef r o n tr o l l e r sa n d

5、y a mg u i d eo nac o n v e n t i o n a lr i n gs p i n n i n g f r a m ef o ri n c r e a s i n gf i b e rm i g r a t i o na n de n t a n g l e m e n ti nt h es p i n n i n gt r i a n g l e ，l e a d i n gt oar e i n f o r c e m e n to f y a r ns t r e n g t h T h u st h ep r o d u c e dy a mh a s al

6、 o wt w i s ta n da r e l a t i v e l yh i g hs t r e n g t hs i m u l t a n e o u s l y I n a d d i t i o n ，t h ey a mi n t e r n a la n de x t e m a ls t r u c t u r e sw e r ee x a m i n e da n dt h e r a d i a lf i b e rd i s t r i b u t i o n ，f i b e rp a t h a n dy a ms u r f a c es t r u c

7、t u r eb e t w e e nt h em o d i f i e d ，n o r m a la n dl o wt w i s tc o n v e n t i o n a lr i n gy a m sw e r ec o m p a r e d T h er e s u l t sr e v e a lt h a tt h em o d i f i e dl o wt w i s ty a mh a sas t r u c t u r ed i f f e r e n tf r o mt h ec o n v e n t i o n a lr i n gs p u n y a

8、 m s K e yw o r d s f a l s e t w i s t e r ；l o w t w i s ty a r n s ；s p i n n i n gt r i a n g l e ；y a ms t r u c t u r e 低捻环锭纱因其丰满柔软的纱体、较低的残余 扭矩和较高的生产效率而被认为是理想的针织用 纱，但传统低捻纱的低强度和较多的毛羽限制了它 的应用范围。假捻装置被很多纺纱系统所采用，如 S i r o s p u n m 、气流纺以及变形丝等。此外对现有纺纱 系统还可采用假捻原理进行改造，如将气流纺的喷 嘴( 一种假捻器) 安装在环锭纺纱机上甩来减少毛纱

9、 的毛羽，但是它的假捻效率很低，且压缩空气的使 用成本相当高。通过研究发现，机械式假捻器可以 比较准确地控制假捻的程度和纱线的品质。虽然交 叉带式、摩擦盘式都具有较好的假捻效果，但是转子 式假捻器( p i nf a l s et w i s t e r ) 具有体积小，工作简单可 靠等优点，因此本文通过使用转子假捻器，研究其对 低捻环锭纱线结构的影响。 1 纺纱系统的改进 本文使用的装置是基于文献 2 3 研究的原理 开发的，如图l 所示。1 套假捻装置( 包括1 个转子 和1 对驱动转轮) 被安放在环锭纺纱机的前罗拉和 导纱钩之间，并将整个纺纱系统分成3 个区域。A 区是纺纱三角区，B 区

10、是高捻区，C 区是低捻区。在 纺纱过程中，通过前罗拉的纤维在B 区被加上极高 的捻度，这个捻度是由转子转速与前罗拉输出速度 决定的。这样的高捻度缩短了纺纱三角的长度( 见 图2 ，从长度日缩短到日) ，并使得A 区内的中心纤 收稿日期“ 2 0 0 7 一晒一0 8修回日期：2 0 0 7 1 1 2 3 作者简介：杨昆( 1 9 6 7 一) ，男，副教授，博士。主要研究新型纺纱技术、针织物及智能纺织品。E - m a i l ：k u n y a n g t j p u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from

11、www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 8 纺织学报 第2 9 卷 维和外围纤维之间存在着极大的张力差，加大了纤 维转移的程度；同时外围纤维的较大张力克服了这 些纤维的弹性回复，将这些已发生转移的纤维定形。 而在C 区，纱线被反向加捻，退掉假捻器所加上的 捻度，并将生产出的低捻纱卷绕到纱管上。通常低 捻纱的强度较低，但改良纱由于纤维转移程度的加 大而使得即使捻度较低，但纤维之间的抱合力和成 纱的强度都很高。 图1 经过改造的环锭纺纱系统 F i g 1 M o d i 6 e dr i I l gs p i n n i n gs y s t e

12、m f 舔二歹 卜一_ 叫 rV 图2 纺纱三角的变化 F i g 2 M o d i f i c a t i o no fs p i n n i n gt n a n g l e 2实验部分 2 1 材料和机器 使用2 台S D LS p i nT e s t e r 进行纱线生产。其中 一台被改造用于生产改良纱，另一台只生产用于对 比的传统环锭纱。每台机器有6 个锭，锭速为 l O0 0 0r m i n ，后牵伸比为1 ：1 2 。 分别纺制了改良纱( 捻系数2 5 ) 、低捻度( 捻系数 2 5 ) 和普通捻度( 捻系数3 6 ) 的对比纱，每种纱线都 有3 6 9 、2 9 5 和1

13、 9 7r e x3 种线密度。T e n c e l 。纤维被 用于纤维内部结构的检测实验。实验所使用的 T e n c e l 四纤维及纱线的基本参数为：纤维直径0 0 1m m ； 纤维长度3 8m m ；纱线线密度3 6 9 、2 9 5 、1 9 7t e x ；捻系 数2 5 和3 6 ，其中3 6 仅用于对比纱。 2 2 纱线的结构测试 2 2 1 纱线截面结构和排列密度 首先将纱线包埋在树脂中，固化后切成厚度为 1 0 “m 的薄片，再用显微镜和C C D 照相机获得纱线 的横截面照片，每种纱线选取3 0 个截面，并采用等 面积同心圆法( 见图3 ) 进行分析】，最后通过计算

14、同心圆环内纤维所占的面积和圆环面积之比得到纤 维在纱线截面的排列密度分布bJ 。 图3 使用等面积同心圆法对纱线截面进行划分 F i g 3 D i v i s i o no fy a r nc r 0 6 8s e c t i o nb yu s i n g t h ee q u a la 嘲m e t h o d 2 2 2 纤维轨迹 研究纤维轨迹的装置是在文献 6 的基础上改 进的。极少量的染色纤维被混人到未染色的纤维 中，并将其纺成纱线。然后将纱线浸没在与未染色 纤维折射率相同的溶液中，使得未染色纤维可以在 视觉上被“滤掉”，只显示染色纤维。 另外，研究使用快速傅里叶转换( F F -

15、 I ) 作为工 具( 软件用M a t L a b 编写) 对纤维轨迹曲线进行转换， 以获得它们的频域特征。 2 2 3 纱线表面结构 纱线的表面结构( 包括纱线直径、表面捻角、毛羽 分布等) 的检测是通过电子扫描显微镜( S E M ) 完成的。 3 结果与分析 3 1 纱线内部结构： 3 1 1 纱线截面 实验观测了3 种纺纱方式、3 种线密度共9 种 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期杨 昆等：假捻对低捻环锭纱结构的影响 3 9 纱线

16、的横截面。图4 为2 9 5t e x 改良纱和对比纱的 截面图。通过观察发现：改良纱的截面较同捻度的 对比纱紧密；其他线密度( 3 6 9 和1 9 7t e x ) 的纱线也 有相同的规律。 图4 线密度为2 9 5t e x 纱线的截面照片 F i g 4 C r o s s - s e c t i o n a li m a g e so f2 9 5t e xy a r n s ( a ) M o d i f i e d y a m 。t w i s tm u l t i p l i e r2 5 ；( b ) C o n t r o ly a m ，t w i s t m u l t

17、 i p l i e r2 5 ；( c ) C o n t r o ly a r n t w i s tm u l t i p l i e r3 6 3 1 2 纱线内纤维排列密度 图5 示出不同纱线的截面纤维排列密度曲线( r 为某圆环到纱线中心的距离，R 为纱线半径) 。对所 选3 种线密度的纱线来讲，改良纱与对比纱的分布 是不同的，靠近轴线的部分较外围紧密，即有一个 “硬芯”，然后向着纱线表面的方向密度逐渐降低。 改良纱与对比纱的密度分布之所以不同，可以用 H e a r l e 的理论H 1 来解释，这些纱线是卷带式加捻结 构，纤维转移导致了纱线内纤维径向位置的不同，并 引起张力的不

18、同。轨迹位于纱线外围的纤维受到较 大的张力，该张力驱使纤维向纱线中心移动，因此， 纱线中心充满了从外部转移进来的纤维，这些纤维 纠缠并互锁在一起，构成了较为紧密的“内核”。纱 线中心排列密度由纤维转移的程度决定。由于纺纱 三角的形状影响纱线的结构和性能“ J ，改良纱在B 区的捻度极高，缩短了纺纱三角，增大了纱线中心纤 维与外围纤维的张力差，从而使大量的纤维向纱线 中心转移，形成“拥挤”的中心，而在C 区，纱线外层 纤维由于解捻的作用而变得较为疏松。图中还可看 出由于改良纱的纤维分布规律与对比纱不同，使得 它们的曲线有部分交叉。 倒 翻 鼋 枯 智 霉 倒 钼 赢 地 智 霉 径向位置( e

19、R ( a ) 3 6 9r e x 纱线 径向位置( r R ) ( b ) 2 9 5t c x 纱线 径向位置( r R 】 ( c ) 1 9 7t c ，【纱线 - 改良纱捻系数2 5 ；。- 对比纱抬系敦25 ；一对比纱，捻系敦36 图5 排列密度曲线 1 F i g 5P a c k i n gd e n s i t yc u r v e s ( a ) 3 6 9t e xy a r n ； ( b ) 2 9 5r e xy a r n ；( c ) 1 9 7r e xy a r n 有关纤维排列密度的研究表明。高捻纱的排列 密度要大于低捻纱。对于高捻纱来讲，它的最大值 万

20、方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 4 0 纺织学报第2 9 卷 发生在从纱线中心到外层的四分之一处，然后向着 纱线表面逐渐减小b 1 。低捻纱也基本遵循这样的规 律。从图5 还可看出，所有改良纱的排列密度都要 比同捻度的对比纱要高。由于纱线外围纤维对纱线 扭矩的贡献较大，因此，外围纤维数量的减少也是导 致纱线残余扭矩减小的一个原因。 将不同线密度的改良纱进行对比后发现，粗支 纱的密度较大，这一情况可以解释为粗支纱的横截 面内纤维数量较多，增加的压力使排

21、列密度加大。 另外，这些曲线的趋势是相同或相近的，纱支的变化 仅影响总体排列密度，而对“峰值”影响较小。 3 1 3 纤维轨迹 图6 8 示出3 种2 9 5t e x 纱线内的纤维轨迹照 片和F F T r 分析结果。纤维轨迹照片清晰地表明这些 纱线的轨迹特征是不同的。2 种对比纱的轨迹相 近，如正弦曲线。捻度越高，正弦曲线的频率越快。 然而，改良纱的情形较为复杂，其轨迹不是一个简单 的正弦曲线可以描述的，它的波长是变化的，捻角也 小于同捻度的对比纱。这样的结果可能是由于改进 装置改变了纱线内的纤维分布，也可能是由于纤维 的转移、纠缠和自锁使得假捻器的解捻作用未能完 全去除加上去的捻度。这些

22、纤维片段仍保留在原来 的位置，从而形成一个不规则的纤维轨迹。 ( a ) 纤维轨迹 频, 2 0 0 H z ( b ) F F r 分析结果 图62 9 5t e a 普通捻度对比纱的纤维轨迹 。 和分析结果( 捻系数3 6 ) F i g 6 F i b e rt r a c ea n da n a l y s i sr e s u l t s o f2 9 5t e an o r m a l t w i s tc o n t r o ly a r n ( t w i s tm u l t i p l i e r3 6 ) ( a ) F i b e rp a t h ；( b ) F k

23、 Ta n a l y s i sn e s u l t s F F - I 的作用是将时域的图像信号转换成频域信 号。对于低捻对比纱来讲，纤维轨迹呈周期性曲线， 见图7 ( a ) 。它的频率和幅度都较为均匀和稳定。 图7 ( b ) 示出的F F r 结果证明了这一点。峰值表示 纤维的轨迹，可以用一个有特定频率和幅度的曲线 来模拟。图6 ( a ) 表示普通捻度对比纱内的纤维轨 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 0 0 ( a ) 纤维轨迹 频率1 2 0 0H z ( b ) F F T 分析结果 图72 9 5t e x 低捻度对比纱的纤维轨迹 和分析结果

24、( 捻系数2 5 ) F i g 7 F i b e rt r a c ea n da n a l y s i sr e s u l t so f2 9 5t e Al o w t w i s tc o n t r o ly a m ( t w i s tm u l t i p l i e r2 5 ) ( a ) F i b e rp a t h ；( b ) F F ra n a l y s i sr e s u l t s ( a ) 纤维轨迹 频率2 0 0H z ( b ) F F T 分析结果 图82 9 5t e a 改良纱的纤维轨迹和 分析结果( 捻系数2 5 ) F i g

25、8 F i b e rt r a c ea n da n a l y s i sr e s u l t so f2 9 5t e a m o d i f i e dy a r n ( t w i s tm u l t i p l i e r2 5 ) ( a ) F i b e rp a t h ；( b ) 矸ra n a l y s i sr e s u l t s 迹也是一个周期性曲线，其频率较为稳定，但幅度与 低捻对比纱相比不够均匀一致。图6 ( b ) 的曲线表 明它也有一个峰值，但其值比低捻纱小，并且这2 种 纱线的频率不同，低捻纱的频率大于普通捻度对比 纱，这与H e a r l

26、 e 等人的观测结果是相符的1 。这可 以解释为较高的捻度增加了纺纱三角内纤维间的张 力不匀，加大了纤维转移的程度，并最终使得纤维转 移加快，转移幅度不均匀。对于改良纱来讲，它的纤 维轨迹( 见图8 ( a ) ) 可以看成是许多不同频率和幅 值曲线的组合。这一点得到了F 丌分析结果( 见图 8 ( b ) ) 的验证。纤维转移不仅剧烈，而且不均匀。这 可能是纺纱三角内高捻度张力差大，以及退捻过程 共同造成的。它的F F T 曲线与另2 条对比纱不同， 比较平缓且没有较为明显的峰值，这也说明它的纤 维轨迹不能用1 条函数曲线来表示。 万方数据 PDF Watermark Remover DEM

27、O : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期杨昆等：假捻对低捻环锭纱结构的影响 - 4 l 3 1 4 纤维三维轨迹重构 通过计算正交的二维纤维轨迹，可以方便地画 出纤维轨迹的三维图像。 图9 是同时拍摄的l 根纱线的2 个正交图像。 图1 0 ( a ) 是根据观测的纤维轨迹重构的三维立体图 形，图l O ( b ) 是这个轨迹在纱线横截面上的投影。 显然，纤维的轨迹描述起来较为复杂，如将其分割成 很多小的片段进行分析，会发现这些片段的纤维可 以归纳为2 类：一类是顺时针方向旋转( C W ) ，另一 类是逆

28、时针方向旋转( A C W ) 。这2 类片段对纱线扭 矩的贡献是相反的。顺时针旋转的片段具有Z 捻， 而逆时针旋转的片段呈S 捻。这些相反方向旋转的 纤维在一定程度上互相抵消了彼此的扭转能量，从 而使纱线的总扭矩变小。 图9 同时拍摄的2 根纤维轨迹( 2 9 5t e x ) F i g 9 At w i ni m a g e so f T a t e rf i b e r ( 2 9 5t e x ) ：簿翼墓瀚罴 ( b ) 纤维轨迹在纱线横截面上的投影 图l O2 9 5r e x 改良纱的纤维轨迹( 片段) F i g 1 0 A p o r t i o no ft r a c e

29、 rf i b e ro f2 9 5t c xm o d i f i e dy a r n ( a ) R e - c o n s t r u c t e d3 - Df i b e rp a t h ；( b ) P r o j e c t i o n o ft h ef i b e rp a t hO i li t sc r 嘲s e c t i o n 通过统计3 0 个样品后发现，大约2 0 一2 5 的 改良纱片段是沿逆时针方向旋转的，而对于对比纱 来讲，这个比例较小，不大于1 0 。这个结果表明， 较多的反向旋转确实存在于改良纱，是改良纱的特 征之一。反向旋转不仅部分地平衡了纱线

30、的残余扭 矩，使其总体数值较小，而且增加的纤维转移增强了 纤维层间的运动，加大了纤维间的纠缠，增加了纱线 的强度。这也说明了改良纱不仅具有较低的扭矩， 而且还有相当高的强力。 改良纱内示踪纤维的另一个特征是纤维并不沿 着同心圆柱螺旋线轨迹，而是偏离中心很多。也就 是说，纤维只分布于纱线的一个部分而不是整个截 面。这表明改良纱的结构与S i r o s p u n l W 纱或 S o l o s p u n l M 纱有许多相似之处。 3 2 纱线表面结构 图1 l 是纱线的表面照片。改良纱有2 种主要 特征，一种是纱体被纤维紧紧地包缠住，且纤维的包 缠方向与纱线捻度方向相反，见图1 1 (

31、a ) ，另一种纱 线表面与低捻的普通环锭纱相似，见图1 1 ( b ) 。纤 维排列较为松散，纱体蓬松，有较多的表面纤维构成 毛羽。这2 种结构的比例与纤维特性及所使用的纺 纱参数有关。图1 1 ( C ) 、( d ) 分别为低捻和普通捻度 的环锭纱。它们具有相似的外观，只是纱线表面捻 角不同。这些图像表明改良纱具有较为特殊的结 构，反向包缠纤维是由于c 区假捻器的反向加捻作 用，它不仅减少了纱线的毛羽，而且还减小了纱线的 图1 1 几种2 9 5t c x 纱线的外观 F i g 1 1 S u r f a c ei m a g e so f2 9 5r e xy a m s ( a )

32、 M o d m e dy a r n ( I ) ，t w i s tm u l t i p l i e r2 5 ；( b ) M o d i f i e dy a r n ( ) ，t w i s t m u l t i p l i e r2 5 ；( c ) C o n t r o ly a r n ，t w i s tm u l f i p h e r3 6 ； ( d ) C o n t r o ly a r n ，t w i s tm u l t i p l j e r2 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.

33、PDFWatermarkR to remove the watermark 4 2 纺织学报 第2 9 卷 扭矩。另外，紧密的包缠结构加强了纤维间的侧压 力和摩擦力，增强了纱线的强力。由于改良纱中2 种表面结构同时存在，使得纱线的直径和拉伸强力 测试结果的变异系数变大。 4 结语 本文介绍了一种使用假捻器对环锭纺纱机进行 改造的方法，并对纱线的结构进行了检测。结果表 明，经过假捻处理的纱线有着与对比纱( 低捻度和普 通捻度) 不同的纱线截面纤维分布规律、纤维轨迹特 征和表面结构。删 致谢感谢香港理工大学K F C h o i 博士在改进纤维示 踪方法的过程中所提供的建议和给予的帮助。 参考文献

34、： 1 W a n gXG ，M i a oMH ，H o wYL S t u d i e so fJ e t R i n g s p i n n i n g P a r tI ：r e d u c i n gy a r n h a i r i n e 鸽w i t ht h e J e t R i n g J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u r n a l ，1 9 9 7 ，6 7 ( 4 ) ：2 5 3 2 5 8 T a nXM ，X uBG ，W o n gSK M e t h o da n da p p a r a t u sf o r m a

35、 n u f a c t u r i n gas i n g l e sr i n gy a m ：U SP a t e n t ，7 0 9 6 6 5 5 P 2 0 0 6 0 8 2 9 杨昆，陶肖明叶荫权，等一种新型针织用环锭纱的 研制及应用 J 纺织学报，2 0 0 4 ，2 5 ( 6 ) ：5 8 6 0 H e a r l eJWS ，G r o s b e r gP ，B a c k e rS S t r u c t u r a lM e c h a n i c s o fF i b e r s ，Y a r n s ，a n dF a b r i c s M N e wY

36、 o r k ：J o h nW i l e y S o nI n c 1 9 6 9 ：1 0 9 1 7 2 J i a n gXY ，H uJL ，C h e n gKPS ，e ta 1 D e t e r m i n i n gt h e c r o s s - S e c t i o n a lp a c k i n gd e n s i t yo fr o t o r s p u ny a r n s J T e x t i l eR e s e a r c hJ o u m s l ，2 0 0 5 ，7 5 ( 3 ) ：2 3 3 2 3 9 M o r t o nWE Y

37、 e nKC 1 1 I ea r r a n g e m e n to ff i b e r si n f i b r o y a m s J J o u r n a lo ft h eT e x t i l eI n s t i t u t e ，1 9 5 2 。2 2 ：6 0 6 6 唐善石，毛立民紧密纺断面结构布局的研究 J 纺 织学报，2 0 0 7 ，2 8 ( 8 ) ：9 1 9 5 1 J 1 J 1-1J 1 J 1 J 2 3 4 5 6 7 r L r L r L r L r L r L 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark