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1、第2 7 卷第1 0 期 2 0 0 6 年l O 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e a r c h V o l 。2 7N o 1 0 0 c t 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 r 7 2 l ( 2 0 0 6 l1 0 0 0 8 4 0 5 旋流纺输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 葛明桥，庄建国，李永贵，顾闻彦 ( 江南大学教育部生态纺织重点实验室，江苏无锡2 1 4 1 2 2 ) 摘要以旋流纺输送管道为研究对象，通过对输送管道的设计、试验与分析，阐明了输送管道的形状与尺寸对所 加工纱线的断裂强度和抗剥离性的影响。结果显示，
2、当输送管道下层面长度为4 3m m ，进口面高度为3 0 咖，输送管 道出口面高度为2 4m m ，输送管道下层面和进口面的夹角为3 舻，输送管道出口面宽度为9 姗，输送管道上层面和进 口面的夹角为1 4 8 0 ，输送管道进口面宽度为2 2m m 时，所纺纱线的强度和抗剥离性较好。 关键词圆盘式旋流纺；输送管道；形状；尺寸；成纱质量 中圈分类号：髑1 0 4 7 9文献标识码：A I I l f l u e n c eo ft h es h a p ea n ds i z eo fm s cs 、) l ，i r ls p i n I l i n g c o n d l l c t i I
3、毽t u b e 蛐t h ey a mq u 反U t y G EM i n g - q i a o ，Z H U A N GJ i a n g u o ，UY o n g g u i ，G UW e n y a n ( T 研如6 0 n 咖vo ，E c D 崦幻础丁缸如，胁n 缸打yD ，E d 毗如n ，S D 眦J l e 】吼y o ，l g t = e 妇r 3 妙， 耽矾胁懈u2 1 4 1 2 2 ，醌讹) A b s t m c t耽ec o n d u c t i n gt u b ew a ss t u d i e d 俩t he m p h a s i s0 nt
4、h ee f f e c t0 ft h ec o n d u c t i n gt u b e ss h 印ea l l d s i z eo nt h eb r e a k i n gs t r e n g t ha n da n t i s t I i p i n g0 ft h es p u ny 踟t h r o u g hd e s i g I I i n g ，e x p e r i m e n t s 蚰d 舳a l y s i so f t h ec o n d u c t i n gt u b e T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt
5、l l es p u ny 踟h a sb e t t e r8 n n g t ha n d 蛐t i s t r i p i n gp I D p e r t yw h e n t h ec o n d u c t i n gt u b eu n d e r s u T f a c e sl e n 蓼hi s4 3m m ，t h ee m r a n c e 7s h e g h ti s3 0 I n m ，m ee x i t 7 sh e i g h ti s 2 4m m ，t h ea n g l eo ft h ee o n d u c t i n gt u b eu n
6、d e r s u r f 如ea n de m r a n c es i d ei s3 0 。，t h e n d u e t i n gt u b ee x i t s w i d t hi s9 咖，t h ea J l d eo ft h ee o n d u c t i n gt u b eu p p e rs i d ea n de n t 啪c es i d ei s1 4 8 。a 1 1 dt h ec o n d u c t i n gt u b e e n t r a n c e sw i d t hi s2 2 m m K e yw o r d sd i s cs 诵
7、ds p i n n i n g ；c o n d u c tt u b e ；s h 印e ；s i z e ；q u a l i t y0 ft h es p u ny a m 圆盘式旋流纺纱是利用喷射气流加工纤维n 2 1 技术，在克服喷气纺纱方法存在问题的基础上发明 的一种新型纺纱方法”4 1 。它以分梳辊牵伸机构代 替了喷气纺中的罗拉牵伸机构实现棉条的超大牵 伸，利用旋流加捻器( 5 1 内部产生的高速旋转气流对 纱条进行加捻，在加捻过程中使前罗拉输出的边缘 纤维包缠在主体纱芯上而成纱。 本文主要是针对输送管道的几何形状与尺寸对 纺纱中纤维状态的影响进行研究，为输送管道的优 化设计提
8、供理论参考。 l试验部分 输送管道安装在牵伸机构和凝聚机构之间1 ， 如图1 所示。与牵伸机构相连的截面称纤维进口面 ( 以下简称进口面) ，与凝聚机构相连的截面称纤维 出口面( 以下简称出口面) 。其中：o 为输送管道进 口面高度；6 为输送管道下层面长度；c 为输送管道 出口面高度；d 为输送管道出口面宽度；e 为输送管 道进口面宽度；a 为输送管道下层面和进口面的夹 角；口为输送管道上层面和进口面的夹角。输送管 收稿日期：2 0 0 5 一1 2 0 l修回日期：2 0 0 6 一0 2 2 8 论文项目：教育部科学研究重点项目( 教技司 2 0 0 3 5 8 号) ；江苏省自然科学基
9、金资助项目( B K 2 0 0 5 0 1 4 ) 作者简介：葛明桥( 1 9 5 7 一) ，男，教授，博士。主要从事新型纤维材料及后加工技术的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第l O 期葛明桥等：旋流纺输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响 【8 5 】 道在纺纱过程中起着输送纤维、分离纤维和平行顺 直纤维的作用。为了产生使纤维伸直的力，必须使 管道内流体沿流动方向的速度梯度为正值，即截面 积逐渐收缩M o ，所以本文采用渐缩式输送管道。
10、由 于牵伸机构的端面以及凝聚机构接口处的特定形 状，输送管道的进口面和出口面采用矩形，此种形状 在纺纱过程中具有一定的可行性怕一j 。 图l 输送管道的示意图 经过初步试验，发现输送管道进口面高度a 、输 送管道下层面长度6 、输送管道出口面高度c 、输送 管道出口面宽度d 、输送管道进口面宽度e 、输送管 道下层面和进口面的夹角a 和输送管道上层面和进 口面的夹角卢对纺纱质量均有一定的影响，本文主 要分析这些因素和成纱质量的关系。 1 1 试验材料 试验所用包芯纱的外包纤维是1 2 5g 5m 的精 梳棉条，包芯纱的芯纱是5 5 6d t e x 2 4f 的涤纶长丝。 1 2 工艺参数 纺
11、纱工艺参数：单位时间内送入牵伸装置的棉 条克重1 7 0g m i n ，喂入张力1 2 3c N ，分梳辊转速 70 0 0r m i n ，芯纱退绕张力4 9c N 。 1 3 评价指标 根据所纺包芯纱的强度和抗剥离性能评价输送 管道的形状与尺寸对成纱质量的影响4 。采用 Y G 0 2 0 一s H F z 型强度仪对包芯纱的强度进行测试，每 种纱线连续测量3 0 根，试样夹持长度为5 0c m 。用德 国z w e i d eG 5 5 2 型纱线耐磨仪测定包芯纱的抗剥离 性能。测量抗剥离性能时，预加张力为1 9 6c N ，样 纱自左向右放在摩擦辊上，共放样纱2 0 根，在摩擦 辊上
12、进行摩擦。当样纱产生剥离且芯丝裸露的长度 大于6m m 时，记录运动的次数，用该值代表包芯纱 的抗剥离性能。 1 4 试验方案 为了分析渐缩式输送管道的形状与成纱质量之 间的关系，本文首先采用正交试验“ 1 方法进行纺纱 参数试验，其因素水平如表1 所示。按正交试验确 定方案，结果如表2 所示。 表l 因素水平表 试验n ，6 ，c ，d ，e a ，口，断裂强度，抗剥离 序号 姗姗岫珊m m ( 。)( o ) ( c N I e x _ 1 )性腴 3 843 6 3 钧34 0 44 0 43 8 74 0 9 4 4 24 4 24 2 24 1 8 加64 2 14 1 1 3 8
13、64 0 73 8 73 94 0 24 0 43 9 2 5 87 93 52 80 43 41 9 注：R 为断裂强度极差，R 为抗剥离性极差。 从表2 看出，第1 列( o 列) 水平2 大，所以水 平2 较好。同理可以看出第2 7 列均是水平2 好， n ：6 。c ：d ：e ：a ：卢：称为全体水平组合中关于断裂强 度的可能好的水平组合，其中下标2 表示该因素取 水平2 的值。同样也可以说明，口：6 ：c ：d ：e ：n ：卢：称 为全体水平组合中关于抗剥离性的可能好的水平组 合。从表2 还可以看出强度和抗剥离性各列的极差 大小，极差大通常代表该因素是重要因素；反之，极 3 0
14、2 5 石9 6 j 2 石一4 7 3 巧8 3 0 慨眠叭mgi m gm哳啪蛆n蛳粥似 9 击8 缶| 鲁龟| 巧m 3 3 0 ， 曩 伪似他 l 口，5 8嫩鲫似m 8 l，OJ瑚啪研 石9 6 0；鲁科叭蹭 5 4 6 9：置珥雠螂 5 3 7 ，O 姗m 。：，。，。，。，m u 坨B H博协“憾一虮籼鲫枷一铷州鲫猷 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【8 6 】 纺织学报第2 7 卷 差小可能是不重要的因素。在正交试验基础上再进 一步
15、进行单因素试验，单因素的试验顺序按照每个 因素的影响大小确定，极差大的因素先进行试验，即 按照6 、G 、c 、口、d 、口和e 的顺序进行试验。正交试验 的目的是为了找到适用的输送管道尺寸，而单因素试 验是为了进一步了解输送管道尺寸变化时成纱质量 的变化趋势。 2 结果与分析 2 1 下层面长度与成纱质量的关系 输送管道下层面长度与纱线抗剥离性、强度的 关系如图2 所示。测试条件：6 取4 1 姗、4 3m m 、 4 5m m 、4 7m m 、4 9m m5 个水平，其它因素取表1 各 列中水平较好的数据，即。取3 0m m ，c 取2 4m m ， a 取3 0 。，d 取9m m ，
16、；8 取1 4 8 。，e 取2 2m m 。 嚣 未 豫 禳 端 M m m 1 0P 量 亳 ￥ 瑙 嘲 围2 下层面长度与成纱质量的关系 由图2 可知，6 取4 3m m 时，纱线的强度和抗剥 离性最好。当6 小于4 3m m 时，随着6 的增大，纱线 的抗剥离性和强度也增大。其主要原因是随着6 变大，在气流的作用下，纤维在管道中可以充分地伸 直、平行，纤维的分布状态好，条干不匀率减小，强度 和抗剥离性能提高。但是当6 超过4 3m m 时，纱线 的抗剥离性和强度随着输送管道长度的增加而减 小。这主要由于当出口处的空气压力一定时，6 过 大，会使纤维两端的空气压力差过小，纤维运动速度 过
17、慢，管内纤维密度增加，纤维与纤维、纤维与管壁 之间的摩擦增大，条干不匀率增大，强度和抗剥离性 减小。 2 2 进口面高度与成纱质量的关系 输送管道的进口面高度与纱线抗剥离性、强度 的关系如图3 所示。测试条件：口取2 1m m 、2 4m m 、 2 7m m 、3 0m m 、3 3m m5 个水平，6 取4 3m m ，其它因 素取表2 各列中水平较好的数值，即c 取2 4m m ，口 取3 0 0 ，d 取9m m ，J 9 取1 4 8 0 ，e 取2 2m m 。 砖 韶 犍 蔼 ：| 暑 p l 毫 菩 疆 图3 进口面高度与成纱质量的关系 由图3 可知，当。小于3 0m m 时，
18、随着。变大， 纱线的抗剥离性和强度也相应增大，但。超过 3 0m m 时，随着。变大，纱线的抗剥离性和强度逐渐 减小。主要原因是当其它因素不变，随着口的变 大，进口面积相应的增大，出、进口面积比相应的变 小，出、进口处的气流速度比相应地增大。而出口处 的气流速度一定，所以进口处的气流速度变小1 ，纤 维头端和尾端在流动方向产生的速度差变大，有利 于纤维的伸直，所以抗剥离性和强度都提高。但口 超过一定值的时候，由于输送管道在分梳辊最小隔 距点前的空间突然扩大，气流的惯性使其不可能按 照管道的形状突然扩大，而是逐渐扩大。因此，在管 壁拐角处，气流产生较强的涡流，造成纤维打卷、前 后折、粘连等不良现
19、象。另外，管道的界面突然扩 大，流速重新分布也会引起附加能量的损失，也可能 会减弱纤维的分布效果。 2 3出口面高度与成纱质量的关系 输送管道的出口面高度与纱线抗剥离性、强度 的关系如图4 所示。测试条件：c 取2 0m m 、2 2m m 、 2 4m m 、2 6m m 、2 8m m5 个水平，6 取4 3m m ，o 取 3 0m m ，其它因素取表2 各列中水平较好的数值，即 a 取3 0 。，d 取9m m ，口取1 4 8 0 ，e 取2 2m m 。 蛞 越 韫 舔 螺 1 82 02 22 42 62 8 3 0 c 蚰 图4 出口面高度与成纱质量的关系 从图4 看出，当出口
20、处气流速度和进口面积不 变的情况下，c 变大时，出口和进口的面积比变大， 3N量倒黼 n m 9 8 7 6 栅 姗 瑚 m 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 0 期葛明桥等：旋流纺输送管道形状和尺寸对成纱质量的影响【8 7 】 出、进口处的气流速度比变小，进口处气流变大旧1 。 进口处的气流速度适当增大时，不仅能顺利剥取分 梳辊锯齿上的纤维，而且在纤维被剥离过程中能改 善其形态，使纤维在剥离过程中，头端弯钩被逐步拉 直，并借气流加速，有利于纤
21、维沿着管道长度方向流 动，纱线的抗剥离性和强度增加。但c 超出一定值 后，进口处的气流速度太大，纤维头端和尾端在流动 方向产生的速度差变小，不利于纤维在气流方向的 伸直，从而不规则纤维的数量增多，纤维的抗剥离性 和强度变差。 2 4 下层面和进口面夹角与成纱质量的关系 输送管道下层面和进口面夹角与纱线抗剥离 性、强度的关系如图5 所示。测试条件：口取2 6 。、 2 8 。、3 0 0 、3 2 。、3 4 05 个水平，6 取4 3m m ，a 取3 0m m ，c 取2 4m m ，其它因素取表2 各列中水平较好的数值， 即d 取9m m ，口取1 4 8 0 ，e 取2 2m m 。 懿
22、 丑 犍 磊 蝎 ， 量 去 菌 黼 图5 下层面和进口面夹角与成纱质量的关系 由图5 可以看出，随着a 的增大，纱线的抗剥离 性和强度先上升后下降，在a 等于3 0 0 ，强度和抗剥 离性达到最大。其主要原因是：纤维在输送管道中 的理想状态是层状分布，分梳辊针齿的工作面方向 和气流方向平行。随着a 的增大，被剥离的纤维与 输送管道进口面发生碰撞的机率减少，纤维产生前 弯头几率减少，纤维在输送过程中的层状分部和有 效的伸直度变好，所以倾斜角增大，抗剥离性和强度 提高。当a 过大时，输送管道在分梳辊最小隔距点 前的空间扩大，产生涡流，造成纤维打卷、前后折、粘 连等不良现象，影响成纱质量。 水平较
23、好的数值，即口取1 4 8 。，e 取2 2m m 。 蛞 蟊 褪 幕 蝠 图6 出口面宽度与成纱质量的关系 由图6 看出，d 小于9m m 时，随着d 变大，纱线 的抗剥离性和强度也相应地增大，但d 超过9m m 时，随d 增大，纱线的抗剥离性和强度逐渐减小。d 对纱线抗剥离性、强度影响的原因和c 对纱线抗剥 离性、强度影响的原因相同。 2 6 上层面和进口面夹角与成纱质量的关系 输送管道上层面和进口面夹角与纱线抗剥离 性、强度的关系如图7 所示。测试条件：p 取1 4 4 。、 1 4 6 0 、1 4 8 0 、1 5 0 。、1 5 2 。5 个水平，6 取4 3m m ，口取 3 0
24、m m ，c 取2 4m m ，a 取3 0 0 ，d 取9m m ，其它因素取 表2 各列中水平较好的数据值，即e 取2 2m m 。 蛞3 0 0 划 醒 藤 蝠2 0 0 1 0 0 f 董 亳 ￥ 趟 暖 1 4 2 1 4 4 1 4 6 1 4 8 1 5 0 1 5 2 1 5 4 卢，( 。) 图7 上层面和进口面夹角与成纱质量的关系 从图7 可知，当卢小于1 4 8 。时，随着9 变大，纱 线的抗剥离性和强度相应地增大。但口超过1 4 8 。 时，随着卢变大，纱线的抗剥离性和强度相应的减 小。口对纱线抗剥离性和强度影响的原因和a 对纱 线抗剥离性和强度影响的原因相同。 2 5
25、 出口面宽度与成纱质量的关系 2 7 进口面宽度与成纱质量的关系 输送管道的出口面宽度与纱线抗剥离性、强度 的关系如图6 所示。测试条件：d 取7m m 、8m m 、 9m m 、1 0m m 、l lm m5 个水平，6 取4 3m m ，n 取 3 0m m ，c 取2 4m m ，口取3 0 。，其它因素取表2 各列中 输送管道的进口面宽度对纱线抗剥离性和强度 的影响如图8 所示。测试条件：e 取1 8m m 、1 9m m 、 2 0m m 、2 2m m 、2 4m m5 个水平，6 取4 3m m ，口取 3 0m m ，c 取2 4m m ，口取3 0 。，d 取9m m ，卢
26、取1 4 8 。 一譬高3、越暖 A 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【8 8 】纺织学报第2 7 卷 懿 翅 豫 两 辐 1 7 1 8 1 92 02 1 2 2 2 32 42 5 a 蛐 圈8 进口面宽度与成纱质量的关系 从图8 看出，随着e 的增大，纱线的强度和抗剥 离性能先提高后下降，当e 取2 2m m 时，强度和抗剥 离性达到最大值。e 对纱线抗剥离性、强度影响的 原因和口对纱线抗剥离性、强度相同。 综上所述，当输送管道下层面长度为
27、4 3m m 、输 送管道进口面高度为3 0m m 、输送管道出口面高度 为2 4m m 、输送管道下层面和进口面的夹角为3 0 0 、 输送管道出口面宽度为9m m 、输送管道上层面和进 口面的夹角为1 4 8 0 、输送管道进口面宽度为2 2m m 时纱线的强度和抗剥离性较好。为了验证上述结论 的正确性，对上述管道尺寸进行纺纱测试，测得纱线 的强度为1 0 6 3c N t e x ，抗剥离性为3 9 3 9 次，与上述 结论相一致。 3结论 输送管道的形状与尺寸对成纱质量有很大的影 响。当输送管道下层面长度为4 3m m 、进口面高度为 3 0 咖、输送管道出口面高度为2 4n u n
28、、输送管道下 层面和进口面的夹角为3 0 0 、输送管道出口面宽度为 9 咖、输送管道上层面和进口面的夹角为1 4 8 0 和输 送管道进口面宽度为2 2 舢时，纱线的强度和抗剥 离性较好。 糍爝 参考文献： 1 G eM i n g q i a o ，I e m o t oY o s h i y u k i ，T a n o u es h u i c h i n c t i o n a l s t r e n g t l lo fe n t 肌g l e m e n to fi n t e r l a c e dy 姗slJj j o u m 8 10 f T e x t i l eE n
29、g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，4 8 ( 4 ) ：1 2 3 1 2 8 ， 2 G eM i “g q i a o ，I e m o t oY 0 8 h i y u k i ，T a n o u es h u i c h i 7 r a n g l i I l g a t l g l eo fi n t e r l a c e dy 锄s【JJ J o u m a l o fT e x t i l e E 蟛n e e r i n g ，2 0 0 2 ，4 8 ( 4 ) ：1 2 9 1 3 5 3 葛明桥，顾闻彦，袁敏发，等旋流纺纱方法 J 纺织 学报，2
30、 0 0 5 ，2 6 ( 2 ) ：9 2 9 4 4 顾闻彦，葛明桥，李永贵，等圆盘式旋流纺的加捻气 压对成纱的影响 J 纺织学报，2 0 0 5 ，2 6 ( 3 ) ：4 1 4 3 5 葛明桥，王嘉华，陈嘉旋流加捻器 P 中国专利， Z b 9 5 2 0 9 7 0 6 0 ，1 9 9 6 一l O 0 9 6 张文赓纺织气流问题 M 北京：纺织工业出版社， 1 9 8 9 2 2 1 【7 吴有炜试验设计与数据处理 M 苏问：苏州大学 出版社。2 0 0 3 3 6 7 8 罗惕乾，程兆雪流体力学 M 第2 版北京：机械 工业出版社，2 0 0 3 2 1 1 73No)，越强 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark