莱赛尔纱超大牵伸纺纱工艺的优化

代丽梅， 谢春萍， 刘新金， 张 洪

(江南大学， 江苏 无锡 214122)

莱赛尔纱超大牵伸纺纱工艺的优化

代丽梅， 谢春萍， 刘新金， 张 洪

(江南大学， 江苏 无锡 214122)

针对纺制莱赛尔纱时超大牵伸条干恶化严重、大颗粒棉结和毛羽较多等纺纱难点，采用模糊决策方法对超大牵伸纺制莱赛尔纱的关键技术进行优化分析，并探讨牵伸中区和前区的上销结构、中上罗拉形式对7.4 tex紧密莱赛尔单纱成纱质量的影响，应用模糊聚类分析对密切值法和Borda法的决策结果进行验证。结果表明：牵伸前区和中区采用大前冲上销，中上罗拉使用低硬度高弹性软胶辊时，可有效改善7.4 tex莱赛尔紧密单纱的成纱质量水平，能满足开发莱赛尔高档纺织面料的质量要求，牵伸中区关键工艺参数对莱赛尔成纱质量影响最大。

超大牵伸； 莱赛尔纱； 模糊决策； 模糊聚类； 优化工艺

Abstract In order to solve spinning difficulties of Lyocell yarns in superhigh drafting that is proven to worsen yarn evenness, increase more neps and hairiness, fuzzy decision method was used in this article to optimize the spinning key technologies of super high draft spinning Lyocell yarns, and the influence of the top pin and the central-top roller on qualities of 7.4 tex compact spun Lyocell yarns was also discussed. The fuzzy clustering method was used to verify the decision results of intimate data method and Borda method. The results show that the qualities of 7.4 tex compact spun Lyocell yarns can be effectively improved under the conditions that the front area and the central area use front-extended top pin combined with rubber-covered rollers with low tenacity and high elasticity. The qualities of the resultant yarns could meet the requirements of developing high-grade Lyocell textile fabrics. It is also concluded that the center-area key process parameters have the greatest impact on qualities of Lyocell yarns.

Keywords super high draft； Lyocell yarn； fuzzy decision； fuzzy clustering； optimization process

莱赛尔纤维是一种纯天然再生纤维素纤维，其制备过程对环境污染及危害很少，因而加工方法被大力推广。由于其吸湿舒适性好、取向度高、初始模量大等特性，近年来国内外对莱赛尔的研究及产品开发发展迅速[1-2]。

莱赛尔纤维纵向光滑无沟槽，原纤化严重，易形成大颗粒棉结和毛羽，恶化成纱条干[3]，尤其采用重定量粗纱开发高支细纱时必须采取针对性的纺纱工艺。目前，针对莱赛尔超大牵伸纺纱工艺的研究比较少，且主要是针对三罗拉双区牵伸工艺的研究。本文对四罗拉三区超大牵伸装置纺制莱赛尔纱的关键技术进行分析研究，并采用模糊决策和聚类方法对牵伸前区和中区的关键部件进行优选，从而更好地了解超大牵伸纺制莱赛尔纱的关键工艺，提高成纱质量，为开发莱赛尔高支纱以及高档纺织品提供参考。

1 试验方案设计

1.1 原料性能

莱赛尔G100纤维的长度为38 mm，线密度为1.33 dtex，断裂强度为2.89 cN/dtex，断裂伸长率为15.56%，超大牵伸细纱工序的粗纱来源于江苏某企业，粗纱定量为7.48 g/10m，粗纱捻系数为101.6，条干CV值为4.03%。

1.2 试验方案

在TH558型四罗拉三区超大牵伸细纱机上试纺了7.4 tex莱赛尔紧密单纱。

表1 上销结构和中上罗拉形式组合试验

细纱工艺参数为：总牵伸倍数111.19，捻系数380，后区牵伸倍数1.15，中区牵伸倍数1.3，中区钳口隔距3.5 mm，前区钳口隔距3.0 mm，罗拉加压235 N×235 N×235 N×215 N，罗拉表面距20 mm×27 mm×30 mm，锭速13 000 r/min，钢领PG1-4254，钢丝圈U1ULUDR 14/0。

采用模糊决策方法优选上销结构组合、中上罗拉组合。其中，上销结构有SX2-6833B普通上销和SX2-6839B大前冲上销，中上罗拉主要有MR碳纤辊和硬度为绍尔A60度的浪力软胶辊，外观如图1所示。

前区、中区上销结构搭配形式共4种(P1～P4)：前区普通上销+中区普通上销(P1)、前区普通上销+中区大前冲上销(P2)、前区大前冲上销+中区普通上销(P3)、前区大前冲上销+中区大前冲上销(P4)。中上罗拉有搭配型式有4种(Q1～Q4)：前区软胶辊+中区软胶辊(Q1)、前区软胶辊+中区碳纤辊(Q2)、前区碳纤辊+中区软胶辊(Q3)、前区碳纤辊+中区碳纤辊(Q4)。

1.3 成纱质量指标的确定

选择条干、细节、粗节、棉结、毛羽、强力不匀、伸长率和断裂强度8个项目作为衡量指标(见表1)。纱线的条干均匀度是指沿纱线轴向粗细均匀一致的程度[4]，由于莱赛尔粗纱定量较重，则超大牵伸纺纱工艺中条干均匀度是评定莱赛尔成纱质量的重要指标之一。毛羽指标可以反映具有原纤化现象的莱赛尔纤维在牵伸中受机械摩擦作用后纤维头尾伸出纱体的程度。纱线强伸性能是评定莱赛尔成纱质量水平的另一重要指标。

1.4 测试条件及结果

纱线强伸性能采用YG068C全自动单纱强力仪测试，参照GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》；纱线毛羽性能采用YG173A 型纱线毛羽测试仪测试；纱线条干、细节、粗节和棉结采用UT5-S800乌斯特纱疵分级仪测试，测试速度为400 m/min，测试时间1 min。测试环境温度为(20±2)℃，相对湿度为(65±5)%，测试前纱线在该条件下平衡24 h以上[5]。

各成纱指标的试验结果以目前市场上开发莱赛尔高档纺织面料对纱线质量的要求作为参考依据，试验结果及理想成纱水平如表1所示。表中，权系数w是根据专家对各指标的权重分配数据加以平均而确定的，即根据所有指标在指标体系中的相对重要性赋予权系数。

2 试验数据处理

2.1 基于密切值法的决策

2.1.1 指标矩阵建立与规范化

由表1可得指标矩阵X=(xij)m×n，xij为16组方案对应的8个指标下的取值，对指标矩阵进行规范化处理得规范化矩阵R=(rij)m×n，计算式[6]为

式中：当j为正向指标(即数值越大越好)时取正，j为负向指标(即数值越小越好)时取负；方案m=16，指标n=8。

2.1.2 理想最优方案确定

2.1.3 各方案的密切值

理想最优点和理想最劣点的密切程度为

表2 各方案的密切值Ci

根据密切值的大小重新对各方案进行排序，结果为：U13、U15、U14、U5、U16、U9、U7、U1、U11、U10、U6、U2、U8、U3、U12、U4。由上述排序结果可知：当前区和中区采用SX2-6839B型大前冲上销、中上罗拉采用低硬度高弹性软胶辊时成纱质量最可观，可满足开发高档莱赛尔纺织品的纱线质量要求。

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2.2 基于Borda数法的决策

按各指标的优劣对各方案重新排序，由此求得Borda数如表3所示。根据表中Borda数的大小重新排序[7]，结果为：U13、U15、U5、U14、U9、U7、U16、U11、U6、U1、U10、U8、U3、U2、U12、U4。由此可知，Borda数法与密切值法的最优方案及最劣方案一致，但其他排序结果并不同，为此采用模糊聚类分析对2种决策结果的可靠性进行验证。

表3 各方案的Borda数

2.3 模糊聚类验证分析

对上述模糊决策排序结果采用模糊聚类方法进行聚类分析，以确保决策结果的客观可靠性[8]。

2.3.1 指标矩阵

由表2得指标矩阵X，对指标矩阵进行正规化处理得正规化指标矩阵A=(aij)m×n，其中，

2.3.2 相似关系矩阵确定

式中指标数n=8。

2.3.3 聚类分析

对相似关系矩阵R进行模糊合成，求等价关系矩阵R*=R，根据等价关系矩阵R*进行聚类分析，选用阈值λ=0.855 7的模糊聚类结果，据此，上销结构与中上罗拉形式综合性能从优到劣的分类顺序为：U13、U5、U9、U14、U15、U1,U2,U7,U10,U16、U11、U6,U8、U3、U12、U4。其中，各方案对成纱质量的影响表现为：方案U5、U9、U14、U15非常接近；方案U1、U2、U7、U10、U16、U6、U8比较接近；U13、U11，U3、U12，U4各位一类。

3 试验结果分析

结合上述模糊决策与聚类结果，为进一步了解上销结构与中上罗拉形式对成纱质量的影响，分别绘制上销结构和中上罗拉形式对密切值、Borda数的影响趋势图。

3.1 上销结构对成纱质量的影响

图2示出上销结构对密切值、Borda数的影响趋势图。从图可知：P4上销组合方案的密切值最小，Borda数最大；P1上销组合方案的密切值最大，Borda数最小；P3和P4成纱质量落差幅度最大，可见中区工艺配置对莱赛尔纱具有明显的影响效果。由此可见，前区和中区都采用大前冲上销有利于改善成纱质量，这是因为牵伸区采用大前冲上销，相对于普通上销而言，可将皮圈控制区向前拓展，在牵伸纱条上形成一个更大的、且连续的皮圈摩擦力界，有效提升了莱赛尔纤维所受牵伸力的大小和范围，同时也进一步缩小了纤维的浮游区长度，有利于阻止纤维提早变速，使纤维变速点分布向前钳口集中[9]，牵伸力均匀，可明显减小中前区牵伸波，提高成纱质量。

3.2 中上罗拉形式对成纱质量的影响

绘制中上罗拉形式对密切值、Borda数的影响趋势图，结果如图3所示。

本文试验选用的莱赛尔纤维截面呈圆形，外观光滑，纤维之间和纤维与设备间的摩擦因数小，造成纤维蓬松，纤维之间抱合力差，纺纱工艺控制不当易产生“棉球纱”，则在超大牵伸纺纱过程中四列罗拉均采用“强控制”重加压形式，以有效改善成纱质量。罗拉加压后，处于上罗拉与下罗拉之间的须条被压缩从而获得一定的牵伸力与握持力，完成须条的牵伸，从图3中可知，Q1中上罗拉形式组合方案的密切值最小，Borda数最大；Q4中上罗拉形式组合方案的密切值最大，Borda数最小。即当中上罗拉采用低硬度高弹性软胶辊时，超大牵伸纺制莱赛尔高支纱的成纱质量最可观，这是因为采用碳纤罗拉时，由于碳纤罗拉表面刚性较大，外力作用下不易产生变形，使经过的纱条横截面上的压力分布从中央到两边急剧减小(如图4(a)所示)，中部纤维可以得到有效控制，但纱条边纤维不易受到足够的压力控制，从而恶化成纱质量，尤其是原纤化现象严重的莱赛尔容易形成毛羽，对后续织造不利。当中上罗拉采用软胶辊时，在摇架施加压强控制下，其表面容易发生变形，能够较多地包覆纱条内的纤维，横向摩擦力界分布比较均匀(如图4(b)所示)，对边纤维的控制能力较好，可有效改善成纱质量[10]。

4 结 论

将模糊决策和聚类方法应用于超大牵伸工艺优选，可为选择合理的工艺参数提供一条新途径。采用模糊决策方法排序，并用模糊聚类分析验证决策结果，可获得了上销结构和中上罗拉形式2个工艺参数的最佳搭配。前区和中区采用大前冲上销，中上罗拉采用低硬度高弹性软胶辊时，可缩短浮游区长度，纤维变速点向前钳口集中稳定变速，且对莱赛尔纤维控制能力较好，从而有效改善7.4 tex莱赛尔紧密单纱的成纱质量，满足开发莱赛尔高档纺织品的纱线质量要求。

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Process optimization of superhigh draft spinning of Lyocell yarns

DAI Limei， XIE Chunping， LIU Xinjin， ZHANG Hong

(JiangnanUniversity，Wuxi，Jiangsu214122，China)

10.13475/j.fzxb.20150102906

2015-01-15

2015-09-24

江苏省自然科学基金项目(BK2012254)；江苏省产学研项目(BY2012051, BY2013015-24, BY2014023-13)；江苏省科技成果转化项目(BA2014080)；纺织服装产业河南省协同创新项目(hnfz14002)

代丽梅(1991—)，女，硕士生。主要研究方向为超大牵伸技术。谢春萍，通信作者，E-mail:wxxchp@sina.com。

TS 104.2

A