阻尼牵伸纺纱技术及其对成纱质量的影响

买买提·尼牙孜，崔月敏，程隆棣，邓万胜，吉宜军

(1.东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620； 2.新疆天山纺织服装有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011； 3.广众纺机科技有限公司，江苏 张家港 215000； 4.南通双弘纺织有限公司，江苏 南通 226661)

将新型环锭纺系统用于羊毛纤维纺纱是短纤维纺纱的研究热点和趋势。以CompACT3系统[1]、EliTe系统[2]和Com4系统[3]为代表的毛纱紧密纺纱工艺和设备已经发展得相对成熟。应用新型环锭纺技术纺制的纱线毛羽量显著下降，成纱断裂强度增加，可以用较粗的低价羊毛加工出高支精梳羊毛纱[4]。但毛型紧密纺细纱机由于改装费用高，稳定性较差，尚未在行业内大范围推广[5-6]。

现有环锭纺纱技术尽管控制部分的结构不尽相同，但是牵伸原理是一样的，均采用“双胶圈弹性钳口牵伸”模式，双胶圈系统主要存在的问题是上下胶圈之间易产生速度差，且会对纤维束和须条形成揉搓，造成牵伸过程中摩擦力界不稳定等问题。这些问题均会直接影响成纱条干、毛羽和粗细节等质量指标[7]。新型阻尼牵伸纺纱技术[8-9]在机构设计上采用了双曲线牵伸的新型牵伸结构，去掉了原结构中的上下胶圈及上下销，结构简单，成本较低。该装置采用柔性传输带(即网格圈)，并通过磁力加压的波形曲面系统控制[10]，磁力加压对纤维产生柔性且稳定的握持牵伸，阻尼前缘可使牵伸区内附加摩擦力界更加向前分布，增加对纤维须条控制力，以提高纱线质量水平。本文分别采用传统环锭纺和阻尼牵伸纺纱技术纺制羊毛/羊绒混纺纱，通过对成纱质量的对比分析，研究阻尼牵伸纺纱的特点及其作用效果。

1 阻尼牵伸纺纱技术

1.1 阻尼牵伸纺纱装置

阻尼牵伸机构示意图如图1所示。

1—前皮辊；2—上控制板；3—上永久磁体；4—张力架；5—网格圈；6—中皮辊；7—前罗拉；8—下曲线管；9—下永久磁体；10—中罗拉；11—纱线。

阻尼牵伸装置是基于传统环锭纺系统进行的改造，其上控制板、下曲线板和网格圈通过隔距块和上、下永久磁体间的磁力形成稳定的“波形”曲面通道。纺纱时，纤维须条从后牵伸区出来被喂入主牵伸区，通过由网格圈和下曲线板中部下凹表面组成的柔性握持区域(“波形”曲面通道)。由于网格圈较传统纺纱的双胶圈有更好的柔性，且始终受到一定的张力，当上控制板[8]下凸处向下压向网格圈时，网格圈能完全根据上控制板下表面的曲率而变化。依靠网格圈张力，网格圈与上控制板下压的凸出部分紧密接触，使网格圈与上控制板之间的纤维受到稳定、持续的柔性控制。阻尼牵伸系统对纤维的自然弯曲有拉伸作用，使得牵伸过程中须条不发散、不扩散，排列整齐，同时短纤维可以被均匀地抱合在纱线内，不扩散，提高了纤维原料的利用率。

1.2 柔性握持牵伸机制

柔性牵伸示意图如图2所示。

R—上控制板半径；T(s)—网格圈在某处所受张力;N—网格圈所受正压力；dθ—小段圆弧角；ds—小段圆弧长度。

纤维束通过网格圈压向半径为R的上控制板，网格圈的两端张力可近似为T,在dθ一小段圆弧上，由正压力N和网格圈张力T在法向方向上的受力平衡ΣFy=0，得出：

(1)

(2)

dN=Tdθ

(3)

将ds=Rdθ代入式(3)，可得：

(4)

式中a为压强线密度。

式(4)说明，牵伸握持区所产生的摩擦力界大小仅与网格圈张力和柔性握持区域的曲率半径有关。在握持区域的曲率半径和网格圈张力一定的情况下，纤维须条所受的压强线密度稳定不变。配置前缘的上销及其“波形”曲面通道能够为纤维须条提供长短胶圈牵伸所不具备的前延且稳定的牵伸摩擦力界。

2 实验部分

2.1 纺纱实验

分别采用阻尼牵伸纺纱技术和传统环锭纺纱技术纺制38.5 tex羊毛/羊绒(70/30)混纺纱。工艺设置：粗纱线密度50.76 tex，总牵伸倍数10.56；捻度400捻/m，捻向为Z捻；隔距块尺寸2.05 mm，加压量160 N/(2锭)；车间温度25 ℃，相对湿度61%。

2.2 纱线测试

2.2．1 条干均匀度指标测试

采用ME-100型乌斯特仪测试2种纺纱方式成纱的条干均匀度、千米粗节、千米细节、毛羽量等指标。测试条件：速度400 m/min，测试时间1 min，测试10次。测试环境温度(20±2) ℃，相对湿度65%±3%。

2.2．2 强力指标测试

采用TENSORAPID 4型乌斯特仪测试2种纺纱方式成纱的断裂强度、伸长率和断裂功等力学指标。测试条件：纱线预加张力0.5 cN/tex， 测试长度500 mm，测试10次。测试环境温度(20±2) ℃，相对湿度65%±3%。

3 实验结果与分析

为了直观探究阻尼牵伸纺纱技术与传统环锭纺纱技术对成纱条干均匀度及力学指标的影响，本文采用差异率进行对比分析，指标差异率计算公式为：

差异率=

3.1 条干均匀度指标对比

阻尼牵伸纺与传统环锭纺成纱条干均匀度指标差异率对比见图3，2种纺纱方式纱线条干对比见图4。

图3 阻尼牵伸纺与传统环锭纺成纱条干均匀度指标差异率对比

图4 2种纺纱方式纱线条干对比

从图3可以看出，相较于传统环锭纺，阻尼牵伸纺成纱的条干CV值减小，即条干均匀度有所提高。结合图4可以看出，传统环锭纺成纱条干明显差于阻尼牵伸纺成纱。阻尼牵伸纺成纱的千米棉结、千米细节和千米粗节都有显著下降，其中粗节(+50%)数量减少41%，下降最多，但2种牵伸方式成纱的毛羽数量区别不大，阻尼牵伸纺略优于传统环锭纺。

3.2 强力指标对比

阻尼牵伸纺与传统环锭纺成纱强力指标差异率对比见图5。可以看出，阻尼牵伸纺成纱比传统环锭纺成纱的强力、断裂伸长及断裂功等指标都有所提高，成纱强力增加13.9%。主要原因是：阻尼牵伸纺成纱条干整齐度好，纤维排列整齐，粗细节少，成纱内纤维应力集中，因此断裂强度、断裂伸长和断裂功都有所提高。此外，阻尼牵伸纺成纱断裂强力不匀减小3%，与条干不匀下降一致。

图5 阻尼牵伸纺与传统环锭纺成纱强力差异率对比

3.3 成纱质量分析

通过上述对成纱条干和强力指标的测试和分析可以看出，阻尼牵伸纺成纱的质量指标均明显优于传统环锭纺，但对毛羽改善不明显。原因是，阻尼牵伸原理与传统环锭纺存在较大区别，首先，阻尼牵伸系统结构设计中的柔性握持所得到的摩擦力界分布比传统环锭纺采用双皮圈牵伸系统更加平稳，对纤维须条的控制力更强。其次，毛型粗纱中存在较多的短纤维，卷曲度多，纤维间抱合力大，纤维伸直较差，易于缩绒，因此在纺纱过程中对毛纤维的控制力尤为重要。阻尼主牵伸区机构如图6所示。将阻尼牵伸装置纤维的浮游区减小至5 mm，上控制板“前鼻”向前延伸，相当于压力棒作用，使长度≤15 mm短纤维的变速点集中、稳定地向前移，从而改善细纱条干。

图6 阻尼主牵伸区机构

4 结 论

①通过对阻尼牵伸纺纱装置的结构以及纺纱机制研究分析，得出其改善成纱质量的原因是优化了牵伸区域的摩擦力界分布，缩短浮游区长度，增加了纤维控制力。

②分别采用传统环锭纺和阻尼牵伸纺纱装置纺制38.5 tex羊毛/羊绒(70/30)混纺纱，成纱质量检测结果表明，阻尼牵伸装置能够改善毛纺成纱条干均匀度，大幅度降低成纱的粗节和细节，尤其粗节(+50%)数量下降最多。由于提高了成纱均匀度，成纱各力学特征也明显改善。