空气捻接器参数影响氨纶包芯纱接头质量的最优化研究

武世锋，吴佳庆，2，张小叶，周衡书

(1.湖南工程学院 纺织服装学院，湖南 湘潭411104；2.大连工业大学 纺织与材料工程学院，辽宁 大连116034)

络筒就是把管纱加工成符合后道工序要求的卷装(筒子)。络筒过程中需要清除纱线上的纱疵，就要剪断纱线和接头[1-2]。对于筒子纱来说，都存在一定数量的接头，接头质量好坏对后道工序加工具有重大的影响，而空气捻接器参数的合理设置是保障接头质量的关键环节[3]。

目前，对纯棉纱、涤棉纱、麻、化纤等纱线自动接头的研究比较成熟，但是对于氨纶包芯纱的接头研究比较少[4-5]。

在参考JOINTAIR 690型空气捻接器对弹力纱捻接参数范围的基础上开展了研究。该空气捻接器捻接参数主要有3个:其一，退捻时间，即在退捻管内纱线受到与纱线捻向相反的螺旋气流作用使得纱头解捻的时间；其二，捻接长度，即纱线在捻接腔内相互叠合的长度；其三，加捻时间，即2根纱线在捻接腔内通过2股相互反向的回转气流的作用对其进行握持加捻的时间。在参数参考范围内，将这3个参数进行组合、剪取接头、质量检测，得到最适合12 tex棉/氨包芯纱自动接头的参数。

1 试验部分

1.1 装置与材料

试验装置和材料见表1。

表1 试验装置与材料

1.2 强力测试

使用YG061型强力仪(等速伸长)，在一定试验条件下，把单根纱线接头拉伸至断裂，重复多次，得到相关的拉伸断裂数据。

考虑到氨纶包芯纱的良好弹性，为了方便试验开展，如图1所示，把预加张力用一个小夹子4(1.298 cN)替代，小夹子夹住纱线一端，另一端用手捏住移动，使小夹子至指定位置，确保每次纱线受到的预加张力一致，闭合上夹持器2和下夹持器3，再启动仪器开始强力试验。

1.3 弹性测量

接头回弹性是在YG02A弹性材料试验机上进行测试。测试前先在纱线下端夹持一定重量的小夹子，手持纱线的另一端使其悬垂至统一的刻度线，再将纱线测量部分夹持到仪器上，启动仪器，开始测试。

1.4 氨纶包芯纱氨纶含量

将有接头的氨纶包芯纱拉伸伸直，接头处两端扩展20 cm，也就是截取40 cm长纱线，取样6份并分别称重。采用手工解捻将氨纶丝从每份试样中拆出并称重，从而得到接头氨纶包芯纱的含氨量。

1.5 接头直径测量

纱线接头细度增量是评价接头质量的重要指标[6]。运用MATLAB R2016a软件中图片统一分辨率、增强处理、二值处理、元素统计等技术获得图片信息[7-9]，再进行公式换算出接头直径平均值。

对于接头处直径的测量研究主要是将图片转换成二值图像后进行相关的分析。一张二值图像呈现出来只有黑白2色，如图2所示，其中“0”表示黑色，“1”表示白色，并且图像的每个像素点在图片矩阵中的取值只有“0”或“1”。因此，在进行图形数据统计时对“1”元素的统计，就是对图片白色的像素点数的统计，如图3所示。

纱线直径计算公式为:

式(1)中，n1为待测纱样二值图像矩阵中“1”元素总个数；n2为标样二值图像矩阵中 “1”元素总个数；d0为标样的直径(μm)，标样直径可通过CU-2纤维细度仪测得。

1.6 接头质量企业工艺标准

纱线接头质量主要性能指标企业工艺标准见表2。

表2 纱线接头质量主要性能指标企业工艺标准

2 结果与讨论

2.1 接头强力

12组参数接头强力及原纱强力测试平均数据结果见表3。

表3 各参数接头强力及原纱强力平均数据

通过对试验数据分析可以得出参数设置“退捻时间-捻接长度-加捻时间”为3-10-4、2-11-3、2-11-5和3-11-4这4组接头强力与原纱较为接近，达到或接近原纱强力的85%(约554.8 N)。

其中3-10-4的强力最接近原纱；各参数接头断裂伸长较接近，但与原纱差异非常大；参数3-10-4接头捻接区强力CV值最小，接头强力最稳定。

2.2 弹性测量

弹性试验参数设置为:初始长度100 mm、温度27.3℃、湿度69%、伸长率60%、松弛时间30 s、启始停顿30 s、反复次数6次、上升速度200 mm/min、下降速度200 mm/min。

表4 各参数弹性测试数据

通过对氨纶包芯纱伸长率为60%的弹性测试，可看出参数设置“退捻时间-捻接长度-加捻时间”为3-10-5、3-10-4、2-10-3这3组数据的弹性回复率与原纱最为接近，且3-11-5、2-11-4、2-11-5、3-10-3、2-10-5几组数据的弹性回复性能都优于原纱。空气捻接器参数中加捻时间和退捻时间与纱线接头回复率的相关性不大；12组数据中纱线弹性衰减率变化不太明显(表4)。

2.3 包芯纱氨纶含量

通过拆解接头试样以及同为40 cm长度的原纱，取出氨纶丝，计算氨纶包芯纱的含氨量数据见表5所示。

表5 各参数含氨量数据

通过计算表5的氨纶包芯纱含氨量可以得到在参数设置“退捻时间-捻接长度-加捻时间”为3-10-4、2-11-3、2-11-5时含氨量与原纱含氨量接近。

2.4 纱线直径

接头直径的测量参考纱线直径测量公式(1)，将统计的结果经过处理得到数据见表6。

表6 各参数接头直径图片数据

从表6可知通过直径测量试验，相比于原纱直径很多接头直径不合格，其中多数接头超过了原纱形成了粗节。

2.5 讨论

按照表2纱线接头质量主要性能指标企业工艺标准中的要求，其一接头强力要达到原纱的85%以上；其二捻接强力CV值不能超过18%；其三，细度增量要是原纱的1.3倍内。也就是该原纱的合格接头，断裂强力至少要达到554.8 c N，细度增量至多为30%，接头含氨量最接近于原纱的含氨量。可知符合生产要求的捻接参数有3-10-4、2-11-3、2-11-5。

在实际生产中，断裂强力占据的权重较大，选择参数时在满足其他工艺要求的基础上尽可能地选择强力与原纱接近的捻接器参数，且弹性回复率应该至少满足原纱的弹性回复率，所以合格接头中3-10-4这组参数最为优异。

3 结论

(1)运用数字图像处理方法直接处理指定分辨率的二值图像，并提取该图像的像素矩阵，通过统计矩阵中的“1”来反映纱线的面积，再将“1”的总数与标样的“1”的总数进行换算得出接头直径。这是一种新的验证性测试纱线直径的方法。

(2)基于JOINTAIR 690型空气捻接器对弹力纱捻接参数范围，设置“退捻时间-捻接长度-加捻时间”12组参数，通过试纺对纱线强力、弹性、含氨量及直径性能进行对比测试，得出最优工艺为退捻时间为3、捻接长度为10、加捻时间为4。在一定程度上可以解决企业中的氨纶包芯纱的接头失弹问题。