莱赛尔纤维精梳过程中锡林梳理力的研究

常昊雨 任家智 郭 平 陈宇恒 尚龙飞

（中原工学院，河南郑州，450007）

近年来，棉型化纤用量迅速增加。为了大幅提升棉型化纤的纱线质量，进一步改善织物风格，不少棉纺企业打破传统，探讨对棉型化纤进行精梳加工［1-2］。由于莱赛尔等棉型化纤在长度、整齐度、细度、表面摩擦性能等方面与棉纤维差别较大，如果在棉纺精梳机上照搬纺棉纤维时的精梳专件（如锡林）及工艺，会出现纤维损伤大、缠绕针齿、落纤多等问题，严重影响精梳生产。

在棉纺精梳机锡林梳理力的研究方面，白予生［3］在国产传统植针式锡林精梳机上，采用装有传感器的特制上钳板测试锡林对棉纤维丛梳理过程中的梳理力，得出了梳理力的最大值小于30 N，梳理过程中梳理力的变化曲线呈倒V 形及M 形的变化规律，为传统精梳机植针式锡林的密度、角度等参数设计提供了理论依据。贾振飞等［4］在HC500 型锯齿式锡林精梳机锡林轴上安装扭矩传感器，通过测试棉纤维梳理过程中锡林轴所受力扭矩，得到了锡林梳理力的变化规律：锡林梳理力的变化规律为山形锯齿状；增加精梳机的速度，锡林梳理力的变化规律基本不变，锡林梳理力曲线的峰值增幅较小。贾振飞等［5］还进一步研究了纺棉时精梳机给棉工艺对锡林梳理力变化规律的影响。

本研究采用锡林轴扭矩传感器测试锡林梳理力的方法，在相同工艺条件下分别测试纺莱赛尔纤维及棉纤维精梳过程中的锡林梳理力，分析纺莱赛尔纤维时锡林梳理力的变化规律，探讨给棉长度、落棉隔距及顶梳插入深度对锡林梳理力变化规律的影响，为纺棉型化纤精梳工艺参数及锡林针齿参数优化设计提供理论依据。

1 影响锡林梳理力的因素分析

1.1 梳理力的表达式

在精梳过程中，锡林锯齿对纤维丛的梳理力F的数学表达式如式（1）所示。式（1）不仅适用棉等天然纤维锡林梳理力计算，也适用于各种棉型化纤。

式中：n为钳板钳口外纤维丛所接触锯齿数；μ为纤维与锡林针齿之间的摩擦因数；Ni为某一锯齿对纤维丛的挤压力。

1.2 影响锡林梳理力的因素

1.2.1 纤维丛接触的锡林齿数及摩擦因数

研究表明，在精梳机锡林规格参数不变的情况下，随着精梳机落棉隔距、给棉长度的增加，纤维丛接触的锡林锯齿数n增大，因此锡林的梳理力F增大；采用后退给棉时，钳板钳口外纤维丛长度较采用前进给棉时大，纤维丛接触的锡林锯齿数n增大，锡林的梳理力F增大。

由式（1）可知，锡林对纤维丛的梳理力F随纤维与锡林针齿之间摩擦因数μ的增大而增大。原料不同，纤维与锡林针齿之间摩擦因数μ不同，锡林对纤维丛的梳理力F亦不同。采用XCF-1A 型纤维摩擦因数测试仪测得棉纤维、莱赛尔纤维与金属动摩擦因数分别为0.24 和0.28。因此，在相同条件下，纺莱赛尔纤维时的锡林梳理力大于纺棉纤维时的锡林梳理力。

1.2.2 纤维与针齿间的挤压力

在纤维丛接触的锡林锯齿数n及纤维与锡林针齿之间摩擦因数μ不变的条件下，锡林梳理时针齿与纤维间的挤压力Ni大时，锡林梳理力F亦大。针齿与纤维间的挤压力Ni的大小取决于针齿与纤维丛接触处（或称为梳理点）的纤维根数，即针齿与纤维间的挤压力随着梳理点纤维根数的增加而增大。为了研究锡林梳理点的纤维根数多少，以纤维丛最前端为基准点（0 点），把钳板钳口外纤维丛（如图1 所示）按3 mm 长度切断称重，可得到钳板钳口外的纤维丛的重量（或根数）分布曲线。在小卷定量及精梳机给棉工艺参数相同的条件下，利用此方法分别得到莱赛尔纤维和棉纤维钳板钳口外纤维丛重量分布曲线，如图2 所示。

图1 钳板钳口外纤维丛

图2 莱赛尔纤维及棉纤维钳板钳口外纤维丛重量分布

由图2 可知，自纤维丛前部基准点至上下钳板握持点处纤维的重量逐渐增大，在钳板握持点处，基本接近纤维卷的厚度；莱赛尔与棉纤维相比，在距离前基准点3 mm～27 mm 处纤维重量显著增大，在距离头端18 mm 处莱赛尔纤维比棉纤维的重量增加61%。因此纺莱赛尔纤维与纺棉纤维相比，在距离纤维丛前基准点相等的梳理点上纤维受到的挤压力不同，从而造成锡林梳理力有较大不同。

2 测试原料、工艺条件、原理及方法

2.1 测试原料及小卷的制备

莱赛尔纤维为新型纤维素纤维，其长度为38 mm，细度为13 dtex；棉纤维为新疆细绒棉，手扯长度为29 mm。

将莱赛尔纤维和棉纤维分别经过开清棉联合机制成梳棉生条，再分别经过并条机及条并卷联合机，制成定量均为68 g/m 的精梳小卷。条并卷联合机牵伸均为1.68 倍，并合数均为24 根。

2.2 精梳工艺条件

在HC500 型精梳机上，通过适当改造，单眼运行。精梳工艺条件：落棉隔距11 mm，前进给棉，给棉长度4.7 mm，顶梳插入深度+0.5，顶梳齿密26 针/cm，搭接刻度为+0.5。在梳理过程中，锡林针齿与上钳板的隔距如表1 所示，在40 分度时隔距最小，为0.35 mm。

表1 锡林针齿与上钳板下沿隔距

锡林采用5 个分区，如图3 所示。第1 区为最前区，第5 区为最后区，锡林总齿数为21 085 齿，第1 区～第5 区针齿的前角、针齿数、针齿密度、齿片长度及齿深等参数如表2 所示。

图3 锡林针齿分区

表2 锡林针齿分区针齿规格参数

2.3 测试方法

测试原理如图4 所示。在单眼精梳机的锡林轴上安装扭矩传感器，可测得在锡林梳理纤维层的过程中锡林轴扭矩大小及变化规律，再根据锡林的工作半径换算出锡林梳理力的大小及变化规律。

图4 精梳机锡林梳理力在线测试装置

测试方法：在测试过程中，为消除锡林不平衡而产生的测试误差，在单眼精梳机车速相同的情况下，分别测试锡林梳理过程中有无小卷喂入时锡林扭矩的大小，两者差值即为锡林梳理时产生的实际扭矩。为保证测试结果的准确性，将锡林梳理从开始至梳理结束等分为40 个点，分别测试10 次，取其平均值，并绘制梳理力变化曲线。为减少测试时锡林不平衡而产生振动误差，在精梳机速度为50 钳次/min 条件下进行。

3 结果与讨论

3.1 锡林梳理力的变化规律

在小卷定量及精梳工艺相同的条件下，经实际观测莱赛尔纤维及棉纤维的梳理过程，锡林梳理开始时间（即第一排针开始接触纤维丛）为36分度，锡林最后一排针脱离纤维丛时间为8 分度；分别测试得到莱赛尔纤维及棉纤维精梳过程中锡林梳理力的变化曲线，如图5 所示。

由图5 可以看出：

图5 梳理过程中梳理力的变化曲线

（1）在莱赛尔纤维精梳过程中，锡林梳理力的变化规律与棉纤维基本相同，即在梳理开始时梳理力迅速增大，到达最大值后又迅速减小，并缓慢减小为零，梳理力曲线呈现山形锯齿状。

（2）从36 分度梳理开始至8 分度梳理结束，纺莱赛尔纤维锡林梳理力均大于纺棉纤维的锡林梳理力，纺莱赛尔纤维锡林梳理力峰值为87.3 N，纺棉纤维锡林梳理力峰值为44.5 N，纺莱赛尔纤维锡林梳理力峰值是棉纤维的1.96 倍，这是因为莱赛尔纤维与锡林针齿的摩擦因数大，在相同的梳理点上莱赛尔纤维丛上纤维数量较多，产生的挤压力较大。

（3）莱赛尔纤维锡林梳理力峰值出现的分度数40.2 分度，相对于棉纤维锡林梳理峰值（出现在39.6 分度）推迟了0.6 分度，这主要是由于钳板钳口外纤维层中莱赛尔纤维重量（或根数）分布与棉纤维重量分布不同而形成的。

3.2 给棉长度对锡林梳理力的影响

在小卷定量及其他精梳工艺相同的条件下，分别测试给棉长度为4.3 mm、4.7 mm、5.2 mm时，莱赛尔纤维精梳过程中锡林梳理力的变化曲线，如图6 所示。

由图6 可以看出：

图6 给棉长度对锡林梳理力的影响

（1）当给棉长度增大时，梳理过程中锡林梳理力的峰值出现的位置（40.2 分度）及变化规律不变，但锡林梳理力有所增大。锡林梳理力随给棉长度增大而增大，主要原因是钳板钳口外纤维丛中的纤维量增加，使梳理点处纤维挤压力增大所致。当给棉长度由4.3 mm（梳理力峰值81.7 N）增大到5.2 mm（梳理力峰值97.8 N）时，锡林梳理力增大19.7%，因此给棉长度对锡林梳理力具有显著的影响。

（2）当给棉长度增大时，不同梳理区域锡林梳理力的增加幅度不同，即锡林梳理力在37 分度至2 分度时增加明显，而其他区域梳理力的增幅较小。分析原因：在37 分度至2 分度时锡林的梳理隔距较小（见表1），锡林针齿梳理时对纤维产生的挤压较大，在相同条件下锡林梳理力增大明显；在36.4 分度～37 分度及2 分度～8 分度梳理区内，锡林梳理隔距较大，梳理时产生的挤压力较小；另外通过实际观测可知，在36.4 分度～37 分度区间内钳板钳口外纤维丛上只有第一梳理区的2 排～3 排针参与梳理，在5 分度～8 分度梳理区间内，随着锡林针排退出梳理，参与梳理的针排数逐渐减少，因此锡林梳理力的增幅较小。

3.3 落棉隔距对锡林梳理力的影响

在小卷定量及其他精梳工艺相同的条件下，分别测试落棉隔距为9 mm、11 mm 及13 mm 时，莱赛尔纤维精梳过程中锡林梳理力的变化曲线，如图7 所示。

由图7 可以看出：

图7 落棉隔距对锡林梳理力的影响

（1）当落棉隔距增大时，在梳理过程中锡林梳理力的变化规律不变，但锡林梳理力增大。锡林梳理力随落棉隔距增大而增大，主要原因是由于钳板钳口外纤维丛的长度增加，同时参与锡林针齿数量（即梳理点）增多所致。当落棉隔距由9 mm（梳理力峰值81.7 N）增大到13 mm（梳理力峰值99.9 N）时，锡林梳理力增大22.3%。

（2）当落棉隔距增大时，在不同的梳理区域锡林梳理的增加幅度不同，即锡林梳理力在36.4分度～2 分度时增加明显，而锡林梳理的其他区域梳理力增幅较小。其原因与给棉长度增加导致锡林梳理力增加的原因相同。

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3.4 顶梳插入深度对锡林梳理力的影响

在小卷定量及其他精梳工艺相同的条件下，分别测试顶梳插入深度为-1、0、+1 时，莱赛尔纤维精梳过程中锡林梳理力的变化曲线，如图8所示。

图8 顶梳插入深度对锡林梳理力的影响

分析图8 可知，当顶梳插入纤维丛深度增加时，锡林梳理力的变化规律不变，但锡林梳理力增大。图9 为顶梳梳理插入纤维丛示意图，顶梳针齿与纤维接触的部分为锥形结构。顶梳针齿插入纤维丛梳理时，沿纤维丛的横向被分割成若干个紧密纤维束。当顶梳针齿插入纤维丛的深度增加时，梳理时纤维深入顶梳针隙越深，顶梳针齿对纤维的挤压力越大，顶梳梳理后形成的纤维束紧密度就越大，因此在锡林针齿梳理纤维丛时的梳理力增大。当顶梳针齿插入深度由0（梳理力峰值94.8 N）到+1（梳理力峰值107.5 N）时，锡林梳理力增大13.4%。

图9 顶梳插入深度

另外当顶梳针齿插入深度增加时，在36.4 分度～2 分度区域内锡林梳理力增加较为显著，而在梳理过程的其他区域内增加幅度较小，其原因与给棉长度对锡林梳理力影响机理相同。

4 结论

本研究采用扭矩传感器，测试精梳机锡林梳理过程中锡林轴的扭矩变化，得到了莱赛尔纤维精梳过程中锡林梳理力变化曲线。分析了精梳给棉长度、落棉隔距及顶梳插入深度对锡林梳理力的影响规律，得到以下结论。

（1）在纺莱赛尔纤维的精梳过程中，锡林梳理力的变化规律与纺棉纤维基本相同，即呈现山形锯齿状。纺莱赛尔纤维锡林梳理力大于纺棉纤维，锡林梳理力曲线峰值是棉纤维锡林梳理力曲线峰值的1.96 倍，且峰值位置比棉纤维后移0.6分度。

（3）在莱赛尔纤维精梳过程中，纤维所受的锡林梳理力较棉纤维大，应对精梳锡林针齿齿密、齿形、前角等参数进行优化设计，以减少对纤维的损伤和可纺纤维的损失。