低扭矩環(huán)錠單紗的結(jié)構(gòu)及性能.pdf

1、由香港理工大學(xué)研發(fā)的低扭矩環(huán)錠單紗生產(chǎn)技術(shù)是一種新型環(huán)錠紗生產(chǎn)技術(shù)。它通過(guò)在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上安裝裝置，即可直接得到具有低殘余扭矩、低捻度、高強(qiáng)力、毛羽少等優(yōu)點(diǎn)的低扭矩環(huán)錠單紗。紗線(xiàn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響紗線(xiàn)及其織物的性能，對(duì)于這種新型紗線(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究還不夠深入，本課題以分析低扭矩環(huán)錠單紗特殊結(jié)構(gòu)為主線(xiàn)，同時(shí)分析了主要紡紗參數(shù)對(duì)低扭矩紗線(xiàn)性能的影響。
　　 為更有效地深入分析紗線(xiàn)的結(jié)構(gòu)，本課題設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于研究紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)的連續(xù)觀察

2、測(cè)量系統(tǒng)，用于分析纖維在紗線(xiàn)中的三維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。該連續(xù)觀察測(cè)量系統(tǒng)可以連續(xù)捕捉兩個(gè)相互垂直面上的示蹤纖維形態(tài)，進(jìn)而獲取相關(guān)信息，重建纖維在紗線(xiàn)中的三維軌跡，同時(shí)可以獲取紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如纖維徑向位置分布、空間取向角、短片段上捻度的分布等。同時(shí)，該系統(tǒng)也可用于快速及時(shí)地觀察紗線(xiàn)表面形態(tài)、測(cè)量紗線(xiàn)直徑等。對(duì)不同紗線(xiàn)中示蹤纖維形態(tài)的跟蹤拍攝和對(duì)低扭矩紗線(xiàn)中纖維三維形態(tài)的深入分析驗(yàn)證了該連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性。
　　 為了更有效表征低

3、扭矩紗線(xiàn)中的纖維的特殊形態(tài)，如纖維片段的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象等，文中提出纖維片段空間取向角方向性的表征方法，以及橢圓形紗線(xiàn)橫截面上纖維徑向位置的計(jì)算方法。通過(guò)與普通環(huán)錠紗中纖維三維形態(tài)的比較發(fā)現(xiàn)，環(huán)錠紗中纖維主要有兩種螺旋路徑，即同軸圓柱形螺旋線(xiàn)和同軸圓錐形螺旋線(xiàn)。與環(huán)錠紗不同，低扭矩紗線(xiàn)中大多數(shù)纖維軌跡呈非同軸異形螺旋線(xiàn)，且其軸線(xiàn)以及螺旋半徑在空間上不斷變化。此外，低扭矩紗線(xiàn)中很多纖維片段存在無(wú)規(guī)律的局部反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在同樣的纖維徑向位置處，低扭矩紗

4、線(xiàn)中纖維的平均取向角常常小于環(huán)錠紗中纖維的平均取向角。低扭矩環(huán)錠單紗中，大多數(shù)纖維傾向于分布在距離紗芯較近的位置，且其徑向位置從紗線(xiàn)中心到紗線(xiàn)表面以較大的轉(zhuǎn)移幅值頻繁地變化。
　　 在對(duì)紗線(xiàn)橫截面上纖維堆砌密度的研究中，本課題介紹了一個(gè)用于不同軸向張力下紗線(xiàn)中纖維堆砌密度研究的試樣準(zhǔn)備裝置。該裝置在制備多個(gè)試樣的同時(shí)，可以根據(jù)需要為試樣施加不同的張力，大大節(jié)省備樣時(shí)間，且提高實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性，本論文通過(guò)對(duì)Tencel紗和毛紗兩類(lèi)紗線(xiàn)的

5、分析驗(yàn)證了該裝置的實(shí)用性。在與同樣紡紗參數(shù)的環(huán)錠紗進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，纖維在環(huán)錠紗橫截面上分布的緊密程度受紗線(xiàn)軸向張力變化的影響非常明顯，尤其是環(huán)錠毛紗，而低扭矩紗線(xiàn)截面上纖維的密度分布變化幅度則相對(duì)較緩。同等條件下，低扭矩紗線(xiàn)的纖維堆砌結(jié)構(gòu)比環(huán)錠紗線(xiàn)要緊密的多，纖維分布集中，這也驗(yàn)證了關(guān)于紗線(xiàn)中纖維三維形態(tài)特征的分析。此外，纖維堆砌密度（或紗線(xiàn)密度）與紗線(xiàn)徑向位置的關(guān)系曲線(xiàn)也可以從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中得到。
　　 紗線(xiàn)不同徑向位置處纖維螺旋

6、線(xiàn)的螺旋角受到捻度影響，而紗線(xiàn)橫截面上纖維的截面形狀則根據(jù)螺旋角的變化而變化，據(jù)此，本課題在紗線(xiàn)性能的理論分析中提出了具有橢圓形截面的纖維理想開(kāi)啟式堆砌時(shí)纖維的堆砌密度分布。通過(guò)與傳統(tǒng)方法中絕對(duì)圓形截面時(shí)纖維的堆砌分布進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者并無(wú)明顯差異。此外，隨著紗線(xiàn)捻度增加，纖維螺旋線(xiàn)的螺旋角增加，該理論中每個(gè)纖維層可容納的纖維根數(shù)減小，但是紗線(xiàn)橫截面上纖維的截面面積增大，因而實(shí)際纖維層中纖維的分布密度值波動(dòng)不大。另外，本課題利用能量法、

7、離散纖維原則、最小路徑假說(shuō)，以理想模型為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合前文纖維在紗線(xiàn)橫截面上的密度分布，分析了低扭矩紗線(xiàn)的拉伸性能。環(huán)錠紗的實(shí)際拉伸曲線(xiàn)的模量比纖維的平均拉伸曲線(xiàn)的模量低，而低扭矩紗的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)與纖維平均應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)基本重合，這說(shuō)明在環(huán)錠紗的拉伸斷裂過(guò)程中，有相當(dāng)一部分纖維軸向沒(méi)有受力，而在低扭矩紗線(xiàn)的拉伸斷裂過(guò)程中大部分的纖維軸向能夠同時(shí)受力，即纖維的強(qiáng)力利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出環(huán)錠紗。雖然理論結(jié)果與試驗(yàn)有一定偏差，仍可以結(jié)合紗線(xiàn)的結(jié)構(gòu)分析，

8、定性解釋紗線(xiàn)的拉伸性能。
　　 在低扭矩環(huán)錠紗紡紗技術(shù)中，由于引進(jìn)了新的紡紗部件，捻度和D/Y比(假捻器線(xiàn)速度(D)與紡紗速度（Y)之間的比）成為影響低扭矩環(huán)錠單紗性能的主要因素。本課題利用二因子響應(yīng)面分析法來(lái)分析了這兩個(gè)主要紡紗參數(shù)對(duì)低扭矩針織紗線(xiàn)濕扭結(jié)個(gè)數(shù)、強(qiáng)力、毛羽、條干等性能的影響。在此實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取了較優(yōu)參數(shù)進(jìn)行紡紗實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析同樣條件下紡制的環(huán)錠單紗和低扭矩環(huán)錠單紗的管紗及筒子紗的主要物理性能，以及相應(yīng)的針織物的

9、主要性能，如線(xiàn)圈歪斜、頂破強(qiáng)力等。分析結(jié)果顯示，在給定的針織用紗捻度范圍內(nèi)，隨著紗線(xiàn)捻系數(shù)的增加，低扭矩紗線(xiàn)的強(qiáng)力，紗線(xiàn)濕扭結(jié)個(gè)數(shù)會(huì)顯著增加，毛羽減小。隨著D/Y比增加，低扭矩紗線(xiàn)強(qiáng)力呈減小趨勢(shì)，且在低捻度范圍內(nèi)，這種趨勢(shì)較弱，而隨著捻度增加，這種變化趨勢(shì)比較明顯。D/Y比的增加會(huì)減小紗線(xiàn)的濕扭結(jié)個(gè)數(shù)。此外，在一定范圍內(nèi)增加D/Y比可以顯著降低紗線(xiàn)的3mm以上毛羽根數(shù)。通過(guò)與同樣條件下紡制的普通環(huán)錠單紗管紗和筒紗的性能的比較可以得到，在

10、捻度顯著減小的情況下，低扭矩環(huán)錠紗仍然能夠有很好的可紡性，較高的強(qiáng)力，且能夠顯著降低紗線(xiàn)的殘余扭矩和紗線(xiàn)的毛羽。與普通環(huán)錠紗針織物相比，低扭矩紗針織物的線(xiàn)圈歪斜得到明顯的改善，且織物的頂破強(qiáng)力遠(yuǎn)大于同捻度的環(huán)錠織物，接近于正常捻度的環(huán)錠織物的頂破強(qiáng)力。常用低扭矩紗針織物的透氣性接近于低捻的環(huán)錠紗針織物，且比正常捻度的環(huán)錠紗針織物透氣性好，抗起毛起球性能上，低扭矩紗針織物與正常捻度的環(huán)錠紗針織物接近，且比同捻度的環(huán)錠紗針織物好。低扭矩紗線(xiàn)