阮 麗， 孫榮基， 劉基宏， 李永貴

(1. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無(wú)錫 214122； 2. 紡織服裝福建省高校工程研究中心， 福建 福州 350108)

紡紗專件器材改造是開發(fā)新產(chǎn)品的一條有效途徑，而對(duì)牽伸膠輥進(jìn)行改造是一種簡(jiǎn)單易行，成本低廉的方法。在牽伸區(qū)上膠圈的中鐵輥上開槽，或用開槽膠輥代替中鐵輥來實(shí)現(xiàn)滑溜牽伸，如在三羅拉牽伸中對(duì)中膠圈開槽使之僅有一個(gè)牽伸區(qū)[1]，可用于并條機(jī)、粗紗機(jī)和細(xì)紗機(jī)[2]。滑溜牽伸主要用于半精紡原料中纖維長(zhǎng)度差異較大的混紡紗，如采用在中皮輥開槽實(shí)現(xiàn)滑溜牽伸紡制低比例山羊絨混紡紗[3-4]，也用于不同粗細(xì)、長(zhǎng)度的棉/麻紡紗[5]和柞絹絲紡紗[6]。另一類牽伸膠輥如開槽膠輥、臺(tái)階膠輥、多邊形膠輥在普通細(xì)紗機(jī)上可開發(fā)花式紗線產(chǎn)品[7]。采用四羅拉牽伸法紡制段彩紗時(shí)，將階梯膠輥分別應(yīng)用在三羅拉和四羅拉的上膠輥中來實(shí)現(xiàn)段彩效果[8]。最近華孚色紡有限公司采用內(nèi)切六邊形的后膠輥開發(fā)出了一種生產(chǎn)段彩紗的新方法。

本文基于賽絡(luò)紡，采用具有凹槽的后羅拉上膠輥，開發(fā)具有特殊花型效果的花式紗，具有改造簡(jiǎn)單、花式新穎的特點(diǎn)。

1 工藝原理

1.1 紡紗方式

本文采用的細(xì)紗機(jī)的后羅拉上膠輥表面刻有1個(gè)凹槽，如圖1所示。粗紗A在喂入后羅拉時(shí)可落入凹槽中，凹槽的側(cè)面形狀呈圓弧形，凹槽深度由兩邊向中間逐漸加深。粗紗A和粗紗B經(jīng)雙喇叭口平行喂入后羅拉，在后羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，當(dāng)凹槽轉(zhuǎn)到底部與后羅拉接觸時(shí)，粗紗A落入凹槽中不受后羅拉握持，則這段須條的后區(qū)牽伸減少；當(dāng)凹槽離開底部，粗紗A受到握持力，重新恢復(fù)正常的后區(qū)牽伸。由此，粗紗A喂入后羅拉受到間斷性握持，從而后區(qū)牽伸發(fā)生周期性變化，紗線縱向呈現(xiàn)規(guī)律性粗細(xì)變化，粗紗A在縱向的花色比例有規(guī)律地增減，獲得一種新型外觀花色效果的紗線。

圖1 賽絡(luò)新型花式紗用后羅拉上膠輥Fig.1 Back-top roller for Siro new fancy yarn

1.2 后鉗口須條的受力分析

在牽伸過程中，羅拉鉗口必須具有足夠的握持力來克服摩擦力，牽伸中須條在后鉗口下的受力分析如圖2所示。

圖2 須條在后鉗口下的受力分析Fig.2 Force analysis under rear clamp

后羅拉上膠輥的壓力P作用于須條，使得須條受到握持，在牽伸力T的作用下，須條有向前滑動(dòng)的趨勢(shì)，而后羅拉和上膠輥?zhàn)饔糜陧殫l的摩擦力分別為f1和f2，握持力為

F=f1+f2

在正常的牽伸過程中后鉗口握持須條的條件是F≥T[9]。

假設(shè)纖維都在同一截面X1-X1界面變速。當(dāng)凹槽剛轉(zhuǎn)到底部時(shí)，P開始逐漸降為0，此時(shí)F逐漸減小，|F-T|逐漸增大，須條受力大小將逐漸轉(zhuǎn)為F

牽伸的實(shí)質(zhì)是纖維之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，纖維與纖維頭端之間的距離拉大[10]，實(shí)際牽伸中纖維頭端并不在同一界面變速，產(chǎn)生移距偏差[10-11]，移距的計(jì)算公式為

a1=Ea0±(E-1)x

式中：a0為原始頭端移距；a1為牽伸后形成的新的移距；E為牽伸倍數(shù)；x為變速位置差異值。

由上式可見，當(dāng)凹槽剛轉(zhuǎn)到底部與后羅拉接觸，有較多的纖維提早變速，且x增大，從而纖維頭端距離a1較正常移距小，產(chǎn)生粗節(jié)。

1.3 成紗結(jié)構(gòu)變化

通過凹槽的那段須條的后區(qū)牽伸倍數(shù)先是從正常到逐漸減少，直至為1，再由1逐漸增大到正常，牽伸效率逐漸減小再逐漸增大，總牽伸倍數(shù)也如此變化，成紗花色呈現(xiàn)白色比例逐漸從正常到增加，再由最大到逐漸減小到正常，紗線縱向產(chǎn)生漸變的粗節(jié)，如圖3所示。

圖3 賽絡(luò)新型花式紗縱向結(jié)構(gòu)Fig.3 Longitudinal of Siro new fancy yarn

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

采用TH598J數(shù)碼紡紗機(jī)紡制30 tex滌綸賽絡(luò)新型花式紗，細(xì)紗捻系數(shù)為250。白色滌綸粗紗A定量為4.1 g/(10 m)，紅色滌綸粗紗B定量為4.1 g/(10 m)。膠輥表面的凹槽角度為90°，寬度為6 mm，中間最大深度為2.5 mm，其形狀如圖1所示。為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，保持實(shí)驗(yàn)及樣品測(cè)試在同一溫濕度下進(jìn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

在保證后區(qū)牽伸倍數(shù)、后區(qū)羅拉隔距和鉗口隔距等參數(shù)相同的基礎(chǔ)上，采用切斷稱重法測(cè)得后羅拉上膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)1周從中羅拉輸出的須條的質(zhì)量分布，同時(shí)測(cè)得不經(jīng)凹槽正常紡紗時(shí)后羅拉上膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)1周從中羅拉輸出的須條的質(zhì)量分布。利用公式計(jì)算出后區(qū)牽伸的變化，從而得出后區(qū)牽伸的變化曲線，分析凹槽對(duì)后區(qū)牽伸的影響，推導(dǎo)出對(duì)成紗牽伸的影響，并得出凹槽對(duì)賽絡(luò)新型花式紗的花色影響和規(guī)律。為了研究后羅拉牽伸過程中牽伸倍數(shù)的變化，需作以下假設(shè)：粗紗從后羅拉喂入的須條是均勻的，即喂入的須條質(zhì)量不變，且為粗紗定量。后區(qū)牽伸為簡(jiǎn)單羅拉牽伸，主要工藝參數(shù)如表1所示，錠子轉(zhuǎn)速為7 000～8 000 r/min。

表1 工藝參數(shù)Tab.1 Spinning parameters

2.3 數(shù)據(jù)處理

用切斷稱重法測(cè)得后羅拉上膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)1周從中羅拉輸出的須條的質(zhì)量分布，即分別采用正常的后羅拉上膠輥和帶有凹槽的后羅拉上膠輥紡紗，在機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，粗紗須條由后羅拉喂入經(jīng)后區(qū)牽伸，直接從中羅拉輸出，不通過前羅拉，從而獲得只經(jīng)過后區(qū)牽伸的須條。同時(shí)，羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)過程中在須條上標(biāo)記轉(zhuǎn)動(dòng)1周的起始和終點(diǎn)的位置，然后將須條剪下置于方格紙上，將須條剪成5 mm長(zhǎng)的片段并稱量，分別得到采用正常膠輥紡制的須條質(zhì)量分布N1(x)和帶有凹槽的膠輥紡制的須條質(zhì)量分布N2(x)，同時(shí)分別測(cè)得后羅拉上膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)1周輸出須條的長(zhǎng)度l。如此每組分別測(cè)試20根須條，取平均值。牽伸倍數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：m1為輸出產(chǎn)品的單位長(zhǎng)度質(zhì)量；m2為喂入產(chǎn)品的單位長(zhǎng)度質(zhì)量。

由公式可得出正常后區(qū)牽伸倍數(shù)變化分布E1(x)和采用刻有凹槽的膠輥的后區(qū)牽伸倍數(shù)變化分布E2(x)。為進(jìn)一步對(duì)成紗的花色規(guī)律進(jìn)行研究，本文基于賽絡(luò)紡，采用粗紗A和粗紗B為原料紡制AB紗線，在后羅拉上膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，粗紗A可落入凹槽中，而粗紗B正常牽伸，對(duì)成紗的花色進(jìn)行觀察分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 后區(qū)牽伸變化與分析

經(jīng)測(cè)量得出后羅拉上膠輥轉(zhuǎn)動(dòng)1周，從中羅拉輸出須條的長(zhǎng)度l分別為162.6 mm(有凹槽)和161.8 mm(無(wú)凹槽)，忽略測(cè)量誤差以及機(jī)器因素，其基本一致。這里忽略粗紗不勻和牽伸不勻以及測(cè)量誤差的影響，輸出須條質(zhì)量分布如圖4所示。

圖4 中羅拉輸出的須條質(zhì)量分布Fig.4 Mass distribution of strand of fibers output from the middle roller

圖4中橫坐標(biāo)距離表示須條從中羅拉輸出時(shí)標(biāo)記的起點(diǎn)到中羅拉的距離?？梢钥闯觯簾o(wú)凹槽的須條的質(zhì)量分布N1(x)基本一致，且平均值為1.29 mg；有凹槽的須條的質(zhì)量分布N2(x)先是與無(wú)凹槽的質(zhì)量分布基本一致，保持在1.29 mg上下波動(dòng)，在x1=45 mm處質(zhì)量開始明顯增大，直到逐漸增加到最大值1.93 mg，此數(shù)值接近2.05 mg，即喂入粗紗的單位質(zhì)量，接著須條的質(zhì)量開始逐漸下降，直到x2=120 mm以后質(zhì)量又開始保持在1.29 mg?？梢钥闯?不受后羅拉握持的這段須條的質(zhì)量是逐漸增減的，且增量和減量基本相同。

圖5示出須條的后區(qū)牽伸變化曲線。可以看出：正常后區(qū)牽伸倍數(shù)E1(x)基本保持在1.6上下浮動(dòng);而有凹槽的后區(qū)牽伸倍數(shù)E2(x)先與無(wú)凹槽的后區(qū)牽伸倍數(shù)基本一致，保持在1.6上下波動(dòng)，在x1=45 mm處牽伸倍數(shù)開始明顯減小，直到逐漸減小到最小值1.06，此數(shù)值接近1，即須條基本不牽伸；接著后區(qū)的牽伸倍數(shù)開始逐漸上升，直到x2=120 mm以后牽伸倍數(shù)又開始保持在1.6上下浮動(dòng)?？梢钥闯?，不受后羅拉握持的這段須條的后區(qū)牽伸倍數(shù)是逐漸減小再增大的，且減量和增量基本相同。

圖5 新型花式紗后區(qū)牽伸變化Fig.5 Back drafting changes of new fancy yarn

從N2(x)和E2(x)分布圖可看出，須條質(zhì)量變化和后區(qū)牽伸變化的那一段須條長(zhǎng)度為Δx=x2-x1，經(jīng)計(jì)算為75 mm，占總長(zhǎng)度l的百分比為a=Δx/l，計(jì)算可得a為0.46。而理論上，凹槽的角度為90°，落入凹槽的那一段須條占輸出總長(zhǎng)度的百分比為0.25，從而牽伸變化的那一段須條的長(zhǎng)度為40.45 mm?？梢钥闯?，落入凹槽的那段須條分別對(duì)它前后的一段須條產(chǎn)生影響，使得前后須條提前變速，產(chǎn)生粗節(jié)，牽伸倍數(shù)逐漸減小。

3.2 成紗線密度分析

由上述分析可知，賽絡(luò)紡新型花式紗中A紗的后區(qū)牽伸倍數(shù)變化分布為E2(x)，由牽伸倍數(shù)公式可得成紗線密度：

式中：W為粗紗A定量，g/(10 m)；Ef為前區(qū)牽伸倍數(shù)；Tt(x)為成紗線密度，tex；Tt為B紗的線密度，tex。由此可以看出，賽絡(luò)紡新型花式紗的線密度因后區(qū)牽伸倍數(shù)的變化而變化。

3.3 成紗花色分析

對(duì)有凹槽的紗線采用YG 381型搖黑板機(jī)搖成黑板，利用Epson GT-20000型掃描儀對(duì)紗線進(jìn)行掃描，掃描分辨率為1 200 dpi，得到其縱向結(jié)構(gòu)圖像，如圖6所示。因本紗線為賽絡(luò)花式紗，其具有賽絡(luò)紗的花色效果，即紗線表觀顏色是A紗和B紗2種顏色交替變化的。從圖6可以看出，紗線呈現(xiàn)粗細(xì)節(jié)交替變化，同時(shí)結(jié)合圖4、5的分析結(jié)果可以得出，A紗即白色的占比是呈現(xiàn)增減變化的，先是保持不變?nèi)缓笾饾u增大再逐漸減小，直至回到原來不變的狀態(tài)。即此新型賽絡(luò)花式紗線縱向外觀結(jié)構(gòu)中在A紗和B紗的2種顏色交替變化過程中，A紗出現(xiàn)有規(guī)律的增減變化，得到一種特殊結(jié)構(gòu)和色彩的賽絡(luò)紡花式紗線。

圖6 新型花式紗縱向結(jié)構(gòu)變化Fig.6 Longitudinal structure changes of new fancy yarn

4 結(jié) 論

本文采用表面刻有凹槽的后羅拉上膠輥紡制具有特殊結(jié)構(gòu)的賽絡(luò)新型花式紗，對(duì)后區(qū)須條質(zhì)量和牽伸倍數(shù)變化進(jìn)行分析，并給出了成紗線密度的理論公式，得出如下結(jié)論。

1) 后羅拉上膠輥刻有一個(gè)90°的凹槽，從中羅拉輸出的須條的質(zhì)量先是基本保持不變，然后逐漸增減，且最大值接近粗紗喂入的質(zhì)量。

2) 受凹槽影響，后區(qū)牽伸倍數(shù)由正常逐漸減到接近1再逐漸增大到正常，且增減的速率基本相同。

3) 通過凹槽的須條分別對(duì)其前后一段須條的牽伸產(chǎn)生影響，使得前后纖維提前變速，產(chǎn)生粗節(jié)。

4) 基于賽絡(luò)紡花式紗，成紗線密度因?yàn)榇旨咥的變化而有規(guī)律增減，成紗縱向結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)粗紗A花色的規(guī)律性粗細(xì)變化。