姜可欣 張文靜 江文斌 呂汪洋 楊小龍 陳文興

摘要： 為提高生絲質(zhì)量，解決人工捻鞘帶來的絲鞘長短不一等生產(chǎn)問題，在繅絲機上設計安裝了繭絲自動集聚裝置，文章通過設計正交試驗方案，研究繭絲自動集聚裝置中不同的導絲環(huán)中心距及導絲環(huán)轉(zhuǎn)速對各種生絲性能的影響，確定裝置的最佳工藝參數(shù)。結果表明，采用優(yōu)化工藝后的繭絲自動集聚裝置繅得的生絲在斷裂伸長率、絲片落絲回潮率方面與常規(guī)絲鞘繅制的生絲沒有明顯的差別，但在生絲的表面形貌、縱向形態(tài)、斷裂強度、抱合性能等物理性能指標上有明顯改善。該集聚裝置可為替代人工捻鞘的研究提供參考。

關鍵詞： 繭絲集聚;生絲性能;絲鞘;正交試驗;表面形貌;繅絲

中圖分類號： TS143.2

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2023）03-0016-07

引用頁碼：

031103

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2023.03.003（篇序）

蠶絲是世界上較細的天然纖維之一，憑借其良好的性能，有“纖維皇后”之美譽［1］。將蠶繭繅成細絲需要經(jīng)過混繭、剝繭、選繭、繅絲及復搖整理等多道工序，其中繅絲是非常重要的一環(huán)?？壗z是根據(jù)生絲規(guī)格要求，將若干根繭絲從繭層中依次離解、抱合成生絲的加工過程［2］。而絲鞘是繅絲中不可缺少的環(huán)節(jié)，通過絲鞘時，絲條高速回轉(zhuǎn)、相互擠壓摩擦，能夠發(fā)散水分、增強繭絲之間的抱合并除掉一部分較小的糙颣［3］。但是絲鞘的形成需要人工來完成，由于繅絲工捻鞘時的力度不是固定的，會導致絲鞘長度有差異，生絲受到不同的擠壓摩擦時間，從而影響生絲性能與質(zhì)量，另外繅絲工的熟練程度也不一樣，因此生產(chǎn)效率難以提高［4］。

很多學者對絲鞘進行研究，發(fā)現(xiàn)絲鞘對生絲的性能有影響。黃繼偉等［5］通過改變絲鞘的長度，發(fā)現(xiàn)絲鞘長度增加，生絲的抱合力得到改善，但繅絲時故障發(fā)生率增多。蔣小葵等［6］研究發(fā)現(xiàn)，當繅絲速度過慢時絲鞘長度過短，會使生絲的抱合質(zhì)量較差。周盛波等［7］通過試驗對比不同絲鞘長度（25、70、110 mm）繅絲時絲條截面的圓整度水平發(fā)現(xiàn)，絲鞘作用越強時，絲條的圓整度越好。另外，若繭絲絲膠膨潤度較差，絲鞘作用對生絲抱合質(zhì)量有更顯著的影響［8］。隨著技術發(fā)展，在替代絲鞘的裝置設計上有越來越多的探索性研究，以提高勞動生產(chǎn)率，如張彩珍等［9］研制了往復式絲條假捻裝置，通過試驗對比，發(fā)現(xiàn)采用假捻裝置繅制的生絲性能與傳統(tǒng)方式繅制的生絲性能基本相同，抱合質(zhì)量明顯提高，可實現(xiàn)無鞘繅絲。張孟麗等［10］設計了一種假捻機構，該機構是利用上下移絲導絲輪，使其進行往復運動，當絲條經(jīng)過導絲輪時發(fā)生扭轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)假捻。將該裝置與傳統(tǒng)繅絲方式繅制的生絲進行對比，發(fā)現(xiàn)利用這種假捻裝置繅絲并不會對生絲性能產(chǎn)生明顯影響，其中，兩種方式繅制的生絲在抱合性能和生絲表面形態(tài)方面差異不大。在斷裂強度方面，采用假捻裝置繅制的生絲優(yōu)于傳統(tǒng)方式繅制的生絲，但是該裝置并未對導絲輪間距、導絲輪表面材料等參數(shù)進行深入研究。

為了加快研發(fā)繅絲生產(chǎn)新技術，提高生絲質(zhì)量，解決人工捻鞘存在的生產(chǎn)效率低、統(tǒng)一性差等問題，本文提出了一種繭絲自動集聚裝置。通過試驗對比研究，確定裝置的最優(yōu)水平工藝參數(shù)，并對采用該裝置繅制的生絲的各項性能與傳統(tǒng)方式繅制的生絲進行對比與分析，為可替代絲鞘的相關研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

材料：人工飼料喂養(yǎng)的干繭。

儀器：SR-1000繭質(zhì)智能測試機（四川省絲綢工業(yè)研究所），CP214電子天平（奧豪斯儀器有限公司），XGQ-2000型電熱鼓風（深圳市華策科技有限公司），MoticBA 200生物顯微鏡（麥克奧迪實業(yè)集團有限公司），XL-2紗線強伸力儀（常州紡織儀器廠），Y731D抱合力機（常州華紡紡織儀器有限公司），JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡（日本電子株式會社）。

使用帶有繭絲自動集聚裝置的繅絲機，主要結構如圖1所示。

從煮熟繭中理出繭絲，多根繭絲依次穿過接緒翼、通絲管、導絲環(huán)和集緒器初步形成生絲。接緒翼套裝在通絲管的外面，動力通過接緒翼的下傳動帶帶動接緒翼繞固定通絲管旋轉(zhuǎn);下傳動帶在動力作用下帶動接緒翼和帶輪軸轉(zhuǎn)動，帶輪軸帶動上帶輪轉(zhuǎn)動，上帶輪在上傳動帶的作用下帶動集聚帶輪轉(zhuǎn)動，從而帶動導絲環(huán)水平方向旋轉(zhuǎn);套裝在通絲管上端的集聚帶輪轉(zhuǎn)動，使穿過導絲環(huán)的繭絲偏離中心與集聚摩擦輪的內(nèi)表面接觸、摩擦、擠壓、旋轉(zhuǎn)。

1.2 正交試驗設計

導絲環(huán)離中心的距離（導絲環(huán)中心距）會影響到繭絲與集聚摩擦輪接觸角度和接觸壓力;導絲環(huán)的轉(zhuǎn)速會影響繭絲與集聚摩擦輪接觸時旋轉(zhuǎn)效果。若導絲環(huán)中心距過大，繭絲與集聚摩擦輪的內(nèi)表面接觸大，容易使絲壓扁，生絲圓整度降低［11］;若導絲環(huán)轉(zhuǎn)速過快，則繅絲張力增大，生絲的斷裂伸長率降低［12］。因此，以導絲環(huán)的中心距、導絲環(huán)轉(zhuǎn)速、繅絲速度為自變量，以生絲縱向形態(tài)、力學性能和抱合性能為表征指標，設計了L9（34）正交試驗。正交試驗選取了3個影響因素，每一因素有3個不同的水平如表1所示，具體的試驗方案如表2所示。

1.3 樣絲制備

每組試驗取100粒蠶繭進行繅絲，經(jīng)過真空滲透、煮繭、索緒、理緒等工序后，按22.2/24.4 dtex（20/22 D）生絲規(guī)格要求，將若干根繭絲穿過接緒翼、通絲管后，使繭絲到達集聚摩擦輪的內(nèi)部，之后經(jīng)過導絲環(huán)與瓷眼，形成生絲。

1.4 測試方法

1.4.1 小絲片落絲回潮率測試

按照GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定烘箱干燥法》，割下小上的絲片，測量其回潮率?；爻甭实挠嬎闳缦率剿荆?/p>

W/%=m-m0m0×100（1）

式中：W為回潮率，%;m為試樣濕重，g;m0為試樣干重，g。

1.4.2 生絲縱向形態(tài)觀察

將生絲試樣纏繞在載玻片上并固定，制取樣絲15片。利用MoticBA 200生物顯微鏡對試樣進行觀察，調(diào)節(jié)物鏡的放大倍數(shù)，每塊載玻片隨機選取10個試樣圖像，記錄生絲縱向形態(tài)的占比。生絲按照不同的縱向粗細均勻性可以分為3種形態(tài)［4］，如圖2所示。由圖2可見，生絲縱向粗細均勻，為圓整形態(tài);縱向粗細不均勻且多根繭絲并列排列，為扁平形態(tài);多根繭絲之間有明顯縫隙，則為分散形態(tài)。

1.4.3 力學性能測試

將試樣在溫度（20.0±2.0） ℃、相對濕度（65.0±4.0）%的條件下平衡12 h以上，采用XL-2型紗線強伸度儀進行測試。測試條件：夾距500 mm，拉伸速度500 mm/min，預加張力（0.05±0.01） cN/dtex，每一試樣測試50次取平均值［13］。

1.4.4 抱合性能測試

將試樣在溫度（20.0±2.0） ℃、濕度（65.0±4.0）%的條件下平衡12 h以上，根據(jù)GB/T 1798—2008《生絲試驗方法》，用Y731D型抱合機進行測試，每一試樣測試20次取平均值［14］。

1.4.5 生絲表面形態(tài)觀察

將試樣固定在樣品臺并進行鍍金處理，使用JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡觀察生絲的表面形態(tài)。測試條件：加速電

壓3 kV，放大倍數(shù)800。

2 結果與分析

2.1 繭絲自動集聚裝置工藝方案研究

采用不同方案繅制所得生絲的各項性能指標如表3所示。其中，生絲縱向形態(tài)、斷裂強度、斷裂伸長率和抱合次數(shù)的測試結果采用“平均值±標準差（x±s）”的形式表示，并對各項性能指標進行極差分析。

2.1.1 工藝參數(shù)對生絲縱向圓整形態(tài)的影響

對不同因素水平下繅制所得生絲的縱向圓整形態(tài)的均值和極差值進行分析，結果如表4所示。

從表4可以看出，導絲環(huán)轉(zhuǎn)速這一因素的差值最大，繅絲速度的極差值最小，說明導絲環(huán)轉(zhuǎn)速對生絲的縱向圓整形態(tài)的影響較大，繅絲速度對生絲縱向圓整形態(tài)的影響最小。對于導絲環(huán)中心距（A）而言，在水平3（7.0 mm）下，生絲縱向圓整度最好。同理，導絲環(huán)轉(zhuǎn)速（B）的最優(yōu)水平是水平1（250 r/min），繅絲速度（C）的最優(yōu)水平是水平3（116 m/min）。綜上，對生絲縱向圓整形態(tài)而言，A3B1C3是較為合適的搭配水平。

2.1.2 工藝參數(shù)對生絲縱向扁平形態(tài)的影響

對各因素水平下繅制的生絲縱向扁平形態(tài)結果進行分析，結果如表5所示。

從表5可以看出，導絲環(huán)轉(zhuǎn)速對生絲縱向扁平形態(tài)的影響最大，影響最小的是繅絲速度。即在繅絲速度為116 m/min（C3）的條件下，生絲縱向扁平形態(tài)在導絲環(huán)中心距為7.0 mm（A3）、導絲環(huán)轉(zhuǎn)速為250 r/min（B1）時最優(yōu)。綜上，對生絲縱向扁平形態(tài)而言，A3B1C3是較為合適的搭配水平。

2.1.3 工藝參數(shù)對生絲縱向分散形態(tài)的影響

對各因素水平下繅制的生絲縱向分散形態(tài)結果進行分析，結果如表6所示。

由表6極差分析可以看到，對生絲縱向分散形態(tài)影響最大的是導絲環(huán)轉(zhuǎn)速，導絲環(huán)中心距的影響最小。另外，在繅絲速度為116 m/min（C3）的情況下，生絲縱向分散形態(tài)在導絲環(huán)中心距為4.0 mm（A1）、導絲環(huán)轉(zhuǎn)速為250 r/min（B1）時最優(yōu)。綜上，對生絲縱向分散形態(tài)而言，A1B1C3是較為合適的搭配方法。

2.1.4 工藝參數(shù)對生絲斷裂強度的影響

在不同因素水平條件下對生絲進行繅制，對生絲斷裂強度的影響結果進行分析，如表7所示。

從表7可以看出，因素B即導絲環(huán)轉(zhuǎn)速的極差值最大，因素A即導絲環(huán)中心距的極差值最小，說明對生絲斷裂強度影響最大的是導絲環(huán)轉(zhuǎn)速，影響最小的是導絲環(huán)中心距。對于導絲環(huán)中心距（A）而言，生絲的斷裂強度在水平3（7.0 mm）時最高。同理，水平1（250 r/min）是導絲環(huán)轉(zhuǎn)速（B）的最優(yōu)水平，而繅絲速度（C）的最優(yōu)水平是水平1（104 m/min）和水平2（110 m/min）。因此，從生絲斷裂強度這一指標來看，A3B1C1/C2是最合適的搭配水平。

2.1.5 工藝參數(shù)對生絲斷裂伸長率的影響

對各因素水平下繅制的生絲斷裂伸長率結果進行分析，如表8所示。

從表8可以看出，對生絲斷裂伸長率影響最大的是導絲環(huán)轉(zhuǎn)速，繅絲速度對該性能的影響較小。對于導絲環(huán)中心距（A）而言，在水平1（4.0 mm）下，生絲的平均斷裂伸長率最優(yōu)。同理，水平2（650 r/min）是導絲環(huán)轉(zhuǎn)速（B）的最優(yōu)水平，而繅絲速度（C）的最優(yōu)水平是水平3（116 m/min）。綜上，從斷裂伸長率這一指標來看，A1B2C3是較為合適的搭配水平。

2.1.6 工藝參數(shù)對生絲抱合性能的影響

對各因素水平下繅制的生絲抱合性能結果進行分析，如表9所示。

根據(jù)表9極差分析，影響生絲抱合性能的因素主次順序為B、C、A。即在繅絲速度為104 m/min（C1）的條件下，在導絲環(huán)中心距為7.0 mm（A3）、導絲環(huán)轉(zhuǎn)速為250 r/min（B1）時繅制的生絲抱合性能最好。綜上，從生絲抱合性能來看，A3B1C1是比較合適的搭配水平。

對于因素A（導絲環(huán)中心距）而言，其對生絲縱向分散形態(tài)、斷裂強度和抱合性能的影響大小排在第三位，為次要因素;對縱向圓整和扁平形態(tài)、斷裂伸長率的影響大小排在第二位，應以這三種指標來考慮，此時取A3為好。對于因素B（導絲環(huán)轉(zhuǎn)速）而言，其對生絲縱向圓整、扁平和分散形態(tài)、斷裂強度和抱合性能的影響大小排在第一位，此時取B1，而對生絲斷裂伸長率的影響大小也排在第一位，此時取B2，綜合平衡考慮，因素B取B1為好。對于因素C（繅絲速度）而言，其對抱合性能和斷裂強度的影響大小排在第二位，此時取C1，對生絲縱向分散形態(tài)的影響也排第二位，此時取C3，對生絲縱向圓整和扁平形態(tài)、斷裂伸長率而言為次要影響因素，不予考慮，綜合來說，因素C取C1為好。

綜合上述分析，繭絲自動集聚裝置的最佳工藝參數(shù)為A3B1C1，即在繅絲速度為104 m/min的條件下，導絲環(huán)中心距為7.0 mm且導絲環(huán)轉(zhuǎn)速為250 r/min。為研究用該工藝參數(shù)繅絲時，對繅出來的生絲性能影響，本文在該工藝條件下繅制的生絲與常規(guī)絲鞘繅制的生絲進行比較，并對兩種方法所繅制的生絲的縱向形態(tài)、力學性能、抱合性能、表面形態(tài)等性能指標進行研究對比。

2.2 不同繅絲工藝繅制生絲的性能對比分析

2.2.1 生絲物理性能

對兩種不同工藝繅制所得生絲的縱向形態(tài)、斷裂強度、抱合及回潮率等物理性能指標進行測試，結果用“平均值±標準差（x±s）”的形式表示，如表10所示。

從表10可以看出，采用優(yōu)化后的工藝進行繅絲，所得生絲在斷裂伸長率和絲片落絲回潮率上并沒有明顯的變化。絲鞘起到發(fā)散水分的作用，影響著絲片的落絲回潮率。由于兩種不同工藝繅制的小絲片落絲回潮率無明顯區(qū)別，說明最優(yōu)工藝可以實現(xiàn)去除水分的目的。此外，采用優(yōu)化后的工藝繅得的生絲，在生絲縱向圓整形態(tài)、抱合性能和斷裂強度方面，均有明顯的改善。分析認為，這是由于優(yōu)化工藝后的繭絲自動集聚裝置能較好地集聚繭絲，使繭絲間緊密抱合，提高絲條縱向圓整形態(tài)的比例，從而也提高了生絲的斷裂強度。

2.2.2 生絲表面形態(tài)

將兩種不同繅絲工藝繅制所得的生絲按要求擺放在樣品臺，利用掃描電鏡對其表面形貌進行觀察，如圖3所示。由圖3可以看出，采用優(yōu)化工藝后的繭絲自動集聚裝置繅制的生絲縱向更加圓整，繭絲之間的抱合也更加緊密，這是因為在繅絲時，繭絲在導向部件的作用下，能夠在集聚摩擦輪的內(nèi)表面獲得充分旋轉(zhuǎn)與摩擦，同時利用絲膠的黏附作用，使得繭絲間的抱合更強烈。

3 結 論

本文在繅絲機上設計安裝了繭絲自動集聚裝置，以生絲縱向形態(tài)、斷裂強度、斷裂伸長率、抱合性能作為評定指標，通過正交試驗及極差分析，確定裝置的最佳工藝參數(shù)，并對由常規(guī)絲鞘與優(yōu)化后的工藝繅制的生絲進行性能對比，得到以下結論。

1） 在繅絲速度為104 m/min的條件下，導絲環(huán)中心距為7.0 mm及導絲環(huán)轉(zhuǎn)速為250 r/min時，繅制的生絲各項性能指標最好。

2） 采用優(yōu)化后的工藝繅制的生絲在生絲斷裂伸長率、絲片落絲回潮率上與原工藝相比并沒有明顯的區(qū)別，而在生絲的表面形貌、縱向圓整形態(tài)、斷裂強度和抱合性能方面均有所改善，說明該裝置對替代人工捻鞘具有一定可行性。

致謝：本研究由財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系基金”資助。

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Research on the process of the automatic bave gathering device and its effects on raw silk properties

JIANG Kexin1， ZHANG Wenjing1， JIANG Wenbin1，2， L Wangyang2， YANG Xiaolong1， CHEN Wenxing2

（1.College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk）， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China;2.National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

China is the first country in the world to invent silkworms， and silk has a long cultural history， not only providing us with excellent clothing， but also making an important contribution to the exchange between China and the world in various aspects. Silk is a valuable heritage rich in vitality. Raw silk is the primary product of the silk industry， and its quality is related to the stability and development of the silk industry. The cocoons need to be mixed， peeled， selected， reeled and reshuffled in order to be reeled into raw silk. Reeling is a very important part of the silk production process， and it is the process of dissociating and gathering the cocoon silk from the surface of the cooked cocoons into raw silk， mainly including the process of cocoon brushing， picking end， end attaching， uniting ends and sheath twisting. The twisting sheath is a process of forming a silk sheath by manually twisting the silk strip and its rear silk strip in a spiral twisting state. During silk reeling， the two strips of the filament rotate at a high speed under the action of the filament sheath， and the moisture on the filament is divergent. At the same time， the ends of the silk sheath are subjected to tension and the sides of the silk strip are subjected to the squeezing pressure of the silk strip itself. This squeezing pressure on the sides of the silk strip results in a tighter structure of the silk strip， which improves the distribution uniformity of sericin， increases the adhesive area， and enhances the cohesion of the silk strip. In addition， the squeezing of the silk sheaths causes the silk strips to rub against each other， reducing the number of flawed strips and improving their clarity. At present， most of the processes in the silk reeling factory have been mechanized， but the silk sheath is the only operation that needs to be completed manually in the existing automatic silk reeling machine. The proficiency of the operator affects the structural parameters of the silk sheath， which makes the uniformity of the silk sheath poor， thus affecting the silk agglomeration effect. The manual operation restricts the improvement of silk reeling labor productivity while affecting the automation degree of automatic silk reeling machines.

In response to the problems of uneven quality and low efficiency of the traditional manual sheath twisting method， we are eager to make a new breakthrough in improving the efficiency and the uniformity of the quality of the silk sheath. Therefore， the idea of an automatic bave gathering device is proposed as an alternative to manual sheath twisting. The automatic bave gathering device includes three parts： gathering friction mechanism， gathering guide mechanism and transmission mechanism， which can be directly installed on the silk reeling machine. By designing an orthogonal experimental scheme， the effects of different center distances and rotation speeds of the guide ring on the moisture recovery rate of silk sheet， surface morphology， longitudinal round shape， mechanical properties and cohesion properties of the raw silk were analyzed， and the optimum process parameters were determined. The performance of the raw silk reeled under the optimum process parameters was compared with that of the raw silk reeled under the conventional process. The results showed that when the reeling speed was 104 m/min， the center distance of the guide ring was 7.0 mm and the rotation speed of the guide ring was 250 r/min， the performance indexes of the reeled raw silk were the best. There was no significant difference in the elongation at break and moisture recovery rate of the silk sheet under the optimum process parameters compared with the conventional process， and there was an improvement in the surface morphology， the longitudinal round shape， the breaking strength and the cohesion properties of the raw silk.

The use of the automatic bave gathering device to reel raw silk can improve the performance of raw silk to achieve the purpose of replacing the manual silk sheath to gather cocoon silk and improve efficiency and to meet the requirements of raw silk production， which provides a technical reference for further automation of automatic silk reeling machines and improve production efficiency.

Key words：

bave gathering; raw silk performance; silk sheath; orthogonal experiment; surface morphology; silk reeling

收稿日期：

2022-06-20;

修回日期：

2023-01-15

基金項目：

作者簡介：

姜可欣（1999），女，碩士研究生，研究方向為現(xiàn)代紡織加工技術。通信作者：江文斌，教授級高工，hfjjwb@163.com。