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)。它通過在環(huán)錠細(xì)紗機上安裝裝置，即可直接得到具有低殘余扭矩、低捻度、高強力、毛羽少等優(yōu)點的低扭矩環(huán)錠單紗。紗線的內(nèi)部結(jié)構(gòu)直接影響紗線及其織物的性能，對于這種新型紗線內(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，同時分析了主要紡紗參數(shù)對低扭矩紗線性能的影響。
　　 為更有效地深入分析紗線的結(jié)構(gòu)，本課題設(shè)計開發(fā)了一個用于研究紗線結(jié)構(gòu)參數(shù)的連續(xù)觀察

2、測量系統(tǒng)，用于分析纖維在紗線中的三維結(jié)構(gòu)特點。該連續(xù)觀察測量系統(tǒng)可以連續(xù)捕捉兩個相互垂直面上的示蹤纖維形態(tài)，進(jìn)而獲取相關(guān)信息，重建纖維在紗線中的三維軌跡，同時可以獲取紗線結(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，該系統(tǒng)也可用于快速及時地觀察紗線表面形態(tài)、測量紗線直徑等。對不同紗線中示蹤纖維形態(tài)的跟蹤拍攝和對低扭矩紗線中纖維三維形態(tài)的深入分析驗證了該連續(xù)測量系統(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，以及橢圓形紗線橫截面上纖維徑向位置的計算方法。通過與普通環(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和同軸圓錐形螺旋線。與環(huán)錠紗不同，低扭矩紗線中大多數(shù)纖維軌跡呈非同軸異形螺旋線，且其軸線以及螺旋半徑在空間上不斷變化。此外，低扭矩紗線中很多纖維片段存在無規(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中心到紗線表面以較大的轉(zhuǎn)移幅值頻繁地變化。
　　 在對紗線橫截面上纖維堆砌密度的研究中，本課題介紹了一個用于不同軸向張力下紗線中纖維堆砌密度研究的試樣準(zhǔn)備裝置。該裝置在制備多個試樣的同時，可以根據(jù)需要為試樣施加不同的張力，大大節(jié)省備樣時間，且提高實驗穩(wěn)定性，本論文通過對Tencel紗和毛紗兩類紗線的

5、分析驗證了該裝置的實用性。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，而低扭矩紗線截面上纖維的密度分布變化幅度則相對較緩。同等條件下，低扭矩紗線的纖維堆砌結(jié)構(gòu)比環(huán)錠紗線要緊密的多，纖維分布集中，這也驗證了關(guān)于紗線中纖維三維形態(tài)特征的分析。此外，纖維堆砌密度（或紗線密度）與紗線徑向位置的關(guān)系曲線也可以從這個實驗中得到。
　　 紗線不同徑向位置處纖維螺旋

6、線的螺旋角受到捻度影響，而紗線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，本課題在紗線性能的理論分析中提出了具有橢圓形截面的纖維理想開啟式堆砌時纖維的堆砌密度分布。通過與傳統(tǒng)方法中絕對圓形截面時纖維的堆砌分布進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者并無明顯差異。此外，隨著紗線捻度增加，纖維螺旋線的螺旋角增加，該理論中每個纖維層可容納的纖維根數(shù)減小，但是紗線橫截面上纖維的截面面積增大，因而實際纖維層中纖維的分布密度值波動不大。另外，本課題利用能量法、

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

8、定性解釋紗線的拉伸性能。
　　 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)面分析法來分析了這兩個主要紡紗參數(shù)對低扭矩針織紗線濕扭結(jié)個數(shù)、強力、毛羽、條干等性能的影響。在此實驗基礎(chǔ)上，選取了較優(yōu)參數(shù)進(jìn)行紡紗實驗，對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，如線圈歪斜、頂破強力等。分析結(jié)果顯示，在給定的針織用紗捻度范圍內(nèi)，隨著紗線捻系數(shù)的增加，低扭矩紗線的強力，紗線濕扭結(jié)個數(shù)會顯著增加，毛羽減小。隨著D/Y比增加，低扭矩紗線強力呈減小趨勢，且在低捻度范圍內(nèi)，這種趨勢較弱，而隨著捻度增加，這種變化趨勢比較明顯。D/Y比的增加會減小紗線的濕扭結(jié)個數(shù)。此外，在一定范圍內(nèi)增加D/Y比可以顯著降低紗線的3mm以上毛羽根數(shù)。通過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，較高的強力，且能夠顯著降低紗線的殘余扭矩和紗線的毛羽。與普通環(huán)錠紗針織物相比，低扭矩紗針織物的線圈歪斜得到明顯的改善，且織物的頂破強力遠(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