全聚紡紗體內纖維轉移規律對成紗性能的影響

楊 敏，謝春萍,劉新金

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

全聚紡紗體內纖維轉移規律對成紗性能的影響

楊 敏，謝春萍,劉新金

(生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)，江蘇 無錫 214122)

為探討全聚紡集聚區對成紗質量的影響，在加裝全聚紡裝置的QFA1528型細紗機上，分別采用4種集聚負壓(1 600、2 000、2 400、2 800 Pa)，4種槽型的吸風插件(水滴槽、短斜槽、直槽、長斜槽)，3種不同的氣流導向片(A型、B型、C型)，紡制線密度為9.7 tex的純棉全聚紡紗線，并對紗線的各項性能指標進行測試。采用示蹤纖維方法對紗體內纖維的內外轉移系數進行測量，分析不同集聚區工藝對成紗質量的影響。結果表明：當負壓為2 000 Pa時，紗線條干和強力最好，當負壓為2 800 Pa時，3 mm以上的有害毛羽最少；當吸風插件選擇短斜槽時，紗線條干最好，選擇長斜槽時，紗線的強力和毛羽最好；當氣流導向片選擇B型時，紗線的條干最好，選擇C型時，紗線的強力最好。

全聚紡；集聚負壓；吸風插件；氣流導向片

集聚紡技術是在傳統環錠紡基礎上發展起來的一種環錠紡紗新技術，集聚紡類型可分為氣壓式和機械式。目前采用負壓氣流集聚的集聚紡裝置在市場上占有的比重較大，有瑞士立達(Rieter)、德國緒森(Sussen)、日本豐田(Toyota)、德國青澤(Zinser)[1]。國內集聚紡系統使用過程中消耗大、能耗高，針對此現象本課題組研制出一種新型集聚紡系統——全聚紡，該系統能提高吸風系統集聚負壓的利用效率，可安裝在國產機架上，便于老機的改造[2]。

目前已有的關于全聚紡中集聚負壓和吸風槽型對成紗質量的影響研究發現，不同的紗支所選擇的集聚負壓和吸風槽型不同。不同吸風槽對集聚區流場分布的影響也有研究[3-4]，但是關于集聚負壓、吸風槽和氣流導向片對紗線中纖維內外轉移規律的影響研究較少。紗線中纖維的內外轉移系數對紗線的性能有很大的影響[5]，實際生產中可利用紗線內外轉移系數進一步改善紗線結構，提高紗線質量，為制定完善的紡紗工藝提供條件。針對此，本文采用不同的集聚區工藝紡制全聚紡紗線，并結合紗線中纖維內外轉移系數來分析集聚區工藝對成紗質量的影響。

1 實驗部分

1.1 紡紗實驗

采用活性染料將棉纖維染成黑色，作為示蹤纖維。在梳棉工序，將占原料質量約0.8%的示蹤纖維混入未染色的棉纖維[6]，制得含有示蹤纖維的生條。然后再將生條通過FA320A高速并條機，經2道并條工序后，再使用FA421A型粗紗機紡得定量為4.0 g/10 m的粗紗。在加裝全聚紡裝置的QFA1528型細紗機上，分別采用4種負壓：1 600、2 000、2 400、2 800 Pa，4種不同槽型的吸風插件：水滴槽、短斜槽、直槽、長斜槽，3種不同的氣流導向片：A型、B型、C型來紡制線密度為9.7 tex的紗線。 具體紡紗工藝如表1所示。

表1 紡紗工藝參數表Tab.1 Spinning process parameter

全聚紡集聚原理如圖1所示。全聚紡裝置是以傳統的環錠紡三羅拉長、短膠圈牽伸裝置為基礎，保留中羅拉，上、下膠圈和后牽伸區機構，將前羅拉換成直徑為50 mm且表面開有條形窄槽的空心羅拉。在窄槽羅拉表面，集聚區由最前方的輸出阻捻皮輥和前皮輥所控制的圓弧區域構成。在窄槽羅拉內部裝有表面開有槽的位置固定的吸風組件，吸風組件通過風道與細紗機上的中央吸風系統相連。風機開動時產生負壓，在負壓的作用下，集聚區周邊的氣流產生運動，氣流穿過導向裝置的溝槽，通過吸風插件被吸人中央吸風系統，集聚區須條中的纖維在氣流的作用下，自上而下，由邊緣到中心向須條內部集聚，縮小須條的寬度[2]。

采用YG173A型紗線毛羽測試儀測定紗線毛羽，采用YG068C全自動單紗強力測定儀測試紗線的強力，采用烏斯特條干儀測定紗線條干CV值以及其他指標。測試環境為：溫度(21±2)℃，相對濕度(65±3)%，測試前紗線在該條件下平衡24 h以上。

1.2 觀測實驗

將采用不同紡紗工藝紡制的紗線浸入由溴代萘和松節油調好的溶液中，由于染色纖維和未染色纖維對光的折射率不同，使得浸泡后的紗線中未染色纖維在顯微鏡下變得透明，從而能觀察到染色纖維在紗線中的排列位置，如圖2所示。圖中黑色纖維即為示蹤纖維。在顯微鏡下，通過測量紗線的直徑R、示蹤纖維波峰位置到紗中心軸線的距離ri來分析紗線的內部結構。

纖維的內外轉移系數在對紗線中纖維的內外轉移程度MD的描述中，本文采用如下公式計算：

式中：n為測量次數，即樣本量，本實驗所采集的數據個數n為400；ri為波形曲線的峰/(谷)距紗軸的距離；R為紗的半徑。MD值的大小代表紗線中纖維的轉移程度，MD越大，說明纖維在紗中轉移程度越大[7]。由于篇幅所限，這里只給出計算結果。

2 實驗結果與數據分析

2.1 集聚負壓

采用4種集聚負壓(1 600、2 000、2 400、2 800Pa)紡得9.7tex的全聚紡紗線。

2.1.1 集聚負壓對纖維內外轉移規律的影響

紗體內纖維的內外轉移規律測試結果見表2。由表可知：隨著負壓的增大，纖維的平均徑向位置先減小后增加再減小，纖維的內外轉移系數先增加后減小。負壓為1 600 Pa時紗線中示蹤纖維的內外轉移程度最小，負壓為2 000 Pa和2 800 Pa時紗線中示蹤纖維的內外轉移系數比較接近，當負壓為2 400 Pa時紗線中纖維的內外轉移系數最大。根據集聚區的氣流運動規律可知，隨著負壓的增加，集聚區須條兩側受到氣流的推動力增加，導致與中間纖維受力的差異增大[8]，纖維翻滾，糾纏作用增強，從而導致紗體中纖維的內外轉移程度增加，當負壓繼續增大到一定值時，使得須條寬度減小，須條中間和兩側纖維的受力差異減小，從而使得其纖維的內外轉移程度減小。

表2 不同負壓下紗線中纖維內外轉移系數Tab.2 Transfer coefficient of trace fiber migration in yarn body under different negative pressures

2.1.2 集聚負壓對示蹤纖維徑向位置分布的影響

紗線中纖維不同徑向位置(r/R)所占的比例如表3所示。由表可知：隨著徑向位置的增大，紗線中纖維在不同徑向位置所占的比例也隨之增大，說明在紗線形成過程中由于加捻作用及纖維的轉移，使得大部分纖維段離紗芯位置較遠。當負壓較低時纖維靠近紗芯位置的概率大。

表3 不同負壓下示蹤纖維不同徑向位置所占比例Tab.3 Proportion of tracer fibers in different radial positions under different negative pressures

2.1.3 集聚負壓對紗線性能的影響

采用不同負壓所紡的紗線性能如表4所示。由表可知：當負壓為1 600 Pa和2 400 Pa時紗線條干差，當負壓為2 000 Pa和2 800 Pa時有利于改善紗線條干。根據纖維在集聚區中的運動規律發現，隨著風機負壓的增大，空心羅拉表面對纖維的黏附力增大，當負壓超過臨界值2 000 Pa時這種黏附力會使得部分纖維運動產生滯后，這就導致紗線中纖維的排列發生變化，使得紗線條干惡化[9]。當負壓繼續增加時，過大的黏附力使得氣流對纖維的控制力增強，紗線的條干反而有所好轉。

表4 不同負壓紡制的紗線性能測試結果Tab.4 Test results of properties of yarn spun under different negative pressures

對于3 mm以上毛羽，隨著負壓的增加，3 mm以上的有害毛羽根數逐漸減少，這是由于負壓的增大，集聚區對紗條的的凝聚力增強，使得更多纖維被卷繞到紗體上。

對于紗線強力，當負壓為2 000 Pa和2 800 Pa時對紗線強力提高有利，負壓為2 400 Pa對紗線強力不利。根據不同負壓下紗線中纖維的內外轉移程度規律知，當負壓為2 000 Pa和2 800 Pa時，二者紗線中纖維的徑向位置和內外轉移規律差異小。纖維的內外轉移系數大，導致紗線中纖維的自鎖能力強，纖維與纖維之間的糾纏增強，有利于紗線強力的提高，但是紗線的強力還與紗線中纖維的強力利用率有關[10]，當纖維內外轉移系數過大時，纖維排列不均勻，導致纖維的強力利用率降低，從而不利于紗線強力的提高。

對于紗線斷裂伸長率，當負壓為2 000 Pa時，紗線的斷裂伸長率最高。根據不同負壓下紗線中纖維的內外轉移程度和纖維徑向位置分布可知，當負壓在2 000 Pa時紗線中纖維的平均徑向位置小，且都集中在離紗芯較近的位置，受到預拉伸的纖維根數少，當紗線受到拉伸時，同時受力纖維多，紗線斷裂伸長率高。同理，當負壓為2 800 Pa時，紗線的斷裂伸長率高，而當負壓為1 600 Pa時，紗線中纖維的內外轉移系數低，纖維在紗線中排列較順直，且紗線中纖維主要集中在離紗芯較遠的位置，紗線集中性高，所以受力拉伸時，受力纖維根數多，紗線斷裂伸長率大。當負壓為2 400 Pa時，紗線中纖維的內轉移系數大，纖維排列不均勻，受力拉伸時同時受力的纖維少，導致紗線斷裂伸長率的降低。

2.2 吸風插件

采用4種不同槽型的吸風插件(見圖3)進行紡紗實驗。4種不同吸風插件的吸風槽尺寸參數如表 5所示。

2.2.1 吸風插件對纖維內外轉移規律的影響

紗體內纖維的內外轉移規律測試結果如表6所示。由表可知：對于水滴槽，該槽型截面尺寸較大，槽的長度短，當須條被吸附在此槽上方時，由于其截面寬度遠大于須條寬度，使得氣流易從槽的兩邊直接進入吸風插件內，氣流橫向對紗條的集聚力下降，纖維橫向受到的作用力減小，所以須條內外側纖維受到的張力差異小，纖維在紗體中排列順直，纖維內外轉移程度低，徑向位置大。對于短斜槽，該槽型槽口與垂直方向有一定的傾斜角度，使得須條被吸附在此槽型上方時也會產生一定的傾斜，須條兩側受到的作用力大，負壓對須條的集聚作用強，纖維更容易被捻到紗體內部，所以其纖維徑向位置小。

表5 不同吸風槽尺寸參數Tab.5 Size parameters of suction plug-in with different suction groove shapes

表6 不同吸風插件的紗線中纖維內外轉移系數
Tab.6 Transfer coefficient of trace fiber migration in yarn body under different suction plug-in

槽型平均徑向位置Y標準差SD內外轉移系數MD水滴槽0.83649.6650.594短斜槽0.76044.4280.584直槽 0.85255.5810.652長斜槽0.62940.3680.642

對于直槽，該槽型上下槽口寬度一致，與須條寬度也相適應，須條被吸附在此槽上方時，集聚區長度長，使得沿槽長度方向上槽中間區域與兩端區域的氣流流速差異大[4]，纖維的受力差異大，使得纖維的內外轉移程度增加，纖維平均徑向位置也增加。對于長斜槽，該槽型長度長，使得須條在輸出方向上受到氣流的作用范圍增加，1根纖維上受到的氣流作用差異大。其槽口與垂直方向有一定的傾斜角度，使得須條在集聚區發生傾斜，纖維的受力發生變化，使得紗線中纖維的內外轉移系數增加。

2.2.2 吸風插件對示蹤纖維徑向位置分布的影響

紗線中纖維不同徑向位置(r/R)所占的比例如表7所示。由表可知：在紗條成形過程中，由于纖維受到加捻等作用力，使得纖維產生內外轉移，只有少部分纖維段留在紗芯位置，大多數都位于距離紗芯位置較遠的地方；長斜槽的纖維段分布在0.399～0.799段和≥0.800段概率相近，而短斜槽的纖維段分布在0.399～0.799段和≥0.800的百分比差異相對較小。

表7 不同吸風插件的示蹤纖維不同徑向位置所占比例Tab.7 Proportion of tracer fibers in different radial positions under different suction plug-ins

2.2.3 吸風插件對紗線性能的影響

采用不同吸風插件的紗線性能測試結果如表8所示。由表可知：對于紗線條干，水滴型吸風槽對紗線的條干不利，短斜槽和長斜槽有利于改善紗線條干；對于3 mm以上毛羽：直槽對毛羽的改善作用好。槽型的不同使得須條在集聚區受到氣流的集聚作用大小不同。短斜槽和長斜槽對須條的集聚能力強，紗線條干好，在集聚區更多纖維被捻到紗體，所以毛羽也少。

表8 不同槽型下紡制的紗線性能測試結果Tab.8 Properties of yarn spun with suction plug-in with different suction groove shapes

對于紗線強力，短斜槽和長斜槽的有利于紗線強力的提高。根據紗線內纖維的內外轉移規律可以發現，長斜槽的內外轉系數比其他槽型大，使得紗線中纖維的自鎖能力強，纖維在紗體中的平均徑向位置比其他槽型的小，而且徑向位置分布在各段均勻性好，使得纖維段在紗體中分布均勻，從而有利于紗線中纖維強力利用率的提高。

對于紗線斷裂伸長率，當采用長斜槽吸風插件時，紗線的斷裂伸長率最大。根據不同槽型的吸風插件下紗線中纖維的內外轉移程度和纖維徑向位置分可布知：當采用長斜槽吸風插件時紗線中纖維的平均徑向位置小，纖維靠近紗芯位置，受到預拉伸的纖維根數少；且纖維分布在0.399～0.799段和≥0.800段概率相近，說明纖維內外層分布較為均勻，當受力拉伸時，同時受力纖維根數多，導致紗線的斷裂伸長率大。短斜槽和直槽型的吸風插件，纖維的徑向位置大，纖維分布在0.399～0.799段和≥0.800段概率差異大，說明纖維的內外分布不均勻，受力拉伸時，纖維的受力不均勻導致斷裂不同時性增大，紗線斷裂伸長率小，而短斜槽吸風插件，纖維的內外分布較水滴槽和直斜槽均勻，所以其紗線斷裂伸長率較二者大。

2.3 氣流導向片

采用3種典型的氣流導向片進行紡紗實驗。3種不同的氣流導向片如圖4所示。

2.3.1 氣流導向片對纖維內外轉移規律的影響

紗體內纖維的內外轉移規律測試結果如表9所示。從表可知：隨著氣流導向片開槽數目的增加，纖維的平均徑向位置和內外轉移系數也增加。對A型氣流導向片，纖維內外轉移系數最低。這是由于A型氣流導向片背部沒有開槽，在集聚區氣流沿著須條前進方向與須條寬度方向進風，使得須條寬度方向氣流流速大，纖維順直，可能導致其纖維內外轉移系數小。

表9 不同氣流導向片時紗線中纖維內外轉移系數
Tab.9 Transfer coefficient of trace fiber migration in the yarn body under different at flow plate

氣流導向片平均徑向位置Y標準差SD內外轉移系數MDA0.71835.3600.493B0.73036.5600.501C0.76044.4300.584

對于B型氣流導向片，背部開有1個槽。在集聚區，氣流一部分從導向片上方逸失，使得須條寬度方向左右兩側受到的作用力不同，可能導致其纖維內外轉移系數增大。對于C型氣流導向片，背部開有2個槽，須條在集聚區位于2個槽的中間位置，須條兩側纖維受氣流作用大，須條中間受到氣流的作用小，從而使得纖維的翻滾糾纏作用增強，有利于纖維內外轉移系數的增加。

2.3.2 氣流導向片對示蹤纖維徑向位置的影響

紗線中纖維不同徑向位置(r/R)所占的比例如表10所示。由表可知：隨著導向片上方開槽數目的增加，纖維徑向位置分布在距紗芯位置較遠的地方的比例逐漸增加。

表10 不同氣流導向片時示蹤纖維不同徑向位置所占比例Tab.10 Proportion of tracer fibers in different radial positions using different flow guide plates

2.3.3 氣流導向片對紗線性能的影響

采用不同氣流導向片的紗線性能測試結果如表11所示。由表可知：對于紗線條干，A型導向片對紗線條干不利，B型有利于改善紗線條干；對于3 mm以上毛羽，A型導向片3 mm以上有害毛羽根數最少，B和C毛羽根數相當。說明在集聚區氣流的進風方式不同，導致須條受氣流作用不同，從而影響紗線條干與毛羽。

表11 不同氣流導向片下紡制的紗線性能測試結果Tab.11 Properties of yarn spun by different flow guide devices

對于紗線強力，C型導向片有利于紗線強力的提高，而B型導向片對紗線強力不利。根據紗線中纖維內外轉移規律可知，C型導向片的內外轉移系數最大，隨著紗線中纖維內外轉移系數的增加，紗線中纖維的糾纏力增強，使得紗線的強力得到提高。

對于紗線斷裂伸長率，當采用B型和C型氣流導向片時，紗線的斷裂伸長率大。根據不同氣流導向片下紗線中纖維徑向位置分布可知，B型和C型氣流導向片的紗線中纖維靠近0.000～0.399段的比例大，說明纖維距離紗芯位置近，受到預伸長的纖維較A型少，使得紗線受到拉伸時，紗線斷裂伸長率增大。

3 結 論

本文通過對集聚區不同工藝對紗線內外轉移規律及紗線質量影響進行研究，指出不同負壓，不同的吸風插件槽型和氣流導向片等都會使得須條在集聚區受到氣流的作用不同，影響紗體中纖維的內外轉移規律和紗線質量。從實驗結果可知，存在一個最佳范圍的內外轉移系數使得紗線強力最好，當超過這個范圍時紗線強力反而降低。具體而言：當負壓為2 000 Pa時，有利于紗線條干的改善和強力提高；當負壓為2 800 Pa時，有利于減少3 mm以上的有害毛羽；當吸風插件選擇短斜槽時，有利于改善紗線條干，選擇長斜槽時，有利于提高紗線強力和減少3 mm以上的有害毛羽；當氣流導向片選擇A型時，有利于改善紗線毛羽，選擇B型時，有利于改善紗線條干，選擇C型時，有利于改善紗線強力。綜合紗線條干、3 mm以上的毛羽根數和強力等指標可得出，當負壓選擇2 000 Pa、吸風插件選擇長斜槽，氣流導向片選擇C型時獲得的紗線綜合質量較好。

FZXB

[1] CHENG K P S，YU C.A study of compact spun yarns[J].Textile Research Journal，2003，73(4)：345-349.

[2] 謝春萍，高衛東，劉新金，等.一種新型窄槽式負壓空心羅拉全聚紡系統[J].紡織學報，2013，34(6):137-141.XIE Chunping，GAO Weidong，LIU Xinjin，et al.Novel complete condensing spinning system with strip groove structure[J].Journal of Textile Research，2013，34(6): 137-141.

[3] 朱預坤，謝春萍，徐伯俊，等.全聚賽絡紡集聚負壓對成紗性能的影響[J].上海紡織科技，2014，42(6):36-38.ZHU Yukun，XIE Chunping，XU Bojun，et al.Effect of concentration negative pressure of complete condensing siro-spinning on yarn property[J].Shanghai Textile Science and Technology,2014，42(6)：36-38.

[4] 劉文龍，徐伯俊，謝春萍，等.基于Fluent的全聚紡不同吸風槽集聚效果數值模擬[J].紡織學報，2014，35(9)：137-143.LIU Wenlong,XU Bojun,XIE Chunping，et al.Numerical simulation of condensing effect of air suction slot′s structure in complete condensing spinning system based on Fluent[J].Journal of Textile Research，2014，35(9)：137-143.

[5] HEARLE JW S，GUPTA B S，MERCHANT V B.Migration of fibers in yarns: part I: characterization and idealization of behavior[J].Textile Research Journal，1965，35：329-334.

[6] 張宏偉，王善元.轉杯紗中纖維轉移與捻度分布的規律[J].紡織學報，2001，22(4)：224-225.

ZHANG Hongwei，WANG Shanyuan.A study on fibre transfer and radial twist distribution in rotor-spun yarn[J].Journal of Textile Research，2001，22(4)：224-225.

[7] 姚穆，周錦芳，黃淑珍,等.紡織材料學[M].北京：中國紡織出版社，2000：296-297.YAO Mu，ZHOU Jinfang，HUANG Shuzhen，et al.Textile Materials[M].Beijing:China Textile & Apparel Press，2000：296-297.

[8] 梅恒.網眼羅拉緊密紡集聚區三維流場數值模擬與分析[J].紡織學報，2013，34(4)：122-125.MEI Heng.Three dimensional flow field numerical simulation and analysis of compact spinning with perforated rollers[J].Journal of Textile Research，2013，34(4)：122-125.

[9] 蘇旭中，吳婷婷，謝春萍，等.網格圈式緊密紡集聚負壓對成紗性能的影響[J].棉紡織技術，2011，39(2)：82-84.SU Xuzhong，WU Tingting,XIE Chunping，et al.Effect of lattice apron compact spinning concentration negative pressure on finish yarn property[J].Cotton Textile Technology，2011，39(2)：82-84.

[10] ZEIDMAN M,SAWHNEY P S.Influence of fiber length distribution on strength efficiency of fibers in yarn[J].Textile Research Journal，2002，72(3)：261.

Effect of fiber migration law in yarn body on yarn quality of complete condensing spinning

YANG Min,XIE Chunping,LIU Xinjin

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

Effects of complete condensing spinning in condensing zone on yarn quality are discussed.On QFA1528 spinning frame equipped with a complete condensing spinning device,four concentration negative pressures of 1 600 Pa,2 000 Pa,2 400 Pa and 2 800 Pa and four suction plug-in with different suction groove shapes,droplet groove,short-inclination groove,straight groove and long-inclination groove and three air flow guide plates named type A,type B and type C are selected to spin 9.7 tex pure cotton yarn.Then the yarn indexes are tested.A technique of tracer fibers is used to measure the coefficient of fiber migration in the yarn body,and the effect of different condensing zone process on yarn quality is analyzed.The results show that when the negative pressure 2 000 Pa is selected,the yarn strength and evenness are the best while the negative pressure 2 800 Pa is helpful to reduce yarn harmful hairiness over 3 mm.When the suction plug-in with short-inclination groove is selected,yarn evenness is the best while the yarn strength and evenness is the best with suction plug-in with long-inclination groove.When type B air flow guide plate is selected,yarn evenness is the best while yarn strength is the best with type C.

complete condensing spinning; condensing negative pressure; suction plug-in; air flow guide plate

10.13475/j.fzxb.20141105107

2014-11-20

2015-07-01

國家自然科學基金項目(11102072)；紡織服裝產業河南省協同創新資助項目(hnfz14002)；江蘇省自然科學基金項目(BK2012254)；江蘇省產學研項目(BY2014023-13，BY2012051，BY2013015-24)；江蘇省科技成果轉化項目(BA2014080)

楊敏(1990—)，女，碩士生。研究方向為紡紗技術。謝春萍，通信作者，E-mail：wxxchp@vip.163.com。

TS 114.1

A