长丝/短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究

论文摘要

长丝／短纤复合纱具有生产工序短、生产效率高的优点，复合纱的双组分结构使其具有特殊的外观和性能，可满足不同织物对纱线的要求。本文研究的核心即将短纤维与长丝在新型转杯纺纱系统上进行复合，使其成纱形态结构与成纱性能兼有短纤纱和长丝纱两者的特点。这种新型纺纱工艺不仅保留了转杯纺高速、高产、流程短、成本低、条干均匀度好等特点，同时根本上改善了成纱的强力，而且通过调整纺纱工艺参数可得到不同结构和性能的转杯纺复合纱。本文的研究工作共包含四个部分：第一，研制长丝／短纤复合纺纱转杯并分别研究长丝超喂率、纱线设计捻系数和长丝组分比对转杯纺复合纱成纱质量的影响规律；第二，通过理论分析与试验测试，与传统转杯纱进行对比，重点研究转杯纺复合纱的结构与性能；第三，探讨长丝／短纤转杯纺复合纱的成纱机理，重点研究转杯复合纺纱过程中纺纱张力的影响；第四，分析转杯纺氨纶复合纱的纺纱工艺，并通过正交试验对转杯纺氨纶复合纱纺纱工艺参数进行综合分析与优化。本文首先研制了能够保证长丝喂入的长丝／短纤复合纺纱转杯。纺纱时，预先开松的短纤维通过输送通道进入转杯并凝聚于转杯凝聚槽中，长丝在转杯负压的作用下通过引丝管同时进入转杯，与短纤维纱条在转杯内加捻形成复合纱。选用棉纤维作为短纤维组分，涤纶长丝作为长丝组分生产了不同结构和性能的长丝／短纤转杯纺复合纱，分别研究了长丝超喂率、纱线设计捻系数和长丝组分比对纺纱工艺过程及成纱质量的影响。长丝超喂率的变化会导致长丝张力的变化，从而影响复合纱的外观和结构，进而影响复合纱的主要性能。当长丝超喂率减小时，长丝张力增大，长丝越来越深地嵌入复合纱纱体中并趋向于纱芯，复合纱的强伸性能、条干和毛羽等主要性能随之发生变化。纱线设计捻系数在两种长丝超喂率下对转杯纺复合纱的外观形态、实测捻度、加捻效率以及复合纱主要性能也有较大的影响。随着纱线线密度的增加，复合纱中长丝组分比逐渐减小，复合纱的外观和主要性能随之发生变化，相对于同样线密度的纯棉转杯纱，复合纱断裂强度增加12％以上。在纺纱工艺研究的基础上，通过理论分析与试验测试，研究了转杯纺复合纱的结构与性能。长丝／短纤转杯纺复合纱的结构取决于长丝张力和短纤维纱条张力间的差异，其差异控制着复合纱中两种组分的几何位置和路径长度。通过EIB和科视达视频显微镜，可以看出纯棉转杯纱表面缠绕纤维的结构较为松散，毛羽较多，而复合纱表面缠绕纤维包缠的较为紧密，毛羽较少，表面相对较为光洁。长丝超喂率不同时，转杯纺复合纱具有不同的外观和结构。长丝超喂率较大时，长丝张力远小于短纤维纱条张力，长丝位于复合纱的表面并包缠短纤维纱条；随着长丝超喂率的减小，长丝张力增大，长丝趋向于分布在复合纱的内层。转杯纺复合纱的部分结构参数，如复合纱中长丝的径向相对位置r、长丝捻度、复合纱捻度、捻度偏差和纱线直径，都与长丝超喂率关系密切。转杯纺复合纱的拉伸性质不仅取决于每种组分的负荷-伸长曲线，还与两种组分复合的方式有重要关系，其拉伸断裂过程以及断口形态与长丝超喂率关系密切。与相同工艺条件下纺制的纯棉转杯纱相比，转杯纺复合纱的拉伸性能、条干和毛羽等主要性能均有所改善。长丝／短纤转杯纺复合纱成纱机理的探讨中，重点研究了转杯复合纺纱过程中的纺纱张力以及纺纱张力对复合纱结构的影响。在长丝／短纤转杯纺复合纱的纺制过程中存在两个纱线成形点，分别是短纤维纱条的成形点和复合纱的成形点。当长丝超喂率OFR变化时，长丝张力随之发生变化，使得长丝和短纤维纱条的汇聚点在转杯内部和引纱管之间移动，导致复合成形点处的短纤维纱条张力不同，而复合成形点处长丝张力和短纤维纱条张力的差异又会影响到复合纱的结构和性能。影响复合成形点处短纤维纱条张力的因素主要有：复合成形点的位置，短纤维纱条的线密度和捻度，转杯的角速度和直径，假捻盘的材料和规格等。在短纤纱纺纱条件不变时，通过控制长丝张力，可得到不同结构和性能的转杯纺复合纱。实际生产中可以通过调整长丝超喂率的大小来控制长丝张力，从而生产出不同外观和结构的长丝／短纤转杯纺复合纱。为了扩大转杯纱的应用领域，本文以氨纶丝为原料开发了转杯纺氨纶复合纱，以满足市场对弹性纱线的需要。首先分析了转杯纺氨纶复合纱纺纱工艺参数对纱线主要性能的影响，然后通过正交试验设计对纺纱工艺参数进行了综合分析，观察转杯速度、氨纶丝牵伸倍数、纱线设计捻系数对转杯纺氨纶复合纱主要性能的影响，发现三个因素中氨纶丝牵伸倍数对复合纱性能的影响比较大。综合考虑转杯纺氨纶复合纱各项性能，得到优化工艺条件为转杯速度49300r／min，氨纶丝牵伸倍数4.5，纱线设计捻系数500。在优化工艺条件下分别纺制转杯纺氨纶复合纱和纯棉转杯纱，发现转杯纺氨纶复合纱综合性能较好，可以满足织造的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 转杯复合纺纱技术的发展与研究现状
• 1.3 传统转杯纺成纱机理和纱线结构性能的研究现状
• 1.3.1 转杯纺纱过程中的张力分析
• 1.3.2 转杯内纱条的运动和捻度分布
• 1.3.3 转杯纱的结构与性能
• 1.4 研究目标、研究内容和创新点
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 创新点
• 第二章 长丝/短纤复合纺纱转杯的研制与纺纱工艺分析
• 2.1 长丝/短纤复合纺纱转杯的研制与纺纱原理
• 2.1.1 长丝/短纤复合纺纱转杯的研制
• 2.1.2 转杯纺复合纱纺纱原理
• 2.2 原料与纱线结构性能测试条件
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 一般测试项目及仪器
• 2.3 长丝超喂率的影响
• 2.3.1 纺纱工艺
• 2.3.2 长丝超喂率与纺纱张力的关系
• 2.3.3 长丝超喂率对复合纱外观形态的影响
• 2.3.4 长丝超喂率对复合纱主要性能的影响
• 2.4 捻系数的影响
• 2.4.1 纺纱工艺
• 2.4.2 捻系数对复合纱外观形态的影响
• 2.4.3 捻系数与纱线实测捻度和加捻效率的关系
• 2.4.4 捻系数对复合纱主要性能的影响
• 2.5 长丝组分比的影响
• 2.5.1 纺纱工艺
• 2.5.2 复合纱线密度与长丝组分比的关系
• 2.5.3 不同线密度纱线的外观形态
• 2.5.4 长丝组分比对复合纱主要性能的影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 长丝/短纤转杯纺复合纱的结构与性能
• 3.1 纺纱工艺与纱线结构性能测试分析方法
• 3.1.1 纺纱工艺
• 3.1.2 纱线结构性能的测试分析
• 3.2 转杯纺复合纱结构分析
• 3.2.1 理论分析
• 3.2.2 纱线的外观形态与复合纱典型结构
• 3.2.3 转杯纺复合纱的结构参数
• 3.3 转杯纺复合纱性能分析
• 3.3.1 复合纱的拉伸性质
• 3.3.2 复合纱的条干均匀度
• 3.3.3 复合纱的毛羽
• 3.4 本章小结
• 第四章 长丝/短纤转杯纺复合纱成纱机理探讨
• 4.1 长丝/短纤转杯纺复合纱成形点的预测
• 4.2 转杯纺复合纱纺纱张力的理论分析
• 4.2.1 复合成形点K位于杯内自由纱段上时的纺纱张力分析
• 4.2.2 复合成形点K位于假捻盘区域时的纺纱张力分析
• 4.2.3 复合成形点K位于引纱管区域时的纺纱张力分析
• 4.3 复合成形点处的纱条张力分析
• 4.3.1 复合成形点处的短纤维纱条张力
• 4.3.2 复合成形点处长丝张力和短纤维纱条张力的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 转杯纺氨纶复合纱的开发
• 5.1 转杯纺氨纶复合纱的纺制与性能测试
• 5.1.1 转杯纺氨纶复合纱的纺制
• 5.1.2 纱线外观和性能的测试
• 5.2 转杯纺氨纶复合纱纺纱工艺参数分析
• 5.2.1 分梳辊速度
• 5.2.2 转杯速度
• 5.2.3 氨纶丝牵伸倍数
• 5.2.4 捻系数
• 5.3 转杯纺氨纶复合纱纺纱工艺参数的优化
• 5.3.1 试验因素及水平选择
• 5.3.2 正交试验方案
• 5.3.3 正交试验结果与分析
• 5.4 转杯纺氨纶复合纱与传统转杯纱对比试验
• 5.4.1 试验工艺参数选择
• 5.4.2 试验结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢