（紡織工程專業(yè)論文）自由端噴氣紡（mvs）的工藝研究與成紗性能分析.pdf

摘要 白山端噴氣紡是利用高速旋轉氣流對纖維進行加捻的紡紗方法，其特點是纖 維存d i l j 念的過科中形成自由端，最終真捻成紗。“ 于其紡紗速度快，毛羽少，可 以紡巾特數純棉產品，越米越受到人們的重視。 這種紡紗方法m 于采f j 了高速氣流輔助羅拉牽伸對纖綣迸行分離，允分利用 了牽伸對紆維控制良好，纖維伸卣、平行度好w m f l 點，較之般自由端紡紗中采 用刺輥丌松、分離纖維的方法，這種方法具有纖維分離后伸直平行度好，纖維損 傷小的優(yōu)，- 皇，更有利于改善成紗中纖維的排列形態(tài)和成紗強力。同時該紡紗方 法采用高速旋轉氣流對纖維須條進行加捻，由r 無高速回轉件的限制從阿可以 高速紡紗。 村h 公卅n o 8 6 i 就是基于此類紡紗方法的紡紗機?，F在這種機剮在我們國 家只有不到1 0 臺。由一引進機器數量少，時間短，罔內尚沒有此種機型較為成 熟的紡紗j i 藝。本文以研究自由端噴氣紡紗的紡紗l 藝為主，在n o8 6 1 上利用 正交方法設計實驗，通過實驗得出紡紗l 藝與紗線品質之f u j 的經驗公式，并利用 多目標灰色局勢決策等模糊數學的方法，選出最優(yōu)工藝：同時利用示蹤纖維法、 哈氏切片法等紗線結構的研究方法，對白山端噴氣紡紗線結構進行研究，得出紗 線的結構模型；此外我們分析了自由端噴氣紡紗線的成紗機理利紗線性能。 本論義存內容上，豐要包括h 部分：第一部分對噴氣紡紗的發(fā)展和研究現狀、 白山端噴氣紡紗的發(fā)展和研究現狀及選題的目的意義、研究內容做了簡要概述； 筇二；邢分通過對噴嘴內流場和纖維在噴嘴內受力和運動情況的理淪分j = r ，描述了 j 由端噴7o 紡的成紗過秤和成紗機理；第i 部分侄實驗探索的皋饑卜設計了，正交 實驗，得“ 紗線川貢1j 紡紗i 藝參數之叫的繹驗公式，并優(yōu)選了紡紗 i 藝：笫四 部分對比j r t i i 端| i 紗與其它紡紗方法的紗線性能；第- i l7 7 1 1 分豐受是對f 1 山端 噴7e 紡紗線結構進行分析。 最后f ! 绱 _ 侖乃：存n o 8 6 l 型紡紗機 二r 礦峒1 。z 參數r h 最為- j ? 要的址紡 紗速度、【j 剛觜i ijj 、i i l 歲托鈄【i j , i h ! 一1 5 錠的距離：m v s 紗線的烈川低j 壞 錠紡，純棉紗帔化，1 、鍵紡紗線l f i j9 ( ) 左右化 r 或7 l j , # 7 、1 。l 記鈾j j l = eq # l j 疊_ 1 4 = | i j j j 2 1 1 矗l j n ，：jj ”。電捕h 、矧：攫仙jj _ j ! l l ，j t 、錠；療，十i ) 川j 已_ ：j r ff 出1lj 髓。j jn 較人優(yōu)”， r l r0j 陽z 土：l 、_ j 襞j 曾i 玎水t ：v _ 少i 射7 j7 _ _ k m ：“，| ，r j1 j 摘愛 尤捻或足弱捻的芯纖維，人約占紗線的3 0 ，外層為螺旋形加捻纖維。 關鍵瀏：噴氣紡紗白山端紡紗紗線性能成紗機理成紗結構 s t u d yo nt e c h n i c so fo p e n e n da i r - j e ts p i n n i n g a b s t r a c t o p e n e n da i r - j e ts p i n n i n gi sak i n do fn e ws p i n n i n gm e t h o d ，w h i c hu t i l i z e sh i 曲s p e e d a i r f l o wp r o d u c e db yn o z z l e st of i n i s ht w i s t i n ga n dw r a p p i n g i t sa d v a n t a g eh a sb e e n r e c o g n i z e db ym o r ea n dm o r ep e o p l e ，a n di th a sd e v e l o p i n gi nah i g hs p e e di nt h e s e y e a r s n o 8 61i sam a c h i n et y p eo ft h i ss p i n n i n gm e t h o db ym u r a t ac o m p a n y t h e r ea r e o n l yn om o r et h a n10t h e s em a c h i n e si no u rc o u n t r y , s ow e d o n th a v em a t u r et e c h n i c s o ft h i st y p em a c h i n e h lt h i sp a p e li ti sr e s e a r c h e do ns p i n n i n gt e c h n i c so fo p e n e n d a i r - j e ts p i n n i n g ，b a s eo nt h en o8 6 1 ，i ti sd e s i g n e dp e r p e n d i c u l a r i t ye x p e r i m e n t st o f i n dr e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p i n n i n gt e c h n i c sa n dy a mq u a l i t i e s ；m o r e o v e rw ea n a l y z e y a mp r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r eo ft h i st y p es p i n n i n gm e t h o da n dc o m p a r et h e mw i t h o t h e rs p i n n i n gm e t h o dy a r n s t h i sp a p e rm a i n l yi n c l u d e sf i v ep a r t s i nt h ef i r s tp a r t ，t h ed e v e l o p m e n to fa i r - j e t s p i n n i n g ，t h er e s e a r c ha c t u a l i t y , t h ea i mo ft h i st h e s i sa n dt h er e s e a r c hc o n t e n ta r e i n t r o d u c e di nt h es e c o n dp a r t ，s p i n n i n gp r o c e s sa n ds p i n n i n gm e c h a n i s ma r e i n t r o d u c e d i nt h et h i r dp a r t ，as e r i e so fp e r p e n d i c u l a r i t ye x p e r i m e n t sp o s tt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p i n n i n gt e c h n i c sa n dy a mp r o p e r t i e s ，ae x p e r i e n c ef o r m u l ai s o b t a i n e da n df r o mw h i c ht h eb e s tt e c h n i cc a nb ek n o w n i nt h ef o u r t h ，c o m p a r ew i t h o t h e rs p i n n i n gm e t h o d ，m v sy a m s p r o p e r t i e sa r ei n t r o d u c e di nd e t a i l s i nl a s tp a r t ， b ya n a l y z e dy a ms t r u c t u r e ，as t r u c t u r em a t r i xo f m v sy a mi se l i c i t k e y w o r d s ：a i r i e rs p i n n i n g ，o p e n e l l ds p i n n i n g ，y a mp r o p e a i e s ，s p i n n i n gm e c l l a m s m ，y a m 青島大學碩士論文 第一章概述 第一節(jié)自由端噴氣紡( m v s ) 紡紗方法介紹 新型紡紗技術包括轉杯紡、噴氣紡、摩擦紡及自由端噴氣紡等，2 0 世紀8 0 年代以來，新型紡紗技術有了很大的發(fā)展，尤其是轉杯紡紗技術、噴氣紡紗技術 己發(fā)展的比較成熟，構成世界上新型的紡紗體系，其中噴氣紡紗由于無高速回轉 件，其紗條的假捻、包纏由高速的回轉的壓縮空氣完成，因此，它一直以輸出速 度高、可紡紗號細的特性而被人們所看好。 但是必須承認，傳統的噴氣紡由于其包纏假捻的成紗特性，較適合紡制滌綸 和滌棉混紡紗以及其他較細、軟的纖維，而紡制純棉紗時強力較低，僅為同類環(huán) 錠紗的6 0 一7 0 ，從而限制了其應用范圍，這是噴氣紡的一個主要不足。同 時，噴氣包纏紗還有手感糙硬，毛羽有方向性，易形成棉結等缺點，從而限制了 其應用范圍。從工藝上看，合理設計噴嘴和選取工藝參數以獲得較優(yōu)的包纏纖維 數量和包纏角度，可以使純棉噴氣紗的強力達到同類環(huán)錠紗的8 0 左右，但是， 由于棉纖維本身的性能無法調整，棉纖維長度較短，短纖維含量高，易引起包纏 不勻，所以進一步提高純棉噴氣紗的強力是相當困難的。在假捻包纏結構的紗中， 承擔負荷的主要是伸直平行的芯纖維，纖維長度越長，纖維間的摩擦系數越大， 芯纖維能承擔的負荷越大，成紗強力也就越大。噴氣假捻包纏紗從機理上來看是 不適合純棉這種短纖維的，它要求( 芯) 纖維具有一定的長度( 5 0 m m 以上) 。m v s ( m u r a t u e cv o r t e xs p i n n e r ) 即自由端噴氣紡是在m j s ( m u r a t u e ca i r - j e ts r ，i n r l o r ) 的基礎上發(fā)展起來的，與m j s 相同，也是利用噴嘴內壓縮的高速渦旋氣流，作 用在經過牽伸的纖維柬上加捻成紗。但是由于其獨特的噴嘴結構和成紗機理，使 紗線的結構和性能有所變化。自由端噴氣紡適紡純棉紗，其強力可達到環(huán)錠紗的 8 0 ，麗噴氣紡最多達6 0 7 0 ，這就解決了m j s 的缺陷。同時自由端噴氣紡具有 更高的紡紗速度，其理論紡紗速度可以達到4 5 0 m m i n ，據說是目前速度最高的 紡紗機；紡紗支數范圍廣，可以紡制1 3 - 6 0 s 的紗，主要集中在生產1 8 4 0 s 。同 時具備了以上提到的噴氣紡的眾多優(yōu)點，而且產品有其獨特的性能和用途，在機 織和針織中都有廣泛應用。 第二節(jié)噴氣紡技術的發(fā)展與現狀 噴氣紡紗的發(fā)展始于7 0 年代，但在最近十五年才逐漸趨于成熟。它是利用高 速旋轉氣流，對牽伸后的須條進行假捻包纏，使前羅拉輸的須條加捻成紗的一 種新型紡紗療法，以其質量優(yōu)、流程短、產量高、自動化w f 曼尚等綜合技術水平 和經濟他 2 成為“j 前國內外紡織業(yè)矚目的高新技術。 第一章概述 噴氣紡紗機按加捻器形式區(qū)分，主要有單噴嘴、雙噴嘴、噴嘴和加捻羅拉結 合等種類；按進氣方式可分為單進氣和雙進氣兩種；按纖維凝聚形式分，有棉條 喂入經羅拉牽伸裝置( 三羅拉雙皮圈、四羅拉雙皮圈及五羅拉雙皮圈) ，還有采 用分梳輥或針輥分梳，經凝聚成纖維須條，也有采用分梳輥和羅拉相結合的形式。 以上多種形式的噴氣紡紗機大部分只停留在實驗研究階段。上世紀六七十年代， 有關單噴嘴和雙噴嘴噴氣紡紗技術的專利不斷出現，但迄今為止形成大規(guī)模產業(yè) 和商業(yè)化生產的并不多。 噴氣紡的原理起源很早，美國杜邦( d u p o n t ) 【l 】公司于1 9 6 3 年首先發(fā)表了噴 氣加捻包纏紡紗法的專利，并研制出單噴嘴包纏紡紗機，但由于其成紗強力極低， 紗的蓬松性、彈性均較差以及原料限制而未能繼續(xù)發(fā)展。此后，一些國家便開始 了這一紡紗方法的研究。7 0 年代初期，英、美、西德、日本等國大量涌現有關噴 氣紡的專利，其中，日本和德國的幾家公司取得的成就尤為顯著。 1 9 7 0 年聯邦德國洛伊特林根( r e u t l i g e n ) 紡紗技術研究所設計出了新型的 雙孔喂入單噴嘴噴氣紡紗機，主要適用于加工長纖維，紡制各種包纏紗，并具有 花色紗的特征，其紡紗速度可達3 5 0 m m i n 。其紡紗示意圖如圖1 1 所示，前羅 拉輸出的兩根須條分別進入叉狀的雙孔喂入管1 和2 ，在管內進行匯合。雙孔管 前方有一空氣渦流噴嘴3 ，利用高速氣流對管1 中的須條施加假捻捻回，并一直 傳遞到前羅拉鉗口。進入管道2 的須條纖維為邊緣纖維，到達匯合點后才一起參 加芯纖維的假捻，通過噴嘴后須條即進行退捻，邊纖維則以退捻方向包纏在紗芯 上，形成包纏紗。 圖1 1 聯邦德國包纏紡紗示意圖圖1 2 東麗a j s l 0 1 型噴氣紡紗示意幽 研制單級噴嘴噴氣紡紗機比較成j 帥1 址 本的東麗( t o r a y ) 公司。其主要 青島大學碩士論文 機型是a j s l 0 1 型1 2 0 錠噴氣紡紗機，其紡紗過程如圖1 2 所示。它采用雙面下 行式排列，牽伸裝置是四羅拉雙短皮圈搖架加壓的超大牽伸裝置，從牽伸裝置出 來的纖維須條先經過須條分離器分離成頭端自由纖維，然后經渦流噴嘴加捻而成 紗。該機適紡棉和3 8 m m 的化纖及混紡紗，可紡5 8 3 9 7 t e x 的紗線，最高紡紗 速度為2 0 0 m m i n 。東麗公司在a j s l 0 1 型機的基礎上還推出了a j s l 0 2 型機，對 紡紗器和牽伸系統做了改進，以適應高速，紗筒卷繞也作了重大改進，設有張力 補償裝置，通過改變纖維分離器和噴嘴的組合形式，可以紡制3 2 5 1 m m 的各種 混紡紗5 2 1 。 在所有噴氣紡紗方法的研究中，技術上較為成熟并且取得巨大成就的是日本 村田( m u r a t a ) 公司。它于1 9 8 1 年1 1 月日本大阪第二屆國際紡織機械展覽會上 首次展出了一臺m j s 8 0 1 噴氣紡紗機，先后推出了m j s 8 0 1 、m j s 8 0 2 、m j s 8 0 2 h 和m j s 8 0 2 h r 一系列m j s 型噴氣紡紗機。各種機型在牽伸裝置、噴嘴結構以及 電氣控制部分有較大的改進，所適紡品種也逐步增多，但它們的基本紡紗原理相 同，以m j s s 0 1 為例說明，如圖1 3 。喂入棉條經過三羅拉雙短皮圈超大牽伸后 進入串連的兩個噴嘴，在兩個方向相反的高速旋轉氣流作用下對須條進行假捻并 包纏成紗，紗條由引紗羅拉引出后，經過電子清紗器去除疵點后卷繞成紗。 圖1 3m j s 8 0 1 噴氣紡紗示意圖圖1 4自由端噴氣紡的噴嘴結構示意圖 1 9 8 8 年，村田公司又在m j s 8 0 2 型機基礎上推出了m t s 8 8 1 型噴氣紡紗并 紗聯合機，集紡紗、并筒于一體，形成多功能的雙紗并和噴氣紡紗機。經同一牽 伸裝置牽伸后的兩根須條分別進入各自的加捻噴嘴，經加捻后，兩根單紗在導紗 器處匯合在一起，由引紗羅拉q j 出，經清紗器后繞成雙紗筒子p 圳。 村閑公司繼m j s 系列之后推出了第三代噴氣紡紗機r j s 8 0 4 ( 又稱羅拉噴7 t 紡紗機) 。r j s 噴氣紡紗兒、帆個：仲基本與m j s 相同，而包纏加捻的成紗裝岸 第一章概述 則由噴嘴和球形羅拉組成，充氣的球形羅拉的作用與m j s 第二噴嘴的作用相同， 即其對須條的加捻方向與噴嘴對須條的加捻方向相反。r j s 8 0 4 的生產效率高， 紡紗速度可達4 0 0 m m i n ：功率消耗低( 由于球形羅拉的代替) 。因此，它在1 9 9 5 年米蘭國際紡織機械展覽會上引起了極大的轟動。 1 9 9 5 年，村田公司又推出了新一代噴氣紡紗機m v s 8 5 1 ( 又稱渦流紡紗機) ， 這是一種真捻無接頭的渦流紡紗機。于1 9 9 9 年在法國巴黎展覽會上正式展出， 并于2 0 0 2 年l o 月在我國北京首次展出。m v s 包括牽伸、渦流加捻、空心錠子 和成紗卷繞四部分 6 1 。其成紗機理如下：經牽伸后的纖維須條從前羅拉鉗口輸出 后，立即進入與前鉗v i 距離很近的螺旋形渦流噴嘴，在渦流噴嘴中旋轉氣流的作 用下纖維須條頭端被包纏成紗，由下端針狀引紗管將包纏紡成的紗引出后被吸入 空心錠子，其尾端則在從渦流噴嘴中吹出的旋轉氣流的作用下在空心錠子進口處 倒翻過來，經空心錠子搓捻作用后逐漸包纏到纖維紗芯上，加捻最終完成。圖 1 4 為自由端噴氣紡的噴嘴結構示意圖。 之后村田公司又推出了m v s 8 6 1 7 1 其最高紡紗速度達4 5 0 m m i n ，據稱是目前 紡紗速度最高的紡紗機。該機安裝有“v o s ”( 視覺隨選系統) 控制板，可以方 便地設定機器的運轉參數和紡紗條件，控制紡紗質量；數字化的清潔系統“m s c ” ( 村田紡紗清潔器) 不間斷地檢測并清除紗線疵點。 2 0 0 2 年村田公司還推出了m v s s i t ，它屬于雙股噴氣渦流自由端紡紗機f 8 1 。 目前，m v s 在世界范圍內已銷售了3 0 0 多臺，分布在1 1 個國家，其中美國 有2 5 0 余臺( 每臺7 2 頭) ，經使用反映良好。所以，m v s 有望在今后得到很大的 發(fā)展。這將是本課題研究的中心。 德國緒森( s u e s s e n ) 公司于1 9 8 7 年1 0 月在法國巴黎國際紡織機械展覽會 上推出了p l i f i l 雙紗噴氣紡紗機。集高倍牽伸、紡紗、并紗和絡筒于一體。纖維 須條經牽伸后，進入噴氣紡紗區(qū)的紡紗器，在氣流的作用下旋轉管使得纖維尾端 向同一方向以螺旋形將纖維包纏在一起，形成紗線。紗線從噴氣紡紗區(qū)出來后， 經導紗器合并后卷繞到圓形筒子上。p l i f i l 紡紗工藝特點是既具有常規(guī)噴氣紡優(yōu) 點，又避免了噴氣紗手感較硬的缺點。在后道倍捻機的工藝工程中，p l i f i l 紗內 的微量纖維大部分被反向捻回所抵消，故紡出的股線具有蓬松性。p l i f i l 噴氣紡 紗機有p l i f i l l 0 0 0 和p l i f i l 2 0 0 0 兩種機型。p l i f i l l 0 0 0 適用于棉、化纖及其混紡， 可紡支數為2 x 2 5 2 x 8 3 t e x ，紡紗速度為5 0 2 5 0 m m i n 。p l i f i l 2 0 0 0 適用于羊毛、 毛型化纖及其混紡，可紡支數為2 x 2 5 2 x 1 0 t e x ，紡紗速度為1 5 0 3 5 0 m m i n i 。 我國也自1 9 7 8 年以來，先后有東華大學、天津紡院、上海紡織科學研究所 等單位對噴氣紡紗進行了研究，在實驗室里以細紗機改裝的機臺上進行1 戈踐探 索，改造或生產了簡易的噴i 紡紗機，對有關的工藝參數和噴嘴結構進行了深入 的研究。上海罔棉六r _ 1 j f 刪了s f a 5 8 0 2 a 型雙面上行式噴氣紡紗機利z x 8 7i 4 青島大學碩士論文 型半自動接頭機，并通過了上海的鑒定，但未能批量生產和銷售【2 1 。2 0 0 3 年1 2 月，在上海國際紡織機械展覽會上展出東華大學、青島大學與上海太平洋集團進 行合作研制出了第一臺國產噴氣紡紗機k p f 0 2 型機。 第三節(jié)國外的研究狀況 國外有關噴氣紡工藝的研究主要從紡紗工藝參數的調整、成紗結構理論以及 計算機在噴氣紡紗技術中的運用等方面入手，不斷提高噴氣紡紗技術。 c a r lal a w r e n c e 等 l o 】通過微觀分析，把噴氣紗中纖維的形態(tài)結構分為三類： 第一類結構為均勻包纏纖維，第二類結構為隨機包纏纖維，第三類結構為未包纏 纖維。當紡紗工藝條件變化時，每一類出現的頻率和平均長度都不相同，其中， 第三類結構對紗強沒有任何貢獻，而具有包纏結構的第一類結構與第二類結構承 擔紗線強力，其中第一類結構比第二類結構更重要。通過實驗選擇各種紡紗參數， 如氣壓、紡紗速度、張力牽伸、兩噴嘴隔距等，對各類纖維的頻率和平均長度影 響，從而影響紗線強力。 p u n j s k 等j 研究了噴氣紗和環(huán)錠紗紗截面內纖維的徑向分布規(guī)律。研究發(fā) 現，在紗線的同一橫截面，紗線的密度不均勻，噴氣紗紗芯的密度最大，向外逐 漸減少：環(huán)錠紗的密度先從紗：醛增大，到紗線半徑的l 3 到1 4 的區(qū)間時達到最 大值，然后向紗線表面又逐漸減小。并通過轉移指數的計算得出了滌棉混紡噴氣 紗中包纏纖維、紗芯的基本組成及滌綸纖維線密度對包纏纖維數量的影響。 r a n g a s w a m y 等【12 】認為第一噴嘴和第二噴嘴的交互作用對滌棉噴氣紗的強 力有很大的影響。并且通過不同的壓力組合優(yōu)化出了得到最高紗線強力的第一、 第二噴嘴的氣壓。 m e l l i a n d ( e n g e d ) 1 1 3 1 提出遙過優(yōu)化噴嘴設計提高噴氣紡紗系統生產率，通 過優(yōu)化紡紗元件，減小氣孔直徑同時增加數目及氣壓。 r r a j a n i c k a m 1 4 i 通過建立噴氣紡紗中纖維性能一工藝參數一結構一性能關 系模型，分析了不同結構以及紗段之間是如何相互影響，而且解釋了實驗中觀察 到完全斷裂和非完全斷裂以及完全滑脫而斷裂的現象。他還指出，紗線斷裂強力 隨第一類結構長度和出現頻率的增加，同時隨第三類結構的減少而增加，還認為 包纏纖維存在最佳的包纏長度。 r a n g s w a m y l l 5 描述了目前用來預測噴氣紗強力的四種主要的方法，即數學模 型、實驗模型( 回歸模型) 、計算機模擬模型、人工神經網絡模型，它們的適用 范圍、局限性和預測效果各不相同?；貧w模型的特點是工作量大，預測精確度高， 能夠很好的預測強j 。數學模型是在很多假設條件下建立起來的，因而預測的精 確度不高，但它是汁算機模擬的基礎。計算機模擬模型是在數學模，弘的蔡礎 j 建 立的，它比較適介r 共驗研究使用，在無需花大量的時間和金錢的祭件r 進fj ：棚 第一章概述 測，用來預測影響紗線強力的各參數之間的交互作用。 日本村田公司的m r s 機于2 0 0 2 年1 0 月北京紡機展上首次在我國展出。m v s 8 i 將假捻包纏的成紗機理改為自由端加真捻的成紗機理，以改善紡紗時對原料尤其 是對長度較短的棉纖維的限制性，使純棉紗的強力大大提高。m v s 的加捻原理是： 四個噴射孔與錐形圓錐管道上圓形渦流室相切，形成旋轉氣流，并沿空心錠錐形 頂端在錐形通道旋轉下移，從排氣孔排出；纖維須條從吸口吸入，經輸送管道螺 旋旋轉喂入，經過針狀引導棒，纖維頭端與引紗尾端搭接，而纖維尾端被旋轉渦 流吹散，并旋轉加捻；空心錠可以不轉動，也可轉動，當其轉動時，依靠切向氣 流推動而轉動，回轉方向與渦流旋轉方向一致，協助對紗條加捻；紗從空心錠引 出后，纖維從前羅拉不斷喂入，添加在紗道渦流旋轉端，一端進入紗芯，另一端 被吹散旋轉，從而連續(xù)加捻而成紗。m v s 屬于自由端紡紗，可用于加工純棉紗。 美國專利63 1 47 1 4 紡紗裝置1 16 1 是s a u r e r 集團s c h l a f h o r s t 公司利用氣 流對無捻須條中的纖維提供加捻作用來生產短纖紗的裝置。該紡紗系統有一個旋 轉的錠子和一個靜止的錠芯，錠芯用來引導經過牽伸的紗條。因為不會產生假捻， 屬于真捻紡紗。 a r t z t p 1 7 j s 、m a t s u m o t ot 【1 9 1 等分析了噴氣渦流紗的結構，通過實驗得出 噴氣渦流紗與環(huán)錠紗具有相似的結構；噴氣渦流紗和轉杯紗雖然都具真捻結構， 但前者捻度方向性更強。作者還比較了渦流紗與環(huán)錠紗的主要性能，得出如下結 論：渦流紗除了強力稍低于環(huán)錠紗，其他性能均優(yōu)于環(huán)錠紗。 r o z e l l ew n 【20 】詳細研究了自由端噴氣紡的成紗過程，提出前羅拉的鉗口 到空心錠口的距離對成紗性能有非常重要的影響，這個距離越大越有利于形成自 由端纖維，使紗線越接近真捻紗。 第四節(jié)國內的研究狀況 國內對噴氣紡的研究主要集中在成紗機理、成紗過程、噴嘴結構參數、紗線 結構及性能等的研究上，對影響其強力的因素進行了探討和實驗研究，來提高噴 氣紡紗的性能，使紗線達到最佳的性能指標，體現其優(yōu)越性。 噴氣紡作為一種新型紡紗方法，其成紗機理和成紗過程一度成為學者研究的 重點。對噴氣紡紗是自由端紡紗還是非自由端紡紗、是假捻紡紗還是真捻紡紗的 問題存在爭議。自由端紡紗是在紡紗過程中有纖維須條的完全斷裂，而非自由 端紡紗在紡紗過程中纖維須條是完全連續(xù)輸出的，并沒有出現斷裂。 一種觀點認為噴氣紡屬于非自由端紡紗方法_ l ”i 。金佩新等研究發(fā)現： 正常紡紗時，加捻器的第一噴嘴離開前鉗的距離小r 纖維的主體長度，當輸出前 鉗lj 的纖維頭端到達第一噴嘴時，尾端仍處在i 州f 1i 之f ，所以不存在須條的斷 裂t 程；另外借助高速攝影拍照的觀察，也l 叭j 【拶拉處的須條是連續(xù)的，況明 青島大學碩士論文 噴氣紡屬非自由端假捻紡紗。 另外，有學者從紗線結構角度來說明噴氣紡的成紗機理【2 3 l 。噴氣紡是典型 的包纏結構，紗芯纖維有三種狀態(tài)：z 向、s 向和平行向。但傾斜角均很小，在 1 0 0 以下。經解捻后，紗芯的z 向、s 向傾斜相互調整，處于新的平衡狀態(tài)。這 個特點不同于一般自由端或非自由端真捻紗，只能是非自由端包纏紗。 對噴氣紡的包纏過程大多數學者 2 1 , 2 3 , 2 4 】認為是一個假捻斗退捻斗包纏的成 紗過程，當纖維須條進入第一噴嘴，在第一噴嘴氣流回轉作用下轉動而獲得“z ” 捻。由于第二噴嘴的氣流反向回轉且動力遠大于第一噴嘴，迫使第一噴嘴到前羅 拉間的紗條解捻，從z 變成s 捻。 郁崇文f 2 5 】在噴氣自由端紡紗的成紗機理上作了一定研究，通過研究總結出 采用噴氣分離纖維到形成自由端紡紗必須滿足的三個條件：( 1 ) 分離區(qū)間有一定 長度，且在區(qū)間上纖維流不得有捻度而影響分離；( 2 ) 作用在紗尾上氣流的軸向 速度不得高于紗尾本身速度，以免吹走紗尾。實際上氣流速度高于紡紗速度，因 此必須使氣流速度與紗尾速度方向相反，以給紗尾一定的張力，使其停留在凝聚 區(qū)中；( 3 ) 凝聚前，分離纖維和氣流。 對噴嘴規(guī)格的研究主要集中在噴孑l 角度、孔徑、數目、噴嘴內徑、兩噴嘴的 噴孔距離等結構參數上，而對紡紗工藝參數的研究主要從前鉗口與第一噴嘴距 離、紡紗速度、兩噴嘴氣壓和牽伸倍數等方面著手。目的是改善成紗質量，主要 是提高成紗強力和條干均勻度。 唐佃花、邢明杰等 2 6 1 分析了噴氣紡紗的成紗結構和影響其強力的因素一纖 維性能、半成品質量及工藝參數，旨在找出提高成紗強力的措施。 王建坤等1 2 7 3 8 , 2 9 1 分析了噴氣紡紗噴嘴的主要結構參數( 噴嘴的直徑、噴孔角 度等) 對噴氣紗質量的影響，并通過二次回歸正交實驗設計和多因子的計算機輔 助設計，得出結論：當第一噴嘴直徑為3 9 8 m ，噴嘴的噴孔角度為5 4 9 度；第 二噴嘴直徑為3 。9 8 r a m ，噴嘴的噴孔角度為8 3 3 度時，可獲得最佳的噴氣紗質量。 郁崇文 29 】通過對開纖槽結構參數與成紗強力的實驗，找出了其結構參數與 成紗強力的關系。當開纖槽的長度為8 m m ，高度為0 8 m m ，槽數為8 個時，有利于 提高成紗強力。 劉常威等p o l 通過對兩噴嘴間距這一結構參數與成紗強力的實驗，找出其與 成紗強力的關系，當兩噴嘴間距為2 4 。4 5 m m 時有利于噴氣紡紗機紡純棉時提高成 紗強力。 郁崇文口1 1 分析了噴氣紡紗中第一噴嘴對前羅拉鉗口下須條的解捻作用，通 過對第一噴嘴的設計以及對影響成紗強力的主要工藝參數所作的優(yōu)化試驗，得出 了在紡純棉噴氣紗時，獲得較高強力的優(yōu)化工藝參數第一噴嘴的長度為6 0 m m 。 陸品舊、李成龍m i 也做了純棉噴氣紡紗i ：藝j 成紗機理的研究工作，陸品 第一章概述 還通過回歸旋轉設計找到了兩噴嘴氣壓比、噴孔角度和兩噴孔距離的最佳搭配， 即當兩噴孔距離為2 3 7 0 h n ，第二噴嘴噴孔角度為8 5 度，第一、二噴嘴的氣壓 比為2 2 5 時紡制出的純棉紗的單紗強力最高，為1 5 9 c n 。 繆德杰 4 6 1 在1 9 9 1 年做了苧麻噴氣紡紗的研究工作。這是開發(fā)麻型纖維噴氣 紡紗的開端。他對苧麻噴氣紡紗的紡紗工藝進行了較為全面的研究，得到了以下 的主要結論：通過合理設計噴嘴的結構和工藝參數的配置，采用噴氣紡紗方法紡 制含苧麻纖維紗是可行的；第二噴嘴氣壓大于第一噴嘴氣壓不是紡紗工藝條件的 唯一模式；從提高成紗強力的目的出發(fā)，通過優(yōu)化設計得到了噴氣紡紗紡麻纖維 的最佳工藝參數的配置：紡紗速度略大于l o o m m i n ，超喂比略小于0 。9 7 ，卷繞 比略大于0 ，9 6 。 郁崇文、張文賡 3 5 1 運用激光多普勒測速儀對噴氣紡噴嘴中的氣流場以及有 關參數對噴嘴中氣流場分布的影響作了測試分析，所得的結果對掌握噴氣紡噴嘴 中的氣流場的分布規(guī)律、合理地設計噴嘴、優(yōu)化有關參數等提供了依據。 戴偉鋒、王燈明【36 】通過實驗數據及理論分析，找到適合細旦纖維噴氣紡的 噴嘴結構參數，來提高噴氣紗的強力，為推廣細旦纖維噴氣紡高支紗提供依據 杜兆芳p _ 1 通過復合形法優(yōu)化得出，絹絲噴氣紡噴嘴工藝的最佳方案為：兩 噴嘴間距離為3 6 。5 7 n u n ，前羅拉出口到前噴嘴入口距離為3 9 m m ，前后噴嘴的壓 力分別為2 6 9 4 k p a 和3 5 9 6 k p a 。 郁崇文【3 8 】對純棉噴氣紡紗中噴嘴等參數進行優(yōu)化設計，得到了獲得較高強 力的優(yōu)化工藝參數。通過研究發(fā)現，第一噴嘴適當加長，可增大其對紗條的解捻 作用，從而使前羅拉鉗口下的須條松散，有利于產生更多的邊緣纖維，增大包纏 纖維數。從實驗結果發(fā)現，第一噴嘴采用6 0 m m 時，成紗強力可以得到提高。通 過旋轉設計發(fā)現，第一噴嘴加長后( 6 0 r a m ) ，并選用適當的工藝參數，可有效地 增加純棉噴氣紗的成紗強力。 渦流紡和管道紡也是利用氣流加捻的自由端紡紗技術，國內許多學者對其進 行了研究，主要集中在成紗結構的研究、紡紗裝置的優(yōu)化和改進及其流場的測試 分析方面。 大量研究證實管道紡不僅能成功地紡1 0 0 的純棉紗，而且其成紗內緊外松， 比摩擦紡成紗內緊外松結構合理。陳克彰等人列“0 4 1l 對管道紡紗的加捻過程作 了分析，通過受力分析，采用電子顯微鏡等實驗方法證實了管道紡成紗結構內松 外緊，同時對管道紡紗裝置的結構進行了深入的研究和優(yōu)化，研究了在管道紡紗 機上不添加機構而進行包芯紗的紡制，分析了其包芯紗的成紗機理，證實了棉纖 維能夠均勻地、完全地包覆在芯紗絲的周圍。 渦流紡和噴氣紡一樣，屬于氣流加捻。但是噴氣紡為正壓紡紗，渦流紡為負 爪紡紗，它依靠外界向負壓渦流管內切向補風而產牛剮轉渦流加捻的。唐衍朔等 青島大學碩士論文 人【4 2 l 介紹了渦流紡紗的基本原理，對渦流加捻器中旋轉流場的形成、纖維環(huán)的 凝聚與剝取做了重點簡述。綦明正，邢明杰等人1 4 。4 4 j 通過渦流紡紗機渦流管的 改進，使紡紗效果有較大改善，用管式針頭針對渦流管流場進行測試，用空氣動 力學原理進行分析，找出在凝棉區(qū)徑向，軸向和切向速度和壓力的分布規(guī)律；得 出纖維環(huán)形成，存在的根據和分析，分析了加捻過程，完善了渦流紡的成紗機理。 近幾年來，邢明杰，楊磊 4 3 4 6 1 等對自由端噴氣紡做了大量研究，在自由 端噴氣紡的成紗機理和紗線結構與特點方面有獨到的見解。指出自由端噴氣紡是 一種實用的有發(fā)展?jié)摿Φ男滦图徏喎椒ā?自由端紡紗噴氣紡紗的研究表明，自由端紡紗加真捻的成紗機理有利于改善 成紗質量，適用于純棉紡紗，克服了傳統噴氣包纏紡紗的局限性。自由端紡紗還 處于起步階段，需要對其進一步研究，以使這種方法的成紗質量有較大的提高， 適紡范圍更廣。 第五節(jié)課題意義與主要研究內容 國內對渦流噴氣紡也有一些研究，但目前仍不夠成熟。本課題擬通過對自由 端噴氣紡的成紗工藝及成紗結構形態(tài)、紗條特性作進一步的研究探索，推動渦流 噴氣紡紗技術在中國的發(fā)展。 由于m v s 適紡純棉紗，故本課題通過對m v s 成紗工藝加以分析，對影響純棉 紗成紗強力的關鍵問題進行探討，以改善成紗質量，主要是提高純棉紗成紗強力 和條干均勻度。同時根據自由端噴氣紡紗的成紗結構和紗線特性，對紗線結構模 型進行比較合理的描述。 1 。選擇合適的紡紗工藝參數：運用優(yōu)化設計的理論和方法尋找出合適的紡 紗工藝參數，以提高紗線強力和減少紡紗時的廢纖率。主要從前羅拉的鉗口到空 心錠口的距離、紡紗速度、噴嘴氣壓配置、牽伸倍數等進行研究，使單紗強力達 到預期的目標。 2 通過成紗纖維照片，對纖維在紗線中的排列形態(tài)、包纏纖維的量以及對 芯纖維纏繞的緊密度進行分析。 3 根據纖維在加捻成紗過程中的運動規(guī)律，對紗中纖維排列、加捻區(qū)纖維 進行描述，總結出自由端噴氣紗結構模型。 4 通過和環(huán)錠紗的比較，對紗線的各方面性能進行測定，從而全面的認識 所研究的自由端噴氣紗的特性。 第二章m v $ 成紗機理 第二章自由端噴氣紡( m v s ) 成紗機理 第一節(jié)紡紗機器介紹 m v s 是m u r a t u e cv o r t e xs p i n n e r 的簡稱，是日本村田公司在噴氣紡的基礎 上發(fā)展起來的新一代噴氣紡紗機( 我們稱自由端噴氣紡紗機) 。 m u r a t a 紡機是村田公司為了彌補噴氣紡紗體系對纖維長度的適應性差，只能 加工生產滌綸等等長度的化纖紗或者生產滌棉等混紡紗，不能生產純棉紗的不足 而研制的一種新型紡紗機。 州s 噴氣紡紗機包括牽伸、渦流加捻、空心錠子、成紗、卷繞等部分。其成 紗機理為：經牽伸后的纖維束從前羅拉鉗口輸出，立即進入與前鉗口距離很近的 螺旋形空氣噴管，被噴管中穩(wěn)定的渦流控制在一起，纖維束在噴管中向前運動到 達噴管尾端并伸出到噴管嘴的突出部分，在螺旋形噴管中高速回轉的渦流使纖維 束加捻。紗體加捻經過噴嘴后，纖維末端因渦流作用而擴張，經過空心錠子捻搓 作用后旋轉到纖維紗芯上，加捻作用完成。該噴氣紡紗機改變了噴氣紗強力低較 的弱點，尤其是成紗機理的變化，1 8 s 與m j s 的區(qū)別是，m r s 采用單一噴嘴技術， 兩種體系生產的紗線結構完全不相同，m v s 屬于真捻結構，m j s 屬于包纏紗結構。 從而m r s 可以加工純棉紗，這被稱為是噴氣紡的新突破。 下面我們就以n o 8 5 1 為例介紹m v s 紡紗結構及特征： n o 8 6 1 的紡紗速度為4 5 0 米分鐘，是世界上紡紗速度最快的紡紗機，高于 m j s ( 噴氣紡) 的3 0 0 米分鐘的紡紗速度，與環(huán)錠紡相比是其2 0 倍，與轉杯紡 相比是其3 倍。 工序一體化：粗紗，細紗，絡筒工序的一體化，最小限度地控制了人員的配 置，電力消耗，保全工時等運轉成本，從而節(jié)約了總成本。節(jié)省占地面積和節(jié)省 勞動力。如下圖2 1 所示： 青島大學碩士論文 棉潦輪 棺 廣j 囤墮互 圈耍e 圖2 1粗紗細紗絡筒工序一體化 集中管理：m s c ( 村田電子清紗器) 和v o s ( 可視化智能主控電腦系統) 的聯 合使用，使該機器的操作及管理更加簡潔。m s c 是為了準確精密的檢測成紗的 質量而開發(fā)的電子清紗器。m s c 具有多種多樣的設定范圍，可以進行更加精密 的檢測并準確地反饋給v o s ，并通過附加使用m s c f ( 異性纖維檢測裝置一選擇 件) ，可以進行異性纖維及異物的檢測。v o s 是通過村田機械公司的專有知識和 積累的技術開發(fā)出來的具有更優(yōu)越的操作性和靈活性的運轉數據管理系統。用容 易觀看的大型彩色液晶畫面顯示運轉狀況，紗線質量管理，運轉管理，維修等各 種數據的圖形。并且還可以用于生產和質量的趨勢分析。該系統主要功能有；調 節(jié)紡紗參數( 包括紡紗速度，總牽伸比，主牽伸比，喂入比，卷繞比和紡紗狀況 等的調節(jié)) ，紡紗質量管理( 除單紗強力外的所有紗線質量管理，包括去除疵點， 去除粗節(jié)紗，細節(jié)紗，細紗均勻度，指數變動的測定，紗疵分析儀，長短周期條 干不勻，異物檢測機頭等) ，生產管理( 計算機各種原因損失效率，先是效率下 降原因，顯示生產效率，總體生產效率，絡筒數，定長卷繞控制，安全管理( 包 括保養(yǎng)接頭裝置，保養(yǎng)絡簡裝置，牽伸羅拉不良，不i _ f 常錠子調查，不良棉條調 查等) 。 連貫的紡紗工序，人性化的簡易操作：m v s 可以進 1 ：從棉條到筒紗的直接 紡紗，所以與需要幾道紡紗工序的環(huán)錠紡相比，操作管川支質量管理更為易行。 v o s jt 3 , 計變頻控制的牽伸輥進行簡單準確的毆定，從j 。以進行穩(wěn)定的高質 豢蒜囂博h 啊 第二章m v s 成紗機理 量的紡紗。在紡紗單元由外側纖維包纏中心纖維的獨特的紗的結構，可以生產出 富于功能性，流行性的v o r t e x 紗。具有a d 搭載自動接頭裝囂，可以通過v o s 調整吹捻器的接頭時間，控制最佳的自動絡筒時間周期，及有效的減少接頭失誤， 提高生產效率。m v s 以人類工程學為設計得的基礎，方便操作人員的運轉和保 全，有助于提高效率。配有自動清除落棉真空箱，將落棉自動排出，不需要人 工清除落棉真空箱。 第二節(jié)紡紗過程 m v s 紡紗機是在噴氣紡紗機的基礎上發(fā)展起來的新型紡紗機，彌補了噴氣 紡紗系統的一些不足。m v s 與m j s 的區(qū)別是m v s 采用單一噴嘴技術，兩種體 系生產的紗線結構完全不同，m v s 屬于真捻結構，m j s 屬于包纏紗結構。對于 噴氣紡，其渦流系統有一牽伸部件，用于加工并條后的條子。在紡紗區(qū)沒有可移 動部件。然而渦流紡沒有采用假捻技術，在牽伸部件和成紗點之間，纖維被平行 輸送。這種傳輸過程中，一定纖維的頭端從纖維束主體伸出。這些纖維端在進人 中空錠子時，通過渦流空氣作用，在不旋轉的紗芯周圍得到加捻。和噴氣紡相比， 這種紡紗方法使表面纖維的數量得到顯著增加，如包纏纖維的含量達到3 0 一 5 0 。這對棉紗強力有積極的影響。因此，渦流紡比氣流紡更適合于棉紗，尤其 是2 0 一5 0 英文的中等紗支。因此，m v s 紡紗技術是一個新的突破。 m v s 紡機是棉條喂入并經過四羅拉( 或者五羅拉) 牽伸機構牽伸后達到需要 的紗線支數的須條，從前羅拉引出的纖維被吸入到噴嘴并集聚在一個釘狀突出物 上，釘狀突出物伸入到空心錠子的上口，在集聚時，纖維被針狀物牽引進入空心 錠子中，在集聚點纖維尾部沿噴嘴內側在高速回轉渦流的作用下升起，使纖維分 離并沿著錠子旋轉，當纖維被牽引到錠子內時，纖維沿著錠子的回轉而獲得一定 捻度。纖維束沿著錠子包纏的角度及回轉角度都是可以控制的，實現了高速紡紗 并獲得真捻。 高速回轉的渦流只作用在纖維上，與前羅拉引出纖維的功能一起形成對纖維 的加捻作用。因此高速回轉的渦流除了完成加捻任務外，并不影響紗線支數的高 低。由于m v s 紡紗體系的基礎“v o r t e x ”氣流對纖維的加工，纖維受到具有聲速 的噴氣渦流及卷取羅拉作用而形成真捻，這種特殊的加捻作用是其他紡紗機械不 能取代的，高的紗線回轉速度下的成紗結構比環(huán)錠紗線結構緊密，因而結構穩(wěn)定， 使印染加工后的最終紡織品具有很多優(yōu)點。自由端噴氣紡紗技術適應性廣，可以 加工不同長度的短纖混紡紗，生產質量比較高。采用空氣捻接接頭法，在紡紗過 程中纖維從牽伸裝置進入噴嘴內部，接頭動作即自動完成。 由j ：渦流紗特性的決定，對于纖維種類及纖維長度郜分別有一定的要求，掘 訃乍j 。渦流紗企業(yè)報道的資料表明，q - j 。渦流紗嬰川k 絨伸，而且紡紗技術適 青島大學碩士論文 于在1 8 英支至4 5 英支范圍內。m v s 8 6 1 紡紗機的紡紗支數及適紡纖維長度比 m v s 8 5 1 有了一定改進。這種紡紗質量特性中，除了紗線強力及伸長率比環(huán)錠紗 低以外，其他毛羽，起球性等項質量指標均比環(huán)錠紗好，甚至有些指標還要比緊 密紗好。 圖2 。2 m v s 紡紗原理圖 m v s 紡紗系統的整個紡紗過程是全自動連續(xù)的，受到電子系統的監(jiān)控，可 以自動去除檢測出的紗疵，并啟動自動接頭裝景將斷紗接起。紡紗質量也受到逐 錠監(jiān)控，若出現有問題的錠子，可以單錠自動停止紡紗。 第三節(jié)自由端噴氣紡( m v s ) 成紗機理分析 普通噴氣紡的成紗機理，只能紡制較長長度的纖維，在紡純棉紗時強力較低。 在假捻包纏結構的紗中，承負荷的主要是伸直平行的芯纖維，纖維長度越長，纖 維問的摩擦岡數越大，芯纖維能承擔的負荷越大，成紗強力也就越大。由于棉纖 維本身的性能無法調整，進一步提高純棉噴氣紗的強力是棚“1 困難的。為了改變 現存噴氣乜縱紡紗強力偏低的不足，必須對噴氣紡紗成紗 l t * l ! 進行改變。為了能 在噴氣紡紗 1 j li ：適紡純棉噴氣紗，提高噴氣紡紗機的適紡r i f 朗i 成紗質量，村陽 第二章m v s 成紗機理 公司對噴氣紡紗機的噴嘴結構進行了改變，把噴氣紡升級為自由端噴氣紡。 從噴氣紗的結構我們可知：外包纖維包纏在幾乎平行的紗芯周圍，對紗芯產 生向心壓力增強了纖維間的摩擦抱合力，從而形成紗的強力。理想的優(yōu)質的噴氣 紗的結構必須是紗的任何一個截面紗芯和包纏纖維在數量上要保持一定比例，并 且使包纏纖維要按適當螺距、角度和張力對紗芯進行包纏。但是，噴氣包纏紡的 噴嘴只產生徑向的旋轉力矩，對由前羅拉送出的帶狀纖維束的兩側游離出少量頭 端自由纖維進行包纏，而不能產生更多的頭端自由纖維，在噴嘴的作用下芯部纖 維束得不到充分的加捻，以至于芯部纖維束只獲得少量的捻度。也就是說，噴氣 包纏紡紗的噴嘴結構，氣流只是在二維平面上產生作用。 要使單纖維相互結合成具有一定強度的紗線，則纖維間必須有兩種力的作 用，一是徑向凝聚力，它使纖維不脫離紗線表面；另一方面是軸向凝聚力，使紗 線具有一定強力