双通道段彩纱集聚纺装置优化与纱线性能研究
作者单位：江南大学
学位级别：硕士
导师姓名：高卫东;周晔珺
授予年度：2023年
学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082101[工学-纺织工程]
摘 要：多通道纺纱机构的出现为花式纱线的发展提供了多样性选择,由于双通道具有两粗纱独立牵伸纺制纱线的优势,被广泛应用于花式纱线的纺制。但是花式纱线为了达到段彩效果其基本性能反而降低。集聚纺纱技术作为近几年来发展非常快的新型纺纱技术,在提高纱线质量降低毛羽等方面具有明显的优势,因此,双通道纺纱机构往往需要配备集聚装置来改善成纱质量。将集聚纺纱技术与双通道纺纱技术相结合,其优势在于:利用集聚纺纱技术气流集聚机理,可以保证两根须条能够紧密汇聚形成一根纱线,有效提高主纱和辅纱的结合紧密性,改善辅纱缺失和毛羽较多等问题。本课题密切结合双通道集聚纺纱技术,对双通道集聚纺纱系统的装置优化与成纱机理进行了理论分析和实验验证,利用实验结果进行分析验证,得到两组分渐变纱和两组分跳变纱的成纱规律、结构和性能的结果,在此基础上侧重于对双通道集聚纺纱系统的应用性研究。本课题基于双通道等隔距单牵伸区集聚纺纱装置,该机构每个锭位有两个独立牵伸通道,能够实现各组分纤维集合体单独调控的技术。在此基础上,设计多种吸风槽形,使用Solid Works建立集聚区流场,再利用有限元等方法对其进行数值模拟,结合实验验证并优化细纱机集聚区部件,通过优化装置和零部件来提高双通道装置实用性和功能性。同时,本课题以优化双通道集聚纺纱装置为基础,研究两组分渐变纱和两组分跳变纱的成纱机理和结构特征,为两组分段彩纱的发展提供理论基础。这些问题的讨论,对于深入了解双通道集聚纺纱系统,掌握两组分段彩纱结构和性能,完善双通道纺纱理论研究,都具有一定的理论与实践意义。课题主要研究内容与结论如下:首先,本文采用理论模拟结合实验验证,利用实验结果分析的基本方法研究两组分段彩纱成纱机理和结构,分析集聚槽结构和纺纱关键工艺参数对段彩纱成纱结构和性能的影响。双通道集聚纺纺制两组分段彩纱,需要将两根独立牵伸具有一定间距的纤维束汇聚成单根纤维须条,纺纱实践中借助负压集聚纺实现此过程。针对两根纤维束横向间距较大、且比例变化、必须单根纤维须条输出成纱,对双通道集聚槽及负压有特殊要求。为了提高两组分段彩纱集聚纺成纱质量,对双通道集聚纺吸风槽的形状、结构参数及负压设置进行了研究。设计了Y形、V形、倾斜Y形及不对称Y形4种双通道集聚吸风槽形状,采用有限元气流场模拟并分析流场特征,对初步选定的Y形槽与V形槽的双槽间距、集聚点单槽高度、槽口宽度进行结构参数优化;通过纺制不同混纺比两组分段彩纱,对槽形及集聚负压进一步进行优选和试验验证。结果表明:Y形槽和V形槽在流场压力和速度分布上有明显优势,有助于纤维须条的集聚;双槽间距为16 mm,槽口宽度为1.3 mm、总高度为19.2 mm的V形槽流场分布更有利,所纺纱线强伸性能、毛羽指标改善,综合性能优于其他槽形,与数值模拟结果一致;集聚负压过小和过大都不利于纤维须条的汇聚,负压为2700 Pa时,可有效集聚纤维须条,且能耗水平较低。其次在双槽结构集聚纺细纱机的基础上采用不同颜色的粗纱须条纺制段彩纱,对两组分渐变纱的成纱结构和性能进行研究。由于两组分渐变纱中组分纤维排列和成纱方式的多变性,造成了纱线结构的多样性和复杂性,因此本文在实验过程中采用纱线图像处理技术的方法,对其中组分纤维的分布规律进行解析;对于两组分间断渐变纱复合混色片段的结构特征,采用理论推导和实验验证的方式,推导出计算纱段颜色分布和渐变周期的公式,利用直接测量法测量混色片段的段彩长度和整体周期长度,然后计算并提取能够反映和代表纱线结构的参数,得到纱段的段彩长度及其渐变周期规律;最后利用超景深显微镜将纱线外观形态和纤维排列组合情况拍摄为图像,观察并分析成纱外观效果和纺纱规律。最后,主要是通过对两组分跳变纱复合成纱原理和纱线性能的研究,揭示纺纱工艺参数、成纱结构参数以及纱线拉伸性能之间的规律。探讨了两组分跳变纱的纱段分布的规律和成纱性能的表征,分析了纱线结构和纱段长度规律形成的原因,通过对两组分跳变纱纯色片段和交接片段拉伸性能和直径波动的测试结果进行研究,分析了单纱组分纱条交替过程中由于搭接差异而产生的不稳定性原因;通过实验验证了基于成纱机理的纺纱工艺参数与周期长度的关系。结果表明:选择较小的牵伸倍数可以有效控制长度的波动情况,既可以使纤维包缠紧密,又不会产生意外牵伸。推导了不同纱支的纱线纯色片段和交接片段对纱线拉伸性能的影响,无论是断裂强度还是断裂伸长率,纯色片段都有明显高于交接片段。在其他工艺参数如纤维性能、纱线支数和牵伸倍数一致的情况下,交接片段力学性能较差,其中组分纤维的强力利用系数较低。
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