自捻紡紗紗線結(jié)構(gòu)及其力學性能研究.pdf

1、本研究課題緊密結(jié)合自捻紡紗工藝,對自捻紡成紗基本原理進行了理論分析和合理推導,得到了自捻捻度與單紗條捻度之間的關(guān)系以及捻回角與纖維機械性能的關(guān)系。對自捻紗線不同相位條件下兩根單紗條匯合的規(guī)律進行研究,得到自捻捻度分布的特征。通過對自捻捻度函數(shù)的合理表征,得到影響自捻紗線強度不勻率的直接因素是自捻紗線的捻度不勻率。通過一系列對自捻紡紗一般規(guī)律的研究,利用實測的結(jié)果進行分析驗證,得到關(guān)于自捻紡紗的規(guī)律、紗線結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。在此基礎上側(cè)重于

2、對自捻紡成紗技術(shù)的應用性研究。
　　本研究的主要目的是通過對自捻紡成紗機理、紗線結(jié)構(gòu)及其力學性能的研究,揭示出纖維性能、紡紗工藝參數(shù)、成紗結(jié)構(gòu)參數(shù)以及紗線力學性能之間的相應關(guān)系和內(nèi)在規(guī)律,從而實現(xiàn)對自捻紡紗生產(chǎn)工藝的優(yōu)化控制,為實際生產(chǎn)中工藝參數(shù)的選擇,最終獲得性能優(yōu)良的紗線質(zhì)量提供理論和實際依據(jù)。
　　本課題的研究方法采用理論推導結(jié)合實驗驗證,以及利用實驗數(shù)據(jù)進行分析的基本方法。自捻紡紗線中存在捻向交替的有捻區(qū)和無捻區(qū)或單

3、紗上有捻而自捻紗線無捻的弱捻區(qū),這就導致了紗線結(jié)構(gòu)的復雜性和多樣性;自捻紡成紗中相位差的大小對成紗結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生重要影響,為了弄清自捻紡成紗過程捻度特征的分布和成紗規(guī)律,所以本研究采用一根染色的羊毛條和另一根白色的腈綸條紡紗進行試驗分析。利用實驗觀察獲得能夠代表和反映紗線結(jié)構(gòu)的參數(shù),最終獲得紡紗規(guī)律和成紗結(jié)構(gòu)的特征。
　　本課題對自捻紡成紗機理、紗線結(jié)構(gòu)和力學性能進行了一系列的研究;討論了從纖維性能、成紗工藝、紗線結(jié)構(gòu)到紗線性能的

4、有關(guān)問題及其相互之間的關(guān)系和影響;從自捻紡紗最基本的加捻扭矩平衡的角度,重新構(gòu)建了自捻捻度與單紗條捻度之間的關(guān)系式;從纖維應變能守恒的角度,推導了自捻平衡達到最小總應變能時自捻紗線螺旋角與纖維性能的關(guān)系;從相位差的角度著手,推導并驗證了不同相位差情況下,兩根單紗條有捻和無捻區(qū)段匯合的一般規(guī)律,推導出了得到最佳紗線性能的相位差;針對自捻紗線斷裂強力和斷裂伸長率均較低的特點,將不同原料的自捻紗線和環(huán)錠紗線進行力學性能的對比,解釋了自捻紗線斷

5、裂強力和斷裂伸長率均較低的原因,并通過復合自捻的方法解決了一些原料不能直接用于自捻紡紗的問題;通過計算不同匯合方式下自捻捻度分布函數(shù),得到各種因素對自捻捻度的影響,通過理論分析和實驗驗證,得到自捻紡紗最佳紡紗工藝參數(shù)的選擇;以雙股紗賽絡紗的力學模型為基礎建立了自捻紡紗過程力學模型,得出匯合點的運動規(guī)律,為控制匯合點的穩(wěn)定運動打下理論基礎。論文根據(jù)研究的具體內(nèi)容共分為六章。
　　首先第一章是研究的背景,著重介紹了自捻紡的研究與應用現(xiàn)

6、狀、理論研究已有成果與實驗研究的內(nèi)容,以及自捻紡紗的研究目的和研究內(nèi)容。
　　接下來的第二章從扭矩平衡的角度,變形能守恒的角度解釋與論述自捻成紗機理,不僅推導出了自捻捻度和單紗條捻度之間新的關(guān)系式,而且建立了自捻紗捻回角和纖維機械性能之間的關(guān)系式,并通過實紡不同纖維所紡自捻紗線測試半周期捻回數(shù)進行了驗證。
　　第三章研究了自捻紡紗成紗過程不同路程差情況下的捻度分布,分別分析了七種相位自捻紗的成紗過程及捻度分布,通過改變相位對

7、自捻紗兩根單紗條有捻紗段和無捻紗段相遇的情況進行具體分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當兩根單紗條的相位差等于自捻紗線的無捻區(qū)長度時,自捻紗線長度方向上沒有無捻-無捻段紗線的出現(xiàn),此時能夠獲得紗線的最佳拉伸性能。此結(jié)果通過實際紡紗測試自捻紗線的斷裂強度值進行了驗證。通過不同原料腈綸、滌綸、羊毛、苧麻分別進行自捻紡紗和環(huán)錠紡紗紗線的力學性能比較,自捻紗線有斷裂強力和斷裂伸長率均較低的特點,滌綸和腈綸纖維自捻紗線強力利用率較高可以直接用于自捻紡紗,而羊毛和苧麻

8、由于強力利用率只有15-25％只能選擇與其他纖維復合進行自捻紡紗。通過對腈/滌、毛/滌、麻/滌三種復合自捻紡紗線的力學性能分析,腈/滌復合自捻時可采用任何比例,而毛/滌復合自捻時滌綸纖維含量百分比要達到60%或以上,麻/滌復合自捻時滌綸纖維含量百分比要達到70%或以上,才能夠使得復合自捻紗線的斷裂強度和斷裂伸長率符合后工序加工的要求。
　　論文第四章通過自捻羅拉鉗口線至匯合點之間紗條上的捻度分布函數(shù)用兩種方法進行計算,一種是用路程

9、差的方法,另一種是分別用兩根單紗條的捻度分布函數(shù)來計算,結(jié)果第二種方法所計算的自捻捻度分布函數(shù)與實際紡紗測試紗線的捻回數(shù)更接近,更符合生產(chǎn)實際。并進一步利用兩根單紗條的相位差得到自捻紗的相位差,證實了用角度差表示的相位差更接近于生產(chǎn)實際上的無捻區(qū)長度。利用第二種方法所計算得出的捻度分布函數(shù)計算得到自捻紡三種匯合方式的捻度不勻率,結(jié)果第三種匯合方式的捻度不勻率最低,經(jīng)過實驗驗證,所對應的自捻紗斷裂強力不勻率亦最低。通過對半周期長度上自捻捻

10、度的計算,分析了自捻紡紗各個結(jié)構(gòu)參數(shù)對自捻紗線半周期捻回數(shù)的影響以及紡紗工藝參數(shù)對自捻紗線半周期捻回數(shù)的影響。對于在生產(chǎn)實際上如何采用較優(yōu)的工藝參數(shù)進行自捻紡紗提供了有力的理論和實踐依據(jù)。
　　論文第五章主要以雙股紗的力學模型為基礎,建立自捻紡紗過程的力學模型,得到了匯合點的運動規(guī)律曲線,并通過實際紡紗驗證了匯合點的運動軌跡。此模型對于進一步研究自捻紗線在匯合點的運動規(guī)律,控制自捻紡紗過程的穩(wěn)定性和可靠性提供了理論基礎。