纖維幾何特征對成紗條干不勻的影響分析.pdf

1、纖維性能對成紗性能的影響一直是紡紗領域中最為經(jīng)典的課題。從纖維原料性能的測量與表征、紡紗各工序的配置與優(yōu)化到成紗性能的分析與預測，都受到了很多研究者的關注。在成紗性能的各項評價指標中，尤以成紗條干不勻為主導，關系著成紗性能的其它方面。本研究通過分析具有一定長徑比的纖維在紗條中隨機排列，揭示成紗條干理論不勻及附加不勻產(chǎn)生的機理，為優(yōu)化原料配置，合理制定相關紡紗工藝，分析預測成紗性能提供理論基礎。
　　 本文對纖維幾何特征（長度及細

2、度）的表達中使用了分布的概率密度函數(shù)，從而實現(xiàn)了分布的全面表征，并能進行精確計算。在分析纖維隨機排列對成紗條干不勻影響時，為模型構建及簡化計算，假設纖維在紗條中伸直平行排列。本文的研究工作主要涵蓋了如下幾個方面:a）纖維長度及細度分布的概率密度函數(shù)表征;b）纖維幾何特征對成紗條干不勻的影響;c）纖維長度分布對牽伸條干不勻的影響;d）纖維幾何特征對混紡紗條干不勻及混合不勻的影響。分別對應文中第二至五章。
　　 要分析纖維在紗條中的

3、幾何隨機排列，首先需明確表達纖維長度及細度幾何特征的分布。論文第二章首先基于纖維長度的直方圖數(shù)據(jù)，采用非參數(shù)核密度估計的方法進行擬合。實驗及計算表明，正態(tài)核函數(shù)擬合出的密度函數(shù)曲線更近乎平滑，且積分算得的長度指標與實測值更相近，具有較好地擬合效果?？紤]到生產(chǎn)實踐中經(jīng)常使用的是長度指標，通過逐步回歸的方法，得到了纖維長度指標與長度分布統(tǒng)計量（均值與方差）間的關系，進而采用混合分布模型，結(jié)合了正態(tài)分布與冪函數(shù)的靈活性，給出了長度分布密度函數(shù)

4、一種有效擬合，通過驗算短絨率及有效長度（即上四分位長度），與實測結(jié)果較為相符。鑒于aQura棉纖維長度檢測儀測得的纖維重量及根數(shù)加權長度分布直方圖的差異，計算了不同長度下棉纖維之間的細度分布;結(jié)合實驗方法確定的陸地棉沿纖維長度方向上線密度變化規(guī)律，最終較為全面地給出了棉纖維細度不勻及直徑不勻的計算方法。本章還給出了纖維長度分布密度函數(shù)在牽切工藝中對纖維長度變化分析及工藝控制的應用，說明密度函數(shù)的表示可將理論研究的成果進一步變成有力的分析

5、工具，為優(yōu)化紡紗工藝以及對紗線性質(zhì)進行預測和推斷提供了可行的方法。
　　 對成紗條干理論不勻研究較為經(jīng)典的當屬Martindale和Suh分別基于纖維細度和長度分布的工作，論文第三章首先概述了此二理論，并分析了其存在的問題。隨后通過一個生產(chǎn)中的樣本，在纖維長度分布概率密度函數(shù)的非參數(shù)核估計擬合基礎上，實現(xiàn)了Suh紗線條干理論不勻模型的計算;并進一步討論了長度各指標對成紗理論不勻及附加不勻的影響，其中，有效長度及長度不勻?qū)Τ杉啑l干

6、不勻影響顯著，短絨率(尤其16mm)對不勻影響較大，在紡普梳紗時應嚴格把關。本章還通過研究紗條截面內(nèi)纖維根數(shù)與纖維長度分布及紗條中纖維頭端密度的關系，推導了成紗條干理論不勻模型。實驗表明，改進后的理論不勻結(jié)果相比于Martindale和Suh理論更能體現(xiàn)出成紗實測條干不勻的變化趨勢。
　　 成紗條干不勻另一構成因素稱為附加不勻，主要在牽伸工序產(chǎn)生，源于纖維在牽伸過程中受到的牽伸力不均衡、纖維變速位置不恒定，進而影響纖維在紗條中的

7、幾何排列。因此，論文第四章首先在I.T.T.(Institute of Textile Technology, USA)牽伸力測試裝置上，通過模擬單區(qū)與雙區(qū)羅拉牽伸，測算了不同牽伸倍數(shù)及牽伸隔距下的牽伸力均值及其不勻，分析發(fā)現(xiàn):牽伸倍數(shù)在后區(qū)牽伸中存在著一個特征點使得牽伸力不勻最小;當牽伸隔距增大到在某一范圍內(nèi)變化時，牽伸力不勻的增長趨勢不明顯。在主區(qū)牽伸中，牽伸力均值的變化更大程度上是受后區(qū)牽伸倍數(shù)的影響;牽伸隔距對牽伸力變化有較顯著

8、得影響，隨牽伸隔距設置增大，牽伸力不勻呈遞增趨勢。試驗還表明:較低的牽伸力不勻可以改善紗條的條干均勻度。而牽伸中產(chǎn)生條干附加不勻的直接原因在于纖維變速的不一致性，本文提出了使用對數(shù)正態(tài)分布進行求解變速點分布的概率密度函數(shù)，引入牽伸倍數(shù)、牽伸隔距及纖維長度分布構建了理論關系式，并實驗驗證了方法的合理性。鑒于牽伸后紗條重量不勻與纖維變速點不勻的關系，還給出了使纖維變速點不勻最小的數(shù)值優(yōu)化牽伸配置的方法，相比較于傳統(tǒng)的回歸優(yōu)化方法，此方法更簡

9、單易行，且與傳統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果可比。
　　 對于不同纖維進行混紡，論文第五章通過引入兩組份纖維細度比（細度系數(shù)），基于Martindale條干理論不勻公式，討論了混紡紗條條干理論不勻與纖維細度及其不勻的關系，由圖像解析方法得出:在細度系數(shù)為0.2～0.3時，成紗條干極限不勻存在最小值。之后使用條件概率的方法，引入了紗條截面內(nèi)纖維根數(shù)的變異，構造了一個兩組分混紡紗條中纖維隨機混合不勻表征的新模型，通過與已發(fā)表的實測混合不勻及其它預測結(jié)果