（纺织材料与纺织品设计专业论文）长丝短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究.pdf

摘要 长丝短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 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 东华大学博士论文长丝短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 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1 2 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e i b 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o f r 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 摘要 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4 9 3 0 0 r m i n ，氨纶丝 牵伸倍数4 5 ，纱线设计捻系数5 0 0 。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。 关键词：长丝短纤，转杯纺复合纱，成纱机理，结构，性能，长丝 超喂率，捻系数，长丝组分比，张力，氨纶 i 东华大学博士论文长丝短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 s t u d y o nt h em e c h a n i s m ，s t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so f r o t o r - s p u nc o m p o s i t e y a r n sw i t hf i l a m e n t sa n d s t a p l ef i b e r s a b s t r a c t i nc o m p a r i s o nw i t hn o r m a ls t a p l ef i b e ry a m s ，t h ec o m p o s i t ey a m sc o n s i s t i n go f s t a p l ef i b e r sa n df i l a m e n t sh a v es h o r t e rw o r k i n gp r o c e d u r ea n dh i g h e ro u t p u tr a t e s t h e yh a v es p e c i a lm o r p h o l o g ya n dp r o p e r t i e s ，a n dm a yb ea p p l i c a b l et od i f f e r e n t k i n d so ff a b r i c s i nt h i sr e s e a r c h ，f i l a m e n ty a m sa n ds t a p l ef i b e r sw e r ec o m b i n e do na m o d i f i e dr o t o rs p i n n i n gf l a m e ，a n dt h ec o m p o s i t ey a m sp o s s e s s e dt h ec h a r a c t e r i s t i c s o fb o t hf i l a m e n ty a m sa n ds t a p l ef i b e ry a m s t h i sn e ws p i n n i n gt e c h n i q u en o to n l y k e e p st h ea d v a n t a g e so fr o t o rs p i n n i n g , s u c ha sh i g l ls p e e d ，h i g ho u t p u tr a t e s ，s h o r t f l o w , r e d u c e dp r o d u c t i o nc o s t s ，i m p r o v e dy a me v e n n e s s ，b u ti m p r o v e st h ey a m b r e a k i n gs t r e n g t hr a d i c a l l y , a n dd i f f e r e n tk i n d so fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sc a nb e p r o d u c e db yv a r y i n gt h es p i n n i n gt e c h n i q u e t h i sp a p e ri n c l u d e sf o u rp a r t s ：f i r s t l y , t h em o d i f i e dr o t o rw a sd e v e l o p e da n dt h e e f f e c t so ff i l a m e n to v e r - f e e dr a t i o ，y a mt w i s tf a c t o ra n df i l a m e n tc o m p o n e n tr a t i oo i l t h ey a mq u a l i t i e sw e r ei n v e s t i g a t e d ；s e c o n d l y , t h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f r o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sw e r ea n a l y z e db yt h e o r ya n dt e s t i n gm e t h o d s ；t h i r d l y , t h e s p i n n i n gm e c h a n i s mo fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sw a sd i s c u s s e d ，i nw h i c ht h ey a m t e n s i o nd u r i n gt h er o t o rs p i n n i n gp r o c e s sa n dt h ee f f e c t so fy a mt e n s i o no nt h e s t r u c t u r eo fr o t o r - s p u n c o m p o s i t ey a m s w e r ea n a l y z e d ；f i n a l l y , t h es p i n n i n g t e c h n o l o g yo fr o t o rs p u ns p a n d e xc o m p o s i t ey a m sw a si n v e s t i g a t e da n dt h es p i n n i n g p a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e db yt h em e t h o do fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h em o d i f i e dr o t o rt h a tc a nf e e df i l a m e n t sd i r e c t l yw a sd e v e l o p e da tf i r s t t h e i v 摘要 f i l a m e n ty a mp a s s e ds t r a i g h tt h r o u g ht h ef i l a m e n tg u i d et u b ea n dw a sd r a w ni n t ot h e r o t o rf r e e l yb ys u c t i o n ，i nw h i c ht h ef i l a m e n ty a mw a sc o m b i n e dw i t ht h es t a p l ef i b e r s t r a n dt of o r mt h ec o m p o s i t ey a m t h ec o t t o nf i b e r sa n dp o l y e s t e rf i l a m e n t sw e r e u s e dt op r o d u c ed i f f e r e n tk i n d so fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m s ，a n dt h ee f f e c t so f f i l a m e n to v e r - f e e dr a t i o ，t w i s tf a c t o ra n df i l a m e n tc o m p o n e n tr a t i oo nt h es p i n n i n g p r o c e d u r ea n dy a mq u a l i t i e sw e r ei n v e s t i g a t e dr e s p e c t i v e l y t h ea d j u s t m e n to ft h e f i l a m e n to v e r - f e e dr a t i oc a nl e a dt ot h ec h a n g e si nf i l a m e n tt e n s i o na n dh a sg r e a t i n f l u e n c eo nt h ea p p e a r a n c e ，s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fc o m p o s i t ey a m s a st h e f i l a m e n tt e n s i o ni n c r e a s e sw i t hd e c r e a s i n gf i l a m e n to v e r - f e e dr a t i o ，t h ef i l a m e n t m o v e sf r o mt h es u r f a c ei n t ot h ec e n t e ro ft h ec o m p o s i t ey a m ，a n dt h et e n s i l e p r o p e r t i e s ，i r r e g u l a r i t ya n dh a i r i n e s so fc o m p o s i t ey a m sc h a n g ea c c o r d i n g l y t h ey a m t w i s tf a c t o r sh a v es i g n i f i c a n te f f e c t so nt h em o r p h o l o g y , m e a s u r e dt w i s t ，t w i s t i n g e f f i c i e n c ya n dt h ep r o p e r t i e so fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sa tt w of i l a m e n to v e r - f e e d r a t i o s w i t ht h ei n c r e a s i n gy a ml i n e a r d e n s i t y , t h ef i l a m e n tc o m p o n e n tr a t i o i n c o m p o s i t ey a m sd e c r e a s e sg r a d u a l l y , a n dt h ea p p e a r a n c ea n dp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e y a r n sc h a n g ea c c o r d i n g l y i nc o m p a r i s o nw i t ht h en o r m a lr o t o r - s p u ny a m su n d e rt h e s a m el i n e a rd e n s i t y , t h eb r e a k i n gt e n a c i t yo fc o m p o s i t ey a m si n c r e a s e so v e r1 2 o nt h eb a s i so fs p i n n i n gt e c h n i q u ea n a l y s i s ，t h es t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so f r o t o r s p u nc o m p o s i t ey a m sw e r ei n v e s t i g a t e db yt h e o r ya n dt e s t i n gm e t h o d s t h e c o m p o s i t ey a ms t r u c t u r ed e p e n d so nt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ef i l a m e n tt e n s i o na n d t h et e n s i o no fs t a p l ef i b e rs t r a n d ，a n dt h i sd i f f e r e n c eh a sr e m a r k a b l ee f f e c t so nt h e p a t hw a y o ff i l a m e n ti nt h ec o m p o s i t ey a m s b yt h ee i ba n dq u e s t a rh i s c o p ev i d e o m i c r o s c o p es y s t e m ，t h es u r f a c es t r u c t u r eo fn o r m a lr o t o r - s p u ny a m sa n dc o m p o s i t e y a r n sw e r eo b s e r v e d i nc o m p a r i s o nw i t ht h en o r m a lr o t o r - s p u ny a m ，t h em o r p h o l o g y o fw r a p p e rf i b e r sn e a rt h ec o m p o s i t ey a ms u r f a c ei st i g h t e ra n dc l e a r e r w h e nt h e f i l a m e n to v e r - f e e dr a t i o c h a n g e s ，t h ea p p e a r a n c e a n ds t r u c t u r eo f r o t o r - s p u n c o m p o s i t ey a m s a r ed i f f e r e n t w h e nt h ef i l a m e n to v e r - f e e dr a t i oi sh i g hr e l a t i v e l y , t h e f i l a m e n tt e n s i o ni sl e s st h a nt h et e n s i o no fs t a p l ef i b e rs t r a n d ，s ot h ef i l a m e n ty a m w r a p so v e rt h es t a p l ef i b e rs t r a n da n df o l l o w sah e l i c a lp a t h ；a st h ef i l a m e n tt e n s i o n i n c r e a s e sw i t hd e c r e a s i n gf i l a m e n to v e r - f e e dr a t i o ，t h ef i l a m e n tm o v e sf r o mt h e v 东华大学博士论文长丝短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 s u r f a c ei n t ot h ec e n t e ro ft h ec o m p o s i t ey a m ，a n dt h ef i l a m e n tr e l a t i v er a d i a lp o s i t i o n r ，f i l a m e n tt w i s t ，c o m p o s i t ey a mt w i s t ，t w i s td e v i a t i o n ，y a md i a m e t e rw i l lc h a n g e a c c o r d i n g l y t h et e n s i l ep r o p e r t i e so fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sn o to n l yd e p e n do n t h el o a d e x t e n s i o nc u r v e so fe a c hc o m p o n e n t ，b u ta l s oh a v eg r e a tr e l a t i o n sw i t ht h e s t r u c t u r eo fc o m p o s i t ey a m s ，a n dt h ef i l a m e n to v e r - f e e dr a t i oh a sg r e a ti n f l u e n c eo n t h et e n s i l ep r o c e s sa n dm o r p h o l o g yo fy a mb r e a k a g ee n d s t h et e n s i l ep r o p e r t i e s ， i r r e g u l a r i t ya n dh a i r i n e s so fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sa r ci m p r o v e dc o m p a r e dw i t h t h en o r m a lr o t o r - s p u ny a m su n d e rt h es a m et e c h n i q u ep a r a m e t e r s t h ey a mt e n s i o nd u r i n gt h er o t o rs p i n n i n gp r o c e s sa n dt h ee f f e c t so fy a mt e n s i o n o nt h es t r u c t u r eo fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m sw e r ei n v e s t i g a t e d i ns p i n n i n g r o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m s ，t h e r ea r et w oy a mf o r m a t i o np o i n t s ，t h es t a p l ef i b e r s t r a n da n dt h ec o m p o s i t ey a m a st h ef i l a m e n tt e n s i o nc h a n g e sw i t hv a r y i n gf i l a m e n t o v e r f e e dr a t i o s ，t h ef o r m a t i o np o i n to ft h ec o m p o s i t ey a mi sm o v e db e t w e e nt h e c o l l e c t i n gs u r f a c ea n dt h ed o f f r a gt u b e ，a n dt h et e n s i o no fs t a p l ef i b e rs t r a n da tt h e f o r m a t i o np o i n to ft h ec o m p o s i t ey a mi sd i f f e r e n t t h i sd i f f e r e n c eb e t w e e nt h e f i l a m e n tt e n s i o na n dt h et e n s i o no fs t a p l ef i b e rs t r a n dh a sr e m a r k a b l ei n f l u e n c eo nt h e s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so fr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m s t h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n g o nt h et e n s i o no fs t a p l ef i b e rs t r a n da tt h ef o r m a t i o np o i n ta r el i s t e da sf o l l o w i n g ：t h e l o c a t i o no ff o r m a t i o np o i n t ，t h el i n e a rd e n s i t ya n dt w i s tl e v e lo fs t a p l ef i b e rs t r a n d ，t h e r o t o rs p e e da n dd i a m e t e r , t h en a v e lm a t e r i a la n ds p e c i f i c a t i o n ，e ta 1 w h e nt h e s p i n n i n gp a r a m e t e r so fs t a p l ef i b e rs t r a n da r ei n v a r i a b l e ，d i f f e r e n tk i n d so fr o t o r - s p u n c o m p o s i t ey a m sc a nb ep r o d u c e db yc o n t r o lt h ef i l a m e n tt e n s i o n s ，a n dt h ef i l a m e n t t e n s i o nc a nb ec o n t r o l l e db ya d j u s tt h ef i l a m e n to v e r - f e e dr a t i oi ns p i n n i n gp r o c e s s t h er o t o r - s p u ns p a n d e xc o m p o s i t ey a mw a sd e v e l o p e dt om e e tt h em a r k e tn e e d s o fe l a s t i cy a m s t h es p i n n i n gt e c h n o l o g yo fr o t o r - s p u ns p a n d e xc o m p o s i t ey a m sw a s i n v e s t i g a t e d , a n d t h e s p i n n i n gp a r a m e t e r s w e r e o p t i m i z e db y t h em e t h o do f o r t h o g o n a le x p e r i m e n t t h ee f f e c t so fr o t o rs p e e d ，s p a n d e xd r a f tr a t i o ，t w i s tf a c t o ro n t h ep r o p e r t i e so fr o t o r - s p u ns p a n d e xc o m p o s i t ey a m sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h ee f f e c t s o fs p a n d e xd r a f tr a t i oi st h em o s ts i g n i f i c a n t t h eo p t i m u ms p i n n i n gt e c h n o l o g yw a s o b t a i n e db y4 9 3 0 0r m i nr o t o rs p e e d ，4 5s p a n d e xd r a f tr a t i oa n d5 0 0t w i s tf a c t o n 摘要 u n d e rt h eo p t i m u mt e c h n o l o g y , t h er o t o r - s p u ns p a n d e xc o m p o s i t ey a r na n dt h e n o r m a lr o t o r - s p u ny a mw e r ep r o d u c e da n dc o m p a r e d t h ei n t e g r a t e dp r o p e r t i e so f r o t o r - s p u ns p a n d e xc o m p o s i t ey a ma l ei m p r o v e da n dc a n b ea p p l i c a b l et ot h ew e a v e z h a n g h a i - x i a ( t e x t i l em a t e r i a la n dt e x t i l e sd e s i g n ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o r w a n gs h a n - y u a n p r o f e s s o rx u ey u a l l k e y w o r d s ：f i l a m e n t s t a p l ef i b e gr o t o r - s p u nc o m p o s i t ey a m ，s p i n n i n gm e c h a n i s m ， s t r u c t u r e ，p r o p e r t y , f i l a m e n t o v e r f e e dr a t i o ，t w i s tf a c t o r , f i l a m e n t c o m p o n e n tr a t i o ，t e n s i o n ，s p a n d e x l 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的 学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的 成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本 人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 学位论文作者签名： 私舀亥 日期：伽6 年上月“日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密囹，在三年解密后适用本版权书。 不保密口。 学位论文作者签名： 孑棚夜 日期：们年上月日 指导教师签名： 日期：6 年s 月- b e l 第一章绪论 第一章绪论 纱线是纺织品的主要成品，短纤纱和长丝纱作为纱线的两大类品 种分别在服装、装饰与产业用纺织品领域广泛应用。短纤纱无论从视 觉或从触觉都具有特种美感与舒适感，它是多种结构特征的特有组 合。化纤长丝纱具有强度高、纱线均匀度好、定型性能好等优点，且 工序短、投资少、成本低，但长丝纱不具备短纤纱特有的美感与舒适 感。本课题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和长丝两者的特点，这 在纺纱加工上是革命性的进步，将在产品结构的调整与各种特色产品 的开发方面显示其广阔的优越性。 1 1 研究背景和意义 转杯纺纱技术是新型纺纱范畴中发展最快技术最成熟的纺纱体 系，在各种新型纺纱方法与技术中，转杯纺纱由于其技术和产品的实 用性，得到了推广应用。目前，转杯纺无论是技术上还是设备方面都 有了很大的发展，从而使转杯纺的生产效率、产品质量均有了迅速提 高。 转杯纺纱是自由端纺纱方法之一，最早由丹麦人伯塞尔森于19 3 7 年提出专利，后来经捷克和法国等国研究者的不断改进，直至19 6 5 年在布尔诺国际博览会上，捷克v u b 棉纺织研究所才展出了他们研 制的世界上第一台k s 2 0 0 型6 0 头的转杯纺纱样机1 1 , 2 】。随后，v u b 棉纺织研究所和e l i t e x 公司合作，研制成功了b d 2 0 0 型转杯纺纱机， 为以后转杯纺纱机的发展奠定了基础。 转杯纺纱技术进步很快，如德国赐来福公司的a u t o c o r 0 2 8 8 型和 a u t o e o r 0 3 1 2 型，瑞士立达集团的r 2 0 型和r 4 0 型等转杯纺纱机都是 大量应用计算机技术、传感技术及变频调速技术，自动化程度高1 3 - 5 。 最新的转杯纺设备普遍采用了无机械接触的轴承如空气轴承、磁性轴 东华大学博士论文长丝，短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 承等，大大减小了高速回转时的磨损和动力损耗，降低了运行成本， 也使转杯速度达到10 万r m i n 以上，高的甚至可以达到15 万r m i n ， 引纱速度高达2 2 0 m r a i n 6 9 1 。 目前转杯纺纱线产量占全球纱线总产量的比例按长度计达到 2 5 ，按重量计达到4 0 以上。在2 0 0 0 年美国纱线市场上，转杯纱 市场占有率为3 5 ，环锭纱3 4 ，其它纱31 ；欧洲短纤纱市场占有 率为环锭纱5 5 ，转杯纱4 0 ，其它纱5 。2 0 0 0 年以后，世界上转 杯纺纱产量占市场上的比重将由2 8 上升到约5 0 ，而美国转杯纺纱 的比重由3 5 将增加到5 5 6 0 【1 0 12 1 。表1 1 为国际纤维制品制造 业者联合会( i t m f ) 2 0 0 0 年的统计结果。 表1 1 环锭纺锭数与转杯纺头数的百分比例 从表1 1 中可知，全世界转杯纺设备头数已接近8 0 0 万头，占环 锭纺锭数的4 7 8 。我国的转杯纺设备拥有量占国内环锭纺纱设备的 比例为2 4 3 - - , 2 8 3 ，不仅不能与发达国家相比，而且也低于世界 的平均水平，这说明转杯纺在我国还有较大的发展空间。到2 010 年 左右，我国的转杯纺头数有望达到1 2 0 万头15 0 万头 1 3 - 1 5 】。 然而转杯纺的发展不应仅仅停留在数量上的增加，更应该努力提 高转杯纺产品档次，丰富转杯纱的花式品种，扩大转杯纺的应用领域。 由于转杯纺的投资回收快，它最早应用在粗支纱的生产上，牛仔布、 工作服、休闲装以前一直是转杯纺的典型产品。然而近年来随着转杯 纺技术及转杯速度的不断提高，转杯纺生产的中细特纱线也越来越多 地用作为机织和针织产品的用纱，并逐渐渗入对服用性能、织物结构 以及对服装面料有较高要求的产品生产 1 6 , 1 7 1 。 2 第一章绪论 除了中、细特针织纱外，转杯纺的产品发展还将体现在以下几点： ( 1 ) 非棉类产品。进一步开发化纤、毛、麻、绢等转杯纺产品， 扩大转杯纺的应用领域，丰富转杯纱的花式品种。 ( 2 ) 花式纱线产品。进一步开发转杯纺花式纱线产品，如转杯 纺竹节纱、转杯纺复合纱等。国外在这方面的研究成果主要有纺制竹 节纱、包芯纱和多组分纱等 1 8 , 1 9 1 ，而国内花式纱线的生产目前还仅限 于在环锭纺纱机、花式捻线机和d r e f 摩擦纺纱机上进行 2 0 , 2 1 】，在转 杯纺纱机上纺制花式纱还处于实验室阶段和探索阶段。总的来说这方 面的研究水平还不是很高，需进一步深入研究，开发出更多更好的花 式纱线产品，扩大转杯纺纱机的用途。 ( 3 ) 装饰用和产业用产品。在装饰用产品方面已能生产出床单、 桌布、窗帘、挂毯等转杯纺产品；产业用产品方面主要是线、带、蓬 帐等产业用转杯纱以及p u 革底布和洁具用产品。但总的来说，这两 方面的应用还需进一步扩大。 ( 4 ) 功能性产品。随着功能性纤维的发展，可利用这些功能性 纤维如阻燃、抗菌和保健纤维等来加工转杯纱，扩大转杯纱产品的市 场份额。 近年来，纺织原料结构发生了重大变化，天然纤维和化学纤维从 平分的格局( 1 9 9 0 年棉毛丝2 0 7 5 万吨，化纤2 0 3 5 万吨) 发展到化 学纤维产量大大压倒天然纤维的趋势( 2 0 0 4 年棉毛丝2 4 0 0 万吨，化 纤38 0 0 万吨) ，特别合纤长丝迅猛发展。加上服装业对休闲型、轻薄 型、功能型以及对绿色环保、美观舒适、易护理等新要求，长丝和短 纤复合纺纱的研究与开发适应了原料结构的变化和服装业的新要求。 复合纱是指两种以上纤维( 或长丝) 复合( 纺制或其它方法) 制 成的纱线 2 2 - 2 4 1 。根据原料和成形方式，复合纱可以分为以下三种： ( 1 ) 混纺纱。两种或两种以上的短纤维通过纺纱方法( 传统环 锭纺、新型纺、s i r o s p u n ) 复合在一起，可以是不同的天然纤维，或 不同的化学纤维，或天然纤维与化学纤维。这类复合纱研究的较多。 ( 2 ) 混纤纱。两种或两种以上的长丝通过加捻并合、假捻变形、 3 东华大学博士论文长丝短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 空气变形等方法复合在一起，主要是各种化学纤维。这类复合纱近 2 0 年来研究的较多。 ( 3 ) 长丝短纤复合纱。一种或多种组分为长丝，另外一种或多 种组分为短纤纱，通过加捻成纱，主要有包芯纱、包缠纱、合股线等。 本文以下的研究主要以该类复合纱为研究对象。 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。目前长丝短纤复合纱可以通过环锭纺、喷气纺、静电纺、空 心锭纺、转杯纺等方法纺制，使用最广泛的是环锭纺 2 5 - 2 8 】。 转杯纺纱技术是各种新型纺纱技术中较为成熟、并已大量推广应 用的一种纺纱新技术。与环锭纺相比有许多优势，如工艺流程短，生 产效率高，成本低，生产环境净化程度高，转杯纱具有强力均匀度和 条干均匀度都好，耐磨性和染色性好等优点。但是转杯纺纱成纱强力 低，并且转杯纱表层有相当数量的缠绕纤维，不但造成表层加捻纹路 混乱，同时也影响成纱强力，这在一定程度上制约了转杯纱的应用与 发展 2 9 , 3 0 】。 为了充分利用转杯纺纱技术的优势并同时改善转杯纱的性能，可 在转杯纱纺制过程中引入化纤长丝以纺制长丝短纤转杯纺复合纱。 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，同时从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，如包芯纱和 各种花式纱线等。所用长丝除了普通的化纤长丝外，还可选用变形丝 或氨纶弹力丝，既可以提高转杯纺产品档次，又能够扩大转杯纱的应 用领域。 如何充分利用转杯纺纱技术的优势来开发长丝短纤转杯纺复合 纱，国外进行了一定程度的研究和开发，国内这方面的研究还处于起 步阶段。所以自主开发长丝短纤转杯纺复合纱的纺纱设备，优化工 艺参数，纺制不同结构和性能的转杯纺复合纱是非常必要也是非常有 发展前途的。 4 第一章绪论 1 2 转杯复合纺纱技术的发展与研究现状 国内外关于传统转杯纺纺纱工艺、成纱机理、成纱结构和性能方 面的研究资料很多，但是关于转杯纺复合纱这些方面的研究还相对较 少，尤其是转杯纺复合纱成纱机理、成纱结构与性能关系方面的研究 很少。 转杯复合纺纱技术主要用于在转杯纺纱机上生产长丝短纤复合 纱，其研究始于2 0 世纪6 0 年代。l9 6 7 年捷克斯洛伐克c z e c h o s l o v a k ( n o 12 4 5 0 8 ) 专利中提出了一种在转杯纺纱机上纺制包芯纱的方法 【3 1 1 ，其设计原理如图1 1 所示。该方法是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，长丝纤维通过喂入管同时进入 转杯，与短纤维纱条在引纱管处加捻形成包芯纱。 图1 1 捷克专利包芯纱纺纱原理 2 0 世纪8 0 年代初，由捷克e l i t e xc e r v e n yk o s t e l e e 公司研制 的b d 2 0 0 s c e t 型转杯纺纱机在a t m e 8 2 上展出。在1 9 8 3 1 9 9 1 年 5 东华大学博士论文长丝，短纤转杯纺复合纱成纱机理、结构与性能研究 间该公司又推出了b d 2 0 0 s c e t 型的多