转杯纺纺制竹节纱在理论上有多种方法,但实际上最成熟的已实现工业化应用的是瑞士Amsler—Iro公司GOE装置所采用的给棉伺服变速方法,即采用微机控制瞬间超喂给棉产生竹节。上海新型纺纱技术开发中心与上海新源科技公司联合研制开发成功的CNRS一1型转杯竹节纱装置也采用这种方式。在研制过程中发现,竹节和基纱的长度与设置值相差甚远,竹节的粗度有时也会随长度的不同设置而有所差异。这一现象曾使我们怀疑是装置的哪一部分出了问题,但经研究发现是转杯竹节纱的竹节长度和粗度变化规律所致,以下就此作一浅述。
1转杯竹节纱成纱过程分析
纺制竹节纱时,由于转杯转速没有变化,转杯凝聚槽内铺设的纤维层数不变,细纱截面内纤维数的增加是靠给棉伺服电机的增速,以加大给棉量增加每层纤维束内的纤维量来实现的。给棉伺服瞬间加速后,虽使给棉输出达到纺制竹节所需的纤维量,但由于输入的新增量纤维束还是要逐层叠加铺设,并在转杯全周长内排列分布,故纱线的增粗是在转杯全周长范围内同时发生。由于纺纱是个连续的动态过程,在新增量纤维输入使细纱增粗的同时,成纱亦在不断地引出,故在从基纱一竹节转换的初始阶段,被剥离纤维层内累积的增量纤维十分有限,纱截面内纤维数量增加不多,竹节效果不明显。随着纺纱过程的延续,随后不断被剥离的纤维层内累积的增量纤维数逐渐增多,竹节也逐渐变粗,直至基纱一竹节转换过程的结束,才连续纺出所设置粗度的竹节。由于转杯内原纺基纱时滞留的相对低量纤维
层的存在,故要实现从基纱一竹节全部纤维量堆积的转换,必须待它们全部被剥离后才能完成,即经过一个转杯周长周期才能实现从基纱一竹节的彻底转换。同理,从竹节一基纱的转换过程正好相反。无论是基纱一竹节还是竹节一基纱的转换,都是一个平缓的渐变过程,转杯纺所获得的竹节呈两头细、中间粗、粗细平缓变化的长竹节。
表1为计算说明基纱一竹节转换阶段成纱增粗的渐变情况。
2基纱与竹节相互转换阶段成纱粗度变化规律
以上是从转杯纺成纱原理分析了成纱的粗度变化情况,下面进一步深入探讨这种变化规律。
2.1不考虑伺服电机升降速过程,转换阶段竹节粗度变化规律
不考虑伺服电机升降速过程,即认为伺服电机瞬间完成高低速给棉速度切换,且不考虑任何机械间隙停顿和滞后等因素。同时假设棉条经分梳辊充分分梳,完全及时剥离转移,以单纤维束进入转杯均匀铺设;转杯凝聚槽内纤维层呈直角楔形堆积分布,且楔形几何形态与纤维堆积量成正比,即与成纱线密度(号数)成正比。
图1为基纱一竹节转换过程中纤维层楔形变化情况。△OANBN为基纱一竹节开始时纤维层楔形状态,△OiAsiBi和△OsAsBs分别为任意时刻和基纱一竹节转换结束时,转杯凝聚槽内纤维层楔形形态。
由图形几何关系不难得出任意引纱长度xli时的竹节粗度Hsli为:
即在基纱一竹节渐变过程中,竹节粗度是原基纱粗度与增量粗度之和。增量粗度△Hsli随着引纱长度Xli的增加而增大,当Xli=πDr,即一个转杯周长时,竹节粗度Hsli达最大值Hs,即基纱一竹节转换结束,进入竹节粗度值纺纱。而增量粗度△Hsli正比于(Hs—HN),表明竹节与基纱的倍数越大,增量粗度增加越快。
同理,从图2竹节一基纱转换阶段凝聚槽内纤维层楔形变化,
也不难得出任意引纱长度x2i时成纱粗度Hs2i为:
式中:△Hs2i——竹节→基纱任意时刻减量粗度号数(tex);
x2i——竹节一基纱任意时刻引纱长度(mm)。