空气变形纱既具有类似短纤纱的蓬松性和外观,又具有类似长丝纱的尺寸稳定性,被广泛应用于服装、家具、汽车内饰、运动产品等领域,市场前景广阔。但目前对多组分锦纶空气变形纱,尤其是锦/涤复合空气变形纱的结构和细度不匀方面的研究,及长丝在空气变形喷嘴内运动规律的研究还缺乏系统的理论和实验研究。本文以锦纶/涤纶空气变形纱为研究对象,分析了在不同超喂率和不同组分组成的情况下,不同空气变形纱间的物理性能差异及变化规律;同时采用图像处理法定量表征多组分空气变形纱的结构特征,建立空气变形纱的皮芯-表层几何结构模型,并提出用圈弧率、表观细度不匀率和圈弧指数3个指标来表征其结构特征和细度不匀;为了进一步探究长丝在空气变形喷嘴内的运动轨迹,以更加有效的指导生产和开发新产品,在数值模拟空气变形喷嘴内气流变化特征的基础上,提出以长丝上的质点为研究对象,初步探讨长丝在喷嘴内的运动规律。本论文主要完成以下几个方面的工作:(1)制备了由不同超喂率和不同组分组成的锦/涤皮芯型空气变形纱,分析各组空气变形纱的线密度、力学性能、条干不匀率、沸水收缩率和结构不稳定性的差异及变化规律。研究结果表明:超喂率相同时,以锦纶为芯纱的空气变形纱具有更好的抵抗外力破坏能力,而以涤纶为芯纱的空气变形纱具有更加稳定的结构,可以根据面料的应用领域不同选择不同的皮芯组分;皮/芯组分组成相同时,空气变形纱的线密度随超喂率的增加而增大,而纱线断裂强度、初始模量和沸水收缩率则随之减小,纱线在外力作用下更易变形也更易恢复。(2)采用图像处理法分析皮芯型空气变形纱的结构,提出用纱线圈弧率、圈弧指数及表观不匀率3项指标来定量表征其结构特征和细度不匀。研究结果表明:同一超喂率下,以涤纶为芯纱的空气变形纱具有更加紧密的结构,而锦纶空气变形纱的圈弧率最大,圈弧的波浪形分布最显著,皮-芯结构最明显;单一组分空气变形纱的表观不匀率要明显高于多组分空气变形纱;随着超喂率的增加,空气变形纱的圈弧率、圈弧指数和表观不匀率均随之增加,圈弧高度也增大。(3)数值模拟三维空气变形喷嘴内的气流流动特征,对气流压强云图、马赫数云图、流线图和速度图进行分析,研究结果表明:压缩气流从喷孔进入喂纱通道后,流体速度在圆柱管道与喇叭形扩散管道的交接处增至音速,最后增至超音速,并在出口截面形成超音速和亚音速的混合区;出口端面出现明显的压力带,空气流在出口形成沿径向的速度流,可使打乱的丝束产生沿径向的运动;喷嘴内存在漩涡湍流,有利于长丝间的滑移、开松和长丝缠结成圈。(4)采用离散项模型,初步模拟探讨长丝在喷嘴气流中的两相耦合问题,结果发现:从喷嘴入口至喷嘴出口,纤维粒子以波浪形轨迹运动前进,这种运动过程即为长丝在喷嘴内的开松、滑移和位移生成的过程;相同超喂率下,锦纶颗粒的运动轨迹路程长、波动频率大,说明锦纶纤维在喷嘴内气流作用下运动较剧烈;以涤纶为芯纱的空气变形纱具有明显的皮芯包缠结构,涤纶纤维位于纱线内部,锦纶纤维突出于纱线外部,缠绕在涤纶纤维上;而以锦纶为芯纱的空气变形纱不形成明显的皮芯结构,涤纶与锦纶相互缠绕,形成较为松散的结构,该纱线形态与实测结果相符合。