喷气涡流纺涤纶粗特纱成纱质量的工艺改进研究

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随着纺纱新技术的发展,喷气涡流纺以纺纱速度快、纺纱效率高、占地面积小、纺纱流程短等优点在纺纱领域中占据重要地位。经过几代的技术革新和工艺改进,喷气涡流纺产品对原料的要求逐渐降低,适应的纤维种类不断丰富,产品品种亦向着细特、粗特的方向发展。其中,喷气涡流纺粗特纱主要应用于产业用纺织品,对原料的要求相对较低,原料选择较为广泛,结合喷气涡流纺的各项优势,展现出良好的应用前景。但目前喷气涡流纺粗特纱的生产仍面临很多问题:相比于喷气涡流纺中特纱,喷气涡流纺粗特纱的断裂强度仍有不足,还会出现因包缠弱环导致的纱线频繁断头、单纱强度不匀、条干不匀等问题。为此,本文以涤纶喷气涡流纺粗特纱为对象,研究其包缠效果及评价方法,分析影响其成纱质量的主要因素,并通过相关工艺参数的改进,优化成纱质量,用于指导生产。具体研究工作包括:(1)喷气涡流纺粗特纱成纱质量不良原因分析。首先确定了喷气涡流纺涤纶纱线的通用机型配置及工艺参数,然后确定了影响成纱质量的关键工艺参数,最后确定了可调节区间。观察喷气涡流纺粗特纱纱线结构,发现粗特纱纱线结构差,包缠紊乱,存在大部分芯纤维暴露在外表面的现象。根据喷气涡流纺的成纱机理,分析得出包缠效果不如中、细特纱可能是造成粗特纱成纱性能不佳的原因。(2)喷气涡流纺包缠效果的评价方法构建及其对纱线性能的影响分析。为了量化包缠效果,采用超景深显微镜采集喷气涡流纺纱线的图像,将图像中单位长度内被包缠部分纱线面积占纱线总面积的比例定义为包缠系数,用包缠系数来表征包缠效果,建立包缠系数的提取与计算的方法,并验证了包缠系数用于表征包缠效果的可行性。为进一步分析单纱断裂强度与包缠效果之间的相关性,对纺制的不同线密度的喷气涡流纺纱线进行包缠系数及断裂强度测试,建立并验证单纱断裂强度与包缠系数之间的关系模型。(3)以改善喷气涡流纺涤纶粗特纱包缠效果为目标的后纺工艺优化。基于喷气涡流纺成纱原理,分析其关键工艺参数,结合包缠效果对成纱质量的影响以及包缠系数与单纱断裂强度的关系模型,得出纺纱速度和喷嘴气压是影响包缠系数变化的主要因素。并以此为指导,针对喷嘴气压与纺纱速度开展参数范围内的全因子实验,以方差分析结果为指导,最终优化确定了59.1 tex喷气涡流纺涤纶粗特纱的最佳工艺参数:纺纱速度430 m/min,喷嘴气压0.57 MPa。从实验结果看来,进一步增加喷气涡流纺的喷嘴气压有望进一步提高纱线性能,但受限于实验所在企业气压供应,目前最大喷嘴气压只能开到0.57 MPa。由此得出,一方面,企业实际生产中可采用本文提出的方法优化制定工艺参数,并结合综合生产效益对车速与纱线质量进行取舍;另一方面,为提高粗特纱成纱质量,未来喷气涡流纺细纱机的工艺可以向提高喷嘴气压的方向发展。(4)以改善喷气涡流纺涤纶粗特纱包缠效果为目标的前纺工艺优化。为进一步提高喷气涡流纺涤纶粗特纱纱线性能,结合前纺工序,针对纱线弱环结构问题,对全流程纺纱工艺进行优化。由于喷气涡流纺没有粗纱工序,由熟条直接制成筒纱,因此熟条质量也是保障成纱质量的关键。据此对末并工艺进行优化,针对并合根数、熟条定量和后区牵伸倍数开展参数范围内的正交实验,使用响应面分析技术,通过所构建的响应面模型的指导,最终优化确定了喷气涡流纺粗特纱的最佳并条工艺参数:并合根数6根,熟条定量24 g/5m,后区牵伸倍数1.588,得到最佳包缠系数0.535。从实验结果来看,熟条定量对纱线断裂强度和断裂伸长率影响较大,并合根数主要影响纱线的强力不匀率和条干不匀率。因此这种方法可以指导企业对喷气涡流纺涤纶粗特纱工艺进行改进,能够提升粗特纱的性能。综上所述,本文提出的包缠效果表征方法,以及基于包缠效果的喷气涡流纺工艺优化方法,能够用于指导喷气涡流纺工艺优化,有助于推进喷气涡流纺粗特纱品种的发展。
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