【技术连载】《纺纱学》— 转杯纺纱-4

一、纺纱杯中纤维的凝聚与并合

因纤维质量较轻，它从输送管出口到进入凝聚槽内的运动轨迹基本上是由气流运动决定的。

1. 纺纱杯内的气流流动与纤维运动

纺纱杯的高速回转带动从输送管和引纱管吸入的两股气流而形成回转气流场。在两股气流汇合形成的过渡区中气流运动很不稳定，易形成涡流，过这个区后气流才按一定规律稳定地流动，尤其是气流转动而产生的离心力，对纤维运动有重要的影响。以上是两种不同排气方式纺纱杯中气流运动的共同规律，下面介绍这两种纺纱杯中气流运动的特殊规律。

(1)自排风式：纺纱杯高速回转使气流从四周排出，造成压力分布在纺纱杯的中心最低，使气流有偏向纺纱杯中心流动的趋势，离中心越远偏转程度越弱，这是平面气流流动的情况。同时因排气孔开在纺纱杯的底部，气流还有自上而下的轴向流动。因 此当纤维从输送管2进入纺纱杯1 时，就有向下运动的趋向，如图9-3-3(a) 所示。同时纤维又受杯内气流运动的作用及离心力的作用而加速。又有向前偏转的运动，如图9-3-3(b) 所示。为了防止纤维未到纺纱杯壁就冲到凝聚槽至假捻盘的一段纱条上，形成外包纤维，须正确地使用和安装隔离盘的位置。此外，因假捻盘范围内的中心区域是低压区，纤维易流向该区，如输送管出口位置不当，会发生纤维绕假捻盘的弊病。

图9-3-3输送管出口的纤维运动

(2)抽气式：由于吸风机的抽吸，抽气式纺纱杯内的气流是自下(从引纱管、输送管出口)向上(纺纱杯顶部与固定罩盖之间)流动。同时抽气式能提高纺纱杯的真空度，可减少纤维直接冲向凝聚槽与假捻盘之间的一段纱条上形成外包纤维的数量。因为输送管离抽风顶部较近及纤维受到了自下而上的气流流动的影响。但输送管出口不能离纺纱杯过近，否则纤维容易被吸走，影响制成率。

2. 纤维在纺纱杯壁上的滑移运动

纤维到达纺纱杯壁后，随着纺纱杯的回转，纤维在离心力的作用下，克服杯壁的摩擦阻力而滑向凝聚槽。纺纱杯壁的滑移角α(图9-3-3)大，杯壁对纤维的摩擦阻力大，纤维滑移困难，实验证明α>70°就不易纺纱。但若α过小，纤维滑移速度过快，少数纤维尚未到达凝聚槽即附着于纱条上，使外包纤维增加，断头增多，而且纤维滑移过快不利于纤维在滑移过程中伸直。同时，过小还会使纺纱杯口径减小，加工不便。因此一般α在 60°~65°为宜。

滑壁长度与纺纱杯的口径和高度有关，在不妨碍纤维滑移的前提下，滑壁长度以短为宜，以利于高速和降低动力消耗。

3. 纤维在纺纱杯内的并合效应

进入纺纱杯的纤维在向凝聚槽凝聚的过程中产生了大约有100倍的并合作用，这样的并合效应对改善成纱均匀度具有特殊的作用，它也是转杯纱的均匀度比环锭纱好的原因所在。当喂入条子线密度低，成纱线密度高，纺纱杯直径大、转速高，喂入罗拉直径小、转速慢时，纺纱杯的并合作用强，成纱条干好。特别是当喂入棉条不匀或喂给机构不良而造成周期性不匀时，只要不匀的波长小于πD(D为纺纱直径)时，纺纱杯的并合效应就能改善这种不匀，以保证成纱均匀度。

二、纺纱杯中纤维的剥离与加捻

1. 纤维剥离与纱条加捻的过程

在纺纱杯内凝聚的纤维由于引纱罗拉的输送而剥离，同时因纺纱杯的回转而加捻。那么在转杯纺纱中，加捻作用到底是在何处完成的呢? 如图9-3-4所示，在纺纱杯1的凝聚槽内凝聚的纤维条2, 由于引纱罗拉4的牵引，使之在纺纱杯壁上滑动，并从纺纱 杯中央设置的引纱管3处引出。设剥离点为 A, 纺纱杯出口的颈部为B, 罗拉握持点为 C，AB段纱条因离心力的作用紧贴杯壁，受到高速回转的纺纱杯的带动而使纱条得到加捻。纺纱杯带着纱段AB一起回转，则沿纺纱杯的回转轴产生一扭力矩，此扭力矩促使BC纱段加上捻回。

2. 加捻作用分析

在图9-3-5中，AC纱条上的捻度分布是不均等的，捻度在BC段上分布较多，而在AB 段上分布较少，使捻度不能充分地传递到纱的形成点，这种弱捻情况，造成在纱的形成点处对纤维的剥离不充分，使纱线变细，进而引起断头。剥离点的捻度降低率有时可达30%，为维持正常的纺纱，转杯纺的纱线捻度一般较环锭纺的纱线为多。

(1)假捻盘作用分析：在纺纱实践中，人们发现在纱条出纺纱杯的B点处使用假捻盘，可使AB纱段上的捻度增加，能减少断头，降低成纱捻度。现分析如下。

①假捻盘对回转纱条上捻度的影响：假捻盘的假捻作用是在加捻过程中，纱条绕本身轴线回转而产生的。如图9-3-5所示，纺纱杯带动纱条高速回转时，使纱条上获得了Z向捻度，在离心力作用下的纱条在被罗拉引出时紧贴在假捻盘的表面运动，因为假捻盘对回转纱条产生了一个与纺纱杯转向相反的摩擦阻力F，B点纱条在该摩擦力矩的作用下绕自身轴线回转，也使AB段纱条上获得Z捻，即依靠假捻的捻度传向剥离点，从而增加了剥离点A处纱条与凝聚槽中纤维的联系力，以达到降低成纱捻度，减少断头的目的。

②影响假捻盘假捻效果的因素：影响假捻盘假捻效果的因素主要有纺纱杯的转速与直径、假捻盘的材质与结构，及假捻盘与纱条的摩擦系数等。当纺纱杯的直径、转速和成纱线密度一定时，影响假捻捻度的主要因素是假捻盘的材料与规格。假捻盘摩擦系数增大，假捻捻度随之增大；纱条与假捻盘包围角增大，假捻捻度随之增大；假捻盘直径增大，假捻捻度也随之增大。以上规律充分说明，当纱条与假捻盘之间的摩擦力增加时，假捻力矩增大，促使纱条绕本身轴线回转而增大假捻效应，摩擦力越大，假捻效应越强。一般纺高线密度纱及转杯低速时，假捻作用要强，可选用大直径、大曲率半径的假捻盘。

生产中发现在假捻盘表面刻槽能有效地降低断头，而刻槽并不明显增大假捻盘的摩擦效应。其原因主要是刻槽使纱条在假捻盘表面产生振动，纱条不完全贴在假捻盘表面运动，而使捻度容易向剥离点传递，增强了剥离点处凝聚须条的强力，有利于降低断头。

假捻捻度对增强纱条动态强力、减少断头有利；但对成纱强力不利。一般若纱条与假捻盘的摩擦作用越强，假捻作用越强，剥离点附近纱条的动态强力越大，可减少剥离点附近的断头，但会使成纱强力越低。其主要原因为摩擦作用大，凝聚须条上的假捻捻度多，往往会使纱条上的内外层捻度差异增大而引起成纱强力下降；同时，由于假捻捻度增多，会有较多的骑跨纤维在纱条表面形成缠绕纤维，而使成纱强力降低。此外，如果假捻作用过强，假捻盘对纱条的摩擦作用过大，还会使纱条表面毛羽增多。因此假捻作用并非越大越好，在设计和使用假捻盘时，不能片面追求假捻效果，而应该结合成纱质量全面考虑。假捻盘的作用、型号与作用关系见表10-3-1。

表10 - 3-1 假捻盘的作用、型号与作用关系

(2)转杯纱的捻度损失：从纺纱杯凝聚槽中剥离的纱条因纺纱杯的回转而获得捻度。从理论上讲，纺纱杯每转一转纱条上即可获得一个捻回，还要加上转杯纱超前剥离而产生的捻度。

那么转杯纱上捻度损失的原因何在?

纺纱杯加捻时，对须条中产生一个扭力矩，该扭力矩使须条上加捻点超过剥离点而延伸到凝聚槽中一段，即为图9-3-6所示的β角对应的弧长。在凝聚槽中会产生一个反力矩，阻止须条在凝聚槽中接受加捻；当扭力矩大于反力矩时，凝聚槽中的须条就获得一个捻回。对于转杯纺纱加捻过程中捻度损失的原因可以这样解释：由于扭力矩使捻回进入凝聚槽内，而在此区域，纤维条的截面尚未含有与成纱截面相当的纤维根数，直到须条被剥离时还在增添的一些纤维就不可能获得完全的捻度。另外，捻度在凝聚槽上传递时，由于纤维没有受到强制握持，引起尾端随加捻方向滑移转动而使捻度损失。

①捻系数对捻度损失的影响：捻度损失随捻系数的加大而增加；捻度较低时，粘纤纱的捻度损失较少，而聚酰胺纱的捻度损失较多。由此可以推测，扭力矩在纱中产生的扭应力较大时，可使捻回较多地进入凝聚槽而导致较大的捻度损失。一般如果捻系数低于某一水平就不能正常纺纱，而如果高于某一水平则不经济。但实际纺纱时转杯纱的捻系数要比环锭纱高。

图9-3-6 剥离点附近纱条的加捻情况

②假捻盘对捻度损失的影响：一般假捻盘假捻作用越强，会导致捻回较多地进入凝聚槽中， 而引起较大的捻度损失，这也被实际生产所证实。

③纤维长度对捻度损失的影响：用较短的纤维纺纱，其捻度损失较小。此外，不同的纤维结构性能(如纤维表面结构、卷曲度等)以及纺纱时的油剂等都会对转杯纱的捻度损失有很大的影响。

(3)纺纱张力与纱线断头：所谓纺纱张力是指纺纱过程中纱条上所受的轴向力。纺纱张力一般可分为三部分，即剥离点至假捻盘入口一段纱条的张力，假捻盘入口至出口一段纱条的张力，以及假捻盘出口(引纱管)至引纱罗拉一段纱条的张力。

①断头的原因是：当作用于纱条某处的张力大于该处的强力时就会发生断头。由于剥离点附近回转纱条上的强力较低，断头绝大多数发生在该段纱条上。

②影响转杯纱断头的因素：回转纱条上的张力大小是影响转杯纱断头和成纱质量的重要因素之一，特别是回转纱条上的张力变化影响更为重要。根据回转纱条上的受力分析和假捻盘上纱条的受力分析，可得影响这一段纱条上张力的主要因素是纺纱杯转速、纺纱杯直径、假捻盘直径、纱条与假捻盘之间的摩擦系数、成纱线密度等，其中以纺纱杯的转速影响最大。

③杂质与突变张力：一般说来，在目前的纺纱工艺条件下，回转纱条的张力较小。且越靠近剥离点，张力越小。这样的低张力在正常纺纱时不会引起断头，如果回转纱条上含有杂质，会使纱条上的离心力成倍甚至几十倍地增加，致使纱条张力也随之增加，这样的突变张力就会引起断头。断头的位置绝大部分发生在剥离点后方凝聚须条的某一截面上。不同类型的杂质引起断头时，纱条上的张力变化情况不同：

(i) 一般带短绒的杂质引起断头时，纱条上的突变张力较大，而不带短绒的杂质引起断头时，纱条上的突变张力较小。这说明不带短绒的杂质破坏了凝聚须条的结构，削弱了须条中纤维间的联系，同时还阻碍了捻度的正常传递，形成了凝聚须条的强力弱环，因而引起断头。

(ii) 一般情况，带有短绒的杂质重量在1mg.以下，不带短绒的杂质重量在2mg以下，均不致引起断头；不带短绒的杂质引起张力增大的频数仅60%左右，且变化幅度较小，而带有短绒的杂质引起张力增大的频率极高，且变化幅度较大。

(iii)不带短绒的细小杂质与纤维间的联系较小，不易被纱条全部带走，在凝聚槽中易于移动，并积成移动的小团，破坏须条结构，导致断头。前纺工序中应尽可能地排除这类杂质。而带有短绒的细小杂质虽容易被凝聚须条带走，但这类杂质控制困难，在前纺及转杯纺纱器中；均不易排除。因此在前纺设备中增加排除带短绒和不带短绒细小杂质和微尘的机械，对减少转杯纺纱的断头具有明显的效果。

来源：《纺纱学》

编辑：纺织大学堂

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