喷气涡流纺纺纱工艺参数的优化设计.doc

喷气涡流纺纺纱工艺参数的优化设计
梁方阁1，程隆棣1，刘 燕2，刘小珍3，邵 楠3
(1．东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620)
(2．南通大生集团，江苏南通226300；3．顶呱呱彩棉服饰有限公司，江苏常州213000)
摘要：采用二次通用旋转组合的设计方法，对喷气涡流纺纺纱技术的3个主要工艺参数——喷嘴压力、前罗拉到纺锭顶端的距离、纺纱速度进行了优化组合，分析了它们与纱线性能指标之间的关系，得出了纺纱最佳工艺参数。高比例彩棉和白棉混合纺纱时，上述3个参数分别为0．4 MPa、19 mm、320 m／min。

1喷气涡流纺概述
喷气涡流纺引纱速度快，纱线毛羽非常少，耐磨性、抗起毛起球性能好，具有良好的导湿性能，外表酷似螺旋式的环锭纺的纱线结构［1］，近来受到了越来越多的关注，从目前实际情况看，喷气涡流纺纱线质量还有很大的提升空间。基于此，本文针对彩棉纱线的喷气涡流纺工艺作初步探讨，分析不同工艺水平对成纱性能的影响，并利用二次通用旋转组合设计，得出喷气涡流纺的最佳纺纱方案，供生产企业产品设计与开发人员参考。
2试验
2．1试验原料及条件
由常州市顶呱呱彩棉服饰有限公司提供彩棉，在No．810型喷气涡流纺机上纺制18．2 tex彩棉／白棉85／15纱。纱线强力测试采用长岭纺电YG061F型单纱强力仪，样本数30，拉伸速度500 m／min；毛羽测试采用乌斯特G172A型纱线毛羽测试仪，样本数30，测试速度400 m／min；实验条件为温度2l℃，相对湿度65％。
2．2试验设计
通过已有文献［1～4］的理论分析及生产实践发现：喷嘴压力(P)、前罗拉到纺锭顶端的距离(L)及纺纱速度(V)对喷气涡流纺成纱性能至关重要。由于彩棉纤维性能差，在高速条件下会发生严重的纺纱断头，且各工艺参数对纱线各项性能的影响不同，因此需要寻求一个最佳的工艺参数组合，使成纱综合性能达到最优。
根据二次通用旋转组合设计的要求，安排3因子二次通用旋转组合设计试验。为满足旋转性和通用性的要求，取星号臂y=1．683，中心试验点次数mO=6，试验总次数N=2P+2p+mO=20。其因子水平编码表如表1所示。
表1因子编码表

2．3试验方案及结果
选择喷嘴压力、前罗拉到纺锭顶端的距离及纺纱速度作为试验的3个因子，各取5个水平值，以纱线断裂强力、断裂伸长率以及CV值为设计目标进行试验。试验方案及结果见表2。

表2实验方案及测试结果

利用数学统计软件SPSS中多元线性回归的Stepwise分析方法，求取与纱线断裂强力、断裂伸长率以及CV值有关的有效回归方程及相关系数(见表3)。
表3有效回归方程

3试验结果分析
(1)主喷嘴压力是影响纱线性能的关键因素，对喷气涡流纺纱线质量具有决定性作用。随着压力的增大，纱线强力开始时逐渐增大，到达一定压力后逐渐下降；纱线伸长呈现出与强力基本相同的趋势；而喷嘴压力对纱线CV的影响则显得较为复杂，总体上随着压强的增大先变小后急速增大。这主要是因为喷气涡流纺纺纱体系用涡流对纤维加捻，喷嘴压力大，纱线的包缠比较紧密，无包缠部分减少，因此强力增大，但是压力太大时，纱线呈现无规则包缠，使得纱线强力和CV值恶化。
(2)纺纱速度大小同样极大地影响纱线的性能。随着纺纱速度增大，纱线强力减小，但影响并不是很大，纱线伸长也呈现下降趋势；纺纱速度开始时对纱线CV值有着较为明显的负面影响，同时它还与喷嘴压力交互影响纱线的条干。纺纱速度低，纤维在涡流场的时间长，纤维间转移更加充分，捻度大，包缠更加紧密，使得纱线有更高的强度，更大的伸长；纺纱速度增大，纱线包缠纤维减少，且大多数包缠纤维呈现无规则包缠状态，使纱线条干恶化。喷嘴压力和纺纱速度两因子对纱线强伸性能及CV值的影响见图1、2、3所示。

(3)前罗拉到纺锭的距离越大，自由端纤维越多，包缠部分增多，纱线性能越接近于真捻纱，但同时它对纤维的控制能力下降而恶化纱线性能。但意外的是该距离除了对彩棉纱线CV值有影响外，对纱线强力和伸长率基本不起作用，这可能是与彩棉纤维性能有关。这一参数同时也影响纺纱制成率，过大的距离会导致成本过高。
4优化结果及验证
根据上述分析并进行综合考虑后不难看出，喷嘴压力X1=0．3 MPa时基本可以使得纱线性能处于最优；在兼顾效率、成本及纺纱性能的条件下，纺纱速度及前罗拉口到纺锭顶端的距离同样选取零水平；通过解码分析，喷嘴压力为O．4 MPa。故喷气涡流纺的最优工艺参数为：P=O．4 MPa，L=19 mm，V=320 m／min。
在其他工艺不变的条件下，采用上述优化工艺参数重新纺纱，将其性能指标与上述各种纱线的各项指标平均水平进行比较，由表4可以看出，参数优化后的纱线在各项性能上都优于优化前的日常水平。
表4优化前后喷气涡流纺纱性能指标

5 结 论
通过优化设计与分析，高比例彩棉和白棉混合纺纱时，喷气涡流纺纱的最优工艺为：喷嘴压力0．4 MPa，前罗拉到纺锭顶端的距离19 mm，纺纱速度320 m／min。实验结果表明，用优化后的工艺生产的纱线性能优于原方案水平，此优化结果是可靠的。