集聚纺纱的凝聚机理和成纱结构性能的研究

摘要

以传统环锭纺为基础的集聚纺技术因其优异的纱线质量而得到了业内人士的广泛关注，其产品也受到市场和消费者的广泛欢迎，因此该纺纱技术的发展速度很快。但由于集聚纺技术的发展历史较短，对其成纱机理和纱线结构方面的研究工作还很少。本文在研究分析现有集聚纺设备的基础上，对集聚纺技术的成纱机理、气流凝聚和成纱结构进行了系统深入的研究。 以德国Suessen公司的Elite系统为基础，设计出气流凝聚区的物理模型，用标准к-ε模型和有限容积法对其进行数值计算，得出凝聚区的气流速度场的分布结果。设计制作了气流凝聚区的实验模型，采用粒子图像测速(PIV)技术对模型中的气流速度场进行测试。实验过程中，依次取了三个测量平面(z=10mm，z=15mm和Z=20mm)和三个负压值(-100pa、-150pa和-200Pa)共9个工况进行测量。测量结果表明：凝聚区的数值模拟结果跟实验测量结果比较吻合，即物理模型和计算模型的应用都是正确的，可以采用该模型对集聚纺技术中的凝聚区气流速度场进行较深入的研究分析。 模拟分析现有EliTe 集聚纺系统凝聚区内气流速度场的分布状态，总结出：在斜槽的前端区域，气流对纤维须条的凝聚作用较大，而在斜槽的后端区域，气流方向与纤维须条轴向之间的夹角较小，因此其凝聚作用较弱。从多个速度平面上取负压斜槽左右边界线上的速度标量值，以分析斜槽边缘处气流速度的变化趋势，从而解释了集聚纺纱过程中凝聚须条一直沿着斜槽右侧边缘运行的原因。经过分析还发现：牵伸后的纤维须条在没到达吸气斜槽所在的区域时，已经受到气流从左右两侧的推挤作用，因此，从牵伸钳口到负压斜槽之间的区域并不是无控制区，纤维须条也会受到良好的控制。 分别模拟并分析了斜槽倾角和负压管内负压值对凝聚区气流速度场的影响，得出以下结论：斜槽倾角是影响纤维集聚状态的主要因素，随着斜槽倾角的增大，斜槽两侧气流方向与纤维须条的输出方向之间夹角的差异变大，斜槽两侧边界线上气流速度的差异也会增加；随着负压值的增加，斜槽周围凝聚区的速度值明显升高，而负压值对凝聚区气流速度场的分布状态没有明显的影响。 研究了纺纱过程中张力转移机理的发生条件，以此为基础分析推理出几何转移机理的发生条件。分析研究了传统环锭纺技术和集聚纺技术中纤维转移机理的不同，得出：在传统环锭纺技术中，纤维的内外转移是张力转移机理跟几何转移机理的综合；而在集聚纺技术中，纤维主要按照张力转移机理进行转移。由此总结出：集聚纺技术中纤维的内外转移程度要小于传统环锭纺技术中纤维的内外转移程度。通过实验研究分析了须条宽度、纺纱捻度和纺纱张力三个因素对加捻三角区形状尺寸的影响程度，及其对纱线性能的影响。运用实验研究总结出集聚纺和传统环锭纺加捻三角区的区别：集聚纺加捻三角区在夹角和长度上都明显小于传统环锭纺的加捻三角区。对两种不同的加捻三角区进行了受力分析，得出：传统环锭纺技术中纤维的转移程度应当大于集聚纺技术中纤维的转移程度。 以实验结果为基础，计算并给出一对集聚纺和传统环锭纺加捻三角区实例。利用该实例，从加捻三角区的形状和尺寸上研究分析出集聚纺加捻三角区中头端毛羽的产生几率应当小于传统环锭纺中头端毛羽的产生几率。 用示踪纤维粗纱和一般粗纱分别纺制了一定量的传统环锭纺纱线和集聚纺纱线，对四种纱线的性能进行测试，结果证实可以用示踪纤维粗纱纺得的纱线来研究两种纱线的结构；用科视达视频显微镜对示踪纤维纱线的外观及纱线内部示踪纤维的分布状态进行拍照，并利用图像处理和Matlab编程作出纱线中纤维的三维分布状态，发现集聚纺纱线中纤维的螺旋线较为规则，且纤维的内外转移频率较低；计算出集聚纺纱线中纤维的内外转移系数小于传统环锭纺纱线中纤维的内外转移系数；作出两种纱线中捻度的径向分布图，结果表明两种纱线中捻度的径向分布规律基本相同，只是集聚纺纱线的捻度略小于传统环锭纺纱线的捻度；测量纱线中示踪纤维与纱轴之间的夹角，计算统计出集聚纺纱线中纤维的取向度明显大于传统环锭纺纱线中纤维的取向度，验证了集聚纺纱线的强力高于传统环锭纺纱线强力的原因。

目录

文摘

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第1章引言

1.1研究背景和意义

1.2传统环锭纺技术与集聚纺技术的对比

1.2.1传统环锭纺技术

1.2.2集聚纺技术

1.3集聚纺纱系统介绍

1.3.1瑞士Rieter公司的ComforSpin纺纱系统

1.3.2德国Suessen公司的EliTe(R)系统

1.3.3德国Zinser公司的Air-Com-Tex700(R)系统

1.3.4意大利Marzoli公司的Olfil纺纱系统

1.3.5瑞士Rotorcraft公司的RoCoS型集聚纺纱系统

1.4集聚纺技术的应用

1.5研究目标、研究内容及创新点

1.5.1研究目标

1.5.2研究内容和方法

1.5.3论文创新点

第2章集聚纺技术中气流场的数值模拟

2.1模型建立

2.1.1物理模型的建立

2.1.2计算模型的选择

2.1.3近壁区处理及边界条件

2.2数值求解

2.2.1网格生成技术

2.2.2控制方程的离散及求解

2.3实验验证

2.3.1粒子图像测速(PIV)技术

2.3.2相似模化

2.3.3实验装置

2.3.4结果与分析

2.4本章小结

第3章数值模拟结果的分析与应用

3.1 EliTe(R)系统凝聚区的数值模拟结果及分析

3.2斜槽倾角θ对凝聚区气流运动状态的影响

3.2.1与XY面相平行的平面内气流的速度分布

3.2.2斜槽左右边界线上的速度标量对比

3.3负压管内的负压值对凝聚区气流场的影响

3.3.1与XY面相平行的平面内气流的速度分布

3.3.2斜槽左右边界线上的速度标量对比

3.4本章小结

第4章集聚纺技术的成纱机理及其对成纱的影响

4.1纤维的转移机理对集聚纺纱线的影响

4.1.1纤维的转移机理

4.1.2纤维转移机理的发生条件

4.1.3传统环锭纺技术和集聚纺技术中纤维的转移机理

4.1.4纤维转移机理对纱线中纤维分布状态的影响

4.1.5纤维分布状态对纱线强力的影响

4.2加捻三角区的形状及其受力分析

4.2.1加捻三角区形状的影响因素

4.2.2集聚纺与传统环锭纺加捻三角区的区别

4.3加捻三角区形状尺寸对纱线毛羽的影响

4.4本章小结

第5章集聚纺纱线的结构及性能分析

5.1纱线内部结构的研究方法简介

5.2纺纱实验

5.3纱线的性能测试及分析

5.3.1纱线的性能指标测试

5.3.2纱线的直径

5.3.3纱线的耐磨性

5.4 Elite集聚纺和传统环锭纺纱线结构之间的对比分析

5.4.1科视达Hi-Scope视频显微镜系统

5.4.2纱线外观

5.4.3纤维在纱线中的空间分布状态

5.4.4纱线中纤维的内外转移

5.4.5纱线中捻度的径向分布

5.4.6纱线中纤维的取向度

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1研究结论

6.2课题展望

参考文献

发表论文附表

致谢