多轴系复合纺纱的纺纱工艺及结构与性能表征

摘要

在各种复合纱纺纱技术高速发展的今天,刚性纤维复合纱纺纱却仍是一个鲜有人涉足的领域。本文首先提出了二种不同的导纱方式即包芯式和跨越式,来纺制刚性纤维复合纱,得出包芯式喂纱和跨越式喂纱对刚性纤维的强力损伤较大,从而设计了第三种喂纱方式即开发一套外置导纱器喂纱,实现复合纺纱的同时不损伤刚性纤维。其次,研究了锦纶长丝间距、外置导纱器与导纱钩间距、前罗拉与外置导纱器转速比、锭速对纱线性能的影响,并且通过方差分析对多轴系复合纺纱的工艺参数进行了优化;再次,针对该纺纱方式提出了多轴系复合成纱的力学模型,并对其进行分析验证;最后,通过分析多轴系复合纱的拉伸断裂情况,建立了复合纱的拉伸断裂模型,并进行了验证。在本研究的条件下。　　本文得出以下结论:　　1.锦纶长丝间距、外置导纱器与导纱钩间距、前罗拉与外置导纱器转速比、锭速等单因素的变化对断裂强力、断裂伸长、直径、捻回角、捻回高度等产生不同程度的影响,尤其是锭速对碳长丝复合纱断裂强力的影响较大,差异达到43.4％。　　2.通过正交试验和方差分析,得到的最优工艺参数配置为:锦纶长丝间距10mm、外置导纱器与导纱钩间距0.8m、前罗拉与外置导纱器转速比1.15:1、设置锭速35;纺制的碳长丝复合纱较的强力和伸长分别较碳长丝束增加了62.5%和132%。　　3.复合纱的包缠性能良好,化纤长丝呈螺形交替包缠在刚性长丝外侧,包缠率达100%;并且捻度对复合纱强力影响非常大,复合纱强力随捻度的增加呈先增加后减小的趋势。　　4.在化纤长丝与刚性长丝夹角对称的基础上,对多轴系复合纺纱的力学模型进行了验证,其验证结果与实际的力和力矩分布一致。　　5.对建立的拉伸断裂模型进行验证,得到低捻度下的复合纱的线性弹性可采用虎克弹簧模型来描述,其相关系数达到0.9983;高捻度下的非线性粘弹特征可采用三元件模型来描述,其相关系数达0.99984。课题实施的刚性纤维纺纱包缠技术可有效降低此类纤维应用过程中的性能损伤和品质下降,可为刚性纤维的安全与可靠应用提供技术支撑,可为刚柔复合纺纱技术提供理论指导,具有重要的实用价值与科学意义。

目录

摘要

ABSTRACT

目录

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 复合纺纱概述

1.2.1 复合纱的定义和分类

1.2.2 复合纺纱的目的

1.3 复合纺纱的发展

1.3.1 Sirofil纺的研究

1.3.2 Sirofil纺的理论研究

1.4 复合纱线结构和性能的研究进展

1.4.1 混纺纱与混纤丝结构与性能的研究

1.4.2 长丝/短纤维复合纱线结构与性能研究的现状

1.5 本课题研究的内容、难点和意义

1.5.1 本课题的研究内容

1.5.2 本课题研究的难点

1.5.3 本课题研究的意义

第二章 多轴系纺纱设备的设计及工艺参数优化

2.1 多轴系复合纺纱设备的设计及安装

2.1.1 采用改进包芯纺纺制复合纱

2.1.2 采用跨越式喂纱法纺制复合纱

2.1.3 采用外置导纱辊喂纱法纺制复合纱

2.2 试验

2.2.1 试验条件

2.2.2 实验工艺参数

2.3 单一因素工艺参数与实验结果分析

2.3.1 锦纶长丝间距的影响

2.3.2 外置导纱器与导纱钩间距的影响

2.3.3 前罗拉与外置导纱器转速比的影响

2.3.4 锭速的影响

2.4 多轴系复合纺纱工艺参数的优化选择

2.4.1 试验条件

2.4.2 优化结果验证

2.5 本章结论

第三章 多轴系复合纱的结构与性能

3.1 三轴系复合纱的结构分析

3.1.1 复合纱的轴向外观机构

3.2 多轴系复合纱的性能分析

3.2.1 多轴系复合纱的拉伸断裂情况

3.2.2 多轴系复合纱的增强机理分析

3.2.3 三轴系复合纱的毛羽减少机理

3.2.4 三轴系复合纱的包缠机理

3.3 本章结论

第四章 多轴系复合纺纱的成纱机理及性能研究

4.1 捻度传递机理

4.1.1 化纤长丝包缠刚性长丝机理

4.1.2 实验验证

4.2 化纤长丝的包缠机理

4.2.1 化纤长丝运动机理分析

4.2.2 包缠率与捻度之间的关系

4.3 拉伸强力模型

4.3.1 复合纱的力学模型

4.3.2 力学模型的验证

4.4 本章结论

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 本文存在的不足之处

5.3 今后需要进一步研究的工作

参考文献

附录A 几种Sirospun力学模型

附录B 多轴系复合纺纱的汇聚点图像

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致谢