细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法及装置和纱线
阅读说明：本技术 细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法及装置和纱线 (Spinning method and device for transversely and transversely regulating fiber yarn forming structure of spinning frame and yarn ) 是由 徐卫林 许多 刘可帅 范航 杨旺旺 郭维琪 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法及装置和纱线,本发明采用将环锭纺纱机的四罗拉机构上的仅做回转的输出皮辊、输出罗拉改变成既做回转又做往复运动的搓捻皮辊、搓捻罗拉,改变了传统纺纱机采用输出皮辊、输出罗拉进行单向捻回纺纱的方法,实质上搓捻皮辊、搓捻罗拉的往复搓捻横动调控了纱条内部的捻回分布和纤维排列结构；本发明创新了环锭纺单向捻回的成纱工艺和机构,提高了成纱强度、柔度和光洁度,减少了成纱毛羽,平衡了纱线的残余扭矩,改变了纱线捻度分布规律。(The invention relates to a spinning method and a device for regulating a fiber yarn forming structure by horizontal movement of a ring spinning frame and yarn, wherein an output leather roller and an output roller which are only rotated on a four-roller mechanism of the ring spinning frame are changed into a twisting leather roller and a twisting roller which are rotated and reciprocated, a method for carrying out one-way twist spinning by adopting the output leather roller and the output roller in the traditional spinning frame is changed, and the reciprocating twisting and traversing of the twisting leather roller and the twisting roller substantially regulates the twist distribution and the fiber arrangement structure in a yarn bar; the invention creates the yarn forming process and mechanism of ring spinning one-way twist, improves the strength, flexibility and smoothness of the formed yarn, reduces the hairiness of the formed yarn, balances the residual torque of the yarn and changes the distribution rule of the yarn twist.)
技术领域
本发明涉及纺织技术领域，具体为一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法及装置和纱线。
背景技术
纺短纤维纺纱技术是经过一系列机械作用将无序、散乱的纤维原料加工成具有一定趋向、抱合和线密度的线性集合体，为纤维原料制成片状或立体织物提供有力保证。
环锭纺技术属于握持端纺纱，因其原料适应性强、生产品种范围广而被广泛应用，但也存在纱线毛羽多、强力不足、手感差以及质量控制难度大、效率低等弊病。纱管卷绕纱线时，带动钢丝圈绕钢领进行回转，对纱条进行加捻，使得须条内外纤维会发生自调平衡，外部纤维向内转移，内部纤维向外转移并相互抱合形成连续纱线，形成特有的纱线结构。单向捻回抱合是环锭纺纱线特有结构，通过纤维束的扭转抱合而形成具有足够强度的纤维连续体。但是单向捻回抱合的弊端在于加捻的同时导致内部纤维残余扭矩的产生和表层纤维毛羽的暴露，因此无法实现具有低扭矩、低捻度、高强力、少毛羽、好条干特点的特殊纤维结构特征的环锭单纱。
针对克服成纱毛羽多、强力不足的问题，近些年紧密纺纱技术发展迅速，紧密纺纱技术是通过对环锭纺纱三角区纤维须条进行集聚来减小或消除加捻三角区，有效控制须条边缘纤维加捻成纱，大幅降低环锭纱线毛羽，形成纤维紧密集聚抱合结构纱线的新型纺纱方法。目前主要采用负压气流或机械沟槽2种方式对环锭纺纱三角区须条进行集聚，其中负压气流集聚技术发展成熟，市场常见紧密纺仪器有Zinser公司的CompACT3、Rieter公司的K44(Com4)和Suessen公司的Elite等；机械沟槽式紧密纺装置纺纱稳定性较差，目前还未大规模推广使用。与普通环锭纱线相比，紧密纺纱线在纱线强力、耐磨性提高以及毛羽降低等方面效果显著，但又导致纱线紧密、制成面料手感硬、生产能耗高等新问题。针对常规紧密纺手感硬的问题，一些研究人员开发了一些新型去羽集聚、改变纱线表观结构且不恶化成纱手感的方法。如中国专利号CN201410671777.0，公开日2015.2.4，发明创造名称为环锭纺加工过程中须条的整束去羽装置，此项发明专利提供一种结构简单无附加能耗的整束去羽装置，利用旋转槽轮集聚重塑三角区，对充分内外转移运动捻合成形的纱条表层纤维进行动态捕捉式集聚，可大幅提高了成纱品质，但在实际生产中会出现纤维包缠旋转槽轮导致断头。中国专利号CN1995510A，公开日期2007.7.11，发明创造名称为一种改善纱线性能的熨烫纺纱方法，在纺纱过程中对纤维进行热湿处理，降低纤维刚度，实现纤维充分内外转移，从而减少纱线毛羽的产生。但这些装置的加工和安装不便，需要附加能耗，存在一定安全隐患，并且此方法对非热敏感纤维效果不显著。同时，这些专利只能单一集聚纤维抱合、促使成纱包缠紧密，虽不恶化成纱手感，但不能平衡纤维内部残余扭矩、调节应力分布，使纱线柔化。
除了调控纱线纤维集聚、生产纤维紧密抱合结构纱线的纺纱方式外，调控纱线纤维排列结构促使成纱内扭矩达平衡、生产低扭矩结构纱线的纺纱方式，也是提高环锭纺成纱性能、生产新型结构纱线的一个重要途径。针对克服成纱内部残余扭矩大、纱线手感差的问题，香港理工大学陶肖明教授开发的低扭矩纱线具有优良物理性能，其原理是将高速假捻器装于环锭纺的导纱钩处，增加纺纱段的捻度，实现纤维非同轴异形螺旋线结构的调整，纤维片段局部反转的控制，从而可以减少环锭纺纺纱捻度和扭矩，纺出柔软、低捻、低缩的高端细纱，开发高端纺织品，其潜在价值还在于可降低断头，增加车速，减少能耗，提高强度，减少织物纬斜产生等效果。如中国专利号CN02118588.3，公开日2008.10.15，发明创造名称为单股无扭矩环锭纱线的加工方法与设备，这个申请公案针对环锭纺成纱纱线残余扭矩大的问题，提供了全新的单股无扭矩纱线的加工方法，通过假捻器产生假捻，使得纱线子纤维束捻向与其合成的单股纱线相反，从而平衡纱线内部的残余扭矩，同时可以加工传统环锭纺纱机不能正常加工的低捻度纱线；中国专利号为CN101643948A，公开日为2010.2.10，发明创造名称为用于在环锭纱线上产生弯折假捻的方法和装置，它采用两条皮带作为假捻设备使得纱线在纺纱过程中具有两个加捻点进行纱线假捻；中国专利号CN200510004306.5，公开日2011.4.6，发明创造名称为低扭单股环锭纱线的加工方法与设备，它采用锭轴带动摩擦盘旋转进行假捻，实现单股纱线具有可控的残余扭矩。然而通过假捻器产生假捻的方式来实现低扭矩纱线生产的方法，由于假捻器对纱线的作用力与纱线运动方向垂直，因而对纱线条干带来极大的影响，并且这种方法所生产的纱线结构中依旧纤维内外转移程度低、纤维抱合力差，成纱强力低，成纱毛羽多等技术问题依然没能得到根本性解决，同时纺纱工艺复杂、机构成本高、操作不便。
通常，集聚表层纤维形成表观紧密结构、减少环锭纱线毛羽和调整内部纤维排列状态、释放纱体内部残余扭矩的内外分层结构纱线是环锭单向加捻所无法实现的为，实现纱线内外层结构迥异的纺纱方法需要在多道工序上分别进行处理。针对此问题，研究者们分别研究出了一些办法实现分层调控纤维成纱。如中国专利号CN 201410105223.4，公开日2014.3.20，发明创造名称为一种少毛羽低扭矩环锭纱线的加工方法与装置，利用喷嘴喷出的旋转气流对纱线施加反向捻度，促使表层纱线部分翻转包缠，从而纺出少毛羽的低扭矩纱线，但是其使用气流能耗高、操作精度大、机构复杂，难以实现规模化生产。另外，刘可帅等在《纺织学报》(纺织研究杂志)Vol.39，No.2，2018中公开了一种串联半开放式多重集聚纺纱方法，利用预集聚作用缩小加捻三角区宽度，槽轮集聚重塑三角区，捻盘集聚搓捻纤维须条表层纤维，实现表层纤维的紧密缠绕，实现了成纱具有外紧而内柔的结构特征。这种方法可制造出内部纤维充分转移、外层纤维集聚紧密成纱的高品质纱线，但是这种纺纱方法需三组纺纱装置串联使用，操作复杂，同时纺纱过程中容易出现断头，影响生产效率。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法及装置和纱线，其不仅精简了紧密纺、低扭矩纺成纱工艺和机构，缩短工艺流程，而且减少了成纱毛羽、提高了成纱强度、柔软度和光洁度。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：
一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法，所述纺纱方法为：牵伸后的纤维须条从由前罗拉和前皮辊形成的前钳口输出，进入到由搓捻罗拉和搓捻皮辊构成的搓捻钳口中，由前钳口输出的纤维须条其一端被前钳口握持，另一端在搓捻罗拉和搓捻皮辊握持且横动摩擦作用下进行往复搓捻式扭转运动；其中当纱条经过搓捻罗拉、搓捻皮辊横动摩擦产生的同向捻度的搓捻，预捻调控纤维紧密纠缠，纱体外层纤维动态捕捉式搓捻集聚，形成内部纤维内外转移式抱合、外层纤维螺旋式包缠结构的纱线；当纱条经过搓捻罗拉、搓捻皮辊横动摩擦产生的反向捻度的搓捻，预捻调控纤维扭转应力分布，纱体沿表层纤维部分反方扭曲包缠，交叉缠绕固化纱体表层包缠紧度，反向扭转变形内部纤维平衡扭矩，纱线在经过同向、反向横动搓捻往复交替循环整理后输出，经导纱勾、钢丝圈，最终卷绕在纱管上。
同时，本发明还提供一种实现上述一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法的纺纱装置，该纺纱装置包括相互配合的前罗拉和前皮辊，所述纺纱装置还包括搓捻皮辊和搓捻罗拉，搓捻罗拉安置在前罗拉前端，前罗拉一端经安装在机架墙板上的轴承套装连接具有带动其进行旋转功能的电机装置，前罗拉与搓捻罗拉其一端分别设有罗拉齿轮，过桥齿轮连接前罗拉与搓捻罗拉，同时过桥齿轮齿形与前罗拉、搓捻罗拉齿轮齿形相契合，搓捻罗拉一端经安装在机架墙板上的第一滑套连接具有带动其进行往复横动功能的横动装置，搓捻皮辊置于搓捻罗拉上端，搓捻皮辊固定在往复轴杆上，两对搓捻皮辊中间的往复轴杆部分固定于安装在摇架体搓捻握持爪3，搓捻握持爪与第二滑套保持同一水平位置，往复轴杆一端经安装在机架墙板上的第二滑套连接具有带动其进行往复横动功能的横动装置。
进一步地，所述横动装置为电机机构、往复丝杠机构、齿轮机构、凸轮机构中进行往复横动功能的机构中的一种。
进一步地，搓捻皮辊与搓捻罗拉之间可存在三种往复运动关系：搓捻皮辊与搓捻罗拉同时进行旋转及往复运动，且两者横动方向保持相反，并且同时发生横动方向的转变；仅搓捻皮辊进行旋转及往复运动，搓捻罗拉仅作旋转运动；仅搓捻罗拉进行旋转及往复运动，搓捻皮辊仅作旋转运动。
同时，本发明还提供一种依据上述一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法制备得到的纱线，所述纱线由外层纤维和内部纤维构成，其中所述外层纤维正反向搓捻包缠在所述内部纤维外周面，所述内部纤维的扭转卷曲和纤维排列倾斜角小于所述外层纤维。
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明的一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法，其优点在于：本发明采用只将原先四罗拉环锭纺纱仅作回转运动的输出皮辊、输出罗拉改改变成作回转运动又做往复运动的搓捻皮辊、搓捻罗拉，改变了传统环锭纺纱线仅作单向加捻抱合成纱的方法，搓捻皮辊、搓捻罗拉的往复运动形成与纱条纤维进行切向搓捻式助力扭转缠绕，正反向搓捻反复切换调节、调整纤维在纱条主体的排列状态，改变传统环锭纺为单向包缠的纤维排列结构。同时在成纱过程中，纱条经过与真捻同向的横动搓捻，加强成纱区纤维须条主体进行扭转抱合，迫使纤维在纱线径向发生反复的内外转移，协同纤维须条外层纤维进行动态捕捉式搓捻集聚，实质上是集纤维须条主体扭转抱合式内外转移和外层纤维搓捻式紧密集聚包缠为一体，实现内部纤维充分转移、外层纤维集聚紧密的纱线成形，增加纱线强力、耐磨和光洁度，解决了高卷曲、抱合力差等难纺纤维在传统环锭纺纱机上难以成纱、无法纺制出高支纱的技术难题；成形纱线经过与真捻反向的横动搓捻后，纱条部分表层纤维沿相反方向搓捻包缠，反向搓捻与正向加捻的纱体表层纤维相互接触，形成正反网状交叉缠绕式固化纱线表层的缠绕紧度，同时纱体内部纤维反向扭转变形，平衡了纱线内部的残余扭矩、增强纱体内部纤维的卷曲抱合力，最终形成柔软高强的光洁纱线，解决了传统紧密纺纱线手感发硬、刚度较大的技术问题。本发明同时克服了“先分束、再利用假捻器对纱线进行与纱线运动方向垂直的假捻作用、达到扭矩平衡成纱的方式”，以及“成纱段重塑三角区、被动转动式槽轮集聚的半开放串联式重聚纺纱的方式”，实质上是与纱条转移输送速度一致的同步旋转，致使纤维须条扭转抱合式加捻、外层纤维正反向搓捻包缠、内部纤维扭矩释放为一体，不仅精简了紧密纺、低扭矩纺成纱工艺和机构，缩短工艺流程，而且减少了成纱毛羽、提高了成纱强度、柔软度和光洁度，继承了了传统环锭纺纱的原料广泛性和品种适应性，突破所纺纱线支数极限。本发明操作方便，无附加能耗、机构简单明了、易于推广使用。
附图说明
图1是横动调控纤维成纱结构的纺纱机构示意图。
图2是横动调控纤维所纺纱线结构示意图。
图中：1-前皮辊，2-前罗拉，3-搓捻皮辊3，4-搓捻罗拉，5-搓捻握持爪，6-摇架体，7-往复轴杆，8-罗拉齿轮，9-轴承套装，10-第一滑套，11-第二滑套，12-电机装置，13-横动装置，14-机架墙板，15-纱条，16-前钳口，17-搓捻钳口，18-外层纤维，19-内部纤维。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
首先，本发明提供一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法，该纺纱方法为：牵伸后的纤维须条从由前罗拉和前皮辊形成的前钳口输出，进入到由搓捻罗拉和搓捻皮辊构成的搓捻钳口中，由前钳口输出的纤维须条其一端被前钳口握持，另一端在搓捻罗拉和搓捻皮辊握持且横动摩擦作用下进行往复搓捻式扭转运动；其中当纱条经过搓捻罗拉、搓捻皮辊横动摩擦产生的同向捻度的搓捻，预捻调控纤维紧密纠缠，纱体外层纤维动态捕捉式搓捻集聚，形成内部纤维内外转移式抱合、外层纤维螺旋式包缠结构的纱线；当纱条经过搓捻罗拉、搓捻皮辊横动摩擦产生的反向捻度的搓捻，预捻调控纤维扭转应力分布，纱体沿表层纤维部分反方扭曲包缠，交叉缠绕固化纱体表层包缠紧度，反向扭转变形内部纤维平衡扭矩，纱线在经过同向、反向横动搓捻往复交替循环整理后输出，经导纱勾、钢丝圈，最终卷绕在纱管上。
同时，结合参照附图1至2所示，本发明还提供一种实现上述一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法的纺纱装置，该纺纱装置采用将原先四罗拉环锭纺纱仅作回转运动的输出皮辊、输出罗拉改变成作回转运动又做往复运动的搓捻皮辊3、搓捻罗拉4，搓捻罗拉4沿前中后罗拉所成倾角的轴线方向安置在前罗拉2前端，搓捻罗拉4中心与前中后罗拉中心成一条直线，前罗拉2一端经安装在机架墙板14上的轴承套装9连接具有带动其进行旋转功能的电机装置12，前罗拉2与搓捻罗拉4表面一端设有相同罗拉齿轮8，过桥齿轮5连接前罗拉2与搓捻罗拉4，同时过桥齿轮5齿形与前罗拉2、搓捻罗拉4齿轮齿形相契合，搓捻罗拉4一端经安装在机架墙板14上的第一滑套10连接具有带动其进行往复横动功能的横动装置13，输出皮辊1置于搓捻罗拉4上端，前皮辊1前端，搓捻皮辊3内部安装的搓捻皮辊轴套固定在往复轴杆7上，两对搓捻皮辊1中间的往复轴杆7部分固定于安装在摇架体6搓捻握持爪5上，搓捻握持爪5与第二滑套11保持同一水平位置，往复轴杆7一端经安装在机架墙板14上的第二滑套11连接具有带动其进行往复横动功能的横动装置13；
纺纱时，搓捻皮辊3与搓捻罗拉4紧密贴合，前罗拉2由电机装置12带动其旋转。并通过过桥齿轮5带动搓捻罗拉同步旋转，同时搓捻罗拉4带动紧密贴合的搓捻皮辊3同步旋转，搓捻皮辊3与搓捻罗拉4一端设置的横动装置13带动搓捻皮辊3与搓捻罗拉4产生往复的横向位移，搓捻握持爪5、第一滑套10、第二滑套11限制搓捻皮辊3、搓捻罗拉4位置，但不阻碍其做轴向滑动，且往复运动的横移最大距离不离开纱条15接触位置。前罗拉2、前皮辊1和搓捻罗拉4、搓捻皮辊3四者进行同步高速旋转，将牵伸后的纤维须条从前罗拉2、前皮辊1啮合形成的前钳口输出，进入搓捻罗拉4、搓捻皮3辊的形成的搓捻钳口中，前钳口16输出的纤维须条一端被前钳口16握持，另一端在搓捻罗拉4、搓捻皮辊3握持且横动摩擦作用下进行往复搓捻式扭转运动，环锭纺真捻传递受到搓捻罗拉4、搓捻皮辊3握持阻捻，前钳口至搓捻钳口17形成纤维排列结构预捻调控段，纤维须条主体纤维发生内外转移式捻合，预捻纱条外层纤维头端被纱条主体夹持，当纱条15经过搓捻罗拉4、搓捻皮辊3横动摩擦产生的同向捻度的搓捻，预捻调控纤维紧密纠缠，纱体外层纤维动态捕捉式搓捻集聚，增强纤维转移效率，形成内部纤维内外转移式抱合、外层纤维螺旋式包缠结构的纱线；当纱条15经过搓捻罗拉4、搓捻皮辊3横动摩擦产生的反向捻度的搓捻，预捻调控纤维扭转应力分布，纱体沿表层纤维部分反方扭曲包缠，交叉缠绕固化纱体表层包缠紧度，反向扭转变形内部纤维平衡扭矩，纱线在经过同向、反向横动搓捻往复交替循环整理后输出，经导纱勾、钢丝圈，最终卷绕在纱管上。本发明同时克服了“先分束、再利用假捻器对纱线进行与纱线运动方向垂直的假捻作用、达到扭矩平衡成纱的方式”，以及“成纱段重塑三角区、被动转动式槽轮集聚的半开放串联式重聚纺纱的方式”，实质上是与纱条转移输送速度一致的同步旋转，致使纤维须条扭转抱合式加捻、外层纤维正反向搓捻包缠、内部纤维扭矩释放为一体，不仅精简了紧密纺、低扭矩纺成纱工艺和机构，缩短工艺流程，而且减少了成纱毛羽、提高了成纱强度、柔软度和光洁度，继承了了传统环锭纺纱的原料广泛性和品种适应性，突破所纺纱线支数极限。本发明操作方便，无附加能耗、机构简单明了、易于推广使用。
在图2中，单股纱线由外层纤维18和内部纤维19构成；具有Z捻紧密集聚、S捻的反向缠绕的外层纤维18其正反向搓捻包缠增强纱线强力、减少表层毛羽，同时，两种反向包缠形成的扭矩的相反，使得单纱整体扭矩降低；内部纤维19反向扭转变形平衡扭矩，扭转卷曲不及外层纤维18，纤维排列倾斜角远小于外层纤维18，使得纱线内部捻度释放、应力分布均匀，成纱手感柔软。综合内外层纤维排列结构，形成“外紧内松”、纤维须条扭转抱合式加捻、外层纤维正反向搓捻包缠、内部纤维扭矩释放为一体的新结构纱线。
在此基础上，将搓捻皮辊与搓捻罗拉一端设置的具有带动其进行往复横动功能的横动装置可设计成电机机构、往复丝杠机构、齿轮机构、凸轮机构进行往复横动功能的机构中的一种。
在此基础上，搓捻皮辊与搓捻罗拉之间可存在三种往复运动关系：1，搓捻皮辊与搓捻罗拉同时进行旋转及往复运动，且两者横动方向保持相反，并且同时发生横动方向的转变；2，仅搓捻皮辊进行旋转及往复运动，搓捻罗拉仅作旋转运动；3.仅搓捻罗拉进行旋转及往复运动，搓捻皮辊仅作旋转运动，以上三种往复横动关系都属于本发明保护的内容。
在此基础上，将多节搓捻皮辊1固定在同一往复轴杆7的形式，都属于本发明保护的内容。
在此基础上，搓捻皮辊的尺寸、横动距离、横动速率皆可根据所纺纱支需要进行调节，根据所纺纱支对搓捻皮辊的改良都属于本发明保护的内容。
本发明的一种环锭细纱机上横动调控纤维成纱结构的纺纱方法适用于以环锭纺纱为基础的纺纱体系，包括紧密纺、柔洁纺、赛络纺等。
具体实施例
实施例，运用本发明专利的纺纱方法生产19.7tex纱线。实验所用原材料为100％纯棉粗纱。环锭纺纱机锭子的转速为7000r/min。分别取搓捻皮辊的宽度60mm、横动距离10mm、横动速率1m/min进行纺纱。
对于每一纱线号数，分别使用传统环锭纺纱方法和本发明所述的纺纱方法加工成单股纱线样本以作对比，并对各纱线样本的主要性能进行测试，其中残余扭矩利用湿缠绕法进行测试，各纱线样本的主要性能测试结果如表一所示：
表一
从表一可以看出，使用本发明的纺纱方法所纺纱线，其毛羽值和残余扭矩(湿扭结数)都显著下降，且与使用传统环锭纺纱机所纺纱线相比，使用本发明的纺纱装置所纺纱线的断裂强力和断裂伸长率显著提高，而条干性能基本可以保持不变，实现了“外紧内松”、纤维须条扭转抱合式加捻、外层纤维正反向搓捻包缠、内部纤维扭矩释放为一体的新结构纱线生产。其技术方法虽简单，有效改善了成纱质量，并且其制造成本低廉，适于纺织行业推广应用。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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