用于处理纱线的装置和方法

专利名称：：用于处理纱线的装置和方法
技术领域：
：本发明涉及自由端纺纱技术，尤指转杯纱纺纱技术的改进，更具体地说，涉及用于改进自由端纱及其织物性能的处理纱线的装置和方法。图1A和图1B分别为同种纤维制成的典型的环锭纱和转杯纱的图象。转杯纺纱是一种新型的气流纺纱技术，属于自由端纺纱技术的一种。在该工艺中，纱线的加捻是通过纺纱杯的转动来完成。这一工艺由于去除了繁琐的粗纱络筒工序，生产率因而奇迹般地得以大幅度提高，从而使得实现纺纱生产的全面自动化成为可能，大大节约了劳动力。因而是各种新型纺纱工艺中，最有可能取代环锭纺纱的一种。但是自这一纺纱方式于本世纪六十年代引进以来，时至今日，转杯纺纱工艺仍未能按人们所期望的那样全面推向市场。其中的原因是多方面的1、这一纺纱技术可纺纱线支数范围窄(以粗中支为主)，而且只能用于有限的几种纤维的纺纱加工。2、所纺纱数的强力较之环锭纱低。这是由于转杯纱中纤维的倾斜程度更大，以及存在着更高比例的对于纱线强力没有任何贡献的纤维的原因。3、最为重要的是，用该种纱线所制成的织物手感过于粗糙，极为不利于转杯纱产品的销售。上述不足之处也是自由端纺纱技术产品的共同弱点。基于以上原因，本发明以克服现有自由端纱及其产品的缺点为目的，以1、改进转杯纱的性能，突破转杯纱工艺的可纺支数极限。2、提高纱线的某些力学参数，如扬氏模量，断裂强度。3、改善转杯纱制品的外观以及粗糙的手感。为实现本发明的目的，本发明提供了一种用于改进自由端纱及其织物性能的处理纱线的装置，该装置用于在织前对纱线进行预牵伸，它由一个两罗拉牵伸系统组成，该牵伸系统包括一个前罗拉和一个后罗拉，在这个两罗拉牵伸系统中，后罗拉的切向速度VB小于前罗拉的切向速度VF，以使纱线通过这两个罗拉之间受到牵伸作用。本发明还提供一种处理纱线的方法，该方法用于在织前对纱线进行预牵伸，它包括将纱线由纺纱系统或纱轴上退绕下来之后，穿过导纱圈从后罗拉处喂入牵伸区，再由前罗拉处导出，接着，纱线通过导纱圈进入再络筒区被绕至纱轴上，其中，后罗拉的切向速度VB小于前罗拉的切向速度VF，以使纱线通过这两个罗拉之间受到牵伸作用。研究表明，用于处理纱线的本发明的装置和方法可以有效地改善自由端纱的几何物理性能纱线的直径显著降低，截面几何密度明显提高，表征抗拉性能的扬氏模量以及抵抗其他变形的能力(如弯曲、扭转)则大大加强。此外，纱线的最终产品如织物、服装等的几何物理性能也有明显改变。最为重要的是织物的手感及柔软丰满度都得到突出的改进。下面结合附图进一步说明本发明的装置的结构特征以及本发明的方法步骤，其中图1A为同种纤维制成的典型的环锭纱的图象。图1B为同种纤维制成的典型的转杯纱的图象。图2为自由端纱线(OE纱线)的拉伸应力-应变曲线图。图3显示的是本发明装置结构简图。图4显示的是本发明装置结构简图的立体图。图5为将本发明装置安装到纺纱系统上的工艺流程图。图6A为由未牵伸的纱线制成的织物的表观图。图6B为由牵伸后的纱线制成的织物的表观图。图7为将本发明装置安装到再络筒系统上的工艺流程图。图8A为18S纱、4.0tpi牵伸前制成的织物的悬垂性能图。图8B为18S纱、4.0tpi牵伸后制成的织物的悬垂性能图。图8C为18S纱、3.6tpi牵伸前制成的织物的悬垂性能图。图8D为18S纱、3.6tpi牵伸后制成的织物的悬垂性能图。如图3和4所示，用于改进自由端纱及其织物性能的本发明的处理纱线的装置由一个两罗拉牵伸系统组成。该牵伸系统包括一个前罗拉4和一个后罗拉3。在这个两罗拉牵伸系统中，后罗拉3的切向速度VB小于前罗拉4的切向速度VF，因此当来自纱轴或者纺纱系统1的纱线穿过导纱圈2通过这两个罗拉3和4之间就会经受到牵伸作用。牵伸比VF∶VB就等于前后罗拉4和3的速度比。但应当注意，纱线的伸长并不等于牵伸比，因而这个牵伸比只是一个名义值。例如，对于16S的纯棉转杯纱而言，当经受的牵伸比为1.2时，其伸长只有2％-3％。参看图5和图7，本发明的装置可安装到纺纱系统上或者安装到再络筒系统上。纱线由纺纱系统或纱轴1上退绕下来之后，穿过导纱圈2从后罗拉3处喂入牵伸区7，再由前罗拉4处导出。最后，纱线通过导纱圈5进入再络筒区被绕至纱轴6上。由于前后罗拉4和3的速度不同，纱线经此过程之后就会经受牵伸。由图4可以看到，每个罗拉上都被缠绕了数圈纱线，这是为了确保牵伸的过程不会发生纱线与罗拉之间的滑移，使纱线的牵伸充分，以获得稳定的牵伸效果。本发明的装置和方法适用于处理自由端纺纱技术可以生产出来的任意支数的纱线。本发明的装置和方法适用于处理自由端纺纱技术可以加工的任意一个纤维纱线品种，即无论是纯纺纱还是混纺纱都可用该装置和方法进行处理。本发明的装置和方法适用于所有自由端纺纱技术，但尤为适用于转杯纺技术及其后加工工艺。本发明的灵感来源于一个在织造过程中普遍存在的纱线的硬化现象。纱线硬化现象的起因是由于在织造及后加工的过程中，纱线要不断地经受拉伸-松驰这样的一种交替反复作用，如果这种拉伸力的大小超过纱线的屈服点，那么就会导致纱线中出现不可恢复的塑性变形。在力学上，塑性变形的结果就导致材料的硬化。这使得纱线的拉伸强度、纱线直径、均匀度、毛羽及其织物的一些物理机械性能，如手感、尺寸稳定性、服用性能等，发生相应的变化。这种塑性变形在机织物的经纱中体现的最为明显，其结果就是织物在经向的延伸度明显不及纬向。这一点可以从织物经向的应力-应变曲线往往比纬向的“陡”，或者说“斜率大”得到证实。也就是说，纱线在这一方向上的拉伸刚度，即扬氏模量得到了一定程序的提高。由于这些变化不仅带来了纺织制品性能的改变，同时也是在很大程度上影响着消费者的购买欲望。因此，这一现象引起了本发明研究人员的极大兴趣，他们尝试将这种随机的变化进行有意识的控制，在不同品种，不同纺纱制品上进行纱线轴向拉伸实验，其过程前前后后经历了数年时间。事实上，应力硬化的原理曾被应用于建筑工业上以提高建筑材料断裂强度。纺织工业上则有化学长丝的轴向拉伸加工工艺。方法是纺丝时，将熔融纺丝的卷绕速度控制在一个较低的水平，然后，在高于高聚物的玻璃态转化温度的条件下，赋予长丝以不同的牵伸比。其原理在于，在卷绕速度较低的条件下，纤维的分子取向度很低(根据纤维的双折射率可以估计出)，而且阔角X光衍射实验也显示纤维中并不存在明显的结晶区，及纤维还处于一种无定形状态。而经过一定的牵伸后，化学长丝的结晶度上升，分子链及结晶区的排列整齐度提高，从而导致纤维的拉伸强度和扬氏模量的提高。采取这种加工工艺的目的是为了提高长丝纤维断裂强度，并提供长丝纤维的扬氏模量。然而短纤纱在纤维的末端不连接，其结构是在加捻的工艺过程中形成的，因而其强力的大小与纤维之间的抱合力的大小，更直接地讲是同捻度的大小密切相关。因此轴向牵伸对该种纱线性能的影响在机理上是完全不同的。在本发明的开发过程中，曾经使用了许多仪器。比如，有一种是完全按照纱线的应力硬化机理设计的将实验样品用INSTRON纱线拉伸测试仪测定出纱线的应力-应变曲线，确定试样有无塑性变形区，找出应力屈服点。无塑性变形区的试样被忽略，余下的实验在有塑性变形区的纱线上进行。将一个高于纱线屈服点的拉力反复作用于纱线上，使得纱线中有应力积累同时又要保证不发生断裂。这样，纱线就会出现塑性变形。实验是在环锭纱上进行的，因为环绽纺纱技术是一种最为普遍应用的纺纱方式，因而环锭纱也就是纺织工业上应用最为频繁的一种纱线。然而结果表明，这一加工方法只会给环锭纱带来强力降低，延伸度下降，均匀度恶化，以及毛羽增加等恶果。甚至使得紧随其后的织造工艺难以进行。这固然是纱线捻度降低造成的不可避免的恶果，和纱线及装置的结构关系也很大。因为环锭纱的结构很规则，所以牵伸必然会导致捻度的单纯降低以及整个结构的破坏。而且，由于拉伸时的径向压力让很多短纤维头成与纱线表面垂直的状态，这种直接的拉伸会导致纱线的毛羽增加。OE(自由端)纱则不同，它的整个结构不太匀整，表面又存在着许多的绑缚纤维，故而轴向牵伸未必意味着捻度的全面降低。因而，研究人员选取OE纱中最为典型的转杯纱作为实验对象，进行了一系列的研究才探索出现在的拉伸装置。如本文所示，这种方法的确达到了改进纱线的目的，同时又简便易行，值得进行工业上的推广。纯棉转杯纱的织前预牵伸加工实例试样制备首先，研究人员用Schlafhorst转杯纺纱机得公制支数为16S18S的纯棉转杯纱。采用的捻系数有3.6,4.0和4.2三种。表一给出了16S纱的纺纱条件。紧接着就是将纺得的纱线进行牵伸。到目前为止，预牵伸实验共进行了两个牵伸比(VF∶VB=1.2,1.3)，由图4可以看到，每个罗拉上都被缠绕了数圈纱线(往往是6-7圈)。这是为了确保牵伸的过程不会发生纱线与罗拉之间的滑移，使纱线的牵伸充分，以获得稳定的牵伸效果。表一牵伸实验的工艺参数<tablesid="table1"num="001"><table>前后罗拉间距(cm)19,60纺纱杯速度(m/min)190/160,360/300纺纱杯半径(cm)7纱线支数16S,18S捻系数(捻回数/英寸)3.6,4.0,4.2预牵伸倍数1.2,1.3</table></tables>由于机织物的生产相当耗时耗力，为了节约时间，所有的纱线，无论有无经过预牵伸，都被制成针织布。并且，为便于比较，所有的织造参数以及织物结构参数都是完全一样的。最后，经过煮练工艺，加工过程中积聚的应力被充分消除。这样，测试的结果就比较稳定，与实际的生产状况也更为相符。测试方法Ⅰ．纱线的测试纱线的测试是在USTER仪上进行的。该仪器可以用来测试纱线的拉伸性能、条干均匀度和毛羽状况。Ⅱ．织物的测试织物的测试主要是在KES(KAWABATA织物风格测试仪)上进行的。该仪器可以用来测试织物的压缩性能、表面摩擦性能、弯曲性能、拉伸性能以及剪切性能。最后，该仪器可以给出一个织物手感的综合评价指标。除此之外，18S纱织物还用图象分析的方法进行了织物悬垂性能的测试。实验结果及分析经采用上述装置加工后，研究人员发现，这种织前预牵伸处理的确产生了意想不到的积极效果。Ⅰ．纱线结构性能纱线直径及均匀度经过预牵伸，虽然纱线的支数变化不大，但纱线直径显著降低。这一观点可以通过表一得到很好的证明。由该表可以看出，在牵伸比VF∶VB=1.2,16S纯棉转杯纱的直径可以降低到只有原来的60-70％。此外，牵伸后的CV值及标准差的值也都存在不同程度的降低，从而表明纱线的均匀度也得到了不同程度的提高。表2纱线直径的变化纱线捻度牵伸无疑会导致纱线捻度的下降。而对于短纤纱而言，捻度是和纤维抱合力的大小、纱线毛羽的多少、纤维倾斜程度以及纱线截面中纤维的数目密切相关的。因此，纱线捻度的变化要引起特别的重视。可以断定，这种捻度的减小会使织成的织物呈现更好的光泽，因为纤维倾斜程度会因此而减小，从而使得反光更为一致。这也就是织物白度增加的原因。表3纱线捻度的变化几何密度牵伸后纱线中纤维的截面几何密度显著增加。因为实验发现，对于一定长度的纱线而言，其长度变化并不大(例如，捻系数为3.6的16S纯棉纱在牵伸比为1.2的情况下，其长度只出现2-3％的增加)。但如前所述，这种纱线的直径却降低到只有原来的60-70％，从而说明，这种牵伸导致了纱线几何密度的显著增加。这种几何密度显著增加的现象是非常有趣的，而且乍一看来是不可能的。因为众所周知，捻度的降低往往会伴随着截面几何密度的下降。然而，截面几何密度增加这一现象正是牵伸可以提高纱线强度的原因之一。扬氏模量纱线结构的变化必然伴随着物理性能的改变。最为显著的一点就是纱线的扬氏模量经过牵伸后显著提高了。这一点从纱线的应力一应变曲线中(如图2)不难看出。另外一个有趣的现象值得我们特别注意，那就是牵伸后纱线的扬氏模量显著提高。事实上，除了显示抗拉性能的扬氏模量，纱线抵抗其他变形的能力，如抗弯刚度、抗扭刚度，也都呈现突出的增长。纱线的强度尽管并不是所有的纱线在牵伸之后强度都能增加。但是，对于某些类型的纱线，在特定的条件下，牵伸之后，纱线的强度的角有所改善。这种情况往往发生在那种捻系数比较低的纱线身上。这种强度的改善，显然是由于牵伸后，纱线内部纤维排列更趋一致，截面几何密度降低以及纤维的强力利用率提高等原因造成的。纱线毛羽状况但是，另一方面，由于牵伸引起纱线捻度的降低，从而减小了纱线表面纤维之间的抱合力，也就不可避免地出现了毛羽的增加。但毛羽的增加并不一定就应视作一个缺点。事实上，转杯纱的表面由于存在着许多的缠绕纤维，因而是缺乏毛羽的。这也是转杯纱产品手感粗糙的一个原因。所以，牵伸造成的较多的毛羽在一定程度上有利于改善织物的手感。Ⅱ．织物的结构性能纱线结构性能的变化必然伴随着其织成织物的结构性能的变化丰满柔软度Fukurami，是一个标志织物丰满柔软程度的指示。它表达了一种丰厚蓬松的外观以及舒适的触感，是一个与织物的蓬松度及压缩性能相关的参数。由表2至表4可以看出。无论依据哪一个标准(是冬天还是夏天使用，是做内衣还是外套)，预牵伸后的纱线制成的织物的Fukurami值都远远高于未经牵伸的，从而表明经预牵伸的纱线制成的织物更为丰满柔软。图6A和图6B为由牵伸前后的纱线制成的织物的表观图。表4针织外衣表5冬季针织内衣表6夏季针织内衣样本号1和2指的是用捻系数为3.6的18S纱线织成的织物。但前者所用的纱线未经牵伸，后者的则经过牵伸。两种织物都已经过煮练，所以已无应力存在。触感正如研究人员期望的那样，比起未经预牵伸的纱线织成的织物，预牵伸工艺织成的织物综合手感值均有不同程度的提高。而织物粗糙的手感则得到了明显的改善。THV值是一个标志手感好坏的综合评价指标，从表3至表5可以看出，牵伸后，THV值基本上是呈现出了一种上升的趋势。这是预牵伸工艺的一个最为重要的突破。厚度用经过预牵伸的纱线制成的织物厚度也有着显著的增加。这一点看起来似乎不可思议，因为如前所述，牵伸后纱线的直径显著下降。事实上，这一现象表明，牵伸后纱线的抗弯刚度与抗扭刚度都有显著地提高，从而使得织物中线圈的立体效果更为强烈，因此增加了织物的厚度。表7织物厚度及重量的变化DR拉伸比悬垂性能图8A至图8D为18S纱牵伸前后制成的织物的悬垂性能图。经过织前预牵伸，纱线的弯曲刚性得到提高，从而使得制成织物的悬垂性能也自然而然地下降。这并不能视作一个缺点，而是一个特点，甚至是一个优点。因为，一般而言，针织物的悬垂性过大，因而限制了它在外衣上，尤指要求具有笔挺效果的套装上面的应用。所以长期以来，针织产品都以内衣为主。这种织前预牵伸造成的织物悬垂性能的下降，无疑可以有利于推进针织物在外衣制品上的应用，从而为转杯纺纱技术的推广带来美好的前景。压缩性能LC，代表织物的压缩线性能；RC，代表织物的压缩弹性。这两者都依赖于纱线的压缩性能及织物厚度的大小。WC，代表的是单位面积织物所具有的压缩能量，是一个与LC及织物可以压缩的程度相关的物理量。就压缩性能而言，大多数情况下，用牵伸后的纱线织成的织物的压缩性能都要优于未经牵伸的。表8织物压缩性能的变化缩水性经过预牵伸的纱线制成的织物与未经预牵伸的纱线制成的织物在缩水性上没有什么差异。这一结果是相当鼓舞人心的。因为研究人员最为担心的一个问题就是这种牵伸会导致缩水性的增加，不利于生产及销售。综上所述，这一加工工艺较好地克服了现有自由端纺纱技术的不足，简便易行，可以使自由端纱尤其转杯纱及其制品呈现崭新的面貌。如果将其应用推广到工业生产上，势必推进自由端纱产品的销售，从而为生产者带来可观的经济效益。权利要求1.一种处理纱线的装置，该装置用于在织前对纱线进行预牵伸，它由一个两罗拉牵伸系统组成，该牵伸系统包括一个前罗拉和一个后罗拉，在这个两罗拉牵伸系统中，后罗拉的切向速度VB小于前罗拉的切向速度VF，以使纱线通过这两个罗拉之间受到牵伸作用。2.如权利要求1所述的处理纱线的装置，其特征在于，所述前后罗拉的切向速度比VFVB就是该牵伸装置的牵伸倍数，所述前后罗拉的切向速度VF和VB是根据该牵伸装置的牵伸倍数来设置的。3.如权利要求1所述的处理纱线的装置，其特征在于，该装置可以设置在自由端纺纱系统的后面或者再络筒系统的前面。4.如权利要求1所述的处理纱线的装置，其特征在于，该装置适用于处理自由端纺纱技术可以生产出来的任意支数的纱线。5.如权利要求1所述的处理纱线的装置，其特征在于，该装置适用于处理自由端纺纱技术可以加工的任意一个纤维纱线品种，即无论是纯纺纱还是混纺纱都可用该装置进行处理。6.如权利要求1所述的处理纱线的装置，其特征在于，该装置适用于所有自由端纺纱技术，但尤为适用于转杯纺技术及其后加工工艺。7.一种处理纱线的方法，该方法用于在织前对纱线进行预牵伸，它包括将纱线由纺纱系统或纱轴上退绕下来之后，穿过导纱圈从后罗拉处喂入牵伸区，再由前罗拉处导出，接着，纱线通过导纱圈进入再络筒区被绕至纱轴上，其中，后罗拉的切向速度VB小于前罗拉的切向速度VF，以使纱线通过这两个罗拉之间受到牵伸作用。8.如权利要求7所述的处理纱线的方法，其特征在于，所述每个罗拉上都被缠绕了数圈所述纱线。9.如权利要求7所述的处理纱线的方法，其特征在于，该方法适用于处理自由端纺纱技术可以生产出来的任意支数的纱线。10.如权利要求7所述的处理纱线的方法，其特征在于，该方法适用于处理自由端纺纱技术可以加工的任意一个纤维纱线品种，即无论是纯纺纱还是混纺纱都可用该方法进行处理。11.如权利要求7所述的处理纱线的方法，其特征在于，该方法适用于所有自由端纺纱技术，但尤为适用于转杯纺技术及其后加工工艺。全文摘要本发明介绍了改进OE纱及其制品结构性能的装置和方法。该装置包括一前罗拉和一后罗拉,后罗拉转速V文档编号D01H4/00GK1298967SQ9912592公开日2001年6月13日申请日期1999年12月9日优先权日1999年12月9日发明者胡金莲,蒋秀英申请人:胡金莲