本文關(guān)鍵詞： 噴氣渦流紡 氣流特征 單紗斷裂強(qiáng)度 紗線結(jié)構(gòu) 纖維截面形態(tài) 異形纖維　出處：《東華大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：噴氣渦流紡紗技術(shù)生產(chǎn)流程短,占地面積和用工少,符合我國(guó)紡織行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的需要,是紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)在紡織裝備工程方面的推進(jìn)方向之一。研究與開(kāi)發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴氣渦流紡紗技術(shù)和設(shè)備,并改變以粘膠纖維為主體原料的現(xiàn)狀,是噴氣渦流紡研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。本課題依據(jù)經(jīng)典短纖紗斷裂強(qiáng)度計(jì)算理論,結(jié)合噴氣渦流紡自身獨(dú)特單紗構(gòu)型及斷裂機(jī)理,通過(guò)力學(xué)分析建立噴氣渦流紡單紗斷裂強(qiáng)度理論計(jì)算公式,及滑脫長(zhǎng)度和加捻長(zhǎng)度理論計(jì)算公式。然而該理論計(jì)算公式較復(fù)雜,難以簡(jiǎn)明判斷單一因子的影響關(guān)系,故本文選取公式中的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)和纖維性能這兩方面進(jìn)行深入分析。噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)方面,進(jìn)行單因子紡紗實(shí)驗(yàn),根據(jù)單紗斷裂強(qiáng)度實(shí)測(cè)值,建立單因子關(guān)系方程式;纖維性能方面,選取關(guān)鍵參數(shù)纖維加捻角度,分析混紡和改變纖維截面這兩方面對(duì)單紗斷裂強(qiáng)度的影響。本課題研究在噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、纖維原料截面改良及性能開(kāi)發(fā)方面具有指導(dǎo)意義,主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)建立噴氣渦流紡的單紗斷裂強(qiáng)度理論公式。根據(jù)力學(xué)理論并結(jié)合噴氣渦流紗纖維獨(dú)特加捻特點(diǎn),建立噴氣渦流紡的單紗斷裂強(qiáng)度σy的理論計(jì)算公式,由理論計(jì)算公式可知σy與五大因素有關(guān):(1)氣流狀態(tài)(Ca、ρa(bǔ)、va、var);(2)纖維屬性(L、Fb、μf、rf、σf、ρf);(3)單紗屬性(n、εy);(4)噴嘴結(jié)構(gòu)(θ、δ、r0、d、d1、d2);(5)紡紗速度vy。在紡紗原料和單紗細(xì)度確定的情況下,單紗斷裂強(qiáng)度與氣流狀態(tài)和噴嘴結(jié)構(gòu)有關(guān)。同時(shí)噴嘴結(jié)構(gòu)和裝配狀態(tài)在一定程度上也會(huì)影響噴嘴內(nèi)氣流狀態(tài),如錐面體的裝配位置會(huì)影響渦流腔內(nèi)負(fù)壓的位置及氣流在錐面體外壁的沖撞問(wèn)題,這都將影響成紗質(zhì)量。在單紗屬性(n、εy)及紡機(jī)狀態(tài)(噴孔入口壓強(qiáng)、噴嘴位置、紡紗速度等)確定的情況下,單紗斷裂強(qiáng)度將受噴嘴結(jié)構(gòu)和纖維屬性的直接影響。(2)建立噴氣渦流紗中纖維滑脫長(zhǎng)度和加捻長(zhǎng)度理論計(jì)算公式。根據(jù)纖維在噴氣渦流紗中的受力和纖維在單紗斷裂過(guò)程中產(chǎn)生滑脫的條件,建立纖維滑脫長(zhǎng)度理論計(jì)算公式。根據(jù)是否將轉(zhuǎn)移加捻長(zhǎng)度計(jì)入加捻長(zhǎng)度,加捻長(zhǎng)度的計(jì)算可分兩種情況進(jìn)行討論:一是用規(guī)則加捻長(zhǎng)度(自由加捻長(zhǎng)度)來(lái)表征加捻長(zhǎng)度;二是將轉(zhuǎn)移加捻長(zhǎng)度也作為加捻長(zhǎng)度,即用纖維加捻總長(zhǎng)度來(lái)表征加捻長(zhǎng)度。前者根據(jù)纖維在渦流腔中受力分析,后者根據(jù)噴嘴的卷吸作用分析和試驗(yàn),分別建立兩種情況下的理論計(jì)算公式。(3)選取噴嘴結(jié)構(gòu)的六大參數(shù)以粘膠為紡紗原料,進(jìn)行噴嘴參數(shù)的單因子紡紗實(shí)驗(yàn),建立各參數(shù)與單紗強(qiáng)度的單因子影響方程。噴氣渦流紡的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)單紗斷裂強(qiáng)度有重要影響。本課題對(duì)選取的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)噴孔角度θ、錐面體外壁錐角δ、錐面體的位置(錐面體與導(dǎo)引體之間的距離lc)、噴孔距中心軸距離d1、渦流管內(nèi)腔構(gòu)造及錐面體入口構(gòu)型這六個(gè)因素進(jìn)行分析。通過(guò)數(shù)值建模分析各參數(shù)對(duì)氣流場(chǎng)的影響,并結(jié)合相應(yīng)的紡紗實(shí)驗(yàn),建立各噴嘴參數(shù)與單紗斷裂強(qiáng)度的理論關(guān)系式。在一定范圍內(nèi),單紗斷裂強(qiáng)度與噴孔角度符合正弦函數(shù)趨勢(shì);與錐面體錐角tanδ值呈負(fù)線性關(guān)系;與lc值和d1值均呈線性關(guān)系。噴氣渦流紡渦流管的噴孔角度,應(yīng)選45°~55°左右。錐面體外壁錐角δ越小,單紗強(qiáng)度將越大。錐面體與導(dǎo)引體之間的距離lc值在2~3mm較宜。噴孔距中心距離d1選取時(shí)要盡量避免氣流繞壁面流動(dòng),盡量使得氣流能夠在渦流腔中自由擴(kuò)散。在該前提下,d1值越大越好。渦流管在柱腔與漸擴(kuò)區(qū)中間再加一個(gè)過(guò)渡腔后,渦流腔內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)壓位置與噴嘴外纖維頭端距離更近,負(fù)壓更大,切向速度較大,纖維更容易被吸入和分離,從而使得形成的纖維自由尾端更多,纖維加捻長(zhǎng)度更長(zhǎng),成紗強(qiáng)度更大。(4)纖維抗彎剛度/扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)單紗加捻角度及其對(duì)單紗斷裂強(qiáng)度影響的研究。通過(guò)對(duì)示蹤纖維在紗線中的加捻角度分析可知,纖維在渦流腔中的運(yùn)動(dòng)受纖維的扭轉(zhuǎn)剛度影響較小,受纖維的抗彎剛度和動(dòng)摩擦系數(shù)影響較大。在受相同作用力條件下,纖維的抗彎剛度越小,其加捻角度越大。當(dāng)纖維在加捻過(guò)程中有較大程度的扭轉(zhuǎn)情況時(shí),也要考慮纖維扭轉(zhuǎn)剛度的影響。纖維的抗彎剛度越大,摩擦系數(shù)越大,其對(duì)周圍纖維的影響越大。五種纖維原料的加捻角度關(guān)系為:短腈綸纖維棉纖維長(zhǎng)腈綸纖維粘膠纖維滌綸纖維。抗彎剛度越小,纖維摩擦系數(shù)越大,可紡性將越好,因此化纖可紡性:粘膠纖維腈綸纖維滌綸纖維。(5)噴氣渦流紡中纖維截面構(gòu)型對(duì)單紗斷裂強(qiáng)度的影響。在相同纖維細(xì)度下,三角形特征直徑最大,抗彎剛度和扭轉(zhuǎn)剛度明顯減小,其應(yīng)流面積較大,故三角形纖維在噴嘴中受力較大,且其成紗強(qiáng)度高,十字形次之。這也是三角形和十字形纖維較普通圓形滌綸有更好的可紡性的原因。中空纖維抗彎剛度較普通纖維要大些,但在氣流場(chǎng)中受力要比圓形的大些,從紡紗結(jié)果來(lái)看,中空紗的單紗斷裂強(qiáng)度也有所改善。方形截面纖維的抗彎剛度和抗扭剛度比其他纖維都大,再加上其在氣流場(chǎng)中的受力較普通滌綸纖維要小,故其可紡性不如普通滌綸。(6)通過(guò)分析混紡和改變纖維截面形態(tài)兩方面對(duì)噴氣渦流紡終端產(chǎn)品進(jìn)行研發(fā)探究。噴氣渦流紡對(duì)柔性纖維可紡性較好,對(duì)剛性大的纖維可紡性差,生產(chǎn)難度較大。要提高纖維的可紡性可從兩方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化:一是選擇與柔性纖維混紡,合理選擇混紡比,剛性大的纖維只要控制在一定比例內(nèi),并優(yōu)化紡紗工藝,使可紡性顯著改善,這對(duì)擴(kuò)大噴氣渦流紡原料范圍與拓展產(chǎn)品用途有積極意義;二是改善纖維的截面構(gòu)型,增加溝槽或者中空,使得抗彎剛度減小而應(yīng)流面積增大。此外,除了參考纖維的可紡性外還要將纖維的其他特性考慮進(jìn)去。如三角形纖維除強(qiáng)度高以外,其外觀有蠶絲的光澤,所紡單紗光亮度高;十字形纖維表面的溝槽結(jié)構(gòu),使其產(chǎn)生毛細(xì)現(xiàn)象,而且纖維與皮膚接觸點(diǎn)少,從而達(dá)到導(dǎo)濕快干的目的;中空纖維有輕而保暖的特性。故通過(guò)改變纖維截面的形狀可以改變其可紡性也可拓展其功能性,可大大提高噴氣渦流紡產(chǎn)品的附加值。
[Abstract]:This paper studies and develops the theory of jet vortex spinning technology and equipment , which is based on the theory of mechanics theory and combines the unique single yarn configuration and breaking mechanism of jet vortex spinning . In the case of the determination of spinning raw material and single yarn fineness , the single yarn breaking strength is related to the state of air flow and the structure of the nozzle . In this paper , the influence of various parameters on the breaking strength of single yarn is studied by means of numerical modeling . ( 5 ) The influence of fiber cross section configuration on the breaking strength of single yarn is discussed in this paper .

【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TS104.72

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本文編號(hào)：1507212