针织坯布纬斜的理论分析与实践

1 前言
    在纺纱工程中, 加捻的目的是使纺制的纱线具有一定的强力、弹性、伸长、光泽、手感等物理机械性能, 或获得较粗、较强、较匀的线或绳索; 或利用不同纤维品种和色泽的纱线( 长丝) 捻合成新品种或特殊性质的纱线( 长丝线) ; 或使纱线具有不同的花式结构或变形结构( 如花式纱线、弹性纱或其他变形纱等) , 因此, 捻度是纱线获得某种性质所不可缺少的。利用不同的捻度可生产不同用途的纱线, 并可加工成不同用途的纺织品。

    随着纺织工业的进步和人民生活水平的日益提高, 针织品在人们的衣着中所占比重越来越大, 它不但可作内衣, 而且还可制成各种外衣。在针织品生产过程中, 常常会出现纬斜而成为疵品, 因而影响到针织品的穿着舒适性和外观, 给针织企业造成损失, 影响到企业的声誉。产生纬斜的主要原因是在股线加捻时捻度的选用不当造成的, 可以通过合理的设计股线捻度而得到解决。本文拟就针织坯布产生纬斜的原因进行理论上的探讨,并提出解决纬斜的切实可行的方法和措施。

2 纱线捻度形成原理与力学分析
    在纺制细纱过程中, 加捻的实质是利用须条横截面间产生相对角位移来改变须条的结构, 使原来伸直平行的纤维与纱轴产生一定程度的倾斜, 如图1 所示。由前罗拉输出的须条呈扁平状态, 其纤维与纱轴呈平行的排列。由于钢丝圈在钢领上的回转运动所产生的捻回向前罗拉钳口传递, 迫使钳口处的须条围绕纱的轴线回转, 在纺纱张力T i 的作用下, 使前罗拉输出的须条宽度逐渐收缩, 扁平须条的两侧纤维也逐渐折叠而卷入纱条中心, 形成加捻三角形oab, 与此同时, 须条中的纤维产生内外转移, 致使须条的宽度与截面发生变化, 从扁平带状逐渐形成近似圆柱形的纱条。

设纱条横截面上的纤维根数为n, 各根纤维与须条输出轴向的夹角为 i , 在纺纱张力Ts 的作用下, 每根纤维均受到张力T i。根据力的平衡条件, 其轴向张力为 ni= 1Ticosi=T s, 径向产生的向心压力为Tisin􀀁 i, 须条边缘纤维的Q i 大, Tisin􀀁i 也大, 因中心纤维的i!0, 故T isin􀀁 i ! 0, 因而边缘纤维被挤向中
心, , 把原来位于中心的纤维挤向外缘, 这样周而复始地进行下去, 就完成了纱线中的纤维转移过程。由于纱条中各根纤维进行反复转移, 使纱条变得紧密, 提高了纱条的强力,成为可供织造使用的纱。须条获得捻度成为细纱后, 在细纱上产生了扭矩。如在细纱两端失去控制后, 必然要产生相应的反转扭矩( 抗扭刚度) , 其数值为

式中 r -纱的半径; G - 剪切模量; J -惯性矩; l-纱线长度。
    由于单纱在加捻时内外层纤维的应力不平衡, 不仅不能充分发挥所有纤维的作用, 而且单纱也很难同时全面满足若干要求。如要求单纱有较高的强力, 就需要有足够的捻度,这样不但使单纱变得坚硬, 而且光泽也比较差。为此, 可利用单纱经过并合后得到的股线, 使其性质产生多方面的变化, 可满足使用上的要求。因此, 单纱并合加捻过程的实质,就是借助于股线的加捻来改善纱线中纤维所受应力分布状态的方法来提高纱线的品质。

3  针织坯布产生纬斜的原因分析
    针织用纱一般为股线, 单纱的捻向是Z捻, 而股线的捻向是S 捻。加捻后, 在单纱或股线的两端作用有两个大小相等、方向相反、且作用平面垂直于纱线轴线的力偶, 致使纱线的任意两个横截面都发生绕纱线轴线的相对转动, 这就是加捻力矩或惯性矩。一根单纱的扭转力矩为M单纱= G单纱J单纱/ l单纱, 而股线的扭转力矩为M股线= G股线J股线/ l股线。若使针织坯布不产生纬斜的力学条件应该是

    由材料力学可知, G单纱与G股线是剪切模量, 它们与组成纱线的纺织纤维性能有关, 如纤维的细度、长度、刚度、相对密度、温湿度等因素有关; 股线的纤维组成与单纱基本一致,其差异在于纤维的几何形态有差异, J单纱与J股线是惯性矩, 它们与纱、线的几何形状有关, 单纱可近似地认为是圆形截面, 而股线的截面形状比较复杂。l单纱和l股线也可近似地当作相等。因此, 要使| - M单纱| = | - M股线| ,才能使针织坯布不产生纬斜, 也就是说, 股线的捻度要小于单纱的捻度, 可以从| - M单纱|= | 1- M股线| 的等式中找到股线捻度的平衡点。

4  解决纬斜的实践与经验公式
    在机织用股线中, 主要是考虑股线的外观和物理机械性能, 织物品种不同, 其股线与单纱的捻度配置是不相同的。在通常情况下, 为了保证股线具有较高的强力, 股线的捻度一般为单纱捻度的1.414 倍; 若要使股线得到较好的光泽和手感, 则股线的捻度一般为单纱的0.707 倍, 二者相差正好是1 倍, 在实际生产中, 根据织物性能的要求, 在0.707与1.414 之间进行选择。

    对针织用股线而言, 要求针织物光泽好,手感柔软, 必须降低单纱和股线的捻度, 但针织用股线的捻度临界值应保证纱线的强力和针织坯布不产生纬斜。在捻线生产中如何保证股线捻度位于临界值呢? 根据经验, 针织坯布的条纹产生左斜( 从右下角向左上角倾斜) , 说明| - M单纱| > | - M股线| , 即股纱捻度偏小; 如果产生右斜( 从左下角向右上角倾斜) , 说明| - M单纱| < | - M股线| , 即股线的捻度偏大。我们可以在捻线加工时进行调整, 在一般情况下, 可根据工艺设计的捻度,先试纺2~ 4 个小管纱, 拿到横机上试织一个小片子, 由目光检查。如发现左斜, 则应把股线捻度加大一点, 如是右斜, 则应降低一些股线捻度, 一般是视纬斜的程度来增减捻度的多少, 直至针织坯布不产生纬斜为止, 这时的捻度即为股线捻度的临界值, 按此捻度即可正式投入生产。
    由于组成纱线的纤维原料变化很大, 即使是同一种原料的纯纺, 也由于每批原料性能不尽一致。对于混纺纱而言, 由于混纺纱中纤维品种及混纺比的不同, 则纱线的G 值有较大的差异, 纱线的粗细、并合数及其横截面形状的不同, 也会使J 值不同。因此, 影响纱线捻度大小的因素有纤维的品种、细度、长度、初始模量以及纱线的粗细、并合股数、纱线横截面形状等。笔者曾进行大量试验测试, 使用各种纤维原料纯纺和混纺, 纺成各种纱支, 分别织成各种针织坯布, 不产生纬斜的股线捻度临界值为T股线= ( 1~ 1.08) T单纱/ 2式中: T股线为股线临界值的捻度;T单纱为组成股线的单纱捻度。
    此式是一个经验公式, 可作为股线捻度设计的参考值。对于不同的纺织纤维品种纯纺或混纺时, 其T单纱、T股线的数值是不同的。例如, 混纺中有一种纤维较细、较长或强力较高时, T股线值应适当降低; 并合数大于2时, T股线也应略低些; 纱线较细时, T股线应适当高些。

5  结束语
    单纱和股线捻度设计非常重要, 捻度大小直接影响到产量、纱线的物理机械性能及其织物的光泽、外观和手感, 如有不当, 还会造成针织坯布纬斜, 产生疵布, 给纺织企业带来重大损失。要解决此问题, 在股线生产中必须满足| - M股线| = | - M单纱| 的力学条件。笔者根据大量的测试数据, 经过统计分析, 得到股线捻度设计的经验公式T股线= ( 1~1􀀂08) T 单纱/ 2。在进行股线工艺设计时, 可将此经验公式作为股线捻度的依据, 并在生产中进行修正, 经过修正后就不会出现针织坯布的纬斜现象。因此, 该经验公式对股线捻度的设计和生产具有一定的指导意义和经济意义。

    来源：北京联合大学商务学院