精梳落毛轉杯紡紗主要元件的組合優化

秦彩霞，李 龍

(西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安 710048)

羊毛是高檔的紡織原料。據報道，我國70%的羊毛纖維需要進口[1]，作為世界上最大的紡織品生產國[2]，原料短缺是現實，這就要求企業開源的同時要節流。我國毛紡行業每年產生大量的精梳短毛纖維，如何讓下腳料纖維成為一種新的紡紗資源，降低成本，是企業共同關注的話題。由于轉杯紡對原料適用范圍廣，對含雜、纖維長度要求低，對廢舊纖維紡紗有很好的適用性[3]，為企業回收利用精梳短毛提供了思路。目前，利用棉紡設備轉杯紡紗機紡制棉與非棉型纖維(如毛、麻、絲類纖維以及其下腳料) 混紡紗線的工藝已日趨成熟[4]，王俊英等[5]在TQF268轉杯紡紗機上試紡了精梳落毛/棉50/50的58.3 tex的混紡轉杯紗；楊玉廣等[6]在R35轉杯紡紗機上開發了滌/毛混紡轉杯針織紗；周衛忠[7]利用轉杯紡紗技術開發了低毛半精紡色紡紗線。目前，尚未有精梳落毛纖維的轉杯純紡紗的研究報道，且對紡紗元件的優化研究也較少。本文在確定精梳落毛紡紗工藝參數的基礎上，通過比較紗線綜合性能對分梳輥和假捻盤類型的組合進行了優化，為精梳落毛回收利用提供了基礎性技術參考。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

精梳落毛來源于精梳毛紡工藝中從毛條制造或條染復精梳工藝中的落毛。實驗所用的精梳落毛纖維平均長度為30.57 mm、長度離散為41.57%、平均纖維細度為15.24 μm、細度離散為16.28%。

1.2 紡紗工藝及措施

1.2.1 工藝流程

精梳落毛纖維→除雜→和毛加油→悶毛→梳理成條→轉杯紡紗。

1.2.2 工藝措施

除雜：精梳落毛雜質較多，糾纏成團，需要人工進行初步除雜，將雜質及糾纏成團的纖維去除。

加和毛油：精梳落毛纖維長度離散大，抱合力差，在梳理和紡紗過程中，承受自身以及高速旋轉部件的摩擦，導致大量的靜電產生，致使纖維受到二次損傷。和毛油劑具有潤滑性，在精梳落毛纖維中加入和毛油劑，可有效減少纖維與被接觸部件之間的摩擦，盡量克服靜電的產生，有效增強纖維間的抱合力，減少飛毛飛花的產生，以保證成條順利進行。根據實際生產經驗可知，在紡純羊毛紗工藝中一般控制羊毛纖維的含油率在1.0%～1.5%[8]，由于精梳落毛在先前的生產中已添加過和毛油，為保證成條的順利進行還需要添加和毛油劑，本文和毛油工藝配方為：和毛油1.0%，柔順劑0.8%，油水比1∶8，將其裝入噴壺混合，均勻地噴灑在所稱取的精梳落毛纖維上。

悶毛：為確保和毛油劑充分滲透到纖維內部，使成條順利進行，將加和毛油后的精梳落毛纖維密封保存24 h，以供下道工序使用。

梳理：由于精梳落毛纖維長度與棉纖維相近，因此選用蓋板式梳棉機進行梳理。將悶好的精梳落毛纖維在DHUA201型梳棉機上進行梳理。選擇錫林轉速504 r/min，刺輥轉速564.48 r/min，道夫轉速23 r/min，最終毛條重為13.8 g/(5 m)。

轉杯紡紗：目前精梳落毛轉杯紗還未見成熟的工藝，因此需要進行試紡。經過多次調整，最終確定紡紗工藝參數為：引紗速度54 m/min，喂紗速度123 cm/min，轉杯速度44 500 r/min，左右分梳輥速度5 000 r/min，橫動速度12.96 Hz，齒輪比120，喂棉時間0.20 s，絡筒時間0.36 s，牽伸倍數43.9，細紗線密度60 tex，轉杯類型為T型，卷繞角為33°。

1.3 紡紗元件的選擇

轉杯的直徑選擇：為了降低動力消耗，一般小直徑轉杯要選擇高的轉杯速度，大直徑轉杯要選擇低的轉杯速度[9]。根據RFRS30型紡紗機使用說明可知，當轉杯轉速在41000～65 000 r/min時，轉杯直徑為50 mm；根據所紡原料的長度合理的配置轉杯直徑，一般要求纖維長度要小于轉杯直徑，否則在實際生產中容易產生纖維纏繞。本文實驗所用的纖維平均長度為30.57 mm，綜上所述選擇直徑為50 mm的紡紗杯。

1.3.1 分梳輥選擇

分梳輥的作用主要是將纖維再次分解，不但要保證分解梳理效果，而且要減小對纖維的損傷，同時還起到排除雜質、利于纖維轉移的作用[9]。實驗所用的精梳落毛纖維長度較短、長度整齊度差，本文分別選用OK40、OK37和OS21型分梳輥進行實驗。

1.3.2 假捻盤選擇

實驗選用光滑假捻盤、4槽假捻盤、盤香式陶瓷假捻盤進行紡紗實驗。

2 紗線性能測試

2.1 條干測試

采用GT200條干均勻度分析儀，根據GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法 第 1部分：電容法》測試條干、粗節、細節、毛粒等指標。

2.2 拉伸性能測試

根據GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，利用YG063T型全自動單紗強力儀測試紗線的拉伸性能指標。測試條件：拉伸速度500 mm/min，隔距500 mm，預加張力0.5 cN/tex。

2.3 毛羽測試

根據FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數法》，利用YG172 A型紗線毛羽測試儀測試毛羽指數。

以上測試均在標準測試環境下進行：溫度(20±2)℃；相對濕度65%±3%。

3 結果與分析

在精梳落毛轉杯紡的試紡過程中發現分梳輥和假捻盤是2個重要的紡紗元件，因此采用多目標模糊決策方法(Borda數法和密切值法)和模糊聚類分析方法[10]相結合的處理方法優選出最佳分梳輥和假捻盤2個紡紗元件的組合。根據實驗所選3種分梳輥型號和3種假捻盤型號，將其兩兩組合成9種方案。9種方案指標測試結果見表1。表中的權系數ωj是根據專家對各指標的權重分配數據加以平均而確定的[11]。

3.1 Borda數法模糊決策

設論域U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9}；團體X={條干，細節，粗節，毛粒，斷裂強力，強力不勻，斷裂伸長率，伸長不勻，毛羽指數}；各方案的Borda數見表2。其中Bi(X)表示在從優到劣的排序Li中后于X的元素個數，B(X)表示各方案的Borda數。

表1 9種方案指標測試結果

表2 各方案的Borda數

由表2可知，根據Borda數的大小得到排序結果為：U4>U8>U5>U2>U1>U9>U6>U3>U7,即紗線綜合性能從優到劣元件組合方案次序為：方案4>方案8>方案5>方案2>方案1>方案9>方案6> 方案3 >方案7。

3.2 密切值法模糊決策

設決策點集U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9}；指標集S={條干，細節，粗節，毛粒，斷裂強力，強力不勻，斷裂伸長率，伸長不勻，毛羽值數}，各方案密切值見表3。表中di+和di-分別表示各評價對象到“最優點”和“最劣點”的距離，Ci表示各方案密切值。

由表3可知，根據密切值的大小得到排序結果為：U4>U5>U8>U2>U6>U9>U7>U3>U1，即紗線性能從優到劣的元件組合次序為：方案4>方案5>方 案8>方案2>方案6方案9>方案7>方案3>方案1。

表3 各方案密切值

由以上研究可知，Borda數法和密切值法2種模糊決策結果對分梳輥和假捻盤組合的排序并不完全一致。要探究排序不一致的分梳輥和假捻盤組合是否屬于一類，還需用模糊聚類分析方法進一步分析。

3.3 模糊聚類分析

設論域U={U1，U2，U3，U4，U5，U6，U7，U8，U9}；指標集S={條干，細節，粗節，毛粒，斷裂強力，強力不勻，斷裂伸長率，伸長不勻，毛羽值數}。

求得等價關系矩陣R*，利用等價關系矩陣R*進行聚類，模糊聚類結果見表4。

模糊聚類的分類結果由閾值λ決定，選取一個合理的閾值水平，可將有代表性的分為一類。閾值取值越大，分類越嚴格。但每個方案將單獨成一類,則聚類無意義，閾值越小，分類越模糊，則聚類不明顯[12]。綜合考慮，選擇λ=0.738，模糊聚類結果分析見表5。

表4 模糊聚類結果分析

表5 模糊聚類結果分析

由表5可知，分梳輥、假捻盤綜合性能從優到劣的分類順序為：{4，5}，{8，2}，{6}，{9}，{3}，{7}，{1}，即：方案4，方案5>方案8，方案2>方案6> 方案9>方案3>方案7>方案1。

由以上聚類分析可以得出：4槽假捻盤組合優于其他類型的假捻盤組合，OK40型分梳輥組合優于其他類型的分梳輥組合，且4槽假捻盤+OK40分梳輥和光滑假捻盤+OK40分梳輥2種組合的紗線綜合性能最優，且它們各自性能指標相差不大，可以歸為一類；4槽假捻盤+OS21分梳輥和4槽假捻盤+OK37分梳輥2種組合紗線綜合性能次之，且它們各自性能指標相差不大，可以歸為一類。綜合比較所紡紗線的各項性能，4槽假捻盤+OK40分梳輥組合的紗線性能優于其他方案，因此，選用最優紡紗元件組合為OK40分梳輥和4槽假捻盤。

用齒距較小的OK40型分梳輥，其齒密較大，在分梳過程中每根纖維所受梳理齒數多，有利于對精梳落毛纖維的分解和梳理，且OK40型分梳輥工作角相對較小，齒尖較薄，能夠刺入毛條深處，有效地排除纖維中的雜質。

在紡紗過程中，假捻盤對高速回轉的紗條摩擦產生假捻作用，可增強紡紗段強力，減少斷頭的產生。在精梳落毛纖維的紡紗實驗過程中發現，刻槽假捻盤對原料的適用性廣，加捻作用更強，選用4槽假捻盤，能夠有效增強紡紗段強力，降低紡紗斷頭，與光滑假捻盤和盤香式陶瓷假捻盤斷頭率相比其斷頭率最低。

4 結束語

通過控制回潮率及和毛油加入量，在梳棉機上實現了精梳落毛的梳理制條，經過多次調整參數，在RFRS30轉杯紡紗機上紡出了精梳落毛純紡紗。在試紡的基礎上，以紗線質量的各項性能為評價指標，采用多目標模糊決策方法和模糊聚類分析方法相結合的處理方法對紡紗元件進行優選，最終優選出的最佳紡紗元件組合為OK40分梳輥和4槽加捻盤。