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转杯纺复合纱长丝短纤复合机理及结构性能研究

作　者: 杨瑞华
导　师: 王善元；何吉欢
学　校: 东华大学
专　业: 纤维材料物理
关键词: 转杯纺复合纱复合点模型线性非线性 sirofil
分类号: TS104
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

长丝/短纤复合纱具有生产工序短、生产效率高的优点,其双组分结构使它具有特殊的外观和性能,可满足不同织物对纱线的要求。在纺纱过程中,长丝与短纤纱复合形成复合纱的起始位置称为长丝短纤复合点。复合纱的结构主要取决于复合点的位置;同时复合点位置的稳定性影响到成纱结构的稳定性和成纱性能的均匀性。因此复合点位置的确定和研究对转杯纺复合纱的纺纱参数设计和纱线生产的稳定性具有关键作用。本文主要进行了四个方面的研究:第一,纺制转杯纺复合纱和环锭纺复合纱即sirofil纱,对这两种纺纱方式的复合纱作性能测试与对比分析,对复合纱结构进行分析;第二,建立转杯纺复合纱长丝短纤复合点的准静力学模型,确定不同工艺条件下转杯纺复合纱长丝短纤在转杯内的复合点位置;第三,建立长丝短纤复合点振动的线性动态模型,分析复合点在不同工艺参数时的振动情况;第四,建立长丝短纤复合点振动的非线性动态模型,分析复合点在不同工艺参数的振动情况;结合纺纱工艺参数分析复合点发生共振的可能性。为了对复合纱性能有进一步的了解,本文在经过改装的转杯纺纱机上引入涤纶长丝纺制涤纶/棉复合纱,在环锭细纱机上加装长丝引纱装置纺制sirofil复合纱。并对这两种复合纱的结构、纵向形态、起毛性、毛羽和强力等相关性能做测试和分析,认为与sirofil复合纱相比,转杯纺复合纱表面光洁,毛羽少,不易起毛起球、耐磨性能好,强力均匀性提高,强力稍低,条干较差。同时在经过改装的转杯纺纱机上引入氨纶长丝纺制氨纶/棉包芯纱,在环锭细纱机上加装长丝引纱装置纺制sirofil包芯纱。并对这两种包芯纱的纵向形态、毛羽、强力和条干等相关性能做测试和分析,认为与sirofil相比,转杯纺包芯纱表面光洁,毛羽少,强力稍低,条干稍差。转杯纺包芯纱的工艺等有待于继续优化改进以提高纱线性能。转杯纺复合纱的纱线结构和纱线性能与纺纱过程中复合点位置有直接关系,因此对复合点位置的研究很重要。本文在分析模拟转杯纺复合纱纺纱过程的基础上,利用力学平衡原则,建立了准静力学平衡方程。利用平衡方程求得在不同的纺纱工艺参数下(转杯半径(mm)分别选用19、21、25;转杯转速(r/min)变化范围为:60000、75000、120000;长丝超喂率从0.91变化到1.18;长丝细度(D)分别选用40、70;复合纱细度(tex)变化范围为:29.2、36.4、58)长丝短纤的复合点位置。对所求得的复合点位置进行分析,得出不同工艺参数对复合点位置的影响情况,认为复合点x坐标的变化,主要取决于转杯半径,转杯速度,长丝细度与复合纱细度;y坐标的变化主要取决于长丝超喂率。即复合纱结构主要取决于长丝超喂率,其他工艺参数也起到一定影响。由于转杯纺复合纱纺纱过程是动态的,在纺纱过程中复合点在某一平衡位置处不停的发生振动,复合点位置的振动会影响到纺纱过程的稳定、纱线结构均匀和性能稳定等方面。因此本文讨论了复合点的振动情况。利用牛顿第二定律,通过建立转杯纺复合纱长丝短纤复合点的动态线性模型和非线性模型,模拟了转杯纺复合纱在不同工艺参数下长丝短纤复合点的振动规律。通过对长丝短纤复合点振动规律的分析发现,振动随着超喂率的增加趋向于更加稳定。转杯半径增大,复合点振动轨迹为周期性,纱线结构较好。转杯转速提高,复合点振动频率增加,振幅减小,相图呈近似周期性。实际纺纱生产中表现为转杯转速增加,纱线的强力下降,粗细节和棉结增加。因此转杯半径和转速需要合理调节,以生产质量较优的纱线。长丝细度和复合纱细度的变化对复合点的振动轨迹和相图也有一定的影响,长丝细度过细,复合点的振动趋向于不稳定;复合纱细度在一个合适的范围内时,复合点振动会较稳定。从而可以参考不同工艺参数条件时复合点的振动规律,合理调节工艺参数,生产出结构均匀性能稳定的复合纱。本文对在纺纱过程中长丝短纤复合点振动可能发生共振的情况进行讨论,找出了复合点可能发生共振的条件。认为长丝超喂率越小,转杯半径越小,转杯转速越低,长丝细度越小,复合纱细度越小,复合点发生共振所需张力越小,发生共振的机率越大。该研究为合理控制工艺,避免发生共振,为实际复合纱生产中减少纱线断头,提高纺纱过程的稳定性提供一定的参考意义。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-33
  1.1 研究背景和意义  13-16
  1.2 复合纱的发展  16-26
    1.2.1 Sirofil纱线的研究  16-22
    1.2.2 转杯纺复合纱的发展  22-26
      1.2.2.1 转杯纺复合纱技术的发展  22-24
      1.2.2.2 转杯纺复合纱的结构与性能  24-26
  1.3 研究目标、研究内容和创新点  26-27
    1.3.1 研究目标  26
    1.3.2 研究内容  26-27
    1.3.3 创新点  27
  参考文献  27-33
第二章转杯纺复合纱与sirofil性能、结构对比分析  33-44
  2.1 纺纱原理、纺纱工艺与测试  34-36
    2.1.1 转杯纺复合纱纺纱原理  34
    2.1.2 sirofil纺纱原理  34
    2.1.3 纺纱工艺  34-35
    2.1.4 测试方法  35-36
  2.2 涤纶/棉转杯纺复合纱和sirofil测试结果与讨论  36-40
    2.2.1 复合纱纵向形态、毛羽及起毛起球性能  36-38
    2.2.2 复合纱强力性能  38
    2.2.3 复合纱结构  38-40
  2.3 氨纶/棉转杯纺包芯纱和sirofil测试结果与讨论  40-41
    2.3.1 复合纱纵向形态及毛羽指标  40-41
    2.3.2 复合纱强力和弹性回复率性能  41
  2.4 结论  41-42
  参考文献  42-44
第三章转杯纺复合纱长丝短纤复合点准静力学模型  44-60
  3.1 准静力学模型建立的背景  44-47
  3.2 准静力学模型的建立  47-50
  3.3 纺纱工艺条件和参数  50-52
    3.3.1 纺纱工艺  50
    3.3.2 长丝超喂率与纺纱张力的关系  50-52
  3.4 计算结果与分析  52-57
    3.4.1 长丝超喂率对复合纱复合点位置的影响  52-55
    3.4.2 转杯半径和转杯转速对复合纱复合点位置的影响  55-56
    3.4.3 长丝细度与复合纱细度对复合纱复合点位置的影响  56-57
  3.5 小结  57-58
  参考文献  58-60
第四章转杯纺复合纱长丝短纤复合点线性振动模型  60-87
  4.1 振动理论基础  60-66
    4.1.1 振动系统  60-65
    4.1.2 相平面  65-66
  4.2 转杯纺复合纱复合点线性动态模型  66-75
    4.2.1 研究控制体的选择与确定  66-68
    4.2.2 转杯纺复合纱线性动态模型的建立  68-72
    4.2.3 方程求解  72-75
  4.3 纺纱工艺参数对对复合点振动的影响  75-85
    4.3.1 长丝超喂率对复合点振动的影响  75-78
    4.3.2 转杯半径和转杯转速对复合点振动的影响  78-82
    4.3.3 长丝细度对复合点振动的影响  82-83
    4.3.4 复合纱细度对复合点振动的影响  83-85
  4.4 小结  85
  参考文献  85-87
第五章转杯纺复合纱长丝短纤复合点的非线性振动模型  87-110
  5.1 非线性动态模型的建立  87-93
  5.2 纺纱工艺参数对复合点振动的影响  93-101
    5.2.1 长丝超喂率对复合点振动的影响  94-95
    5.2.2 转杯半径和转杯转速对复合点振动的影响  95-98
    5.2.3 长丝细度对复合点振动的影响  98-99
    5.2.4 复合纱细度对复合点振动的影响  99-101
  5.3 复合点振动过程中的共振分析  101-104
  5.4 纺纱工艺参数对共振的影响  104-108
    5.4.1 长丝超喂率对复合点共振的影响  104-105
    5.4.2 转杯半径对复合点共振的影响  105-106
    5.4.3 转杯转速对复合点共振的影响  106-107
    5.4.4 长丝细度和复合纱细度对复合点共振的影响  107-108
  5.5 小结  108-109
  参考文献  109-110
第六章结论与展望  110-112
  6.1 结论  110-111
  6.2 课题不足与展望  111-112
博士期间论文发表情况  112-114
致谢  114

转杯纺复合纱长丝短纤复合机理及结构性能研究

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