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《东华大学》 2012年
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喷气涡流纺强力影响因素及其相关技术的研究

周双喜  
【摘要】:喷气涡流纺以其高速高产的特性占据了纺纱界的至高点,它不仅克服了传统环锭纺采用机械部件加捻以致速度难以有较大提高的难点,而且采用高速气流对自由尾端纤维加捻成纱也克服了加捻部件因摩擦受损、回转惯性矩大等带来的一系列问题,此外,粗细络一体化工序更是节省了人力、占地面积及设备资金投入,但由于喷气涡流纺纱线加捻结构的不同导致强力较差是目前面临的一个重大问题,本文将针对此问题进行全面系统的探讨。因喷气涡流纺的成纱机理、成纱工艺等决定了纱线的结构,为此本文将以喷气涡流纺成纱工艺、纱线结构及气固之间的力学行为作为研究课题。 本文首先阐述了新型纺纱技术的发展及喷气涡流纺的研究现状,由此可知喷气涡流纺技术的发展历程较短,前人对喷气涡流纺纱线结构及成纱工艺参数对于纱线强力及条干的影响等方面的研究还不够深入与系统,对如何提高纱线强力方面还没有较为合理的可行性措施。本文将针对这些问题进行深入分析与探讨。研究内容主要包括以下几个方面: (1)基于喷气涡流纺喷嘴内部的计算流体动力学模型的建立,通过流体计算软件FLUENT 6.3对模型内的三维气流场进行了数值模拟,表征并解析了喷嘴内部流场的流动规律,分析比较了不同喷嘴气压下的气流场分布状况。研究结果表明:从喷孔喷出的压缩气体在喷嘴内部形成三维旋转气流,压力分布总体上关于喷嘴轴线对称。总压从入流口到出流口,气压逐渐减小。空心锭头端中心区域呈现明显的负压,这种负压随着喷嘴入口气压的增大而增大,负压有利于纤维顺利被吮吸进入纱体尾端。在空心锭外表面与喷嘴内表面之间的环形区域,靠近壁面气压较低,在两壁面之间的中心部分气压较大。切向气流对自由尾端纤维加捻,轴向气流使纤维尾端贴附于空心锭表面运动,径向气流产生一定的正压力。 (2)基于喷气涡流纺的成纱原理及喷嘴内部气流场的数值模拟,从理论上阐明了在加捻腔中受旋转气流作用下的纤维运动轨迹及受力情况,研究结果表明:纤维的空间轨迹是由处于纱芯的芯纤维、由内向外过渡的转移包缠纤维及对内层纤维加捻的包缠纤维等三部分组成,这三部分纤维的长度是关于纺纱速度、纤维尾端旋转角速度、纤维长度、纱线直径及前罗拉钳口至空心锭前端之间的距离等的函数。纤维在气流作用下,同时受到多种力的作用,除了受到切向气流、轴向气流及径向气流对它的作用力外,还受到由于旋转运动产生的离心力、壁面对纤维的支持力及摩擦力,以及纤维之间切向摩擦阻力产生的对纤维头端的握持力等。此外,通过纤维尾端所受的力矩的描述,分析了纤维尾端发生扭转的条件,并在此基础上设计出了提高纱线强力的方案,即对空心锭表面作一定程度的粗糙化,提高其表面的摩擦系数,达到纤维的自身扭转。 (3)以开发14.7tex麻赛尔/玉米纤维55/45的MVS混纺纱为基础,探讨影响喷气涡流纱性能的主要工艺参数:纺纱速度v,前罗拉钳口至纺锭距离L,喷嘴压力p,纺锭内径φ及喷嘴型号等。主要从纱线强力、断裂伸长率、条干不匀及耐磨性为评价指标对工艺优化,研究结果表明:v为280m/min、L为20mm、p为0.55MPa、φ为1.1mm,采用四孔喷嘴纺纱得到的14.7tex麻赛尔/玉米纤维55/45的MVS混纺纱,断裂强力大,条干好,耐磨性优良。 (4)基于空心锭改造的思路,用三种空心锭分别纺制相同工艺参数不同纱线类型及同种纱线类型不同工艺参数之间的纺纱实验对比,研究结果表明:在用三种空心锭纺制相同工艺参数不同纱线类型的试验中,通过表面处理的空心锭的纱线强力要低于原来未处理的空心锭所纺的纱线,条干也略差于后者。在用三种空心锭纺制同种纱线类型不同工艺参数的试验中,通过提高喷嘴气压及降低纺纱速度可以提高空心锭处理后所纺制的纱线的强伸性能,但纱线条干仍差于未处理的空心锭所纺纱线。总体上看,空心锭表面粗糙处理在一定程度上对纱线强力的提高有着积极的作用,但在另一方面恶化了纱线的条干。40槽处理的空心锭的纺纱效果不及60槽处理的空心锭好。综上所述,本文基于喷气涡流纺的成纱机理及喷嘴内部的流动规律,通过纤维运动轨迹的描述及力学分析,建立了喷气涡流纺成纱工艺与纱线强力之间的非线性关系,并对空心锭的改造做了一定的试探性试验,为进一步提高纱线的强力提供了理论支撑及新的方向。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TS104

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