纱线加捻特征指标与捻度解析

加捻是使纱条绕其自身的轴线回转，导致纱条的各截面间产生了角错位。对短纤维纱来说，加捻是成纱的必要手段。纱线加捻后，纤维对纱轴产生向心压力，从而使纤维间获得了一定的摩擦力，当纱条受拉伸外力时，纤维不易滑脱松散，纱线具有一定的强力。对于长丝纱和股线来说，加捻可以形成一个不易被横向外力所破坏的紧密结构。加捻的多少和捻向直接影响着纱线和织物的外观以及力学性质。

（一）加捻的特征指标

纱线加捻的特征指标有表示加捻方向的捻向，表示加捻程度大小的捻度、捻回角、捻系数和捻幅。

1.捻向

捻向即纱线加捻的方向，分为Z捻和S捻，如图2-5-1所示。捻向是根据加捻后纤维在单纱中，或单纱在股线中的倾斜方向而定的。纤维（单纱）倾斜方向由下而上自右向左的为S捻，即与英文大写字母“S”的中间部分的倾斜方向一致。纤维（单纱）倾斜方向由下而上自左向右的为Z捻，即与英文大写字母“Z”的中间部分的倾斜方向一致。单纱多采用Z捻。Z捻单纱合成股线时多采用S捻，以使股线柔软、结构稳定。

图2-5-1　捻向示意图

股线捻向的表示方法是，第一个字母表示单纱的捻向，第二个字母表示股线的捻向；对于复捻股线，第三个字母表示复捻捻向。例如ZSZ，表示单纱为Z捻，初捻为S捻，复捻为Z捻。

Z捻也称反手捻或左手捻，在纺该捻向纱时，细纱挡车工是左手拔、插纱管，右手接头，故通常称正手纱。S捻也称顺手捻或右手捻，在纺该捻向纱时，细纱挡车工是右手拔、插纱管，左手接头，故通常称反手纱。对于纱线的捻向，为避免混淆，以Z捻和S捻为准。

2.捻度

纱条绕自身轴线回转一周，就获得一个捻回。纱线单位长度内的捻回数称为捻度。当采用特克斯表示时，捻度（Tt）用“捻回数/10cm”表示；当采用公制支数表示时，捻度（Tm）用“捻回数/m”表示；当采用英制支数表示时，捻度（Te）用“捻回数/英寸”表示。换算关系为：

3.捻回角

对于粗细相同的纱线，捻度可以度量纱线的加捻程度，但给粗细不同纱线加同样捻度时，纱线越粗，纱中纤维倾斜程度较大，即加捻程度较大，如图2-5-2所示。因此，加捻后表层纤维与纱条轴线的夹角，即捻回角的大小才能真正反映纱线加捻的程度。

图2-5-2　捻回角

捻回角的测量可在显微镜下借助微测角器来测量，因其测量不便，在实际生产中一般不予采用，而是采用下面讲述的捻系数指标来表征加捻程度的大小。

4.捻系数

实际生产中常用捻系数来度量纱线的加捻程度，其和捻回角具有同等物理意义。

将纱条表层纤维的一个螺旋线捻回展开，如图2-5-3所示。

图2-5-3　表层纤维螺旋线展开图

由展开图可知，

式中：d——纱的直径，mm；

h——螺距或捻距，mm。

又因为，

式中：Tt ——线密度制捻度，捻/10cm；

Tt——纱线的线密度，tex；

δ——纱的密度，g/cm3。

故，

令，

则有：

式中：αt——线密度制捻系数。

上式说明，当纱线的密度δ相同时，捻系数与捻回角的正切值tanβ成正比，而与纱线的粗细无关，因此，捻系数可用来比较体积密度相同、不同粗细的纱线的加捻程度。

对于公制捻系数αm和英制捻系数αe，有如下计算公式：

三个捻系数间的换算关系式为：

式中：Wmk——纱线的公制公定回潮率；

Wek——纱线的英制公定回潮率。

对于纯棉纱来说，

对于65/35涤/棉纱来说，

纱线捻系数的大小主要根据纤维原料的性质和纱线的用途来选择。用较细长的纤维纺纱时，捻系数可适当小些；用较粗短的纤维纺纱时，捻系数应适当高些。机织用纱的经纱需要有较高的强度，捻系数应大些。纬纱和一般针织用纱要求柔软，捻系数应适当小一些。起绒织物用纱，捻系数应当小些，以利于起绒。凉爽的机织物和针织外衣用织物要求具有滑、挺、爽的特点和防止起毛起球，纱线的捻系数应当选的大些。另外，纱的细度不同时，捻系数也应有所不同，如细特纱的捻系数应当大一些，以增加纱线强力。

5.捻幅(www.xing528.com)

单位长度的纱线加捻时，纱线横截面上任意一点在该截面上相对转动的弧长，称为捻幅。如图2-5-4（a）所示，原来平行于纱轴的纤维AB因加捻而倾斜成A1B，纤维A1B与纱轴（或AB）所成的捻回角为β，若截取的纱段L为单位长度，则即为A点在截面上的捻幅，以PA表示， 则：

可见，捻幅就是捻回角的正切，因捻回角可以表示纱线的加捻程度，故捻幅也可以表示纱线的加捻程度，并且可以表示纱线横截面内任一点的加捻程度。同一纱线的横截面，距离纱心的位置不同，捻幅亦不同，可用式2-5-12表示，相应矢量图如图2-5-4（b）所示。

式中：Pr——距纱心为r处的捻幅；

r——截面上任一点到纱心的距离；

R——纱的半径；

PA——最外层的捻幅。

图2-5-4　捻幅

（二）捻度的测量

目前常用的捻度测试方法有直接计数法和退捻加捻法。

1.直接计数法

又称解捻法，是指将试样在一定的预加张力下固定在距离一定的两个夹头中，其中一个夹头为回转夹头，使回转夹头按解捻方向转动直至试样完全解捻为止。对于股线的测试，随着回转夹头按解捻方向的慢速回转，用挑针自固定夹头向回转夹头挑开试样，直到股线中的单纱完全分离，此时股线完全解捻。根据读数盘上的回转数和夹头的距离可计算试样的捻度。对于短纤维纱，因纤维在纱中的内外转移和相互纠缠，退捻作用往往不能将纱中的纤维完全伸直平行，不宜采用此测试方法。

2.退捻加捻法

又称张力法，是指将一定长度的试样在一定张力下固定在距离一定的两个夹头中，使回转夹头按解捻方向连续转动，纱线先行退捻到一定程度后，自然会被反向加捻，当纱线长度恢复到原长度时，回转夹头停止转动。在此过程中，因退捻时纱线的伸长与反向加捻时纱线的缩短相等，退捻数与反向加捻数相同。根据捻度测定仪读数盘上的夹头回转数和试样的长度可计算试样的捻度。计算公式如下：

式中：Tt——线密度制捻度，捻/10cm；

n——回转夹头的回转数；

L——试样长度，cm，通常取25cm。

（三）纱线的捻缩

纱线加捻后，纤维发生倾斜，使纤维沿纱轴向的有效长度变短，引起纱的长度缩短。这种因纱线加捻而引起的长度缩短称为捻缩。捻缩直接影响到纺成纱的实际线密度和实际捻度，在纺纱和捻线工艺设计中，必须加以考虑。捻缩的大小通常用捻缩率来表示，即加捻前后纱条的长度之差与加捻前原长的比值，用百分数表示。计算公式如下：

式中：μ——捻缩率；

L0——纱条原长；

L1——加捻后纱条的长度。

捻缩率μ为正值表示加捻后纱条长度缩短，为负值表示加捻后纱条长度伸长。单纱的捻缩率随捻系数的增加而变大。

股线的捻缩与单纱、股线的捻向配合有关。当股线捻向和单纱捻向相同时，捻缩率为正值，且捻缩率随捻系数的增大而变大。当股线捻向和单纱捻向相反时，在开始加捻的一段范围内，因单纱解捻而产生的伸长大于股线因加捻而产生的捻缩，综合结果使股线有所伸长，捻缩率为负值；但加捻到一定程度后，股线缩短，捻缩率变为正值，且随着捻系数的增加而变大。股线捻缩率与捻系数的关系如图2-5-5所示。

（四）加捻对纱线性质及织物性能的影响

1.加捻对纱线性质的影响

图2-5-5　股线捻缩率与捻系数的关系

（1）加捻对纱线强度的影响。对于短纤维纱来说，在外力的拉伸作用下，发生断裂有两种情况，一是由于纤维本身断裂而导致纱线断裂，二是由于纤维的滑脱导致纱线断裂。这两者都与纱线的加捻程度有关。当捻系数增加时，有些因素有利于纱线强度的增加，而另一些因素反而使纱线强度降低。

捻系数增大可提高纱线强度的原因：随捻系数增加，纤维对纱轴的向心压力增大，纤维间的摩擦力也增大，纱线受拉伸时纤维不容易滑脱；同时，由于纱线上细段的抗扭刚度小，捻度在细段分布较多，增加了该处纤维的抱合性，使细段的强度得到一定的改善，从而纱线的弱环得以改善。捻系数增大可降低纱线强度的原因：随捻系数增加，纱中纤维的伸长和张力增加，纤维的预应力增加，削弱了以后承受拉伸的能力；同时，使纱中纤维的捻回角增加，使纤维强度在纱轴向的分力降低。为此，捻系数的增加对纱线强度的影响是上述两方面综合作用的结果。一般来说，在捻系数较小的条件下，两方面的综合作用结果表现为纱线的强度随着捻系数的增加而增大，但当捻系数达到某一数值后，捻系数的增加使纱线的强度降低，如图2-5-6所示。使纱线的强度达到最大值时的捻系数叫临界捻系数αk，相应的捻度叫临界捻度。生产中采用的细纱的捻系数一般小于临界捻系数，以在保证强度的前提下提高细纱的产量。

化纤长丝加捻是为了使各单丝抱合紧密，使长丝结构的整体性得到加强，即断裂的同时性得到改善。当捻系数较小时，长丝的强度随捻系数的增加而增加，但很快长丝的强度随捻系数的增加而下降，这是因为捻系数增大到一定值后，预应力显著增加，同时断裂同时性降低。故长丝纱的临界捻系数远小于短纤纱的临界捻系数，如图2-5-6所示。

（2）加捻对纱线断裂伸长的影响。捻系数的增加对纱线断裂伸长的影响也有相反的两个方面影响。一方面“断裂伸长随捻系数的增加而降低”：纱中纤维的伸长变形增加，削弱了以后拉伸时变形的能力；同时捻系数的增加使纤维在纱中不易移动，即减少了拉伸过程中的滑移量。另一方面“断裂伸长随捻系数的增加而增加”：随着捻系数的增加纤维倾斜角增加，拉伸时纤维倾斜角减小，有利于纱线伸长。总得说来，在常用的捻度范围内，随捻系数的增加纱线的断裂伸长有所增加。

图2-5-6　纱线强度与捻系数的关系

（3）加捻对纱线密度和直径的影响。在一定范围内，随着捻系数的增加，纱内纤维密集，纤维间空隙减小，纱的密度增加、直径减小。而当捻系数增加到一定程度后，尽管因纱的可压缩性减小，纱的密度和直径的变化很小，但因纤维过于倾斜，纱的直径可能会有所增加。

股线的密度和直径与捻向的配合有关。当股线与单纱捻向相同时，股线捻系数对密度和直径的影响与单纱相似。当股线、单纱捻向相反时，在股线加捻的初始阶段，由于单纱的解捻作用，使股线的密度减小、直径增大，但很快随着捻度的加大，股线的密度又逐渐增加、直径减小。

2.加捻对织物性能的影响

（1）捻向对织物性能的影响。利用经、纬纱的捻向和织物组织相配合，可织成不同外观、风格和手感的织物。如在平纹组织织物中，采用经纬纱捻向不同的配置，可使织物表面的纤维同一方向倾斜，织物表面反光一致，光泽较好，经纬纱交叠处纤维互不相嵌，织物松厚柔软。斜纹组织织物如华达呢，若经纱采用S捻，纬纱采用Z捻，则经纬纱的捻向与斜纹方向垂直，因而纹路清晰。如果若干根S捻、Z捻纱线相间排列时，织物表面可产生隐条、隐格效应。当S捻和Z捻纱线捻合在一起，或捻度大小不等的纱线捻合在一起织成织物时，表面会呈现波纹效应。经纬纱捻向的配置如图2-5-7所示。

（2）捻度对织物性能的影响。捻度大的纱线，织制成的织物手感较捻度小的纱硬挺，同时因捻度大的纱结构紧密，纤维之间不能保持较多的静止空气，而不利于增加织物的保暖性。捻度大的纱织制的织物的防污性能比捻度小的纱好；捻度大的纱织制的织物在洗涤过程中不容易受机械的作用而产生较大的收缩。但当纱线的捻度太大时，因纤维的内应力大，使纱的强力减弱而影响织物的强力；当纱线的捻度太低时，纤维容易从纱中抽出，使织物易起毛起球而影响织物的耐用性。

图2-5-7　织物中经纬纱捻向配置