加捻在细纱成形中的应用探究

（一）环锭细纱

1.环锭细纱加捻过程

环锭加捻靠钢丝圈的回转进行，广泛应用于环锭纺细纱机上，可用于生产单纱、股线和复合纱。如图7-26 （a）所示，从前罗拉输出的纱条经导纱钩穿过钢领上的钢丝圈，卷绕到紧套在锭子上的筒管上。锭子带动筒管回转时，由纱条张力拖动钢丝圈沿钢领回转，此时，纱条一端被前罗拉握持，另一端由钢丝圈带动绕其自身轴线回转，钢丝圈回转一周，使前罗拉钳口到钢丝圈的一段纱条上获得一个捻回。钢丝圈以下的细纱，只绕锭子中心线公转，不绕自身轴线回转，没有加捻。

图7-26　环锭细纱加捻过程

环锭细纱机的加捻与卷绕是同时进行的，如图7-26 （b）所示。正常卷绕时，如果不计纱条加捻所产生的长度变化，则同一时间内前罗拉实际输出长度应和细纱筒管上的卷绕长度相等，即：

式中：V——前罗拉输出速度，cm/min；

　　　Dx——纱管卷绕直径，cm；

　　　ns——锭子转速，r/min；

　　　nt——钢丝圈转速，r/min。

设某一时刻管纱上的捻度为Tt，它决定于钢丝圈的回转速度，则：

将式（7-35）代入上式，得：

因细纱管是锥形卷绕，则钢丝圈对纱条所加的捻度随纱管卷绕直径的不同而不同。卷绕大直径比卷绕小直径时所加的捻度多。但是，当成纱由轴向退绕（环锭细纱络筒加工）时，每退绕一圈将补偿捻度。因此，成纱的最终捻度为 即：

因锭速和前罗拉转速一旦设定就不变动，故成纱捻度是一个不变的定值。

2.加捻区的捻度分布及应用 将图7-26 （a）展开成图7-27，已知前罗拉钳口A 为须条喂入点，纱条以速度V 自A 向D 运动，C 处的钢丝圈为加捻点，又可视作阻捻点，以转速nt回转，B 处的导纱钩为捻陷点，D 为卷绕点。根据稳定捻度定理及捻陷和阻捻的概念，可求得各段纱条上的捻度。

图7-27　环锭细纱加捻示意图

AB 段：即由前罗拉钳口至导纱钩的纱段，称为纺纱段。该纱段由C 加给的捻回为nt，因受捻陷B 的影响，实际上C 给AB 段加上的捻回为ntη，而自B 带出的捻回为TABV，则ntη=TABV，得：

式中：η——导纱钩的捻度传递效率。

BC 段：即由导纱钩至钢丝圈的纱段，称为气圈段。由C 加给的捻回nt，因受捻陷B 和阻捻C 的影响，实际C 给BC 段加上的捻回为nt（1-η），由AB 段带入的捻回为TABV，而自C带出的捻回为λTABV，则nt（1-η）+TABV=λTBCV，得：

式中：λ——钢丝圈的阻捻系数。

CD 段：即钢丝圈至卷绕点的纱段。CD 段无自转，不加捻，因受C 的阻捻影响，只有由BC 段带入的捻回λTBCV，而自D 带出的捻回为TCDV，则λTBCV=TCDV，得：

因λ＜l、η ＜1，比较式（7-37）～式（7-39），则TBC ＞TCD ＞TAB，各段的捻度分布如图7-28 所示。

图7-28　环锭细纱加捻区的捻度分布

从图7-28 中可知，由于在捻回传递过程中存在导纱钩的捻陷和钢丝圈的阻捻，使得各段捻度不等，阻捻使气圈段增捻，捻陷使纺纱段减捻。实际上，纺纱段的捻度也呈某种分布，靠近前罗拉钳口处的捻度最小，称为弱捻区，贴在前罗拉表面的包围弧没有捻回，称为无捻区。设法增加弱捻区和无捻区的捻度，是细纱机断面尺寸设计和工艺参数合理调整的重要内容。

图7-29 是细纱机断面尺寸图，α 为罗拉座倾角，β 为导纱角，γ 为纱条对前罗拉的包围角，R 为前罗拉半径，B 为导纱钩到前罗拉中心水平线的垂直距离，A 为前罗拉中心至锭子中心的垂直距离。在此基础上，生产上要特别注重工艺参数（纺纱段长度、导纱角、前罗拉包围弧、气圈高度等）对纺纱段的捻度影响。

（1）纺纱段长度。由图7-29 可知，纺纱段长度，当A 和R 一定时，Ls随B 而变。因纺小纱比纺大纱时的B 大，即Ls 长，此时，Ls 段对导纱钩的包围弧虽小，但弱捻在Ls 段停留时间长，易造成上部断头。

（2）导纱角。由图7-29 可知，导纱角β=tan-1，即β 随B 的减小而减小，故纺大纱时导纱钩的捻陷严重，从而影响捻度的传递效率。

（3）前罗拉包围弧。由图7-29 可知，前罗拉包围弧γ=β-α，当α 一定时，γ 随β 的增大而增大，故纺小纱时前罗拉对纱条的包围角大，即包围弧长，则加捻三角区的无捻区长度增加，前钳口处的纱条捻度少。

图7-29　细纱机断面尺寸图

（4）气圈高度。由图7-29 可知，小纱时气圈高度H=L+D+C，式中，L 为卷装高度，C为筒管顶至导纱钩的距离，D 为满纱时绕纱顶面至筒管顶的距离；大纱时的气圈高度h=l+D+C，式中，l 为由小纱至满纱时导纱钩的动程。因L＞l，故H＞h，则纺小纱时的气圈高度较纺大纱时高，此时，气圈凸形大，捻陷严重，纺纱段捻度小。

3.气圈段捻度的变化 环锭细纱的卷绕成形过程详见第八章。在一落纱和钢领板升降过程中，包括从小纱到大纱及从小直径到大直径，因卷绕直径和气圈高度在发生变化，导致纱条在钢丝圈和导纱钩上的包围弧和接触压力不同，从而使阻捻系数和捻度传递效率发生变化，所以，气圈段的捻度也在按一定规律发生变化。

一落纱过程中气圈段的捻度变化规律如图7-30 所示。卷绕直径相同时，气圈高度减小，钢丝圈与纱条的摩擦力增加，钢丝圈的阻捻效应增强，导致在捻回输出过程中，保留在气圈段的捻回增加，即纱条捻度随气圈高度的减小而增加，满纱部位的气圈段纱条捻度较小纱多。(www.xing528.com)

在钢领板一次动程内，如图7-30 和图7-31 所示，钢领板由下部位置（大直径）向上部位置（小直径）卷绕时，气圈段纱条的捻度逐渐增加，即卷绕大直径时的纱条捻度较卷绕小直径时少，其中，尤以管底成形（钢领板处于起成形部位）结束时，气圈段纱条捻度最少；从上部向下部卷绕时，气圈段纱条的捻度逐渐降低，即钢领板一次升降内气圈段纱条的捻度呈周期性变化，但钢领板上升或下降到同一高度位置时，气圈段纱条的捻度并不是一样的，钢领板上升时纱条的捻度比下降时略小。

图7-30　一落纱过程中气圈段纱条的捻度变化

图7-31　钢领板一次升降过程中气圈段纱条的捻度变化

4.环锭纱的加捻结构 如图7-32 （a）所示，加捻时，前罗拉钳口处的须条围绕自身轴线回转，须条宽度逐渐收缩，两侧折叠且逐渐卷入纱条中心，形成加捻三角区。在加捻三角形中，须条的宽度与截面发生变化，由扁平带状逐渐形成近似圆柱形的纱条。由于每根纤维在加捻时受到的张力不同，从而便产生内外层转移。设纱条横截面内的纤维根数为n，各根纤维与须条输出轴向的夹角为θi，在纺纱张力Ts 作用下，每根纤维均受到张力Ti，其轴向按平衡条件有，其径向产生向心压力Tisinθi。边缘纤维的θi 大，则Tisinθi 也大；中心纤维的θi→0，则Tisinθi→0，因此，从加捻三角形中纤维的几何位置和纺纱张力所产生的力学条件分析，使得边缘纤维挤向中心，而中心纤维又挤向边缘。当边缘纤维挤入中心后，其向心压力趋于零，这时又被另一些边缘纤维挤出来。一根纤维从外到内，再从内到外，往往发生内外转移20 多次，使纱条中纤维呈圆锥螺旋线，其几何形状如图7-32 （b）、（c）所示。图7-32 （b）是一根纤维在纱条每隔0.2mm 切面上各点的投影，图7-32 （c）是一根纤维在纱条中的侧面投影。若纤维头端被挤出后，由于没有张力及向心压力的作用，不再移向内部而留在纱的表面，成为毛羽。这种结构的纱条在承受拉伸负荷时，由于纤维的张力作用，对纱条产生向心压力，促使纤维内外转移和相互抱紧，增加了纤维间的滑动阻力和纱条紧密度，使纱条获得较高的强力。翼锭粗纱机和环锭细纱机上的纱条加捻结构就属于这种，称为卷捻结构。

图7-32　环锭加捻结构

（二）走锭纺纱

走锭纺纱主要在毛纺粗纺细纱机上使用，可分为走锭和走架两种纺纱方式，主要区别是走架细纱机在工作的时候是线轴架做往复运动，走锭细纱机在工作的时候是锭子做往复运动。但是二者的加捻原理相同，都是利用锭子连续地给纱线加捻的一种非自由端真捻纺纱方法。以走锭纺纱的加捻过程为例，其工艺过程如图7-33 所示。锭轴与粗纱平面几乎垂直，但稍稍前倾。在牵伸和加捻过程中，锭子旋转时纱线在锭子顶部滑脱，将捻度加入粗纱中而不是将粗纱卷绕到管纱上。在工作周期的第一阶段，表面转筒将粗纱从线轴架上输送出去，走车以输送速度后移，同时，锭子旋转加进少量捻度。在走车后移到预设点上，输送罗拉停止，而走车继续后移。这样加捻过的粗纱轴向开始得到牵伸，同时继续加入捻度。牵伸结束时，锭速增加到最快，加入最后的捻度。随着走车返回到起点，毛纱就卷到了卷装上。在卷绕过程中，张力弓和卷绕弓缚住粗纱，这样，锭子的旋转就可以将捻过的毛纱以一定的成形方式卷绕到管纱上。

图7-33　走锭加捻示意图

1—机架 2—退卷滚筒 3—毛卷轴 4—下给条罗拉 5—上给条罗拉 6—锭子 7—锭带轮 8—锭子传动滚筒 9—锭绳 10—导纱弓 11—张力弓 12—走车轮 13—轨道

（三）细纱捻系数的选择

1.细纱捻系数与纱线物理性能关系

（1）与强力及伸长的关系。细纱捻度与纱线强力和断裂伸长的关系如图7-34 所示。可见，在一定的捻度范围内，纱线强力和断裂伸长均随捻度的增大而增大，但当捻度增加到一定值Tk （Tk′）后，反而使纤维强力在纱的轴向的有效分力降低，而且，捻度过大会增加纱条内外层纤维应力的分布不匀，加剧纤维断裂的不同时性，则自Tk （Tk′）后，断裂强力值和断裂伸长率开始下降。Tk （Tk′）称为临界捻度，与其对应的捻系数称为临界捻系数。

图7-34　捻度与纱线强力和断裂伸长率的关系

（2）与弹性的关系。在一定的拉伸负荷下，细纱受到拉伸而伸长，其长度称为总伸长。当负荷去除后，被拉伸的细纱很快回缩，但不能回缩到原有长度，这个可回缩的长度称为弹性伸长。细纱的弹性伸长率C0 可用下式求得：

式中：ε1——弹性伸长；

　　　ε0——总伸长。

在负荷一定、捻度不大的情况下，随着捻度的增加，弹性伸长ε1 增加，总伸长下降，故弹性随着捻度的增加而增大。但捻度达到一定程度后，弹性下降，同样也存在临界值。细纱弹性增加，其承受反复拉伸能力提高，纱线耐疲劳。

（3）与光泽、手感的关系。捻度大时，捻回角β 也大，光向旁边侧面反射，光泽就差；反之，光泽就好。捻度大时，纤维间压力大，纱的紧密度增加，手感较坚硬；反之，手感柔软。但捻度过小，纱易发毛，手感松烂，光泽也不一定好。

（4）与捻缩的关系。纱条加捻后使纤维成螺旋线倾斜而引起纱条长度的缩短，称为捻缩，用捻缩率K 表示。

式中：Lf——前罗拉输出纱条的理论长度；

　　　L0——筒管上的实际卷绕长度。

细纱的捻缩率随捻度的增加而增加，捻缩率的增加反过来又影响细纱的线密度和生产效率，故在纺纱工艺设计中必须考虑捻缩这个因素。

2.细纱捻系数的选择依据 由以上分析可见，细纱捻系数主要是根据纱线的用途和最后成品的要求来选择。

（1）机织用纱。机织物的经纱，由于所经过的工序多，承受的张力大，要求强力高，弹性好，因此，捻系数应大一些；纬纱因经过的工序少，承受的张力也较小，为了避免纬缩疵点，其捻系数应小一些。一般情况下，同线密度的经纱捻系数比纬纱大10%～15%。对于高密度的府绸类织物，因经纱浮于织物表面，所以其捻系数应适当小些，而纬纱捻系数应适当大些，以增加纬纱的刚度，使经纱易于凸起而形成颗粒状，这对改善织物的外观风格和手感均有好处。对于麻纱类织物，经纱捻系数应大些，这可使织物具有滑爽感。

（2）针织用纱。针织物一般要求柔软度较高，故针织用纱的捻系数应比机织用纱小些，但也因品种的不同而不同。棉毛衫用纱的捻系数应小些；汗衫要求有凉爽感，捻系数应大些。起绒织物及捻线用纱，捻系数应小些。

（3）其他影响因素。细纱捻系数的选择还应参照纱的线密度、使用的纤维原料、纺纱系统、温湿度及机械状态等因素综合考虑。

在国家纱线标准中规定了各种不同粗细的细纱其捻系数的选择范围，生产中应在保证成纱品质的前提下，尽可能采用较小的捻系数，以提高细纱机的生产效率。表7-3 列出了常用细纱品种的捻系数选择范围。

表7-3　常用细纱品种捻系数

（四）细纱捻向的选择

如前所述，就单纱而言，捻向与加捻后纱条的力学性质无关，但可通过不同捻向的细纱相互配合而得到不同风格的织物。图7-35 所示为经纬纱不同捻向配置在平纹织物中的反映。图7-35 （a）为经纬纱的捻向相同，则在经纬纱交错处的纤维倾斜方向一致，彼此容易吻合而密贴，使织物具有紧密的外观及触感，但织物表面由于经纬纱的纤维排列彼此相反，易引起光线的漫反射作用而减弱光泽，因而纹路不甚明显。图7-35 （b）为经纬纱的捻向不同，则在织物表面的纤维倾斜方向一致，纹路清晰，但在经纬纱交错处的纤维倾斜方向相反，经纬纱被不同的纤维倾向所隔开，不能紧密接触，因此，织物质地松厚而柔软。不同捻向的经纬纱一般在斜纹织物上采用较多，以得到清晰的纹路及柔软的手感。

图7-35　经纬纱的捻向在平纹织物中的反映

此外，由于纤维倾向不同而引起的反光方向不同，使织物表面呈现明暗反映，例如，在经纱中采用Z 捻与S 捻间隔排列时，可以织出隐条闪光效应的织物。