棉纺纯棉纱线强力的预测与实例解析

(黄河科技学院，郑州 450006)

纱线的强力主要由其组成的纤维(单纱)性能和纱线结构决定[1]。纱线强力直接影响纺纱效率、纱线后整理、织造、织物后整理等工艺过程及织物的耐用性能。因此，在纺织生产中，纱线强力是短纤维纱线研究最广泛的性能之一。纱线强力除了与纤维的强力有关之外，还与纤维的马克隆值、平均长度、短纤维指数、成熟度及回潮率等综合因素有关。在棉纺厂的生产实践中，需要通过原棉性能参数预测成纱品质，特别是成纱强力，这涉及到能否使原棉物尽其用，有着重要的经济意义[2]。

1 试验仪器及数据来源

数据依据《天虹纺织公司HVI指标测试数据》和《天虹纺织公司纱线成品质量日报》，试验仪器及仪器用途如表1所示。

表1 试验仪器及仪器用途

2 影响纯棉纱线强力的因素

2.1 棉花采摘方式对纱线强力的影响

通过对比分析不同采摘方式所采摘的棉花性能可知，机采棉与手采棉的性能具有一定差异，总体上手采方式还是优于机采方式[3]。在相同情况下,手采棉的成纱强力要好于机采棉，这也表明仅仅采用HVI测试数据不能完全判断原棉的优劣，成纱强力与棉花采摘方式有密切关系。

2.2 工艺设备流程对纱线强力的影响

纺纱车间比较多，各车间纺纱设备都存在各种差异，工艺流程不一致，各工序工艺参数不一致，设备状态不一致，即采用相同的棉花生产相同的纱线，采用不同的流程，成纱强力也有较大差异。

2.3 成纱指标差异对纱线强力的影响

成纱条干不匀，即粗细节多，造成纱中纤维排列不匀，纱的单位截面纤维根数不等，而细节部位，由于纤维根数减少致使强力下降。成纱毛羽过多，纤维散失多，纤维间的抱合力差，纱的单位截面纤维根数相对减少，而使强力下降。成纱强力CV%值高，就意味着单纱强力波动幅度大，即存在强力弱环。成纱条干不匀、毛羽和强力CV%等对成纱强力都有影响。

3 纯棉纱线强力预测方程的建立

预测棉纱强力指导思路：根据配棉成分通知单中棉纤维的乌斯特HVI指标数据与成品质量日报中的实测纱线强力，建立纯棉纱线强力预测模型。下面介绍乌斯特HVI数据中的主要指标及其与成纱质量和纺纱工艺的密切关系。

3.1 HVI主要指标及与成纱强力的关系

马克隆值是通过测量气流阻力和纤维表面特性的关系而得到的，是纤维细度和成熟度的综合反映。马克隆值高时，纤维较粗；马克隆值低时，纤维较细，但并不是任何时候马克隆值都等同于细度，所以不能用马克隆值来判断纤维细度。通常情况下，马克隆值高的棉纤维耐机械打击，易清除杂质，成纱条干均匀，成纱的强力高。但对同一原棉品种，马克隆值过高，纤维过熟，天然卷曲少，纺同号数纱时，纱线截面内纤维根数少，纤维抱合力差，成纱强力低[4]。马克隆值过低，成熟度差，易产生棉结、有害疵点，成纱强力低。只有马克隆值适中的棉花，成纱强力最高。因此，马克隆值与强力关系就是“抛物线”的关系。

棉纤维的成熟度，正常成熟棉纤维细胞壁较厚，中腔较小，转曲数较多，横截面呈腰圆形。成熟度低的棉纤维，纵向呈薄带状，转曲很少，成纱强力低；成熟度高的棉纤维，转曲多色泽好，强力高，纤维韧性好，不容易断裂产生短绒和棉结，能够充分发挥梳棉梳理效率[5]；过成熟的棉纤维外观呈棒状，中腔不明显，无转曲或转曲很少，成纱截面内相对较少，同时纤维卷曲少，纱线纤维抱和力差，成纱强力降低。

长度是纺织纤维一项重要的品质指标，它直接影响纱线强度、毛羽以及织物性能，也是纺纱工艺、产品设计的重要依据[6]。在其他条件下，纤维越长，适应纺纱号数越细，纱线内纤维之间接触面积大，摩擦力大，纤维与纤维抱和力大，成纱强力高。因此，棉纤维长度与成纱强力成正比关系。短绒多，成纱强度低，强力不匀率大。因此，短绒率与成纱强力成反比关系。

棉纤维强度和伸长是反映棉纤维性能的重要指标，棉纤维强度通常用断裂比强度表示，HVI测得断裂比强度的单位cN/tex。在其他条件相同时，单纤维强度高，纤维本身断裂困难，则成纱强力高；单纤维强度低或强度不匀率大，成纱中弱环增多，成纱强力降低。

3.2 纯棉纱线强力的预测

从纱线截面纤维根数入手，结合纤维指标、纱线特数和捻度与纱线强力的关系建立纱线强力预测模型，根据有关文献纱线强力预测模型[7]如下：

(1)

式中：Ff为单纤维的强力，Ndf为纤维分特数，T为纱线捻度，Ny为纱线特数。

从以上分析HVI主要指标及与成纱强力的关系，影响纱线强力的指标主要包括纤维强度、纤维上半部平均长度、短绒率、马克隆值、成熟度、纱线捻度和纱线特数。在相同工艺流程及各工序相同工艺参数的情况下，结合式(1)，可得纯棉纱线强力预测方程，如式(2)所示：

(2)

假设：纤维长度影响系数LX与纤维强度影响系数QX乘积称为成纱强力修正系数H。

即，

H=LX×QX

(3)

根据式(3)和式(2)，可得式(4):

(4)

式中：Q为纤维强度，L为上半部平均长度，C为纤维成熟度，D为纤维短纤维指数，T为纱线捻度，N为纱线特数，M为马克隆值系数(马克隆值在3.9～4.4时，马克隆值系数取值为1.03；马克隆值在3.7～3.89及4.41～4.9时，马克隆值系数取值为1.02；其他取值为1.0)，LX为纤维长度影响系数(即纤维长度对纱线强力的影响程度)，QX纤维强度影响系数(即纤维强度对纱线强力的影响程度)，B为强力修正常数，H为成纱强力修正系数。

4 不同类型纱线强力的预测方法

4.1 纯棉单纱

以赛络纺C14.6 tex～C72.9 tex单纱为例，配棉以4级棉为主体，设计捻系数380左右，在相同工艺流程情况生产纱线，实测出纱线的强力，与预测强力进行对比，首先把差异率修正到接近0，得到成纱强力修正系数，HVI数据与纯棉单纱成纱预测强力的关系如表2所示。

表2 HVI数据与纯棉单纱成纱预测强力的关系

把不同单纱品种和强力修正系数建立折线图，成纱强力修正系数与不同单纱品种的关系如图1所示，由图1可知，成纱强力修正系数与成纱号数的呈抛物线关系，特克斯数低时，抛物线的坡度较大，特克斯数高时坡度较小。赛络纺C36.4 tex强力修正系数0.565，成纱强力修正系数最大，HVI指标对赛络纺C36.4 tex纱线强力影响较小。

纤维长度影响系数(为自定义名称，为纤维长度对纱线强力影响程度，随着纱线特克斯数的增加，纱线横截面内的纤维根数也越来越多，纤维长度的占主导左右，逐步转化纤维强度占主导左右，即纤维长度影响系数乘以纤维强度影响系数等于成纱强力修正系数)与成纱号数的关系如图2所示，随着成纱特克斯数的增加纤维长度影响系数越来越小；由图1、图2可知，纱线特克斯数低时，成纱强力修正系数较小，HVI指标对纱线强力影响较大，这个时候选择细长纤维对成纱强力提高显著。纤维强度影响系数与成纱号数的关系如图3所示，随着纱线特克斯数的增加纤维强度影响系数越来越大；由图1、图3可知，纱线特克斯数较高时，HVI指标对纱线强力影响较大，特克斯数到72.9 tex以上趋于稳定，这个时候选择马克隆值高，单纤维强度高的纤维成纱强力反而有较大提高，因此，棉纤维HVI指标对纺纯棉不同特克斯数纱的影响程度是不同的。纺特克斯数低的纱时，纤维长度指标对成纱强力的影响更显著些；纺特克斯高的纱时，纤维强度指标对成纱强度的影响更显著些。

图1 强力修正系数与纱线号数的关系

图2 纤维长度影响系数与成纱号数的关系

图3 纤维强度影响系数与成纱号数的关系

4.2 纯棉赛络纺包双芯纱

以赛络纺C27.8 tex～C72.9 tex双包芯为例，配棉以4级棉为主体，设计捻系数455左右，在相同工艺流程情况生产纱线，实测出纱线的强力，与预测强力进行对比，首先把差异率修正到接近0，得到成纱强力修正系数，每组数据对应品种如表3所示，HVI数据与赛络纺双包芯纱成纱预测强力的关系如表4所示。正常单纱品种的强力修正常数为零，由于包芯纱品种皮芯结构，当施加外力时，一般外包纤维先被拉断，随即芯纱才被拉断，即包芯纱品种有一个强力修正常数B。

表3 组数与品种对应关系

表4 HVI数据与赛络纺双包芯纱成纱预测强力的关系

如表4可知，把组数1-7数据品种和强力修正系数建立折线图，即双包芯为75D(H400)40D莱3.0倍，不同特克斯双丝包芯纱与强力修正系数关系如图4所示，由图4可知，强力修正系数与纱线特克斯数的呈抛物线关系，赛络纺C58.3 tex包75D(H400)40D莱3.0倍去丝后号数为48.49 tex,强力修正系数0.508，修正系数最大，HVI指标对赛络纺C58.3 tex包75D(H400)40D莱3.0倍纱线强力影响较小；纱线特克斯数低时，强力修正系数较小；纱线特克斯数高时，强力修正系数也减小，在号数72.9 tex左右趋于稳定。由表4可知，组数1、8和9可知，在成纱号数一致的情况下，氨纶丝的旦数越大，去丝后纱的号数越低，成纱强力越低，强力修正系数越小，即9>1>8；由表3可知，组数2和10可知，在成纱号数一致的情况下，不同长丝类型，强力修正常数不同，长丝强力越高，强力修正常数越大。因此，棉纤维HVI指标对纺不同特克斯数双丝包芯纱的影响程度是不同的，实际计算号数为去除长丝和氨纶丝以后纱线号数，得出预测强力加上强力修正常数为最终成纱强力。

图4 不同特克斯双丝包芯纱与成纱强力修正系数的关系

5 捻度对不同纺纱形式成纱强力修正系数的影响

以单纱品种为例，通过纯棉单纱强力修正系数推算过程，同样的方法可得紧密纺品种和低捻单纱品种成纱强力修正系数，不同纺纱形式与成纱强力修正系数的关系如图5所示，在相同配棉和相同前纺工艺情况下，赛络纺单纱品种设计捻系数380左右,紧密纺赛络纺品种设计捻系数355左右，低捻赛络纺单纱品种设计捻系数325左右。

图5 不同纺纱形式与成纱强力修正系数的关系

由图5可知，不同纺纱形式强力修正系数曲线与纱线特克斯数的呈抛物线关系，随着设计捻系数减少强力修正系数相应减少。因此，相同特克斯数不同纺纱形式，捻度越低，成纱强力修正系数较低，棉纤维HVI指标影响就越大。对于低捻品种，要想提高成纱强力，只能选用内在质量指标较好原料，比如纤维平均长度长、单纤维强度高、马克隆值适中和短纤维指数低的原料。

6 结 论

a)成纱强力修正系数的大小受到诸多因素的影响如纱线捻度，纺纱流程，棉花的采摘方式等因素，这会导致纱线强力修正系数微小变化，但是这些微小变化，可通过前期类似品种预测出来。

b)棉纤维HVI对纺不同特克斯数纱的影响程度是不同的，致使不同特克斯数强力修正系数不同，成纱强力修正系数与不同品种特克斯数呈抛物线关系，对特克斯数低的影响要大一些，对特克斯数高的影响要小一些，纺特克斯数低的纱时，长度指标对成纱强度的影响更显著。

c)相同纺纱形式强力修正系数与纱线特克斯数的呈抛物线关系，随着设计捻系数减少强力修正系数相应减少，因此合理选择捻系数对影响纱线强力影响显著。

通过确定强力修正系数和强力修正常数，得出纯棉纱线强力预算方程，该预算方程具有很强的实用性，可应用于纯棉纱线强力的预算。

[1] 黄伟,汪军.复合纱线结构对单纱强力利用率的影响与分析[J].纺织学报,2017,38(2):99-105.

[2] 范琥跃.成纱强力预测模型在生产实践中的应用[J].山东纺织科技,2016(4):13-15.

[3] 李岩,陈契,马丽芸,等.新疆机采棉品质现状与分析[J].棉纺织技术,2016,44(2):4-9.

[4] 王志鸿.浅谈纺织配棉技术[J].中国纤检,2012(6):86-87.

[5] 郭东亮,董志强.浅析影响梳理质量和梳理效率的几个因素[J].棉纺织技术,2017,45(3):32-35.

[6] 吴红艳.纤维长度双须测量法的实用性研究[J].上海纺织科技,2016,44(10):7-10.

[7] 张宏伟,姚德兰.环锭纱截面纤维根数与强力预测模型[J].上海纺织科技,2011,39(2):23-25.