第八章纱线的几何结构(讲稿).doc

第八章 纱线的几何结构纱线的结构是：决定纱线内在性质和外观特征的主要因素建摸的基本依据构成纱线的纤维：可有短纤维纱，长丝束纱短纤混纺纱，长丝混合纱长短，短短，长长复合纱纱线的成形方式： 传统的环锭纺纱，股线，花式纱线 新型纺纱：转杯纺(rotor-spinning)，静电纺纱(electrostatic spinning)，摩擦纺纱(friction-spinning)，自拈纺纱(self- twist-spinning)，喷气纺纱(air-jet-spinning)，涡流纺纱(vortex-spinning)，平行纺纱(Parafil-spinning)，包芯纺纱(core-spinning)，膨体纱(bulk yarn)和变形纱(textured- spun(or filament)-yarn)等 新型结构纺纱：如塞洛纺纱(Sirospun)，塞洛菲尔纱（Sirofil yarn），分束纺(Solospun)纱，集聚纺纱(compact yarn)等纤维及其成纱方式使纱线结构存在差异：如结构松紧程度及均匀性，纤维在纱中的排列形式，纤维在纱中的移动轨迹，加捻在纱的轴向和径向的均匀性，以及纱线的外观形状及毛羽等。

纱线结构的基本问题是纤维在纱中的排列状态，以此入手借助观察实验方法，如截面切片和示踪纤维法，进行研究和表征本章以传统的环锭纱线的结构特征为主，兼顾某些非环锭纺纱加工纱线的结构特点，描述纱线几何结构特征的三项内容 纱线的加捻与纤维的排列密度 纤维在纱中的转移与分布 纱线的均匀性并对其相关特征指标和理论作基本地介绍第一节 纱线的加捻与纤维的排列形式一．纱线的加捻及其表征加捻是使纱线具有一定的强伸性和稳定外观形态的手段将纤维束须条、纱、连续长丝束等纤维材料，绕其条状轴线的扭转，搓动或缠绕的过程，称为加捻加捻可以获得不同程度的捻度：高、低不同方向的加捻：Z捻（左手旋）； S拈（右手旋）不同形式的加捻：真捻（单区加捻）；假捻（双区对称加捻）1．捻度与理想螺旋结构捻度T是指单位长度上的捻回数（cm-1）纱是由一系列不同直径的同心圆柱体所构成；每根纤维在半径r的圆柱面上螺旋排列；纤维排列密度的保持不变；纱线是由大量的纤维组成，纤维直径大大地小于纱线直径（） 捻度与螺距h的关系为： 图8- 1 理想螺旋形纱线几何结构(a)和其圆柱展开图(b)(c)并有： (8. 1) (8. 2) (8. 3) (8. 4) (8. 5) 2．捻系数与纱线线密度纱线线密度常用单位长度的重量表示，即纱线的号数(tex)。

根据前理想结构假设，理想纱的单位长度内的体积为，比容为，则其质量为 (g)因此，纱的号数为： (8. 6)又 (8. 7)代入捻回角β的计算式(8.5)得： (8. 8)式中， (8. 9)为纱线的捻系数捻系数at大，捻回角β也大式(8.8)为： (8. 10)式中：为纱线的密度（）3．捻回角捻回角是一个几何概念值，捻系数表面上是一与纱线捻度和号数相关的值，但本质仍与纤维在纱中的几何排列相关的变量Schwartz发现，如果纱截面中纤维数量有限，即纱的直径偏小，纤维直径偏粗，则tanβ=2πR/h不够准确如Error! Reference source not found.所示，纱线的有效直径，应该是通过外层纤维中心的圆的直径即，为纤维直径故(8.4)式应该为： (8. 11)式中： 为Schwartz常数同样： (8. 12)当纱截面中含有大量纤维时，即符合理想状态假设时，k＝1但当纤维数量减少，则k值小于1。

Schwartz常数可以通过下述方法进行估算，假定由纱的直径计算所得的面积等于截面中纤维截面积之和加上纤维间的空隙面积，则有纤维的填充因素为： (8. 13)式中n为纱截面中的纤维根数 (8. 14)因此： (8. 15)由于对纤维填充因素来说，一般为0.5～0.9，n往往大于40的值，故一般k值取1 依据上式，拈系数也受k值的影响其他条件不变，变小或变大时，可以选低些，反之则大一些 (8. 16)图8- 2 纱线外层测量直径与捻回角估计时间的有效直径的差别示意图4．捻缩及其理论估算加捻成纱时，纤维的原伸直长度与纤维螺旋轨迹长度在理论上应该是相等或相近的，而纤维头端沿纱线轴向上的投影长度变短，故引起纱的收缩这种收缩现象在长丝束和短纤维须条的加捻中，均会发生其结果直接影响纱线的号数和加捻程度 通常收缩率可以用两种方式来表示：收缩因素： (8. 17)捻缩率： (8. 18)两者的关系为： (8. 19)通常收缩因素对短纤维纺纱较为实用，有捻纱的长度在理论可以为0到零捻纱的长度，故。

值实际的意义为送出须条长度与实际成纱长度的比值由于不同径向层面中纤维的加捻程度不同，按式(8.4)，r＝0时，θ＝0，故T＝0；r＝R时，θ＝b，T为最大因此纱中不同位置纤维的收缩是不一致的现考虑长度为h的一段加捻纱，假设其为理想的分层螺旋结构；内外层的压缩和伸长是均匀的则将这段纱展开后的纤维的平均设为，h即为一个捻回的长度，并设n为垂直纤维轴线的单位面积中的纤维根数则如Error! Reference source not found. (a)所示，以θ角通过纱截面，并在[r，r＋dr]圆环中的纤维根数dn为： (8. 20)由式(8.4)可得：；则： (8. 21)代入(8.20)得： (8. 22)又因为： 则： (8. 23)由式(8.22)和(8.23)得： (8. 24)为常数的物理意义是，相对纤维长度的任意增量dl中，纤维的数量的增量dn为一常数即根数长度的分布应为一直线图8- 3 h段纱中纤维排列及长度分布前述纤维的综合平均值，可以由最小长度（螺距h）和最大长度（表面纤维轨迹长度）的平均值求得： (8. 25)故收缩因素： (8. 26)捻缩率： (8. 27)将此理论计算与实际粘胶，锦纶、醋酯等长丝纱的测量结果进行对比，如Error! Reference source not found.所示。

Landstreet等对棉纤维捻缩率进行的试验，结果如Error! Reference source not found.所示其经验公式为： (8. 28) 式中，n为常数；为单位英寸的捻回数图8- 4 棉纱线加捻后的收缩率a.普通座标； b.对数座标图8- 5 收缩因素与捻回角关系曲线的和实际对比5．捻幅及股线加捻单位长度纱线加捻时，纱线截面上任意一点在该截面上相对转动的弧长，称为捻幅P如图11-8所示，原来平行与纱轴的AB倾斜成，当L为单位长度＝1时，‘即为A点的捻幅如以P表示A点的捻幅，代表的捻回角，则 （11-1）图11-8 捻幅捻幅P同样可以表示纱线加捻程度，并且捻幅可以表示纱线截面内任意一点的加捻程度及方向同一截面中，当各点距纱的中心距不等时，捻幅亦不等，捻幅与该点至纱的中心距r成正比即 （11-2）式中，p为半径r处的捻幅；R为纱线的半径；P实际是最外层的捻幅 所谓捻幅是指单位长度纱线加捻时，纱线截面中任意一点相对转动的弧长，称为捻幅p即： (8. 29)显然，由式(8.4)和(8.5)可得： (8. 30) (8. 31)式中：为纱截面中某点的相对转动角；为纱表面的捻幅；L为某纱段的长度(cm)。

如Error! Reference source not found.所示，在理想分层螺旋结构纱中，捻幅的分布符合： (8. 32)为线性均匀分布、外层捻幅最大，即，而纱中心的捻度为零 通常将纱截面中捻幅为零的点称为捻心 图8- 6 纱的径向捻幅分布示意图 图8- 7 双股线加捻的捻幅分布 当二根纱合股加捻时，通常股线的捻向与单纱相反，这时纱线截面中的捻幅会发生变化，捻心会发生移动如Error! Reference source not found.所示，单纱的捻幅P1和股线的捻幅P2及其相互间的关系为： (8. 33)式中：p1S，p2S为单纱和股线在其各自半径r1S，r2S处的捻幅；r1S，r2S分别为单纱和股线的半径；r1，r2分别为单纱和股线在某一点的径向距离由于二根单纱的几何尺寸相等，故r2＝r1；r2S＝r1S 由于单纱与股线的捻向相反，在r处的捻幅值应该为： (8. 34)当=0时， (8. 35)令捻心的位置为03，r0值即为0103间的距离其值为： (8. 36)由式(8.36)可以得出：当p2S→0时，r0→0，单纱的捻心不动；p2S＝p1S时，捻心移至单纱的表面，即股线最外层的纱无捻；p2S＝2p1S时，r0<0，捻心跑向另一侧。

图8- 8 双股线的捻心与捻幅分布图,符合0

1． 理想堆砌方式Schwarz就圆形截面纤维在纱中的排列状态，提出了两种基本的理论排列方式：开启式（open packing）排列；密堆式排列（hexagonal cl。