随着纺纱技术的发展以及人们对多品种、功能性纱线需求的日益提升，对细纱工艺提出了更高的要求，因此，“重定量、大牵伸”成为高效纺纱工艺的核心。细纱大牵伸的发展经历了后区两类工艺路线的选择，一类是保持后区预备牵伸作用、挖掘前区胶圈牵伸的潜力，另一类是保持前区主牵伸能力不变、挖掘后区牵伸潜力。由于前区胶圈牵伸能力有限，实现超大牵伸能力主要通过探索提高后区牵伸倍数，增加对后区纤维的控制。加强后区对纤维运动的控制主要有两种方法，一种是改变后罗拉、胶辊的安装位置，把直线牵伸变为曲线牵伸，如V型牵伸、VC型牵伸；另一种是在细纱后区加装附加摩擦力界装置，如四胶圈牵伸、压力棒牵伸。这两种方法都可以提高后区牵伸能力，且相对于简单罗拉直线牵伸在一定程度上改善了成纱条干不匀率。目前，行业内已有的四胶圈超大牵伸装置都是采用正向延伸的胶圈同向串联组合牵伸，存在各牵伸区产生的牵伸波同向相互叠加，以及在前区嵌套胶圈的罗拉钳口处打滑现象加重的问题，并且没有针对双向延伸胶圈超大牵伸装置的研究，因此，本文采用双向延伸胶圈超大牵伸装置研究后区牵伸装置对成纱质量的影响。
一、双向延伸胶圈超大牵伸装置
1.1 牵伸装置设计
本次实验的环锭纺超大牵伸装置，即四罗拉三区双向延伸胶圈超大牵伸装置（以下简称“超大牵伸”），是在传统的DHU-X01型三罗拉两区双胶圈牵伸（以下简称“普通牵伸”）环锭纺细纱机的基础上，经过延长罗拉底座，增加一列罗拉等一系列机械加工改进得到的，采用四罗拉摇架加压。其中前牵伸区设置了向前（须条运动方向）延伸的双胶圈钳口，发挥主牵伸能力；中牵伸区采用简单的罗拉牵伸，以有效集合经后区牵伸而发散的须条；后区内设置了向后延伸的双胶圈钳口，增大后区牵伸倍数，最终提升细纱机的总牵伸能力，以实现超大牵伸。普通牵伸装置示意图和超大牵伸装置示意图分别见图1、图2。
1.2 牵伸装置配置及机理
1.2.1 牵伸装置配置选择
超大牵伸装置采用四列罗拉牵伸，实现超大牵伸的同时，尽量减小装置的复杂程度。胶圈形式采用长短胶圈，其中主牵伸前区分担的牵伸倍数较大，为稳定纤维运动状态而采用正向延伸胶圈，后区为反向延伸胶圈，以加强对后区浮游纤维的控制。
1.2.2 超大牵伸装置的机理分析
（1）超大牵伸装置在后区采用了反向延伸的胶圈，纤维在靠近后罗拉钳口位置时就会受到后上、下胶圈的握持和摩擦控制，整个后牵伸区的摩擦力界较宽，纤维能够提前受到反向延伸的后胶圈钳口的控制，根据牵伸理论及移距偏差理论可知，在后牵伸区的变速点集中后移至后罗拉钳口附近，从而减小了纤维后端的移距偏差。移距偏差计算公式见式（1）：
ɑ=ɑ0E±χ（E-1）——（1）
式中：
ɑ、ɑ0：牵伸前后两根纤维移距；
χ：不同变速截面间的距离。
当后区牵伸倍数E增加时，为减小牵伸附加不匀，纤维变速点位置差异χ减小，使变速点分布集中。牵伸装置前区采用正向延伸胶圈设置，纤维变速点集中分布在前钳口。这种纤维变速点集中后移和集中前移两种不同的纤维变速点控制方法，避免了纤维变速点单一控制方法导致的牵伸波叠加恶化的现象。
（2）当细纱采用“重定量、大牵伸”工艺时，后区纤维数量增多，如果采用正向延伸胶圈的配置，则上下胶圈间夹持的须条较厚，由下罗拉通过胶圈传递速度给须条时，纤维层之间容易摩擦打滑而产生分层现象，影响纱线条干质量。但是，胶圈反向延伸控制时，上下胶圈夹持的快速纤维，数量少须条薄，可以避免分层现象。
（3）胶圈在未工作时，以适当的张紧力套在上、下销和罗拉上。当胶圈开始工作时，由于胶圈和罗拉接触面上摩擦力的作用，胶圈绕入罗拉的一边被进一步拉紧，受力的一边称为紧边，另一边则被放松，称为松边。因此，当胶圈正向放置时，如果上、下销之间的压力不够大，快速纤维对胶圈的摩擦力不足以拖动胶圈，罗拉推着胶圈向前运动，胶圈的牵伸工作面是松边，必然使上胶圈向上起拱，而胶圈反向放置时，胶圈的牵伸工作面是紧边，避免了上胶圈起拱内凹的现象，加强了对后区浮游纤维的控制。胶圈正向放置和反向放置松紧边的示意图分别见图3、图4。
二、牵伸区离散系统模拟
2.1 仿真过程
选用GPSS语言对牵伸模型进行编程和仿真。在离散事件仿真中，离散纤维实体流被视为横截面模型的输入，而在该横截面中纤维的聚集特性就是模型的输出。将牵伸区中纤维的空间流动转化为模拟中按时间分布的实体流，作为离散模型的虚拟输入。以一根纤维（一个活动实体）为例，模拟活动实体从产生到消亡的过程内依次经历的五次离散随机事件、四次状态的改变过程。牵伸模型的可行性已有文献进行了验证。
以后牵伸区的纤维为研究对象，将四罗拉三区双向延伸胶圈超大牵伸装置的第三根罗拉称为后区前罗拉（即前文中的后罗拉），第四根罗拉称为后区后罗拉，则四次状态改变过程分别为：
（1）纤维按照一定的头端隔距进入后区后罗拉钳口，纤维先被后区后罗拉握持为后纤维。
（2）当纤维尾端脱离后区后钳口后，以后区后钳口罗拉表面速度运动到变速点位置变为慢速浮游纤维。
（3）纤维头端经过变速点后变为快速浮游纤维，按后区前罗拉表面速度到后区前罗拉钳口。
（4）变为前纤维输出后牵伸区。
2.2 变速点统计
模型输入参数为纤维长度33mm，纤维细度1.7dtex，须条线密度1.68g/m，罗拉中心距60mm，前罗拉速度10m/min，牵伸倍数2.4。假设牵伸区中纤维变速点服从对数正态分布，统计简单罗拉牵伸和胶圈反向延伸情况的纤维变速点分布情况（见图5、图6），其中反向延伸胶圈钳口控制点在距离前钳口32mm处。
从图5与图6的模拟结果可以看出，在胶圈反向延伸牵伸区内，纤维变速点距离在距前钳口32mm处（即胶圈钳口处）附近出现的概率大，并且比较集中，而在简单罗拉牵伸中变速点出现的区域比较分散，对应出现的概率也相对较小。因此，认为胶圈反向延伸可以使牵伸区内纤维变速点向后钳口处移动并且集中。
三、实验方案
（1）采用相同定量的粘胶粗纱，分别在普通牵伸装置与超大牵伸装置上纺制16.8tex的纱线，在保证总牵伸倍数不变的同时，增加后区牵伸倍数，研究超大牵伸装置成纱情况，及后区牵伸倍数对纱线质量的影响。
（2）保证前区牵伸倍数一定，在普通牵伸装置上采用小定量粗纱以及超大牵伸装置上采用大定量粗纱同时纺制不同细度的纱线，研究超大牵伸装置重定量纺纱情况。
3.1 工艺参数
所述实验原料为6.1g/10m的粘胶粗纱，实验所使用的粗纱定量为12.2g/10m，由定量为6.1g/10m的粗纱两股并成一股制备而成。
（1）锭子转速采用7000r/min，细纱捻度为800捻/米，两种装置生产16.8tex纱线，总牵伸倍数为72.61，其他工艺参数见表1。
表1 不同装置纺纱实验方案
（2）超大牵伸装置中区牵伸倍数设为1，两种装置生产不同细度的纱线，锭子速度为8000r/min、纱线捻度890捻/m，其他工艺参数见表2。
表2 不同纱线线密度纺纱实验方案
3.2 实验指标与测试方法
所纺纱线在温度（23±2）℃、相对湿度（65±3）%的环境下平衡24小时，测试条干不匀率、毛羽指数、断裂强度这3项指标。采用YG061型电子单纱强力仪测试强伸性能，预加张力0.5cN/tex，拉伸速度500mm/min，测试长度500mm；采用YG135G条干均匀度测试分析仪测试条干均匀度指标，测试速度200m/min，测试时间1min；采用长岭纺电YG172A纱线毛羽测试仪测试毛羽指标，测试速度30m/min。
（未完待续）
来源：张静 张玉泽 江慧 汪军 东华大学 纺织学院、倪远 纺之远（上海）纺织工作室
编辑：中国纱线网新媒体团队
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