1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 高强低伸长涤纶长丝包芯复合纱的纺制及其结构与性能 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要： 本文对以高强低伸长涤纶长丝为芯丝，以棉纤维为外包纱鞘，通过环锭细纱机对芯鞘型长丝、短纤复合纱加 工的 双组分复合包芯纱的纺纱工艺进行了研究。 论文提出了该双组分复合纱线的构造方法与工艺，分析并计算了有关复合成纱的原理及工艺参数，研究了高强低伸长涤纶长丝和双组分复合纱线的形态、结构以及 芯丝 、复合纱线的机械性能，并对双组分复合纱线的拉伸力学性能、小变形条件下受等应力与等应变循环拉伸应 力作用下的力学行为进行研究
2、。 实验结果表明，通过本论文研究的工艺，可以纺制芯鞘型复合包芯纱，且所纺纱线性能优良。 关键词 ：高强低伸长涤纶长丝；芯鞘型；复合纺纱；复合纱；结构；性能 II Spinning process and structure and properties of high strength low elongation of polyester filament core spun yarn Abstract： This paper in the base of the principle of sheath-core filament/staple yarn, through the ring
3、spinning frame to research the spinning process of two components composite yarn., which ishigh strength low elongation of polyester filament as the core yarn and cotton as the sheath yarn. Paper put forward a construction methods and technology to spin the two components core-spun yarn .It analysis
4、 and calculate the principle and technical parameters of the composite yarn , research the morphology, structure, mechanical property , and test the stretch mechanics perfermance,the mechanical behavior of the filament/staple fiber composite yarn under the isostress and isostrain of cycling tensile
5、strength with the conditions of small deformationwear-resisting perperty .Experimental results show that the process in this paper to spin the two components core-spun yarn would be successful ,and the property of the yarn is satisfied. KeyWords:high strength low elongation of polyester filamentt; c
6、ore-sheath; composite spinning; composite yarn; structure; property III 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 背景 . 1 1.2 文献综述 . 1 1.21 复合纱的发展与演变 . 1 1.22 长丝短纤包芯复合纱的分类 . 2 1.23 包芯复合纱的成纱工艺及其结构特征与性能 . 3 1.24 高强低伸长涤纶长丝介绍 . 3 1.3 本论文研究的主要内容及意义 . 3 2 高强低伸长涤纶长丝的纺丝工艺及纤维形态和拉伸力学性 能分析 . 5 2.1 高强低伸长涤纶长丝纺丝流程及其性能 . 5 2.11 熔体纺丝的理论基础
7、. 5 2.12 1111.1dtex 192F 高强低伸涤纶长丝的物理性能 . 7 2.2 高强低伸长涤纶长丝的形态结构分析 . 9 3 高强低伸长涤纶长丝包芯纱纺纱工艺及纱线结构 . 10 3.1 高强低伸长涤纶长丝包芯纱的纺纱工艺 . 10 3.1.1 锭子转速计算 . 10 3.1.2 前罗拉的转速 . 10 3.1.3 捻度计算 . 11 3.1.4 牵伸倍数的计算 . 11 3.2 双组分复合纱 线成纱工艺设计 . 12 3.2.1 复合纱原料组成、结构、规格及力学性能设计 . 12 3.2.2 纺纱工艺设计 . 12 3.2.3 复合成纱方法与原理 . 14 3.2.4 复合纺纱
8、工艺参数 . 15 4 高强低伸长涤纶长丝及其包芯复合纱的拉伸力学性能分析 . 17 4.1 高强低伸长涤纶长丝的拉伸力学性能分析 . 17 4.2 复合纱拉伸力学性能分析 . 18 4.3 两种纱线的力学性能对比 . 19 5小变形循环应力作用下涤纶及复合纱的力学性能分析 . 21 5.1 定伸长循环拉伸实验及数据分析 . 21 5.2 定负荷循环拉伸实验及数据分析 . 23 5.3 两种纱线的力学性能实验数据分析 . 26 6 结 论 . 27 参考文献 . 28 致 谢 . 错误 !未定义书签。 1 1 绪 论 1.1 背景 随着科技的发展、社会文明的进步，人们的物质生活和观念有了很大改
9、变。对纺织品的消费理念由必然性消费转变为选择性消费。对服装、装饰品等提出了功能性和舒适性结合的要求。在经过了青睐化纤织物的耐用后，具天然纤维外观风格、手感和舒适性的面料制作的时尚服装，装饰物已成为人们争相追求的热点 3。 天然纤维织物虽然穿着舒适、手感柔和、亲和力强，但制成的服装易皱易缩，穿着料理困难，不符合当今社会快节奏生活的要求。高强低 伸长涤纶长丝是工业用丝中的一大门类，由于其综合性能好，用途广泛。近三十年来，涤纶工业丝以其断裂强度高，延伸率低，耐冲击性好等优良的物理机械性能，已发展成为产业用纺织品工业不可缺少的重要材料之一。但是涤纶的穿着舒适性差，亲和力差，服用性能差。纺织品的功能性和
10、舒适性相结合是纺织品发展的必然趋势。 长丝短纤复合纱同时具有长丝和短纤的优点。具有较强的强伸性，强力不匀小；具有天然短纤的外观，条干不匀小，耐磨性能好。其具有的优良性能受到普遍关注。但是，复合纱由于其纺纱方法的不同，决定了其纱线结构存在很大差异。这种结构的 差异势必影响出其构成的纱线和织物的性能。例如，织物的强伸性主要取决于纱线的拉伸性能，而影响纱线拉仲性能的主要因素为纱线的结构和纤维原料的特性。用芯鞘型长丝短纤复合纱为原料，将短纤和长丝织物的风格优点揉为一体，提高了织物的强伸度和模量、悬垂性、保形抗皱性，纱线本身具有的特性使得面料和服装具有永久的尺寸稳定性、免烫、洗可穿性能；由棉短纤作皮层的
11、复合纱使得织物具有短纤织物的外观，织物染色容易，面料和服装具有天然短纤织物的手感、蓬松性、吸湿透湿性及亲合力。 本文在综合复合纺纱方法及不同方法成纱结构的基础上，主要研 究在环锭细纱机上纺制芯鞘型长丝 /短纤复合纱的加工工艺和成纱机理，为不同纤维的复合提供新的技术平台和低成本短流程工艺流程。并对其结构与性能进行测试评价 ,将短纤和长丝的优点同时表现出来，是一种实现织物功能性与舒适性相结合的有效加工方法和手段，为开发新型功能面料提供了科学依据。同时对芯鞘型长丝 /短纤复合纱的拉伸力学性能、小变形条件下受等应力与等应变循环拉伸应力作用下的力学行为的研究。综合证实了本文中所提出的芯鞘型长丝 /短纤复
12、合纱的加工工艺和成纱机理的可行性，对比得出所纺纱线性能优良。 1.2 文献综述 1.21 复 合纱的发展 与演变 广义上，两种或两种以上的纤维 (或长丝 )通过复合加工的方法制成的纱称作复合纱。复合纺纱也是一种纤维混纺技术，与一般的混纺技术不同的是，它不是在纤维层次上的混合，而是在纤维须条上的复合。复合纱生产技术追求与一般混纺纱线不同的纱线结构，由此获得与一般混纺纱2 线不同的性能。复合纺纱技术的出现，既有利于纺纱技术水平和设备水平的提高，又可成为改变纱线结构、风格和品质的又一途径 6。 本文研究的对象是包芯纱。包芯纱是由纱芯和纱鞘两部分组成的，通常是长丝做纱芯，外面围以短纤维，但外围也有便用
13、短纤纱的，不过 这一技术还存在许多缺陷，因此短纤纱与长丝复合形成的包芯纱目前很少见。采用环锭纺使短纤纱与长丝复合在一起是目前工厂使用最多且工艺最成熟的纺纱方法，而其他纺纱技术，如转杯纺、静电纺、摩擦纺等则发展不平衡。传统的捻线加工，虽产品具有复合纱的特征，但不属于复合纺纱 4， 5。 与其他的复合纺纱方法如转杯纺纱法、空心锭包缠法等相比，环锭复合纺应用的范围最广泛，而且纱线质量好，是用来开发高档面料的重要途径。尤其是长短复合和多轴系复合，具有极大的优势。且绝大多数纺纱系统为环锭纺。本文中所设计的即为环锭复合纺。 1.22 长丝短纤包芯复合纱的分类 长丝短纤 复合纱，按长丝组份是弹性长丝、柔性长
14、丝和刚性长丝等不同力学性能特点分为三类 2： (1)氨纶与短纤复合成纱的短纤 /弹力长丝复合纱 ； (2)涤纶长丝与短纤复合成纱的短纤 /柔性长丝复合纱 ； (3)不锈钢长丝与短纤复合成纱的短纤刚性长丝复合纱。 长丝 短纤 复合纱能够表现出短纤纱和长丝所不能得到的外观风格和质感。根据长丝的不同特性，将其与短纤维复合纺制短纤长丝复合纱，可具有两种组份的特性，是纺织产品开发的一条重要途径。长丝与短纤复合成纱构成芯鞘结构的包芯复合纱，其主要目的是希望 借助长丝作为芯组份为复合纱提供模量和强伸性以及复合纱织物的保形性和悬垂性、挺括性；短纤作为复合纱的皮组份为复合纱线提供天然纤维的手感、风格、蓬松性以及
15、吸湿导湿性 、抗辐 射材料等。 将涤纶全牵仲丝与绢丝、涤纶全牵 伸 丝与棉复合的芯鞘型包芯复合纱，锦纶全牵伸丝与绢丝、锦纶全牵伸丝与棉复合的芯鞘型包芯复合纱，一般用其来生产休闲服，高档衬衫，可具有抗 折皱 、免烫 、 洗可穿、保型性等特性。将涤纶低弹丝与绢丝或棉复合的芯鞘型包芯复合纱，锦纶低弹丝与绢丝或棉复台的芯鞘型包芯复合纱，纱线较为蓬松、具一定弹性。一般用其来生产休闲服， T恤衫、羊毛衫，可改善布面肌理，提高织物的蓬松性、保型性，赋予织物弹性。 从理论上来讲，连续长丝可以分为刚性长丝、柔性长丝、弹性长丝。 芯 鞘型复合纱线具有广阔的应用价值与市场空间。从开发理念上来说，希望作为复合纱芯组份
16、的涤纶长丝为复合纱线及其织物提供模量与强伸性，作为复合纱皮组份的短纤维为复合纱线提供柔软的手感、布面的饱满感以及优越的吸湿透气导湿性能等。从工程学的角度考虑，本专利方法的长丝短纤多组份复台纺纱方法，为不同纤维的混合复合，提供了一个新的技术平台和低成本短流程的工艺方法，具有广泛的应用前景。 3 1.23 包芯复合纱的成纱工艺及其结构特征与性能 利用一般环锭细纱机，另外加装长丝退绕装置、张力控制装置，将长丝由前罗拉后方喂入短纤须条的中心位置，然后加捻成纱，粗纱按常规的方式喂入、牵伸。包芯纱的芯组分和外包组分不同，一般外包短纤维，纱芯为长丝或短纤纱。另外，利用摩擦纺或喷气纺也可以纺制包芯纱。 高强低
17、伸长涤纶长丝包芯复合纱兼容了高强低伸长涤纶长丝的基本性能，具有较高的强度和较低的伸长率的优点，和短纤维的天然纤维织物的穿着舒适、手感柔和、亲和力强的优点。在纺织和服装应用领域用途广泛。然而对于高强低伸长涤纶 长丝包芯复合纱的结构性能与成纱工艺、纱线结构及其力学性能的关系研究，国内外没有形成比较系统的研究成果。基于这个现象，将通过多项实验通过对高强低伸长涤纶长丝包芯复合纱进行深入系统地研究，通过实验对高强低伸长涤纶长丝包芯复合纱的性能与结构的关系进行研究探讨，为高强低伸长涤纶长丝包芯复合纱在纺织服装行业上的广泛应用提供有价值的参考 3， 5。 高强低伸长涤纶包芯纱的纵向外观和短纤纱的外观相同，天
18、丝短纤维实现了对涤纶长丝的完全的包覆。涤纶长丝成束状处在复合纱的中心。复合纱具有短纤纱的外观，又有长丝纱的身骨。主要是由 于采用芯鞘型长丝 /短纤复合纺纱原理使两种纱线在细纱机上纺纱成形，实现了短纤纱对芯丝的完全的包覆，芯丝不裸露，复合纱就呈现了短纤纱的外观形态。 1.24 高强低伸长涤纶长丝介绍 工业用涤纶丝 9是指具有高强、高模、低伸长等力学性能的粗涤纶长丝 (线密度不小于 550 dtex)，具体可细分为高强型 (HT)、高模低伸长型 (HMLS)、高强低伸长 (LS)型。其中高强型涤纶长丝强力高，受热后强力损失小，主要应用于吊装带、输送带、汽车安全带、土工格栅、特斯林布、缆绳、工业缝纫
19、线及橡胶管等。高强低伸长型涤纶长丝强度高且受 热后收缩率低，主要应用于灯箱布、蓬盖布、膜结构等涂层织物。高模低伸长型涤纶长丝模量高，小变形条件下尺寸稳定性好，主要应用于轮胎帘子线、耐热帆布、硬线绳及高档土工格栅等。 本实验研究中采用高强低伸长涤纶长丝，其具备了纺织纤维的基本性能，同时涤纶工业丝具有断裂强度高，延伸率低，耐冲击性好等优良的物理机械性能特点。由于其综合性能好，用途广泛。 1.3 本论文研究的主要内容及意义 本文在综合复合纺纱方法及不同方法成纱结构的基础上，主要研究在环锭细纱机上纺制芯鞘型长丝 /短纤复合纱的加工工艺和成纱机理，为不同纤维的复合提 供新的技术平台和低成本短流程工艺流程
20、。并对其结构与性能进行测试评价 ,将短纤和长丝的优点同时表现出来，是一种实现织物功能性与舒适性相结合的有效加工方法和手段，为开发新型功能面料提供了科学依据。同时对芯鞘型长丝 /短纤复合纱的拉伸力学性能、小变形条件下受等应力与等应变循环拉伸应力作用下的力学行为的研究。综合证实了本文中所提出的芯鞘型长丝 /短纤复合纱的加工工艺和成纱机理的可行性，对比得出所纺纱线性能优良。 4 、 阐述了高强低伸长涤纶长丝纺纱原理及工艺，观察了高强低伸长涤纶长丝的形态结构，试验了其拉伸力学性能，并对其形 态结构和拉伸力学性能进行了分析； 、 研究分析了高强低伸长涤纶包芯纱纺纱工艺及纱线结构，针对柔性长丝复合纱的纺纱
21、工艺。该工艺对传统的细纱机改动少，工艺简单，纱线结构稳定，改善了包覆效果。是一种皮芯结构的纱线，短纤维与长丝一起进行复合加捻，短纤须条以单纤维的形式包覆长丝，该工艺适纺性好； 、 测试了高强低伸长涤纶包芯纱的拉伸力学性能，并对其数据进行处理，证明包芯纱的拉伸力学性能优良； 、 以 NG061/FG-30/PC 型电子单纱强力仪为手段，研究高强低伸长涤纶丝、棉 /高强低伸长涤纶丝复合纱在小变形条件下，受 等应变及等负荷循环应力作用下的松弛率、蠕变率和弹性恢复率等力学特征参量，处理数据，证明棉 /高强低伸长涤纶丝复合纱在小变形条件下力学性能优良。 5 2 高强低伸长涤纶长丝的纺丝工艺及纤维形态和拉
22、伸力学性能分析 2.1 高强低伸长涤纶长丝纺丝流程及其性能 通常制造方法有以下两种：一种是引进的一步法工艺，即在一台纺牵联合机上同时完成纺丝、牵伸和卷绕（简称 FDY 工艺）；另一种是常规的二步法工艺，即先经过纺丝机纺丝，卷绕成筒子，再在重旦牵伸机上进行牵伸，（筒称 UDY-DT 工艺）。以高粘聚酯切片为原料生产高强低伸涤纶长丝，国产设备的限制，本试验采用第二种方法 8。 2.11 熔体纺丝的理论基础 熔融纺丝的装置如图 2-1。聚合物由螺杆纺丝机一边加热熔融一边挤出，经计量泵计量后由喷嘴挤出成型，设置在喷嘴下方的定型和卷绕装置将其卷绕成型而得到纤维。 图 2-1 涤纶熔融纺丝示意图 假定纤维
23、非常细，纤维断面内的所有参数是常数，设在纺丝流程方向经时间 t，纺丝线上某点距离纺丝喷嘴的距离为 X，则熔融纺丝过程可以建立物质守恒方程、动量守恒方程、热平衡方程、本构方程如下： 物质守 恒方程式： 从纺丝板喷出的流体在沿纺丝线移动的过程中高聚物的质量不变， A、 V 分别为纺丝线的截面积和某时刻其移动的速度，则： 6 0)( XAVtA (1) 力平衡方程： 纺丝线上的张力 F 的平衡式。式中第一项为材料的移动速度变化时产生的惯性力，第二项为重力，第三项为空气阻力。此处为密度， g 为重力加速度， R 为纤维半径， f 为空气阻力应力。 fRAgXVVAVAXF 2)( (2) 热平衡方程：
24、 纺丝线上温度 T 的变化是由于从纺丝线的侧面向四周的热移动造成的。热传递系数为 h,比热为 PC 。则： )(2 aP TTRC hXTVtT (3) 本构方程： 力与材料的应力和变形的关系。此处用单纯的粘度（ T）的牛顿粘性式表示。 AFXV(4) 在稳定的纺丝条件下，各项参数不随时间而变化，称为定常状态。在定常状态下，不存在时间微分的项。此时公式（ 1）变为 AV=const，与公式（ 2）（ 3）（ 4）联立求解可得到张力，速度，温度随纺丝线上的位置变化而变化。即可求出 F(X)、 V(X)、 T(X)。 根据上述方程，可利用数值解析来解析纺丝成形过程中纤维超分子构造形成的影响因素。表2-1 给出了纺丝工艺对成形纤维的结晶、取向结构 的影响。 纺丝工艺参数 取向度 结晶度 纺丝速度 吐出量 吐出温度 冷却温度 分子量 - 表 2-1 纺丝工艺与成形纤维取向、结晶度的关系 纺丝细度的控制 对于如图 4 所示的一步法涤纶 FDY 纺丝成型系统，使用北京中丽制机化纤工程有限公司生产的 JK81-160 25-00W 螺杆，设置计量泵和变频器来实现对同一部位投纺的流量进行控制，提高纺丝的稳定性。 按图 4 所示纺丝工艺流程，熔融的聚合物经螺杆箱体及喷丝板挤出后 ，经 0GR 、 2GR 和卷绕
