喷气涡流纺初探

喷气祸流纺是利用高速气流和喷嘴内部各部件的配合作用成纱的。在纺纯棉纱时，纱线强力比喷气纺（MJS）提高近1/4。文章通过对喷气涡流坊喷嘴的结构和高速气流作用的分析．讨论了该成纱方法的成纱机理，并对其纺纱装置、成纱结构扣成纱性能进行了初探。     

喷气涡流纺喷嘴内气流流动的二维数值模拟

 为探讨喷嘴内部气流流动特征对纤维加捻成纱的作用,建立计算流体动力学(CFD)模型,对喷气涡流纺喷嘴中的气流流动进行二维数值模拟,并根据计算结果分析喷嘴内高速气流的速度场和压力场分布。模拟结果表明:气流的最大速度可达超音速,由于切向速度所产生的离心力和加捻作用,纤维的尾端从纤维束中分离出来,并旋转加捻到纤维束上,形成具有真捻的纱线;喷嘴入口区域的压力小于外界气压,这有利于由前罗拉钳口处输出的纤维束吸入喷嘴。研究还表明CFD技术是研究喷气涡流纺喷嘴内气流流动的重要手段。     

喷气涡流纺纺纱过程中的气流场数值模拟

为明确高速气流成纱过程中气流产生和发展变化的规律,解决当前研究中存在的不足,对喷气涡流纺初始引纱过程和正常稳定纺纱过程的气流进行三维数值模拟及理论分析,并采用纺纱实验和借助扫描电子显微镜技术验证数值模拟结果。结果表明:纺纱初始时气流扰动小,湍流少,气流流线规则有序发展,喷嘴内负压气流产生强大吸力利于顺利引纱,模拟推测纤维的集束性较好,包缠和抱合效果较差;正常纺纱过程中气流场不稳定,湍流现象明显,气流轨迹复杂,并出现涡流和回流现象,回流为纱提供额外张力,利于提高纱线强力,模拟推测纤维的包缠和抱合效果较好,这也与纺纱实验结果相吻合。     

喷气涡流纺中纤维运动的三维数值模拟

针对目前模拟纤维在喷气涡流纺喷嘴流场中运动情况,常将纤维模型简化或者建立二维模型,无法描述纤维在三维空间内的变形这个问题,建立了纤维运动三维模型,并合理设置纤维属性,使纤维运动模型更加符合实际状态。结合任意拉格朗日-欧拉法,数值模拟求解了纤维在喷气涡流纺喷嘴流场中的运动问题,并分析了纤维的运动与变形情况。结果表明:加捻室的负压导致喷嘴入口的气流流动,纤维尾端在气流中的运动十分复杂,先在乱流的影响下小幅波动,然后随时间推进振动频率和振动幅度都是先增大后减小;在流场的影响下,纤维尾端从纱线中被剥离出来,并呈螺旋形式向前行进形成包缠纤维。     

喷气涡流纺工艺对粘胶/涤纶包芯纱性能的影响

为获得更高强力的喷气涡流纺纱线,通过引入涤纶长丝制备喷气涡流纺粘胶/涤纶包芯纱。采用统计分析等方法研究了芯丝线密度、纺纱速度对喷气涡流纺粘胶/涤纶包芯纱强伸性、条干不匀和毛羽的影响规律,同时对比分析了不同纺纱条件下包芯纱的结构外观。研究结果表明：芯丝线密度、纺纱速度对喷气涡流纺粘胶/涤纶包芯纱各性能响应值有不同程度的影响;纺纱速度过高或过低均不利于包芯纱成纱的强伸性提高和条干均匀性改善,纺纱速度的增加会使毛羽H值增大;在一定范围内,增加芯丝线密度有利于包芯纱强伸性的提高,随芯丝线密度的增加,包芯纱毛羽H值减小;此外,选用较大的芯丝线密度和较高的纺纱速度时,纺制的包芯纱芯丝外露现象越明显。     

基于有限元模型的喷气涡流纺纤维运动轨迹模拟

为模拟喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维的运动轨迹,针对喷气涡流纺气流加捻过程中自由端纤维柔性体的动力学特点,基于弹性细杆单元建立纤维有限元模型,结合喷气涡流纺气流加捻腔内流场的气压、速度分布特征,确立自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程,遵循力学平衡、能量守恒、质量守恒和动量守恒等原理,解析自由端纤维柔性体有限元动力学微分方程的待定系数,数值模拟自由端纤维在加捻腔内高速旋转气流作用下的运动轨迹;利用示踪纤维法对有限元模拟纤维运动轨迹的理论结果进行验证。结果表明,基于弹性细杆单元的有限元模型对于模拟纤维运动轨迹具有一定可行性和有效性。     

喷气涡流纺纱线拉伸断裂强力预测模型构建与验证

为更好理解喷气涡流纺纱线结构对纱线强力的影响机制,实现纱线结构优化设计,首先在观察与分析喷气涡流纺纱线结构基础上,构建了喷气涡流纺纱线的几何结构模型;阐述了喷气涡流纺纱线内纤维的受力情况,以此得出喷气涡流纺纱线拉伸断裂强力的数学模型;通过对喷气涡流纺纱线拉伸断裂强力预测值与实测值的比较进行模型验证。研究结果表明：纱线强力预测模型对纱线拉伸断裂强力的预测结果与实测值较接近,同时,纱线中毛羽纤维造成的纱线半径计算的误差会影响到模型预测结果的精确性。     

传统型与自捻型喷气涡流纺的对比

针对喷气涡流纺纱技术气流加捻过程中落纤率较高导致纱线细节较多以及纱线结构中芯纤维平行伸直导致纱线强力较低的问题,提出自捻型喷气涡流纺纱技术,依据动摩擦原理,采用镭射激光加工处理,增大自由端纤维与空心锭接触面之间的动摩擦力,实现纤维在空心锭表面旋转运动过程中自身发生扭转后包缠到纱线中,增大纤维间的抱合力。同时基于流体力学模拟和样纱试纺实验,对比分析了传统型喷气涡流纺和自捻型喷气涡流纺空心锭结构参数、喷嘴内部近壁面处的流场特征和纱线结构性能,验证了自捻型喷气涡流纺纱技术的可行性。     

喷气涡流纺喷嘴喷孔参数的分析

喷气涡流纺是利用喷嘴内高速气流的旋转对纤维加捻成纱的设备,为了分析喷嘴的结构参数对成纱质量的影响,选择喷嘴的喷孔直径d为0.5 mm,分别在不同喷孔数量n(5,6)及不同喷孔角度θ(60°,65°,70°,75°,80°)下,在新型涡流纺纱机上对粘胶原料进行纺纱实验。实验结果得到了喷孔最优结构参数:喷孔孔径×数量φ0.5×5;喷孔角度70°。     

多组分喷气涡流纱的开发及成纱质量的研究

文章开发了CJ／R／W60／30／1014．6tex三组分喷气涡流纱,并对其成纱强度、毛羽、耐磨等指标作了测试,与环锭纺CJ／R／W三组分纱进行了对比分析。由于不同纤维之间的性质差异,混纺纱具有不同纤维的性能及喷气涡流纺的特点,更具优越性。     

喷气涡流纺喷嘴内部三维流场的数值研究

采用3D CFD建立喷气涡流纺喷嘴结构模型,应用Fluent 6.2流体计算软件对模型内气流场进行数值模拟,表征了喷嘴内部三维流场的流动状态,解析了喷嘴内气流流场的压力场和速度场分布,分析了流场与成纱机制的相关关系。研究表明:压缩气流经喷孔后在喷嘴内形成三维旋转气流,切向、轴向气流速度分布符合旋转气流理论;切向气流对边缘自由端纤维加捻,轴向气流对纤维束的牵伸作用可忽略,径向气流对纤维束起膨胀作用,在切向气流作用下获得更多的包缠纤维;喷嘴内部静压呈U形分布;边缘自由端纤维在不同位置加捻程度的差异导致纱线捻度不匀。     

涡流纺纱中纺纱腔内气流结构数值模拟

 利用Fluent软件对涡流纺纱中流场进行了三维动力学模型仿真,研究了进气喷嘴、纺纱腔与空心锭子之间间隙、出口负压强度等参数对纺纱腔内气流结构的影响,并讨论其对纱线特性的影响。研究结果显示：在流量相同情况下,纺纱腔内涡流强度和均匀性与进气喷嘴方向及数量、纺纱腔与空心锭子间隙等相关。进气喷嘴轴线方向越接近纺纱腔横截面方向、纺纱腔与空心锭子间隙越小,涡流强度越大,而进气喷嘴数量越多,涡流形态越均匀稳定;间隙出口负压强度决定纺纱腔内轴向气流速度,该参数由纱线种类及其特性决定。     

喷气涡流纺成纱工艺对竹浆纤维色纺纱性能的影响

为进一步拓展喷气涡流纺织品种及提高传统色纺纱加工效率,利用Box-Behnken设计实验方案,借助软件Minitab 16,分析喷气涡流纺工艺参数对竹浆纤维色纺纱性能的影响。结果表明：成纱工艺对色纺纱断裂强度的影响较为复杂,其中纺纱速度及纱线线密度对色纺纱断裂强度的影响受喷嘴气压不同取值影响;色纺纱条干不匀主要受纺纱速度和纱线密度影响,提高纺纱速度使纱线条干不匀先减后增,而减小纱线线密度将显著恶化色纺纱条干;色纺纱毛羽主要受喷嘴气压和纺纱速度影响,降低喷嘴气压及提高纺纱速度均会使纱线毛羽增加;色纺纱直径主要受喷嘴气压和纺纱线密度影响,增加喷嘴气压或减小纱线线密度,均会使色纺纱直径明显减小。     

喷气涡流纺纱线热黏合增强工艺

针对喷气涡流纺纱强力不高的问题,引入低熔点涤纶纤维利用热黏合机制增强喷气涡流纺纱线,借助T检验法比较不同热接触方式对纱线断裂功影响的显著性差异,通过正交试验研究热处理温度、热处理速度及牵伸倍数对纱线断裂功的影响规律,并进行最优工艺验证。结果表明:原纱采用非接触热处理方式断裂功提升更显著;纱线断裂功随热处理温度升高,先增加后下降,随速度增加,呈上升趋势;随牵伸倍数的增加,断裂功显著提高;最优热处理工艺为热处理温度145 ℃,热处理速度600 cm/min,牵伸倍数1.06。最优工艺热处理后喷气涡流纺纱线断裂功可提高13%。     

Numerical simulation of the yarn formation process in Rieter air jet spinning

This paper presents a three-dimensional numerical simulation of the airflow field inside Rieter air jet spinning nozzle. The velocity and pressure distribution were analyzed to describe the principle of yarn formation. The analysis of velocity components and static pressure revealed how the air vortices are created inside the nozzle. A theoretical study along with experimental verification was performed to investigate the influence of nozzle pressure on air jet yarn tenacity and the results were in good agreement. The results show that increasing nozzle pressure resulted initially in improving yarn tenacity but at high pressure tenacity deteriorates.     

Role of false twist in the manufacturing process of multi-thread fancy yarn on hollow spindle spinning machines

A false twist hook is currently used in hollow spindle spinning machines to facilitate the manufacturing processes of several textile products. A study was conducted to investigate its effect on the production of gimp yarns and overfed fancy yarns which have multi-thread structures made in a one-stage process on hollow spindle machines. These fancy yarns were compared with their counterparts produced without using the false-twist hook. Significant differences were reported between these two groups of fancy yarn regarding extension at the first break, load at the first break and extension at the breakage point of the effect component. The size of the effect profiles and the number of the fancy profiles were smaller when false twist was used. The results confirmed the highly wavy and sigmodial structure of the fancy yarns made by using the false twist hook over a wide range of overfeed ratios.     

空心锭包覆纺纱的芯纱残留捻回及其应用

为探讨空心锭包覆纺纱过程中外包缠纱对芯纱的假捻作用与应用,以黑、白两色涤纶长丝纱组成双芯纱,黑色涤纶长丝纱为外包缠纱,纺制了不同纺纱工艺的包覆纱,分析了芯纱残留捻回的捻向和捻度特征以及锭速、引纱速度、芯纱张力对芯纱残留捻度的影响;对利用芯纱残留捻度纺制段彩纱的原理与段彩特征进行了探讨,并给出了应用实例。结果表明:外包缠纱对芯纱缠绕的假捻作用,会使芯纱上形成残留捻向变化、捻度不等的捻回分布;残留捻回的捻度随锭速的增大、引纱速度的降低、芯纱张力的减小而增大;利用芯纱残留捻回的片段呈色效应,可用异色芯纱纺制具有段彩外观的“纱/纱”复合段彩纱,这种段彩纱具有区别于常规段彩纱的“闪色”特征。