田 亮,蘇相秒,田金家
(1.廣西壯族自治區(qū)欽州市供電局,廣西欽州,635000;2.國家生態(tài)紡織品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心濱州實(shí)驗(yàn)室,山東濱州,256606)
因紡織纖維長度、細(xì)度等項(xiàng)目的離散性,生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性,紡織工藝和生產(chǎn)管理的不完善,紗線等長度片段前后衍接對應(yīng)、均勻分布的小概率等諸因素,形成紗線長片段不勻與有規(guī)律或無規(guī)律的短片段不勻,條干不勻成為紗線一種客觀存在。條干均勻度測試儀在生產(chǎn)管理與質(zhì)量控制方面得到廣泛應(yīng)用,電容式條干均勻度測試儀是應(yīng)用最廣泛的檢測方式,能夠以電容量變化反映纖維量的變化;光電式條干均勻度作為一種新產(chǎn)品,理論上能夠反映紗線外觀形態(tài)的不勻,解決了電容式條干均勻度儀不能反映紗線外觀形態(tài)的問題。以上觀點(diǎn)存在爭議,本文就此進(jìn)行分析探討。
紗線加捻是紡制成紗,賦予紗線強(qiáng)力、彈性、伸長、光澤、手感的必要的條件,加捻因紗線本身存在的條干不勻,形成捻度附加不勻,并反過來加重紗線條干不勻。捻度不勻主要表現(xiàn)在以下兩個方面:
1.1 加捻相關(guān)設(shè)備導(dǎo)致的自身捻度不勻(本文以環(huán)錠紡為例說明)
環(huán)錠紡是目前世界上使用最廣泛的紡紗形式,環(huán)錠紡紗的加捻是前羅拉輸出的須條,借紗線張力的牽動,使鋼絲圈沿鋼領(lǐng)回轉(zhuǎn),由此紗條上獲得捻回。在這種紡紗形式下,捻度不勻產(chǎn)生于以下原因:各錠帶張力調(diào)節(jié)不一致,錠子轉(zhuǎn)速不等,以及一個管紗大紗與小紗的捻度不同等因素,均造成不同管紗間及同一管紗不同片段的捻度不勻。
1.2 紗線本身?xiàng)l干不勻?qū)е碌母郊幽矶炔粍?/p>
紗線粗細(xì)不同,紗線加相同的捻回?cái)?shù)所需要力矩不同,即使在紗線捻度傳遞系統(tǒng)理想的狀態(tài)下,條干不勻產(chǎn)生的捻度不勻,也隨條干不勻的程度不同而不同。線密度大的紗線片段,因纖維根數(shù)多而加捻所需要力矩大,而形成正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下所加捻度比正常片段少;線密度小的紗線片段,因纖維根數(shù)少而加捻所需要力矩小,而形成正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下所加捻度比正常片段多。從而導(dǎo)致如下事實(shí):粗的紗線片段加捻少,細(xì)的紗線片段加捻多,條干不勻產(chǎn)生捻度不勻,由捻度不勻?qū)е赂蟮臈l干不勻;雖然細(xì)的紗線片段因加捻多也會產(chǎn)生捻縮,但不足以彌補(bǔ)捻度不勻形成的條干不勻,這在紗線的長片段不勻,還是紗線的短片段不勻均有所反映。
一般的紡織品,都要經(jīng)過織造、印染及后整理等多個過程,各個過程中都會受到不同外力的作用。其中紗線受力拉伸與相互摩擦、擠壓,可能導(dǎo)致紗線外觀形態(tài)變形,形成織物中的紗線條干均勻度與織造前的條干均勻度并不完全等同。
各種粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)、毛羽等疵點(diǎn)數(shù)量及程度在不同的加工過程中,會發(fā)生不同程度與不同趨勢的變化。織造及印染過程中細(xì)節(jié)因捻度大,纖維抱和緊密,抵抗外力大而變化較小,粗節(jié)因加捻少,纖維排列較松散,織造及印染過程會因外力作用而發(fā)生外觀形態(tài)的變化;紗線上漿后毛羽會大幅減少,而坯布經(jīng)印染退漿后毛羽數(shù)量又會增加;在印染的燒毛、煮練、漂洗、印染、整理等工序中,長毛羽數(shù)量減少很多,而短毛羽數(shù)量變化少。棉結(jié)雜質(zhì)的數(shù)量也處在變化過程中,棉結(jié)與雜質(zhì)的變化幅度不同,雜質(zhì)去除效率高,棉結(jié)因纖維與織物糾纏而去除效率低。因紗線織造、印染、整理等諸過程中受力組合,形成粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)及毛羽等的數(shù)量或形態(tài)的不同變化,造成紗線條干均勻度在后加工過程中的變異,從而形成紗線條干均勻度測試結(jié)果與織物布面條干均勻度的偏離。
測試條干均勻度的主要方法有測長稱重法、目光檢測法、條干均勻度儀法。測長稱重法因測試效率低,重量(應(yīng)為質(zhì)量)不勻與條干不勻不完全對應(yīng),測試結(jié)果準(zhǔn)確性不高,現(xiàn)在僅用于反映紗線長片段不勻;目光檢測法因檢測目光的穩(wěn)定性,不同檢測人員目光一致性,及檢測結(jié)果不能夠精確量化,需要專業(yè)的暗室、黑板、樣照等,樣本量又小,現(xiàn)行紡紗生產(chǎn)中應(yīng)用趨少,取而代之的是電子條干均勻度測試,包括電容式條干均勻度儀和光電式條干均勻度儀。
電子條干均勻度作為紗線測試的主要手段,本文重點(diǎn)對電容式條干均勻度與光電式條干均勻度進(jìn)行對比、分析。電容式檢測法是以空氣電容器作為檢測器,利用纖維材料介電常數(shù)大于空氣這一特點(diǎn),紗條通過金屬極板之間的電場引起電容量發(fā)生變化,其變化量與紗條截面的纖維量基本上成正比,測量紗線條干不勻偏重內(nèi)在質(zhì)量。該方法不適用于含有導(dǎo)電纖維(金屬絲、碳纖維等)的紗線;由于電容式條干儀在測量細(xì)紗時有效檢測區(qū)的長度l(參見下頁圖1)為8mm,所以電容式條干儀可以檢測紗線條干不勻的最小實(shí)際檢測長度(等效切割長度)為8mm,8mm之內(nèi)的條干不勻無法反映出來。紗條本身含水率的不均勻及對于混紡紗的混紡比不勻等都將影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[1]?,F(xiàn)行理論認(rèn)為:電容式條干均勻度檢測的是紗線橫截面的纖維根數(shù)是否一致,不重視也難以測量纖維抱合的緊密與松疏——即紗線的外觀形態(tài)。
光電式檢測法是利用一束光線將紗線投影在光電接收器上,從而輸出結(jié)果能代表紗線粗細(xì)程度的電信號。理論上光電式測量紗線條干不勻偏重外形尺寸:假設(shè)每根纖維的細(xì)度相等,那么它在檢測紗線橫截面上纖維根數(shù)一致性的同時,還關(guān)心纖維之間抱合的緊密與松疏,即可以反映紗線沿徑向紗線加捻的均勻性。這一方法測得的條干不勻與黑板條干的結(jié)果符合性較好,與人眼看到的結(jié)果比較一致;缺點(diǎn)是它的測量結(jié)果是較多因素影響的綜合,對分析造成這種不勻的原因不利。另外,從光電式測試原理還可以看出,這種方法對紗線品種的適用面廣,特別是可以用來測量含有導(dǎo)電纖維紗線的條干均勻度。光電式條干儀在紗線速度200m/min、采樣頻率3.3kHz情況下,可以分析的最小等效切割長度為1mm[2]。光電式條干均勻度在整個紡織過程中只能對細(xì)紗進(jìn)行檢驗(yàn),受外界影響較大,特別是由于紗線本身的截面并非圓形,因此精度較低。它無法分辨出毛羽和紗線的基干,例如周期性毛羽變異會誤導(dǎo)為條干周期性不勻,紗線空間位置不同,會影響測試數(shù)據(jù)差異;再者是對于不同的紗線材料,由于其具有不同的光學(xué)性質(zhì),將具有不同的輸出信號,造成測量的誤差。
通常我們所考核的條干不勻,是用目光所感知的不勻,這種不勻首先是紗線的形態(tài)不勻反射于我們的目光而形成的,而質(zhì)量不勻所形成的不勻,在外觀形態(tài)上不能體現(xiàn)的情況下,我們并不能感知。捻度不勻所導(dǎo)致的條干不勻即是紗線形態(tài)上的不勻,它能為我們所感知,成為影響條干不勻的重要因素。
條干均勻度的理想要求因紗線捻度不勻與條干不勻的同時存在,以及條干不勻與捻度不勻的相互影響與相互滲透,形成影響紗線條干均勻度的復(fù)雜系統(tǒng):不僅要反映紗線須條內(nèi)纖維量的多少,還要反映紗線外觀形態(tài)的變化;條干不勻的基礎(chǔ)是纖維量多少的不勻,電容式條干均勻度測試儀具有優(yōu)勢;僅反映纖維量的大小,不能反映紗線外觀形態(tài)的變化,則不能體現(xiàn)捻度不勻與條干不勻相互影響的事實(shí),這一點(diǎn)光電式條干均勻度具有優(yōu)勢;僅反映紗線外觀形態(tài)的變化,沒有纖維量多少為基礎(chǔ),則不能充分反映紡織品后加工過程中紗線外觀形態(tài)的變異,仍會會產(chǎn)生紗線條干均勻度與布面外觀質(zhì)量的偏離,也就不會全面、真實(shí)地反映最后產(chǎn)品外觀質(zhì)量。以紗線須條內(nèi)纖維量的多少為基礎(chǔ),又能夠反映紗線外觀形態(tài)的變化,這樣的測試結(jié)果對于紗線條干均勻度的質(zhì)量控制,以及紗線條干均勻度測試結(jié)果與織物布面條干均勻度的衍接對應(yīng),具有更重要、更現(xiàn)實(shí)的意義。
條干均勻度測試儀既反映以紗線須條內(nèi)纖維量的多少為基礎(chǔ),又能夠反映紗線外觀形態(tài)的變化,是條干均勻度的最佳選擇。下面通過測試進(jìn)行比較分析,以確認(rèn)條干均勻度的最佳測試模型。
5.1 試驗(yàn)?zāi)康?
本試驗(yàn)旨在探討等線密度紗條的不同片段,在捻度或其他因素影響導(dǎo)致其外觀形態(tài)不同時,電容式條干檢測儀的電容量是否發(fā)生相應(yīng)的變化。通過紗條在條干均勻度儀平行極板電容傳感器的不同位置、紗條外觀形態(tài)不同時電容量的變化,探索等線密度的紗條不同體積或外觀形態(tài)與電容量的相互關(guān)系。
5.2 樣品選擇:
取二筒粗紗A、B,線密度均為467tex。為減少紗條不同片段不勻?qū)υ囼?yàn)結(jié)果的影響,本試驗(yàn)特意選取條干均勻度CV值較好的品種,其不同片段線密度的離散性可忽略不計(jì)。
5.3 試驗(yàn)計(jì)劃:
電容式條干均勻度儀的平行極板電容傳感器檢測紗條時,為檢測不同線密度的紗條,一般品種的紗條電容極板間(3槽的兩極板間距離為4mm)除紗條外還有一定空間。在紗條通過平行極板電容傳感器時紗條發(fā)生了偏離,緊密接觸平行極板電容傳感器的一側(cè),且紗條外觀形態(tài)因受擠壓變形導(dǎo)致紗條形狀從常規(guī)的圓柱體變?yōu)楸馄綑E圓狀時,其電容量是否會發(fā)生相應(yīng)變化。為此,我們?nèi)芍淮旨?,以不同位置使紗條兩側(cè)分別受擠壓變形后,進(jìn)入平行極板電容傳感器以測試其電容量的變化。本試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選擇3槽進(jìn)行條干均勻度測試,速度:50m/mim,時間:2min;為比較紗條不同體積或外觀形態(tài)電容量的變化,取電容極板的中間位置,偏右位置(見圖1),偏左位置(見圖2),檢測順序分別為中、偏右、偏左,一次試驗(yàn)或有偶然,為充分地進(jìn)行論證,每個筒紗在平行極板電容傳感器的不同位置各試驗(yàn)4次。
圖1 紗條在平行極板電容傳感器偏右位置
圖2 紗條在電容極板偏左位置
5.4 檢驗(yàn)結(jié)果見表1、表2
表1 A紗條在平行極板電容傳感器不同位置的檢驗(yàn)結(jié)果
表2 B紗條在平行極板電容傳感器不同位置的檢驗(yàn)結(jié)果
5.5 小結(jié)
5.5.1 從表1、表2可以看出紗條在平行極板電容傳感器不同位置受擠壓變形后,其條干均勻度CV%值是不同的,且條干均勻度CV%的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性:紗條在平行極板電容傳感器的中間位置時最大,紗條在平行極板電容傳感器的偏左、偏右位置時,條干均勻度CV%均小于紗條在平行極板電容傳感器中間位置時的條干均勻度CV%;且紗條偏左、偏右時,其條干均勻度CV%也不等,紗條在偏右位置時的條干均勻度CV%小于偏左位置時的條干均勻度CV%,即:條干均勻度CV%(中)>條干均勻度CV%(左)>條干均勻度CV%(右)。
紗條經(jīng)導(dǎo)紗裝置從平行極板電容傳感器中間通過時,紗條基本沒有受到其他力的摩擦、擠壓、撫平等作用,可以看出紗條外觀形狀是近似于圓柱體見下頁圖4;而紗條不從平行極板電容傳感器中間穿過時,因紗條偏左或偏右位置時與平行極板電容傳感器間的一側(cè)相接觸,致使紗條一側(cè)受到摩擦、擠壓、撫平等作用,紗條外觀形狀已由原來的常規(guī)圓柱體變?yōu)楸馄綑E圓狀的紗條見圖3。
圖3 紗條經(jīng)摩擦、擠壓、撫平后的扁平狀
圖4 紗條的正常圓柱、扭曲狀
紗條在外觀形狀變化的同時,紗條表面的纖維發(fā)生混合、均勻,因而紗條在平行極板電容傳感器偏左或偏右位置時的條干均勻度變異系數(shù),均小于紗條在平行極板電容傳感器中間位置時的條干均勻度變異系數(shù),并且紗條在平行極板電容傳感器的偏左或偏右位置時條干均勻度CV%也不相同:紗條在平行極板電容傳感器的左側(cè)位置時僅受到平行極板電容傳感器的一側(cè)的摩擦、擠壓、撫平作用,而紗條在平行極板電容傳感器的右側(cè)時,紗條的一側(cè)不僅受到平行極板電容傳感器的摩擦、擠壓、撫平,紗條的另一側(cè)在進(jìn)入平行極板電容傳感器前經(jīng)過導(dǎo)紗裝置時,還受到了導(dǎo)紗裝置的摩擦、擠壓、撫平,其紗條形狀趨扁平狀,紗條表面的纖維發(fā)生更多的混合、均勻,從而使紗條在平行極板電容傳感器間右側(cè)時的相對線密度AFcv%值最大,條干均勻度變異系數(shù)最小。由此也可以證明,電容式條干均勻度儀其電容量的變化與紗條的體積或外觀形態(tài)緊密相關(guān)。
5.5.2 紗條在平行極板電容傳感器的不同位置受擠壓變形后,不僅條干均勻度CV%不同,且反映長片段不勻的相對線密度AFcv%值也各不相同,其在平行極板電容傳感器的不同位置時相對線密度AFcv%值的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性:紗條在平行極板電容傳感器中間位置時相對線密度AFcv%值最小,紗條在平行極板電容傳感器的偏左、偏右位置時相對線密度AFcv%值,均大于紗條在平行極板電容傳感器中間位置時的相對線密度AFcv%值;且紗條偏左、偏右時,其相對線密度AFcv%值也不等,紗條在偏右位置時的相對線密度AFcv%值大于偏左位置時的相對線密度AFcv%值,即:相對線密度AFcv%值(右)>相對線密度AFcv%值(左)>相對線密度AFcv%值(中)。
紗線捻度的常規(guī)設(shè)計(jì),不同的線密度并不是按統(tǒng)一的比例設(shè)置的,因不同線密度在后加工在織造中的實(shí)際需要,通常的高支紗設(shè)置較高的10cm捻度,而低支紗設(shè)置較低的10cm捻度,故不同線密度的紗線從體積或外觀形態(tài)來說,因不同捻度僅從其直徑或粗細(xì)不能精確地鑒定其線密度;因捻度不同或捻度不勻,而使同一線密度紗條直徑或粗細(xì)不等,等直徑或粗細(xì)的紗條,其線密度不一定相等[3]。造成相對線密度AFcv%值不是與實(shí)際線密度呈精確相關(guān),只是基本相關(guān),這只能緣于其不同線密度的品種,設(shè)置了不同的10cm捻度,致使各品種因捻度不同,其直徑或粗細(xì)不與實(shí)際線密度完全相關(guān)。低支紗因設(shè)計(jì)了較小的10cm捻度,紗條結(jié)構(gòu)不是那么緊密,而使其相對線密度AFcv%值大于其實(shí)際線密度;高支紗因設(shè)計(jì)了較大的10cm捻度,紗條纖維結(jié)構(gòu)相對低支紗緊密,體積或外觀形態(tài)顯細(xì),而使其相對線密度AFcv%值小于其實(shí)際線密度。捻度不同,紗條纖維結(jié)構(gòu)不同,導(dǎo)致其相對線密度AFcv%的cv值與實(shí)際線密度不同,從而可以證明,在紗條等線密度情況下,紗條的體積或外觀形態(tài)不同,則其電容量也不相同。
試驗(yàn)1中C OE36.4texT的線密度是C OE18.2texT的二倍,C 14.6texT的線密度是 C J 7.3texT的2倍,按電容式條干均勻度儀的電容量與紗條橫截面質(zhì)量或纖維量的多少成正比例變化的理論,則相對線密度AFcv%值也應(yīng)該是二倍的關(guān)系,電容式條干均勻度儀所出具的相對線密度AFcv%C值并不是這種關(guān)系,事實(shí)是C OE36.4texT的相對線密度AFcv%值是 C OE18.2texT的2.28倍,C 14.6texT的相對線密度AFcv%值是 C J 7.3texT的2.32倍,從相對線密度AFcv%值來看,低支紗要比高支紗相對線密度AFcv%值實(shí)際比例大,高支紗要比低支紗相對線密度AFcv%值實(shí)際比例小,這要緣于高支紗通常設(shè)計(jì)高捻度,低支紗通常設(shè)計(jì)低捻度,因捻度大小的影響紗條粗細(xì)不同。排除捻度大小的影響,上述樣品的AFcv%應(yīng)與線密度比例緊密相關(guān)。這充分證明:電容式條干均勻度儀的電容量不僅與紗條橫截面質(zhì)量或纖維量的多少成正比例變化,還與紗條的體積或外觀形態(tài)緊密相關(guān)。
5.5.3 條干均勻度CV%與相對線密度AFcv%值都是紗條片段不勻的技術(shù)指標(biāo),前者反映的是紗條的短片段不勻,后者反映的是測試紗條相對線密度的長片段不勻,從以上級兩點(diǎn)還可以得出兩項(xiàng)目存在如下關(guān)系:即紗條在平行極板電容傳感器的不同位置受擠壓變形后,當(dāng)其條干均勻度CV%最小時,相對線密度AFcv%值則最大;相對線密度AFcv%值最小時,條干均勻度CV%則最大,兩者呈反相關(guān)關(guān)系。這緣于紗條擠壓變形中沒有加捻,紗條表面的纖維發(fā)生混合、均勻后外觀形態(tài)變化所致:直徑變粗,紗條由圓柱狀變?yōu)楸馄綘?,由此也證明電容式條干均勻度儀電容量的變化反映了紗條外觀形態(tài)的變化。
6.1 目光檢測法與切斷稱重法受各種因素影響較大,準(zhǔn)確性限低,檢測效率低。黑板條干在實(shí)際質(zhì)量控制中僅有少量應(yīng)用,近幾年在織物仿真方面有一定拓展;切斷稱重法僅用于長片段不勻控制,未來或會被電容式條干均勻度儀的AFcv%所替代。
光電式條干均勻度儀作為一種新產(chǎn)品,在整個紡織過程中只能對細(xì)紗進(jìn)行檢驗(yàn),受環(huán)境條件影響較大,它無法分辨出毛羽和紗線的基干,對于不同的紗線材料,由于其具有不同的光學(xué)性質(zhì),具有不同的輸出信號,造成測量的誤差。雖然是一種新產(chǎn)品,但其應(yīng)用領(lǐng)域及效果并不盡如人意;電容式條干均勻度測試儀不僅能夠反映紗條質(zhì)量的變化,還能夠?qū)⒓啑l捻度不勻?qū)е碌募啑l外觀形狀不同,形成電容式條干均勻度儀電容量的變化,這種不等的電容量反映了紗條外觀形狀不同的信息。
6.2 作為理想的紗線條干均勻度的結(jié)果,不僅要反映紗線須條內(nèi)纖維量的多少,還要反映紗線外觀形態(tài)的變化。條干不勻的基礎(chǔ)是纖維量多少的不勻,電容式條干均勻度測試儀具有優(yōu)勢;僅反映纖維量的大小,不能反映紗線外觀形態(tài)的變化,則不能體現(xiàn)捻度不勻與條干不勻相互影響的事實(shí),這一點(diǎn)光電式條干均勻度具有一定優(yōu)勢;僅反映紗線外觀形態(tài)的變化,沒有纖維量多少為基礎(chǔ),則不能充分反映紡織品后加工過程中紗線外觀形態(tài)的變異,仍會產(chǎn)生紗線條干均勻度與布面外觀質(zhì)量的偏離,也就不會全面、真實(shí)地反映織物外觀質(zhì)量。以紗線須條內(nèi)纖維量的多少為基礎(chǔ),又能夠反映紗線外觀形態(tài)的變化,測試結(jié)果會對織物后加工的受力變形有較好的反映。
電容式條干均勻度測試儀反映紗線外觀形態(tài)可能與傳統(tǒng)理論不相符,但這個觀點(diǎn)不是來自憑空的杜撰,測試數(shù)據(jù)是最真實(shí)、準(zhǔn)確的語言,充分的、系統(tǒng)的、規(guī)律性的測試數(shù)據(jù)產(chǎn)生的理性推斷,可以支持如下結(jié)論:電容式條干均勻度測試儀不僅能夠反映紗線須條內(nèi)纖維量的多少,還反映了紗線外觀形態(tài)的變化,并且外觀形態(tài)的變化有纖維量的多少作為基礎(chǔ),以此可以預(yù)測織物的實(shí)際布面質(zhì)量。
6.3 電容式條干均勻度測試儀不適用于含有導(dǎo)電纖維(金屬絲、碳纖維等)的紗線,電容式條干儀可以檢測紗線條干不勻的最小實(shí)際檢測長度(等效切割長度)為8mm,8mm之內(nèi)的條干不勻無法反映出來,紗條本身含水率的不均勻及其混紡比不勻等會將影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。事實(shí)上短片段不勻是質(zhì)量控制中難以控制的現(xiàn)實(shí)問題,同時8mm之內(nèi)的條干不勻因其長度短,不明顯影響織物外觀。對于含有導(dǎo)電纖維(金屬絲、碳纖維等)的紗線,紗線條干均勻度控制還要借助于其他測試方式,如測長稱重法、目光檢測法等。
[1]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T3292.1-2008“紡織品紗線條干不勻試驗(yàn)方法第一部分:電容法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009
[2]中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局:GB/T3292.2-2008“紡織品紗線條干不勻試驗(yàn)方法第二部分:光電法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009
[3]上海紡織工學(xué)院棉紡組編.棉紡工程(上、下冊)[M].北京:紡織工業(yè)出版社,1980