滌綸拉伸絲的單絲平直、光滑,相互間排列緊密,蓬松性較差,只能用于仿絲型織物,使其的應用受到了限制。為此,采用多種改性方法使它增加新的性能,以擴大其應用范圍。
假捻變形是其中最重要的一種物理改性方法。滌綸假捻變形絲于1955年問世,有高彈絲、中彈絲和低彈絲。其中,低彈絲既有一定的彈性、蓬松性,又有制作外衣所需的幾何尺寸穩定性,應用較廣。
滌綸長絲經假捻變形基本上是生產低彈絲。假捻變形方法有轉子式和摩擦式兩大類。轉子式假捻變形開發較早,產品質量也較好,但生產效率沒有摩擦式高。目前,拉伸絲的假捻變形機大多采用轉子式,亦有用轉子式假捻變形機對POY絲進行拉伸變形。
假捻變形原理
1.假捻
若固定絲條的一端,握持住另一端使其自身轉動,每轉動一圈,絲條就加上一個捻,逆時針方向轉動得到S捻,順時方向轉動得到Z捻。若將絲的兩端均固定,握持住中間部分轉動,以握持點為界,上、下兩部分將分別得到捻數相同、捻向相反的捻。
若絲以運動的方式通過兩端固定點并旋轉握持點,加捻則發生變化,順著絲的運動方向,在握持點以前,絲被加上了捻(假設是Z捻);經過握持點后,則加上與Z捻個數相等的S捻。由于握持點上、下的捻向相反,實際上將握持點以前加的Z捻全部解開。這種先加捻、后解捻的過程稱為假捻。
在假捻變形機上,小轉子是旋轉的握持器,喂人輥和中間輥既固定絲的兩端,又將絲不停地向前輸送。絲進人小轉子前被加捻,出小轉子后被解捻,最終絲上無捻。
2.加熱和冷卻
加熱和冷卻是利用合成纖維的熱塑性獲得假捻效果的必要條件。在假捻過程中的加捻階段進行加熱,其目的是利用分子的熱運動消除因加捻而產生的內應力,使加捻變形固定。另外,絲條受熱后塑性增強,剛性減弱,可以降低加捻張力,便于加捻。
冷卻的目的是使加捻變形得到的塑性變形固定下來。如果處于熱塑性狀態下的絲立即通過旋轉握持器(小轉子),解捻將不起作用,產生蓬松性極差的僵絲。冷卻到二次轉變溫度(玻璃化溫度,81℃)以下時,加捻后的形變已固化,雖經解捻,但每根單絲仍保留原來的卷曲形狀,顯得蓬松有彈性。
綜上所述,假捻變形是利用絲的熱塑性,加捻之后加熱定型,接著進行冷卻,冷卻之后把所加之捻全部解開。由于加捻之后經加熱和冷卻,絲的彎曲形狀已固定,解捻之后絲仍然保持彎曲形狀。
拉伸絲經過出絲張力調整后首先進人切絲器。當有斷頭時,控制器落針下垂,將電路導通,切絲器動作,將絲切斷,防止產生繞輥。喂人輥與中間輥之間是假捻變形區。絲在第一熱箱(變形熱箱)中被加捻和加熱,經冷卻區后,穿過假捻裝置的小轉子中心孔和橫銷后被解捻。
絲離開中間輥后即進入定型區。經過解捻后的絲從第二熱箱(定型熱箱)中穿過,完成定型。出絲輥與輔助輥之間為定型絲穩定和卷繞張力調節區,絲在這個區內穿過斷絲探測器。經過假捻變形的絲從輔助輥送出,經過上油輥到筒子架,卷繞在筒管上。
在整個變形工藝流程中,絲路較長。為便于操作、降低設備高度和占地面積,生產中采用按流程迂回前進的辦法。
假捻變形工藝條件
假捻變形的主要工藝條件可歸納為四個,即捻度(Twist)、張力(Tension)、溫度(Temperature)、時間(Time),由于它們英文名稱的第一字母均為T,所以常稱為四“T”。
在設定工藝條件時,既要考慮假捻變形絲的質量,又要考慮可加工性。設定的順序首先是捻度和第一超/欠喂率(斷頭、上染率、強度等均與之有關)。
捻度確定以后,即可根據假捻機的性能和操作水平決定小轉子轉速和車速。然后根據對成品的卷曲特性和染色性能要求決定第二超/欠喂率和第一、第二加熱器的溫度。最后確定卷繞超欠喂率和其他成形條件,以期得到成形良好的筒子。
1.捻度
捻度是假捻變形絲假捻度的簡稱。捻度高,變形絲卷曲細密,外觀蓬松,手感柔軟,總卷曲率高,但強度下降,加工中易產生斷頭,易產生捻度不勻和疊捻。捻度低,變形卷曲稀疏,卷曲螺距大,外觀毛糙,蓬松性差,但加工中斷頭少。捻度高到一定程度,還會因加捻界區的剪切應力過大造成變形絲強度大幅度下降。
捻度與原絲的線密度有關,通常按下列經驗公式確定:
式中:α為捻度系數(0.85~1.0);T為假捻度(捻/m);D為原絲線密度(dtex)。
在實際生產中,由上式計算的捻度還需根據生產和產品質量進行適當調整。
捻度是由小轉子帶動絲旋轉得到的,捻度值等于轉子轉速除以中間羅拉的線速度。小轉子轉速的波動或者張力波動均會造成捻度不勻。捻度不勻是染色不勻和其他不勻的原因之一。為了保證捻度的均勻性,小轉子轉速波動控制在2%以內。
2.張力
(1)加捻張力和解捻張力 加捻張力是指從喂人輥至小轉子之間加捻區的張力,解捻張力是指從小轉子橫銷到中間輥之間解捻區的張力。加捻張力和解捻張力是原絲性能、設備和工藝條件的綜合反映,其中第一超/欠喂率的影響最大,可以通過調節第一超/欠喂率來調節加捻張力和解捻張力。
在假捻過程中,加捻張力和解捻張力應盡可能低一些。因為低張力下加工而成的低彈變形絲卷曲直徑大,卷曲細密,蓬松性和集束性好,強伸度適中,染色吸色性高,并能減輕絲路中易損件的磨損,減少毛絲。
但加捻張力和解捻張力太小,會使氣圈變大,絲與加熱器接觸狀態不穩定,加熱不勻,導致張力波動大、捻度不勻和染色不勻,并產生難以通過小轉子的捻結,造成斷頭。加工速度愈高,這種現象愈嚴重。因此,車速提高時應適當減小第一超/欠喂率。另外,張力過低生頭困難。
實際生產中常將加捻張力控制在0.07~0.22 cN/dtex范圍內,最好為0.09~0.1cN/dtex,相應的第一超喂率為2%~4%。
解捻張力除受加捻張力的影響外,還與轉子橫銷的材質有很大的關系。橫銷摩擦阻力小,解捻張力低。實驗證明藍寶石橫銷較理想。此外,原絲的特性,如楊氏模量、單絲根數、油劑種類和絲條的含油量以及絲條與橫銷的包角,均對解捻張力有很大影響。解捻張力一般為加捻張力的3~4倍。
解捻張力與加捻張力之比(K值)是衡量操作穩定性的尺度。如此值過小,則加捻效率(實際捻數與給定捻數之比)低過大,則因摩擦阻力升高,易產生斷頭、毛絲、緊點等疵點。
(2)定型張力 定型張力是指中間輥與出絲輥之間的張力,由第二超喂率調整,一般超喂率為10%~20%。
隨著第二超喂率增加,變形絲的卷曲性、豐滿性、集束性和染色性變好,但殘留扭矩有增大的傾向。若超喂率太大,如大于30%,易出現繞輥,影響加工,還會造成熱定型不勻,影響染色性和蓬松性。
若超喂率太小,變形絲的蓬松性顯著變差,如小于8%,將幾乎看不出卷曲。另外,變形絲的抱合力隨第二超喂率的減小而變差,到一定程度,將出現圈絲。
(3)卷繞張力 卷繞張力是指從出絲輥到卷繞筒子間的張力。有的設備裝有輔助輥,將卷繞絲分成兩段分別調節其卷繞張力。卷繞張力不僅關系到筒子成形的好壞,而且關系到染色性和織造時的退繞性。
卷繞張力大,筒子密實,硬度高,退繞性好,但絲的彈性和染色性差。卷繞張力小,運輸過程中易塌邊損壞。卷繞張力一般控制在0.07~0.11 cN/dtex之間。
3.溫度
(1)第一熱箱溫度 絲條在第一熱箱中為接觸加熱,它的溫度與假捻變形絲的卷曲性和染色性有重要關系。隨著溫度的升高,加捻張力小而均勻,解捻后卷曲形狀保持充分,卷曲性能好,但強度有下降的趨勢;染色吸色性則先降低后升高。綜合考慮,第一熱箱溫度一般取190~220℃為宜。
(2)第二熱箱溫度 第二熱箱也稱定型熱箱。絲條在第二熱箱中是非接觸加熱。變形絲在第二熱箱中處于低張力狀態,假捻產生的卷曲絲網有自由收縮的機會,卷曲力弱的絲圈會因收縮而消失,變形絲的卷曲性降低。
但經過第二熱箱定型,可進一步消除卷曲應力,使卷曲更加牢固,尺寸穩定性變好,殘留扭矩減小,加之結晶的進一步完善,沸水收縮率降低。
第二熱箱的溫度通常在第一熱箱溫度士15℃的范圍內選擇。溫度低,卷曲性好;溫度高,卷曲性差。若卷曲性差,染色性能也會變差。
(3)車間溫濕度 變形車間的溫濕度對變形絲的質量無明顯影響,但與加工性能有一定關系。溫度太高或濕度太低,操作困難,易斷頭。特別是溫度、濕度波動大時,更為明顯。車間空調應著重于如何保持原絲架溫濕度的穩定,其控制值可視季節而定,以節約能源。一般溫度控制在25℃,相對溫度為70%。
4.時間
(1)變形加熱時間 要使絲條達到一定溫度,除與變形熱箱的溫度有關外,還與絲條在熱箱中的停留時間有關。實驗證明,使絲條達到預定溫度的時間至少需要0.18s。一般控制在0.2~0.6s范圍內。也可提高溫度,縮短變形加熱的時間,提高生產效率。
(2)冷卻時間 冷卻時間由車速和冷卻區長度決定。冷卻時間短,絲條冷卻不到玻璃化溫度之下,影響解捻。冷卻時間長,需增加冷卻區長度或降低車速,使設備復雜,生產效率低。一般控制在0.1~0.3s,保證絲條溫度低于81℃即可。
(3)定型時間 定型時間由車速和定型熱箱長度決定。定型時間不應小于0.24s。在第二熱箱中,因解捻后的絲條有較大的卷曲受熱面積,加熱效果較好,采用0.3~0,4s的時間可
完成定型作用。第二熱箱的長度通常設計為第一熱箱長度的70%左右。