影响纱线强度的因素分析

经过对纱线断裂过程及强力的分析可知，纺纱原料的性能和成纱结构等对短纤纱的强力都有影响。另外要注意，从提高织机运转效率的角度看，纺纱过程中对强力不匀率的控制往往比提高纱线强力重要。一般如果纱线的强力不匀率大，即使成纱平均强力大，但由于纱线上存在较多的弱节部分，会造成织机断头增加，织造效率下降，甚至影响正常的织造，尤其是生产细薄织物时影响更大，因此，降低成纱强力不匀率也是纺纱过程中的重要任务。本节将综合分析纺纱过程中对成纱强力和强力不匀的影响因素。

（一）纤维原料

1.纤维长度 在拉伸至断裂时的短纤纱中，纤维的表面滑动摩擦阻力从其头端开始逐步累积到等于纤维本身断裂强力时的长度，称为“滑脱长度”。滑脱长度的大小影响着短纤纱中纤维的强度利用系数。纤维越长，头端长度占总长度的比例较小，纤维的强力利用率较高，纱线的强力增加。

当纤维长度小于或等于2倍的滑脱长度时，该纤维在纱线中不能被握持，将大大降低短纤维纱线的强度。同时，纺纱过程中短纤维数量多会恶化成纱条干均匀度，进一步降低纱线强力。表1-42所示为纺19.4tex经纱时纺纱原料中短纤维含量对成纱强力和强力不匀的影响，可见，控制原料中短纤维的含量很重要。棉纺厂常采用的短纤维界限为16mm或20mm，毛纤维中以30mm以下作为短纤维，苎麻纤维则以40mm以下作为短纤维。

表1-42　短纤维含量对成纱强力和强力不匀率的影响

2.纤维线密度（细度） 当成纱线密度相同时，纺纱所用纤维越细，一方面成纱截面内的纤维根数增加，另一方面细纤维较柔软，在加捻过程中纤维的内外转移充分，各根纤维受力较均匀，相互之间抱合紧密。这些都增加了纤维之间的接触面积，提高了纤维间的抱合力和摩擦力，有助于在拉断纤维过程中，提高纤维的强力利用率。纤维的细度不匀对成纱强力也有影响，纤维的细度不匀率大，则成纱强力会下降。

但是，如果成纱线密度不同，纤维细度对成纱强力的影响程度不同。纺细特纱时，由于纱线截面内纤维根数较少，所以选择细纤维对提高成纱强力的影响较显著；纺粗特纱时，成纱截面内纤维根数较多，纤维间有足够的抱合力和摩擦力，所以此时再选用细纤维来增加成纱截面内的纤维根数，对提高成纱强力的影响较小。

成纱强力不匀也受纤维细度的影响（表1-43）。在棉纤维品质长度变化不大时，单纱强力不匀率随纤维细度增加而增加。

表1-43　原棉纤维细度对单纱强力不匀的影响

3.纤维摩擦因数 当纤维表面摩擦因数增加时，产生滑动摩擦阻力迅速增加，所以，纤维的强力损失较小。天然纤维中棉纤维的天然转曲、毛纤维的天然卷曲使其具有较好的可纺性，化学短纤维可利用其热塑性获得机械卷曲，能使纺纱过程顺利进行，并有利于提高纱线品质。

4.纤维强度 在其他条件相同的情况下，单纤维强力高，成纱强力也会高。对于天然纤维，当单纤维强力增大到一定程度后，再增加纤维强力，成纱强力不再显著上升，一般单强高的天然纤维，纤维线密度大，纤维柔软性下降，且纱条截面内纤维根数减少，使得成纱强力增加不显著。

5.棉纤维天然转曲 棉纤维在生长发育过程中，微原纤沿纤维轴向螺旋排列，因而棉纤维具有天然转曲这一形态特征。天然转曲使棉纤维具有良好的抱合性，进而影响纱线的强力。

（二）纱线均匀度

1.纱线条干均匀度 细纱条干不匀率对单纱强力不匀率的影响显著（表1-44）。

表1-44　细纱条干不匀率对单纱强力不匀率的影响

条干不匀值高，必然使粗细节增加。经验表明，纯棉纱易在细节和大棉结地方发生断头，而涤棉纱易在粗节或粗细节拐点的地方断头。这是因为大棉结为未完全分离的纤维，涤棉混纺纱粗节处的棉纤维大于混纺比规定，所以这些地方成为应力集中点。另外，粗细节处加捻程度不同，细节部分加捻多，纤维间摩擦抱合力大，受外力拉伸时承受的力大，一般为高强段；粗节部分加捻小，一般为低强段。这就是大棉结和粗节是成纱强力薄弱环节和发生断头的主要原因。因此，条干均匀度是提高纱线强力和降低强力不匀率的基础。

2.细纱重量不匀率 细纱重量不匀率是造成管纱之间强力不匀的重要因素，一般细纱重量不匀率应稳定在2%以内，才能避免突发性的不匀超过标准。

（三）细纱捻度

由环锭纺纱的加捻过程可知，从前罗拉输出的纱条呈扁平形状，纤维可看作平行纱轴方向，加捻使扁平形状纱条成为近似圆柱形的细纱，并使纤维发生倾斜与扭转，即纱条结构发生了变化，这种变化直接影响纱线的强力。加捻过程中，加捻区的纱线具有一定的纺纱张力，纱线中纤维呈圆锥螺旋状，因而纤维平行伸直和内外层转移的机会增多，故对成纱强力有力。

图1-21　细纱捻度与成纱强力的关系(https://www.xing528.com)

但是，捻度对细纱强力的影响并非完全是积极作用，如图1-21所示。捻度对强力的影响主要体现在两个方面。一方面，在临界捻度以下时，成纱强力随着捻度的增加而增加。这是因为捻度的增加使纤维间摩擦阻力增加，则细纱在拉伸过程中断裂纤维根数增加，提高了纤维的强力利用率；另一方面，当超过临界捻度后，随着纱线捻度的增加，成纱强力反而呈现下降的趋势。这是因为捻度的增加使纤维捻回角随之增大，则细纱中纤维的轴向承受的有效分力降低，捻度过大还会增加纱条内外层纤维的应力分布不匀，加剧纤维断裂的不同时性，从而降低了细纱的强力。

（四）混纺比

混纺纱的强度与纤维的性质、纱线结构以及纤维的混纺比有关。其中纤维混纺比对纱线强度的影响尤为明显，这是因为当混纺纤维和纱线结构一经确定后，仅选配不同的混纺比，就会使混纺纱的强度性能有明显改变。

纤维的混纺比对混纺纱强度的影响往往与混纺纤维的伸长差异所造成的断裂过程有关。因为短纤维纱线的断裂主要是纤维的断裂和纤维间的滑脱，而纤维间的滑脱主要取决于滑脱长度，它与纤维含量多少无关。所以，在讨论混纺比和混纺纱强度关系时，为了简化问题的分析，可以只考虑纱的断裂是由于纤维的断裂而引起的，并假设纱中的纤维是混和均匀的，各纤维的粗细是相同的。

当混纺纤维的断裂伸长率差异较大时，设断裂伸长率较小的纤维为A，断裂伸长率较大的纤维为B，则混纺纱受力时，A纤维首先受较大力，B只受较小力，待继续拉伸后，A与B纤维受力均增加，并可能出现A受力继续大于B或B受力已大于A。但由于A伸长小，便总是先到达自身断裂伸长率而先于B断裂。接着，全部外力迅速转至B，则B可能紧接着断裂，也可能并不断裂且受力继续上升后至自身断裂强度时才断裂。由此可见，当混纺纤维断裂伸长率较大时，混纺纱的断裂过程有两个阶段：第一阶段为A先断裂；第二阶段为B断裂或不断裂。由于各成分纤维断裂的不同时性，混纺纱的强力并不等于各成分纯纺纱强力的加权平均值，而总是低很多。同样的混纺成分，混纺比不同时，在某一混纺比处存在混纺纱最低强力点，此时的混纺比称为“临界混纺比”，其数值要通过试验确定。

当混纺纤维的断裂伸长率差异较小时，由于纤维几乎同时断裂，所以混纺纱拉断过程中不存在如上所述的两个断裂阶段，则混纺纱的强度如式（1-21）所示。

式中：P——混纺纱的最终强度；

P1、P2——A、B纤维的单纤维强力；

N1、N2——A、B纤维在混纺纱中所占比例。

可见，当两种纤维的单纤维强力不相等时，混纺纱的强力随混纺纱中强度大的纤维所占比例的增加而增加；当混纺纱中单纤维强力相等时（P1=P2），则混纺纱的强力与混纺比无关。

图1-22　混纺比与成纱强力的关系（涤/棉）

从提高混纺纱强力的角度考虑，各混纺成分纤维的强力和伸长应愈接近愈好。以涤棉混纺纱为例，如图1-22所示。选用高强低伸型涤纶与棉混纺时，因涤纶的强度和初始模量比棉高，能提高纤维强力利用率，成纱强力高，还能提高纺纱和织造生产效率；选用普通型涤纶与棉混纺时，因涤纶的断裂伸长和断裂功比棉大，能提高织物的强韧性与耐磨性，但纤维强力利用率则降低，成纱强力也降低。目前多采用中强中伸型涤纶与棉混纺。

（五）合股

n根单纱并和不加捻，则其强力一般无法达到原单纱强力的n倍。不同并合数时单纱强力利用率见表1-45。这是因为各单纱的伸长率不一致，伸长率小的单纱应力较集中。

表1-45　不同并合数时单纱强力利用率

图1-23　股线捻系数对股线强力的影响

当纺制股线时，如果股线捻向与单纱捻向相同，则股线加捻类似于单纱继续加捻；如果股线捻向与单纱捻向相反，开始合股反向加捻使单纱退捻而结构变松，强力下降。继续加捻时，纱线结构又扭紧，且由于纤维在股线中的方向与股线轴向的夹角变小，提高了纤维张力在拉伸方向的有效分力，股线反向加捻后，单纱内外层差异减小，外层纤维的预应力下降，使承担外力的纤维根数增加。同时，单纱中的纤维甚至是最外层的纤维，在股线中单纱之间被夹持，使纱线外层纤维不易滑脱或解体，因而股线强力增加，常超过组成它的单纱强力之和。一般，双股线中的单纱平均强力是原单纱强力和的1.2～1.5倍（增强系数），三股线的增强系数为1.5～1.7倍，具体取决于捻度大小、捻向、单纱的线密度、加捻方法和捻合股数等。股线捻系数对股线强力的影响如图1-23所示。

（六）车间温湿度

纺纱车间的温湿度变化会影响粗纱或细纱回潮率的变化，从而影响成纱强力和断头。如果回潮率过低，水分太少，纤维或纱线的刚性变大，易发脆，加工时易断裂。一般来讲，为提高纱线的强力，而且改善细纱条干和外观，纺纱应在纱条回潮率适当偏高的条件下进行，此时，纤维的刚度降低，纤维变得柔软，易变形，同时纤维表面摩擦因数也会因回潮率的增加而变大，使纤维易被牵伸机构控制，提高纤维平行伸直度，从而增加纤维间的抱合力和摩擦力，使棉纱强力提高。另外，纤维在回潮率增大时，绝缘性能下降，电阻降低，有利于消除纤维在纺纱过程中因摩擦而引起的静电排斥现象，也能增加纤维间的抱合力和均匀性。但是，回潮率不宜过大，否则会因水分太多而缠绕胶辊和罗拉。

细纱车间的温湿度条件应使加工时处于放湿状态为好。加工棉纱时，一般细纱回潮率不低于6%，纺纱车间的温湿度一般以温度26～30℃、相对湿度55%～60%为宜。