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1、2018/9/12,1,化纤长丝及变形 空气变形 Air-jet Texturing and yarns,2018/9/12,2,空气变形加工是通过机械方法将连续长丝变成交缠、转曲、膨松的仿短纤维纱线结构。应用冷气流完成的空气变形加工被称为“冷流变形”。,概述,2018/9/12,3,将长丝纱以一定的超喂率喂人紊流式空气喷嘴，从而使多余长度形成丝圈或丝弧，与成纱主体结构有机结合。由突出于纱线表面的圈弧形成的仿短纤纱外观是空气变形纱的主要特性。 由于这种变形加工不需要热源，因此热塑性和非热塑性长丝纱都可以加工，如锦纶、玻璃、碳和金属纤维等，可加工的纱线范围非常广。空气变形也能在加工过程中混合各种
2、长丝纱。这一多功能性给变形加工提供了远远超过其他种类变形的可选范围。,2018/9/12,4,2018/9/12,5,19602003年变形速度与能量消耗的演变,2018/9/12,6,全球变形纱装机锭数,2018/9/12,7,Figure Shares of the most important texturing processes 主要变形加工技术的市场份额,2018/9/12,8,空气变形原理和喷嘴,2018/9/12,9,超喂长丝加湿后进入喷嘴，在喷嘴内紊乱的不均匀高速压缩气流作用下，单丝互相分离,并从喷嘴出口末端吹出，最后形成表面具有交缠圈弧等短纤纱结构的变形纱。,非均匀超音速湍
3、流,空气变形加工基本原理,2018/9/12,10,应用了超喂原理，即从筒子架供应的原丝以大于其卷绕速度喂人喷嘴。为了达到这一超喂程度，原丝通过喂人罗拉系统FRl的速度高于输出罗拉系统FR2的速度。超喂长丝进入喷嘴并形成变形纱。,喂人罗拉和喷嘴之间的区域为“喂人区”，喷嘴和输出罗拉之间的区域为“输出区”。,变形加工过程,2018/9/12,11,空气变形喷嘴,为研制的第一个申请了专利的喷嘴。这个喷嘴设计，几乎涵盖了现代Taslan喷嘴的所有特征。它有一个轴向纱线喂人装置，但压缩空气由侧面人口进入喷嘴体。另外，它也有一个平板型挡体。不过，其内部结构没有根据流体力学的原理进行设计，因此气流损失严重
4、，变形不充分。,2018/9/12,12,随着喷嘴内表面空气动力学设计的改善，以及缩放型喷管的应用，喷嘴的设计取得了持续突破，TaslanX型喷嘴逐渐在市场推出,2018/9/12,13,在喷嘴出口处引入挡板、挡柱和挡球等外部挡体，是喷嘴发展的另一个阶段。,2018/9/12,14,该喷嘴的设计中，空气通过3个进气孔进入喷嘴主通道，并在这3个进气孔内撞击喷嘴内的喂人纱。因为StandardCore HemaJet喷嘴没有可调节部件，按加工允许公差，就能较好地实现喷嘴之间的一致性。 后来，Heberlein推出了T100、T311、T341、T110、T140和T350等其他喷嘴，名称中的第一个
5、数字表示喷嘴有一个或者三个进气孔。这些适用于加工服装用纱的喷嘴，用气量大大降低。,2018/9/12,15,喷嘴内气流场 Air Flow in the Nozzles,2018/9/12,16,Demir研究了图818中所示的StandardCore、T100和T341这3种HemaJets喷嘴以及TaslanXIV型喷嘴内的气流性能。,2018/9/12,17,不同供气压力下StandardCore、T100、T341和TaslanXIV型喷嘴出口处的轴向速度分布,径向距离,2018/9/12,18,供气压强为0.7MPa时的三维速度分布图,2018/9/12,19,喷嘴的中心线速度波动情
6、况横坐标为dx，d一喷嘴芯管内径喷嘴的中心线速度波动情况，说明有冲击波现象发生。不同的喷嘴，冲击波的强度也不同，而且冲击波会影响速度分布,2018/9/12,20,StandardCore HemaJet喷嘴沿轴向的静压分布,静压分布说明喷嘴内气流在进气孔附近的状态非常复杂，是形成主气流不对称和不均匀性的重要原因。尤其在工作压力较高的条件下，主气流的静压高于大气压力，并突然膨胀到环境大气压力，引起膨胀波。而次级气流的情况相反，不管工作压力多大，次级气流的压力迅速降低至大气压力。,2018/9/12,21,丝圈形成机理和过程 Loop Formation Mechanism and Proces
7、s,2018/9/12,22,单丝l是速度最快的单丝，相对于其他单丝的纵向位移最大，从喷嘴吹出后，它离喷嘴的距离最远，形成膨松的弓形或弧形。 在气流作用下，单丝相互缠结，结果，单丝1在变形纱中形成固定丝圈L1。新形成的丝圈了L1使单丝1的张力增加，因此使单丝位置发生变化，另外还影响喂人纱总张力。同时，由于湍流和单丝张力的变化，单丝通过喷嘴时的位置发生变化，因此，单丝2处于较大的拖曳力作用下，此时，单丝2成为速度更快的单丝，以至被吹出，与其他单丝发生纵向位移，形成膨松弓形或弧形当单丝2同样缠结成固定丝圈L2时，单丝3开始进入类似的丝圈形成过程,2018/9/12,23,从喷嘴送出的5根单丝，在任
8、何一个瞬间，假设由于作用于这些单丝上的流体力较大，它们将比其他单丝以更快的速度移动。由超喂提供的自由长度，使运动速度较快的单丝相对于运动速度较慢的单丝发生纵向滑动和位移。 当单丝形成丝圈后，所得变形纱长度变短，并产生张力因而，单丝沿中心线从喷嘴吹出的速度大大高于变形速度，纱线输出方向与喷嘴轴线垂直。位于喷嘴中的单丝尾端以很高的速度从喷嘴吹出，而单丝头端处于缓慢移动的变形纱中心。所以，这些单丝在自身所受的气流力作用下成圈成弧。然后，这些单丝与其他送出的单丝互相缠结，在变形纱中形成固定的稳定丝圈。 这些单丝形成丝圈后固定在变形纱中，长度变短，张力增加。由丝圈形成及随后的缠结而导致的张力增加，使得已
9、形成丝圈的单丝转移至纱线中心。瞬间后，紧跟在已缠结单丝之后的纱段张力，由于超喂而下降，这些丝可能被气流吹出而形成新的丝圈。因此，每根单丝在不同瞬间均经历这种过程，循环重复,2018/9/12,24,只考虑了单根丝从喷嘴吹出，在某个时刻，A点是单丝的尾端，一离开喷嘴就形成弓形，并以气流速度运动，即单丝速度Vf；B点是单丝的头端，以变形速度向下运动，即变形纱速度Vy。据估计，两速度之比为VfVy10。在单位时间内，A点和B点分别运动至A和B，如图 (b)所示。在这段时间内，单丝吹出的长度(即A和A之间的距离)由单丝速度Vf和超喂提供的单丝多余长度决定,而BB，段的长度则由变形速度Vy，决定。A点和
10、B点之间的单丝长度L0变为(L0+L)。,2018/9/12,25,工艺和设备 Air-jet Technology and Machine,2018/9/12,26,Single-end texturing单股空气变形；单股变形表示一股原丝喂入变形喷嘴，所得变形纱输出后卷绕，称为单股空气变形纱。 Parallel texturing平行型空气变形，两股或两股以上原丝以相同超喂率喂人喷嘴，因此可以将不同材料的原丝混合；或者，单丝线密度或单丝根数不同的相同原丝混合；或者，横截面形状不同的原丝混合。由于各组分的超喂率相同，平行型空气变形工艺制得的变形纱的膨松度非常均匀，称为平行型空气变形纱。 (3
11、) Core-effect texturing皮芯型空气变形：空气变形的多功能性可通过皮芯型空气变形工艺加以实现。以较低超喂率喂人喷嘴的一股或多股原丝形成纱芯，以较高超喂率同时喂人同一喷嘴的另一组原丝则赋予变形纱理想的膨松性能，称为皮芯型空气变形纱。,2018/9/12,27,2018/9/12,28,除基本变形工艺之外，空气变形纱机还配备了各种特殊装置，比如适用于加工POY原丝的拉伸装置(图826 a)、热定形加热器(图826 b)、自由纤维端头加工装置(即Texspun，图826 c)，以及花式纱装置、在线质量检测和机械落筒等。,2018/9/12,29,空气变形纱机有很多不同外形和构造，
12、主要可分为两大类：(1)生产特殊纱线的单锭传动变形纱机 单锭传动变形纱机的特征是可以加工的纱线范围非常广泛，每个锭位可通过不同设置而生产不同纱线。(2)用于批量生产的集体传动变形纱机大多数假捻变形纱机都可以经改造后用于空气变形加工。,2018/9/12,30,空气变形工艺参数 Air-jet Texturing Process Variables,1 Supply Yarn喂入原丝 2 Overfeed超喂率 3 Air Pressure供气压力 4 Wetting of Supply Yarn原丝给湿 5 Heat-setting热定形,2018/9/12,31,单丝线密度对丝圈形成的影响,
13、长丝直径增加时，流体力成比例增加，克服惯性所需的力随直径的平方而增加。相应地，长丝直径减小，长丝从喷嘴吹出的速度加快。另外，直径较小的长丝，其弯曲刚度较低，在丝圈形成过程中，更易弯曲或产生其他变形，这有利于变形。对于线密度相同的喂人纱，单丝线密度低，则单丝根数多，这会增加单丝内部交缠的可能性。所有这些因素都说明：由细线密度单丝组成的喂人纱，变形效果更令人满意,2018/9/12,32,圆形、椭圆形和中空横截面丝的二次矩、表面积、投影面积的比较 对直径二次矩 极惯性矩 表面积 投影 面积,n为椭圆横截面的长直径与短直径之比或中空一圆形(环状)横截面的外直径与内直径之比。 作用于椭圆形丝的拖曳力比
14、作用于相同线密度圆形丝的拖曳力大。长短直径之比越大，拖曳力就越大。根据类似论据，对于中空横断面丝(表8-4)，也将产生更大的拖曳力。,2018/9/12,33,成纱丝圈数,应用最广泛的原丝是涤纶、锦纶和丙纶。 不同的原丝材料同样影响变形效果。以单丝线密度及根数相同的涤纶、锦纶和丙纶为原料，选用相同的工艺参数进行空气变形加工，测得的成纱丝圈数列于表85中,2018/9/12,34,不同原丝材料的扭转刚度和弯曲刚度,表86所示为不同原丝材料的扭转刚度和弯曲刚度，锦纶66的扭转刚度和弯曲刚度最低，丙纶最高。这就是锦纶最容易形成丝圈的原因(,2018/9/12,35,不稳定度I和不稳定度II,表87表
15、示锦纶空气变形纱的不稳定度I和不稳定度II都比涤纶空气变形纱和丙纶空气变形纱高，这是因为锦纶的静摩擦系数低于涤纶和丙纶,2018/9/12,36,静摩擦系数,2018/9/12,37,超喂率对成纱表面丝圈和交缠段的影响,当超喂率为510时，可以形成丝圈的长丝长度实际上是很小的。因此，变形效果不良，成纱表面的丝圈数非常少，纱芯交缠程度轻微。超喂率增大时，长丝超喂长度增加，所形成的更多丝圈将成纱表面覆盖，纱芯交缠剧烈，,2018/9/12,38,2018/9/12,39,超喂率对空变纱结构稳定性的影响/不稳定值与超喂率的关系,提高超喂率将导致丝圈尺寸变大和丝圈数量增多，这使得成纱线密度增加，但不稳
16、定度I和下降(见图829)，因为丝圈高度越大；数量越多，这些丝圈在作用力下被去除的可能性越大，即不稳定值大，这不利于产品的最终应用。,2018/9/12,40,稳定区张力与超喂率的关系当超喂率过高时，长丝形成的圈弧过大，纱线张力急剧下降(见图830)，这会破坏丝圈的形成。,2018/9/12,41,超喂率对空变纱强伸性能的影响 超喂率为10时，由于交缠和丝圈成形不良，大多数单丝近似伸直状态，能承担更多的负荷，因此强度下降仅为29。当超喂率提高至20时，变形效果迅速增强，交缠紧密，空变纱的强度下降约45。,2018/9/12,42,图832表示超喂率对空变纱强伸曲线的影响。超喂率为9时，强伸曲线
17、上出现小幅度波动；随超喂率增大，锯齿形波动幅值增大，锯齿形波动的频率也增加。,2018/9/12,43,供气压力提高时，气流速度加快，因此长丝速度增加，从喷嘴吹出自由长丝所需的时间变短。 供气压力提高，也会增加单丝分离的可能性，有利于单丝间交缠、变形。 而且，供气压力提高，会加大单丝上作用力之间的差异，增大纵向相对位移，提高丝圈成形频率，在高速非均匀湍流中，单丝的交缠过程也变得更有效。 低供气压力制得的变形纱，丝圈少而大，而高供气压力制得的变形纱，丝圈多、纱芯结构紧密。所以，提高供气压力可改善变形效果。 图833所示为供气压力对空变纱不稳定性的影响。供气压力提高，纱线不稳定性下降，尤其是超喂率较大时，成纱稳定性得到明显改善。,
