新型轨道钢丝弹性毛纺针布开发与应用

新型轨道钢丝弹性毛纺针布开发与应用

刘云岗、贾杰敏 [金轮针布（江苏）有限公司]

0     前言

纺毛纺工程有两个关键的工序，即粗纺梳毛和细纱。因经粗纺梳毛工序制成的粗纱，将直接供细纱机纺成毛纱，因此梳毛工程质量的好坏，决定着最终粗纺毛纱的质量^［1，2］。我们在湖州地区市场调研发现，该地区有以下特点：以家庭为单位的个体户，一般以来料加工为主，原料杂、品质差，原料以开松化纤为主，成品品种多批量小，纱号从116.6~19.4 tex不等；虽然每家只有1~2条生产线，但该地区市场总量在500条生产线左右；使用的梳毛机型号大都是BC272型，设备精度差，有部分厂家在BC272型基础上进行改造，以提高设备精度。毛纺厂一般集中在春节期间对设备进行平车保养，更换器材。在实际生产中，客户反馈不同厂家的弹性毛纺针布，均易出现仰针、断针、磨针周期短；有的因毛条毛粒和条干指标恶化，不得不提前更换针布，耽误了旺季的生产。虽然影响粗纺梳毛毛条质量的因素很多，例如加工原料、梳毛机的结构、上车工艺（各辊筒之间的隔距、速比）、弹性针布的规格和配套等等。但为了满足该地区生产实际需要，我们从针布规格和针布配套两个角度进行探讨尝试，并投入市场验证。

1     轨道钢丝

所谓轨道钢丝，最早出现在日本金井技术资料里，顾名思义，钢丝的截面形状像跑道由两个半圆及中间的矩形组成，这种截面的钢丝有人称为“小扁钢丝”。我公司采用德国萨斯特公司优质的线材进行开发，常用钢丝号数为28/30、29/31、30/32、31/33、32/34。目前钢丝各项指标（抗拉强度、硬度、尺寸公差、表面质量）均达到公司“先锋”水平。

2     轨道钢丝针布设计开发

2.1   梳理过程中钢针受力分析

以针布之间的分梳作用为例，图1为梳理过程中钢针受力分析图，U为法向力，包括离心力、各滚筒之间纤维层受挤压产生的弹力；R为切向力，即梳理力。近似作用于针布切向；N为钢针工作面对纤维的反作用力，垂直于工作面；f为纤维与钢针的摩擦力，纤维向针面外移动时，其方向由针尖指向针根；纤维向针根移动时，其方向由针根指向针尖；F为底布对钢丝的支撑合力，即底布对钢丝的弹性恢复力^［3］。

（1）由图1可知，Y轴方向的力主要受针辊的直径和转速、针布工作角、梳理纤维的品种和毛网定量影响。通过对针布工作角度的优化设计，可以确保离心力和纤维与钢针之间的摩擦力达到平衡，使纤维始终处在针尖受分梳状态。

图1    梳理过程中钢针受力分析

（2）在针布实际使用过程中，真正影响针布性能的是X轴方向的受力情况。弹性带条针布是在一定张力的条件下包卷在梳毛机各滚筒上，在梳理过程中，钢针可以近似看成以A点为支点的悬臂梁。为了平衡脉冲梳理力R对A点产生的转矩，底布对钢丝支撑合力F对A点产生反向转矩。如梳理力R超出底布对钢针的最大变形能力，钢针就会产生变形。如果钢针的抗弯强度大，但弹性不好。则会造成以下不良影响：为了平衡过大的梳理力，在超出底布弹性形变范围后，底布进一步产生塑性变形，使底布伸长，针孔变大。因此底布会加速变形老化，对钢针的握持力下降，造成浮针，同时也增加了底布断裂的概率。

（3）因为两种材料相互作用，软材质优先发生变形，针布钢丝的硬度远大于底布的硬度，而底布中发泡面的硬度又小于棉布的硬度。因此如图2所示，左图是在底布弹性形变范围之内，钢针没有发生变形；右图是当底布超出弹性形变范围之后，钢丝也产生一定变形，钢针上膝被抬高，弯膝圆弧半径变大，下膝则视梳理力R的大小，从底布上表面向下，逐渐发生弯曲变形。如果钢针的弹性不够，一方面会将长纤维拉断，进而影响毛条短绒和毛粒指标；另一方面，还会造成钢针发生塑性变形，即仰针现象。

图2    钢针受力变形

综上所述，在底布性能和梳理环境一致的情况下，钢针需要有足够的抗弯强度和弹性。如表1所示，因轨道钢丝独特的截面形状，与同材质和加工工艺的钢丝相比，其截面抗弯模量优于圆钢丝，弹性又比常用的椭圆钢丝好，兼顾了抗弯强度和弹性性能。

2.2   轨道钢丝毛纺针布开发

2.2.1 弹性毛纺针布植针工艺要求

弹性毛纺针布的加工流程为：配料→植针→首检→磨针→磨针检验→整检→淬火→切包。因为异型钢丝截面纵横向线径不等，对异型钢丝毛纺针布的制造关键是植针部分，因此在植针时需注意以下几点。

(1) 对针头的线径要求高。线径过小，钢针植不进底布，造成别针、行列不清晰等；线径过大，底布对钢针的握持性能不好，在使用过程中易倒针、乱针，缩短针布的使用寿命。

(2) 钢丝在拉弯角的时候容易发生扭转，需要增加外刀口板，而且对外刀口板上的钢丝槽和钩子上的钢丝槽要求很高。增加外刀口板，则会增加下膝长度，不利于达到“没膝”的要求。对钢丝槽的尺寸要求高，这样加大了外刀口板制作难度，增加生产成本。

(3) 采用异型钢丝，与横向线径相同的圆钢丝相比，要达到相同的针密，如植针行列和纵向针数不变，则异型钢丝的纵向针尖距减小。考虑现在设备精度，纵向针尖距太小，容易造成针头打毛。另外，针头打上底布，底布还会发生变形，纵向太密还容易碰钩子。

2.2.2  轨道钢丝与椭圆钢丝植针工艺对比

为了适应116.4~19.4 tex纺纱要求，采用轨道钢丝对后车进行配套试验。分别开发了30/32的锡林针布、30/32工作辊针布和31/33的道夫针布，其产品型号分别为WAP30/32-2、WGP30/32-2、WBP31/33-2，分别与椭圆钢丝针布WAB28/32-2、WGB28/32-2、WBB29/33-2对比。

图3    钢丝截面形状与打孔对比

(1) 由图3可知^［4］，为了能确保钢针能顺利植入底布，考虑底布具有弹性，打孔针头的最大线径必须大于钢丝截面最大线径。为了便于对比，我们假设针头打孔后，针孔保持原状，针孔最大线径与钢丝截面最大线径相等。钢丝截面与针孔之间的面积差，椭圆钢丝要大于轨道钢丝，如表2所示。

这就说明，使用线径相符的圆形针头，轨道钢丝植入底布中的理论空隙要小。底布对钢针的握持性能要好，在针布梳理过程中，大大降低了倒针、乱针的概率。

（2）通过生产实践，轨道钢丝在植针中，通过将钩子上的钢丝槽适当加深修磨，植针针形稳定、行列清晰，符合检验标准。因此，可以省去外刀口板。

（3）轨道钢丝与椭圆钢丝针布工艺比较见表3。钢丝截面横向线径相等时，轨道钢丝纵向线径相差2号，而椭圆钢丝相差4号。因此，植针式相同，在确保植针顺利和针布断裂强力的前提下，纵向针数使用轨道钢丝要比椭圆钢丝多，植针密度增大。反之可以推断，如果钢丝截面横向线径、植针式和纵向针密相同时，那么纵向针与针之间的空隙，轨道钢丝要比椭圆钢丝大0.05 mm，这样减少了针头打毛和钩子碰上一行钢针的现象，有利于植针顺利。

3      纺纱试验

3.1   纺纱原料和品种

原料：3.5D×60 mm的涤纶和腈纶；36 Nm×70 mm的羊毛。

纱线规格：54tex腈纶/羊毛（80/20）混纺纱；49tex涤纶/羊毛（60/40）混纺纱。

3.2   针布配套和工艺上车

梳毛机机型BC272（三联），车速27 m/min，毛条定量1.3 g/20m。梳毛机针布配置见表4。

3.3  轨道钢丝与椭圆钢丝、圆钢丝性能对比分析

图4为各种钢丝的截面图。从图4可以看到，3种钢丝截面横向线径相等的情况下，纵向线径椭圆钢丝最大，轨道钢丝其次，圆钢丝最小；轨道钢丝纵向有一段平面，而椭圆钢丝和圆钢丝为圆弧面；轨道钢丝和圆钢丝纵向两端为两个半圆，圆弧半径大，而椭圆钢丝纵向两端的圆弧半径较小。

图4    钢丝截面示意

（1）钢丝的截面形状不同，体现不同的抗弯性能，抗弯截面模量越大（抗弯截面模量与受力方向的线径成正比），其抗弯性能越好。因此，在横向线径（D′）、材质和加工工艺相同的条件下，椭圆钢丝纵向抗弯强度最好，轨道钢丝其次，圆钢丝最差。

(2) 钢丝的弯曲刚度表示钢丝在受力时抵抗弯曲变形的能力，钢丝的弯曲刚度大，则表示钢丝不易产生弯曲变形，针布手感较硬，即弹性差。材料的弯曲刚度与弹性模量和截面惯性矩成正比，因此在横向线径（D′）、材质相同的条件下，圆钢丝弹性最好，轨道钢丝其次，椭圆钢丝最差。

(3) 在植针工序中，轨道钢丝纵向有一段平面，有利于送料长短夹头、中心杆和成形杆握持钢丝，钢丝不易翻转；另外，在拉弯角度时，为了防止因钢丝扭转而产生扒、轧脚，植针行列不清等，异型钢丝必须要加外刀口板。因为轨道钢丝纵横线径只相差两号，钢丝发生扭转的概率降低，再加上两端独特的半圆结构，圆弧R较大，与刀口板接触长度长，支撑稳定，因此，只要对钩子上的钢丝槽适当加深修磨即可。省去了外刀口板，针布的下膝高能降低0.5 mm以上，进一步做到“没膝”。

综上所述，轨道钢丝兼顾了抗弯强度和弹性优势，钢丝挺直而富有弹性。满足了毛纺弹性针布既要有足够的抗弯强度，又要有良好弹性的要求。同时，有利于针布植针顺利进行，省去外刀口板，有利于降低下膝高度，做到“没膝”^［5］。

3.4   使用效果分析

为了更准确评估轨道钢丝毛纺针布的使用情况，我们从后车道夫上采集毛网，观察毛网中纤维束的数量和形状大小；毛网中云斑、破洞情况；针布仰针情况。如表5所示。对两种纱支观察情况基本一致。

(1) 轨道钢丝与椭圆钢丝相比，钢丝截面横向线径相同时，纵向线径小，因此钢针的穿刺性能好，同时可以进一步提高针密，这有利于大纤维束开松分解成小纤维束或单纤维，所以我们看到，使用轨道钢丝弹性针布，大纤维束得到均匀松解，毛网均匀；

(2) 横向线径相同的轨道钢丝和椭圆钢丝相比，轨道钢丝在满足截面抗弯强度的前提下，钢丝的弹性更好，因此，降低了钢针仰针概率。相反，由于椭圆钢丝截面抗弯强度大，针布上车后磨针和出现零星仰针后针布修磨相对较困难。

4     结论

(1) 轨道钢丝因其特殊的钢丝截面形状，在相同材质和钢丝加工工艺的条件下，钢丝兼顾了抗弯强度和弹性性能，大大提高了针布的使用性能，减少了针布在使用过程中仰针现象；

(2) 使用轨道钢丝，在便于植针和满足针布安全系数的前提下，可以进一步提高针密，增加了针布开松分梳的能力，对梳毛机除杂、均匀混合、纤维伸直平行都有积极的作用，实践证明，毛粒和毛条条干均得到改善；

(3) 后期我们将结合新型磨针工艺，向前车配套推广试验。通过大量的实践验证，不断提升产品质量，开发适应羊绒等高档原料梳理专用针布。

参考文献：

［1］江兰玉，蒋少军．毛纺工艺学［M］．北京：中国纺织出版社，1997：180－190．

［2］平建明，范晓明，蒋少军．毛纺工程［M］．北京：中国纺织出版社，2007．

［3］许鑑良. 金属针布的梳理作用及梳棉针布选配．金轮科创股份有限公司研究中心档案资料，1998．

［4］姜立新，姜卫兵，尹冬冬．提高盖板针布钢针握持力的探讨［Ｊ］．纺织器材，2010，（1）：18－22．

［5］陈志玮，杜明花．泡沫橡胶底布粗梳毛纺弹性针布［Ｊ］.毛纺科技，1991，(4) :38－41．