长绒棉精梳牵伸工艺优化豆孝坤;任家智;张一风;章伟【摘要】精梳工序中牵伸工艺参数的选取对成纱质量影响较大,为了提高并准确预测成纱质量,运用二次通用旋转组合设计方法建立成纱质量指标与牵伸工艺之间的回归模型,以目标规划法构造目标函数,利用最优化法求得相对合理的最优工艺,并试验验证.结果表明:成纱条干CV值、棉结、粗细节、毛羽和断裂强度等质量指标与理论预测结果十分接近.利用优化后的数学模型能较好地调整精梳牵伸工艺并预测成纱质量.【期刊名称】《纺织高校基础科学学报》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】6页(P169-174)【关键词】精梳机;牵伸工艺;长绒棉;二次通用旋转组合设计;纱线质量【作者】豆孝坤;任家智;张一风;章伟【作者单位】中原工学院纺织学院,河南郑州 450007;中原工学院纺织学院,河南郑州 450007;中原工学院纺织学院,河南郑州 450007;中原工学院纺织服装产业河南省协同创新中心,河南郑州 450007;中原工学院纺织学院,河南郑州 450007;中原工学院纺织服装产业河南省协同创新中心,河南郑州 450007【正文语种】中文【中图分类】TS104.20 引言牵伸是纺纱过程中极其重要的一道工序，主要是将须条抽长拉细，使须条逐步达到预定的线密度[1]；同时，被前罗拉握持的快速纤维在从周围纤维丛中抽出时，在摩擦力作用下，纤维弯钩将逐渐消除，须条内部纤维伸直，平行度提高，成纱质量指标明显改善[2-3]。
牵伸工艺参数的选择对须条的牵伸质量有直接影响，牵伸工艺配合不当，将造成纤维损伤、牵伸不开、须条条干均匀度恶化等问题，经过后道工序加工，易造成成纱断裂强度下降，毛羽数量增多，成纱条干均匀度下降，成纱千米粗、细节，棉结剧增[4-7]。
在牵伸工艺上，张弘强[8]、蒿培建[9]研究了牵伸前、后条子中纤维排列的变化；卢远航、陈革等研究了牵伸波对成纱质量的影响[10-11]；朱耀麟等[12]通过建立自调匀整系统的数学模型,对喂入棉条定量检测点和输出棉条定量检测点进行相关分析，最后确定系统的实时长度延迟计算；宋栓军[13]、冯清国[14]研究了细纱牵伸区牵伸力的测量方法和其对细纱质量的影响；文献[15-16]分析了纤维在牵伸过程中的蠕变特性和纤维拉伸倍数与纤维长度、工艺参数间的关系等。
张婉婉等[17]提出了一种基于改进平滑滤波和均匀性度量算法的纱线条干均匀度检测算法。
但是在精梳工序牵伸工艺参数的优化及其对成纱质量的影响方面缺少相应研究与分析。
本文采用二次通用旋转组合设计对精梳牵伸工艺进行优化设计，在精梳及纺纱工艺参数相同的条件下利用长绒棉进行纺纱试验，对成纱质量指标进行测试、建立质量指标与工艺参数间的回归方程，并对回归方程和回归方程系数的显著性进行检验，得出有效回归方程，最后目标规划法得出最优工艺。
1 实验1.1 原料采用100%新疆长绒棉，精梳小卷定量为66 g/m。
利用USTER AFIS PRO 2测试得到精梳棉卷的总棉结数80 粒/g，纤维棉结数75 粒/g，总杂质数27 粒/g，上四分位长度38.9 mm，16 mm以下质量和根数短绒率6.9%和21.2%。
1.2 纺纱工艺流程及工艺参数纺纱线密度为14.58 tex，纺纱工艺流程如下：JSFA2186型精梳机→JWF1310并条机→BHFA498粗纱机→FA507细纱机。
各工序工艺参数设置如表1～4所示。
表 1 JSFA2186型精梳机主要工艺参数Table 1 Main process parameters of JSFA2186 comber锡林定位/分度顶梳插入深度/cm顶梳齿密/(齿·cm-1)搭接刻度速度/(钳次·min-1)锡林总齿数/齿总牵伸倍数后区牵伸倍数精梳条定量/g·(5 m)-137030+0.538037 18017.271.3721.6表 2 JWF1310并条机主要工艺参数Table 2 Main process parameters of JWF1310 drawing frame并合数总牵伸倍数后区牵伸倍数主牵伸罗拉中心距/mm后区牵伸罗拉中心距/mm66.931.344852表 3 BHFA498粗纱机主要工艺参数Table 3 Main process parameters of BHFA498 roving frame粗纱定量/g·(10 m)-1捻度/捻·(10 cm)-1卷绕密度/(圈·cm-1)总牵伸倍数后区牵伸倍数主牵伸罗拉中心距/mm后区牵伸罗拉中心距/mm锭速/(r·min-1)3.964.84.69.391.415464650表 4 FA507细纱机主要工艺参数Table 4 Main process parameters of FA507 spinning frame线密度/tex捻系数总牵伸倍数后区牵伸倍数主牵伸罗拉中心距/mm后区牵伸罗拉中心距/mm锭速/(r·min-1)14.636027.11.33475112 000 1.3 测试仪器及指标测试条件：测试温度20℃，相对湿度60%。
利用USTER AFIS PRO 2测试精梳条棉结(个/g)、杂质含量(个/g)，纤维长度分布以及16 mm以下短纤维含量(%)，测试次数10次/试样；利用电子天平测量落棉率(%)，测试次数5次/试样。
利用USTER条干仪测试精梳条条干均匀度，测试速度50 m/min，测试时间2 min，成纱条干CV值、成纱棉(+200%)、千米粗节(+50%)和千米细节(-50%)含量，测试次数5次/试样，测试速度400 m/min，测试时间2.5 min。
利用YG063T全自动单纱强力仪测试成纱断裂强度(cN/tex)，测试次数10次/试样；利用YG172纱线毛羽测试仪测试成纱3 mm毛羽，测试次数10次/试样。
2 工艺参数优化实验2.1 实验设计通过前期的试验，设主牵伸罗拉中心距x1，后区牵伸罗拉中心距x2，后区牵伸倍数x33个参数为试验因子，采用三元二次通用旋转组合设计试验[18]。
因子编码见表5。
表 5 因子水平编码表Table 5 Factor level coding table编码x1x2x3+1.68248.056.02.00+146.854.81.85045.053.01.62-143.251.21.39-1.68242.050.01.24根据实验设计,在纺纱工艺流程及纺纱各工序参数相同条件下进行20次实验,具体实验方案和测试结果见表6。
表 6 精梳及成纱质量指标测试结果Table 6 Test results of combing and yarn quality indicators序号x1x2x3精梳条条干CV/%精梳条总棉结/(个·g-1)CV/%千米细节/个千米粗节/个千米棉节/个3mm毛羽数/(根·m-1)断裂强度/(cN·tex-1) 11114.393113.8212.050.7119.63.4523.6 211-13.603413.839.651.7108.72.8624.0 31-114.073213.924.343.3111.02.9921.7 41-1-13.363214.073.941.2102.32.7524.2 5-1114.263514.166.745.7101.02.0323.5 6-11-13.553013.947.350.089.32.3421.9 7-1-114.453113.874.143.391.22.5522.8 8-1-1-13.913013.733.845.090.23.1622.2 9-1.682004.013513.853.347.795.33.2022.6 101.682003.464714.116.051.0100.32.8019.6 110-1.68204.093313.945.243.388.72.7821.6 1201.68203.873913.967.350.0103.03.1024.5 1300-1.6824.294013.886.740.389.33.2022.7 14001.6823.972813.765.748.294.03.7023.3150004.273213.795.039.185.02.5123.1160004.122613.665.035.088.02.3622.3170004.083013.533.543.092.52.4422.1180004.332813.673.837.190.02.4322.0190003.962613.697.540.082.53.1022.5200004.172713.836.238.082.52.2422.82.2 回归方程的建立建立牵伸工艺参数与成纱质量指标的回归方程模型如下：(1)根据表6，采用最小二乘法计算成纱各质量指标回归方程的系数，如表7所示。
在进行统计检验前，成纱质量指标与牵伸工艺参数之间的线性关系仅是一种假设，还需对回归方程进行显著性检验，其显著性检验结果如表8所示。
在回归方程显著的前提下，对初始回归方程的回归系数进行检验，剔除对回归方程的结果影响较小的回归系数，在0.3的显著水平下，剔除不显著的回归系数后回归方程如表9所示。
表 7 纱线各质量指标的回归系数Table 7 Regression coefficient of yarn quality indicators指标b0b1b2b3b12b13b23b11b22b33 条干CV13.695 0.0280.014-0.0001-0.105-0.065 0.028 0.0980.0880.043 千米细节5.143 0.9141.684 0.063 0.908 0.393 0.133-0.0280.5380.521 千米粗节38.728 0.6162.669 0.617 1.298 0.893-0.7183.5792.6251.776 千米棉结86.554 5.738 3.510 2.945 0.760 0.865 1.625 5.1864.4973.012 断裂强度22.447-0.143 0.511 0.0230.163-0.638 0.388-0.3550.3350.317 3 mm毛羽数2.526 0.095-0.017 0.055 0.239 0.219 0.081 0.0870.0660.247表 8 回归方程显著性检验结果Table 8 Result of significance test for regression equation指标F1F2显著性条干CVF1=0.66798<F0.05(5,5)=5.05F2=4.455 59>F0.05(9,10)=3.02显著千米细节F1=1.333 63<F0.05(5,5)=5.05F2=2.789 68>F0.1(9,10)=2.35显著千米粗节F1=1.002 87<F0.05(5,5)=5.05F2=6.177 71>F0.01(9,10)=4.94显著千米棉结F1=3.902 60<F0.05(5,5)=5.05F2=3.904 40>F0.05(9,10)=3.02显著断裂强度F1=9.164 15<F0.01(5,5)=10.97F2=1.689 92>F0.5(9,10)=0.99显著 3 mm毛羽数F1=2.555 91<F0.05(5,5)=5.05F2=1.382 89>F0.5(9,10)=0.99显著表 9 各指标的有效回归方程Table 9 Effective regression equations for indicators指标有效回归方程条干CVy=13.695 41+0.098 10x12+0.08749x22+0.041 53x32-0.105 00x1x2-0.065 00x1x3 千米细节y=5.142 93+0.913 89x1+1.683 53x2+0.538 15x22+0.520 47x32+0.907 50x1x2 千米粗节y=38.728 44+2.668 84x2+3.579 47x12+2.624 88x22+1.776 35x32+1.297 50x1x2 千米棉结y=86.554 22+5.738 43x1+3.509 57x2+2.945 37x3+5.186 31x12+4.496 88x22+3.011 95x32 断裂强度y=22.447 00+0.510 89x2-0.354 63x12+0.334 80x22+0.317 12x32-0.637 50x1x3+0.387 50x2x33 mm毛羽数y=2.526 29+0.246 51x32+0.238 75x1x2+0.218 75x1x32.3 因子交互作用及等高图分析因素间的交互作用分析是将其中一个因素在零水平下固定, 然后将剩余的2个因素进行交互作用分析。