牽伸
正文
在紡紗中把纖維集合體（如條子、粗紗等）有規律地牽長變細，是梳理以後進一步松解和集合的過程。散狀纖維原料加工成纖維層或條子,再成為粗紗、細紗,必須經過逐步變細的過程，所以幾乎每種紡紗的主要機器或工序都有牽伸作用。在這些機器中，通常用一對稱為羅拉的圓柱形機件相互壓緊握持餵入的半制品，當羅拉迴轉時，製品即被餵入。在機器的前端，另有一對輸出羅拉將加工後的產品輸出。設餵入和輸出羅拉的表面速度分別為V2與V1(且V1>V2),相應纖維製品單位長度的重量分別為W2和W1,如果不考慮纖維的散落,則有V1W1=V2W2,或V1/V2=W2/W1=E，E稱為牽伸倍數，簡稱牽伸。V1和V2從機械傳動求得,V1/V2稱為機械牽伸，W1和W2可以用實際稱重求得，W2/W1稱為實際牽伸。在生產中，由於羅拉轉動時的滑溜和纖維的散落等原因，實際牽伸不等於機械牽伸。上述牽伸概念適用於所有紡紗機械。在不同的機械上，兩對羅拉之間還有其他作用的機件，如開清或梳理等機件。它們的主要作用不是牽伸，但是纖維集合體通過這些機件也產生牽長變細的作用。因此廣義的牽伸也存在於這些機械上。如運用兩對或兩對以上羅拉進行牽伸,除牽長變細外,還有使纖維伸直的作用。伸直包括消除纖維捲曲和彎鉤兩個方面。紗條中的纖維只有充分伸直才能最大限度地提高在成紗中的強度利用係數，從而紡出最好的紗線。圖1 表示三對羅拉牽伸過程，纖維隨羅拉的表面速度運動，下羅拉為鋼製圓柱體，與紗條接觸部分有溝槽，可以加強對紗條的握持。上羅拉常是皮輥，使上下羅拉組成富有彈性的拑口。兩對相鄰羅拉拑口之間的區域稱為牽伸區,如圖1中的AB或BC。通常以輸出端稱為機前，圖中餵入羅拉C稱為後羅拉，輸出羅拉A稱為前羅拉,B為中羅拉,後者既是牽伸區BC的輸出羅拉,又是牽伸區AB的餵入羅拉。若A、B、C三者的表面速度分別為V1、V2、V3，則牽伸倍數EAB=V1/V2，牽伸區BC的牽伸倍數為EBCV2/V3，總牽伸倍數為EAC=V1/V3=V1/V2×V2/V3
=EAB×EBC,即總牽伸等於部分牽伸的乘積。 從紡織工程發展史來看，牽伸曾用過不同的方法。手工紡紗時，先將原料彈松、梳理、製成條子，在條子中抽引一定數量的纖維,一面迴轉加拈，一面抽引,如此連續進行，紡成所需的紗。拈合是靠錠子轉動來完成的。這種拈合牽伸曾套用於初期的機器紡紗上，如走錠牽伸。自從1738年L.保羅套用羅拉牽伸以來，羅拉牽伸機構成了紡紗機上廣泛套用的部件，遂使牽伸與加拈卷繞分開進行。在這一時期,大多套用簡單的羅拉牽伸,牽伸羅拉從2對發展到5對，每道工序用的牽伸倍數為4～8倍。將一根條子牽伸變細成為所需細度的紗，牽伸為100～300倍左右，如果考慮雙根紗條餵入，則全部牽伸將相應提高；如果套用較小牽伸的牽伸機構，工序道數勢將增多。所以減少工序道數，提高牽伸倍數，並提高產品的均勻度是牽伸理論和實踐的重要課題。 牽伸區纖維的運動 紗條由B餵入時（圖2），拑口處纖維根數較多，隨後羅拉速度運動，當它們向前移動靠近前羅拉或進入前拑口A時,即改為隨前羅拉速度而輸出。牽伸區中纖維運動的基本形式是從後羅拉的慢速運動變為前羅拉的快速運動。前拑口中的纖維數量相應減少。圖中N（x）為牽伸區中纖維數量變化的情形。牽伸區中纖維分成慢速纖維和快速纖維兩種。在後羅拉拑口中的纖維都是慢速纖維【N2(x))】,而在前拑口中都是快速纖維【N1(x)】,自後向前慢速纖維數量逐漸減少而快速纖維數量逐漸增多。
牽伸區中的任一根纖維周圍，既有慢速纖維也有快速纖維。當這根纖維用後羅拉速度前進時，與它接觸的快速纖維借動摩擦力的作用，會牽引這根纖維快速前進，而與這根纖維接觸的慢速纖維，則由於靜摩擦力而阻止其快速運行。當纖維靠近後羅拉時，慢速纖維對它的摩擦力大於快速纖維對它的動摩擦力，因而纖維不能變為快速運動。當纖維接近前羅拉時，則可能產生相反情況。紗條中纖維長度不一，它們的情況也不同。長度與羅拉中心距 AB等長的纖維伸直平行時，其後端離開後拑口B，前端即進入前拑口A,隨前羅拉速度快速運行。但較短的纖維，其後端離開拑口B後，前端離開拑口A還有一段距離。在這段距離內它的運動就取決於周圍接觸纖維的條件。這類纖維稱浮游纖維。浮游於AB之間,纖維愈短,在牽伸區中浮游的距離愈長，纖維的變速也愈不易控制。
在同一牽伸區中各種纖維變速情況不一，有的是前端到前拑口變速，也有的很早就變速，這就使牽伸區中的紗條更加不勻，品質惡化。為了使纖維運動更有規律，應儘可能使纖維前端都在前拑口處變速，這就必須增加慢速纖維的靜摩擦力。為此，可在牽伸區中慢速纖維較多的區域增加機件對紗條的壓力。在牽伸區中纖維摩擦力的分布稱為摩擦力界或摩擦力場。快速纖維從慢速纖維中抽引和變速時所需的力稱為牽伸力，其大小由羅拉拑口的握持力決定。
在牽伸區中,除了單根纖維變速不規則外,纖維成束移動或者紗條因受牽伸力而分裂，也將造成產品較大的不勻。纖維成束變速是由於紗條內部纖維分布不勻，緊密程度不一，成束纖維間摩擦力較大而與相鄰其他纖維間的摩擦力較小。牽伸區中纖維運動良好的充分必要條件是慢速纖維的靜摩擦力必須大於快速纖維的動摩擦力，直至纖維頭端到達前拑口時為止。為了滿足這個條件,在牽伸區中應有適當的摩擦力界。為了不使纖維斷裂，兩對羅拉的拑口不應同時握持一根纖維，因此羅拉中心距應略大於纖維長度。但在簡單羅拉牽伸中，為了減小較短纖維在牽伸區中浮游的距離，羅拉中心距常略小於最長纖維的長度。
牽伸理論的研究 有運動學和動力學兩個方面。1928年，W.L.鮑爾斯曾對牽伸過程作了初步的論述，提出了牽伸波的概念，即經牽伸後紗條中產生的不勻具有波形的特徵和規律性，成為近代不勻檢測與牽伸自調勻整的基礎。從運動學觀點看來，不勻產生的原因可能是纖維幾何排列或配置不勻，或者由纖維在牽伸後產生的位移偏差引起，或者由纖維在牽伸區中變速位置的分布造成。在動力學的研究方面，W.L.鮑爾斯指出，牽伸區中纖維須間相互壓力影響纖維的運動。1932年H.A.華西里耶夫分析了纖維所受摩擦力並提出了摩擦力場的概念。1947年J.G.馬丁代爾提出了牽伸力的概念。儘管摩擦力場或壓力分布都涉及了運動的本質，而且容易與實際機構的結構相聯繫，但動力學的研究還有待進一步發展，並與運動學的研究相互補充。
牽伸型式 按照牽伸區中對紗條施加壓力的機件型式，可將羅拉牽伸分成如下幾種：①簡單羅拉牽伸。每對羅拉都能握持纖維,羅拉拑口幾乎在一個平面上,羅拉對數可以有2～5對。②輕質輥或控制輥牽伸。將簡單羅拉牽伸中的中間上羅拉改為木製或鋼製的輕質小輥，稱為輕質輥或控制輥。成為控制纖維運動的附加壓力機件，在牽伸區中形成附加摩擦力場，改善牽伸效果。③皮圈牽伸。它的主要結構是後羅拉上套有皮圈，皮圈以後羅拉速度慢速運動，托住須條使纖維不易提早變速。皮圈前端有皮圈銷,比較靠近前羅拉,能使纖維接近前羅拉時才變速。皮圈牽伸是現代牽伸機構的主要型式之一。圖3,a、b是皮圈牽伸的典型例子。只有下皮圈，而上面有輕質輥或控制輥的稱為單皮圈牽伸機構。中上羅拉有周向凹槽使紗條通過時不被握持。這時,3對羅拉僅有一個牽伸區,稱為滑溜牽伸。④針排牽伸：在2對羅拉間有許多針排（圖3，c）以接近於後羅拉的速度運動，用以輸送並控制纖維。纖維被前羅拉拑口握持快速通過針排，受到梳理而伸直。也可以把針輥裝在羅拉牽伸區中起類似的作用而使機構簡化。⑤曲線牽伸。各對羅拉的拑口不在一個平面上（圖3,d、e），牽伸時須條成曲線狀態。須條受到牽伸力作用壓緊在羅拉上而產生附加摩擦力場。曲線牽伸有三上四下、五上三下等型式。 牽伸的組合和分配 每一牽伸機構常由1～3個牽伸區組成。牽伸區承擔的部分牽伸依餵入紗條情況、牽伸型式、機械條件而異。把各種型式的牽伸區合理地組合起來，形成機構簡單、效果良好的牽伸機構，併合理地分配各牽伸區的部分牽伸，能增加總的牽伸量而使產品質量提高。紗條經過牽伸後纖維間聯繫減弱，在下一個牽伸區承受牽伸的能力相應減小，所以過多的牽伸區不一定能使總牽伸增加很多。有時在一牽伸區後用集合器使紗條中纖維集合緊密,然後再加以牽伸。例如4對簡單羅拉的牽伸，可有三個牽伸區。它們的牽伸分配由後向前逐漸增加，稱為連續牽伸或漸增牽伸。如果中間牽伸區用集合器，使經過後區牽伸的須條緊密起來，牽伸倍數等於或近於1，則4對羅拉的牽伸機構，實際上僅使用兩個牽伸區，稱為雙區牽伸。雙區牽伸的特徵是在兩個牽伸區中間增加集合區。
改進牽伸機構和增加牽伸倍數,能減少工藝道數,提高生產率。增大了牽伸倍數的機構有時稱為大牽伸機構。由條子直接牽伸成細紗稱為超大牽伸,牽伸倍數可達250倍左右。牽伸倍數越大纖維越易擴散，因而越需要精確的控制。
