行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
利用纖維束切斷法改善直接紡紗法之研究
計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC94-2216-E-011-022-
執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學高分子工程系
計畫主持人： 蘇清淵
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 95 年 10 月 31 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告 計劃名稱：利用纖維束切斷法改善直接紡紗法之研究
計畫編號：NSC 94-2216-E-011-022 執行期限：94 年 8 月 31 日至 95 年 7 月 31 日
主 持 人：蘇清淵
執行機構：國立臺灣科技大學 高分子工程系
摘要
本研究是使用切斷式直接紡紗法改善拉 斷式直接紡紗法之缺點。實驗中使用聚丙烯 腈氧化纖維束做為紡紗原料，並在細紗機上 設計加裝一組切斷式羅拉裝置，並以切斷式 直接紡紗法使纖維束轉變成整齊排列的短 纖，以絲束轉變成短纖之直接紡紗的形式紡 製成紗線。為了增加切斷式直接紡紗法之可 紡性能，在實驗進行中增加聚酯複絲為芯 線，並以包芯式紡紗法紡製包芯紗，因此可 以改善切斷式直接紡紗法的可紡性能。而包 覆在芯線外圍的氧化纖維可以增加芯線的阻 燃性能(到達 55)，而且芯線又可以補強氧化 纖維以切斷式直接紡紗之紗線強力，強力可 由 1.44kgf/Nm 提高到 1.85kgf/Nm。
關鍵詞:絲束直接紡紗法，包芯紗，氧指數 ABSTRACT
The research adopted fiber-cutting system method to improve the drawbacks of stretch-breaking method as well as explore physical and mechanical properties. In the experiment, 12k oxidized PAN tow was used as spinning materials. By using the fiber-cutting system, the yarn spun from tow to yarn was conducted under the optimum condition. In order to enhance the spinnability of direct spinning of yarn in fiber-cutting system, the polyester filament was used as the core to during the experiment. By fiber-cutting system, oxidized fiber covered the surface of the polyester filament which increased the thermal properties, LOI of the oxidized PAN core spun
yarn (LOI: 55). Yarn tenacity increased from 1.44kgf/Nmto 1.85kgf/Nm.
Keywords: Tow to yarn direct spinning, Core-spun yarn, LOI
二、前言
氧化纖維直接紡紗法之研究目的是基於 在較以後更少的工程道數之下紡出阻燃性紗 線成品，且其紗線之物理性能又能與一般紗 線強伸度及品質仳美。但以目前的直接紡紗 技術來說實在是無法紡製出品質相當優良之 紗線製品，故需以改良之方式或以先進之紡 紗技術來使直接紡紗法獲得更優質的境界。
2.1 化學纖維之紡紗法
因此依據化纖原本之性狀不同，其紡紗 方式有(1)短纖維紡紗法, (2)直接紡紗法, 與 (3)絲束製成棉條後再行紡紗等三種紡紗法。
2.2 絲束之切斷方法
如圖所示，連續性纖維在經過有螺旋切 刀裝置之後，順利切割成長度等長之短纖 維，其喂入方必須有適當之喂入及張力調控 裝置，才能順利將絲束切割成短纖;而輸出方 也必須有適當之輸出裝置，以利切割完成之 短纖能順利輸送出去，才不會形成積棉現象。
2.3 直紡紗法之改良
直接紡紗法係利用兩對牽伸羅拉裝置把 絲束牽伸拉斷，然後直接紡製成紗線，但其 牽伸拉斷之纖維長度不易控制，而纖維長度 又極易影響所紡製成之成紗品質。本研究使 用絲束製成棉條的方法，直接裝置螺旋切刀 於傳統紡紗機之上，其所牽切成之纖維長度 的控制必較羅拉直接拉斷之方式較易於調 控，因此使用此切刀羅拉組裝置來改善直接 紡紗法實為可行之良方。
三、實驗 3.1 實驗材料
由台塑股份有限公司提供 12k 之氧化纖 維束，材料規格(1)長纖根數 12K(2)單絲細度 1.15D(3)單絲強度 1.8g/d(4)單絲伸度 8-10%(5) 密度 1.445(6)條重 1.6g/m(7)環化指數 62-65 3.2 改良直接紡紗設備
3.2.1.加裝切刀羅拉組
(1)後羅拉的功用
由相對速差作牽伸作用到變成輸送氧化 長纖時之喂入羅拉的角色，其與切刀羅拉之 間可因初牽伸的大小而形成適當之張力。
(2)導輪的功用
a.固定氧化長纖喂入切刀羅拉之工作位置。
b.導輪下降於羅拉組之牽伸作用線，可使氧 化長纖先平貼於鐵砧羅拉之上，然後再接 受切刀羅拉之切斷作用，因為可以使氧化 長纖在切斷之前，調整適當之厚度及寬度。
切刀羅拉組配置及傳動圖 (3)切刀羅拉之傳動原理
切刀羅拉組之傳動係跟中羅拉之傳動在 同一條鏈條上，表面速度比是 1:1，其中下金 屬溝槽羅拉跟鐵砧羅拉之直徑大小並不相 同，但透過齒數比之換算，切刀羅拉表面速 度與中羅拉表面速度之比調整到 1:1 的大小。
調整初牽伸刻度表時，其所調整的大小 是切刀羅拉與後羅拉之間的牽伸倍數大小。
3.2.2 切刀羅拉之牽切作用
纖維絲束由機台後方往後羅拉輸入後，
再經導輪之作用後就往切刀羅拉與鐵砧羅拉 之間輸送，絲束就在牽切羅拉組之間產生切 斷作用，而形成固定長度之短纖維。
(1) 牽切纖維長之計算公式:
L=D× /N，其中：
a.L 牽切纖維長度 b.D 切刀羅拉之直徑 c. :圓周率
d.N:螺紋刀數。
(2)影響牽切纖維長度的因素:
A.切刀羅拉的直徑大小。
B.切刀羅拉的螺紋條數多寡。
C.初牽伸倍數的大小。
3.3 試紡條件
(1)氧化纖維絲束纖維根數: 12k
(2)傳統三線式細紗機加裝一組牽切羅拉組 (3)牽伸比: 17x、34x
(4)羅拉隔距: 55 ㎜ (5)撚度(TPI): 10、20
(6)目標支數: Nm10's、Nm20's (7)錠速: 3000rpm
四、結果與討論 4.1 牽切羅拉系統之探討 (1)切刀羅拉直徑的影響
切刀螺紋數固定時，而切刀羅拉的直徑愈 大、其牽切的纖維長度就愈長:反之直徑愈 小時、其所切斷之纖維長度就愈短。
(2)導程角度的影響
導程角度的大小是根據切刀羅拉的直徑大 小及切刀羅拉的螺紋條數多寡，而有所設 計限制的，但其導程角度大小並不影響牽 切之纖維長度。
(3)切刀羅拉之螺紋條數的影響
在本切刀羅拉裝置，當固定羅拉直徑時，
其螺紋條數增加，而牽切纖維長度就愈 短。本切刀羅拉是使用三螺紋的設計，當 初牽伸倍數在 1.1~1.7 時，其所牽切之纖維 長度都接近於 1 吋半的長度，此纖維長度 是良好的紡紗條件，它可以增加紡紗纖維 之抱合性，也可以增加紗線強度。
(4)中羅拉與切刀羅拉之間的差速作用
此種差速作用使中羅拉表面速度低於切 刀羅拉之表面速度，其效應可造成短纖維 之疊合效果，其功用是使短纖維先行產生 疊合效果，然後在主牽伸區可加大牽伸倍 數，消除每段短纖接合效果不佳之情形。
4.2 紡紗條件之探討 (1)初牽伸的影響
初牽伸的大小會影響牽切纖維長度，其較 佳範圍約為 1.1~1.7，當初牽伸超過 1.7 之 後時，所切斷之纖維長度太短而不利紡 紗，其成紗強力就會降低。
(2)主牽伸的影響
氧化長纖經牽切作用之後，再經中羅拉之 輸送作用，隨既進入主牽伸作用區，短纖 維因切刀羅拉導程角之大小的關係，短纖 排列會呈現傾斜之現象，所以主牽伸之大 小會影響牽伸後單位面積內的纖維根數多 寡，其範圍約在 10~20 以內最佳。
切斷式直接紡紗法之紡紗三角是不同於 傳統的紡紗三角，當主牽伸愈大時，其前羅 拉的紡紗三角會愈傾斜，且不利於紡紗，易 造成斷紗之現象。
4.3 成紗品質之探討 (1)紡紗之移行效果
如下圖所示，當紡紗進行時，因牽切短纖 之傾斜特性，會產生紡紗移行效果，其此 種現象實為紡紗週期性瘕疵發生之原因，
當移行效應發生在傾斜段時，其紗線品質
變化不大，而當移行效應發生在平行段 時，其紗線品質就會發生不良的變化現象。
(2)增加可紡性
氧化長纖不具有天然撚迴，其原本生產製 造過程中所含的油劑，會造成紡紗不良。
如欲去除油劑，但不易施行；以包芯紗的 方式加入長纖，其包覆性能不佳；在長纖 製造工程時加入鬈曲性，可以改善在切斷 式直接紡紗工程時增加紗線抱合性能。
(3)成紗強力之探討
牽切短纖之長度愈長時，成紗強力愈大;增 加紗線撚度時，其成紗強力也隨之增大;主 牽伸倍數調小時，因紗線單位截面積內的 纖維根數增多，故紗線強力增大，但會影 響欲紡支數之大小。
(4)週期性之探討
經由 SPG 圖形之分析結果，可以獲得氧化 長纖因牽切斷裂之分階段性的分佈情形，
而造成週期性之機械波的情況，其對成紗 品質影響頗巨，故必須適當調整出、因中 羅拉與切刀羅拉之間的差速關係所造成短 纖維疊合效應，然後再配合較低倍數之主 牽伸作用，進而消除一些機械波的現象。
五、結論
1. 切斷氧化纖維束成短纖維時之纖維長度 實際上跟切刀羅拉之直徑大小及螺紋數 之多寡有關，直徑愈大螺紋數愈少時、切 斷之纖維長度愈長。
2. 改變初牽伸倍數之大小，可以改變氧化長 纖之牽切長度，而初牽伸倍數愈大，其牽 切之纖維長度就愈短。
3. 切刀羅拉螺紋數之多寡必須配合其直徑 大小來設計，直徑愈大時。
4. 纖維長度之長短是影響紡紗品質最重要 的因素之一，纖維長度愈長之纖維可紡製 品質較佳之紗線製品。
5. 本研究與計畫之理想目標有差距，關鍵點 在於如何控制切段纖維排列整齊與有序的 喂入羅拉牽伸裝置，進行正常牽伸紡紗，
減少粗細節紗之發生，以利紗支均勻度之 改善，本人將繼續研究改善，以達到計劃 之理想目標。
六、參考文獻
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表 1、在初牽伸倍數 1.0~2.0 切斷的纖維長度 初牽伸 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 纖維長 52 50 42 40 38 36 初牽伸 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 纖維長 36 34 32 30 28
