（一）纤维凝聚加捻过程与捻度结构

几根纤维条同时喂入开松机构，被分梳成单纤维状态，再由输送管道送到两个吸气尘笼之间的楔形区内（或单一尘笼吸气，另一尘笼实心），凝聚成须条，两尘笼同向回转，对须条进行搓动成纱，纱的输出方向与纤维喂入方向相互垂直，如图5-13所示。尘笼内有吸气胆，吸气口对准楔形区内的须条，角度可根据纺纱线密度进行调节。

图5-13　摩擦纺纱加捻过程示意图

在加捻过程中，纱条的位置是根据纱条直径而自行调节的，但始终与两尘笼的表面相接触，如图5-13（b）所示。设两个尘笼表面对纱条的摩擦力分别为R1和R2，纱条在尘笼表面摩擦力R1、R2作用下，绕自身轴线回转而加上捻度。摩擦力的大小由两个尘笼对纱条的吸力N1、N2和尘笼表面摩擦系数μ决定，则：

R 1=μN 1

R 2=μN 2

（5-1）

（5-2）

R1和R2构成一对使纱尾绕自身轴线回转的力偶，因而发生搓捻作用。纱尾的理论转速n2可按式（5-3）求得：

式中：D1为尘笼直径，mm；n1为尘笼转速，r/min；D2为纱尾直径，mm。

摩擦纺纱的加捻是在三个区域内进行的，即AB区称为分层加捻区，BC区称为整体加捻区，CD区称为匀捻区，如图5-13（c）所示。

（1）AB区。纤维沿分梳辊的宽度方向在楔形区凝聚形成自由端。由于受引纱罗拉的牵引，纱尾向输出方向运动，纤维又不断地添加到纱尾上，致使纱尾上的纤维在此凝聚，数量分布由A向B逐渐增多，在此区的纤维束处于复合运动状态。轴向运动向外输出，纱尾形成圆锥形。回转运动形成分层加捻，A点处纤维将成纱芯，越靠B点越靠近纱的外表。A至B之间各截面都有瞬时捻度。当受到尘笼摩擦而回转时，由于AB之间须条各截面的直径不同，回转速度各异，靠近A点的直径细而转速高，靠近B点的直径粗而转速低，因而各截面间因转速差异而获得不同数量捻回。但纱尾的回转加捻与添加纤维、轴向输出方向运动是同时进行的，靠近A点部分虽然已经获得捻回，当向输出方向移动并添加纤维后，仍能随着外层纤维继续获得捻回。这样，纱芯的捻回多、外层的捻回少，而且逐层变化。这种分层加捻的结果，形成了摩擦纺纱纱芯结实、外层松软的结构。

（2）BC区。纱体已经形成，纱条各截面直径相同，纱芯的捻度也基本固定，回转速度没有差异。但靠近B点刚进入纱体的纤维需要在此区加捻，所以，虽然纱的整体在此区回转，但主要获得捻度的是纱的外表。纱条在此区内不增加捻回，纱条的回转只能对CD区纱条整体加捻。此区为捻度的增强区，纱的外层捻度在此区形成，即最外层的纤维由B点开始捻入纱体，到C点基本上全部包覆在纱体中。里层的纤维也逐步增强了捻度。

（3）CD区。此区对纱体里外层捻度起到整理和匀整作用。D点受引纱罗拉握持，相当于一个握持点。因BC段纱条的回转，使此区的纱条获得捻度。又因CD段纱条处于自由悬垂状态，纱体已不受尘笼表面的回转约束，在纱体本身存在的与捻向相反的反力矩作用下，使由于喂入AB区纤维不均匀造成的捻度不匀得到改善。

纱条外观上获得的捻度Tt（捻/10cm）可由式（5-4）决定：(www.daowen.com)

式中：V为引纱速度，m/min；D为纱条直径，r/min；η为加捻效率。

加捻效率η=1-滑溜率，因纱条是在楔形槽内自由状态下加捻，纱条与尘笼间的滑溜率较大，加捻效率为65%～80%。影响加捻效率的主要因素是尘笼对纱条的吸力的高低，以及尘笼表面与纱条的摩擦系数大小。因此，保持尘笼有足够的负压、增加尘笼表面与纱条之间的摩擦系数，是进一步发挥摩擦纺纱低速高产的关键。

纱条直径D=Tt×C（其中Tt为纺纱线密度，C为系数），代入式（5-4）得：

由式（5-5）可知，当改变纺纱线密度，而尘笼及引纱速度不变时，即可改变成纱的捻度。实践证明，在较广泛的线密度范围内，摩擦纺的引纱速度大致上是恒定的，这是摩擦纺纱的一个特点。

（二）纤维运动特征分析与摩擦纺纱线结构形成

1.纤维运动特征分析

在利用一对圆柱形摩擦加捻辊的摩擦纺纱系统中，由于其中一只或两只辊子的薄壁圆柱面上开孔及其开有长槽的内胆吸气，使两辊间的楔形区内产生负压，由分梳辊开松的单纤维经在输送管道内处于自由飞行状态，进入凝聚区前的姿态各异，以及单纤维与回转纱尾相遇直到完全捻入纱尾的位置与时间都具有随机性，所以其凝聚过程相当复杂。

通常，纤维与纱尾接触瞬间可能情况如图5-14所示，其中图5-14（a）为纤维一端与纱尾接触时的位置是顺着成纱输出方向，图5-14（b）为逆着成纱输出方向，图5-14（c）和（d）则分别为纤维垂直与平行纱尾的姿态。在摩擦纺纱中，首先不同结构的纤维输送系统确实会导致纤维进入凝聚区时的速度差异。但在所有情况下，纤维进入凝聚区时在成纱输出方面的分速度VH都要比成纱输出速度LO高许多倍。因此，纤维凝聚到纱尾时，其运动速度的大小甚至方向都要发生变化，即突然减速。这样，极易使纤维形成前弯钩、折皱或屈曲，纤维的伸直度将会受到破坏；其次，纤维是直接凝聚到回转的纱尾上。据有关文献对纱尾回转速度的分析计算表明：对于长度为25mm的纤维，假定其凝聚长度也为25mm，在这根纤维的凝聚时间内，纱尾的回转数仅有0.5r左右，纱尾回转的表面速度比纤维与纱尾接触瞬间的输送速度以及成纱的输出速度要小得多。因此，讨论纤维凝聚过程时可以不考虑纱尾回转速度的影响。在楔形凝聚区内，一方面由于纤维的不断添入，使纤维条的直径不断增大；另一方面被凝聚和加捻而形成的纱尾又作轴向输出运动，使纱尾各处截面具有不同的直径，越接近凝聚槽出口处的纱体，其直径越大。由于后来输入的纤维逐渐地被添加，并捻入到原先喂入并已凝聚的纤维条上去，因此，凝聚槽中的纱尾（自由端）呈现近似圆锥体的外形。

图5-14　纤维与纱尾接触瞬间的可能情况

2.摩擦纺纱线结构形成与特点

由一对表面带有孔眼的尘笼（又称摩擦滚筒），或一只尘笼和一只未开孔的摩擦滚筒就组成了摩擦纺纱机的凝聚加捻机构，单纤维由气流输送到由两只摩擦辊形成的楔形区，纤维流在一定长度LA内被吸附凝聚成纱尾（自由端），同时纱尾被回转加捻。图5-15表明：条子①中的纤维落在凝聚区的起点，成为成纱最内层的纱芯；条子②、③中的纤维依次逐层凝聚包覆；条子④中的纤维最后加入纱尾，形成纱的最外层。

纤维凝聚区长度LA，即纤维凝聚包卷进纱尾的长度；LF为摩擦加捻区长度。LF比LA长可以增加摩擦加捻作用，使凝聚到纱尾的所有纤维能有效而稳固地包卷在纱内，且LF-LA的长度将影响最终成纱的外层捻度。尽管纤维喂入楔形区的方式（如多根条子垂直喂入或单根条子倾斜喂入等）不同，但在楔形区纤维凝聚成束的外形都是一端细另一端粗，类似“圆锥形”，这是因为在单纤维沿凝聚长度不断喂入纱尾的同时，成纱连续地沿其轴线方向输出所致，这样，在凝聚区长度上，纤维数量或重量分布沿成纱输出方向将逐渐增加，纱尾各截面的直径也相应地逐渐增大，这种形状的纱尾在同时接受摩擦加捻时导致其捻回沿纱尾长度分布不匀，从而使最终成纱截面内的径向捻度分布也不匀。圆锥段纱尾不断进行着凝聚—加捻、再凝聚—再加捻直至最后成纱的动作。因内层须条加捻较早，外层加捻较晚，故内层捻度比外层大，从而形成了纱线特有的径向捻度分布。

图5-15　纤维在楔形区凝聚

1—尘笼　2—纤维供给　3—纱条输出