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緊密紡網圈結構的理論初析
Theoretic Analys of Compact’s Netty Apron
陸宗源
摘要：
本文用力學基本原理的簡單分析，指出了目前業內對網圈技術性能指標上的一些不科學認識。從對緊密紡網圈摩擦力的定性分析，指出了網圈負荷取決于網圈本身彎曲剛度的科學結論，並初步提出了緊密紡網圈的技術性能指標。
This text makes simple analysis of basic mechanical principle and indicate some unscientific understanding about the technical function index to the compact’s netty apron. Via the qualitative analysis of the friction, the scientific conclusion that burthen of Netty apron to be decided by the itself flection rigid , and introduction the technical function index of the compact’s netty apron.
關鍵詞：網圈(Nettys apron) 空隙率（interstitial rate） 尖角阻力 (resistance of cusp)
網圈式緊密紡採用簡單的方法，成功地減小或消除了“紡紗三角”，在細紗成紗原理上實現了減少毛羽和提高拉伸強度的機理，近年來獲得了飛速發展。
網圈是緊密紡的關鍵部件，絮條的“集聚”效果就在這裡產生。
網圈應該有什麼樣的“技術性能”？應該根據怎樣的技術指標來評價網圈的優劣。 使用者常常向製造者要求提供多少“目數”、“孔數”或“經、緯密度”等等“技術資料”。還強調“內、外摩擦係數差異”，“網孔方正程度”等等要求。
然而，對網圈稍加研究以後發現，這些所謂的技術要求其實都是不夠科學的，存在着一些誤解和錯誤概念。
因為網圈酷似“篩網”，人們自然就引用篩網的一些朮語和要求，例如“目數”就是篩網的一個最重要的技術參數（標準），它的定義是：每一英吋內的絲線根數。在這種定義下，目前常用的網圈（例如緒森的五星網圈）應該是152.4目，但是這個“技術參數”對網圈是毫無疑義的。
篩網的功能是篩選顆粒物料的“粒度”，它的網孔必須是正方形的，經、緯密度必須是相同的，因此“目數”是一個線性（不是面積）的參數，它強調的是“孔的尺寸”。而網圈是通過氣流，氣流對網孔形狀沒有要求，強調的是“透氣性”。因此貌雖相似，功能和要求完全不同，不能同日而語。
空隙率（透氣性）是網圈的重要性能
網圈是一種機織物，織物的透氣性和它的“空隙率”有關。
織物學上有“覆蓋率”，[1]是指織物單位面積上被紗線覆蓋部分所占的比例，這是衡量織物的保暖性的指標。網圈只有“透氣性”的要求，所以應該使用“空隙率”，其定義為：
空隙率%=1─覆蓋率。
 影響空隙率的要素是：單絲直徑和經、緯密度。 有關教科書提供了機織物覆蓋率（也稱“緊度”）計算公式：[2]
2004年，收集到四種進口網圈樣品的規格如下表：
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廠商
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SUESSEN棉紡
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SUESSEN毛紡
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TOYOTA
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MARZOLI
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單絲直徑mm
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0.08
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0.16
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0.15
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0.05
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經、緯密度(根/釐米)
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60
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30
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31.5(80目)
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100
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空隙率%
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27.04
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27.04
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27.60
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25
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覆蓋率%
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72.96
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72.96
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72.40
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75
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四種網圈外形不同，絲徑和密度差別懸殊，但是空隙率卻是非常接近，這不是巧合。體現透氣性的“空隙率”應該是網圈的一個重要的技術指標。
內外摩擦性能差異之“謎”
 網圈運動的特點在於摩擦，傳動是靠摩擦，負荷也是摩擦，重視它的摩擦性能是理所當然的。但是手感上的“內外摩擦差異”卻不是網圈特有的，這只是斜紋織物的固有特性。目前網圈的組織一般是二上一下斜紋組織，外表面是“經面”斜紋，內表面是“緯面”斜紋。順着長浮點的摩擦當然是容易的，垂直于長浮點方向的相對運動顯然是困難的。
而這一特點對網圈是毫無意義的，因為網圈工作時，外表面是和上膠輥摩擦（滾動摩擦），內表面是和光滑的負壓管金屬表面摩擦（滑動摩擦），不存在自己和自己摩擦的機會。
 網圈的負荷分析[3]網圈和被包容體（負壓管）之間的摩擦力，是網圈運行中的全部負荷。除了摩擦係數以外，主要取決于網圈的張力和包圍弧的曲率。摩擦阻力和張力成正比，與其包圍的曲率半徑呈反比：（圖3）
在網圈的一個微元S上，兩側的張力P的合力N，引起了網圈微元上分布壓力n，在微元足夠小的情況下並有：
摩擦阻力就是整壓力乘摩擦係數，即：
整個網圈上所有微元上的摩擦力的疊加，就是網圈的運行阻力。
上列公式中，F— 網圈內表面的摩擦阻力總和；
μ—網圈和金屬材料的摩擦係數；
r—負壓管某一點上的曲率半徑；
S—網圈對應某r的微元；
n—網圈對負壓管的分布壓力 N—微元S上的正壓力；
P—微元兩側網圈的張力。
負壓管是一個非圓截面，各點曲率都不一樣，因此網圈各部位的張力和摩擦阻力都不一樣，之間有比較複雜的因果關係。
圖4所示是網圈張力分布（左）和摩擦阻力分布（右）的示意圖，為了連續表示網圈各點上的張力和摩擦阻力，將力矢量方向旋轉了90度。
 網圈從傳動點（上壓輥壓力點）開始，第一個摩擦力是壓輥壓力的反作用力所產生的摩擦力F，這是產生傳動所需要的。網圈離開傳動點后，向下走上負壓管的下圓弧部分，在這裡的網圈是“松邊”，所受的張力很小，摩擦力也很小，但還會引起張力的逐步緩慢增加。
再後面網圈進入“直線”區，摩擦力等於零，網圈的張力也不會增加。
網圈進入後面的曲率很大的“尖角”區，在繞過這個尖角的時候，從直線狀態突然變成曲率很大的彎曲狀態，必然會增加很大的張力來克服自身的抗彎力；因而網圈對負壓管“尖角”的壓力也顯著加大，造成了最大的摩擦阻力，這裡稱它為“尖角阻力”，用“J”來代表。
顯然，如果網圈的周向抗彎剛度大，“尖角阻力”也顯著增大。
網圈進入工作區，儘管網圈張力達到最大（緊邊），但是由於曲率很小，因此摩擦力也是很小的。只是在網圈上的絮條受負壓管窄縫氣流的作用,也產生一定的摩擦力f 。
為了網圈被可靠傳動，應該有
Fw 是上膠輥壓力產生的外摩擦力，即網圈的傳動力。
在數量上“尖角阻力”是網圈摩擦阻力的重要成分，負壓管的這個“尖角”在緊密紡結構上是很重要的，它越是“尖”，就能使負壓管上的集束窄縫開口越是接近輸出羅拉的鉗口，對絮條的控制就越好。“尖角”的曲率半徑r越小，網圈的摩擦阻力（負荷）就越大，上壓輥壓力的P（=N）就應該越大。
在這層意義上來說，網圈的負荷取決于它本身的抗彎剛度。
體現網圈性能的技術指標
至此，可以歸納網圈應該有哪些能體現性能的技術指標：
1. 透氣性——空隙率。
紡織工藝上應該明確提出網圈的透氣性指標，作為網圈設計的工藝依據。透氣性指標決定了網圈織物的空隙率。再按照其他性能要求來決定經、緯單絲的直徑和經、緯密度，與其他結構要素，使網圈得到優異的使用性能。
2.  周向（緯向）彎曲剛度——摩擦阻力。 由於負壓管設計上有一個半徑很小的“尖角”，是網圈運行中存在一個“尖角阻力”。減小網圈的周向彎曲剛度，可以明顯地降低網圈的運行負荷。
3. 寬度方向（經向）彎曲剛度——穩定運行。
網圈實際是一種傳送帶，對速度的穩定性有很高的要求。因此要求在寬度方向有很好的剛度，在運行中保持硬挺，不會發生褶皺現象。
4. 要有一定的彈性伸長，不能有塑性伸長。
有一定的彈性伸長是因為緊密防裝置一般是4-6錠為一組，網圈共用一根張力輥，適當的彈性可以緩解由於網圈的長度差異造成的張力差異。
而塑性伸長是不允許的，因為將降低使用壽命。
參考文件
[1] 瞿才新， 張榮華。紡織材料基礎[M]。北京：中國紡織出版社2004年6月
[2] 姚穆等。 紡織材料學（二版） 。[M] 北京：中國紡織出版社2000年7月
[3] 陸宗源。用織物結構理論研究集聚紡網圈[J]。紡織機械，2006-6。
本文發表于《國際紡織導報》2008-5
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眾所週知，“緒森網圈”棉紡用的網圈和毛紡用的網圈是不一樣的。有不同之處，也有相同之處，比較如下表：
採用同直徑單絲、變密度織造方法做成的“變密度”網圈，由於傳動區的線密度明顯加大，單絲的屈曲度增加，因而厚度大於中間的工作部分。在通常情況下，傳動區線密度加大50%，網圈厚度大致增加0.05毫米。
