细纱机工艺中的捻度是影响纱线质量和性能的重要参数之一，通过控制和调整纱线的捻度，可以提升纱线的均匀性、强度、柔软度和扭转稳定性。通过对细纱牵伸装置输出的须条进行加捻，可以改变须条中纤维的排列结构，使须条成为具有一定强力、弹性、伸长、光泽、手感等物理机械性能的细纱，因此生产过程中应予以足够的重视并进行必要的准确度量。
一、纺纱过程中捻度的变化
环锭纺细纱机是通过改变捻度对牙、中心牙来设计捻度的，一旦工艺确定后，设计捻度就成为一个定值，但在实际纺纱过程中，受卷绕方式、管纱成形结构等不同纺纱阶段加捻条件变化的影响，会导致实际测试出来的捻度与工艺设计捻度存在着较大的差异。
1.1 不同纺纱阶段的捻度
在FA506细纱机上生产花灰棉粘14.8tex品种，在同一个锭位上，从8：20的小纱开始分段取样试验，每次测试10段单纱的捻度，取样后接上同直径的管纱继续生产，保持完整的成形，最后管纱经络筒后再进行捻度测试，试验结果见表1和图1。
表1 不同纺纱阶段捻度测试结果
图1 纺纱各阶段捻度
从表1和图1可知，从小纱到大纱，捻度有增加趋势，增加约3捻/10cm，大纱时捻度不匀最大，经络筒后，由于纱管从管顶退绕时会增加捻度，钢领板上下一个周期，卷绕层圈数和束缚层圈数都转移为纱体上的捻度。
1.2 捻度试验方法的误差
我们在进行纱线捻度测试时，都是从管顶进行退绕引纱的，即轴向引纱，这和络筒过程是一样的，也会增加被测试纱线的捻度，造成测试捻度大于实际捻度，见表2。
表2 不同引纱方向捻度测试结果
1.3 卷绕直径对捻度的影响
FA506型细纱机，罗拉速度163r/min，线速度12.8m/min，钢领板上下周期运动，最高点时（卷绕小直径）实测钢丝圈转速：11798r/min，计算捻度92.2捻/10cm；最低点时（卷绕大直径）钢丝圈转速：12110r/min，计算捻度94.6捻/10cm，有2.4个捻回差异。
二、分析与探讨
2.1 加捻的实质
加捻的实质就是利用须条横截面间产生相对角位移来改变须条的结构，使原来伸直平行的纤维与纱轴发生相对倾斜。前罗拉输出的须条呈偏平的状态，纤维与纱轴平行排列。锭子带着筒管回转，并借助纱线张力的牵动，使钢丝圈沿钢领高速回转，钢丝圈回转产生的捻回向前罗拉钳口传递，使钳口处的须条围绕其轴线回转，须条宽度逐渐收缩，两侧的纤维也逐渐折叠而卷入纱条中心，形成加捻三角形oab，见图2。在加捻三角形中，须条的宽度与截面发生变化，从扁平带状逐渐形成近似圆柱形的纱条。
图2 纱条加捻示意图
2.2 钢丝圈转速
钢丝圈回转一周，纱条就会被加上一个捻回。前罗拉不断地输出须条，纱管就连续地卷绕纱条。如忽略纱条加捻所产生的长度变化，则前罗拉输出须条的速度应等于纱管的卷绕纱条的速度，即有下列关系式：
nF：前罗拉转速（r/min）；
dF：前罗拉直径（mm）；
dx：纱管卷绕直径（mm）；
ns：锭子或纱管的转速（r/min）；
nt：钢丝圈的转速（r/min）。
2.3 捻度的计算
到目前为止，棉纺学教科书上的细纱捻度都是根据前罗拉和锭子的转速来计算的，通常锭子、罗拉速度为恒定值，由细纱机的传动可知，捻度控制前罗拉的输出速度。
Tt：纱线捻度（捻/10cm）；
2.4 环锭纺加捻的缺陷
钢丝圈转一周，纱条上就加上一个捻回，而钢丝圈的转速是随着管纱卷绕直径的变化而变化的，是一个变量，因此棉纺学教科书采用锭子转速计算捻度，但这忽略了纺纱过程中捻度的实际变化，导致公式不够严谨。
棉纺学教科书上是这样解释的：钢丝圈的转速是随纱管卷绕直径的不同而有所变化。但这个变化是很小的，而且纱从管顶退绕时，大小卷绕半径所引起的捻度差异值完全可以得到补偿，不影响成纱的质量。每分钟绕取的纱条长度，经管纱顶退绕后，这段长度上的捻度相当于按锭子每分钟转速计算的捻度，这种说法觉得有点缺乏严谨性。
2.4.1 钢丝圈转速计算与实测的差异
在FA503细纱机上生产C/R14.8tex纱，vF为13.3m/min，锭速为13062r/min，钢丝圈转速的计算结果为：
卷绕小直径（18mm）时：
卷绕大直径（39mm）时：
卷绕小直径时比卷绕大直径每分钟少127个捻回，每10cm少0.954捻。
用频闪仪锁定钢丝圈测量转速，见图3、图4，实际测得卷绕小直径18mm时，钢丝圈转速12820r/min，卷绕大直径39mm时，钢丝圈转速12998r/min，卷绕小直径比卷绕大直径每分钟少178捻回，即每10cm少1.34捻，实际上钢丝圈在运行时受各方面因素的影响较多，转速波动是十分频繁的。
图3 卷绕小直径钢丝转速
图4 卷绕大直径钢丝圈转速
2.4.2 钢丝圈计算与实测转速差异的分析
根据钢丝圈计算公式，可以计算出不同卷绕直径时钢丝圈的转速，见图5。实际测量不同卷绕位置时钢丝圈转速，见图6，然后进行数据分析。
图5 计算钢丝圈转速与卷绕直径关系图
图6 实测钢丝圈转速与卷绕直径关系图
用相关系数函数CORREL，计算和实测钢丝圈转速二组数据集求得相关系数为0.9654，一般来说，取绝对值后，求得相关系数在0-0.09之间时可以判断为没有相关性，在0.1-0.3之间时为弱相关，在0.3-0.5之间时为中等相关，在0.5-1.之间时0为强相关。但是，相关系数的强弱仅仅看计算数据的大小是不够的，还需要做显著性差异检验，即t-test来检验两组数据是否显著相关。
用t-test函数执行t检验，以比较两组数据集是否存在显著差异，求得概率为9.29×10-10，得出的概率在0.05以下，则两级数据存在显著的差异。
三、减少捻度差异的途径
经牵伸后的须条由前罗拉输出，经导纱钩后穿过钢领上的钢丝圈，绕在紧套于锭子的纱管上，锭子带着纱管回转，并借纱线张力的牵动，使钢丝圈沿着钢领回转，从而使纱条上获得捻回，见图7。
图7 细纱加捻过程
3.1 纺纱张力与钢丝圈转速关系
在生产C/A18.7tex纱时，通过对纺纱张力的波动情况进行了检测可知，钢领板在最高位置时（叶子板最高位），卷绕小直径时纺纱张力最大，钢领板在最低位时，卷绕大直径时纺纱张力最小，由此可知，纺纱张力对钢丝圈转速的影响较大，纺纱张力大时钢丝圈转速慢，纺纱张力小时转速快，如果纺纱张力是均匀的，那么钢丝圈转速变化就小了，见图8。
图8 钢领板不同位置纺纱张力
3.2 匀张力纺纱
采用环锭细纱机纺纱张力在线检测装置，能够对环锭纺纱过程中纱条的动态张力进行非接触测量，并实施纺纱张力智能控制，该系统采用特制带传感器的导纱板来实现张力变化信号自动采集，见图9，将传感器的动态信号经过整形放大、A/D转换后，与导纱板上下位移量的模拟量一起输入中央处理器，经过一系列运算处理后，作为输出信号来控制变频器的输出频率，以调节细纱机主电机的转速，最终达到控制纺纱张力的目的。
图9 在线检测环锭细纱机纺纱张力装置
采用环锭细纱机纺纱张力在线检测装置后，实测C14.5tex纱的捻度差异：钢领板到最高点时（卷绕小直径）钢丝圈转速：11389r/min，罗拉速度149r/min，线速度11.7m/min; 计算捻度97.3捻/10cm；钢领板到最低点时（卷绕大直径）钢丝圈转速：12713r/min，罗拉速度167r/min，13.1m/min，计算捻度97.5捻/10cm，见图10。
图10 匀张力纺纱开启时大小直径时钢丝转速测试
分别对采用和不采用在线检测环锭细纱机纺纱张力装置所生产的C/A18.7tex纱，进行质量指标测试，对比结果见表3。
表3 成纱质量对比
从表3的对比结果可知，由于纺纱张力在线智能控制，保持整个纺纱过程中纺纱张力均匀，普通纺纱时纺纱张力平均23.89cN，纺纱张力CV值6.4%，匀张力纺纱平均纺纱张力27.42cN，纺纱张力CV值3.25%，可见采用纺纱张力在线智能控制系统后，成纱捻度变化小，成纱强力CV值、断裂伸长率明显好于普通环锭纺。
四、结语
从理论上讲，捻度应依据钢丝圈转速进行计算。然而，钢丝圈转速会随纱管卷绕直径的变化而改变，这使得在整个纺纱过程中，捻度成为一个变量。尽管这种变化幅度较小，对成纱质量影响不大，但仍表明环锭纺纱加捻方式存在一定缺陷，要改变环锭纺卷绕方式，可能性也不大。匀张力纺纱技术能减少卷绕直径对成纱捻度的影响，从而减少纺纱断头、降低纱线断裂强力CV值、提高纱线弹性稳定性等内在质量。
