基于纤维几何特征与成纱性能关系的虚拟纺纱优化

纤维几何特性的表征及其对纺纱加工过程与成纱性能影响一直是纺纱领域的经典问题，但由于纤维特征、纺纱工艺参数及成纱性能的因果复杂性，目前对纺纱工艺优化及成纱性能预测尚缺乏理论依据，主要依靠大量的实验探索，耗时、费力。本项目拟采用几何概率方法，构建能全面表征纤维长度及细度分布信息的概率密度函数，分析纤维几何特性对纺纱加工过程的影响，探究纤维在纱条截面上排列分布及纱条的结构等问题，从而揭示纤维几何特性对纱线的加工过程及其品质的影响机理，并结合实验测试和验证的手段，建立可定量分析的纤维性能与加工工艺和最终成纱质量的模型，为优化原料配置及纺纱加工工艺、预测成纱质量提供理论依据，也为通过"虚拟纺纱"而进行工艺优化和最终成纱品质的预测提供理论平台。

纤维几何特征（长度与细度，尤其是长度）的表征及其对成纱性能的影响一直是纺织领域的经典问题，而目前关于综合考虑纤维长度和细度对纤维在纱条中的随机排列，进而对成纱条干不匀和断裂强力影响的研究尚未见开展。为此，本项目针对以下几个方面进行了研究。.（1）纤维长度指标的全面表征。为了建立能够全面涵盖纤维长度分布特征指标的分布密度函数，本项目采用二组分混合Weibull分布密度函数对纤维长度分布直方图进行了拟合。此外，根据常用的描述纤维长度的离散性指标（平均长度、长度不匀、小于12.7mm短绒率，小于16mm短绒率和上四分位长度）也可通过二组分混合Weibull分布函数对纤维长度分布进行拟合，全面表征了纤维的长度分布特征。.（2）纤维长度对纺纱工艺和加工过程影响的试验性研究。本项目采用牵切方法将苎麻纤维切断成不同的纤维长度进行纺纱，并与常规苎麻纱进行质量对比，分析了纤维长度及整齐度对纺纱工艺及成纱质量的影响。.（3）成纱性能的统计学表达。本项目利用纤维长度分布函数和测试所得的纤维细度分布特征，建立了一种成纱条干理论不匀的新的计算式，即计算单纱各子片段包含纤维总不重量的不匀，其能够全面反映纤维长度、细度指标对单纱条干不匀的综合影响。此外，本项目基于理想纱条的定义和纤维的随机排列规律，模拟了纤维在单纱中的随机排列，并能够据此计算模拟单纱的条干极限不匀和断裂强力。该模拟使得纤维的几何特征对成纱质量的影响显得更为直观，初步实现了纺纱的模拟。.（4）成纱质量的预测。本项目采用特征指标选择方法选取了影响棉纱与苎麻纱成纱质量的纤维性能指标，还分别采用了基于数据挖掘技术的人工神经网络模型和三种基于不同核函数的支持向量机模型对棉纱质量进行预测并对比，选取预测效果最优的模型。此外，采用基于遗传算法与支持向量机回归算法相结合的方法能够优化纤维属性的数据集，以更好地选择预测成纱质量的纤维性能指标。.本项目的研究探讨了纤维的几何特征对成纱质量的影响，初步实现了虚拟纺纱，为纺纱工艺的优化和进一步完善成纱质量预测提供了理论依据。.本课题已发表SCI源刊论文7篇，国际会议论文6篇（其中，EI收录3篇），中文期刊论文6篇（其中中文核心4篇），另有1篇SCI源刊论文已接受，正在修改中。此外，还申请4项发明专利，已获授权2项。