本研究课题紧密结合自捻纺纱工艺,对自捻纺成纱基本原理进行了理论分析和合理推导,得到了自捻捻度与单纱条捻度之间的关系以及捻回角与纤维机械性能的关系。对自捻纱线不同相位条件下两根单纱条汇合的规律进行研究,得到自捻捻度分布的特征。通过对自捻捻度函数的合理表征,得到影响自捻纱线强度不匀率的直接因素是自捻纱线的捻度不匀率。通过一系列对自捻纺纱一般规律的研究,利用实测的结果进行分析验证,得到关于自捻纺纱的规律、纱线结构和性能的关系。在此基础上侧重于对自捻纺成纱技术的应用性研究。本研究的主要目的是通过对自捻纺成纱机理、纱线结构及其力学性能的研究,揭示出纤维性能、纺纱工艺参数、成纱结构参数以及纱线力学性能之间的相应关系和内在规律,从而实现对自捻纺纱生产工艺的优化控制,为实际生产中工艺参数的选择,最终获得性能优良的纱线质量提供理论和实际依据。本课题的研究方法采用理论推导结合实验验证,以及利用实验数据进行分析的基本方法。自捻纺纱线中存在捻向交替的有捻区和无捻区或单纱上有捻而自捻纱线无捻的弱捻区,这就导致了纱线结构的复杂性和多样性；自捻纺成纱中相位差的大小对成纱结构和性能产生重要影响,为了弄清自捻纺成纱过程捻度特征的分布和成纱规律,所以本研究采用一根染色的羊毛条和另一根白色的腈纶条纺纱进行试验分析。利用实验观察获得能够代表和反映纱线结构的参数,最终获得纺纱规律和成纱结构的特征。本课题对自捻纺成纱机理、纱线结构和力学性能进行了一系列的研究；讨论了从纤维性能、成纱工艺、纱线结构到纱线性能的有关问题及其相互之间的关系和影响；从自捻纺纱最基本的加捻扭矩平衡的角度,重新构建了自捻捻度与单纱条捻度之间的关系式；从纤维应变能守恒的角度,推导了自捻平衡达到最小总应变能时自捻纱线螺旋角与纤维性能的关系；从相位差的角度着手,推导并验证了不同相位差情况下,两根单纱条有捻和无捻区段汇合的一般规律,推导出了得到最佳纱线性能的相位差；针对自捻纱线断裂强力和断裂伸长率均较低的特点,将不同原料的自捻纱线和环锭纱线进行力学性能的对比,解释了自捻纱线断裂强力和断裂伸长率均较低的原因,并通过复合自捻的方法解决了一些原料不能直接用于自捻纺纱的问题；通过计算不同汇合方式下自捻捻度分布函数,得到各种因素对自捻捻度的影响,通过理论分析和实验验证,得到自捻纺纱最佳纺纱工艺参数的选择；以双股纱赛络纱的力学模型为基础建立了自捻纺纱过程力学模型,得出汇合点的运动规律,为控制汇合点的稳定运动打下理论基础。论文根据研究的具体内容共分为六章。首先第一章是研究的背景,着重介绍了自捻纺的研究与应用现状、理论研究已有成果与实验研究的内容,以及自捻纺纱的研究目的和研究内容。接下来的第二章从扭矩平衡的角度,变形能守恒的角度解释与论述自捻成纱机理,不仅推导出了自捻捻度和单纱条捻度之间新的关系式,而且建立了自捻纱捻回角和纤维机械性能之间的关系式,并通过实纺不同纤维所纺自捻纱线测试半周期捻回数进行了验证。第三章研究了自捻纺纱成纱过程不同路程差情况下的捻度分布,分别分析了七种相位自捻纱的成纱过程及捻度分布,通过改变相位对自捻纱两根单纱条有捻纱段和无捻纱段相遇的情况进行具体分析,结果发现当两根单纱条的相位差等于自捻纱线的无捻区长度时,自捻纱线长度方向上没有无捻-无捻段纱线的出现,此时能够获得纱线的最佳拉伸性能。此结果通过实际纺纱测试自捻纱线的断裂强度值进行了验证。通过不同原料腈纶、涤纶、羊毛、苎麻分别进行自捻纺纱和环锭纺纱纱线的力学性能比较,自捻纱线有断裂强力和断裂伸长率均较低的特点,涤纶和腈纶纤维自捻纱线强力利用率较高可以直接用于自捻纺纱,而羊毛和苎麻由于强力利用率只有15-25%只能选择与其他纤维复合进行自捻纺纱。通过对腈/涤、毛/涤、麻/涤三种复合自捻纺纱线的力学性能分析,腈/涤复合自捻时可采用任何比例,而毛/涤复合自捻时涤纶纤维含量百分比要达到60%或以上,麻/涤复合自捻时涤纶纤维含量百分比要达到70%或以上,才能够使得复合自捻纱线的断裂强度和断裂伸长率符合后工序加工的要求。论文第四章通过自捻罗拉钳口线至汇合点之间纱条上的捻度分布函数用两种方法进行计算,一种是用路程差的方法,另一种是分别用两根单纱条的捻度分布函数来计算,结果第二种方法所计算的自捻捻度分布函数与实际纺纱测试纱线的捻回数更接近,更符合生产实际。并进一步利用两根单纱条的相位差得到自捻纱的相位差,证实了用角度差表示的相位差更接近于生产实际上的无捻区长度。利用第二种方法所计算得出的捻度分布函数计算得到自捻纺三种汇合方式的捻度不匀率,结果第三种汇合方式的捻度不匀率最低,经过实验验证,所对应的自捻纱断裂强力不匀率亦最低。通过对半周期长度上自捻捻度的计算,分析了自捻纺纱各个结构参数对自捻纱线半周期捻回数的影响以及纺纱工艺参数对自捻纱线半周期捻回数的影响。对于在生产实际上如何采用较优的工艺参数进行自捻纺纱提供了有力的理论和实践依据。论文第五章主要以双股纱的力学模型为基础,建立自捻纺纱过程的力学模型,得到了汇合点的运动规律曲线,并通过实际纺纱验证了汇合点的运动轨迹。此模型对于进一步研究自捻纱线在汇合点的运动规律,控制自捻纺纱过程的稳定性和可靠性提供了理论基础。论文第六章对本课题所研究的结论做了归纳与总结,并对今后的研究工作提出了看法和展望。本论文从纤维性能、纺纱工艺、纱线结构来预测最终自捻纱性能的研究方法,可以对一些经典纺纱理论问题的研究进行借鉴和改进,丰富了纺织理论,对于更深入地了解自捻纺系统,掌握自捻纱线结构和性能,完善自捻纺理论方面的研究,从而更有效地指导生产实践,都具有一定的理论和现实意义。