環(huán)錠紡紗機(jī)假捻器裝置的構(gòu)造

戴自怡　王林堯

上海市毛麻紡織科學(xué)技術(shù)研究所(中國)

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環(huán)錠紡紗機(jī)假捻器裝置的構(gòu)造

戴自怡王林堯

上海市毛麻紡織科學(xué)技術(shù)研究所(中國)

環(huán)錠紡紗機(jī)歷經(jīng)數(shù)百年的發(fā)展，如今面對多變的纖維原料和不斷提高的紗線質(zhì)量要求，諸多技術(shù)問題相繼顯現(xiàn)。具體分析了這些技術(shù)問題產(chǎn)生的原因：在紡紗過程中存在三維加捻三角區(qū)、高紡紗張力及張力波動的缺陷。介紹了假捻器裝置的構(gòu)造、原理及試紡效果。試紡結(jié)果表明，該裝置有效降低了紡紗張力，提高了成紗的斷裂強(qiáng)力，成紗的斷裂伸長率、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、毛粒及捻度變異系數(shù)等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線。

環(huán)錠紡；假捻器；斷裂強(qiáng)力；紡紗張力

傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機(jī)是紡紗的主要機(jī)種，環(huán)錠紡紗技術(shù)成熟，適合多種原料的紡紗，目前世界上紗線總產(chǎn)量的60%左右均由環(huán)錠紡紗機(jī)生產(chǎn)。然而隨著紡織用纖維原料需求的不斷擴(kuò)大和對紗線質(zhì)量要求的提高，環(huán)錠紡紗技術(shù)也面臨著諸多問題。本文通過分析環(huán)錠紡紗技術(shù)的發(fā)展瓶頸，找出其產(chǎn)生原因，提出了在環(huán)錠紡紗機(jī)上加裝假捻器裝置，以期提高環(huán)錠紡紗機(jī)的適紡性能和成紗質(zhì)量。

1　環(huán)錠紡紗技術(shù)遇到的問題

1.1無法適應(yīng)纖維原料的發(fā)展

隨著紡織技術(shù)的不斷發(fā)展，紡紗原料日益豐富，環(huán)錠紡紗機(jī)對其適紡性差的問題也逐漸突顯。

如芳砜綸纖維是近年開發(fā)的一種有機(jī)耐高溫纖維，紡制的紗線適用于生產(chǎn)特種耐高溫制品，但該纖維紡紗時(shí)靜電現(xiàn)象嚴(yán)重，纖維間抱合力小，成紗困難，毛羽多，采用環(huán)錠紡紗機(jī)加工的成紗質(zhì)量不理想。

又如毛紡半精紡可利用粗紡用動物纖維(如駝毛、兔毛)生產(chǎn)針織用紗，這樣可大大擴(kuò)展原料范圍并降低原料成本，但粗紡用動物纖維原料較短，長度離散度較大，采用現(xiàn)有的環(huán)錠紡紗技術(shù)生產(chǎn)毛紡半精紡紗線困難大，且成紗毛羽多，導(dǎo)致生產(chǎn)的織物抗起毛起球性差。

再如苧麻纖維的紡紗多借用毛紡或棉紡環(huán)錠細(xì)紗機(jī)，但苧麻纖維的特性是纖維粗、抗彎剛度大，其可紡性遠(yuǎn)不如毛纖維及棉纖維，現(xiàn)有環(huán)錠紡技術(shù)紡制的苧麻紗線成紗毛羽長、質(zhì)量差。

1.2環(huán)錠紗線質(zhì)量不穩(wěn)定

實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，環(huán)錠紡紗機(jī)生產(chǎn)過程中，對同一管紗而言，處于小管紗、中管紗和大管紗階段的紗線質(zhì)量水平存在差異，小管紗時(shí)斷頭率最高，中管紗時(shí)斷頭率最低，大管紗時(shí)介于兩者之間，三者斷頭比例為5∶2∶3。為提高成紗質(zhì)量水平，必須解決同錠生產(chǎn)的管紗在大、中、小管紗階段的質(zhì)量差異問題，這需要改善環(huán)錠紡紗機(jī)的性能來實(shí)現(xiàn)[1]。

棉紡高效工藝要求粗紗重定量，細(xì)紗大牽伸，以大幅提高單位時(shí)間產(chǎn)量，減少前紡設(shè)備配置，降低生產(chǎn)成本，但在大牽伸條件下須條寬度增大，會導(dǎo)致成紗毛羽多、斷裂強(qiáng)度低等問題。

1.3生產(chǎn)效率低

當(dāng)前大量新型高速織機(jī)正在推廣應(yīng)用，但由于環(huán)錠紡紗線的斷裂強(qiáng)度弱環(huán)和毛羽問題，致使織機(jī)在高速條件下斷紗次數(shù)增多，達(dá)不到織機(jī)高速高產(chǎn)的目的。

2　原因分析及技術(shù)背景

環(huán)錠紡紗技術(shù)面臨的瓶頸很大程度上是由于環(huán)錠紡紗機(jī)本身的缺陷造成的。

2.1三維加捻三角區(qū)

環(huán)錠紡紗存在三維加捻三角區(qū)，與傳統(tǒng)認(rèn)知的三維加捻三角區(qū)不同，在垂直方向，有部分纖維頭端被膠輥、羅拉黏附，另一端與加捻紗條連接，構(gòu)成三維加捻三角區(qū)。該三角區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的毛羽大多數(shù)為圈向毛羽，對成紗斷裂強(qiáng)度和織制織物的起毛起球性影響很大。一端被膠輥、羅拉黏附的纖維，其另一端如果未能與加捻紗條的主體纖維相結(jié)合，就將成為飛花；如果與主體纖維相結(jié)合，則在加捻紗條的作用下，會被剝離而螺旋包纏在成紗紗體的表面，易受摩擦作用形成毛粒。

2.2高紡紗張力和張力波動

環(huán)錠紡紗機(jī)采用鋼質(zhì)鋼絲圈加捻機(jī)構(gòu)，其獨(dú)有的氣圈和卷繞形態(tài)產(chǎn)生紡紗張力和張力波動。過大且波動的紡紗張力會造成成紗條干不勻、粗細(xì)節(jié)多及斷頭等質(zhì)量問題，限制了錠速和產(chǎn)量的提高。紡紗張力有兩部分組成：氣圈離心力(F=mω2R)和卷繞張力。在由小管紗向大管紗的變化過程中，氣圈大小也發(fā)生變化，紡紗張力由大變小，紡小管紗時(shí)的卷繞張力值均約為大管紗時(shí)的2倍。這一紡紗張力大和張力波動問題至今尚未得到很好的解決。

2.3技術(shù)背景

針對上述技術(shù)問題，許多研究正致力于改進(jìn)環(huán)錠紡紗的紡紗條件。如香港理工大學(xué)研發(fā)的“單股無扭矩環(huán)錠紗線的加工方法和設(shè)備”[2]，在環(huán)錠紡紗機(jī)前羅拉和鋼絲圈之間設(shè)置一個假捻器，假捻器由兩個開有曲形溝槽的半圓體構(gòu)成，假捻器旋轉(zhuǎn)帶動曲形溝槽內(nèi)的纖維束加捻，使纖維束獲得與成紗反向的捻度，并最終卷繞在紡紗機(jī)錠子上的紗管上。這種曲形溝槽假捻器能增強(qiáng)紡紗三角區(qū)內(nèi)紗線的扭矩，提高紗線強(qiáng)度，能在低捻系數(shù)條件下紡紗，紡制低捻度的紗線，但由于這種假捻器裝置構(gòu)造的局限性，相比傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗，其成紗強(qiáng)度約低18%，伸長率約低15.6%，且環(huán)錠紡紗技術(shù)中的高張力缺陷沒有得到根本解決。

3　假捻器裝置

本研究通過在環(huán)錠紡紗機(jī)上加裝一套假捻器裝置，提高環(huán)錠紡紗機(jī)的適紡性能，改善環(huán)錠紡成紗質(zhì)量。

3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)

在不改變傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在環(huán)錠紡紗機(jī)前羅拉鉗口至導(dǎo)紗鉤的紡紗段加裝假捻器裝置。在前膠輥和前羅拉組成的前鉗口至導(dǎo)紗鉤的紡紗段中間沿環(huán)錠紡紗機(jī)長度方向設(shè)置了一框架構(gòu)件，假捻器由兩個軸承固定在框架構(gòu)件的兩個邊框上，每一紡紗錠位設(shè)置一個假捻器，假捻器與導(dǎo)紗鉤之間設(shè)置有一根導(dǎo)紗棒。假捻器內(nèi)設(shè)置若干根紗線張力阻尼針棒，假捻器由電動機(jī)帶動的傳動帶切向傳動，根據(jù)紡紗工藝要求，其轉(zhuǎn)速可通過電動機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)整(圖1)。

圖1　環(huán)錠紡紗機(jī)(部分)及假捻器側(cè)視圖

3.2原理和效果

3.2.1降低紡紗張力

張力阻尼針棒對紗條的軸向摩擦阻力可以起到減少紡紗張力的作用(圖2)，紗條可套繞2～4根張力阻尼針棒，套繞的根數(shù)越多，張力阻尼作用越大。采用假捻器后可大幅降低紡紗張力，減小原環(huán)錠紡紗大、中、小管紗的紡紗張力差異和成紗質(zhì)量差異，降低張力波動，平緩張力波峰，實(shí)現(xiàn)低張力紡紗。

1-假捻器； 2-張力阻尼針棒； 3-傳動帶；4-軸承； 5-框架構(gòu)件 圖2　假捻器構(gòu)造示意圖

3.2.2提高扭矩?cái)U(kuò)大原料適用范圍

利用張力阻尼針棒對紗條的切向摩擦阻力產(chǎn)生扭矩，套繞的張力阻尼針棒的根數(shù)越多，產(chǎn)生的扭矩越大。使環(huán)錠紡紗機(jī)同樣適用于剛度較大的苧麻和原料較粗、捻系數(shù)較低的半精紡紗線的生產(chǎn)。這不僅對擴(kuò)大適紡纖維原料范圍、降低原料成本大有益處，還為棉紡高效生產(chǎn)工藝中出條定量較大的粗紗加工創(chuàng)造了條件。

3.2.3縮小三維加捻三角區(qū)

假捻器的軸承與前膠輥和前羅拉的法線連線呈90°，一定程度上消除了垂直方向上被膠輥、羅拉黏附的纖維，改善了纖維纏繞膠輥現(xiàn)象，縮小了三維加捻三角區(qū)區(qū)域，從而使成紗毛羽少，生產(chǎn)中飛花現(xiàn)象也大為減少。

4　試驗(yàn)

4.1原料與設(shè)備

試驗(yàn)在浙江寶潤毛紡有限公司進(jìn)行，采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機(jī)與加裝了假捻器裝置的紡紗機(jī)分別試紡了絲光羊毛/防縮毛條/天絲混紡紗(質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為42/42/16)，紗線線密度為50 tex×3，捻度為330捻/m，錠速為5 600～6 000 r/min。

4.2結(jié)果與討論

試驗(yàn)結(jié)果圖3。

圖3　　　　采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機(jī)與加裝假捻器后紡制的紗線的性能對比

可見，加裝假捻器裝置的環(huán)錠紡紗機(jī)紡制的紗線的單紗斷裂強(qiáng)力高，粗節(jié)、毛粒、捻度變異系數(shù)等都明顯好于傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線，斷裂伸長率和條干均勻度與傳統(tǒng)環(huán)錠紗基本保持一致或略好。

5　結(jié)語

本文分析了傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗技術(shù)的瓶頸和產(chǎn)生原因，通過在環(huán)錠紡紗機(jī)上加裝假捻器裝置，利用設(shè)置在假捻器上的若干根張力阻尼針棒，可有效減小紡紗張力，平緩張力波峰；同時(shí)張力阻尼針棒對紗條的切向摩擦阻力可產(chǎn)生扭矩，因此可紡制剛度較大的纖維，擴(kuò)大了適紡原料的范圍，對提高紡紗效率和紡紗質(zhì)量起到了積極作用。試紡結(jié)果表明，

所紡紗線單紗斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、條干、毛粒、捻度變異系數(shù)等指標(biāo)均好于傳統(tǒng)環(huán)錠紗或與其基本一致。

[1] 王林堯，戴自怡.環(huán)錠紡加捻機(jī)理力學(xué)分析及半緊密紡紗技術(shù)研究[J].上海毛麻科技,2010(3)：2-8.

[2] 陶肖明,徐賓剛.單股無扭矩環(huán)錠紗線的加工方法與設(shè)備：1453401[P].2003-11-05.

Construction of false twisting device on ring spinning frame

DaiZiyi,WangLinyao

Shanghai Wool & Jute Textile Research Institute, Shanghai/China

After hundreds of years of development, ring spinning was faced with the change of raw fiber materials and the requirements of continuously improved yarn quality, and a number of technical issues appeared. The causes of these problems were studied，which were three-dimensional twist triangle area in spinning process, high spinning tension and tension fluctuations. False twisting devices were introduced such as the structure, principle and spinning effect. Trial results showed that the devices effectively reduced spinning tension and improved tensile strength, and the production target of percentage of elongation, slubs, snicks, pills, twister irregularity was better than the conventional ring-spun yarn.

ring spinning；false twister；tensile strength；spinning tension