轉杯紡14.8 tex純棉色紡紗技術探析

陳順明，趙樹超，章友鶴，趙連英

(1.浙江湖州威達集團股份有限公司，浙江 湖州　313114；2.浙江省新型紡織品研發(fā)重點實驗室，杭州　310009；3.浙江理工大學 材料與紡織學院，杭州　310018)

1　轉杯紡技術優(yōu)勢

轉杯紡又稱氣流紡，是一種新型紡紗技術，在國內外應用已有30余年。目前全球擁有轉杯紡產能已超過700萬頭，其中我國約有360萬頭，占全球產能的50%以上。由于用工成本昂貴，歐美國家用轉杯紡與噴氣渦流紡等新型紡紗設備生產的紗線已超過環(huán)錠紡。浙江省約有40萬頭各類轉杯紡設備投入生產運行，在中粗號紗生產方面已基本取代環(huán)錠紡。生產實踐表明：轉杯紡具有紡紗工序短、生產效率高、用工省、加工成本低等優(yōu)勢[1]。

2　轉杯紡生產細號紗

2.1　設備革新

30多年來，轉杯紡設備技術水平多次升級換代，但其在較長時間內的主導產品為中粗號紗，即98 tex～37 tex紗，除牛仔布服裝面料用紗外，大部分作為產業(yè)用紡織品用紗，如粗帆布、土工布和勞保用手套等。轉杯紡設備以大紡杯(直徑為40 mm～66 mm)、低速度(30 kr/min～60 kr/min)為主，使用原料檔次較低，除部分5級、6級棉外，紡紗廠回花、落棉等下腳料及再生原料占相當大的比例，故有轉杯紡是吃下腳料紡“附牌紗”的代名詞。產品檔次較低、紡紗號數(shù)大，應用領域難以拓展，與當前服飾用紗要求的高質、細號差距較大[2]。

21世紀以來，高速化、自動化、智能化等紡紗新技術廣泛應用于轉杯紡紗機，新型全自動或半自動轉杯紡紗機取代第一代大紡杯、低速度的轉杯紡紗機已成為必然趨勢。從浙江省目前正在使用的約40萬頭轉杯紡設備分析，除保留極少用于生產特殊品種的第一代低效能的轉杯紡紗機外，半自動轉杯紡紗機約占80%，其余約20%是從國外引進的全自動轉杯紡紗機，這為生產優(yōu)質中細號轉杯紗創(chuàng)造了有利條件。目前，浙江省用半自動轉杯紡紗機生產19.7 tex～14.8 tex粘纖針織紗已成為常態(tài)，紡杯速度普遍達95 kr/min～100 kr/min，引紗速度為100 m/min～120 m/min。全自動轉杯紡紗機主要生產純棉和混紡休閑面料用紗，紡紗號數(shù)為29.0 tex～18.5 tex，紡杯速度高達140 kr/min～150 kr/min，引紗速度超過150 m/min。紗線品質優(yōu)、毛羽少、卷裝容量大，織出的織物光潔平整、疵點少，受到后加工用戶的普遍好評。

國內多家紡紗企業(yè)在大專院校及設備制造企業(yè)的緊密配合下，已成功采用新一代轉杯紡設備紡制14.8 tex紗。

2.2　轉杯紡18.5 tex紗

第18屆新型紡紗技術年會上有公司用全自動轉杯紡紗機成功紡制18.5 tex～14.8 tex純棉醫(yī)療用紗。雖然其強力比環(huán)錠紗約低10%，但毛羽、棉結、異纖含量等指標均顯著優(yōu)于環(huán)錠紗，較好地解決了醫(yī)療用紗“三多弊端”(即棉結雜質多，整經、織造斷頭多)。該公司在開發(fā)生產細號轉杯紗時，原棉重點控制馬克隆值、單纖強力及線密度，以保證成紗截面纖維根數(shù)在100根以上；工藝選用小直徑紡杯(28 mm～30 mm)，以利于提高紡紗速度。在生產18.5 tex紗時，紡杯速度達145 kr/min，紡14.8 tex紗時紡杯速度控制在135 kr/min～140 kr/min。紗線捻度偏高設計，18.5 tex為1050 捻/m～1100捻/m，14.8 tex為1150捻/m～1200捻/m，以確保成紗強力滿足織造需求，減少整經與織造斷頭率，提高生產效率。

2.3　轉杯紡14.8 tex紗

蘇州多道自動化科技公司在東華大學指導下，在國產DS60型半自動轉杯紡紗機上用100%精梳落棉生產細號14.8 tex轉杯紗并對紡紗工藝進行試驗。精梳落棉二次利用，優(yōu)點是纖維開松好、雜結少，缺點是纖維長度較短。為了保證用精梳落棉生產的細號紗質量達到要求，在試驗研究中重點對分梳輥、紡杯、假捻器及電子清紗器等關鍵部件及工藝進行優(yōu)選。選用OK40型分梳輥工作角為65°，速度設定為7 kr/min；T型凝聚槽，紡杯直徑為33 mm，設計速度為75 kr/min；陶瓷螺旋型假捻器，其摩擦因數(shù)較小，可減少加捻時的捻度損失。除了優(yōu)選上述關鍵器材外，采取降低引紗速度，加大紗線捻度及提高車間濕度等措施，以減少成紗毛羽，提高成紗強力，成功生產出細號14.8 tex純棉轉杯紗。實踐表明，國產半自動轉杯紡紗機的制造技術與工藝性能已達到國際水平。

3　轉杯紡14.8 tex純棉色紡紗

3.1　原料的選用

開發(fā)轉杯紡純棉色紡紗，采用纖維先染色后紡紗的工藝。因纖維經高溫染色后性能變化較大，纖維強度下降，短絨增多，長度變短，尤其是棉蠟去除后，纖維的彈性變差，給生產帶來一定影響。細號色紡紗，對原料品質要求較高。浙江湖州威達集團股份有限公司選用纖維長度大于31 mm，線密度小于1.54 dtex，短絨含量約為10%，成熟度好，馬克隆值為3.5～4.5的優(yōu)質新疆長絨棉作為主體原料，確保14.8 tex色紡紗截面纖維根數(shù)在100根以上，使成紗單紗強度大于10 cN/tex，以滿足后道加工對用紗的質量要求。

3.2　混棉與混色的均勻性

在紡紗設備選型與工藝配置方面，要確?；烀夼c混色的均勻性。

工藝流程：原料選擇→配色混料→清梳聯(lián)→二道并條→轉杯紡紗→質量檢驗→成包。在該流程中有3處進行纖維混色：一是在抓包機上按配色要求比例排包(即全混法)；二是在清梳聯(lián)的多倉混棉機上對各倉棉花利用倉位差與時間差進行再次混色；三是在二道并條機上通過64倍牽伸并合，使末道并條機輸出的條子色澤達到工藝設定要求，保證轉杯紡生產的色紡紗不但原料混合均勻，而且色彩靚艷。

3.3　清梳聯(lián)和并條工序設備選用及工藝優(yōu)化

清梳聯(lián)工序選用FA203C型與JWF1203型全封閉梳棉機，配有固定蓋板與棉網清潔器，既能有效對纖維進行梳理又能提高棉結去除率，改善棉網清晰度。為了盡量減少有色纖維在梳理過程的損傷，控制色棉結，采取適當減輕梳棉生條定量，降低道夫出條速度，擴大錫林、刺輥線速比等措施。梳棉生條定量為22.5 g/(5 m)，道夫出條速度為110 m/min，錫林轉速為400 r/min，刺輥轉速為900 r/min。錫林與刺輥線速比為2.1∶1，保證纖維在梳理過程中快速轉移，避免返花重復梳理增加棉結，在蓋板與錫林梳理部分發(fā)揮棉網清潔器的作用去除棉結。上述工藝優(yōu)化后，梳棉生條短絨增長率控制在2%以下，色棉結控制約為1粒/g。

并條工序是轉杯紡最后一道準備工序，要圍繞提高纖維分離度、伸直度和平行度優(yōu)化工藝設計，頭并增大后區(qū)牽伸倍數(shù)，有利于清除梳棉生條中的彎鉤纖維。末并采用8根并合，增加棉條間的相互混合，其牽伸倍數(shù)略大于并合數(shù)。出條線速度頭并為280 m/min，末并因系單眼并條機出條速度為550 m/min，通過并合與牽伸使末并條中纖維的分離度、伸直度、平行度與混合、混色達到較好的水平，為轉杯紡提供品質優(yōu)良的條子。

3.4　前紡工序條子長短片段均勻度的控制

前紡工序要控制好條子長短片段的均勻度，這也是控制好成紗質量的3個不勻率，即條干CV值、重量CV值和單強CV值的重要前提。

采取措施：① 清梳聯(lián)機組中用智能化與數(shù)字化技術控制棉流量以達到均衡輸送；② 梳棉機配置自調勻整系統(tǒng)，及時在線調整梳棉生條重量差異，使梳棉生條的重量不勻率控制在2%以下；③ 末道并條機配有自調勻整裝置，調整工藝范圍大、精度高，在缺條時自動勻整，使末并輸出的條子重量CV值小于0.4%。采用以上3項在線自動化調整措施，可確保14.8 tex轉杯色紡紗百米重量CV值在1.0%以下，條干CV值在16.5%以下，單強CV值約為11%，均達到轉杯純棉色紡行業(yè)標準的優(yōu)等水平。

3.5　設備及關鍵器材與工藝的優(yōu)化

3.5.1轉杯紡紗機

選用瑞士立達公司制造的R923型半自動轉杯紡紗機。該機臺配有360頭紡紗器，紡杯直徑為30 mm～42 mm，最高設計速度為110 kr/min，可滿足不同原料與不同規(guī)格紗線的生產，目前最小紡紗號數(shù)為14.8 tex。機上還配有電子清紗器與智能化接頭裝置，能切除紗體上的殘留紗疵，且接頭質量好。根據(jù)R923型半自動轉杯紡紗機的性能特點，經多次試驗，對關鍵器材的工藝進行優(yōu)化設計。

3.5.2紡杯

紡杯是轉杯紡紗機的核心器材，其速度與紡杯直徑相關，直接影響生產效率。原料長度為31 mm的長絨棉純棉色紡紗，要達到最佳的紡紗效果，紡杯直徑應略大于所用纖維長度，故選用直徑為33 mm與速度為90 kr/min的紡杯，使紡紗斷頭率能控制在120根/(千錠·h)以內，生產效率達到99%以上。

3.5.3分梳輥針布

分梳輥針布也是轉杯紡的關鍵器材之一，將喂入纖維或條子進行再梳理與排雜，使連續(xù)喂入的纖維條分離成平行伸直的單纖維狀態(tài)，對提高成紗質量起到關鍵性作用。但紡紗品種不同，選用分梳輥針布也有區(qū)別。選用OK40型分梳輥針布，速度為8 kr/min時，對該品種纖維分梳效果較為理想。

3.5.4假捻器

假捻器給分梳牽伸后的纖維條加上一定捻度以提高成紗強力，此例選用陶瓷材質螺旋型假捻器。這種假捻器摩擦因數(shù)小，可減少加捻時捻度損失，使設計的捻度與實際成紗的捻度基本相符。捻度應根據(jù)紡紗號數(shù)設計，紡14.8 tex純棉色紡紗因成紗斷面中纖維根數(shù)較少，通過試驗驗證，設計捻度為1200捻/m時，成紗強度達11 cN/tex以上。

3.6　成紗質量

經相關檢測單位檢測，細號14.8 tex純棉色紡紗質量達到較好水平，各項質量指標均達到或超過FZ/T 12030—2012《轉杯紡棉色紡紗》紡織行業(yè)標準的優(yōu)等品水平，檢測數(shù)據(jù)見表1。

4　轉杯紡純棉14.8 tex色紡紗關鍵技術

4.1　棉花染色方法

目前國內采用2種染色方法，即原棉染色與棉網染色，根據(jù)生產品種與質量要求不同選用。選用棉網染色方法，即先將配好的棉花通過清梳工序處理，制成棉網后染色，棉花的雜質與疵點經第1次清梳工序處理后大部分被清除，纖維呈小棉束或單纖維狀態(tài)，棉網染色中染化料易于均勻吸收，有利于減少原棉染色時的疵點，提高吸色均勻性，并可減少染化料用量。經棉網染色后的纖維在第2次清梳工序處理時應采用柔和梳理工藝，以減少纖維損傷。目前，國內紡紗企業(yè)在生產高檔細號色紡紗時，多數(shù)采用棉網染色工藝(又稱“雙梳工藝”)。雙梳工藝在第1次梳理時其落棉是本色，經第2次梳理時落棉是有色的，2種落棉價格有差異。本色落棉因用途廣，售價高于有色落棉，故棉網染色在節(jié)約原料成本方面有一定作用。

表1細號14.8 tex純棉色紡紗質量

檢測項目條干CV/%千米棉結/(個·km-1)單紗斷裂強度/(cN·tex-1)單紗斷裂強度CV/%百米重量偏差/%百米重量CV/%明顯色結/[個·(100 m)-1]10萬m紗疵/個指標要求(優(yōu)等/一等)16.5/19.5300/60011.2/10.211.5/15.02.0/2.51.5/2.53/65/10檢測結果16.411211.210.5-0.70.334達到水平優(yōu)等優(yōu)等優(yōu)等優(yōu)等優(yōu)等優(yōu)等優(yōu)等優(yōu)等

4.2　色棉混合方法

色紡紗在批量生產時采用全混法與條混法(不含細紗賽絡紡混色工藝)，這2種混色方法各有優(yōu)缺點。全混法即在開清棉工序采用小量混棉或在抓棉機上排包混棉的方法，條混法是將各種色纖維先分別經清梳工序制成有色梳棉條后在并條機上按混色比例混條。全混法又稱立體混色，條混法可稱為縱向混色，2種混色方法應根據(jù)生產品種選用。

如生產滌/棉混紡色紗時因兩種纖維性能差異較大，必須采用條混法，以確?；旒彵扰c混色比正確。而我們生產的純棉色紡紗使用同種原料，故選用全混法。生產的紗線色澤分布呈現(xiàn)出立體朦朧效果，制成的面料與服飾有時尚感。條混法不但要增加一道并條機(三并工藝)，且色彩分布及立體效應沒有全混法好，故采用一種原料時采用全混法的混棉與混色工藝是最佳選擇。

4.3　色纖維混用比例

按混用色棉比例不同，色紡紗分為淺色、中色和深色3種，但混用比例越高其可紡性越差，因為棉花經染色性能變化較大，尤其是因棉蠟消失使纖維彈性下降，生產時易出現(xiàn)“三繞”(即繞膠輥、繞膠圈、繞羅拉)，成紗強力下降明顯。同時，紡紗號數(shù)越小強力下降幅度越大。在環(huán)錠紡紗機上生產14.8 tex純棉色紡紗時，為了改善可紡性，提高成紗強力，應混用一定比例長絨棉。生產實踐發(fā)現(xiàn)紡紗號數(shù)大時，混用色棉比例可適當提高，生產號數(shù)越小混用色棉比例應減少，以減少成紗強力下降幅度，改善可紡性。14.8 tex色紡紗是生產難度較大的品種，故色棉混用比例控制在50%以下為好。

4.4　色結控制

色結是成紗中的有色棉結，會直接反映在布面上，嚴重影響布面的外觀質量，甚至會被評為疵布，故后加工用戶對成紗中色結數(shù)量要求較高。轉杯紡純棉色紡紗標準中要求優(yōu)等品色結要少于3個/(100 m)，一等品要少于6個/(100 m)，成紗色結數(shù)控制是色紡紗企業(yè)的攻關難題。控制色結要從優(yōu)選原料入手，要求原棉成熟度好，馬克隆值為4.0～4.5，能承受紡紗過程中對纖維的開松、分梳與打擊，短絨增長較少，控制在2%～3%；梳棉工序的刺輥針布、蓋板針布、道夫針布之間纖維轉移率好，減少因返花造成的纖維重復扭搓而增加的纖維斷裂和棉結，充分發(fā)揮梳棉機棉網清潔器作用，排除短絨與棉結，使梳棉機輸出棉網清晰度高、棉結少，以確保成紗中色結達到標準的控制要求。

4.5　溫濕度調控

由于色紡紗原料染色后彈性的回復性較差，在溫濕度波動較大時易增加“三繞”，影響成紗質量。尤其是相對濕度低于50%時，因空氣干燥易出現(xiàn)靜電掛花，使成紗毛羽增加，故在冬季低溫干燥環(huán)境中要加溫、給濕，在夏季高溫高濕氣候條件下要降溫、去濕。

5　結語

5.1轉杯紡相比環(huán)錠紡具有紡紗流程短、生產效率高、設備配臺少、能耗低、用工省等優(yōu)勢，目前半自動與全自動轉杯紡紗機在生產中已占主導地位，為轉杯紡開發(fā)新品種紗、提高生產效率、節(jié)省用工創(chuàng)造了有利條件。

5.2從優(yōu)選原料入手，優(yōu)化前紡工藝參數(shù)，選配好紡杯、分梳輥等關鍵器材，優(yōu)化紡紗工藝，以確保紡出高質量的細號紗，使轉杯紡應用領域得到擴展。

高質量的細號轉杯紗可作為高檔服飾面料用紗，適應服飾向高檔化、時尚化、個性化的發(fā)展需求。