噴氣渦流紡紡制純棉細(xì)號(hào)紗的實(shí)踐

戴 俊 高衛(wèi)東 傅佳佳 劉必英 凡啟光

(1.江蘇悅達(dá)紡織集團(tuán)有限公司，江蘇鹽城，224055；2.江南大學(xué)，江蘇無錫，214122)

與傳統(tǒng)環(huán)錠紡技術(shù)相比，噴氣渦流紡技術(shù)具有速度高、流程短、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品毛羽少和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，且其設(shè)備占地面積更少、用工更省、能耗更低，可有效緩解國(guó)內(nèi)紡織企業(yè)用地、用工緊張及節(jié)能降耗等問題，近年來日益受到紡紗企業(yè)的青睞[1]。但噴氣渦流紡技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)也帶來了品種同質(zhì)化問題，由于其適紡原料的范圍局限在化學(xué)短纖維，一般長(zhǎng)度為38 mm以上，沒有傳統(tǒng)環(huán)錠紡適應(yīng)性強(qiáng)；另外其成紗結(jié)構(gòu)特殊，紗線強(qiáng)力比傳統(tǒng)環(huán)錠紡低10%～20%以上，且有強(qiáng)力不勻等質(zhì)量問題，導(dǎo)致其在細(xì)號(hào)紗領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)。因此，噴氣渦流紡紗線的使用面較狹窄，沒有傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線廣泛，目前已出現(xiàn)同類別產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的局面，尤其是生產(chǎn)純粘膠紗、滌粘混紡紗以及純滌紗等常規(guī)產(chǎn)品的企業(yè)，其利潤(rùn)空間不斷被擠壓，甚至出現(xiàn)微利與保本的局面[2]。面對(duì)如此市場(chǎng)形勢(shì)，噴氣渦流紡生產(chǎn)企業(yè)需加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，開發(fā)多組分、多功能、多品種及多用途的產(chǎn)品，使噴氣渦流紡紗的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展。本文重點(diǎn)圍繞噴氣渦流紡紡制純棉細(xì)號(hào)紗過程中遇到的生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)，以MVS870型噴氣渦流紡設(shè)備為研究對(duì)象，從設(shè)備改進(jìn)入手，在生產(chǎn)中注重相關(guān)工藝措施的優(yōu)化以及各輔配件的開發(fā)，以提高對(duì)純棉纖維原料的適紡性，同時(shí)針對(duì)下游企業(yè)需求對(duì)中細(xì)號(hào)紗線進(jìn)行質(zhì)量?jī)?yōu)化，以實(shí)現(xiàn)噴氣渦流紡純棉細(xì)號(hào)紗的產(chǎn)業(yè)化，擴(kuò)大棉纖維在噴氣渦流紡設(shè)備上的應(yīng)用，改善織物的舒適性，提升產(chǎn)品附加值，滿足國(guó)內(nèi)外廣大消費(fèi)者的需求。

1 噴氣渦流紡成紗原理

噴氣渦流紡的成紗機(jī)理及成紗過程：無捻棉條由導(dǎo)條支架托起，在后羅拉的牽引下沿導(dǎo)條支架被動(dòng)拖動(dòng)前進(jìn)，由條筒逐漸喂入牽伸裝置，以光滑扁平狀態(tài)進(jìn)入牽伸單元后牽伸區(qū)；棉條經(jīng)牽伸加工至所需紗線號(hào)數(shù)的平行纖維束，在噴嘴入口處受到強(qiáng)負(fù)壓吸附作用，被吸入氣流加捻腔進(jìn)口的螺旋纖維通道，棉條中纖維頭端沿纖維螺旋通道及導(dǎo)引針下滑，進(jìn)入空心錠子入口處已成形的噴氣渦流紗體中心，進(jìn)而受到噴氣渦流紗紗尾的拉引，纖維尾端脫離前羅拉握持點(diǎn)后形成自由端，被高速旋轉(zhuǎn)氣流吹散倒伏在空心錠子入口的外表面上，然后在氣流加捻作用下包纏紗芯成紗，最后紗線從空心錠子內(nèi)部的導(dǎo)紗通道引出，經(jīng)電子清紗裝置清除紗疵后，卷繞形成筒子紗[3]，如圖1所示。

圖1 噴氣渦流紡紗線加工過程

1-棉條；2-電子清紗器；3-筒紗；4-前羅拉；5-引導(dǎo)針；6-空心錠子

噴氣渦流紡利用壓縮空氣產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)氣流加捻，具有效率高的特點(diǎn)，克服了機(jī)械件旋轉(zhuǎn)加捻慣性力的缺陷，故可高速紡紗[4]，MVS870型噴氣渦流紡紗機(jī)紡紗速度最高可達(dá)500 m/min。為了適應(yīng)高加捻效率和高紡紗速度的需要，噴氣渦流紡采用棉條直接喂入牽伸單元牽伸后進(jìn)行氣流加捻成紗，省略了粗紗工序，體現(xiàn)出產(chǎn)能高、流程短和自動(dòng)化程度高等優(yōu)異性能，相同號(hào)數(shù)單錠產(chǎn)量可達(dá)傳統(tǒng)環(huán)錠紡的20倍以上。深入理解噴氣渦流紡的成紗機(jī)理是研究該紡紗技術(shù)的關(guān)鍵，也是開發(fā)高品質(zhì)、差別化噴氣渦流紡紗線產(chǎn)品的保障。

2 紡制純棉細(xì)號(hào)紗面臨的問題

2.1 原料適紡性

通過對(duì)噴氣渦流紡的成紗機(jī)理分析可知，噴氣渦流紡采用高速旋轉(zhuǎn)氣流替代機(jī)械回轉(zhuǎn)件加捻，雖避免了機(jī)械回轉(zhuǎn)慣性力，可大幅提高紡紗速度，但由于氣流對(duì)纖維的控制不如機(jī)械件穩(wěn)定，故噴氣渦流紡加工對(duì)原料要求較高，適紡纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)、纖維較細(xì)及整齊度較高。與化纖相比，棉纖維的長(zhǎng)度較短且整齊度不高，除長(zhǎng)絨棉外，多數(shù)長(zhǎng)度在25 mm～30 mm之間，有相當(dāng)數(shù)量的短絨(10%～20%)在噴氣渦流紡生產(chǎn)過程中會(huì)被排出，同時(shí)由于棉纖維較常規(guī)纖維素纖維剛度大，使得氣流加捻效率下降，棉纖維包纏角減小，包纏比例下降，使得紗線結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定且強(qiáng)力較低，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中頻繁斷頭，難以連續(xù)成紗。

2.2 無捻極限牽伸倍數(shù)的局限

噴氣渦流紡采用無捻棉條直接由牽伸單元牽伸至所需紗線號(hào)數(shù)的平行纖維束，將傳統(tǒng)環(huán)錠紡粗紗工序分擔(dān)的5倍～12倍牽伸能力全部置于牽伸區(qū)，同時(shí)由于無捻棉條的抱合力較小，為保證牽伸質(zhì)量及牽伸效率，后區(qū)牽伸最大可設(shè)置為3.5倍～4倍，工藝總牽伸最大約400倍。而常規(guī)棉條定量約17 g/5 m～24 g/5 m，紡制7.3 tex～9.7 tex紗線時(shí)，從棉條到成紗的線密度差異高達(dá)600倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了噴氣渦流紡的牽伸倍數(shù)極限(設(shè)備推薦生產(chǎn)的紗號(hào)范圍在11.6 tex～29.2 tex)，故對(duì)于生產(chǎn)細(xì)號(hào)紗品種不推薦。

3 紡制純棉細(xì)號(hào)紗采取的措施

3.1 輕定量棉條均勻成形控制技術(shù)

本研究采用7 g/5 m～8 g/5 m的輕定量棉條，使噴氣渦流紡總牽伸控制在400倍以內(nèi)的合適范圍。常規(guī)并條機(jī)構(gòu)中棉條定位輥體之間的寬度固定，對(duì)于本研究所需超常規(guī)輕定量棉條而言寬度過大，棉條傳輸過程中易發(fā)生中心偏移，造成堵棉，裝置之間存在銜接問題，操作不便，從而影響成條均勻性。為保證輕定量棉條的成條效率和質(zhì)量，特別設(shè)計(jì)改造了多棉條導(dǎo)棉板和喇叭口結(jié)構(gòu)，構(gòu)建輕定量棉條成形通道，如圖2所示。多棉條導(dǎo)棉板安裝在喂入裝置的輸送架上，喇叭口安裝在牽伸裝置與成條裝置之間，多棉條導(dǎo)棉板與喇叭口在喂入裝置、牽伸裝置與成條裝置之間形成輕定量棉條成條通道，使得棉條在并條喂入、牽伸、成條等加工過程中過渡銜接的更加順利，同時(shí)提高輕定量棉條的長(zhǎng)片段均勻度。

圖2 輕定量棉條成形通道結(jié)構(gòu)示意圖

1-多棉條導(dǎo)棉板；2-輸送架；3-喂入裝置；4-牽伸裝置；5-成條裝置；6-喇叭口

3.2 無捻棉條微張力傳導(dǎo)喂入技術(shù)

噴氣渦流紡導(dǎo)棉喂料過程中，棉條是從機(jī)后由導(dǎo)條架托起，被后羅拉牽引，沿導(dǎo)條架被動(dòng)傳導(dǎo)進(jìn)而喂入牽伸機(jī)構(gòu)。由于本研究所采用的無捻棉條定量較輕，約7 g/5 m～8 g/5 m，截面內(nèi)纖維總根數(shù)較少，呈平行伸直狀態(tài)，導(dǎo)致棉條纖維抱合力較小，在被動(dòng)傳導(dǎo)過程中受到自重及摩擦影響產(chǎn)生的牽伸張力較大，易出現(xiàn)意外牽伸或斷條等現(xiàn)象，影響成紗效率和質(zhì)量。為解決該難題，改用棉條主動(dòng)傳導(dǎo)進(jìn)入牽伸機(jī)構(gòu)的喂入形式，設(shè)計(jì)發(fā)明了一種伺服驅(qū)動(dòng)單錠導(dǎo)棉喂料系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 伺服單錠導(dǎo)棉喂料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1-牽伸裝置；2-膠輥；3-牽伸電機(jī)；4-主動(dòng)輪；5-棉條；6-張力架；7-傳動(dòng)皮帶；8-導(dǎo)棉輪；9-被動(dòng)輪；10-后導(dǎo)條支架

在牽伸電機(jī)的輸出軸上與后羅拉同軸固定設(shè)置主動(dòng)輪，并在后導(dǎo)條支架上與導(dǎo)棉輪同軸固定設(shè)置被動(dòng)輪，主動(dòng)輪與被動(dòng)輪利用傳動(dòng)皮帶連接。當(dāng)牽伸電機(jī)驅(qū)動(dòng)后羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)棉條進(jìn)行牽引時(shí)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)導(dǎo)棉輪，實(shí)現(xiàn)棉條的主動(dòng)傳導(dǎo)喂入。在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，需要進(jìn)一步根據(jù)所采用的棉條定量，通過設(shè)計(jì)主動(dòng)輪、被動(dòng)輪和導(dǎo)棉輪的直徑組合控制導(dǎo)棉輪外表面線速度與后羅拉外表面線速度，調(diào)整導(dǎo)棉速度與喂入速度的配比，使得棉條在傳導(dǎo)喂入過程中受到的牽伸張力保持在較低且恒定的水平，避免棉條在后導(dǎo)條支架上出現(xiàn)意外牽伸或斷頭現(xiàn)象，保證超常規(guī)輕定量棉條平穩(wěn)喂入牽伸單元，提高生產(chǎn)效率和成紗質(zhì)量。

3.3 適紡純棉纖維的氣流加捻成紗技術(shù)

為了提高氣流加捻系統(tǒng)對(duì)幾何形態(tài)特征較離散的純棉纖維的適紡性，對(duì)噴氣渦流紡噴嘴接壓氣缸定位連接裝置進(jìn)行改進(jìn)，縮小噴嘴氣缸連接間隙，以保證良好的定位固定，避免高壓氣流輸送脈沖引起噴嘴結(jié)構(gòu)機(jī)械振動(dòng)，減小對(duì)加捻腔內(nèi)氣流加捻運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的影響，增強(qiáng)氣流對(duì)纖維的控制。選用優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)絨棉或細(xì)絨棉為原料，棉纖維較長(zhǎng)、較細(xì)；通過精梳工藝，提高棉條中纖維伸直度，去除棉結(jié)和雜質(zhì)，排除部分短纖維，提高纖維整齊度，降低噴氣渦流紡落纖率[5]；根據(jù)棉纖維剛度設(shè)定噴嘴氣壓，若纖維剛度較大，則噴嘴氣壓應(yīng)偏高設(shè)置，以增大氣流加捻纖維包纏角；設(shè)定前羅拉鉗口與空心錠子入口距離，需考慮所加工棉纖維的長(zhǎng)度，若纖維長(zhǎng)度較短，則該距離應(yīng)偏小設(shè)置，以獲得更多的自由尾端纖維，提高包纏纖維比例。

4 紡制純棉細(xì)號(hào)紗的工藝實(shí)踐

4.1 紡紗工藝流程

4.2 工藝控制要點(diǎn)

預(yù)并減少前彎鉤纖維，總牽伸倍數(shù)不大于并合根數(shù)；條并卷牽伸隔距偏小控制，牽伸倍數(shù)調(diào)到最小，掌握合理的溫濕度條件，防止黏卷；精梳工序執(zhí)行“精心準(zhǔn)備，合理給棉與適宜針齒密度，大落棉”的工藝原則，重點(diǎn)控制棉結(jié)與短絨，精梳短絨率不大于9%，合理配置給棉長(zhǎng)度，保證各機(jī)件的良好狀態(tài)。并條工序采用“預(yù)并大隔距，大后區(qū)牽伸，末并小后區(qū)牽伸，小總牽伸，小后區(qū)隔距，輕定量”的工藝配置原則。頭并：并合數(shù)5根～7根，牽伸6倍～7倍。末并：并合數(shù)6根～8根；牽伸6倍～8倍。熟條定量約7 g/5 m～8 g/5 m。

純棉細(xì)號(hào)噴氣渦流紡品種生產(chǎn)掌握“棉條主動(dòng)喂入，保證器材狀態(tài)，合理穩(wěn)定溫濕度”原則，輕定量無捻棉條微張力喂棉牽伸比約為1；利用VOS智能控制系統(tǒng)，關(guān)注機(jī)臺(tái)效率，保證各器材狀態(tài)，定期清潔、保養(yǎng)、更換；溫度控制在25 ℃～27 ℃，相對(duì)濕度控制在50%～55%。羅拉隔距為(38 mm～40 mm)×(40 mm～42 mm)，主牽伸為40倍～50倍，前羅拉速度為300 m/min～340 m/min，噴嘴壓強(qiáng)為0.50 MPa～0.55 MPa，前羅拉鉗口與空心錠子入口距離為19 mm～21 mm。

4.3 紗線性能測(cè)試

測(cè)試儀器：USTER ET ME100型烏斯特條干測(cè)試儀，HD021N型電子單紗強(qiáng)力測(cè)試儀。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗(yàn)方法 第1部分：電容法》，GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》[6]。紗線性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如下。

紗線號(hào)數(shù) 7.3 tex 9.7 tex

生產(chǎn)效率/% 91 94

斷裂強(qiáng)度/cN·tex-115.1 15.7

強(qiáng)力CV/% 12.8 12.5

條干CV/% 18.3 18.7

條干CVb/% 4.4 2.3

十萬米紗疵/個(gè) 45 42

毛羽H值 2.9 2.7

毛羽CV/% 2.6 2.3

以上噴氣渦流紡純棉細(xì)號(hào)紗性能測(cè)試結(jié)果符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/ZL 0814—2017《噴氣渦流紡棉本色紗》規(guī)定的一等品要求，紗線的強(qiáng)伸性能較好，條干均勻，毛羽較少，能夠滿足后道針織或機(jī)織加工的質(zhì)量要求。

5 結(jié)語

本文基于分析純棉纖維原料形態(tài)特征，結(jié)合噴氣渦流紡成紗原理和過程，通過噴氣渦流紡設(shè)備改進(jìn)、專件研制和工藝優(yōu)化，突破了噴氣渦流紡純棉細(xì)號(hào)紗的生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了細(xì)度為7.3 tex～9.7 tex純棉噴氣渦流紡紗線的開發(fā)，開發(fā)的純棉細(xì)號(hào)噴氣渦流紗毛羽少、光潔耐磨，性能優(yōu)異，特別適用于高檔童裝、衛(wèi)衣、襯衫等終端產(chǎn)品，產(chǎn)品附加值較高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。