紡紗方法的分析與創(chuàng)新

徐惠君，史倩倩，汪 軍，，3

（1．中國紡織工程學(xué)會 新型紡紗專業(yè)委員會；2．東華大學(xué) 紡織學(xué)院；3．東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：上海 201620）

1 紡紗技術(shù)的發(fā)展歷程

紡紗就是先將纖維原料加工成條子再拉細(xì)，從而加捻成紗的過程。紡紗技術(shù)進(jìn)展歷程見表1。

表1 紡紗技術(shù)進(jìn)展歷程

目前在紡紗企業(yè)中，環(huán)錠紡仍是主體［1］，但轉(zhuǎn)杯紡和噴氣渦流紡得到迅速發(fā)展，是新型紡紗技術(shù)中的主力軍。環(huán)錠紡技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了集聚紡、低扭矩紡、嵌入紡、全聚紡、聚纖紡和賽絡(luò)紡等［2］，而新型紡紗技術(shù)中出現(xiàn)了靜電紡、轉(zhuǎn)杯紡、摩擦紡、噴氣渦流紡、自捻紡、離心紡和漏斗紡等。

2 各種紡紗方法的技術(shù)工藝流程分析

各種紡紗方法均須有喂入品經(jīng)過羅拉或分梳輥使纖維流逐漸變細(xì)，凝聚成加捻前的須條（條干均勻性等指標(biāo)要符合一定的要求），再通過加捻紡成紗線，并卷繞成一定形式的卷裝。表2列舉了一些紡紗方法的工藝流程［3］。

各種紡紗方法的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

a） 走錠紡將牽伸、加捻及卷繞三者分開，導(dǎo)致紡紗產(chǎn)量很低，適宜紡山羊絨等珍貴纖維原料，可獲得最佳的紡紗質(zhì)量。

表2 一些紡紗方法的技術(shù)工藝流程

b） 環(huán)錠紡利用羅拉牽伸可使紗中纖維平行伸直度好，而其加捻、卷繞是依靠錠子、鋼領(lǐng)和鋼絲圈來完成的，一般其卷裝小、錠速低，是目前世界上應(yīng)用最多的一種紡紗方法。

c） 靜電紡是利用靜電場凝聚纖維束，受溫濕度影響大，加捻管加捻效率低，故產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)受阻。

d） 轉(zhuǎn)杯紡的分梳輥易造成纖維損傷，且纖維伸直度受限，轉(zhuǎn)杯凝聚槽積雜影響紡紗質(zhì)量；其紡紗速度高于環(huán)錠紡、不及摩擦紡和噴氣渦流紡。目前轉(zhuǎn)杯紡是應(yīng)用最多的一種新型紡紗方法。

e） 摩擦紡每個紡紗單元的構(gòu)件眾多以致成本過高，且凝聚須條的纖維伸直度、均勻性很差，僅適用于粗硬纖維原料、紡制粗號紗。

f） 噴氣渦流紡有假捻、真捻作用，一般適紡19．44tex～11．66tex的某些品種；其紡紗質(zhì)量不及環(huán)錠紡，與轉(zhuǎn)杯紡比則互有優(yōu)缺點(diǎn)；紡紗速度很高，但其高速超大牽伸機(jī)構(gòu)易損壞導(dǎo)致維護(hù)成本高。

3 紡紗原理與發(fā)展阻力

從上述各紡紗技術(shù)工藝流程可知：紡紗的關(guān)鍵工藝技術(shù)是加捻與變細(xì)。

加捻是通過各種旋轉(zhuǎn)的加捻器將須條捻合成紗的工藝技術(shù)。走錠紡、環(huán)錠紡、轉(zhuǎn)杯紡、摩擦紡、噴氣紡、渦流紡、噴氣渦流紡和離心（罐）紡等，均是以加捻方法來命名的。加捻器的穩(wěn)定可靠性對紡紗起著重要的作用，其速度、紡紗質(zhì)量、壽命、成本和維護(hù)費(fèi)用等決定了這種紡紗方法的發(fā)展前景［4］。

變細(xì)是將喂入的條子或粗紗紡成所需號數(shù)紗的工藝技術(shù)，現(xiàn)主要采用羅拉牽伸或分梳輥梳理來實(shí)現(xiàn)，其中羅拉牽伸應(yīng)用最多。近年來，羅拉牽伸在集聚纖維方面發(fā)展迅速，出現(xiàn)了集聚紡、聚纖紡、全聚紡和賽絡(luò)紡等各種羅拉牽伸機(jī)構(gòu)，使變細(xì)須條的均勻性、伸直度有所改善，提高了環(huán)錠紡紗的質(zhì)量與性能，推動了環(huán)錠紡的持續(xù)發(fā)展。分梳輥梳理條子可使變細(xì)的須條接近單纖維化，但對纖維有損傷，使其均勻性和伸直性受限，從而影響成紗結(jié)構(gòu)、均勻度和強(qiáng)力。在高速、高產(chǎn)條件下，加捻器紡紗工藝的潛力很大，而羅拉牽伸和分梳輥梳理的發(fā)展阻力較大；前者速度的提升與材質(zhì)成本、損耗方面矛盾突出，而后者對纖維流的均勻性和伸直度要求較高。

4 紡紗流程中纖維流的運(yùn)動及其規(guī)律

各種紡紗工藝從條子或粗紗變細(xì)到加捻成紗的過程中，纖維流的速度和線密度存在一個變化的過程［5］。從喂入?yún)^(qū)到成紗區(qū)之間有若干個纖維流的運(yùn)動區(qū)域［6］，如圖1所示。

圖1 紡紗流程與纖維運(yùn)動

圖1 中v1為條子喂給線速度，T1為條子的線密度；v2為第2纖維流的流速，T2為第2纖維流的線密度……依此類推，v6為第6纖維流的流速，T6為第6纖維流的線密度；v7為加捻成紗區(qū)紗的輸出速度，T7為加捻成紗的線密度；v8為卷繞成形時卷裝的線速度，T8為卷裝紗的線密度。

4．1 紡紗纖維流運(yùn)動的數(shù)字化計算

以捻系數(shù)為456的純棉36．44tex紗為例，進(jìn)行計算。假設(shè)：公定回潮率為8．5%；棉纖維線密度為2．22dtex；長度為26mm；條子定量為18g／（5m），即3600tex；加捻器轉(zhuǎn)速為100kr／min；不考慮紡紗中纖維的損失和雜質(zhì)的清除。

4．1．1 紗的捻度t

4．1．2 卷裝線速度v8和線密度T8

如不考慮卷繞張力牽伸，則：

4．1．3 條子喂給線速度v1和線密度T1

喂給條子內(nèi)纖維的根數(shù)＝條子的線密度／纖維的線密度＝3600／（2．22×0．1）＝16 216（根）

4．2 紡紗過程中纖維流的守恒規(guī)律（宏觀）

假如以時、分、秒來衡量，則單位時間內(nèi)進(jìn)入的纖維質(zhì)量和輸出紗的質(zhì)量應(yīng)該是相等的，即

若以秒計，上例中每秒喂入條子的纖維質(zhì)量和輸出紗質(zhì)量：0．022 4m／s×3600tex＝80．5mg／s。

但在下列情況下，就會打破守恒規(guī)律：

a） 條子的喂入定量減輕或加重，會出現(xiàn)紡紗號數(shù)的質(zhì)量偏差；

b） 某紡紗器喂給機(jī)構(gòu)產(chǎn)生故障，造成喂給纖維量的不足、紗號變??；

c） 在變細(xì)過程中纖維量流失，造成紗號變小。

4．3 紡紗過程中纖維流的非守恒規(guī)律（微觀）

若以毫秒或毫秒以下單位來衡量時，則上述公式不成立，應(yīng)為：

則上例中每秒喂入條子的纖維質(zhì)量和輸出紗的質(zhì)量在80．5mg／s上下波動，波動幅度表示紗線不均勻性；當(dāng)成紗點(diǎn)線密度低于某一限定值，使該點(diǎn)的紡紗強(qiáng)力低于紡紗張力時，就會造成紡紗斷頭。

5 創(chuàng)新的紡紗方法——斷裂紡

原料不同則紡紗方法不同，需根據(jù)原料特性進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。筆者提出一種創(chuàng)新的紡紗方法——化纖斷裂紡，即將所需長度、線密度的化纖直接均勻、平行伸直、精細(xì)喂入紡紗器（如轉(zhuǎn)杯、噴氣渦流加捻器等），免去將化纖打包再送到紡紗廠的傳統(tǒng)做法。

5．1 化纖斷裂紡喂入量的計算

5．1．1 喂入量與紗號、紡紗輸出速度的關(guān)系

各種紡紗方法的紗線截面內(nèi)最少纖維根數(shù)都有一個限定值，如轉(zhuǎn)杯紡紗截面內(nèi)的最小纖維根數(shù)為100；因此，紡細(xì)號或超細(xì)號的OE紗時，應(yīng)選擇細(xì)號或超細(xì)號的化纖。此外，這個限定值與纖維的柔軟性也有關(guān)系，纖維柔軟性好的紗截面內(nèi)最少纖維根數(shù)也可少些。表3為紗線截面內(nèi)纖維根數(shù)與紗號、化纖線密度的關(guān)系，表4為化纖斷裂紡的喂入量與紗號、紡紗輸出速度的關(guān)系。

表3 紗線截面內(nèi)纖維根數(shù)與紗號、化纖線密度的關(guān)系

表4 化纖斷裂紡喂入量與紗號、紡紗輸出速度的關(guān)系

5．1．2 喂入量與化纖線密度、喂入輥線速度的關(guān)系

喂入量與化纖線密度、喂入輥線速度的關(guān)系式為：喂入量（mg／s）＝化纖線密度（dtex）×0．1×喂入輥線速度（m／s）。

表5 化纖斷裂紡喂入量與化纖線密度、喂入輥線速度的關(guān)系

由表5可知，相同喂入量時，化纖線密度越小，喂入輥線速度越大，二者成反比關(guān)系。若10根化纖同時喂入，則喂入輥線速度可縮小至1／10，因此喂入的化纖組數(shù)與喂入輥線速度也成反比關(guān)系，故應(yīng)選擇合理適用、穩(wěn)定可靠的喂入輥線速度。若以毫秒來計算，喂入輥線速度和喂入量也可十分精確，即可大大地提高微觀纖維流的均勻性和伸直性。

此外，化纖長度基本上與喂入量無關(guān)，其選擇應(yīng)根據(jù)紡紗方法的特性及對紗線的要求來決定。

5．2 化纖斷裂的方法

化纖斷裂的方法可分為兩種：一是化纖長絲切斷法，即一根或數(shù)根化纖長絲通過喂入輥定長切斷（機(jī)械式或物理化學(xué)式）；二是一根或數(shù)根化纖經(jīng)溶液、噴絲頭噴絲，切斷后直接進(jìn)入喂入輥輸入紡紗器，該方法涉及化纖制造業(yè)，有待于進(jìn)一步深入研究。

5．3 化纖斷裂紡的優(yōu)越性

化纖斷裂紡具有以下優(yōu)勢：

a） 喂入紡紗器的纖維流具有均勻、平行伸直、喂入微觀精確的優(yōu)點(diǎn)，故在成紗質(zhì)量上將有突破性的發(fā)展；

b） 克服了現(xiàn)有變細(xì)機(jī)構(gòu)的種種弊端，為高速、高產(chǎn)創(chuàng)造了巨大的發(fā)展空間；

c） 采用超細(xì)號化纖直接進(jìn)入紡紗器，為紡制超細(xì)號紗創(chuàng)造了條件；

d） 可采用不同色澤、性能、粗細(xì)、長度的化纖進(jìn)行精密混紡或色紡，極大地提高了質(zhì)量與產(chǎn)量。

6 結(jié)語

6．1 現(xiàn)行的各種紡紗方法在高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、滿足人類需求方面都有一定的局限性，促使紡紗技術(shù)不斷地創(chuàng)新、發(fā)展、提高。

6．2 現(xiàn)行的羅拉牽伸機(jī)構(gòu)和分梳輥?zhàn)兗?xì)機(jī)構(gòu)在紡紗纖維流的均勻性、伸直度和高速化等方面都存在局限性，這也是當(dāng)前限制紡紗技術(shù)發(fā)展的主要障礙之一。

6．3 現(xiàn)有的紡紗原料都是打包后送到紡紗廠，然后經(jīng)過拆包、前處理、清、梳、條、粗、細(xì)等工藝流程，紗線的生產(chǎn)流程繁復(fù)冗長。

6．4 化纖斷裂紡是將化纖斷裂成一定長度的短化纖直接輸送至紡紗加捻器（塵籠、轉(zhuǎn)杯、渦流噴氣加捻頭、環(huán)錠等）加捻成紗的一種創(chuàng)新的紡紗方法。它具有工藝流程簡便、纖維均勻伸直性佳及混合效果好等眾多優(yōu)越性，值得技術(shù)人員深入研究開發(fā)。