使用錐面鋼領(lǐng)紡制粘膠包芯紗效果分析

卞克玉 吳叢俊

（1.常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院，江蘇常州，213164；2.常州天虹紡織有限公司，江蘇常州，213166）

鋼領(lǐng)是紡紗的重要元件，鋼領(lǐng)選配對紡紗過程中的斷頭率有很大影響，同時對成紗條干、毛羽等指標也有著重要的影響［1］。隨著細紗錠子速度的提升、用戶對紗線質(zhì)量要求的提高，紡紗企業(yè)對鋼領(lǐng)的要求也越來越高。平面鋼領(lǐng)與錐面鋼領(lǐng)是紡紗過程中常應(yīng)用到的兩種鋼領(lǐng)，需要配備不同的鋼絲圈。本研究對平面鋼領(lǐng)與布雷克錐面鋼領(lǐng)的使用效果作以探討。

1 鋼領(lǐng)鋼絲圈配合對紗線質(zhì)量的影響

鋼領(lǐng)、鋼絲圈選用與配合是紡紗廠管理的一項重要工作，鋼領(lǐng)與鋼絲圈的配合對紡紗過程中的張力影響很大［2］，同時影響成紗質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本。鋼領(lǐng)要適應(yīng)紡紗高速度、大卷裝；鋼絲圈要能與鋼領(lǐng)很好配合，要具有良好的散熱性能，使用壽命長，同時要盡量減少紡紗過程中棉結(jié)、毛羽和斷頭的產(chǎn)生。由于不同原料性能不同，對鋼領(lǐng)與鋼絲圈要求也不同，如針對粘膠類再生纖維素纖維，由于其纖維長度整齊度較好，含有一定的油劑，纖維熔點也低，因此在紡該類纖維品種時，需要鋼領(lǐng)更加耐磨，通道更寬暢光滑，截面設(shè)計更合理，散熱性能更好。

2 鋼領(lǐng)、鋼絲圈種類與特點

2.1 鋼領(lǐng)

鋼領(lǐng)根據(jù)截面形狀一般分為平面鋼領(lǐng)和錐面鋼領(lǐng)兩類。棉紡企業(yè)使用平面鋼領(lǐng)較多，它分為PG1/2（邊寬2.6 mm）型、PG1（邊寬3.2 mm）型、PG2（邊寬4.0 mm）型等，PG1/2 型適合紡細特和超細特紗，PG1 型適合紡中特和細特紗，PG2型適合紡粗特紗。

平面鋼領(lǐng)內(nèi)跑道由多段圓弧相接而成，其內(nèi)跑道較深，頸壁薄，抗楔性能較好，鋼絲圈運行時圈腳不碰內(nèi)外壁，運行平穩(wěn)，基本不產(chǎn)生突變張力；但平面鋼領(lǐng)一般不適于高速，易造成斷頭增多，主要原因是鋼領(lǐng)與鋼絲圈接觸面積小，影響散熱，速度太高易導致“飛圈”現(xiàn)象。錐面鋼領(lǐng)內(nèi)跑道的幾何形狀獨特，為近似雙曲線的直線部分，所用鋼絲圈也是非對稱圈形，相比平面鋼領(lǐng)鋼絲圈圈形加大，通道寬暢，內(nèi)腳細長，與鋼領(lǐng)內(nèi)跑道之間近乎平行接觸，鋼領(lǐng)鋼絲圈接觸面積更大，有利于散熱，減小磨損；同時該類鋼絲圈運行平穩(wěn)，可有效減少毛羽和降低斷頭。

從材質(zhì)來看，鋼領(lǐng)過去主要采用碳素鋼、工具鋼等來加工，后來也采用軸承鋼、合金鋼等材料。后兩種鋼領(lǐng)性能更加優(yōu)越，其耐磨性、散熱性和防黏合性有明顯改善，表面更加光滑，氣圈穩(wěn)定，紡紗張力平穩(wěn)；紗條通道通暢，鋼絲圈回轉(zhuǎn)穩(wěn)定，紗線毛羽少、斷頭少。但也有一定的缺陷，比如軸承鋼鋼領(lǐng)在濕度較大的環(huán)境下容易生銹。近年來為了改善鋼領(lǐng)表面特性，使鋼領(lǐng)表面具有自潤滑、防銹、耐磨、抗蝕等特性，很多企業(yè)通過光面、鍍鉻、納米鍍膜、硫化等工藝對鋼領(lǐng)進行了特殊的表面處理，這些處理工藝大大提高了鋼領(lǐng)的使用性能，有效保證了紡紗質(zhì)量。

鋼領(lǐng)表面主要檢測項目有表面硬度、內(nèi)徑圓整度、頂面平面度、上下面平行度等［3］。鋼領(lǐng)規(guī)格準確是鋼領(lǐng)合格的重要前提。一般根據(jù)鋼領(lǐng)表面的磨損和衰退程度確定使用壽命；另外不同材質(zhì)鋼領(lǐng)的使用壽命也不同，一般低碳鋼領(lǐng)不得低于6 個月，合金鋼領(lǐng)不得低于2 年。

鋼領(lǐng)選配時要根據(jù)所紡纖維強度、紗線號數(shù)及用途來綜合考慮。一般平面鋼領(lǐng)適合絕大多數(shù)纖維。錐面鋼領(lǐng)價格較高，普及率較低，但由于其適用于高速，往往能夠帶來更好的經(jīng)濟效益。以瑞士布雷克錐面鋼領(lǐng)為例，該產(chǎn)品采用分體式“鋼領(lǐng)座，固定環(huán)”系統(tǒng)，可以有效降低生產(chǎn)成本，優(yōu)化后的鋼領(lǐng)具有更高的運轉(zhuǎn)速度和產(chǎn)量；鋼絲圈運轉(zhuǎn)性能也更穩(wěn)定，可以有效降低紗線斷頭，優(yōu)化紗線品質(zhì)［4］；另外該類鋼領(lǐng)表面經(jīng)過特殊的熱處理，改善了鋼領(lǐng)與鋼絲圈間的熱傳導，加工化纖時不易產(chǎn)生熱損傷，不易發(fā)生因溫度升高而導致的表面熔蝕現(xiàn)象。

2.2 鋼絲圈

鋼絲圈是紡紗加捻的重要元件，它通過繞鋼領(lǐng)回轉(zhuǎn)實現(xiàn)加捻。鋼絲圈是細紗加捻卷繞機構(gòu)中最小的器材，也是細紗機最主要的耗材，雖小卻很關(guān)鍵［5］。鋼絲圈按圈形可分為O 系列、G 系列、GS 系列；每個系列還可以再細分。O 系列、GS 系列和G 系列鋼絲圈分別應(yīng)用于PG1/2 型鋼領(lǐng)、PG1 型鋼領(lǐng)和PG2 型鋼領(lǐng)。錐面鋼領(lǐng)也有專用的鋼絲圈適配，這種鋼絲圈與鋼領(lǐng)之間的接觸面比平面鋼領(lǐng)與鋼絲圈大4 倍～5 倍。

鋼絲圈選擇時要充分考慮紡紗品種、錠速、鋼領(lǐng)直徑和鋼領(lǐng)當前的使用狀態(tài)［6］。鋼絲圈本身幾何尺寸要精準，重量一致性要好；另外上機時還要考慮鋼絲圈的重心位置。當鋼絲圈重心位置偏高時，通道通暢，紗線易通過，但鋼絲圈與鋼領(lǐng)接觸點位置低，容易使圈腳磨損造成鋼絲圈運行不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)“脫圈”現(xiàn)象，這種鋼絲圈可用來紡粗號紗降低重心；反之如果鋼絲圈重心偏低時，可以紡細號紗，有利于減少氣圈波動，使鋼絲圈運行穩(wěn)定。此外，也要適當考慮鋼絲圈圈形，不同的纖維原料適配不同截面的鋼絲圈，鋼絲圈圈形選擇不當會使鋼絲圈與鋼領(lǐng)壁發(fā)生碰撞，從而使鋼絲圈產(chǎn)生抖動，導致張力突變而產(chǎn)生斷頭。

3 試紡試驗

粘膠纖維因吸濕性好、染色性能好、面料手感光滑而頗受市場青睞。因此，本試驗以常規(guī)粘膠氨綸包芯紗品種為例。

3.1 試驗準備

以現(xiàn)有FA506 型細紗機作為試紡機型，所紡品種為粘膠14.6 tex（44.4 dtex），采用賽絡(luò)紡方式；粗紗定量4.0 g/10 m，2 根喂入；細紗要求捻度104 捻/10 cm；實際總牽伸54.8 倍。

原料性能：粘膠纖維長度38 mm，細度1.33 dtex；氨綸細度44.4 dtex，氨綸絲預牽伸4.0 倍。

3.2 試驗方案

通過采用不同鋼領(lǐng)、不同錠速分別紡制粘膠氨綸包芯紗，考察錐面鋼領(lǐng)對粘膠氨綸包芯紗的適紡性。具體試驗方案如表1 所示。

表1 錠速與鋼領(lǐng)選配方案

選用的平面鋼領(lǐng)型號PG1 4254；鋼絲圈采用短矩形截面，型號8/0；錐面鋼領(lǐng)型號布雷克OR?BIT 40/54，鋼絲圈型號SFB 2.8 RL dr 10/0。因平面鋼領(lǐng)與錐面鋼領(lǐng)本身適紡錠速不同，因此分別選用不同的錠速進行紡紗。

3.3 紡紗監(jiān)測與紗線主要指標檢測

首先選用平面鋼領(lǐng)紡紗，觀測并記錄不同速度下紗線斷頭與氨綸斷絲情況；然后更換錐面鋼領(lǐng)及其配套的鋼絲圈再次紡紗，觀測并記錄不同速度下紗線斷頭與斷絲情況；最后對上述兩種條件下所紡的紗線質(zhì)量進行測試并記錄，具體如表2 所示。

表2 使用不同鋼領(lǐng)所紡紗線質(zhì)量指標對比

4 結(jié)果分析

4.1 平面鋼領(lǐng)

在使用平面鋼領(lǐng)時，隨著速度的增加，紗線斷頭數(shù)增加，斷絲數(shù)也明顯增加；紗線條干CV 從10.8%增長到11.43%，其他質(zhì)量指標也都有不同程度的增長。這充分說明使用平面鋼領(lǐng)紡制粘膠紗時速度不宜過高，一般不要超過14 500 r/min。

4.2 錐面鋼領(lǐng)

在使用錐面鋼領(lǐng)時，隨著速度的增加，斷頭數(shù)有減少趨勢；紗線條干稍有上升趨勢但上升不明顯，粗細節(jié)等參數(shù)沒有明顯變化，棉結(jié)和毛羽H 值總體稍有下降趨勢。整體而言，錐面鋼領(lǐng)的成紗質(zhì)量優(yōu)于平面鋼領(lǐng)，說明錐面鋼領(lǐng)在較高速度下有著良好的表現(xiàn)：錠速維持在17 000 r/min條件下，紗線質(zhì)量指標仍然較好。但在前期試驗中發(fā)現(xiàn)，當錠速達到17 500 r/min 以上時會出現(xiàn)偶發(fā)性斷絲，所以也沒有必要片面追求高速而引起其他一些生產(chǎn)質(zhì)量問題。

5 使用錐面鋼領(lǐng)紡紗注意事項

（1）新鋼領(lǐng)出廠前表面涂有防銹油，該油脂是可揮發(fā)性的，不會對紗線造成污染。因此在上機前無需擦拭表面，但新鋼領(lǐng)上機時要先進行磨合。

（2）錐面鋼領(lǐng)是專門針對高速高產(chǎn)要求設(shè)計的，因此生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的可靠性要好；要求細紗機做到錠子、鋼領(lǐng)、導紗鉤、氣圈環(huán)“四心合一”，任何設(shè)備狀態(tài)的問題都有可能影響紡紗效果。

（3）磨合期鋼絲圈的更換遵循生產(chǎn)廠家關(guān)于走熟期的相關(guān)要求，采取輕磨重用的策略，當紡紗目標速度（比如15 000 r/min）設(shè)定后，初期的磨合要使用比正常紡紗輕1 號的鋼絲圈，運行4 h～12 h，重新更換新鋼絲圈。如需提速則在鋼絲圈更換4 h 后，在一個速度段內(nèi)的鋼絲圈更換后可間隔4 h～12 h 分段提速，當速度達到該鋼絲圈最大紡紗張力時再更換下一個號數(shù)的鋼絲圈，如此循環(huán)更換提速，直至達到目標速度；此時鋼絲圈運行48 h 后更換同號數(shù)鋼絲圈，此后才能按鋼絲圈的正常使用周期更換。

（4）由于錐面鋼領(lǐng)配用鋼絲圈細長，易變形，因此鋼絲圈有掛花風險，生產(chǎn)中要給予足夠重視。

（5）錐面鋼絲圈更換操作要比平面鋼絲圈復雜一些，用時一般是更換平面鋼絲圈的2 倍。因此更換鋼絲圈時盡可能配用專用更換鋼絲圈工具，以有效減少更換鋼絲圈時間（效率是傳統(tǒng)人工的3 倍左右），減少損壞，并提高生產(chǎn)效率。

（6）要保證細紗各區(qū)域溫濕度穩(wěn)定，相對濕度保持在58%～62%。

（7）喂入粗紗質(zhì)量要穩(wěn)定，無細節(jié)；開關(guān)車要規(guī)范，如操作不當易造成斷頭過多。

6 應(yīng)用錐面鋼領(lǐng)經(jīng)濟效益分析

使用錐面鋼領(lǐng)雖成本較高，但有利高速，利于降低綜合成本。以我公司10 萬錠車間為例（為方便計算每臺車以400 錠計，共250 臺），目前使用ORBIT 40/54 型錐面鋼領(lǐng)，其價格約70 元/個，可用時間15 年，期間不需要回磨，則年均成本為4.67 元/個。國產(chǎn)普通平面鋼領(lǐng)價格3 元/個，使用壽命15 個月，則年均成本為2.4 元/個。兩種鋼領(lǐng)年均成本相差2.27 元/個。除此之外，使用傳統(tǒng)平面鋼領(lǐng)還會增加以下成本：更換平面鋼領(lǐng)時拆卸裝和回磨的人工成本、重新安裝時校準成本、更換期間停臺成本。具體成本核算如下（換鋼領(lǐng)造成原料、用電、鋼絲圈等成本損耗不計）。

更換平面鋼領(lǐng)年均拆卸裝、回磨的人工成本：以回磨周期12 個月計，1 年需要回磨鋼領(lǐng)約250 臺次，每臺回磨、撿剔、上油保養(yǎng)等花費時間約4 h（人工），以每天8 h 工作制計算，每年需要增加125 個人的工作量，人工工資以180 元/天計算，全年需支出22 500 元。

重新安裝時校準成本：更換1 次鋼領(lǐng)需要做錠子、鋼領(lǐng)、導紗鉤同軸度校準，需要更換鋼絲圈、落紗、生頭開車、查絲（針對氨綸包芯紗品種）等工作，每臺車需要4 個人同時進行，每臺計2 h，全年更換250 臺次，人工工資以230 元/天計，8 h工作制計算，全年需要約250 個人工，增加成本57 500 元。

更換鋼領(lǐng)期間的停臺成本：每臺車更換鋼領(lǐng)需2 h，以臺日工費1 000 元計算（以普通品種計），合計要損失20 833 元工費收入。

錐面鋼領(lǐng)高錠速帶來的利潤增加：在用工、能耗不增加的情況下，采用錐面鋼領(lǐng)生產(chǎn)同一品種要比平面鋼領(lǐng)產(chǎn)量高25%左右，以每臺日工費1 000 元計算，每天可增加工費收入250 元/臺，合計62 500 元/天。

綜上分析，由于平面鋼領(lǐng)維護引起的成本增加約為22 500+57 500+20 833=100 833（元），折合到每個鋼領(lǐng)上約為1 元，尚不足以抵消單個錐面鋼領(lǐng)與平面鋼領(lǐng)的年均成本之差2.27 元。但從錐面鋼領(lǐng)高速紡紗帶來的效益提升角度來說，購買錐面鋼領(lǐng)增加的成本問題可以忽略不計。

7 結(jié)語

綜上所述，使用錐面鋼領(lǐng)及其配套鋼絲圈能夠成功地紡制粘膠14.6 tex（44.4 dtex）賽絡(luò)紡包芯紗。相比平面鋼領(lǐng)，錐面鋼領(lǐng)在提升紡紗速度方面優(yōu)勢明顯，平均可以提升20%以上，而且在一定程度上能夠優(yōu)化紗線質(zhì)量指標。雖然錐面鋼領(lǐng)的初期投入較大，但從長遠來看，可以有效提升產(chǎn)能，經(jīng)濟效益優(yōu)勢明顯，值得推廣。未來，隨著國產(chǎn)鋼領(lǐng)加工材質(zhì)、鋼領(lǐng)加工技術(shù)與表面處理技術(shù)的發(fā)展，相信錐面鋼領(lǐng)的應(yīng)用領(lǐng)域一定會更加廣泛。