1、 AP0911422翁广康新型纺纱论文转杯纺及自由端喷气纺纱技术新进展一、转杯纺纱技术新进展转杯纺纱技术于1937年就发表了专利，但直到50年代后半期，其应用研究才受到重视。1965年，捷克棉纺织科学研究所研制成功第一台KS200型转杯纺样机。后几经改进，开发出较为完善的BD一200型转杯纺纱机，并在1967年的ITMA上展出。从此，转杯纺纱机进入市场。当时的转杯速度为3万rmin，采用传统的滚珠轴承，其纺纱速度是传统环锭纺的数倍，因此，转杯纺纱机一面市就受到了纺织界的关注。此后，许多国家都开展了转杯纺纱技术的研究，并获得了大量具有开拓性的成果。随着Suessen公司双盘轴承的研制成功，在19
2、71巴黎ITMA上，转杯纺纱机的速度已上升到6万rmin。1975年，自动转杯纺纱机研制成功，这是一个革命性的工艺，它采用自动接头方法，使接头处的质量与原纱基本相同，这样就可取消络筒工序，缩短工艺流程，节约成本。至80年代末90年代初，转杯纺的速度已上升到10万rmin。目前，瑞士Rieter公司的最新R20型已可生产lO tex纱线，转杯速度高达13万rrain；德Schlafhorst公司推出的Autocor0288型的最高速度已达15万rrain。1 转杯纺纱原理转杯纺纱机无论是自排风式还是抽气式，其纺纱原理均为内离心式，即纺杯高速旋转，纺杯内便产生离心力，离心力可使从分梳腔转移到纺杯内
3、的棉纤维产生凝聚而成为纤维环(须条)，须条被加捻以后便成为纱条，纱条被引出纺杯后，棉纤维又在纺杯凝聚形成新的纤维环，以达到连续纺纱的目的。2 转杯纺纱机的研究方向转杯纺纱机的速度正逐步接近其物理极限，其开发工作也变得更加困难。因此，目前转杯纺纱机应处于商业优化阶段，其进一步的研究工作集中在以下几方面：(1)在降低制造成本的基础上提高纱线质量；(2)提高纺纱稳定性；(3)减小各纺纱单元之间纱线质量指标的差异；(4)提高排杂效果；(5)降低能耗和机器维护费用；(6)提高纺纱速度(特别是在加工合成纤维时)。自转杯纺纱技术发明以来，其棉加工工艺已达到了基本目标，纺纱质量和速度大幅度提高，因为这种纺纱系
4、统的开清和纺纱是结合在一起的。然而，在转杯纺纱中，杂质的沉积始终是一个十分重要的问题，因此，研制高效可靠的除杂系统是提高转杯纺纱速度的重要措施之一。尽管转杯纺纱技术已得到极大的发展，但目前对于合成纤维的转杯纺工艺还没有得到足够的重视，为了在转杯纺纱机上有效地纺制合成纤维纯纺及其混纺纤维纱，不仅需要改进机器的辅助设备，而且还必须增加一些特殊的纺纱附加装置，这些装置可防止纺纱机开松元件受到污染，从而优化单纤维控制，提高纺纱速度。 综上所述，在转杯纺纱技术研究方面出现如下一些新观点：(1)在可以预见的将来，在转杯纺纱机设计上将不会有太大的改变，除纺纱盒之外的一些革新对纱线质量的提高不会带来明显的效果
5、；(2)在机器优化阶段，开发的步子将变得更小，主要精力将集中在纺纱盒上，因为纺纱盒对纱线的质量影响最大；(3)目前，转杯纺纱机的自动化程度已基本能满足要求，不希望有更进一步的发展，否则将会影响到机器的成本，作些局部改进将有助于提高机器效率；(4)在加工棉纤维时，纺纱速度不宜再提高。目前的最小纺杯直径为27 mm，显然，进一步减小纺杯直径将十分困难，其中纤维长度是一个决定性因素；(5)使用寿命长的纺纱机总是受欢迎的，新的高速、高效、长寿命转杯纺纱机可在市场中占有一席之地。3 新型转杯纺纱机的改进及其特征3.1 简化结构 纺纱元件几何运动只围绕一个转轴，这个简化在技术上对各个高精度零件来说很重要，
6、与两个转轴相比，它可使相对公差链减半。纺纱盒绕蜗杆中心转动，用蜗轮蜗杆传动喂人罗拉是很有利的，因为其相关零件之间保持永久性啮合，所以，在纺纱盒闭合过程中，由于没有冲击载荷，从而可使零件免遭损坏。对于喂入罗拉，只需一个离合器即可，采用两个离合器不但没有益处，反而会增加技术故障。3.2 完整的纤维通道 纺纱盒打开时，纤维通道不会被分成两部分，对于无湍流的空气运动来说，一个没有干扰分离间隙的导向通道十分重要，这样纤维在向纺杯的转移过程中，伸直度可得到优化。3.3 纤维须的精梳 为使纤维须在其端部得到很好的精梳，必须要有一个固定的纤维须支架，很明显，刚性支架要比可移动式喂入槽精确得多。3.4 旁路系统
7、 新的旁路系统调整了空气平衡，当需要时可降低来自除杂管的空气速度。旁路进气口对优化除杂和纤维通道起始处有效吸气影响很大，较大空气压力差可避免纤维循环出现在开松罗拉上。如果纤维成束状从开松罗拉缓慢地送人纤维通道，则会降低纱线质量，从而引起断头。新的旁路系统改进了这种情况。3.5 柔和的纤维分离 棉条喂入机构坚牢而精确，它保证了最佳的、无间断的纤维供应。开松辊上的针布耐磨且精度高，可柔和而完全地分离纤维，高质量镀层的开松辊磨损极小，即使工作几千小时后，也能纺出均匀无疵点的纱。3.6 特殊的阻捻盘 阻捻盘对纱线外观影响极大，新型阻捻盘的陶瓷或耐磨材料的表面经久耐用，纺纱稳定，断头率低。3.7 除杂新
8、概念 由Suessen公司开发的“清扫猫”(Sweep Cat)装置象一个道路清扫器一样，当它们沿着机器从吸风口进入到纺纱盒的过程中，可以方便地清除掉杂质粒子。“清扫猫”伸出的电子清扫器还同时清洁了纺纱盒中的开松元件。有了“清扫猫”和旁路系统可使这种纺纱器长时间保持清洁，清洁保养周期可延长一倍。此外，还可减少纱疵，提高机器效率。3.8 模块化装置 纺纱元件的设计应能够适应每一种新开发的附件，因此，采用模块化的设计方法就可满足这一要求。例如，在不久的将来，转杯纺将会更多地考虑合成纤维加工领域，因此，纺纱盒的设计必须为这些发展作好准备。3.9 双盘轴承 转子轴承不仅要达到所需速度范围，而且还要考虑
9、到其功率消耗，因为它是机器能耗的主要部分。在双盘轴承中，转子在两个相当大的圆盘之间上海纺织科技一纱线生产一17运转。由于转子不再有任何直接支承，因此其最高速度仅受到离心力和纺纱器强度的限制，转速可比普通的转子高得多，而且能耗也可降低。双盘元件的轴向止推轴承不消耗能量，也不会在纺纱盒中产生大量不希望的油雾。因为在轴承转子上嵌入了一个陶瓷销，这是一种高科技材料。这种轴承以使用寿命长和优异的防烧结性能而著称。为了使双盘轴承边缘的热量有效地散发，延长使用寿命，Suessen公司在其双盘上开有冷却槽。这种双盘轴承尤其适用于高速。3.10 开式纺纱盒 用于开松装置的无盖纺纱盒简化了维护和检测。3.11 开
10、松罗拉的空气动力密封 这个新设计更好地控制了空气平衡，避免了纺纱过程中由于漏气而引起的干扰，同时它还省去了盖板，减少了元件，因而也可减少元件故障。3.12 高质量筒子卷绕装置 良好的退绕性能和均匀的卷绕密度是纱线卷装的基本要求。带重量补偿和液压阻尼的卷装托架、精确的提升机构、有效的防叠装置和纱层侧向移动装置保证了卷装的质量。3.13 变频控制的无级调速 纺纱杯的传动由变频器无级调节，并可准确再现。甚至可以利用电子传动部件快速且容易地调节张力牵伸、卷绕滚筒对卷绕轴速度比。3.14 自动接头和处理数据 带光学接头测试仪的接头走车采用非接触式定位，一旦识别到断头呼叫，会自动平稳定位，准确停在相应的锭
11、位。接头走车与在线信息处理机相连，可收集全部接头数据，使数据流程下方的数据处理设备执行综合评价和分析。二、喷气纺纱技术新进展喷气纺纱作为一种新型纺纱技术其优势已被广为认可但是喷气包缠纺因受其假捻包缠成机理的限制纯棉喷气包缠纱成纱强力较低这是棉纤维本身的性能决定的因而进一步提高纯棉喷气纱的强力相当困难。 为了改变现存喷气包缠纺纱强力偏低的不足国内外的纺织学者改变了喷气纺成纱机理使原来连续的须条在一定的距离内形成自由端形成了自由端喷气纺纱。1 自由端纺纱的原理自由端纺纱是 20 世纪 50 年代发展起来的新型纺纱方法。其原理是纺纱过程中在某处将连续的纤维束断开，使纱尾形成自由状态，以保证纱条加上真
12、捻。自由端纺纱有多种方式，其基本特点在于喂入端一定形成自由端，通常是加捻之前把连续的纤维束断开，连续的纤维束大体上是在其轴向被断开，或者在其径向分离出边缘纤维（头端自由纤维经过断裂分离后的纤维） ，又必须重新凝聚起来成为连续的须条再经加捻而卷绕成筒子纱。自由端喷气纺纱是一种新的自由端纺纱方法，它根据自由端成纱机理，合理应用空气动力学技术，使纺纱技术更趋完善和合理化。为了使自由端纺纱既达到加捻与卷绕作用分开，又保证获得真捻。就必须改变现有传统纺纱系统的加捻方法，使真捻产生在加捻部件到卷绕部件之间的区域内；而不使须条在喂入端至加捻部件区域内产生反向捻回，就必须使喂入须条断开或纤维相互分离，使得纤维
13、成为相互分散又连续的纤维流，也就是在喂入端至加捻部件之间的须条形成自由端。自由端的形成，通常采用断裂纤维集合体的方法。目前自由端的形成通常采用两种方法：纵向断裂纤维须条和径向分离头端自由纤维。自由端喷气纺纱方法是通过高速高压的空气流场，完成对纤维集合体的开松、输送、凝聚和加捻而成纱的。2 自由端喷气纺纱的发展自由端喷气纺纱的研究始于 20 世纪后期，几十年来国内外的纺织学者对自由端喷气纺纱进行了各种有益的探索。2.1 Murata 公司的自由端喷气纺纱机目前，研究自由端喷气纺纱方法比较成熟并进行工业化生产的是 Murata 村田公司。该公司于 1995 年推出了自由端喷气纺纱机 MVS 4 M
14、VS ，是在喷气包缠纺的基础上发展起来的一种全新的纺纱方法，利用气流喷射在喷嘴内产生高速旋转气流，使须条的边缘纤维头端自由纤维的头端对内层纤维产生相对角位移，使须条获得真捻而成纱。经过罗拉牵伸的须条，被吸入喷嘴前端的螺旋引导面，螺旋引导面对纤维有着良好的控制，同时和针状物一起，防止了捻回向前罗拉钳口的传递，使得纤维须条是以平行松散的带状纤维束输送到空心锭子前端的。纺纱器的 4 个喷射孔与锥形圆锥管道上圆形涡流室相切，形成旋转气流，并沿空心锭锥形顶端在锥形通道旋转下移，从排气孔排出。当纤维的末端脱离喷嘴前端的螺旋引导面和针状物的控制时，由于气流的膨胀作用，对须条产生径向作用力，依靠高速气流与纤维
15、之间的摩擦力，使之足以克服纤维与纤维之间的联系力，从而达到分解成单纤维的目的。须条的纤维互相分离，产生大量的边缘纤维（头端自由纤维） ，从而产生自由端,覆盖在空心锭子上，同时对短绒也有清除作用.纤维的另一端根植于纱体内，在空心锭子入口的集束和高速回转涡流的旋转作用力的共同作用下，使边缘纤维(头端自由纤维)沿着锭子旋转，当纤维被牵引到锭子内时，纤维沿着锭子的回转而获得一定捻度纤维束沿着锭子包缠的角度及回转角度。都是可以控制的纤维束完成凝聚和加捻成纱。旋转的涡流对纱的加捻要比机械式加捻效率高得多，MVS 851 纺纱机的引出速度为 400 m / min ，MVS 861 的引出速度达到 450
16、m / min( MJS 喷气纺的最高速度 300 m /min )，可以加工混纺及纯棉纱线，可纺纱支从 Ne 1560。 高速回转的涡流只作用在纤维上，除了完成加捻任务外，并不影响纱线支数的高低。Murata 自由端喷气纺纱 MVS 已得到全球范围的认可，如今 MVS 纺纱设备已行销巴西、欧洲、土耳其、澳大利亚、印度尼西亚以及泰国等多个国家和地区。2.2 Schlafhorst 公司短纤纱的涡流纺纱方法Saurer 苏拉集团 Schlafhorst 赐来福公司也提出了一种改进的短纤纱的涡流纺纱方法，这种纺纱方法利用气流对无捻须条中的纤维提供加捻作用来生产短纤纱而不会导致纱线有任何强力损失。该
17、纺纱系统有一个旋转的锭子和一个静止的锭芯锭芯用来引导经过牵伸的纱条，已牵伸但无捻的须条在气流的作用下到达锭子，气流将单纤维从须条中分离出来并吹绕在锭子头端，产生大量头端自由纤维，呈管状的锭芯用来将成纱引出，锭芯辅助将纤维的尾端绕在锭子上，并把它们抽取过来，缠绕在须条上以包覆成纱。在纺纱过程中，纤维的尾端缠绕在锭子头端且因在上面滑动而产生摩擦，锭子安装在固定机架上旋转，并朝着入口方向呈圆锥形变细，锭头的旋转座套由轴承承担，传动带套在环绕锭子的圆环上，锭子的顶端有开口，以装配一向外延展的环状凸缘，凸缘则罩住锭子的顶端，因此，须条和纱线不会接触到旋转的锭子，避免了不希望产生的假捻，并能消除对纱强力的
18、任何不利影响，锭子周围的气流对被牵伸但无捻的须条还有额外的加捻作用，因为不会产生假捻属于自由端真捻纺纱。2.3 东华大学的自由端喷气纺纱法国内也对自由端喷气纺纱进行了研究。东华大学的郁崇文对纤维在喷嘴中产生的喷气流场中的受力和运动情况作了理论分析和推导，探索了利用高速压缩气流来分离纤维的可能性，在此基础上于 1995 年提出了自由端喷气纺纱法，该方法利用高速气流来形成自由端和加捻成纱，不损伤纤维纺纱。在纺纱过程中，喂入条子经罗拉牵伸由前罗拉输出，经第一喷嘴分离纵向断裂纤维须条，形成分离的纤维流，从而产生自由端气流-纤维混合体进入滤网后纤维和气流分离，纤维停留在网中，气流则从网眼中喷出，纱条因加
19、捻喷嘴的作用不断将网中纤维捻在纱尾上，成纱后经输出罗拉输出。在整个纺纱过程中，分离区间的纤维流无捻度，以确保喷气气流对纤维的分离。两个喷嘴的喷气方向均与纱尾运动方向相反，使纱尾受到与其运动方向相反的气流阻力，从而保证自由端的形成和纺纱的连续性及稳定性，纤维由罗拉牵伸后输出，高速气流的进一步牵伸分离有利于提高纤维的伸直平行度。在试纺的过程中，纤维易把网眼堵塞，故纺纱时间较短，不能长时间连续纺纱，成纱品质也有待于进一步提高，进行工业化生产还有一定的难度，有待于进一步探索改进，但是毕竟提供了研究自由端喷气纺纱的思路和方法。3 自由端喷气纺纱的成纱特征自由端喷气纺纱的成纱结构不同于喷气包缠纱。国外自由
20、端喷气纺纱方法和国内自由端喷气纺纱方法在成纱机构和装置上不尽相同，成纱过程也有差异，因此它们的纱线结构中也有差异。但是纺纱过程中自由端的存在，改变了传统喷气纺纱假捻包缠的成纱特征，使纤维获得真捻而成纱，从而扩大了喷气纺纱的应用范围，弥补了传统喷气纺纱的某些缺陷。Murata 公司 MVS 纱具有环锭纱的结构，其成纱结构与环锭纺相似，但还存在纱芯，约 60 %的纤维在纱中呈螺旋排列。Murata 自由端喷气纺纱可以做到无接头，毛羽飞花少，单纱强力高，基本上与同支环锭纱接近。MVS 纱虽然在单纱强力上不如环锭纱，但在喷气织机上用 MVS 纱织布的停台率却比环锭纱低，纱线毛羽比环锭纱大大减少，具有非
21、常好的抗起球性能纱体蓬松吸湿及快速去湿性能也很好。国内研制的纯棉自由端喷气纺纱，单纱强力和条干比相应的环锭纺稍差些；由于纤维的伸直平行度低，弯曲多而使成纱的强力低、伸长大；由于成纱的表面结构中有一些包缠纤维存在，从而使纱的耐磨性均优于环锭纺；但由于纤维在加捻成纱过程中自由，所受的控制力相对较小，故成纱紧密度低，成纱蓬松。各种纺纱方法成纱纤维形态分布在纤维进入滤网进行纤维气流分离时，由于冲击可能产生一些气流较柔和地作用在纱尾凝聚、加捻而随纱条运动的纤维上，它有助于弯曲纤维的伸直，成纱中纤维的规则排列情况好于摩擦纺而差于转杯纺。结论（1）转杯纺纱技术进一步发展集中在纺纱盒上。（2）实践证明，经改进的转杯纺纱机生产的纱线质量很高，产量提高40。（3）自由端喷气纺纱的研究表明这种自由端纺纱加真捻的成纱机理有利于改善成纱质量适用于纯棉纺纱克服了传统喷气包缠纺纱的局限性。（4）自由端纺纱还处于起步阶段需要对其进一步研究以使这种方法的成纱质量有较大的提高适纺范围更广。
