环锭纺纱新技术的对比分析

郭 臻,李新荣,王 楠,卜兆宁

(天津工业大学 机械工程学院;天津市现代机电装备技术重点实验室:天津 300387)

0 引言

环锭纺纱能很好地适应不同线密度的纱线和纤维特性对纺纱的要求,在纺纱领域占据着重要地位。然而,随着社会的进步和人们对纱线要求的不断提高,环锭纺纱存在的问题也逐渐显现出来:① 采用罗拉牵伸时,为了保证纱线的条干均匀度并减少对纱线的磨损,必须控制罗拉转速,从而导致纺纱速度受限;② 由于卷装容量受限制,导致纺纱效率难以得到大幅提升;③ 所纺纱线综合质量不高,在毛羽量、纱线条干均匀度及纱线强力等方面均有待进一步提升,且环锭纺纱工艺流程较长。为了解决上述问题,在环锭纺纱的基础上,通过对不同部位进行设计改造,各种新型纺纱技术陆续出现,如数码纺、柔洁纺、磁吸纺、聚纤纺和多重集聚纺等,以达到降低纱线毛羽,消除纱线内应力,使纱线柔软光洁,全面提高纱线的内在与外观质量,满足纱线和织物质量要求等目的。笔者用归纳总结的方法对这些新型纺纱技术进行简单比较,旨在通过新技术的应用及发展前景,为后期纺纱新技术的研究提供思路。

1 环锭纺纱新技术

1.1 数码纺

数码纺是指在纺纱过程中随时可以对所纺纱线的纤维比例和纱线的线密度进行控制的一种纺纱新技术。其主要特点是能以不同的速度喂入多根粗纱(可相同,也可不同),根据线密度计算公式,改变一种或两种粗纱的喂入速度来实现所纺纱线的线密度[1];粗纱的颜色也可不同,因为红黄蓝3种颜色通过不同比例混拼可以得到任意颜色,所以分别喂入红黄蓝3种颜色的粗纱,经过牵伸加捻后,理论上可以得到各种颜色的纱线,根据混纺比的计算公式,可改变3种颜色粗纱的喂入速度以获得预期颜色的纱线[2-3]。通过该技术所纺的纱线叫数码纱,其中混色纱、变色纱和段彩纱为线密度恒定的数码纱;竹节纱、彩节纱和双变纱为线密度变化的数码纱。

数码纺装置结构如图1所示。数码纺具有3个通道,与其对应的有3个后牵伸区,3根粗纱分别以各自的预设速度喂入;与普通环锭纺后罗拉由一个伺服电机控制不同,数码纺的3个后罗拉是由3个伺服电机分别控制,且所有伺服电机通过PLC程序控制[4]。

图1 数码纺装置结构示意

1.2 柔洁纺

柔洁纺全称为柔顺光洁纺纱,是从改善纤维自身性能的角度,在纺纱三角区设置湿热处理装置,通过降低纤维的刚度达到减少纱线毛羽、提升纱线表面光洁度的一种新型纺纱技术[5]。它的主要特点是对纱线进行了湿热处理,根据对纤维力学性能的研究表明,适当的湿热条件能很大程度降低纤维的弹性模量和纤维刚度,提高纤维的柔性,有利于纤维的受控和变形[6];同时,可对纱线边缘纤维进行有效抚顺握持,通过纱线的加捻力和张力可大幅度减少纱线外露毛羽,提高纱线品质。柔洁纺可应用于棉、化纤和麻等的纺纱[7]。

柔洁纺是在细纱前罗拉输出须条后的三角区,加装一个湿热处理装置,与纱线接触的是一个陶瓷平面,通过电控模块对该装置进行控制,实现对经过纱线的湿热处理,装置结构如图2所示。

1.3 磁吸纺

在介绍磁吸纺之前,先介绍一种新型牵伸装置,该装置称为双S曲线软牵伸装置,其去掉了原环锭纺纱机牵伸部分的上、下胶圈和上、下销,取而代之的是上部分的S曲线板和下部分套有网格圈的S曲线管,纱线经过S曲线板和网格圈之间的间隙,通过弹簧控制该间隙从而实现牵伸[8]。磁吸纺是在双S曲线软牵伸装置的基础上,去掉加压弹簧和精确定位上控制部分的摇架,在S曲线板和S曲线管上安装上、下永久磁钢,通过2个磁钢之间的磁力控制纱线经过的间隙,从而实现牵伸[9],如图3所示。

图2 柔洁纺装置结构示意

图3 磁吸纺装置结构示意

1.4 聚纤纺

聚纤纺是一种采用负压吸风装置和异形压力棒对纱线进行集聚和牵伸的新型纺纱技术,是针对传统环锭纺纱机双胶圈弹性钳口牵伸系统的缺陷所做的改进,使纱线在负压吸风的作用下进行集聚,在经过压力棒和吸风管的间隙时又进行牵伸,形成独特的“先集聚、再牵伸、边集聚、边牵伸”的牵伸集聚过程[10],其装置结构见图4。

聚纤纺去除了牵伸前区的双胶圈,取而代之的是异形吸风管、网格圈和异形压力棒,异形压力棒下压的区域为稳定握持区域,这个区域提供了一段较长且比双胶圈结构平稳的摩擦力界,使间隙里的纤维能够受到很好控制;同时压力棒下压实现了梯次牵伸,使纵向摩擦力界向浮游区扩展,且使此处的摩擦力界得到增强,有利于提高成纱质量[11-13]。

图4 聚纤纺装置结构示意

1.5 多重集聚纺

多重集聚纺是纱线经过预集聚装置集聚后,从前罗拉钳口输出,再经重集聚装置重新集聚的一种新型环锭纺纱技术。其主要特点是加装了重集聚装置,对纱线进行了多重集聚。

多重集聚纺纱装置结构如图5所示。在环锭细纱机的前牵伸区加装整纤处理装置,须条通过下胶圈和上胶圈组成的握持钳口输入到整纤处理装置,经过整纤处理装置预集聚后的须条从前胶辊和前罗拉组成的前钳口输出;在前钳口后方加装重聚集装置,须条从前罗拉钳口输出后,进入重集聚装置进行重新集聚,最后再经导纱钩、钢领和钢丝圈,卷绕在筒管上[14]。

图5 多重集聚纺装置结构示意

1.6 结构复杂程度与改造成本对比

5种环锭纺纱新技术对应纺纱装置的结构复杂程度和改造成本对比见表1。

表1 5种纺纱装置结构复杂程度及改造成本对比

2 新技术的优缺点

2.1 数码纺

理论上,数码纺在保持成纱线密度不变,即保持总牵伸倍数稳定的情况下,通过调整每个通道的后区牵伸倍数,来改变3根不同颜色粗纱的喂入比例,可以混配出各种颜色的纱线,且可以通过伺服电机控制实现不同牵伸倍数,形成不同颜色粗纱,可生产混彩纱、彩色竹节纱和彩色段彩纱,且纺出的段彩条干均匀、粗细一致,为开发色纺、段彩等纱线的企业提供了很好的选择。

该技术所用装置比较精密,虽然理论上可纺出所有颜色的纱线,但是要想精准纺出想要的颜色,需要准确计算所需3种基本颜色的比例,且精确控制后区牵伸倍数,否则纺出的纱线可能会与预期的颜色存在色差。此外,该装置的结构并不复杂,改造费用较低,但从单通道牵伸变为3通道牵伸,日常的消耗费用会变大,管理工作也会相应复杂一些。

2.2 柔洁纺

由于纱线毛羽与纤维的扭转刚度和挠曲刚度有关,为了得到综合品质较高的纱线,可以通过在纺纱过程中改变纤维的某些性质使其达到更加适合成纱的状态,柔洁纺就是考虑到这一点而形成的一种环锭纺纱新技术。其在前钳口前方安装加热装置,纱线接触到被加热的陶瓷片,在湿热作用下达到纤维软化温度而被柔化,纤维的模量、扭转刚度和挠曲刚度降低,使纤维的加工性能得到提升,改善了纱线表面的光洁度,有效减少了纱线毛羽。该装置结构简单,设计合理,易于改造且费用低,适用于所有环锭细纱机的改造。

由于安装了加热装置,会影响工作环境,且该装置的使用,要求车间相对湿度应偏大掌握。因此,要通过试验,分析所纺纱线在不同环境下的各项指标,总结出最适宜的车间温湿度指标,从而进行控制;同时,必须要加强日常生产过程中机台的清洁工作,这些均需增加人员和资金消耗。

2.3 磁吸纺

虽然双S曲线软牵伸技术克服了原环锭细纱机因中罗拉握持力不足或压力不一致等因素引起胶圈运行速度不匀或滑溜差异大,造成中长片段不匀与短片段不匀的问题出现,但是双S曲线软牵伸装置也存在一些不足,如需采用摇架精确定位上控制部分,且要用加压弹簧确保S曲线板和网格圈的间隙,但弹簧一直处于加压状态,使得安装、更换较困难,且容易使弹簧失效,造成细纱机寿命短、稳定性差;同时,需要摇臂额外地进行精确控制,导致整个设备成本较高。而磁吸纺技术无需摇架控制,采用永久磁钢替换加压弹簧,解决了上述问题。

磁吸纺装置需在原环锭细纱机上更换的部件较多,改造工作较复杂,但由于该装置无需摇臂精确控制,而且可以自动精确调整S曲线板下端面和网格圈的间隙,从而使得细纱机寿命长、稳定性好,且整个设备的改造成本较低。

2.4 聚纤纺

聚纤纺针对传统环锭细纱机双胶圈弹性钳口牵伸机构的缺陷,如上、下胶圈的速度差会对须条形成揉搓,造成摩擦力界不稳定以及产生静电。因此,聚纤纺将负压吸风集聚装置安装在前罗拉与中罗拉之间,其中包括负压吸风系统、异形负压管、异形压力棒和网格圈。异形压力棒将主牵伸区分为两部分,中钳口到异形压力棒之间为后集束流场,纤维在此流场内先集聚、后牵伸;异形压力棒到前钳口之间为前集束流场,纤维在此流场内边集聚、边牵伸。异形压力棒与网格圈形成稳定的握持系统,从而产生稳定的摩擦力界,纺出的纱线综合质量优于普通环锭纺纱线。

相比集聚纺装置,聚纤纺装置将负压吸风系统前移至前罗拉与中罗拉之间,所以在对前钳口输出的纱线进行加捻时,又会形成加捻三角区,虽然此时的加捻三角区比普通环锭纺的加捻三角区小,但与消除了加捻三角区的集聚纺相比,所纺纱线的毛羽多。从整体看,与普通环锭纺纺出的纱线相比,聚纤纺所纺纱线的条干均匀度和强度有所提高,毛羽结构比较合理,而且该装置既可配套于新型细纱机,又可用于旧机改造,具有一定的应用前景。

2.5 多重集聚纺

多重集聚纺装置的特点是在前钳口前方加装张力盘式重集聚装置,粗纱从前胶辊和前罗拉组成的前钳口输出后,成为重集聚纱线,进入该张力盘式重集聚装置,再经导纱钩、钢丝圈和钢领,卷绕在细纱管上。对重集聚纱线再进行集聚,有效降低了环锭纺纱线的表面毛羽,提高了纱线强力,改善了纱线条干。

但是,多重集聚纺也存在一定的问题,虽然该装置在原环锭细纱机上改造并非难事,但加装装置必定使机械机构变得复杂,而且对已经集聚的纱线再次进行集聚,必然导致对纱线的磨损加大,且虽然可以在一定程度改善纱线的毛羽,提升纱线强力,但是,多重集聚会导致纱线变硬,从而导致织物的柔软性和舒适度降低。因此,该装置提升纱线某些品质的同时却降低了其它品质,性价比较低。

2.6 5种纺纱新技术优缺点比较

5种纺纱新技术优缺点比较,见表2。

表2 5种纺纱新技术优缺点对比

3 结语

3.15种环锭纺纱新技术分别具有各自特色的推广点。数码纺可简单纺出条干均匀且颜色随时可变的有色纱线,对于开发色纺纱、段彩纱等纱线有较大帮助;磁吸纺是考虑机器的工作寿命和稳定性所做的改进,有利于降低成本、减少后期的维护费用;聚纤纺区别于原有的牵伸原理,在牵伸系统上做了较大改进;柔洁纺和多重集聚纺重点考虑所纺纱线的综合质量,是在前钳口输出纱线处所做的改进,给提高纱线的综合质量提供了新的思考。

3.2数码纺可纺各色纱线,结构简单,改造费用较低,但对精确度要求高;柔洁纺装置结构简单,可降低纱线毛羽,但对工作环境要求高;磁吸纺可提高设备使用寿命,稳定性好,但改造较为复杂;聚纤纺纱线综合质量较好,但纱线毛羽量略有增加;多重集聚纺可进一步提高纱线质量,但改善不明显,性价比较低。从整体来看,柔洁纺纱技术对于提高纱线的综合质量效果比较明显,在原细纱机上改造方便,后期的维修替换工作也比较简单,而且适用于所有环锭细纱机。因此,柔洁纺纱技术相较于其它4种新技术的性价比更高。