使用锥面钢领纺制粘胶包芯纱效果分析

卞克玉 吴丛俊

（1.常州纺织服装职业技术学院，江苏常州，213164；2.常州天虹纺织有限公司，江苏常州，213166）

钢领是纺纱的重要元件，钢领选配对纺纱过程中的断头率有很大影响，同时对成纱条干、毛羽等指标也有着重要的影响［1］。随着细纱锭子速度的提升、用户对纱线质量要求的提高，纺纱企业对钢领的要求也越来越高。平面钢领与锥面钢领是纺纱过程中常应用到的两种钢领，需要配备不同的钢丝圈。本研究对平面钢领与布雷克锥面钢领的使用效果作以探讨。

1 钢领钢丝圈配合对纱线质量的影响

钢领、钢丝圈选用与配合是纺纱厂管理的一项重要工作，钢领与钢丝圈的配合对纺纱过程中的张力影响很大［2］，同时影响成纱质量、生产效率以及生产成本。钢领要适应纺纱高速度、大卷装；钢丝圈要能与钢领很好配合，要具有良好的散热性能，使用寿命长，同时要尽量减少纺纱过程中棉结、毛羽和断头的产生。由于不同原料性能不同，对钢领与钢丝圈要求也不同，如针对粘胶类再生纤维素纤维，由于其纤维长度整齐度较好，含有一定的油剂，纤维熔点也低，因此在纺该类纤维品种时，需要钢领更加耐磨，通道更宽畅光滑，截面设计更合理，散热性能更好。

2 钢领、钢丝圈种类与特点

2.1 钢领

钢领根据截面形状一般分为平面钢领和锥面钢领两类。棉纺企业使用平面钢领较多，它分为PG1/2（边宽2.6 mm）型、PG1（边宽3.2 mm）型、PG2（边宽4.0 mm）型等，PG1/2 型适合纺细特和超细特纱，PG1 型适合纺中特和细特纱，PG2型适合纺粗特纱。

平面钢领内跑道由多段圆弧相接而成，其内跑道较深，颈壁薄，抗楔性能较好，钢丝圈运行时圈脚不碰内外壁，运行平稳，基本不产生突变张力；但平面钢领一般不适于高速，易造成断头增多，主要原因是钢领与钢丝圈接触面积小，影响散热，速度太高易导致“飞圈”现象。锥面钢领内跑道的几何形状独特，为近似双曲线的直线部分，所用钢丝圈也是非对称圈形，相比平面钢领钢丝圈圈形加大，通道宽畅，内脚细长，与钢领内跑道之间近乎平行接触，钢领钢丝圈接触面积更大，有利于散热，减小磨损；同时该类钢丝圈运行平稳，可有效减少毛羽和降低断头。

从材质来看，钢领过去主要采用碳素钢、工具钢等来加工，后来也采用轴承钢、合金钢等材料。后两种钢领性能更加优越，其耐磨性、散热性和防黏合性有明显改善，表面更加光滑，气圈稳定，纺纱张力平稳；纱条通道通畅，钢丝圈回转稳定，纱线毛羽少、断头少。但也有一定的缺陷，比如轴承钢钢领在湿度较大的环境下容易生锈。近年来为了改善钢领表面特性，使钢领表面具有自润滑、防锈、耐磨、抗蚀等特性，很多企业通过光面、镀铬、纳米镀膜、硫化等工艺对钢领进行了特殊的表面处理，这些处理工艺大大提高了钢领的使用性能，有效保证了纺纱质量。

钢领表面主要检测项目有表面硬度、内径圆整度、顶面平面度、上下面平行度等［3］。钢领规格准确是钢领合格的重要前提。一般根据钢领表面的磨损和衰退程度确定使用寿命；另外不同材质钢领的使用寿命也不同，一般低碳钢领不得低于6 个月，合金钢领不得低于2 年。

钢领选配时要根据所纺纤维强度、纱线号数及用途来综合考虑。一般平面钢领适合绝大多数纤维。锥面钢领价格较高，普及率较低，但由于其适用于高速，往往能够带来更好的经济效益。以瑞士布雷克锥面钢领为例，该产品采用分体式“钢领座，固定环”系统，可以有效降低生产成本，优化后的钢领具有更高的运转速度和产量；钢丝圈运转性能也更稳定，可以有效降低纱线断头，优化纱线品质［4］；另外该类钢领表面经过特殊的热处理，改善了钢领与钢丝圈间的热传导，加工化纤时不易产生热损伤，不易发生因温度升高而导致的表面熔蚀现象。

2.2 钢丝圈

钢丝圈是纺纱加捻的重要元件，它通过绕钢领回转实现加捻。钢丝圈是细纱加捻卷绕机构中最小的器材，也是细纱机最主要的耗材，虽小却很关键［5］。钢丝圈按圈形可分为O 系列、G 系列、GS 系列；每个系列还可以再细分。O 系列、GS 系列和G 系列钢丝圈分别应用于PG1/2 型钢领、PG1 型钢领和PG2 型钢领。锥面钢领也有专用的钢丝圈适配，这种钢丝圈与钢领之间的接触面比平面钢领与钢丝圈大4 倍～5 倍。

钢丝圈选择时要充分考虑纺纱品种、锭速、钢领直径和钢领当前的使用状态［6］。钢丝圈本身几何尺寸要精准，重量一致性要好；另外上机时还要考虑钢丝圈的重心位置。当钢丝圈重心位置偏高时，通道通畅，纱线易通过，但钢丝圈与钢领接触点位置低，容易使圈脚磨损造成钢丝圈运行不稳定，甚至出现“脱圈”现象，这种钢丝圈可用来纺粗号纱降低重心；反之如果钢丝圈重心偏低时，可以纺细号纱，有利于减少气圈波动，使钢丝圈运行稳定。此外，也要适当考虑钢丝圈圈形，不同的纤维原料适配不同截面的钢丝圈，钢丝圈圈形选择不当会使钢丝圈与钢领壁发生碰撞，从而使钢丝圈产生抖动，导致张力突变而产生断头。

3 试纺试验

粘胶纤维因吸湿性好、染色性能好、面料手感光滑而颇受市场青睐。因此，本试验以常规粘胶氨纶包芯纱品种为例。

3.1 试验准备

以现有FA506 型细纱机作为试纺机型，所纺品种为粘胶14.6 tex（44.4 dtex），采用赛络纺方式；粗纱定量4.0 g/10 m，2 根喂入；细纱要求捻度104 捻/10 cm；实际总牵伸54.8 倍。

原料性能：粘胶纤维长度38 mm，细度1.33 dtex；氨纶细度44.4 dtex，氨纶丝预牵伸4.0 倍。

3.2 试验方案

通过采用不同钢领、不同锭速分别纺制粘胶氨纶包芯纱，考察锥面钢领对粘胶氨纶包芯纱的适纺性。具体试验方案如表1 所示。

表1 锭速与钢领选配方案

选用的平面钢领型号PG1 4254；钢丝圈采用短矩形截面，型号8/0；锥面钢领型号布雷克OR⁃BIT 40/54，钢丝圈型号SFB 2.8 RL dr 10/0。因平面钢领与锥面钢领本身适纺锭速不同，因此分别选用不同的锭速进行纺纱。

3.3 纺纱监测与纱线主要指标检测

首先选用平面钢领纺纱，观测并记录不同速度下纱线断头与氨纶断丝情况；然后更换锥面钢领及其配套的钢丝圈再次纺纱，观测并记录不同速度下纱线断头与断丝情况；最后对上述两种条件下所纺的纱线质量进行测试并记录，具体如表2 所示。

表2 使用不同钢领所纺纱线质量指标对比

4 结果分析

4.1 平面钢领

在使用平面钢领时，随着速度的增加，纱线断头数增加，断丝数也明显增加；纱线条干CV 从10.8%增长到11.43%，其他质量指标也都有不同程度的增长。这充分说明使用平面钢领纺制粘胶纱时速度不宜过高，一般不要超过14 500 r/min。

4.2 锥面钢领

在使用锥面钢领时，随着速度的增加，断头数有减少趋势；纱线条干稍有上升趋势但上升不明显，粗细节等参数没有明显变化，棉结和毛羽H 值总体稍有下降趋势。整体而言，锥面钢领的成纱质量优于平面钢领，说明锥面钢领在较高速度下有着良好的表现：锭速维持在17 000 r/min条件下，纱线质量指标仍然较好。但在前期试验中发现，当锭速达到17 500 r/min 以上时会出现偶发性断丝，所以也没有必要片面追求高速而引起其他一些生产质量问题。

5 使用锥面钢领纺纱注意事项

（1）新钢领出厂前表面涂有防锈油，该油脂是可挥发性的，不会对纱线造成污染。因此在上机前无需擦拭表面，但新钢领上机时要先进行磨合。

（2）锥面钢领是专门针对高速高产要求设计的，因此生产设备状态的可靠性要好；要求细纱机做到锭子、钢领、导纱钩、气圈环“四心合一”，任何设备状态的问题都有可能影响纺纱效果。

（3）磨合期钢丝圈的更换遵循生产厂家关于走熟期的相关要求，采取轻磨重用的策略，当纺纱目标速度（比如15 000 r/min）设定后，初期的磨合要使用比正常纺纱轻1 号的钢丝圈，运行4 h～12 h，重新更换新钢丝圈。如需提速则在钢丝圈更换4 h 后，在一个速度段内的钢丝圈更换后可间隔4 h～12 h 分段提速，当速度达到该钢丝圈最大纺纱张力时再更换下一个号数的钢丝圈，如此循环更换提速，直至达到目标速度；此时钢丝圈运行48 h 后更换同号数钢丝圈，此后才能按钢丝圈的正常使用周期更换。

（4）由于锥面钢领配用钢丝圈细长，易变形，因此钢丝圈有挂花风险，生产中要给予足够重视。

（5）锥面钢丝圈更换操作要比平面钢丝圈复杂一些，用时一般是更换平面钢丝圈的2 倍。因此更换钢丝圈时尽可能配用专用更换钢丝圈工具，以有效减少更换钢丝圈时间（效率是传统人工的3 倍左右），减少损坏，并提高生产效率。

（6）要保证细纱各区域温湿度稳定，相对湿度保持在58%～62%。

（7）喂入粗纱质量要稳定，无细节；开关车要规范，如操作不当易造成断头过多。

6 应用锥面钢领经济效益分析

使用锥面钢领虽成本较高，但有利高速，利于降低综合成本。以我公司10 万锭车间为例（为方便计算每台车以400 锭计，共250 台），目前使用ORBIT 40/54 型锥面钢领，其价格约70 元/个，可用时间15 年，期间不需要回磨，则年均成本为4.67 元/个。国产普通平面钢领价格3 元/个，使用寿命15 个月，则年均成本为2.4 元/个。两种钢领年均成本相差2.27 元/个。除此之外，使用传统平面钢领还会增加以下成本：更换平面钢领时拆卸装和回磨的人工成本、重新安装时校准成本、更换期间停台成本。具体成本核算如下（换钢领造成原料、用电、钢丝圈等成本损耗不计）。

更换平面钢领年均拆卸装、回磨的人工成本：以回磨周期12 个月计，1 年需要回磨钢领约250 台次，每台回磨、捡剔、上油保养等花费时间约4 h（人工），以每天8 h 工作制计算，每年需要增加125 个人的工作量，人工工资以180 元/天计算，全年需支出22 500 元。

重新安装时校准成本：更换1 次钢领需要做锭子、钢领、导纱钩同轴度校准，需要更换钢丝圈、落纱、生头开车、查丝（针对氨纶包芯纱品种）等工作，每台车需要4 个人同时进行，每台计2 h，全年更换250 台次，人工工资以230 元/天计，8 h工作制计算，全年需要约250 个人工，增加成本57 500 元。

更换钢领期间的停台成本：每台车更换钢领需2 h，以台日工费1 000 元计算（以普通品种计），合计要损失20 833 元工费收入。

锥面钢领高锭速带来的利润增加：在用工、能耗不增加的情况下，采用锥面钢领生产同一品种要比平面钢领产量高25%左右，以每台日工费1 000 元计算，每天可增加工费收入250 元/台，合计62 500 元/天。

综上分析，由于平面钢领维护引起的成本增加约为22 500+57 500+20 833=100 833（元），折合到每个钢领上约为1 元，尚不足以抵消单个锥面钢领与平面钢领的年均成本之差2.27 元。但从锥面钢领高速纺纱带来的效益提升角度来说，购买锥面钢领增加的成本问题可以忽略不计。

7 结语

综上所述，使用锥面钢领及其配套钢丝圈能够成功地纺制粘胶14.6 tex（44.4 dtex）赛络纺包芯纱。相比平面钢领，锥面钢领在提升纺纱速度方面优势明显，平均可以提升20%以上，而且在一定程度上能够优化纱线质量指标。虽然锥面钢领的初期投入较大，但从长远来看，可以有效提升产能，经济效益优势明显，值得推广。未来，随着国产钢领加工材质、钢领加工技术与表面处理技术的发展，相信锥面钢领的应用领域一定会更加广泛。