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1、国产环锭细纱机紧密纺改造的应用探讨苏继伟（上海市纺织机械研究所 ）摘要：介绍了紧密纺技术的原理、 发展和优越性，解析、比较了当今国际上的几种紧密纺系统的结构和性能，介绍了 KJF 紧密纺装置，对在国产细纱机上开发紧密纺系统的有关问题进行了探讨。1 前言环锭细纱机从其诞生至今，作为纱线生产的主要纺纱方式，以其成熟的工艺技术、稳定的纺纱质量，依然是纺纱生产中最核心、所占比例最大的纺纱形式。尽管期间也出现了以转杯纺和喷气纺为代表的新型纺纱方法，提高了机器单产或缩短了工艺路线，但由于成纱结构、质量相比于环锭纺还存在一定的缺陷和局限性，相当部分的高档产品依然必须采用高质量的环锭纱线来进行加工生产。环锭纺
2、纱发展到今天，随着最终产品和下游工序对纱线质量的要求越来越高，环锭纺纱机本身也进行了许多的改进，诸如纺纱几何的完善、牵伸系统及相关器材的更新、无机械波罗拉的推出以及各种自动化装置的配备，但这样环锭纺也并不是完美无缺的，特别是纱线表面的毛羽问题，由于毛羽对色织、针织织物及色织、针织机械的生产效率的影响愈发的重要，如何控制毛羽并减少毛羽的产生，传统环锭纺纱线毛羽的形成主要是在主牵伸区须条被牵伸至所要求的纱支，在抵达前钳口时已呈自由状态，须条中纤维的粘附力已消失，为了使纱线获得所需的强度，必须加上一定的捻度以束缚纤维；捻度由钢丝圈产生向上传递并尽可能接近前钳口，由于输出的须条具有一定的宽度（图 1
3、所示）BB 的宽度取决于纱线支数，粗纱捻度、牵伸倍数等因素；纱线中的捻回不可能进入前钳口线 A-A，在前钳口前形成一个没有捻度的三角形纤维束，即所谓的纺纱三角区；纺纱三角区 b 的大小取决于纺纱张力。而须条在前钳口的宽度 B 总是大于纺纱三角区 b，因此纺纱三角区不可能聚拢前钳口所有的纤维，很多边缘纤维变成飞花损失掉（纺纱区大约 85%的飞花来源于纺纱三角区） ；处在加捻三角区的纤维因受纺纱张力和加捻的作用，产生了向心压力或径向压力。在加捻三角区边缘处的纤维，向心压力最大，在纱轴中心的纤维，向心压力最小。由于内外层纤维受力不同，在加捻三角区中就会发生纤维由内到外和外到内的反复转移，纤维的两端也
4、常暴露在外面而形了纱线毛羽。环锭纺纱中的纤维在纱中呈螺旋线状，纤维平行于纱轴方向的程度较低，整根纱的强力远小于单纤维强力之和，纤维的强力利用系数较低。上世纪 80 年代末，E.Fehrer 博士提出了消除纺纱三角的集聚纺纱工艺以来，一些国外纺机制造厂商和研究机构相继研发各种形式的紧密纺纱机或装置；在 1999 年的巴黎ITMA 展会上，Rieter 公司展出了应用 Fehrer 的尘笼原理开发的 ComforSpin (卡摩纺) 紧密纺系统； Sussen 和 Zinser 则应用 Denkendorf 纺织技术研究院的 Artzt 原理开发的 Elite Spinning 和 CompACT
5、3 紧密纺系统并随即推入市场。由于消除纺纱三角区，纱线纤维排列结构发生改变，这些紧密纺纱机纺制的紧密纱纱体光洁，纱线的特性强度、均匀度提高；纱疵、毛羽尤其长毛羽减少；纱线质量明显提高。这种技术不是为满足纱线减少毛羽的要求而表现出的昙花一现的时尚。相反，紧密纺技术将有助于提高环锭纺工艺的灵活性和纱线质量，它使得环锭纺纱展现出光明的前景。对于国内拥有数以千万锭计环锭细纱机的纱线生产厂，已有部分引进了紧密纺纱的整机或改造装置 ，但引进设备投资昂贵，这是众多纱线生产企业很难承受的；另一方面，环锭纺纱机都具有很长的使用寿命，市场上现有的不同的纺纱机在纱线质量和性能上又几乎没有区别，如何让纺纱厂无须淘汰现
6、有正常使用的细纱机，结合我国细纱机机型现状，开发出拥有自主知识产权的紧密纺装置，以适当的改造成本将纺纱厂广泛应用的FA506、FA507 等 FA 系列细纱机改造为紧密纺细纱机，势必成为紧密纺技术的发展和普及方向。2 紧密纱的特性和紧密纺技术分析2.1 紧密纱的特性：就紧密纱的性能而言，从纱线生产者和下游工序应用厂的角度来看，其优越性体现在：2.1.1 对于纱线生产厂，由于纺纱三角的最小化，牵伸后的须条结 构呈理想化的分布，使得紧密纱体现出毛羽和强度的显著改善。(1) 毛羽明显减少：紧密纱毛羽很少，尤其 3mm 及以上的毛羽更 少， 与同号数普通环锭纱相比，一般管纱毛羽 3mm 以上可减少 8
7、0%。 (2) 紧密纺技术具有极好地包缠纤维作用，纺纱加捻区不再有自由纤维的损耗，既改善了纱线不匀率，也减少了飞花的产生，提高纤维利用率。因此可以降低精梳落棉率5%8%，另外，某些低支精梳纱产品可用普梳紧密纱代精，从而节约了成本。(3) 纱线结构改善，单纱强度和伸长率明显提高。在同锭速、捻度情况下，断头率可下降 30%。(4) 生产效率得到提高：因强力提高，可适当减少纱线捻度，提高纱线产量；或者用单纱代替传统的双股线。 (5) 在保持与普通环锭纱品质略优的情况下，可适当降低配棉的等级、长度，以降低原料成本。如降低 0.5 个配棉的等级或 1mm 的配棉长度。(6) 价格优势：根据支数的不同，紧
8、密纱的售价一般比普通环锭纱每千克可高 13.5美圆。2.1.2 对于下游工序应用厂：在实际的生产过程中，下游工序的一些工艺在很大程度上是针对纱线毛羽多和强度不足而设置的，如上浆、上蜡、捻股线及烧毛等；紧密纺技术对纱线强度、毛羽的改善，可以相当程度地提高生产效率，减少原料成本。(1) 络筒：在同样的络筒条件下，紧密纺的筒子纱毛羽值明显比普通环锭纱的低很多，以长毛羽尤为明显；由于紧密纱既有更好的抗滑移性，意味着可采用更高的络筒速度。(2) 织前准备：紧密纱强度增加、毛羽减少，整经时断头率最大可降低 3%；在保证与提高经纱可织性的条件下，紧密纱要求的上浆率仅为普通环锭纱的 50%。既节约了浆纱成本，
9、以后的退浆成本和对环境的污染也随之降低。(3) 织造：由于紧密纱具有更好的可加工性，机织中经纬纱的断头率可分别降低 50%和 30%；同时引纬率可提高 30%。针织：针织时断头率低，停机少，织物疵点也少 , 可提高织机效率提高产量和织物质量。某些产品还可免去常规的上蜡工序，节省了成本。另外集聚纺纱更适于经编，因为在经编机上纱线将承受因大量的偏转点而造成的高载荷及高摩擦，而集聚纺纱具有较好的可加工性及低毛羽(4) 整理：由于紧密纱毛羽少，可以部分或全部省去烧毛工序，或者烧毛时采用更快的进布速度，提高生产效率，还可节省高达 7%的原料；紧密纱的纤维结构及较低的捻度有利于染料及整理剂的吸收，低毛羽使
10、得印花图案更加清晰；紧密纱的较高强力还可以弥补织物在免烫整理过程中产生的 25%强力损失。(5) 紧密纱织物的风格更具光泽、纹路清晰，尤其是色织物可以长期保持鲜艳色泽及外观；织物表面起毛起球少；由于紧密纱较低的捻度使织物的手感柔软，服用性提高。适合高档面料的织造。2.2 紧密纺纱的成纱机理和紧密纺技术2.2.1 紧密纺纱的成纱机理紧密纺技术的作用就是将前罗拉钳口输出的具有一定宽度的扁平须条在加捻之前尽可能地集聚收缩，使须条在纤维排列紧密、平顺的情况下被加捻；达到纺纱三角的最小化，使须条中的纤维可靠的捻卷到纱线中；这一凝聚过程的效果就是使成纱的毛羽大幅度减少、单纱强力和断裂伸长显著改善，成纱的常
11、发性疵点也有明显减少。目前现有比较成熟的紧密纺技术主要是以瑞士、德国为代表的气动集聚系统，另外还有机械集聚系统。2.2.2 紧密纺技术分析(1) 气动集聚系统：原理是利用负压气流将纤维收缩、聚和，使须条边缘上的快速有效的向须条中心集聚，最终最大限度地减少纺纱三角区。从而大幅度减少突出于纱线本体外的毛羽，提高纤维强力的利用系数和成纱强力。当今世界德国、瑞士、日本、意大利采用的都是气动集聚原理，但形式各有不同： 尘笼型: 是通过将原来的前罗拉改为直径较大（50mm）的密布网孔（孔径0.8mm，80 孔/cm 2）的钢质尘笼，内置不回转的斜向气流导管组件和负压源相连，尘笼型前罗拉上有两个胶辊，通过特
12、制的摇架前爪加压；前面的胶辊与前罗拉组成纱条加捻的握持钳口，后面的胶辊与前罗拉组成牵伸区的前牵伸钳口，两钳口构成须条的集聚区。已被牵伸的须条离开前牵伸钳口 即受负压作用被吸附在前罗拉上，在集聚区内纤维被斜向的气流凝聚，并与输出方向呈一定偏斜角度地输送至输出钳口（如图 2-1） 。图 2-1 网格圈皮辊传动型：是在前罗拉出口处加装一组合件（如图 2-2） ，有输出上皮辊和柔性材料制成的输送网格圈（3000 孔/cm 2）和异形截面负压吸管。异形吸管与负压源相连，吸管上部每个纺纱位置上开一个与输出方向有一定角度的负压凝聚狭槽（如图 2-3） ，狭槽长度与须条和输送网格圈的接触长度相适应，狭槽末端和
13、输出上皮辊与异形吸管组成的输出钳口非常接近，以尽可能延长集聚区的长度；输送网格圈套在吸管外面，由输出上皮辊传动。输出上皮辊通过过桥齿轮由前上皮辊传动（如图 2-4） ；输出上皮 辊的加压由摇架作用在前皮辊的加压延伸而来当；须条离开前牵伸钳口受负压作用被吸附在输送网格圈对应斜向狭槽的部位上，在集聚区内纤维被斜向的气流凝聚，顺着狭槽的偏斜角度地输送至输出钳口。网格圈型式的输出上皮辊表面转动线速度略大于前罗拉输出线速度，使得须条在凝聚过程中产生一定的张力，将弯曲的纤维拉直，有利于纤维的凝聚；而且在凝聚过程中须条在倾斜方向的气流的作用下绕其轴线做一定角度的回转，凝聚效果得以进一步提高。 图 2-2图
14、2-3 图 2-4 皮圈打孔型：是在环锭细纱机前罗拉之前增加一根由车头传动的输出罗拉；其集聚吸风部位在纺纱须条的上部：由输出上胶辊、设有负压气流导向口与负压源相连的皮圈架组件和表面有单列间隔小孔的打孔胶圈组成（如图 2-5） 。纺纱须条经三罗拉牵伸从前罗拉钳口输出，经过打孔胶圈下方时，由胶圈上小孔的负压气流吸引而产生集聚。发散的纤维端被集聚到须条体内。为了增加胶圈上单列小孔对横向纤维的凝聚，间隔设置了横向加宽的异形小孔。由于胶圈上小孔的间隔排列，保留大部分 2mm 以下的毛羽，对纺织最终产品的覆盖能力以及其它性能非常重要。图 2-5 皮圈打孔型的集聚系统原理图(2) 机械集聚系统：其原理是利用
15、固态物体将纤维收缩、聚和，使须条边缘上的快速有效的向须条中心集聚，最终最大限度地减少纺纱三角区。其仍然采用三罗拉牵伸，前罗拉必须采用 27mm 直径，把原前上皮辊和输出上皮辊用一个工程塑料架固定在一起，在二个上皮辊之间加了一个陶瓷集合器，陶瓷集合器的开口可根据品种作三档变换，在陶瓷集合器的下部左右各镶嵌了一个圆柱形磁钢，使得陶瓷集合器紧密贴合在前罗拉表面，紧密前上皮辊由一片板簧插在原摇架下，使得输出上皮辊有一定的压力（如图 2-6） 。图 2-6 机械集聚系统原理及结构这款机械式集束紧密纺的特点是改造方便，原三罗拉配 PK225（国产 YJ2-142 系列）摇架的细纱机均可改造，只要换一根前罗
16、拉和罗拉座，再加上紧密纺装置即可。机械式集束紧密纺的另一个优点是节能不需要外加风机抽真空，它的能耗和普通环锭纺一样。 2.2.3 紧密纺技术比较上述的气动集聚形式各有特点，但集聚原理均相同在原来的细纱牵伸系统前加一个气动集聚区，采用网孔罗拉或网格圈或打孔皮圈将凝聚须条送至加捻点。鉴于专利权的因素，各公司通过不同的主、被动传动形式和凝聚器件在须条的上下位置来避免侵权纠纷，由于凝聚槽的长度、角度、方式的不同，以至集聚效果也有所不同。无论气动集聚系统还是机械集聚系统都能够将纱线毛羽减少，生产质量显著提高的紧密纱线。气动集聚意味着额外的负压风机功耗和机物料损耗，但气动集聚在纺紧密包芯纱和赛络纱时更具灵活性；机械集聚结构简单，无风机功耗，但这种集聚装置对原来的三罗拉牵伸有很大的影响，因为其上的前上皮辊和输出上皮辊的最大直径为 21mm。随着应用时间的推移，在气动系统和机械系统间必定会显示其中一个的优越性。下表即列出了这几种集聚方式的特
