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1、环锭假捻(低扭矩)纺纱技术的发展与应用 黄建明 倪 远20130319一、概述机器纺纱始于十八世纪的英国产业革命，十九世纪的20年代出现了锭帽纺纱机和环锭纺纱机。在环锭纺纱技术发展的一百八十多年中，采用锭子、筒管、钢令、钢丝圈和导纱钩的基本加捻卷绕架构一直没有改变。加捻使须条成为纱线，没有捻度就不成其为纱线。“纺”字在广义上是指纺纱过程，在狭义上即为加捻。所说的加捻对环锭纺而言是指筒管卷装和钢丝圈回转给予纱条的真实捻回，简称为真捻，除外，在纺纱过程中任何使纱条局部回转给予纱条的捻回都是假捻。假捻使得纱条获得过程性或阶段性捻度，从时间或区段的角度看这些捻回是真实存在的，但由于纱条两个握持端均未有
2、相位改变，在假捻点上下游的捻度相等相位相反，故在假捻过程结束时真实捻回归零。现代纺纱流程中假捻技术最典型的应用是粗纱机锭帽，而在细纱工程中很少采用假捻技术。在纺纱技术发展进程中，有资料记载的近数十年来，不断有假捻技术应用于细纱或精纺及捻线生产过程的技术方案被提出来，并申请专利。追溯假捻技术最早何时开始在细纱机上应用是困难的事，不过近期笔者的一些检索揭示了某些罕为人知的历史资料，通过这些史实也许会引起业界一些新的思考。研究和探索一项新技术的发展，从专利文献获取的技术信息虽然不一定最完整，但无疑是最早、最具权威和最有说服力的佐证。因此就让我们从专利信息开始了解假捻技术的发展。二、假捻纺纱技术结构的
3、发展进程1、二十世纪30年代较早的一份资料是1931年提出的美国专利申请，这是一台带有钢令钢丝圈的锭帽式毛纺精纺机（见图1）。图1带有假捻机构的纺纱机其附加了一个独立驱动的回转假捻器L，通过滚盘84和传动带80进行驱动，即滚盘84同时传动锭子C、筒管F和假捻器L。该发明是通过增加纺纱段的动态捻度来改善纱条动态强度，实现该发明说明书所记载的：提升纺纱速度和增大卷装容量的目的，其适用于精纺机和捻线机。从图1可知，当时的纺纱技术尚未使用皮圈牵伸，只是由罗拉和压辊组成的简单罗拉牵伸72，但在图2的假捻器L上已有滚动轴承87的应用，图3的锭帽G上设有钢令R和钢丝圈H。 图2假捻器 图3带有钢令钢丝圈的锭
4、帽对于一个一共只有一百八十多年发展史的工业技术来说，八十年前的事情可以说是非常“古老”的事了。令笔者感慨的是，这个二十世纪30年代的发明，虽然设计者可能已超过百岁，但相近的设计思想至今仍为当代人所用，这也许是传统行业的一个重要特征。2、二十世纪40年代1949 年美国专利第2590374号申请的设计人提出了多种在环锭细纱机的纺纱段实施假捻的技术方案。图4和图5是在细纱机单侧车面上支承一根长轴8，采用蜗轮10蜗杆8a传动方式联动驱动各锭位假捻器轮盘12或12a，以假捻轮盘的外周（图4中的12）或端面（图5中的12a）摩擦接触纱条2，使纱条2切向受力旋转获得假捻。 图4轮盘外周摩擦假捻装置 图5轮
5、盘端面摩擦假捻装置图6和图7是在细纱机单侧设置无接头循环龙带15，以龙带15外表面摩擦接触纱条2，使纱条2切向受力旋转获得假捻。 图6循环龙带假捻装置 图7为图6的8a向视图该专利说明书提出，采用所述的技术方案可以在前罗拉钳口至假捻器之间设置比成纱更大的捻度（假捻），以便纺制低捻纱而降低断头。同时其提到了几乎所有可能的优点，归纳为以下功能和优势：可以增大纺纱张力（采用较重的钢丝圈、缩小锭距、用较大直径的钢令、增加锭速），实现增加产量、增大卷装容量、纺更细的纱线、用更短的纤维纺纱及使成纱的品质更好。二十世纪40年代的纺纱技术远不如今，工业技术方面可能很难得到一根真正意义上无接头的龙带，但历史文字
6、记载的工艺技术理念丝毫不逊于今，除了未直接提及能耗外（当然当时还未开始注重环保问题）工艺参数对纺纱过程和成纱的关联与影响一一道明。3、二十世纪50年代一项1957的美国专利申请公开了一种利用多组双向皮带搓捻纱条进行假捻的假捻装置（图8图9）。该发明通过龙带7驱动龙带轮6和齿轮8，由齿轮8传动两个被动齿轮9和两个主动皮带轮10，在两对主动皮带轮10和被动皮带轮12之间设有多组假捻皮带14，纱条通过导纱钩15引导进入多组异向移动的假捻皮带外表面之间，使纱条由假捻皮带的搓捻获得假捻，这种方式假捻效率较高。该发明说明书所述的假捻效应是缩小纱条直径、降低成纱毛羽密度，使纱表面光滑。 图8 皮带搓捻假捻结
7、构正视图 图9皮带搓捻假捻结构侧视图该假捻技术方案可以作为实验室应用，但该假捻结构零部件多、结构复杂，操作维护都不便利，即使在半个世纪后的今天，依然难有工业化生产的应用价值。4、二十世纪60年代1961年一项美国专利申请的名称为假捻装置，其公开了一种采用双摩擦盘端面进行搓捻的假捻技术方案，图10所示的假捻结构由龙带12驱动龙带盘11，龙带盘11上的的两个皮带槽13和15通过皮带10传动一对假捻盘2和5作异向旋转，纱条1通过两个假捻盘之间的假捻点时，假捻盘的两个摩擦面3和4搓动纱条以轴心为中心转动，使纱条获得假捻。图10 摩擦盘搓捻假捻结构5、二十世纪80年代一项1980年的美国专利申请提出了一
8、种利用喷气气流使假捻器中纱条旋转的技术方案（图11），在每个锭位的前罗拉钳口与导纱钩之间附加一套喷气假捻装置。其说明书表述的发明目的包括：改善纺纱性能、不降低纺纱性能的同时降低半制品质量、不降低产量和质量的同时降低成纱捻度、提高产量、不降低产量或纺纱性能的同时改善成纱外观，从而可以通过纺制低捻纱而提高产量，或纺制更细的或更高品质的纱。其特别提及用于纺制尼龙66纱，也给出了多个纺纱实例的数据。图11喷气假捻装置6、二十世纪90年代90年代国外申请人的一项中国发明专利申请，公开了一种采用连续移动带接触纱条表面给纱条假捻的方法和装置，专利文件明确说明其是对美国专利第2590374号发明思路的“潜在利
9、用”，即本文上述1949年美国专利申请中循环龙带假捻形式（图6图7）的改进。从图12-图14的具体结构上看，该方案将1949年美国专利申请中的扁平形龙带改为圆形，并使纱条与龙带的接触角增大，接触表面增加为龙带正反两面两个行程段，这带来了三个方面的好处：a、纱条接触角增大，假捻效率提高；b、同时减少了气圈张力向上游的传递；c、两个行程段反向接触平衡了纱条横向偏移。由此带来了以下效应：在给定断头情况下增加锭速、纺制低捻纱；在给定纱支、捻度情况下降低断头；在给定纱支、锭速和捻度情况下用较低品质的原料纺纱；以及可纺制较细的纱支。也由于纺纱区的减小而减少毛羽。该方案用于环锭短纤维、毛纺、半精纺、合股、赛
10、络纺及捻线。另外该专利说明书特别指出，由于在纱线形成区捻度和张力的变化而导致纱条捻度分布更均匀，有益于纱线和织物条花的降低，有益于针织物上的起皱和线圈歪斜的减少（低扭矩）。 图12圆龙带双行程段假捻装置 图13为图12的剖视图图14纱条与圆龙带的接触角7、历史专利资料评述上述6个有关假捻技术的历史记载跨越了60多载纺纱历程，可见假捻工艺有着深厚的技术积淀。6个案例包含了几种典型的假捻方法和技术结构，包括：机械中心旋转、喷气中心旋转、轮盘表面摩擦、龙带直线表面摩擦和皮带搓捻和轮盘搓捻等。在不同的历史时期这些发明有着不同的发明目的，其中的一个基本目的始终围绕着环锭纺最大的技术瓶颈纺纱张力与纱条强力
11、间矛盾的产物纺纱断头。纺纱断头严重制约了环锭纺产能和纺纱成本，是环锭纺发展历程中业界不断致力于改善的重要课题。同时前人对假捻的工艺技术和经济效应都有明确和详细的对应关联，假捻效应涉及到的产量、质量、原料、品种甚至下游应用等都一一表明，如纺纱断头、张力、捻度、锭速、输出速、强力、钢令直径、卷装容量、纱支、原料等级及外观毛羽，甚至用于赛络纺及减少针织物的起皱与线圈歪斜（纱线扭矩），虽然没有单列出节能一项，但产量一项已经包含着最大的节能效应。这些假捻技术没有被应用，或者说假捻技术一直没有规模应用的原因有多种，技术成熟度问题、工艺必要性问题、投资与运行成本问题及下游市场应用问题等等。8、新世纪的专利申
12、请随着低捻度和低扭矩纱线技术和下游应用的逐步成熟，二十一世纪初有关假捻技术的中国专利申请大部分集中在低捻度和低扭矩纱的纺制方法和装置，以下的18件发明和实用新型专利申请部分已授权，部分处于公开或实审程序中。具体见表1及图15至图34。 表1：二十一世纪假捻技术的中国专利申请专利申请号申请日申请人地域名称假捻结构主要特征附图0211858820020424香港单股无扭矩环锭纱线的加工的方法与设备分束单锭驱动机械中心旋转/喷气中心旋转假捻图1520051000430620050114香港单股环锭纱线的加工方法和装置分束单锭驱动旋转轮组外周摩擦搓捻图1620088000153920080513香港工
13、业生产纱及其纺织品的方法和采用该方法的环锭纺纱机单行程段龙带直线表面摩擦假捻-反捻图1720091016158620090804香港用于在环锭纱线上产生弯折假捻的方法和装置双行程段龙带直线表面摩擦假捻/搓捻图18-2020091019569520090915上海环锭细纱机用的假捻器装置机械中心旋转假捻图2120091031027420091123浙江宁波一种生产低扭矩环锭纱线的纺纱装置假捻器下游设置导纱器图2220092025960520091205湖南假捻器加捻装置单行程段龙带直线表面摩擦假捻图2320092025960620091205湖南假捻器加捻传动装置单行程段龙带直线表面摩擦假捻传动
14、结构图2420101019961120100530湖南一种环锭纺生产超柔赛络纺纱线的专用装置机械/喷气中心旋转假捻图2520101021000220100626浙江宁波一种生产低扭纱线的纺纱装置假捻器设置在锭子中心导纱器上方图2620101021014220100626浙江宁波生产低扭纱线的纺纱装置假捻器设置在锭子中心导纱器上方图2720101021019420100625浙江宁波一种生产低扭纱线的纺纱机假捻器设置在锭子中心导纱器上方图2820101023724420100727上海高强力低张力纺纱装置机械中心旋转假捻图2920102056155020101015浙江绍兴纱线假捻装置机械中心旋转假捻图3020111026808220110913江苏一种新型涡流环锭纺 的加工方法与装置喷气中心旋转假捻图3120111031880120111014江苏一种光洁柔软纱的生产方法喷气中心旋转假捻图3220111031822820111014江苏一种改变环锭纺纺纱段捻度的装置喷气中心旋转假捻图33201080056636 20101027瑞士具有假捻装置的环锭纺纱机旋转轮盘外周摩擦假捻图34 图15 02118588-单股无扭矩环锭 图16 200510004306-单股环锭 纱线的加工的方法与设备 纱
