超越傳統(tǒng)

山東如意科技集團(tuán)有限公司等

編者按：

本期“科技”欄目通過“高效短流程嵌入式復(fù)合紡紗技術(shù)”和傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗技術(shù)的對比，讓對此項(xiàng)技術(shù)感興趣的讀者詳細(xì)了解“高效短流程嵌入式復(fù)合紡紗技術(shù)”的突破性原理和應(yīng)用優(yōu)勢。

環(huán)錠紡紗的優(yōu)點(diǎn)及其存在的問題

環(huán)錠紡紗是目前使用最廣泛的紡紗技術(shù)，自從近200年前發(fā)明該技術(shù)以來(大概是1830年左右國外發(fā)明了該項(xiàng)技術(shù)和設(shè)備)，由于其卷繞和加捻同時(shí)進(jìn)行的特點(diǎn)，特別是成紗質(zhì)量的特點(diǎn)決定了他的市場占有率的絕對優(yōu)勢。該技術(shù)發(fā)明的時(shí)，國際上主要以短纖維紡紗和應(yīng)用為主，合成連續(xù)長絲纖維還沒有進(jìn)入到工業(yè)應(yīng)用的階段，因此，環(huán)錠紡在短纖維成紗方面的優(yōu)勢沒有其它技術(shù)可以比美。

環(huán)錠紡紗原理如圖1，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)加捻過程中實(shí)現(xiàn)了纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移(圖2)：粗紗中的纖維原來是平行排列的，在加捻過程中，外層纖維走的螺旋線長度長，內(nèi)層纖維的螺旋線走過的長度短，外層纖維張力變大，向紗線內(nèi)層擠，內(nèi)層纖維受到壓力的作用后向外擠，引起纖維沿紗線半徑方向進(jìn)行內(nèi)外轉(zhuǎn)移。內(nèi)外轉(zhuǎn)移的纖維相互間加壓，所以纖維不會解體并且有一定的強(qiáng)力。

但是，隨著現(xiàn)在技術(shù)發(fā)展我們再仔細(xì)分析該紡紗技術(shù)發(fā)現(xiàn)有如下方面的問題和不足。

環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上主要以紡短纖維為主。品種單一，雖然有長絲復(fù)合紗的開發(fā)和生產(chǎn)，品種還是受到很大的限制，為了實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者對不同花色品種需求的發(fā)展，開發(fā)了和大量應(yīng)用花式線成紗設(shè)備，有的是在環(huán)錠紗的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，生產(chǎn)效率有的也比較低，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上實(shí)現(xiàn)花式紗線的開發(fā)和生產(chǎn)具有非常大的意義。

環(huán)錠紡紗技術(shù)要求纖維必須足夠的長度和強(qiáng)度，物理性能不能滿足要求的纖維基本上很難成紗，導(dǎo)致大量性能優(yōu)良的纖維原料不能成為紡織所需要的紗線原料。

加捻和卷繞同時(shí)進(jìn)行是環(huán)錠細(xì)紗設(shè)備的最大的特點(diǎn)，一定捻度是環(huán)錠紡紗成紗的必要條件，對于提高紗線的強(qiáng)度和減少紗線的毛羽非常重要，但是由于加捻所形成的殘余扭矩對后續(xù)生產(chǎn)帶來了很多的麻煩，如針織紗中的辮予紗或扭結(jié)的存在，以及針織產(chǎn)品的緯斜等等，所以在織造前要進(jìn)行蒸紗，最終面料要進(jìn)行定型也與紗線存在殘余扭矩也有很大的關(guān)系，為此有研究人員進(jìn)行平行紡紗或者命名為“扭妥”紡紗的技術(shù)開發(fā)，但該技術(shù)對設(shè)備要求非常高，機(jī)構(gòu)改造非常麻煩。

受成紗結(jié)構(gòu)的限制，不同原料的環(huán)錠紗線在極限紡紗細(xì)度，這在一定程度上限制成品附加值的提升。從

理論上講，紗線截面內(nèi)至少四層纖維排列，纖維根數(shù)至少35-37根才能形成紗線(如圖3)，中間為1根，第二層為6根，第三層12根，第四層18根，總共37根。這樣，不同細(xì)度的原理只能生產(chǎn)相應(yīng)極限細(xì)度的紗線。

環(huán)錠紗的毛羽也是一個(gè)非常顯著的問題，所以后續(xù)的紗線需要經(jīng)過漿紗或者燒毛處理，或者最終的產(chǎn)品需要經(jīng)過燒毛處理，適當(dāng)加大捻度可以降低毛羽，但是降低了紗線的生產(chǎn)效率以及加大了紗線的殘余扭矩，環(huán)錠紗中的短纖維理論上可以有很多次的內(nèi)外轉(zhuǎn)移，在紗線內(nèi)部的部分接受壓力構(gòu)成紗線的抱合力和摩擦力，在紗線外層的部分形成拉力加強(qiáng)紗線的對內(nèi)的凝聚力或者是壓力，這樣形成了‘個(gè)非常緊密的紗線體系，但是實(shí)際紗線中短纖維有很多露在紗線的表面從而形成各種形態(tài)的毛羽，適量的短毛羽可以改善織物面料的風(fēng)格，但是更多的毛羽降低了纖維材料的使用效率和提高了面料的成本，特別是對那些昂貴的纖維(如羊絨等)更是弊大于利。

環(huán)錠紡紗的流程太長，不符合現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)的高度集成、高效率、短流程、節(jié)能降耗的要求。

環(huán)錠紡紗的設(shè)備上膠輥和羅拉的配合長度較大，但是通常一個(gè)膠輥與羅拉形成的夾持線中只喂入一根粗紗進(jìn)行牽伸紡紗，大大降低了膠輥和羅拉之間形成的有效牽伸能力，雖然siro－spun，siro-fil有兩根須條經(jīng)過膠輥和羅拉之間，但是使用效率還是很低，在長達(dá)30毫米以上的一個(gè)膠輥與羅拉的夾持線之間如何實(shí)現(xiàn)更多的功能有非常大的價(jià)值，多功能集成是現(xiàn)代裝備的特點(diǎn)。

長絲纖維使用越來越多的今天，如何讓環(huán)錠紡紗方法適應(yīng)這些新纖維材料的發(fā)展已經(jīng)顯得非常重要。在新纖維層出不窮的今天，傳統(tǒng)的環(huán)錠方法技術(shù)已經(jīng)顯得有些力不從心，有些新纖維以長絲的形式出現(xiàn)，而有的則

是以短纖維出現(xiàn)，都有自己不同的性能特點(diǎn)，將環(huán)錠紡紗技術(shù)革新，開發(fā)一種革命性的新型紡紗方法和技術(shù)非常迫切。

嵌入式系統(tǒng)定位紡紗工作原理及其優(yōu)點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)定位紡紗方法的研究，從理論上剖析了現(xiàn)有紡紗技術(shù)存在的問題和局限，認(rèn)為所有這些技術(shù)成紗的前提是加捻和成紗不可分割，短纖維加捻是生產(chǎn)過程中紗線卷繞和連續(xù)生產(chǎn)得以進(jìn)行的必要條件，足夠的捻度才能使加工的紗線有足夠的強(qiáng)度滿足卷繞成型以及后續(xù)織造的需求。所以這些紡紗技術(shù)對加工纖維的長度、強(qiáng)度等物理性能有非常高的要求，為了突破足夠捻度是必要條件的這個(gè)瓶頸，我們在紡紗方式上對環(huán)錠紡進(jìn)行了原理上的革新，研制了“嵌入式系統(tǒng)定位紡紗方法”，該技術(shù)最大的特點(diǎn)是將紗線生產(chǎn)過程中所需要的強(qiáng)度(如卷繞張力)與短纖維捻入紗線這兩個(gè)問題分開討論和進(jìn)行，紗線的強(qiáng)度主要由超細(xì)合成纖維承擔(dān)，而加捻只是為了實(shí)現(xiàn)短纖維在紗線中實(shí)現(xiàn)內(nèi)外轉(zhuǎn)移，短纖維在紗線中的轉(zhuǎn)移方式以嵌入的形式牢固固定，與傳統(tǒng)環(huán)錠紡中纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移的形式有本質(zhì)的區(qū)別。

嵌入式系統(tǒng)定位紡紗方法的工作過程

如圖4所示，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的每一個(gè)牽伸機(jī)構(gòu)上，從粗紗筒管退繞下來的兩根短纖維粗紗a、a，分別經(jīng)導(dǎo)紗喇叭1平行進(jìn)入由后羅拉2、后皮輥2、中羅拉3、巾皮棍3、皮圈4前羅拉5、前皮棍5組成的牽伸區(qū)進(jìn)行牽伸；兩根長絲b、b從前羅拉5后端喂入，在前羅拉5、前皮棍5組成的前鉗口處分別與兩根粗紗須條a、a匯合經(jīng)牽伸的兩根粗紗須條a、a與兩根長絲b、b從前鉗口輸出后進(jìn)入加捻三角區(qū)加捻，然后經(jīng)導(dǎo)紗鉤6后卷繞在細(xì)紗筒管7上。前羅拉牽伸區(qū)的纖維路線如圖5、圖6、圖7所示。

嵌入式系統(tǒng)定位紡紗方法的工作原理

由于現(xiàn)代紡織科技的進(jìn)步，合成纖維長絲可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)和超細(xì)，這為我們開發(fā)嵌入式系統(tǒng)定位紡紗技術(shù)提供很好的條件。嵌入式系統(tǒng)定位的原理是：在細(xì)紗機(jī)牽伸裝置中加裝有非常嚴(yán)格的定位裝置以保證四個(gè)原料在前鉗口處(A-A)的相對位置精確穩(wěn)定，喂入的四種原料中外側(cè)兩根長絲(F)有足夠強(qiáng)度形成強(qiáng)有力的保護(hù)與增強(qiáng)的三角區(qū)域，內(nèi)部兩束短纖維(s)借助兩根長絲(F)形成的骨架可以成紗。四個(gè)原料通道嚴(yán)格定位可以實(shí)現(xiàn)很多不同的紗線結(jié)構(gòu)，定位的最大優(yōu)點(diǎn)是可以將這個(gè)系統(tǒng)控制在穩(wěn)定的狀態(tài)，采用FSSF形式的嵌入式定位紡紗的優(yōu)點(diǎn)是短纖維一旦從前鉗口出來，就會被側(cè)向前進(jìn)的加捻長絲捻入并帶走，可以極大降低對短纖維強(qiáng)度和長度的要求。長絲與短纖維構(gòu)成一根有捻的單根紗線后，在向?qū)Ъ嗐^運(yùn)動(dòng)的過程中

會很快與另一個(gè)類似的復(fù)合紗線相遇并被加捻，形成復(fù)合的股線體系，短纖維在股線中穩(wěn)定的被兩個(gè)方向來的長絲夾持，并且被牢固嵌入其中，這與Siro-fil紡紗中短纖維的固定方式有很大的不同，與環(huán)錠紗中纖維依靠內(nèi)外轉(zhuǎn)移固定纖維的形式也不同。因此四個(gè)原料“系統(tǒng)定位”是措施，“嵌入式”是纖維固定的結(jié)果，這樣對紗線加捻的捻度要求降低。

關(guān)于定位的問題

嵌入式系統(tǒng)定位紡紗(Embedding＆System Locat-ing Spinning)的原理圖如圖8所示。AO、BE、CF、DO是喂入的四種原料，這四種原料平行進(jìn)入前鉗口AD，AO和DO一般為具有足夠強(qiáng)度的長絲，可形成強(qiáng)有力的保護(hù)大三角區(qū)域，實(shí)際根據(jù)最終紗線性能設(shè)汁的不同，他們也可以是長絲或者其中的一根長絲而另外一根可以是短纖紗，或者兩個(gè)都可以是短纖紗，等等各種變化；BE和CF是短纖維須條，也可以通過選用不同的原料，實(shí)現(xiàn)很多變化，形成不問風(fēng)格紗線。系統(tǒng)定位的原理是AO、BE、CF、DO四個(gè)原料在進(jìn)入前鉗口前有非常嚴(yán)格裝置或者措施米準(zhǔn)確的定位，以MO為中心線。嵌入式系統(tǒng)定位的最大優(yōu)點(diǎn)是可以人為的將AOD這個(gè)系統(tǒng)設(shè)定在穩(wěn)定的狀態(tài)，AO、BE、CF、DO四種原料的相對位置穩(wěn)定可靠，而不是靠常規(guī)的siro-fil紡紗方式一樣，依靠系統(tǒng)自己尋找穩(wěn)定的狀態(tài)。實(shí)踐證明環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上有足夠的空間來懸掛四個(gè)紗線的原料以及實(shí)現(xiàn)他們的定位，形成的紗線結(jié)構(gòu)可與預(yù)先設(shè)計(jì)保持一致。

關(guān)于“嵌入式”的問題

四個(gè)通道來源的短纖維須條或者長絲在不同的定位狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)纖維在紗線中的不同狀態(tài)，但有一點(diǎn)可以肯定的是，短纖維在長絲巾穩(wěn)定的被兩個(gè)方向來的(AO和DO)長絲夾持，并且被嵌入在其中，這于Siro-fil紡紗中短纖維的固定方式有很大的不同。“嵌入式”這個(gè)名詞來源于計(jì)算機(jī)的嵌入式的軟件和硬件設(shè)計(jì)，表示他們精致小巧、密不可分、成為一個(gè)互相彌補(bǔ)的有機(jī)體系，通?！扒度胧健钡脑O(shè)計(jì)是在一個(gè)大的平臺上進(jìn)行的，而我們發(fā)明的這個(gè)紡紗的平臺實(shí)際上是兩個(gè)長絲形成的穩(wěn)定的AOD三角平臺，在這個(gè)平臺的內(nèi)部可以實(shí)現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)和原料的紡紗，而這些短纖維是一種完全不同于短纖維環(huán)錠紡紗中纖維轉(zhuǎn)移方式的形式存在的，牢度更好，纖維被嵌入式夾持的方式在其中進(jìn)行內(nèi)外轉(zhuǎn)移的，并被牢度的定位。定位決定了紗線的結(jié)構(gòu)，以及纖維在紗線中不同的形態(tài)，當(dāng)AO和DO為長絲，BE和CF為短纖維時(shí)，短纖維基本上呈現(xiàn)在復(fù)合股線的外側(cè)，當(dāng)然這與長絲和短纖維的量有很大的關(guān)系，當(dāng)長絲的線密度和短纖維須條的線密度相當(dāng)時(shí)，短纖維主要呈現(xiàn)在紗線的內(nèi)測，紗線呈現(xiàn)長絲包纏的效果。

關(guān)于短纖維可紡長度要求的問題

由于AO和DO的存在，承擔(dān)了大部分加捻的“扭力”及卷繞的“牽引力”，BE和CF中的短纖維的長度(1)理論上只要纖維長度：I>L*tana，其中L是AB之間的距離。

我們可以舉例說明如下，如果AD為20毫米，AB為5毫米，而角度BAE與紡紗的牽引和卷繞速度有關(guān)系，設(shè)定為45度，則短纖維的長度只要5毫米以上就可以在這個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行紡紗了。所以理論上很多纖維原料都可以進(jìn)行紡紗的。