轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)發(fā)展回顧與趨勢展望

汪軍

（東華大學(xué)，上海，201620）

環(huán)錠紡在當(dāng)今紡紗工業(yè)中占主體地位，但因存在工藝流程長、生產(chǎn)效率不高等問題，因此關(guān)于新型紡紗技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用一直是紡紗學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的熱點。轉(zhuǎn)杯紡紗屬典型的自由端紡紗，將加捻與卷繞過程分開，不僅解決了環(huán)錠紡高速和大卷裝之間的矛盾，而且顯著提高了紡紗速度和生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)杯紡具有高速高產(chǎn)、短工序、大卷裝、改善勞動條件、原料適用廣泛、成紗條干均勻、結(jié)雜少、耐磨和染色性能好等特點，同時也存在紗強較低、手感偏硬和不適合紡制細(xì)號紗等問題。綜合而言，轉(zhuǎn)杯紡是目前技術(shù)上最成熟、應(yīng)用面最廣、經(jīng)濟效益明顯的一種新型紡紗方法，在過去的60 年發(fā)展迅速，已成為新型紡紗中的主力軍［1-2］。目前全球有800 萬頭以上的轉(zhuǎn)杯紡裝備，其紡紗產(chǎn)能僅次于環(huán)錠紡。轉(zhuǎn)杯紡面臨的形勢是：環(huán)錠紡裝備的保有量可能會縮減，同時噴氣渦流紡近年來異軍突起，發(fā)展迅速［3］。在此背景下轉(zhuǎn)杯紡未來發(fā)展何去何從也備受業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。本文首先回顧轉(zhuǎn)杯紡紗發(fā)展歷史，分析歸納轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)的現(xiàn)狀和進步，展望轉(zhuǎn)杯紡未來的發(fā)展趨勢，并提出一些個人見解，以期為轉(zhuǎn)杯紡的發(fā)展提供借鑒與參考。

1 轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展歷程

轉(zhuǎn)杯紡在國內(nèi)以前俗稱氣流紡，而國際上早期將其稱之為自由端紡紗（Open-end Spinning），所以轉(zhuǎn)杯紗至今在國際上還被稱為OE 紗。實際上轉(zhuǎn)杯紡只是眾多自由端紡紗方法中的一種，目前國際上對轉(zhuǎn)杯紡的標(biāo)準(zhǔn)名稱是Rotor Spinning，在GB/T 6002.7—2003《紡織機械術(shù)語 第7 部分：轉(zhuǎn)杯紡紗機》中的規(guī)范名稱為轉(zhuǎn)杯紡紗［4］。

1.1 國外轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展歷史

早在1900 年左右，國外就有人開始研究自由端紡紗技術(shù)。1937 年丹麥人伯塞爾森（BERTHELSON）申請了第一個有關(guān)轉(zhuǎn)杯紡的專利（英國專利號477259）［5］，開啟了轉(zhuǎn)杯紡紗的夢想，其裝置見圖1。1955 年原捷克斯洛伐克棉紡織研究所集中很多專業(yè)的技術(shù)人員對轉(zhuǎn)杯紡開展了為期10 年的系統(tǒng)性研究，并與埃立特克斯（Elitex）公司合作，研制出KS200 型轉(zhuǎn)杯紡紗樣機，在1965年的布爾諾（Bron）國際工程技術(shù)博覽會上首次展出，引起了紡紗專業(yè)人士的關(guān)注。1967 年在巴塞爾（Basel）國際紡織機械展覽會（ITMA）上展出了在KS200 型轉(zhuǎn)杯紡紗機基礎(chǔ)上改進的BD200 型自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯紡紗機，同年在原捷克斯洛伐克建立了第一家轉(zhuǎn)杯紡紗廠，標(biāo)志著一場紡紗不用錠子的革命進入了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的新階段。與此同時，英國潑拉脫（Platt）、瑞士立達(dá)（Rieter）、德國因果耳斯達(dá)特（Ingolstadt）3 家公司為避開自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯紡的專利限制，開始研制抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機。不久后在1971 年巴黎國際紡織機械展覽會上就有10 家公司展出了各自的轉(zhuǎn)杯紡紗機，表明轉(zhuǎn)杯紡紗機的研制進入了全新的競爭階段［6］。而后法國的SACM、德國的緒森（Suessen）、青澤（Zinser）以及比利時、美國、原蘇聯(lián)和中國的公司均進入轉(zhuǎn)杯紡紗機的研制領(lǐng)域，轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)的研究進入一個百花齊放的時代。

圖1 英國專利477259 中轉(zhuǎn)杯紡示意圖

1979 年以制造自動絡(luò)筒機著稱的德國賜來福（Schlafhorst）公司，將自動接頭技術(shù)引入轉(zhuǎn)杯紡紗機，研發(fā)了Autocoro 全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機，并形成系列產(chǎn)品至今。德國因果耳斯達(dá)特公司和瑞士立達(dá)公司也緊跟其后研發(fā)了RU 系列和R 系列的全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機。全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機的轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)130 000 r/min～150 000 r/min，由此轉(zhuǎn)杯紡進入了以普通自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯紡紗機和全自動抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機并存的局面。但是由于全自動設(shè)備價格昂貴，普通轉(zhuǎn)杯紡紗機需要人工操作接頭等動作，因此1999 年立達(dá)Basetex 公司（原捷克Usti 公司，被立達(dá)收購）吸取全自動機和普通轉(zhuǎn)杯紡紗機的特點，推出了半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機BT903型；2004 年蘇拉捷克公司（原捷克Elitex 公司，被蘇拉集團收購）也推出了D330 型半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機，其轉(zhuǎn)杯速度可接近100 000 r/min，因這類機型有很好的性價比，轉(zhuǎn)杯紡設(shè)備又進入了以半自動為主的時代［7］。2011 年賜來福公司推出了全新理念的Autocoro 8 型轉(zhuǎn)杯紡紗機，采用單錠驅(qū)動技術(shù)可使每個錠位獨立運行；采用磁懸浮軸承，將轉(zhuǎn)杯速度提高到200 000 r/min，不僅提高了生產(chǎn)效率和智能化水平，還可以在一臺設(shè)備上同時生產(chǎn)5 個品種［8］。

表1 是國外轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展歷程中的若干事件，從中可以看出其發(fā)展歷史和演變過程。國外的轉(zhuǎn)杯紡紗機生產(chǎn)商經(jīng)歷了兼并、收購和整合，目前基本形成了賜來福（隸屬卓郎集團）和瑞士立達(dá)兩大公司競爭的局面，其均有全自動和半自動系列轉(zhuǎn)杯紡紗機產(chǎn)品［9-10］。

表1 轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展歷程大事記

1.2 國內(nèi)轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展歷史

我國新型紡紗的研究是從1958 年華東紡織工學(xué)院（現(xiàn)東華大學(xué)）開始的。1965 年上海、重慶開始研究離心式轉(zhuǎn)杯紡紗。隨后，河北、北京、山西、天津、陜西等地先后成立轉(zhuǎn)杯紡紗科研組，從事轉(zhuǎn)杯紡紗單頭機基本原理與紡紗性能測試分析的工作。1969 年河北石家莊科研組制成50 頭轉(zhuǎn)杯紡紗機后，上海、北京、天津等地先后進入多頭機試驗階段。1974 年CW2 型自排風(fēng)轉(zhuǎn)杯紡紗機在北京誕生，1976 年北京CW2 型和上海的AN9-76 型自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯紡紗機投入中試。同時，天津的TQ3 型和石家莊的JA029 型抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機也投入中試階段。1978 年改革開放以后，國外轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)與國內(nèi)獨立研制的轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)相結(jié)合，推動我國轉(zhuǎn)杯紡紗機進入工業(yè)生產(chǎn)階段。20 世紀(jì)80 年代，我國與原捷克斯洛伐克通過技貿(mào)協(xié)定購買BD200SN 型機，并引進其制造技術(shù)，由山西經(jīng)緯紡機公司自主生產(chǎn)FA601 型和BD200SN 型機，并迅速占據(jù)國內(nèi)市場。此外，原天津紡機TQF4 型，上海的SQ1 型、SQ2 型，原西安遠(yuǎn)東機械制造公司的FA611 型，原四川川江機械制造有限公司的FA621 型等也先后投放市場［11］

由于轉(zhuǎn)杯紡紗機的技術(shù)、經(jīng)濟社會效益為我國紡織界接受，2000 年前后國內(nèi)許多紡機企業(yè)紛紛進入轉(zhuǎn)杯紡紗機領(lǐng)域，半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機迅速發(fā)展，并在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、開發(fā)新產(chǎn)品方面發(fā)揮了重要作用［12］。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前我國國產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡的主要生廠商為浙江泰坦股份有限公司和安徽日發(fā)紡織機械有限公司，其產(chǎn)品以半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機為主體。同時山西經(jīng)緯紡機公司和安徽日發(fā)紡織機械有限公司已開發(fā)了全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機的樣機。在國內(nèi)市場上，國產(chǎn)半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機擁有很好的性價比，占有很大的市場份額。

2 轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)發(fā)展回顧與現(xiàn)狀

2.1 轉(zhuǎn)杯紡機理與紡紗器進展

轉(zhuǎn)杯紡是典型的自由端紡紗方法，從其發(fā)展歷史來看，轉(zhuǎn)杯紡機理、紡紗器、工藝研究和產(chǎn)品開發(fā)是逐步發(fā)展與完善的。由圖1 可見，伯塞爾森申請專利的核心是利用一個旋轉(zhuǎn)件的離心力作用，將須條凝聚后引出。這個專利里既沒有分梳輥和假捻盤，也沒有引紗裝置，該專利的名稱是“一種用于纖維的離心紡紗方法”，可見這僅僅是轉(zhuǎn)杯紡的雛形，當(dāng)然其重要貢獻是提出了一種自由端紡紗方法，突破了環(huán)錠紡和走錠紡的非自由端加捻的束縛。假捻盤的發(fā)明是轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)能夠推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一，紗條從剝離點位置離開凝聚槽后有一段是自由紗段，該紗段捻度很低，容易造成剝離點處斷頭，很難持續(xù)紡紗。假捻盤其實就是一個立體摩擦盤，主要起假捻作用，假捻的存在使自由紗段強度提高，并且能將紗條捻度傳遞到凝聚槽，形成捻度傳遞長度，從而使連續(xù)紡紗成為可能［13-14］。隨后，原捷克斯洛伐克就研發(fā)出可以連續(xù)紡紗的KS200 型轉(zhuǎn)杯紡紗機，該型號設(shè)備當(dāng)時是采用粗紗喂入羅拉牽伸方式進行喂給，條干均勻度較差［15］。在后續(xù)的研究中，人們又采用了分梳輥高速旋轉(zhuǎn)分梳的方式，利用梳理、離心力和氣流場的共同作用，將纖維條松解為單纖維流。至此轉(zhuǎn)杯紡的成紗機理就有了一個較為完整的體系。

在上述的研究過程中，紡紗器及其關(guān)鍵器材也逐步成型。紡紗器是由喂給分梳機構(gòu)、成紗機構(gòu)及引紗管組成的獨立部件，是轉(zhuǎn)杯紡的核心組件，成紗過程中的喂給、梳理、排雜、輸纖、凝聚、加捻、引紗等均在紡紗器內(nèi)完成。其核心元器件為分梳輥與分梳腔、輸纖通道、轉(zhuǎn)杯、假捻盤和引紗管。從結(jié)構(gòu)特征上分，紡紗器主要可以分為分體式紡紗器、聯(lián)體式紡紗器、翻蓋式紡紗器和紡特殊紗紡紗器。紡紗器的設(shè)計和構(gòu)造需要考慮的因素有：轉(zhuǎn)杯內(nèi)負(fù)壓的形成方式、有無排雜結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)杯與分梳輥位置關(guān)系度、分梳腔結(jié)構(gòu)與補風(fēng)方式、輸纖通道特征等［16-17］。原捷克斯洛伐克棉紡研究所和緒森公司對于紡紗器的發(fā)展做出了重要貢獻，前者以自排風(fēng)式紡紗器為主，后者主要為抽氣式紡紗器。歷史上出現(xiàn)過上百種紡紗器的型號，其中CE 系列、SC 系列、SE 系列和NSB 系列等曾得到了廣泛應(yīng)用，總體上這些紡紗器的基本構(gòu)成和作用機制是一致的。

紡紗器中的核心元器件的發(fā)展對轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展也起到積極的推進作用。緒森公司發(fā)明的雙盤支承間接軸承（TwinDisc），使轉(zhuǎn)杯速度達(dá)到100 000 r/min 以上，賜來福公司推出的磁懸浮軸承能夠讓轉(zhuǎn)杯速度高達(dá)200 000 r/min 以上，極大提高了轉(zhuǎn)杯紡的生產(chǎn)效率。隨著轉(zhuǎn)杯速度不斷提高，考慮到能耗的因素，轉(zhuǎn)杯直徑也隨之不斷減小，現(xiàn)在最小轉(zhuǎn)杯直徑為26 mm，突破了纖維長度要小于轉(zhuǎn)杯直徑的束縛。轉(zhuǎn)杯凝聚槽的形狀隨著紡紗品種、纖維原料的種類而發(fā)展成T、V、G、R、S 等各種形狀［18］。假捻盤按照工作面材料有金屬假捻盤和陶瓷假捻盤，按照工作面表面形狀可分為光面假捻盤、刻槽假捻盤和螺旋形假捻盤。同時為紡制低捻紗，在引紗管的轉(zhuǎn)彎處安裝阻捻器，利用阻捻效應(yīng)提高杯內(nèi)紗條動態(tài)捻度，降低成紗捻度［19-20］。分梳輥針布的鋸齒型號也發(fā)展出了多個系列，基本能夠滿足不同纖維的要求［21］，整體圈齒式分梳輥結(jié)構(gòu)能夠使分梳更為均勻。另外轉(zhuǎn)杯和分梳輥的涂層技術(shù)極大延長了這些元器件的使用壽命，比如金剛鍍等處理。這些核心部件的技術(shù)進步也給轉(zhuǎn)杯紡的發(fā)展做出了很大貢獻。

2.2 自動化和智能化方面的進展

全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機誕生于1975 年，德國緒森公司在米蘭ITMA 上展出了全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機，主要特征是全自動接頭。1979 年德國賜來福Autocoro 機型在產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用后，全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機一直是集各類自動化智能化技術(shù)于一體的典型設(shè)備，具有自動清潔接頭、自動換筒、落筒及運輸、自動在線檢測、自動調(diào)節(jié)參數(shù)等功能，極大地提高了轉(zhuǎn)杯紡紗機的生產(chǎn)效率，改善紡紗和卷繞質(zhì)量，減少用工。以接頭技術(shù)為例進行說明。

自動接頭技術(shù)是轉(zhuǎn)杯紡的一個關(guān)鍵技術(shù)。全自動接頭綜合運用機械、電子、氣動、光學(xué)等技術(shù)通過模擬人工接頭的過程而實現(xiàn)數(shù)字接頭。Autocoro 機型的DigiPiecing 功能將數(shù)字控制接頭集成在每個Autocoro 紡紗錠位，利用各電機驅(qū)動器確保高精度控制接頭過程的精度。立達(dá)公司的AEROpiecing 接頭技術(shù)將預(yù)先準(zhǔn)備好的紗頭快速導(dǎo)入轉(zhuǎn)杯槽中，然后獨立驅(qū)動的喂給電機精確控制喂入纖維量，以得到無痕接頭［22］。自動接頭強度可達(dá)正常紗的90%，粗節(jié)在140%以內(nèi)。半自動接頭與全自動接頭的主要區(qū)別在于前者的清掃轉(zhuǎn)杯、斷頭后在紗筒上尋找紗頭、確定沉紗長度、保證接頭紗尾蓬松性等工作是由擋車工操作完成。而接頭瞬間的預(yù)喂纖維量、附加捻度、沉紗、紗引和卷繞時間是通過程控系統(tǒng)來完成，與全自動接頭動作基本一致。半自動接頭強度一般可達(dá)正常紗的70%，粗節(jié)在180%以內(nèi)。隨著半自動接頭普遍采用步進電機控制喂給的方式，接頭質(zhì)量還有望進一步提高，與全自動接頭質(zhì)量相媲美。

2.3 適紡原料和紡紗號數(shù)

轉(zhuǎn)杯紡最初的適紡原料就是廢棉，用來生產(chǎn)粗號紗。隨著技術(shù)進步，目前轉(zhuǎn)杯紡的適紡原料及產(chǎn)品已十分廣闊。適紡原料以棉為主，其次是化學(xué)纖維（粘膠、滌綸、腈綸等），同時一些非棉類天然纖維原料如短麻、短毛等品種也比較多。此外原料也不局限于廢棉等低端原料［23-24］。轉(zhuǎn)杯紡是自由端加捻，纖維伸直度略差，纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度低。轉(zhuǎn)杯紗的結(jié)構(gòu)分為紗芯和外層兩個部分，紗芯結(jié)構(gòu)較為緊密，捻度較高；外層纖維結(jié)構(gòu)較為松散，捻度較低。與傳統(tǒng)環(huán)錠紗相比，轉(zhuǎn)杯紗結(jié)構(gòu)比較蓬松，外觀較豐滿。同時纖維在紗體中呈圓錐形螺旋線和圓柱形螺旋線形態(tài)的比例只占30% 左右，且轉(zhuǎn)杯紗表面會有一部分纏繞纖維［25］。表2 是轉(zhuǎn)杯紡與環(huán)錠紡的紡紗對比，與環(huán)錠紡相比，轉(zhuǎn)杯紡及其成紗有自身的特點，特別是對長度整齊度和細(xì)度均勻度差異較大的纖維有較好的適應(yīng)性，對于14.5 tex 以上的粗中號紗有很好的適應(yīng)性。而單純就紡紗技術(shù)而言，目前能紡制8 tex 以下的細(xì)號紗，但是經(jīng)濟效益還不具備產(chǎn)業(yè)化條件。

前人曾就轉(zhuǎn)杯紡紗工藝和產(chǎn)品進行過很多研究，特別是針對不同原料的轉(zhuǎn)杯、分梳輥和假捻盤三大元器件優(yōu)選以及轉(zhuǎn)杯速度和分梳輥速度等工藝參數(shù)的優(yōu)化，開發(fā)了很多紗線產(chǎn)品。此外，也有一些研究是針對轉(zhuǎn)杯加捻和假捻作用機理展開的［26］，隨著流體計算軟件的發(fā)展，近年來學(xué)者對紡紗器流場以及纖維在流場中的耦合作用的研究較多［27-29］。

2.4 轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展過程中有關(guān)爭論

2.4.1 自排風(fēng)式與抽氣式之爭

捷克自排風(fēng)轉(zhuǎn)杯紡紗機在20 世紀(jì)60 年代至70 年代統(tǒng)治了整個世界的轉(zhuǎn)杯紡紗機市場。為規(guī)避專利，西方三大機械廠商（當(dāng)時的瑞士立達(dá)、英國潑拉脫、德國因果耳斯達(dá)特）獨自發(fā)展抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機，從20 世紀(jì)70 年代起便在市場上展開競爭，前后共存了30 多年，一直到1999 年和2004 年立達(dá)Basetex 公司和蘇拉捷克公司先后從自排風(fēng)轉(zhuǎn)杯紡紗機轉(zhuǎn)向抽氣式轉(zhuǎn)杯紡紗機，這個競爭才有基本定論，自排風(fēng)式轉(zhuǎn)杯紡基本退出了歷史舞臺。其中主要的原因是轉(zhuǎn)杯紡向高速方向發(fā)展，當(dāng)轉(zhuǎn)杯速度達(dá)到60 000 r/min 以上時，要求轉(zhuǎn)杯直徑減小，而自排風(fēng)式的轉(zhuǎn)杯其負(fù)壓達(dá)不到要求。

2.4.2 半自動與全自動機型的競爭

賜來福公司1979 年推出Autocoro 系列全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機后，首先是全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機和普通轉(zhuǎn)杯紡紗機（也是自排風(fēng)和抽氣式）之間的競爭。在這個競爭中，普通轉(zhuǎn)杯紡紗機的低轉(zhuǎn)速、低質(zhì)量的人工接頭難以適應(yīng)不斷發(fā)展的市場需求，而全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機的高昂價格又難以被發(fā)展中國家所接受，因此形成共存局面。21 世紀(jì)初開始，半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機嶄露頭角并迅速發(fā)展，在將紡紗器改為抽氣式后，應(yīng)用半自動接頭技術(shù)，使轉(zhuǎn)杯速度可達(dá)70 000 r/min～120 000 r/min，其成紗質(zhì)量接近全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機的紗線質(zhì)量，而設(shè)備價格只是全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機的1/3 左右，因而具有很強的競爭力，目前在中國全自動轉(zhuǎn)杯紡紗機市場份額僅在10%左右，半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機則占據(jù)了90%左右，后者占有明顯優(yōu)勢。

2.4.3 紡紗器是否排雜與排雜方式的探討

早期“轉(zhuǎn)杯紡紗需不需要排雜”的問題讓國內(nèi)外轉(zhuǎn)杯紡紗研究工作者有過較長時間的爭論。自排風(fēng)式和抽氣式紡紗器對于排雜有著不同的設(shè)計理念，直到20 世紀(jì)80 年代初，當(dāng)時的BD200 型機也開始有排雜裝置，這個爭論才有了結(jié)果。棉纖維是轉(zhuǎn)杯紡的重要原料，其纖維條含雜是不可避免的，因此在紡紗器內(nèi)設(shè)置排雜裝置是必要的。

而后關(guān)于排雜方式也有兩種典型的形式。第一種是Autocoro 和R 系列的轉(zhuǎn)杯紡紗機中采用的大負(fù)壓、大面積排雜區(qū)、自由下落到雜質(zhì)輸送帶回收的方式，這類紡紗器的技術(shù)來源是緒森公司。第二種則是采用專門的負(fù)壓氣流來回收排出來的雜質(zhì)，這類紡紗器基本是由BD200 型機及其后續(xù)機型發(fā)展來的。兩者并存了40 年，總體而言前者適合原料含雜少、紡制中細(xì)號紗，后者適合原料含雜多、生產(chǎn)粗號紗。許多研究表明氣流分布對排雜的影響較大［30-31］。

3 轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)發(fā)展趨勢與展望

3.1 新型紡紗器和新型結(jié)構(gòu)紗線的發(fā)展

自1967 年CE 型紡紗器誕生以來，紡紗器內(nèi)部主要組成基本沒有變化，一般就是1 個喂入系統(tǒng)、1 個分梳系統(tǒng)、1 個輸纖通道和1 個轉(zhuǎn)杯，主要的區(qū)別是各組件的位置布局有異，關(guān)鍵元器件規(guī)格不同以及尺寸大小不一。2012 年東華大學(xué)提出的雙喂入雙分梳（DFO）紡紗器打破了這一格局，該新型紡紗器在設(shè)計原理、流場分布以及紡制紗線結(jié)構(gòu)特征等方面均表現(xiàn)出與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)杯紡有明顯的差異，采用2 個喂入羅拉、2 個分梳輥、2 個輸纖通道和1 個轉(zhuǎn)杯的設(shè)置［32-34］，不僅能夠?qū)w維性能差異較大的原料進行混紡，而且其紗線產(chǎn)品具有特殊的結(jié)構(gòu)和風(fēng)格［35-37］，比如類似段彩風(fēng)格的漣漪紗和無須染色的結(jié)構(gòu)牛仔紗。2015 年江南大學(xué)提出了多通道轉(zhuǎn)杯紡紗，通過改變采用3 個喂入羅拉的纖維喂入量紡制不同顏色和結(jié)構(gòu)的紗線［38-39］?？梢灶A(yù)見未來對紡紗器的改進還將持續(xù)，如長短粗細(xì)差異大的纖維混紡紗，類股線結(jié)構(gòu)的紗線均可能出現(xiàn)。就像集聚紡、賽絡(luò)紡是對于傳統(tǒng)的環(huán)錠紡改進一樣，轉(zhuǎn)杯多組分混紡紗、色紡紗、低捻柔軟紗和轉(zhuǎn)杯賽絡(luò)紗等產(chǎn)品將有望產(chǎn)生。

3.2 轉(zhuǎn)杯紡機理和關(guān)鍵器材的發(fā)展

從轉(zhuǎn)杯紡工藝流程來看，喂給羅拉的傳動方式應(yīng)用步進電機直接傳動比較合適，目前在國內(nèi)外的很多機型上已經(jīng)使用，可以精確控制喂給量，在改善紗線質(zhì)量、提高接頭質(zhì)量和紡制竹節(jié)紗等方面有很大優(yōu)勢。分梳的工藝要求是將纖維條變成連續(xù)、均勻的單纖維流，分梳最主要的作用是松解纖維，而不是梳理，從目前高速攝影觀察結(jié)果看，現(xiàn)有技術(shù)還達(dá)不到單纖維流，因此未來分梳應(yīng)該朝“柔性梳理和精細(xì)梳理”的方向發(fā)展。有關(guān)分梳輥結(jié)構(gòu)、針布齒形、針布處理等是值得深入研究的，單纖維流進入轉(zhuǎn)杯是有利于改善排雜、提高紗線均勻度和紗線強度。輸纖通道的形式對成紗質(zhì)量影響也比較大，從紡紗工藝要求而言，將通道內(nèi)纖維流均衡地輸入轉(zhuǎn)杯是輸纖通道的主要作用，長通道和整體式通道是發(fā)展趨勢，當(dāng)然其具體形狀和尺寸還需要結(jié)合流場分析來綜合確定。轉(zhuǎn)杯凝聚槽在現(xiàn)有槽形的基礎(chǔ)上將發(fā)展更多的形狀，并應(yīng)當(dāng)深入研究槽形與成紗結(jié)構(gòu)、質(zhì)量的關(guān)系。未來會出現(xiàn)能夠定期清除凝聚槽內(nèi)局部積聚的粉塵和雜質(zhì)，實現(xiàn)自清潔功效的轉(zhuǎn)杯，這對提高成紗質(zhì)量有很大的意義。假捻盤是對紡紗質(zhì)量影響很大的關(guān)鍵部件，假捻的理論與實踐的研究開發(fā)應(yīng)該從假捻盤的材質(zhì)、弧度、表面處理、形狀、摩擦因數(shù)等方面著手；增強假捻作用和阻捻效應(yīng)，紡制低捻轉(zhuǎn)杯紗，增強紗線的柔軟度等。

3.3 紗線產(chǎn)品多元化發(fā)展

20 世紀(jì)八九十年代，中國曾經(jīng)開發(fā)過很多轉(zhuǎn)杯紡產(chǎn)品，采用棉、麻、絲、毛和各種化纖開發(fā)了涉及機織用紗和針織用紗等很多領(lǐng)域的各類紗線。而后的發(fā)展基本上就是朝著高速細(xì)號方向發(fā)展，以提高轉(zhuǎn)杯速度、減小轉(zhuǎn)杯直徑和紡中細(xì)號紗為目標(biāo)，所紡原料以棉和粘膠為主，現(xiàn)在采用磁懸浮軸承的轉(zhuǎn)杯極限速度已經(jīng)到達(dá)200 000 r/min（實際生產(chǎn)適紡速度在150 000 r/min 以內(nèi)），轉(zhuǎn)杯最小直徑為26 mm，紡紗線密度達(dá)到14.5 tex。但是轉(zhuǎn)杯速度的進一步提高和紡紗線密度的繼續(xù)降低受到各方面技術(shù)限制，同時也會大幅增加能耗，未來繼續(xù)進步空間不大。而從另一個角度看，開發(fā)低速粗號高附加值的產(chǎn)品可能是轉(zhuǎn)杯紡發(fā)展的另一條途徑，比如說紡制特粗號紗，因為摩擦紡設(shè)備現(xiàn)階段處于相對匱乏的狀況。對于紡制線密度大的紗線，轉(zhuǎn)杯紡低速不會影響其產(chǎn)量，包括特粗號紗和采用高性能纖維紡制產(chǎn)業(yè)用紗大有前途，比如碳纖維、聚酰亞胺纖維等［40-41］，當(dāng)然這還需要結(jié)合分梳技術(shù)的改進。

3.4 全自動與半自動技術(shù)的融合

全自動與半自動技術(shù)在未來會進一步融合，賜來福公司和立達(dá)公司均有全自動和半自動設(shè)備，從近年來推出的產(chǎn)品看，全自動和半自動技術(shù)已有融合趨勢。未來全自動和半自動轉(zhuǎn)杯紡紗機就統(tǒng)稱為自動轉(zhuǎn)杯紡紗機，從紡紗的技術(shù)特征看，所謂的全自動和半自動沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是在設(shè)備成本、某些功能配置上有些差異。未來的自動轉(zhuǎn)杯紡紗機均可在喂給、分梳、轉(zhuǎn)杯的驅(qū)動上實現(xiàn)單電機驅(qū)動，并實現(xiàn)無人或少人操作。

3.5 轉(zhuǎn)杯紡基礎(chǔ)理論研究

轉(zhuǎn)杯紡成紗基本機理是清晰明確的，但是還有幾個問題需要繼續(xù)深入研究。

一是轉(zhuǎn)杯紡加捻的問題。須條從凝聚槽中剝離到引紗出來的過程中，紗條的加捻過程較為復(fù)雜，涉及假捻、真捻、阻捻和捻陷等原理，包括假捻盤和阻捻器的作用。現(xiàn)在的機理基本還是定性和半定量的分析，建立較為精確的模型，進一步明細(xì)其機理是非常必要的。

二是纖維在氣流場中的流-固耦合研究。紡紗器中有三大氣流場的研究值得關(guān)注：排雜回收氣流場、分梳與輸纖通道氣流場以及轉(zhuǎn)杯氣流場。對于氣流場的分布和模擬近年來已取得很好的研究進展，但是對于氣流場中纖維與流場的耦合作用還要繼續(xù)深入，這對控制和改善纖維在成紗結(jié)構(gòu)的分布以及形態(tài)很重要。

三是纖維條的分梳作用。目前分梳輥的分梳僅僅發(fā)生在鋸條的齒尖頂端，而靠近喂給板部分的纖維很少受到梳理。如何將纖維條分梳成為連續(xù)均勻的單纖維流狀態(tài)，這需要在分梳機構(gòu)上進行改變，還包括對一些高性能纖維的紡紗分梳研究。

4 結(jié)語

紡紗技術(shù)是短纖維成為紡織品的一個必要工序，在新型紡紗研究歷程中曾經(jīng)涌現(xiàn)出很多技術(shù)，如靜電紡、摩擦紡、離心罐紡、轉(zhuǎn)杯紡、噴氣紡和噴氣渦流紡等，其中有的曇花一現(xiàn)，有的已經(jīng)退出歷史舞臺，有的正在螺旋式發(fā)展。這些技術(shù)的發(fā)展表明，一種紡紗方式能否工業(yè)化應(yīng)用，取決于適紡原料、成紗特點、生產(chǎn)成本、經(jīng)濟效益、自動化程度、后道產(chǎn)品對紗線的需求等諸多因素。對于轉(zhuǎn)杯紡紗技術(shù)的發(fā)展總結(jié)如下。

（1）轉(zhuǎn)杯紡未來依然能夠在紡紗市場內(nèi)占有一席之地。具體而言，14.5 tex 以上的紗線，基本是由轉(zhuǎn)杯紡和噴氣渦流紡為主，14.5 tex 以下的紗線市場基本屬于環(huán)錠紡。轉(zhuǎn)杯紡與噴氣渦流紡之間是差異化競爭，噴氣渦流紡適合長度整齊度和細(xì)度均勻度較好的原料，其優(yōu)勢是生產(chǎn)效率高；轉(zhuǎn)杯紡對原料的要求不高，但是其生產(chǎn)效率不如噴氣渦流紡，兩者將長期并存。

（2）從加捻機理看，轉(zhuǎn)杯紡、噴氣渦流紡和環(huán)錠紡分別屬于自由端、半自由端和非自由端紡紗方式，紗線結(jié)構(gòu)特點各不相同，未來應(yīng)該是錯位競爭?？傮w上轉(zhuǎn)杯紡的市場占有率基本保持不變，環(huán)錠紡的市場占有率略有下降，而噴氣渦流紡的占有率會顯著上升。

（3）轉(zhuǎn)杯紡高速和細(xì)號紗的發(fā)展方向進入到瓶頸期，未來在這方面的提升幅度非常有限，而在粗號紗、多組分混紡紗、色紡紗、特種原料紗和新型結(jié)構(gòu)紗等方面會有較大發(fā)展。

（4）轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)未來會向多元化方向發(fā)展，紡紗器的改進是核心，轉(zhuǎn)杯、分梳輥、假捻盤、阻捻器等關(guān)鍵元器件的研發(fā)是重點，纖維-氣流兩相耦合和成紗機理等相關(guān)理論的研究是基礎(chǔ)。