低扭矩環(huán)錠紡加工設(shè)備應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益與發(fā)展分析

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(1.浙江理工大學(xué)材料與紡織學(xué)院，杭州　310018；2.浙江華孚色紡有限公司，浙江紹興312300；3.紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院，浙江紹興　312000)

低扭矩環(huán)錠紡紗是指在普通環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上加裝假捻裝置，使加捻中的紗條獲得一定假捻并成紗的一種紡紗技術(shù)，其核心技術(shù)是假捻裝置，即利用假捻裝置改變紗線內(nèi)部纖維的排列，使紗線在較低的捻度和扭矩條件下獲得較好的強(qiáng)力和柔軟性[1-3]。低扭矩紡紗技術(shù)的應(yīng)用可顯著改善紗線的殘余扭矩，提高織物手感柔軟度與織物表面平整光潔度，給予消費(fèi)者更加舒適的穿著體驗(yàn)。同時(shí)該技術(shù)可有效降低生產(chǎn)過(guò)程中的能耗，并通過(guò)紗線捻系數(shù)的降低獲得產(chǎn)量的提高，能夠滿足工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的需求[4-5]。因而該紡紗技術(shù)的研發(fā)與推廣具有較高的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值，市場(chǎng)前景可觀。

香港理工大學(xué)最早將低扭矩紗技術(shù)成果推向市場(chǎng)，為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的拓展，成立了渡茂紡織技術(shù)有限公司，但因?qū)＠夹g(shù)壁壘問(wèn)題該技術(shù)未能在棉紡企業(yè)大面積推廣[4,6]。如今低扭矩環(huán)錠紡紗技術(shù)經(jīng)過(guò)了十幾年的研究和發(fā)展，山星紡機(jī)實(shí)業(yè)有限公司、德昌精密紡織機(jī)械有限公司等也相繼推出了低扭矩紡紗技術(shù)。因此本文將對(duì)目前各不同低扭矩環(huán)錠紡紗設(shè)備的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，比較分析相應(yīng)設(shè)備的投資成本，并就低扭矩技術(shù)推廣與應(yīng)用提出努力方向，這有助于提升低扭矩環(huán)錠紡在紗線加工領(lǐng)域的市場(chǎng)份額。

1　低扭矩環(huán)錠紡加工設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1　基于羅拉式假捻的低扭矩紗加工

基于羅拉式假捻的低扭矩紡紗加工技術(shù)是指利用羅拉的回轉(zhuǎn)，導(dǎo)致紗線因摩擦驅(qū)動(dòng)力向切向滾動(dòng)，從而使紗條獲得相應(yīng)假捻，最終降低紗線扭矩的一種紡紗技術(shù)，其設(shè)備裝置見(jiàn)圖1。該設(shè)備通過(guò)輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)羅拉回轉(zhuǎn)而使紗線與羅拉表面產(chǎn)生摩擦，紗線因摩擦驅(qū)動(dòng)力向切向滾動(dòng)，從而獲得假捻[7]。羅拉假捻裝置位于前羅拉與原導(dǎo)紗鉤之間位置，可安裝在目前各類細(xì)紗機(jī)上，單錠獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、制造成本低，并將葉子板上下翻轉(zhuǎn)功能應(yīng)用到加捻裝置的開(kāi)關(guān)上，在接頭、落紗等方面操作較快捷；同時(shí)采用V型槽導(dǎo)向瓷代替導(dǎo)紗鉤，利用V型槽的兩側(cè)擋板來(lái)防止紗線產(chǎn)生圓周跳動(dòng)，從而保持繞紗張力穩(wěn)定。假捻裝置的回轉(zhuǎn)縮小了加捻三角區(qū)面積，減少了紗線毛羽數(shù)量，也增強(qiáng)了紡紗過(guò)程紗線張力穩(wěn)定性，減少細(xì)紗斷頭數(shù)量，相應(yīng)紗線扭應(yīng)力在一定程度上得到降低，但降低效果并不夠顯著，且存在扭應(yīng)力下降，紗線強(qiáng)力相應(yīng)幅度下降的問(wèn)題，這限制了其在色紡紗加工領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，配制緊密器解決上述弊端是未來(lái)重要的發(fā)展方向。此外該設(shè)備的假捻裝置采用單錠驅(qū)動(dòng)，涉及相應(yīng)的零配件較多，增加了后續(xù)設(shè)備維護(hù)強(qiáng)度，且對(duì)各錠間紗線加工過(guò)程穩(wěn)定性造成影響，不利于成紗質(zhì)量穩(wěn)定。

圖1　基于羅拉式假捻的低扭矩裝置

1.2　基于單龍帶式假捻的低扭矩紗加工

基于單龍帶式假捻的低扭矩紡紗加工技術(shù)是指利用單龍帶傳動(dòng)使紗條回轉(zhuǎn)，并獲得假捻，最終使紗線扭矩降低的一種紗線加工技術(shù)，其設(shè)備裝置如圖2所示。該設(shè)備在前羅拉與導(dǎo)紗鉤之間引入單龍帶假捻器，控制龍帶朝某一方向運(yùn)動(dòng)，給須條一個(gè)強(qiáng)假捻，增加須條的抱合力，使機(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)成為可能；同時(shí)使前羅拉到導(dǎo)絲鉤之間的紗線斷頭率大大減小。最后須條經(jīng)導(dǎo)紗鉤在鋼絲圈的帶動(dòng)下加捻卷繞形成管紗。假捻器龍帶擁有大抗拉強(qiáng)度,極小伸長(zhǎng)、高耐磨、低靜電、良好曲撓性、大傳動(dòng)功率等特點(diǎn)。要適應(yīng)線速度為25 m/s的環(huán)錠細(xì)紗機(jī)，必須要求龍帶接頭光潔，且具有高的接頭強(qiáng)度[8]。若接頭不良，會(huì)對(duì)機(jī)件和龍帶造成損壞?；趩锡垘郊倌淼牡团ぞ丶夹g(shù)常與緊密紡技術(shù)(如緊密賽絡(luò)紡)相結(jié)合，以確保紗線品質(zhì)穩(wěn)定。在正?？椩煊脧?qiáng)力下，采用精梳棉紡紗，與常規(guī)針織紗捻系數(shù)相比，該設(shè)備可使紗線捻系數(shù)下降22%～35%，捻線數(shù)下降幅度隨紗線線密度增加而增加，對(duì)58.3 tex紗線，最低捻系數(shù)可降至180。紗線加工過(guò)程，低捻高速生產(chǎn)將使紗線產(chǎn)量增加，且有利于噸紗單位產(chǎn)量的功耗降低，但隨紗線線密度減小，紗線的斷頭率也快速增加(如14.6 tex紗線斷頭率是普通環(huán)錠紡的1.2～1.5倍，11.7 tex紗線斷頭率是普通環(huán)錠紡的1.4～2.0倍)，對(duì)紗線加工效率提升產(chǎn)生負(fù)面影響。

圖2　基于單龍帶式假捻的低扭矩裝置

1.3　基于雙皮帶假捻的低扭矩紗加工

基于雙皮帶假捻的低扭矩紡紗加工技術(shù)是指在傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉和導(dǎo)紗器之間安裝一個(gè)采用上下兩條皮帶的假捻裝置對(duì)紗線進(jìn)行假捻，其加工過(guò)程如圖3所示，該技術(shù)最早由香港理工大學(xué)陶曉明教授提出。紗線從前羅拉出來(lái)穿過(guò)導(dǎo)紗器，經(jīng)過(guò)上皮帶的外表面以及下皮帶的內(nèi)表面，分別與其相互作用產(chǎn)生摩擦力，上下兩條皮帶以相同的速率反向運(yùn)行，形成兩個(gè)假捻點(diǎn)，由此對(duì)紗線產(chǎn)生扭矩，使其獲得假捻。皮帶與紗線輸送之間的速率比，紗線與皮帶間的接觸角(即紗線與上皮帶和下皮帶表面之間的摩擦力)是影響假捻效率的主要因素，通過(guò)這兩因素的控制可調(diào)節(jié)不同的紗線殘余扭矩，以獲得不同性能的低扭矩紗。

圖3　基于雙龍帶假捻的低扭矩紗加工過(guò)程示意

該裝置采用兩個(gè)假捻點(diǎn)，假捻效率明顯高于僅有一個(gè)假捻點(diǎn)的單龍帶假捻裝置，生產(chǎn)效率高，能夠提高紡紗三角區(qū)纖維束的強(qiáng)度，降低普通原料的紡紗斷頭率，保證較低捻系數(shù)下正常紡紗，能夠滿足紡織工業(yè)中大規(guī)模生產(chǎn)的商業(yè)需求。目前，渡茂紡織技術(shù)有限公司著手推廣該技術(shù)。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)比環(huán)錠紗正常捻度低25%～40%捻度的5.8～83.3 tex單紗規(guī)模生產(chǎn)，相應(yīng)實(shí)現(xiàn)25%～40%的產(chǎn)量提高；生產(chǎn)的紗線擁有羊絨般手感，且具有低捻、高強(qiáng)、毛羽少，織物蓬松、歪斜少等優(yōu)點(diǎn)。但因采用上下兩皮帶，為紗線接頭和落紗帶來(lái)不便，且裝置功耗較大，實(shí)行技術(shù)封鎖，如5萬(wàn)紗錠規(guī)模以內(nèi)的10年授權(quán)總費(fèi)用高達(dá)200萬(wàn)元人民幣的，投資成本較高，使其推廣應(yīng)用受到阻礙。

2　低扭矩環(huán)錠紡加工設(shè)備投資成本分析

低扭矩設(shè)備的投資成本主要包括設(shè)備折舊成本、設(shè)備保養(yǎng)、專利及維護(hù)成本、生產(chǎn)功耗成本等。假定設(shè)備年運(yùn)行時(shí)間350 d，每天實(shí)際運(yùn)行22 h，且國(guó)產(chǎn)設(shè)備的折舊年限按10年折舊，年折舊率為10%，殘值設(shè)備按10%計(jì)算；以每年每萬(wàn)錠為基準(zhǔn)，就山星紡機(jī)實(shí)業(yè)有限公司(簡(jiǎn)稱山星紡機(jī))[7]、德昌精密紡織機(jī)械有限公司(簡(jiǎn)稱德昌紡機(jī))、渡茂紡織技術(shù)有限公司(簡(jiǎn)稱渡茂紡織)[9]的低扭矩紡紗設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用及投資成本作分析比較，見(jiàn)表1所示。

表1　低扭矩紡紗裝置投資成本對(duì)比分析

山星紡機(jī)低扭矩紡紗設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)主要體現(xiàn)在緊密器、膠圈、軸承、傳送帶等相關(guān)部件上，德昌紡機(jī)低扭矩紡紗設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)主要體現(xiàn)在龍帶更換，渡茂紡織低扭矩紡紗設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)主要體現(xiàn)在皮帶更換。由表1可知，渡茂紡織的低扭矩紡紗設(shè)備投資成本是國(guó)內(nèi)三家投資生產(chǎn)低扭矩紗中最高的，是山星紡機(jī)投資成本的2.19倍，德昌紡機(jī)投資成本的2.64倍，專利及維護(hù)費(fèi)獨(dú)有，此外其投資總額、裝置功耗、設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)、都遠(yuǎn)高于其余兩家。因此，盡管低扭矩設(shè)備能帶來(lái)一定產(chǎn)量增值，但不菲的低扭矩紡紗裝置投資成本包括專利使用費(fèi)仍是阻礙低扭矩紡紗技術(shù)在國(guó)內(nèi)推廣的一大因素。

3　低扭矩環(huán)錠紡紗加工技術(shù)的發(fā)展思考

低扭矩紡紗技術(shù)也稱作假捻紡紗技術(shù)，與普通紡紗技術(shù)相比具有低捻度、低扭矩、低能耗、高產(chǎn)能、高柔軟性等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸被棉紡企業(yè)重視，但其在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化推廣仍然受到設(shè)備、技術(shù)、生產(chǎn)質(zhì)量及市場(chǎng)需求等方面限制。就目前來(lái)講，棉紡企業(yè)就低扭矩紡紗設(shè)備的前期投入資金相對(duì)較大，且生產(chǎn)過(guò)程還需要持續(xù)對(duì)假捻元器件等增加機(jī)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，這將增加噸紗生產(chǎn)成本。而其投資效益主要來(lái)源于生產(chǎn)中產(chǎn)量增產(chǎn)、能耗節(jié)省以及所得產(chǎn)品對(duì)外銷售的附加值增量。目前因低扭矩紗生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制不夠穩(wěn)定、消費(fèi)者對(duì)低扭矩紗終端產(chǎn)品認(rèn)可度不高導(dǎo)致產(chǎn)品附加值增幅不明顯，假捻元器件損壞維護(hù)的持續(xù)投入等因素使得投資回報(bào)不可控，最終導(dǎo)致企業(yè)投資熱情下降。

如何進(jìn)一步通過(guò)假捻原理的探索，改進(jìn)與完善現(xiàn)有假捻裝置，合理配置假捻工藝參數(shù)，降低設(shè)備損耗，提升低扭矩紗的加工過(guò)程穩(wěn)定性，拓展假捻技術(shù)在本色與色紡紗領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)紗線的低捻高速生產(chǎn)，降低設(shè)備投入與運(yùn)行成本，降低紗線加工過(guò)程能耗，并提升紗線產(chǎn)能；同時(shí)強(qiáng)化低扭矩紗線品種開(kāi)發(fā)與后道特色產(chǎn)品應(yīng)用研究，充分發(fā)揮低扭矩紗線的性能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低扭矩紗線的附加值提升，最終達(dá)到降低低扭矩紡紗技術(shù)的投資成本，提高加工過(guò)程與產(chǎn)品效益，實(shí)現(xiàn)低扭矩紡紗技術(shù)繁榮發(fā)展。

4　結(jié)　語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)引進(jìn)或自主研發(fā)低扭矩紡紗加工技術(shù)的廠家相對(duì)較少，其加工設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)應(yīng)用還處于起步階段，技術(shù)推廣主要受到設(shè)備投資成本、專利技術(shù)壁壘、生產(chǎn)質(zhì)量以及市場(chǎng)需求等限制。未來(lái)降低低扭矩紡紗的投資成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量與加工效益將會(huì)是低扭矩紡紗技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著人們消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變及對(duì)服裝柔軟舒適性的追求，不可否認(rèn)，低扭矩紡紗的發(fā)展具有較大潛力空間。同時(shí)隨著技術(shù)的逐步成熟發(fā)展，低扭矩紡紗的投資成本也會(huì)相應(yīng)的下降，柔軟織物的生產(chǎn)會(huì)獲得進(jìn)一步的擴(kuò)大和發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化快速推廣。