環(huán)錠紡紗新技術(shù)的對比分析

郭 臻,李新榮,王 楠,卜兆寧

(天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院;天津市現(xiàn)代機(jī)電裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室:天津 300387)

0 引言

環(huán)錠紡紗能很好地適應(yīng)不同線密度的紗線和纖維特性對紡紗的要求,在紡紗領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。然而,隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們對紗線要求的不斷提高,環(huán)錠紡紗存在的問題也逐漸顯現(xiàn)出來:① 采用羅拉牽伸時(shí),為了保證紗線的條干均勻度并減少對紗線的磨損,必須控制羅拉轉(zhuǎn)速,從而導(dǎo)致紡紗速度受限;② 由于卷裝容量受限制,導(dǎo)致紡紗效率難以得到大幅提升;③ 所紡紗線綜合質(zhì)量不高,在毛羽量、紗線條干均勻度及紗線強(qiáng)力等方面均有待進(jìn)一步提升,且環(huán)錠紡紗工藝流程較長。為了解決上述問題,在環(huán)錠紡紗的基礎(chǔ)上,通過對不同部位進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,各種新型紡紗技術(shù)陸續(xù)出現(xiàn),如數(shù)碼紡、柔潔紡、磁吸紡、聚纖紡和多重集聚紡等,以達(dá)到降低紗線毛羽,消除紗線內(nèi)應(yīng)力,使紗線柔軟光潔,全面提高紗線的內(nèi)在與外觀質(zhì)量,滿足紗線和織物質(zhì)量要求等目的。筆者用歸納總結(jié)的方法對這些新型紡紗技術(shù)進(jìn)行簡單比較,旨在通過新技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展前景,為后期紡紗新技術(shù)的研究提供思路。

1 環(huán)錠紡紗新技術(shù)

1.1 數(shù)碼紡

數(shù)碼紡是指在紡紗過程中隨時(shí)可以對所紡紗線的纖維比例和紗線的線密度進(jìn)行控制的一種紡紗新技術(shù)。其主要特點(diǎn)是能以不同的速度喂入多根粗紗(可相同,也可不同),根據(jù)線密度計(jì)算公式,改變一種或兩種粗紗的喂入速度來實(shí)現(xiàn)所紡紗線的線密度[1];粗紗的顏色也可不同,因?yàn)榧t黃藍(lán)3種顏色通過不同比例混拼可以得到任意顏色,所以分別喂入紅黃藍(lán)3種顏色的粗紗,經(jīng)過牽伸加捻后,理論上可以得到各種顏色的紗線,根據(jù)混紡比的計(jì)算公式,可改變3種顏色粗紗的喂入速度以獲得預(yù)期顏色的紗線[2-3]。通過該技術(shù)所紡的紗線叫數(shù)碼紗,其中混色紗、變色紗和段彩紗為線密度恒定的數(shù)碼紗;竹節(jié)紗、彩節(jié)紗和雙變紗為線密度變化的數(shù)碼紗。

數(shù)碼紡裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)碼紡具有3個(gè)通道,與其對應(yīng)的有3個(gè)后牽伸區(qū),3根粗紗分別以各自的預(yù)設(shè)速度喂入;與普通環(huán)錠紡后羅拉由一個(gè)伺服電機(jī)控制不同,數(shù)碼紡的3個(gè)后羅拉是由3個(gè)伺服電機(jī)分別控制,且所有伺服電機(jī)通過PLC程序控制[4]。

圖1 數(shù)碼紡裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2 柔潔紡

柔潔紡全稱為柔順光潔紡紗,是從改善纖維自身性能的角度,在紡紗三角區(qū)設(shè)置濕熱處理裝置,通過降低纖維的剛度達(dá)到減少紗線毛羽、提升紗線表面光潔度的一種新型紡紗技術(shù)[5]。它的主要特點(diǎn)是對紗線進(jìn)行了濕熱處理,根據(jù)對纖維力學(xué)性能的研究表明,適當(dāng)?shù)臐駸釛l件能很大程度降低纖維的彈性模量和纖維剛度,提高纖維的柔性,有利于纖維的受控和變形[6];同時(shí),可對紗線邊緣纖維進(jìn)行有效撫順握持,通過紗線的加捻力和張力可大幅度減少紗線外露毛羽,提高紗線品質(zhì)。柔潔紡可應(yīng)用于棉、化纖和麻等的紡紗[7]。

柔潔紡是在細(xì)紗前羅拉輸出須條后的三角區(qū),加裝一個(gè)濕熱處理裝置,與紗線接觸的是一個(gè)陶瓷平面,通過電控模塊對該裝置進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對經(jīng)過紗線的濕熱處理,裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 磁吸紡

在介紹磁吸紡之前,先介紹一種新型牽伸裝置,該裝置稱為雙S曲線軟牽伸裝置,其去掉了原環(huán)錠紡紗機(jī)牽伸部分的上、下膠圈和上、下銷,取而代之的是上部分的S曲線板和下部分套有網(wǎng)格圈的S曲線管,紗線經(jīng)過S曲線板和網(wǎng)格圈之間的間隙,通過彈簧控制該間隙從而實(shí)現(xiàn)牽伸[8]。磁吸紡是在雙S曲線軟牽伸裝置的基礎(chǔ)上,去掉加壓彈簧和精確定位上控制部分的搖架,在S曲線板和S曲線管上安裝上、下永久磁鋼,通過2個(gè)磁鋼之間的磁力控制紗線經(jīng)過的間隙,從而實(shí)現(xiàn)牽伸[9],如圖3所示。

圖2 柔潔紡裝置結(jié)構(gòu)示意

圖3 磁吸紡裝置結(jié)構(gòu)示意

1.4 聚纖紡

聚纖紡是一種采用負(fù)壓吸風(fēng)裝置和異形壓力棒對紗線進(jìn)行集聚和牽伸的新型紡紗技術(shù),是針對傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機(jī)雙膠圈彈性鉗口牽伸系統(tǒng)的缺陷所做的改進(jìn),使紗線在負(fù)壓吸風(fēng)的作用下進(jìn)行集聚,在經(jīng)過壓力棒和吸風(fēng)管的間隙時(shí)又進(jìn)行牽伸,形成獨(dú)特的“先集聚、再牽伸、邊集聚、邊牽伸”的牽伸集聚過程[10],其裝置結(jié)構(gòu)見圖4。

聚纖紡去除了牽伸前區(qū)的雙膠圈,取而代之的是異形吸風(fēng)管、網(wǎng)格圈和異形壓力棒,異形壓力棒下壓的區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定握持區(qū)域,這個(gè)區(qū)域提供了一段較長且比雙膠圈結(jié)構(gòu)平穩(wěn)的摩擦力界,使間隙里的纖維能夠受到很好控制;同時(shí)壓力棒下壓實(shí)現(xiàn)了梯次牽伸,使縱向摩擦力界向浮游區(qū)擴(kuò)展,且使此處的摩擦力界得到增強(qiáng),有利于提高成紗質(zhì)量[11-13]。

圖4 聚纖紡裝置結(jié)構(gòu)示意

1.5 多重集聚紡

多重集聚紡是紗線經(jīng)過預(yù)集聚裝置集聚后,從前羅拉鉗口輸出,再經(jīng)重集聚裝置重新集聚的一種新型環(huán)錠紡紗技術(shù)。其主要特點(diǎn)是加裝了重集聚裝置,對紗線進(jìn)行了多重集聚。

多重集聚紡紗裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示。在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的前牽伸區(qū)加裝整纖處理裝置,須條通過下膠圈和上膠圈組成的握持鉗口輸入到整纖處理裝置,經(jīng)過整纖處理裝置預(yù)集聚后的須條從前膠輥和前羅拉組成的前鉗口輸出;在前鉗口后方加裝重聚集裝置,須條從前羅拉鉗口輸出后,進(jìn)入重集聚裝置進(jìn)行重新集聚,最后再經(jīng)導(dǎo)紗鉤、鋼領(lǐng)和鋼絲圈,卷繞在筒管上[14]。

圖5 多重集聚紡裝置結(jié)構(gòu)示意

1.6 結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度與改造成本對比

5種環(huán)錠紡紗新技術(shù)對應(yīng)紡紗裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和改造成本對比見表1。

表1 5種紡紗裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度及改造成本對比

2 新技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 數(shù)碼紡

理論上,數(shù)碼紡在保持成紗線密度不變,即保持總牽伸倍數(shù)穩(wěn)定的情況下,通過調(diào)整每個(gè)通道的后區(qū)牽伸倍數(shù),來改變3根不同顏色粗紗的喂入比例,可以混配出各種顏色的紗線,且可以通過伺服電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)不同牽伸倍數(shù),形成不同顏色粗紗,可生產(chǎn)混彩紗、彩色竹節(jié)紗和彩色段彩紗,且紡出的段彩條干均勻、粗細(xì)一致,為開發(fā)色紡、段彩等紗線的企業(yè)提供了很好的選擇。

該技術(shù)所用裝置比較精密,雖然理論上可紡出所有顏色的紗線,但是要想精準(zhǔn)紡出想要的顏色,需要準(zhǔn)確計(jì)算所需3種基本顏色的比例,且精確控制后區(qū)牽伸倍數(shù),否則紡出的紗線可能會(huì)與預(yù)期的顏色存在色差。此外,該裝置的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,改造費(fèi)用較低,但從單通道牽伸變?yōu)?通道牽伸,日常的消耗費(fèi)用會(huì)變大,管理工作也會(huì)相應(yīng)復(fù)雜一些。

2.2 柔潔紡

由于紗線毛羽與纖維的扭轉(zhuǎn)剛度和撓曲剛度有關(guān),為了得到綜合品質(zhì)較高的紗線,可以通過在紡紗過程中改變纖維的某些性質(zhì)使其達(dá)到更加適合成紗的狀態(tài),柔潔紡就是考慮到這一點(diǎn)而形成的一種環(huán)錠紡紗新技術(shù)。其在前鉗口前方安裝加熱裝置,紗線接觸到被加熱的陶瓷片,在濕熱作用下達(dá)到纖維軟化溫度而被柔化,纖維的模量、扭轉(zhuǎn)剛度和撓曲剛度降低,使纖維的加工性能得到提升,改善了紗線表面的光潔度,有效減少了紗線毛羽。該裝置結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計(jì)合理,易于改造且費(fèi)用低,適用于所有環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的改造。

由于安裝了加熱裝置,會(huì)影響工作環(huán)境,且該裝置的使用,要求車間相對濕度應(yīng)偏大掌握。因此,要通過試驗(yàn),分析所紡紗線在不同環(huán)境下的各項(xiàng)指標(biāo),總結(jié)出最適宜的車間溫濕度指標(biāo),從而進(jìn)行控制;同時(shí),必須要加強(qiáng)日常生產(chǎn)過程中機(jī)臺(tái)的清潔工作,這些均需增加人員和資金消耗。

2.3 磁吸紡

雖然雙S曲線軟牽伸技術(shù)克服了原環(huán)錠細(xì)紗機(jī)因中羅拉握持力不足或壓力不一致等因素引起膠圈運(yùn)行速度不勻或滑溜差異大,造成中長片段不勻與短片段不勻的問題出現(xiàn),但是雙S曲線軟牽伸裝置也存在一些不足,如需采用搖架精確定位上控制部分,且要用加壓彈簧確保S曲線板和網(wǎng)格圈的間隙,但彈簧一直處于加壓狀態(tài),使得安裝、更換較困難,且容易使彈簧失效,造成細(xì)紗機(jī)壽命短、穩(wěn)定性差;同時(shí),需要搖臂額外地進(jìn)行精確控制,導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備成本較高。而磁吸紡技術(shù)無需搖架控制,采用永久磁鋼替換加壓彈簧,解決了上述問題。

磁吸紡裝置需在原環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上更換的部件較多,改造工作較復(fù)雜,但由于該裝置無需搖臂精確控制,而且可以自動(dòng)精確調(diào)整S曲線板下端面和網(wǎng)格圈的間隙,從而使得細(xì)紗機(jī)壽命長、穩(wěn)定性好,且整個(gè)設(shè)備的改造成本較低。

2.4 聚纖紡

聚纖紡針對傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)雙膠圈彈性鉗口牽伸機(jī)構(gòu)的缺陷,如上、下膠圈的速度差會(huì)對須條形成揉搓,造成摩擦力界不穩(wěn)定以及產(chǎn)生靜電。因此,聚纖紡將負(fù)壓吸風(fēng)集聚裝置安裝在前羅拉與中羅拉之間,其中包括負(fù)壓吸風(fēng)系統(tǒng)、異形負(fù)壓管、異形壓力棒和網(wǎng)格圈。異形壓力棒將主牽伸區(qū)分為兩部分,中鉗口到異形壓力棒之間為后集束流場,纖維在此流場內(nèi)先集聚、后牽伸;異形壓力棒到前鉗口之間為前集束流場,纖維在此流場內(nèi)邊集聚、邊牽伸。異形壓力棒與網(wǎng)格圈形成穩(wěn)定的握持系統(tǒng),從而產(chǎn)生穩(wěn)定的摩擦力界,紡出的紗線綜合質(zhì)量優(yōu)于普通環(huán)錠紡紗線。

相比集聚紡裝置,聚纖紡裝置將負(fù)壓吸風(fēng)系統(tǒng)前移至前羅拉與中羅拉之間,所以在對前鉗口輸出的紗線進(jìn)行加捻時(shí),又會(huì)形成加捻三角區(qū),雖然此時(shí)的加捻三角區(qū)比普通環(huán)錠紡的加捻三角區(qū)小,但與消除了加捻三角區(qū)的集聚紡相比,所紡紗線的毛羽多。從整體看,與普通環(huán)錠紡紡出的紗線相比,聚纖紡所紡紗線的條干均勻度和強(qiáng)度有所提高,毛羽結(jié)構(gòu)比較合理,而且該裝置既可配套于新型細(xì)紗機(jī),又可用于舊機(jī)改造,具有一定的應(yīng)用前景。

2.5 多重集聚紡

多重集聚紡裝置的特點(diǎn)是在前鉗口前方加裝張力盤式重集聚裝置,粗紗從前膠輥和前羅拉組成的前鉗口輸出后,成為重集聚紗線,進(jìn)入該張力盤式重集聚裝置,再經(jīng)導(dǎo)紗鉤、鋼絲圈和鋼領(lǐng),卷繞在細(xì)紗管上。對重集聚紗線再進(jìn)行集聚,有效降低了環(huán)錠紡紗線的表面毛羽,提高了紗線強(qiáng)力,改善了紗線條干。

但是,多重集聚紡也存在一定的問題,雖然該裝置在原環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上改造并非難事,但加裝裝置必定使機(jī)械機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜,而且對已經(jīng)集聚的紗線再次進(jìn)行集聚,必然導(dǎo)致對紗線的磨損加大,且雖然可以在一定程度改善紗線的毛羽,提升紗線強(qiáng)力,但是,多重集聚會(huì)導(dǎo)致紗線變硬,從而導(dǎo)致織物的柔軟性和舒適度降低。因此,該裝置提升紗線某些品質(zhì)的同時(shí)卻降低了其它品質(zhì),性價(jià)比較低。

2.6 5種紡紗新技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

5種紡紗新技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較,見表2。

表2 5種紡紗新技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

3 結(jié)語

3.15種環(huán)錠紡紗新技術(shù)分別具有各自特色的推廣點(diǎn)。數(shù)碼紡可簡單紡出條干均勻且顏色隨時(shí)可變的有色紗線,對于開發(fā)色紡紗、段彩紗等紗線有較大幫助;磁吸紡是考慮機(jī)器的工作壽命和穩(wěn)定性所做的改進(jìn),有利于降低成本、減少后期的維護(hù)費(fèi)用;聚纖紡區(qū)別于原有的牽伸原理,在牽伸系統(tǒng)上做了較大改進(jìn);柔潔紡和多重集聚紡重點(diǎn)考慮所紡紗線的綜合質(zhì)量,是在前鉗口輸出紗線處所做的改進(jìn),給提高紗線的綜合質(zhì)量提供了新的思考。

3.2數(shù)碼紡可紡各色紗線,結(jié)構(gòu)簡單,改造費(fèi)用較低,但對精確度要求高;柔潔紡裝置結(jié)構(gòu)簡單,可降低紗線毛羽,但對工作環(huán)境要求高;磁吸紡可提高設(shè)備使用壽命,穩(wěn)定性好,但改造較為復(fù)雜;聚纖紡紗線綜合質(zhì)量較好,但紗線毛羽量略有增加;多重集聚紡可進(jìn)一步提高紗線質(zhì)量,但改善不明顯,性價(jià)比較低。從整體來看,柔潔紡紗技術(shù)對于提高紗線的綜合質(zhì)量效果比較明顯,在原細(xì)紗機(jī)上改造方便,后期的維修替換工作也比較簡單,而且適用于所有環(huán)錠細(xì)紗機(jī)。因此,柔潔紡紗技術(shù)相較于其它4種新技術(shù)的性價(jià)比更高。