減少環(huán)錠細(xì)紗毛羽的研究進(jìn)展

劉園園，邱 華

（江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇無錫 214100）

減少環(huán)錠細(xì)紗毛羽的研究進(jìn)展

劉園園，邱 華

（江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇無錫 214100）

從細(xì)紗工序和新型成紗方法兩個(gè)方面，介紹了在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上減少紗線毛羽的方法，闡述了在傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上安裝旋流器，具有效果顯著、成本低和安裝方便的優(yōu)點(diǎn)；對(duì)國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于旋流器的研究做了詳細(xì)的比較，著重介紹了他們各自研究的旋流器類型，研究的結(jié)論以及得出的最佳工藝參數(shù)；指出隨著對(duì)紡織產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)進(jìn)行改造、提高紗線的性能已成為我國紡紗技術(shù)改造的重點(diǎn)，今后可以繼續(xù)研究旋流器噴嘴紗道內(nèi)壓縮氣體對(duì)纖維、紗線作用的機(jī)理，為設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的噴嘴提供理論依據(jù)，從而有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

環(huán)錠紡；減少毛羽；旋流器；研究進(jìn)展；工藝參數(shù)

1 環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上減少毛羽的傳統(tǒng)方法

1.1 細(xì)紗工序減少毛羽的措施

1.1.1 合理選用原料［5］。纖維越長越整齊，越可以有效地避免在加捻過程中纖維尾端的外露，有利于減少毛羽。

1.1.2 適量提高所紡紗的捻系數(shù)［6］。提高捻系數(shù)可以降低紗線表面毛羽，但是過大的捻系數(shù)，會(huì)使織物手感僵硬。

1.1.3 選擇合適的鋼領(lǐng)和鋼絲圈并及時(shí)更換［7］。鋼絲圈過重或過輕都會(huì)使紗線毛羽增加，鋼絲圈在進(jìn)入衰退期后，就容易產(chǎn)生磨損而使紗線受到摩擦，從而產(chǎn)生毛羽。

1.1.4 適當(dāng)控制紡紗錠速［8］。紡紗錠速過大時(shí)會(huì)使紗線所受的離心力增大，導(dǎo)致已捻入紗體的纖維或正在加捻的纖維被甩出紗體形成毛羽。

1.1.5 加強(qiáng)車間溫濕度的控制［9］。細(xì)紗車間的溫度在30℃以下，相對(duì)濕度在46%～86%，有利于減少毛羽、提高紗線質(zhì)量。

1.2 采用新型成紗技術(shù)減少毛羽

1.2.1賽絡(luò)紡（Sirospun）

賽絡(luò)紡［10］是在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上使用兩種相同或不同的原料，使保持一定間距的兩根粗紗同時(shí)喂入，經(jīng)過牽伸區(qū)內(nèi)分別牽伸，于前羅拉輸出兩根單紗須條，并由于捻度的傳遞而使單紗須條上加上少量的捻回，經(jīng)過一定距離后，這兩根須條并合，并被進(jìn)一步加捻匯聚成一根類似股線的賽絡(luò)紗。盡管賽絡(luò)紡的研究已經(jīng)比較成熟，但要真正達(dá)到毛紗單紗不上漿的織造，尚有一定距離。

1.2.2賽絡(luò)菲爾紡（Sirofil）

賽絡(luò)菲爾紡［11］是通過在傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上加裝一個(gè)長絲喂入裝置，將長絲與經(jīng)正常牽伸的須條保持一定的距離平行喂入，在前羅拉鉗口輸出，長絲呈螺旋狀地包覆在纖維外面復(fù)合成紗。賽絡(luò)菲爾紡得到的是復(fù)合紗，作為織物的經(jīng)紗，成紗組分間的抱合力不夠穩(wěn)定，織造過程中紗線與綜絲、鋼筘之間產(chǎn)生摩擦，容易導(dǎo)致長絲和纖維的分離，紗線起毛起球，引起開口不清，織機(jī)效率不高，且布面效果差。

1.2.3索羅紡（Solospun）

索羅紡［12］是在環(huán)錠紡紗機(jī)的前羅拉下加一對(duì)特制的溝槽羅拉，四周有淺槽，使纖維須條被劈成若干具有弱捻的小纖維束，小纖維束再進(jìn)行自加捻，后混合在一起，形成類似于纜繩結(jié)構(gòu)的紗。它的缺點(diǎn)是增加了紗線的斷頭率，影響后道工序的加工，無法紡制細(xì)號(hào)紗，且設(shè)備投資大。

1.2.4集聚紡（Compact spinning）

集聚紡是在傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的牽伸裝置前，加裝纖維集聚裝置，使加捻前經(jīng)過牽伸的纖維充分向紗干中心匯聚，以此來增加對(duì)加捻三角區(qū)的控制［13－15］。集聚紡工藝實(shí)現(xiàn)了牽伸不集聚，集聚不牽伸。該方法不僅有效地減少了細(xì)紗表面的毛羽，還改善了紗線的強(qiáng)力。但集聚紡紗設(shè)備投資大、維護(hù)費(fèi)用高，阻礙了集聚紡紗技術(shù)的普及。

1.2.5旋流噴嘴法（Swirl nozzle）

旋流噴嘴法是一種新型的減少環(huán)錠紡毛羽的技術(shù)，即在傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上直接安裝噴嘴進(jìn)行紡紗，通過氣流作用于紗線來減少環(huán)錠紡紗毛羽［16］。該方法具有效果好，費(fèi)用低的特點(diǎn)。

2 利用旋流器減少毛羽的方法

2.1 旋流環(huán)錠紡

旋流噴嘴安裝在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的前羅拉和導(dǎo)紗鉤之間，由氣道和紗道組成。利用旋流噴嘴進(jìn)行環(huán)錠紡紗的工藝流程見圖1。

粗紗經(jīng)過牽伸系統(tǒng)后，送入到前羅拉，接著紗線通過旋流噴嘴，表面毛羽減少。然后，細(xì)紗在導(dǎo)紗鉤的作用下，經(jīng)過鋼絲圈和鋼領(lǐng)，被卷繞在紗管上。旋流噴嘴的安裝傾角應(yīng)盡量與前羅拉傾角一致［17－18］。圖中l(wèi)表示前羅拉至噴嘴的距離。旋流器的示意見圖2，其外觀見圖3。

圖1 旋流器環(huán)錠紡工藝流程

圖2 旋流器示意

圖3 旋流器外觀

2.2 國內(nèi)外旋流器的研究進(jìn)展

R.S.Rengasamy和Asis.Patanaik設(shè)計(jì)的噴嘴是由一個(gè)圓形紗道和4個(gè)氣道組成，4個(gè)氣道均依次與紗道相切，且氣道與紗道成一定的角度，見圖4。他們對(duì)噴嘴中的高速流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，數(shù)值模擬結(jié)果揭示了噴嘴中氣流場(chǎng)的速度分布和壓力分布等流動(dòng)特征，直觀地顯示了不同氣道傾角形成的各自氣體流動(dòng)特征。研究表明：①當(dāng)氣道傾角為40°時(shí)，S3（長度大于等于3mm的毛羽根數(shù)）減少量最大；②當(dāng)氣道傾角過大，纖維在纏入紗線體內(nèi)的過程中會(huì)被折彎，從而導(dǎo)致毛羽增加［19］。此外，他們又做了一系列試驗(yàn)，考察了纖維細(xì)度、氣壓以及噴嘴參數(shù)（氣道角度、紗道直徑）對(duì)毛羽減少量的影響，并得出了最優(yōu)參數(shù)：氣道傾角為45°，紗道直徑為2.2 mm，纖維細(xì)度為1.4D，空氣壓強(qiáng)為90kPa［20－21］。

圖4 旋流噴嘴剖面

Xungai Wang研究了一種與上述相似的噴嘴，不同處在于噴嘴氣道和紗道是相互垂直的，這種方法稱之為噴氣－環(huán)錠紡紗法（jet－ringing Spining）。該法結(jié)合了環(huán)錠紡和噴氣紡的優(yōu)點(diǎn)，即在前羅拉和導(dǎo)紗鉤間安裝一個(gè)噴嘴，其功能與噴氣紡中的第一個(gè)噴嘴相似，主要是通過噴氣產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)氣流，使纖維包纏于紗體之中從而減少紗線表面毛羽，并通過試驗(yàn)研究普通環(huán)錠紡和旋流環(huán)錠紡在成紗毛羽的減少、成紗強(qiáng)力和條干不勻率方面的不同，見圖5。

圖5 普通環(huán)錠紡和噴嘴型環(huán)錠紡的紡紗示意

此外，提出了旋流噴嘴內(nèi)紗線毛羽減少機(jī)理，即紡紗時(shí)壓縮氣流從氣道噴射進(jìn)入紗道后旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，紗線在噴嘴中受到渦流的作用發(fā)生了假捻、解捻、包纏的過程，使在加捻時(shí)內(nèi)外轉(zhuǎn)移過程中被擠出紗干的纖維被卷入或包纏于紗體，減少了留在紗線表面的機(jī)會(huì)，使紗線表面的毛羽數(shù)量下降，同時(shí)也提高了紗線的強(qiáng)度和條干均勻度。研究結(jié)果表明，與普通環(huán)錠紡相比，安裝旋流器后細(xì)紗毛羽減少39%，紗線強(qiáng)力和條干不勻率與普通環(huán)錠紡差別不大［22］。

K.P.S.CHENG和C.H.L.Li在Xungai Wang的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的研究，他們采用100%的精梳棉和100%的滌綸紗進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，并設(shè)置普通環(huán)錠紡作為參照，考察前羅拉到噴嘴距離、錠速、氣壓、紗線捻度這4個(gè)工藝參數(shù)對(duì)成紗毛羽影響的顯著性，通過極差分析，顯示它們影響力的大小分別是：紗線捻度＞氣壓＞錠速＞前羅拉到噴嘴距離，且前羅拉到噴嘴距離的影響很小。噴氣環(huán)錠紡在成紗斷裂強(qiáng)度、條干均勻度指標(biāo)上均優(yōu)于普通環(huán)錠紡［23］。

壓縮流體在上述旋流噴嘴的紗道內(nèi)形成穩(wěn)定的渦流，有利于紗線質(zhì)量的改善，但是，4個(gè)氣道同時(shí)相切于紗道且傾角保持一致，見圖6，加工精度要求高，4個(gè)氣道的氣壓也不能完全保證一樣，因此仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

圖6 四個(gè)氣道的旋流器

針對(duì)上述問題，褚結(jié)設(shè)計(jì)的旋流噴嘴由一個(gè)紗道和一個(gè)與之相切的氣道組成［24］，如圖2。通過改變旋流器紗道與氣道的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行試驗(yàn)，得出最佳的旋流器結(jié)構(gòu)尺寸，即旋流器的氣道直徑為1.4 mm，紗道直徑為2.0mm時(shí)，氣壓為4.5kPa～7.5 kPa時(shí)紗線強(qiáng)力達(dá)到最大值。在確定旋流器的最佳結(jié)構(gòu)之后，又通過一系列試驗(yàn)比較了加裝旋流器前后環(huán)錠紡紗線性能的變化，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明加裝旋流器有助于成紗毛羽的減少，尤其是3mm及以上毛羽改善幅度較大，最多降低70%，對(duì)成紗強(qiáng)力和條干不勻率也有小幅度的改善［25－26］。

在褚結(jié)研究的基礎(chǔ)上，牟俊玲探索了不同角度旋流噴嘴的工藝優(yōu)化，得出氣道與紗道相互垂直時(shí)，噴嘴的性能最佳，并通過正交設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，研究了旋流器中的氣壓、錠速、捻系數(shù)和旋流器到前鉗口的距離對(duì)紗線性能的影響，得到的最佳工藝條件為：壓強(qiáng)為250kPa、旋流噴嘴到前鉗口的距離為6.5 cm、捻系數(shù)為330，錠速為9 000r／min，所紡紗線與傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線相比，S3減少了97%；斷裂強(qiáng)度提高了9%；條干不勻降低了6%［27－29］。圖7是傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線和噴氣環(huán)錠紡紗線的SEM照片，從照片中可以看出，旋流噴嘴減少了紗線表面的毛羽，加強(qiáng)了纖維的包纏，有利于提高紗線強(qiáng)力和降低條干不勻。

圖7 紗線的SEM照片

此后，張英姿研究了橢圓形和圓形紗道截面形狀對(duì)旋流噴嘴性能的影響，雖然這兩類噴嘴均可減少毛羽，但是橢圓形效果不如圓形紗道旋流噴嘴。然后通過改變氣道與紗道所呈的角度做了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣道為銳角的噴嘴所紡紗性能總是比鈍角的好，當(dāng)氣道角度為40°，氣壓為200kPa，噴嘴距離前鉗口距離為5.5cm，錠速為8 000r／min，捻系數(shù)為370時(shí)能最大地減少紗線表面毛羽，提高紗線強(qiáng)度，降低紗線條干不勻率。最后利用最優(yōu)工藝參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果為S3降低89.6%，紗線斷裂強(qiáng)度提高12.4%，紗線條干不勻率降低27.5%［30］。

3 旋流器目前有待研究的問題

3.1 紗線的原料方面，以前均為棉紗，考慮滌棉紗，純化纖紗。

3.2 通過計(jì)算機(jī)流體學(xué)的方法來研究噴嘴的形狀和尺寸對(duì)旋流噴嘴性能的影響，為設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的噴嘴提供理論依據(jù)。

3.3 對(duì)紗線斷頭進(jìn)行智能化處理，有利于大規(guī)模推廣使用。

4 結(jié)語

隨著對(duì)紡織產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，對(duì)傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)進(jìn)行改造、提高紗線的性能已成為我國紡紗技術(shù)改造的重點(diǎn)。前期的研究表明：在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上加裝旋流噴嘴對(duì)成紗毛羽的減少、成紗強(qiáng)力和條干不勻率有所改善，并且該方法具有實(shí)施方便、成本低的優(yōu)點(diǎn)。今后可以繼續(xù)研究旋流器噴嘴紗道內(nèi)壓縮氣體對(duì)纖維、紗線作用的機(jī)理，為設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的噴嘴提供理論依據(jù)，從而有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

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The Development Progress of the Hairiness Reduction for the Ring Spun Yarn

LIU Yuan－yuan，QIU Hua
（College of Textile and Fashion Jiangnan University，Wuxi 214100，China）

Introduction is done to the method of hairiness reduction in the ring spinning frame from the spinning process and yarn formation.Installation of the burble maker on the conventional ring spinning frame is of great significant with low cost and easiness.Comparative analysis is done to the research of the burble theory both at home and abroad.Hilight is given to the varieties of the burble makers both at home and abroad in addition to the research result and the optimized process index.It is pointed out that as the demand of the textile quality increases，the key to the tech－modification of China spinning process will includes the modification of the conventional ring spinning frame for better yarn quality.The future work will be oriented with the development of the nozzle with burble maker as the compressed air in the yarn path on the fiber and the yarn，searching for the theory making zozzles with reason structure for marked reduction of the product development intervals.

ring spinning；hairiness reduction；burble maker；development progress；process index

TS104

A

1001－9634（2012）05－0048－05

0 引言

目前，環(huán)錠紡仍然是紡紗生產(chǎn)中所占比例最大的紡紗方法，具有技術(shù)成熟、成紗質(zhì)量穩(wěn)定和品種適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)［1］。但是，在環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上，紗線在加捻成形過程中存在紡紗三角區(qū)［2］，紡紗三角區(qū)須條中纖維不能被完全控制，一部分自由纖維頭端因不能卷入紗體而露在外面形成毛羽；另一方面在紗線張力的作用下，纖維受到的向心力大小不同而在紗條的徑向發(fā)生反復(fù)的內(nèi)外轉(zhuǎn)移，在轉(zhuǎn)移過程中被擠出紗身的纖維頭端，由于不再受到向心力的作用而留在紗線表面形成了毛羽［3－4］。一般而言，長度小于3mm的毛羽，有利于提高織物的手感和表面毛絨感，但是，長度不小于3mm的毛羽對(duì)后道產(chǎn)品的加工影響很大。這主要表現(xiàn)在：①影響了紗線、半紡織品以及紡織品的光澤，使產(chǎn)品表面粗糙，耐磨性差；②長毛羽會(huì)在織造過程中形成新的棉結(jié)，致使染色不均勻；③在織造高密織物時(shí)，長毛羽會(huì)使相鄰經(jīng)紗摩擦加劇、相互纏結(jié)，造成經(jīng)紗開口不清，緯紗噴射受阻造成停臺(tái)；④造成織物的條影、云斑及緯檔等疵點(diǎn)。

2012－05－30

中國博士后基金（2012M511196）

劉園園（1987—），女，河南衛(wèi)輝人，碩士，主要從事纖維的流體加工技術(shù)研究。

時(shí)間：2012－07－10 15∶04

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／61.1131.TS.

20120710.1504.001.html