郭 臻,李新榮,王 楠,卜兆寧

(天津工業(yè)大學 機械工程學院;天津市現(xiàn)代機電裝備技術重點實驗室:天津 300387)

0 引言

環(huán)錠紡紗能很好地適應不同線密度的紗線和纖維特性對紡紗的要求,在紡紗領域占據(jù)著重要地位。然而,隨著社會的進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,為了保證紗線的條干均勻度并減少對紗線的磨損,必須控制羅拉轉速,從而導致紡紗速度受限;② 由于卷裝容量受限制,導致紡紗效率難以得到大幅提升;③ 所紡紗線綜合質量不高,在毛羽量、紗線條干均勻度及紗線強力等方面均有待進一步提升,且環(huán)錠紡紗工藝流程較長。為了解決上述問題,在環(huán)錠紡紗的基礎上,通過對不同部位進行設計改造,各種新型紡紗技術陸續(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,以達到降低紗線毛羽,消除紗線內應力,使紗線柔軟光潔,全面提高紗線的內在與外觀質量,滿足紗線和織物質量要求等目的。筆者用歸納總結的方法對這些新型紡紗技術進行簡單比較,旨在通過新技術的應用及發(fā)展前景,為后期紡紗新技術的研究提供思路。

1 環(huán)錠紡紗新技術

1.1 數(shù)碼紡

數(shù)碼紡是指在紡紗過程中隨時可以對所紡紗線的纖維比例和紗線的線密度進行控制的一種紡紗新技術。其主要特點是能以不同的速度喂入多根粗紗(可相同,也可不同),根據(jù)線密度計算公式,改變一種或兩種粗紗的喂入速度來實現(xiàn)所紡紗線的線密度[1];粗紗的顏色也可不同,因為紅黃藍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3種顏色的粗紗,經過牽伸加捻后,理論上可以得到各種顏色的紗線,根據(jù)混紡比的計算公式,可改變3種顏色粗紗的喂入速度以獲得預期顏色的紗線[2-3]。通過該技術所紡的紗線叫數(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)碼紡裝置結構如圖1所示。數(shù)碼紡具有3個通道,與其對應的有3個后牽伸區(qū),3根粗紗分別以各自的預設速度喂入;與普通環(huán)錠紡后羅拉由一個伺服電機控制不同,數(shù)碼紡的3個后羅拉是由3個伺服電機分別控制,且所有伺服電機通過PLC程序控制[4]。

圖1 數(shù)碼紡裝置結構示意

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)設置濕熱處理裝置,通過降低纖維的剛度達到減少紗線毛羽、提升紗線表面光潔度的一種新型紡紗技術[5]。它的主要特點是對紗線進行了濕熱處理,根據(jù)對纖維力學性能的研究表明,適當?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,可對紗線邊緣纖維進行有效撫順握持,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。柔潔紡可應用于棉、化纖和麻等的紡紗[7]。

柔潔紡是在細紗前羅拉輸出須條后的三角區(qū),加裝一個濕熱處理裝置,與紗線接觸的是一個陶瓷平面,通過電控模塊對該裝置進行控制,實現(xiàn)對經過紗線的濕熱處理,裝置結構如圖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格圈的S曲線管,紗線經過S曲線板和網格圈之間的間隙,通過彈簧控制該間隙從而實現(xiàn)牽伸[8]。磁吸紡是在雙S曲線軟牽伸裝置的基礎上,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個磁鋼之間的磁力控制紗線經過的間隙,從而實現(xiàn)牽伸[9],如圖3所示。

圖2 柔潔紡裝置結構示意

圖3 磁吸紡裝置結構示意

1.4 聚纖紡

聚纖紡是一種采用負壓吸風裝置和異形壓力棒對紗線進行集聚和牽伸的新型紡紗技術,是針對傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機雙膠圈彈性鉗口牽伸系統(tǒng)的缺陷所做的改進,使紗線在負壓吸風的作用下進行集聚,在經過壓力棒和吸風管的間隙時又進行牽伸,形成獨特的“先集聚、再牽伸、邊集聚、邊牽伸”的牽伸集聚過程[10],其裝置結構見圖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管、網格圈和異形壓力棒,異形壓力棒下壓的區(qū)域為穩(wěn)定握持區(qū)域,這個區(qū)域提供了一段較長且比雙膠圈結構平穩(wěn)的摩擦力界,使間隙里的纖維能夠受到很好控制;同時壓力棒下壓實現(xiàn)了梯次牽伸,使縱向摩擦力界向浮游區(qū)擴展,且使此處的摩擦力界得到增強,有利于提高成紗質量[11-13]。

圖4 聚纖紡裝置結構示意

1.5 多重集聚紡

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

多重集聚紡紗裝置結構如圖5所示。在環(huán)錠細紗機的前牽伸區(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,經過整纖處理裝置預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,進入重集聚裝置進行重新集聚,最后再經導紗鉤、鋼領和鋼絲圈,卷繞在筒管上[14]。

圖5 多重集聚紡裝置結構示意

1.6 結構復雜程度與改造成本對比

5種環(huán)錠紡紗新技術對應紡紗裝置的結構復雜程度和改造成本對比見表1。

表1 5種紡紗裝置結構復雜程度及改造成本對比

2 新技術的優(yōu)缺點

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,通過調整每個通道的后區(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控制實現(xiàn)不同牽伸倍數(shù),形成不同顏色粗紗,可生產混彩紗、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,但是要想精準紡出想要的顏色,需要準確計算所需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與預期的顏色存在色差。此外,該裝置的結構并不復雜,改造費用較低,但從單通道牽伸變?yōu)?通道牽伸,日常的消耗費用會變大,管理工作也會相應復雜一些。

2.2 柔潔紡

由于紗線毛羽與纖維的扭轉剛度和撓曲剛度有關,為了得到綜合品質較高的紗線,可以通過在紡紗過程中改變纖維的某些性質使其達到更加適合成紗的狀態(tài),柔潔紡就是考慮到這一點而形成的一種環(huán)錠紡紗新技術。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,在濕熱作用下達到纖維軟化溫度而被柔化,纖維的模量、扭轉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。該裝置結構簡單,設計合理,易于改造且費用低,適用于所有環(huán)錠細紗機的改造。

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

2.3 磁吸紡

雖然雙S曲線軟牽伸技術克服了原環(huán)錠細紗機因中羅拉握持力不足或壓力不一致等因素引起膠圈運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,造成細紗機壽命短、穩(wěn)定性差;同時,需要搖臂額外地進行精確控制,導致整個設備成本較高。而磁吸紡技術無需搖架控制,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)錠細紗機上更換的部件較多,改造工作較復雜,但由于該裝置無需搖臂精確控制,而且可以自動精確調整S曲線板下端面和網格圈的間隙,從而使得細紗機壽命長、穩(wěn)定性好,且整個設備的改造成本較低。

2.4 聚纖紡

聚纖紡針對傳統(tǒng)環(huán)錠細紗機雙膠圈彈性鉗口牽伸機構的缺陷,如上、下膠圈的速度差會對須條形成揉搓,造成摩擦力界不穩(wěn)定以及產生靜電。因此,聚纖紡將負壓吸風集聚裝置安裝在前羅拉與中羅拉之間,其中包括負壓吸風系統(tǒng)、異形負壓管、異形壓力棒和網格圈。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,纖維在此流場內邊集聚、邊牽伸。異形壓力棒與網格圈形成穩(wěn)定的握持系統(tǒng),從而產生穩(wěn)定的摩擦力界,紡出的紗線綜合質量優(yōu)于普通環(huán)錠紡紗線。

相比集聚紡裝置,聚纖紡裝置將負壓吸風系統(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行加捻時,又會形成加捻三角區(qū),雖然此時的加捻三角區(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度有所提高,毛羽結構比較合理,而且該裝置既可配套于新型細紗機,又可用于舊機改造,具有一定的應用前景。

2.5 多重集聚紡

多重集聚紡裝置的特點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,進入該張力盤式重集聚裝置,再經導紗鉤、鋼絲圈和鋼領,卷繞在細紗管上。對重集聚紗線再進行集聚,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)錠細紗機上改造并非難事,但加裝裝置必定使機械機構變得復雜,而且對已經集聚的紗線再次進行集聚,必然導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,提升紗線強力,但是,多重集聚會導致紗線變硬,從而導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的同時卻降低了其它品質,性價比較低。

2.6 5種紡紗新技術優(yōu)缺點比較

5種紡紗新技術優(yōu)缺點比較,見表2。

表2 5種紡紗新技術優(yōu)缺點對比

3 結語

3.15種環(huán)錠紡紗新技術分別具有各自特色的推廣點。數(shù)碼紡可簡單紡出條干均勻且顏色隨時可變的有色紗線,對于開發(fā)色紡紗、段彩紗等紗線有較大幫助;磁吸紡是考慮機器的工作壽命和穩(wěn)定性所做的改進,有利于降低成本、減少后期的維護費用;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;柔潔紡和多重集聚紡重點考慮所紡紗線的綜合質量,是在前鉗口輸出紗線處所做的改進,給提高紗線的綜合質量提供了新的思考。

3.2數(shù)碼紡可紡各色紗線,結構簡單,改造費用較低,但對精確度要求高;柔潔紡裝置結構簡單,可降低紗線毛羽,但對工作環(huán)境要求高;磁吸紡可提高設備使用壽命,穩(wěn)定性好,但改造較為復雜;聚纖紡紗線綜合質量較好,但紗線毛羽量略有增加;多重集聚紡可進一步提高紗線質量,但改善不明顯,性價比較低。從整體來看,柔潔紡紗技術對于提高紗線的綜合質量效果比較明顯,在原細紗機上改造方便,后期的維修替換工作也比較簡單,而且適用于所有環(huán)錠細紗機。因此,柔潔紡紗技術相較于其它4種新技術的性價比更高。