鄒專勇 繆璐璐 董正梅 孫國軍 姚江薇 何林偉

（1.紹興文理學(xué)院，浙江紹興，312000；2.紹興市高性能纖維及制品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江紹興，312000；3.紹興國周紡織整理新材料有限公司，浙江紹興，312085；4.紹興國周紡織整理有限公司，浙江紹興，312074）

噴氣渦流紡代表著先進(jìn)的紡紗加工技術(shù)，具備高速化、自動(dòng)化、智能化、連續(xù)化、高質(zhì)量、短流程以及大卷裝的優(yōu)勢，能有效緩解紡織企業(yè)用地、用工緊張及節(jié)能降耗等問題，可替代生產(chǎn)部分傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線品種和紗號，在棉紡行業(yè)中的整體競爭力進(jìn)一步增強(qiáng)。我國噴氣渦流紡紗生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量和規(guī)模不斷刷新，據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全球噴氣渦流紡紗機(jī)數(shù)量在5 000 臺左右，而我國現(xiàn)有噴氣渦流紡紗機(jī)超過4 000 臺，相當(dāng)于環(huán)錠紡約1 000 萬紗錠產(chǎn)能。

1 噴氣渦流紡紗機(jī)的演變

1.1 村田噴氣渦流紡紗機(jī)

噴氣紡紗技術(shù)是在1936 年最先由美國杜邦公司提出，直至1982 年日本村田公司在美國紡織機(jī)械展覽會上展出第一臺MJS801 型雙進(jìn)氣雙噴嘴噴氣紡紗機(jī)，才昭示著噴氣紡紗技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。日本村田公司在噴氣式紡紗技術(shù)上持續(xù)研發(fā)推新，始終在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，于1995年又開創(chuàng)性地研發(fā)出了更新穎的噴氣式紡紗技術(shù)——噴氣渦流紡（MVS）。噴氣渦流紡紗機(jī)在雙噴嘴噴氣紡紗機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升，用一個(gè)噴嘴代替前后串聯(lián)的雙噴嘴，其成紗原理與噴氣紡的主要區(qū)別在于由假捻包纏向真捻包纏轉(zhuǎn)變，即噴嘴形成的高速旋轉(zhuǎn)氣流帶動(dòng)倒伏在空心錠子入口的自由尾端纖維旋轉(zhuǎn)，從而將芯纖維包纏加捻成紗。相比噴氣紡紗機(jī)，噴氣渦流紡紗機(jī)紡制的紗線中包纏纖維數(shù)量較多，紗線強(qiáng)力更高，且具有類似環(huán)錠紡紗線的真捻外觀，成紗條干好、毛羽少。

村田公司自1997 年推出MVS851 型噴氣渦流紡紗機(jī)后，經(jīng)過20 余年發(fā)展，完成了設(shè)備的多次升級迭代［1］，形成了MVS 系列紡紗 機(jī)，有MVS810 型、MVS81T 型、MVS861 型、MVS870型［2］和 2019 年推出的 MVS870EX 型。以MVS851 型機(jī)為代表的第一代噴氣渦流紡紗機(jī)，需在接頭器的幫助下實(shí)現(xiàn)纖維須條與引紗搭接，生產(chǎn)效率較低。MVS861 型為代表的第二代噴氣渦流紡紗機(jī)，借助N2 噴嘴實(shí)現(xiàn)了紗線的預(yù)捻與自動(dòng)紡紗，空氣捻接器進(jìn)行紗線接頭。MVS870型機(jī)則發(fā)展步入到第三代噴氣渦流紡紗機(jī)，自動(dòng)化、智能化程度進(jìn)一步提高，在操作便捷性和生產(chǎn)效率提升的同時(shí)，保障了紗線質(zhì)量穩(wěn)定，適紡纖維和紗號范圍進(jìn)一步拓寬。

1.2 立達(dá)噴氣渦流紡紗機(jī)

瑞士立達(dá)公司生產(chǎn)的噴氣紡紗機(jī)實(shí)際上與村田噴氣渦流紡的原理一致，因此也將其歸為噴氣渦流紡技術(shù)范疇。立達(dá)設(shè)備在噴嘴上省略了導(dǎo)引針結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)的紗線強(qiáng)度較低，手感更加柔軟［3］。圖1 分別列出了村田噴氣渦流紡紗機(jī)和立達(dá)噴氣紡紗機(jī)加捻腔的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 兩種紡紗機(jī)加捻腔結(jié)構(gòu)示意圖

立達(dá)噴氣紡紗機(jī)問世時(shí)間較晚，2003 年首次推出了J10 型噴氣紡紗機(jī)，至今也完成了幾代更新，包括J20 型、J26 型，以及ITMA2023 上新推出的J70 型噴氣紡紗機(jī)。最新的機(jī)型融入人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)紗線生產(chǎn)的高度自動(dòng)化，紗線生產(chǎn)成本降低。立達(dá)噴氣紡紗機(jī)的優(yōu)勢體現(xiàn)為擁有雙面機(jī)臺，配備多達(dá)200 個(gè)空心錠子，而村田噴氣渦流紡紗機(jī)空心錠子數(shù)量每臺最多96 個(gè)；J70 型機(jī)紡紗速度高達(dá)600 m/min，而村田MVS870EX 型機(jī)紡紗速度為550 m/min；立達(dá)設(shè)備將條筒置于牽伸系統(tǒng)下方，進(jìn)一步節(jié)省占地空間，且棉條喂入紡紗單元的輸送路徑縮短，避免棉條發(fā)生意外牽伸，確保紗線質(zhì)量穩(wěn)定。立達(dá)設(shè)備單錠驅(qū)動(dòng)，可減少不必要的能耗。J26 型機(jī)兩側(cè)獨(dú)立運(yùn)行，可同時(shí)生產(chǎn)2 個(gè)不同品種紗線，J70 型機(jī)在此基礎(chǔ)上還提供了VARIOlot 軟件選項(xiàng)，機(jī)臺每側(cè)還可獨(dú)立加工2個(gè)品種，實(shí)現(xiàn)一臺機(jī)器最多可同時(shí)生產(chǎn)4 個(gè)品種紗線，每個(gè)紡紗單元都自帶易操作的觸摸屏，生產(chǎn)靈活性更高。立達(dá)噴氣紡紗機(jī)雖在一些方面優(yōu)勢突出，但在纖維品種適應(yīng)性、可紡紗號范圍等方面與村田噴氣渦流紡紗機(jī)存在差距。目前噴氣渦流紡紗機(jī)的市場占有率以村田公司占主導(dǎo)，設(shè)備產(chǎn)能保有量超過95%［4］。

1.3 國產(chǎn)噴氣渦流紡紗機(jī)

中國的紡機(jī)企業(yè)也在積極參與噴氣渦流紡設(shè)備的研發(fā)，先后有江陰市華方新技術(shù)科研有限公司推出HFW80 型機(jī)，陜西華燕航空儀表有限公司推出HYF369 型機(jī)，浙江日發(fā)紡織機(jī)械股份有限公司推出RFVS10 型機(jī)。國產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)階段以RFVS10 型噴氣渦流紡紗機(jī)為代表，核心技術(shù)指標(biāo)達(dá)到進(jìn)口設(shè)備第二代水平，紡紗速度最高達(dá)500 m/min，在原料適紡性、可紡紗號范圍以及單錠成紗強(qiáng)力不勻、條干不勻方面與進(jìn)口紡機(jī)還存在差距，但因出色的性價(jià)比有望逐步推向市場。

2 噴氣渦流紡紗線加工技術(shù)的進(jìn)步

2.1 噴氣渦流紡紡紗速度與效率的突破

村田MVS851 型噴氣渦流紡紗機(jī)的最高紡紗速度僅350 m/min，而發(fā)展到MVS870EX 型實(shí)現(xiàn)了最高速度550 m/min，提升約57%。紡紗速度大幅度提升得益于機(jī)臺較高的自動(dòng)化水平，第三代噴氣渦流紡紗機(jī)配有自動(dòng)捻接小車及落紗機(jī)（AD），保證穩(wěn)定的接頭質(zhì)量和生產(chǎn)過程的連續(xù)性。使用了紡紗張力穩(wěn)定系統(tǒng)（STS）（見圖2），新研制自緊式引紗羅拉替代握持式輸送羅拉，利用摩擦力將紗線引出，并配合紡紗張力傳感器與電清系統(tǒng)（MSC）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，成紗質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。此外還著重優(yōu)化紡紗關(guān)鍵元器件的配置，通過對空心錠子形狀和外壁面設(shè)計(jì)、紡紗室內(nèi)壁、噴孔位置、噴孔大小等參數(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)加捻腔渦流場能量的高效利用，維持高速紡紗下紗線質(zhì)量的穩(wěn)定。

圖2 MVS870 型機(jī)紡紗張力穩(wěn)定系統(tǒng)

立達(dá)公司也在不斷挖掘提升噴氣渦流紡速度，新型J70 型噴氣紡紗機(jī)較上一代J26 型機(jī)，紡紗速度從500 m/min 提高到600 m/min，成為目前紡紗速度最快的紡紗機(jī)。J70 型機(jī)相比J26 型機(jī)自動(dòng)化程度更高，J26 型機(jī)的200 個(gè)紡紗單元配置6 個(gè)機(jī)械手完成自動(dòng)接頭工作，最多能實(shí)現(xiàn)6 個(gè)紡紗單元同時(shí)接頭，盡管多個(gè)紡紗單元故障時(shí)仍需等待機(jī)械手，但無疑自動(dòng)接頭準(zhǔn)備系統(tǒng)輔助縮短了接頭周期；J70 型機(jī)采用自動(dòng)化紡紗單元，每個(gè)紡紗單元應(yīng)對自然斷頭和質(zhì)量切斷情況均能獨(dú)立完成接頭，可保障多達(dá)20 個(gè)紡紗單元的同時(shí)修復(fù)斷頭和重復(fù)接頭，在高速紡紗條件下，仍能確保優(yōu)異的生產(chǎn)效率。此外J70 型機(jī)每個(gè)紡紗單元還自帶顯示器，用于接受和處理操作請求，便于擋車工快速排除故障。J70 型機(jī)的清紗器也進(jìn)行了升級，從上一代的Q10A 型和Q20AF 型清紗器更替為更易維護(hù)的Q30A 型，具備異纖和弱捻紗檢測功能，對紗線進(jìn)行有效的質(zhì)量控制。

2.2 噴氣渦流紡在線清油技術(shù)

滌綸等化學(xué)纖維需要經(jīng)過上油工序賦予纖維良好的表面性能，滿足紡紗的要求。但高速紡紗過程中化學(xué)纖維表面油劑小分子容易黏附聚集在空心錠子中上部及入口外表面（見圖3），影響纖維在加捻腔中的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而易形成弱捻紗。此外易導(dǎo)致黏附渦流場中的雜質(zhì)嵌入紗體形成紗疵或弱環(huán)。因此保持空心錠子表面潔凈是保證紡紗順利進(jìn)行以及成紗質(zhì)量的重要因素［5］。

圖3 空心錠子中上部及入口外表面油污附著現(xiàn)象

過去針對噴氣渦流紡紗機(jī)空心錠子殘留的纖維油劑積垢，需要定期停機(jī)進(jìn)行人工酒精擦拭或超聲波清潔，生產(chǎn)效率不高。村田MVS870 型和MVS870EX 型噴氣渦流紡紗機(jī)可選配在線清油裝置，完成對設(shè)備的定期維護(hù)和保養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了噴氣渦流紡清潔高效生產(chǎn)技術(shù)的突破，確保了滌綸等化纖品種紗線的順利生產(chǎn)。其中噴霧小車內(nèi)儲存著空心錠子專用油劑，通過壓縮空氣形成霧化油，噴霧空氣管將霧化油輸送至空心錠子，在空心錠子表面形成保護(hù)油膜，避免落雜在空心錠子上黏附，即使機(jī)臺長時(shí)間運(yùn)行也能保持空心錠子的清潔，幫助紗線質(zhì)量與機(jī)械效率保持穩(wěn)定。沈家康［6］等人探討了噴氣渦流紡空心錠子專用油劑成分配比，得出白油和二甲基硅油配比為2∶1時(shí)最佳。

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，噴氣渦流紡在線清油裝置使用與否，將直接影響所紡純滌綸紗線的質(zhì)量，尤其是對紗線耐磨性的影響。清油裝置開啟前后紡制的19.7 tex 滌綸噴氣渦流紗的外觀形態(tài)見圖4。經(jīng)測試，清油裝置開啟前后19.7 tex 滌綸噴氣渦流紗的斷裂強(qiáng)力分別為554 cN、579 cN，斷裂伸長率分別為9.08%、10.55%，條干CV分別為12.89%、12.34%，耐磨次數(shù)分別為114 次、173 次。

圖4 清油裝置開啟前后19.7 tex 滌綸噴氣渦流紗外觀對比

開啟清油裝置后紗線弱捻現(xiàn)象減少，纖維形成有序包纏，紗線結(jié)構(gòu)更為緊密，紗線斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率、條干CV和耐磨性均有所改善，其中紗線耐摩擦性能提升最明顯，比未開清油裝置的紗線提升了近52%。未開清油裝置的紗線結(jié)構(gòu)相對蓬松，紗線受縱向拉伸應(yīng)力作用時(shí)，最先出現(xiàn)徑向收縮，紗中纖維間的作用力得到改善，因此紗線強(qiáng)度的損失并不明顯。而摩擦作用使外力主要施加在紗線表面及橫截面，弱捻結(jié)構(gòu)在反復(fù)摩擦下更易失捻解體，紗線耐摩擦性能明顯下降。噴氣渦流紡紗機(jī)在線清油裝置改善了成紗質(zhì)量，還有助于化纖類紗線紡紗速度和效率的提升。

2.3 噴氣渦流紡專用空心錠子的設(shè)計(jì)與開發(fā)

空心錠子是噴氣渦流紡紗機(jī)的關(guān)鍵成紗元件，其結(jié)構(gòu)形態(tài)影響加捻腔內(nèi)氣流的流動(dòng)規(guī)律，從而影響纖維的運(yùn)動(dòng)軌跡，且該元件與纖維自由尾端直接接觸，將很大程度上影響成紗質(zhì)量。在紡紗過程中，空心錠子除了受到纖維油劑的污染，還會在纖維長期摩擦作用下形成磨損（見圖5），空心錠子錐頂和引紗通道內(nèi)壁摩擦特性的改變易導(dǎo)致紗線質(zhì)量惡化。為確保成紗質(zhì)量的穩(wěn)定，一般情況下空心錠子的使用壽命在45 天左右，而生產(chǎn)化纖類紗線時(shí)更短，個(gè)別質(zhì)量要求高的滌綸品種不到10 天就要更換。因此，噴氣渦流紡紗企業(yè)對空心錠子的消耗量較大，頻繁更換也影響了紡紗生產(chǎn)效率。通過空心錠子陶瓷材料選擇和工藝創(chuàng)新，設(shè)計(jì)開發(fā)一種自清潔防污陶瓷空心錠子，可提高空心錠子表面耐磨性，有效延長空心錠子的使用壽命，降低油劑對空心錠子的污染，減少使用在線清油裝置或定期清潔帶來的成本增加。

圖5 噴氣渦流紡空心錠子磨損現(xiàn)象［7］

噴氣渦流紡在成紗過程中高速旋轉(zhuǎn)氣流僅對形成開端化的纖維加捻，未能形成自由尾端的纖維將在紗中形成無捻的芯纖維，同時(shí)開端化的纖維倒伏在空心錠子入口表面受高速旋轉(zhuǎn)氣流作用滑動(dòng)包纏紗線，紗線截面內(nèi)的纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移不足，纖維間的抱合力低，此外當(dāng)紗體對纖維頭端握持不足時(shí)，受氣流離心力作用存在部分纖維掙脫周向纖維的摩擦束縛，抽拔出紗體而形成落纖，因此噴氣渦流紡紗線的強(qiáng)力要明顯低于傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線。相關(guān)研究聚焦噴氣渦流紡空心錠子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對空心錠子內(nèi)引紗通道以及錐體外壁面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以尋求提升噴氣渦流紡成紗強(qiáng)力的途徑。

空心錠子引紗通道內(nèi)徑的變化主要是為了適紡不同號數(shù)紗線。適當(dāng)減小引紗通道內(nèi)徑，有利于提高紗線強(qiáng)度，較窄的引紗通道將限制纖維束進(jìn)入空心錠子自由運(yùn)動(dòng)的空間，提升纖維間摩擦作用力。但引紗通道內(nèi)徑過小，會增加纖維頭端進(jìn)入引紗通道的難度，反而形成更多落纖。在空心錠子引紗通道入口處采用倒角［8］或弧形［9］設(shè)計(jì)，可增大纖維入口直徑，有利于纖維穩(wěn)定匯入引紗通道，在此基礎(chǔ)上通過入口壁面增設(shè)溝槽，還將增加纖維與壁面的摩擦力，有助于抵抗氣流對纖維的抽拔力，減少落纖量。還有研究通過對引紗通道內(nèi)壁開設(shè)溝槽、增設(shè)抽吸孔或噴氣孔，以主動(dòng)施加外力的形式，促進(jìn)纖維間緊密抱合，改善成紗質(zhì)量。薛文良［8］等人最早提出了纖維自捻型噴氣渦流紡技術(shù)，通過對引紗通道內(nèi)壁刻槽，纖維受壁面溝槽摩擦力與旋轉(zhuǎn)氣流的共同作用，產(chǎn)生自捻效應(yīng)并捻入紗體，因此紗中纖維間的抱合力提高。裴澤光［10］在空心錠子引紗通道上部的壁面增設(shè)抽吸孔，利用抽吸元件對壁面提供負(fù)壓氣流吸附力，增加纖維與壁面間的摩擦力。王興寶［11-12］等人將這種抽吸式噴氣渦流紡裝置用于金屬絲包芯紗的生產(chǎn)，可有效減少短纖維的損失。鄒專勇［13］等人設(shè)計(jì)一種低落纖噴氣渦流紡裝置，在引紗通道內(nèi)部增設(shè)了一對假捻噴孔和減羽噴孔，利用假捻噴嘴形成的反向渦流對紗尾產(chǎn)生假捻作用，緊密紗線結(jié)構(gòu)，從而增加紗尾對纖維的束縛，減少了纖維被氣流抽拔的概率。

空心錠子的外壁面開設(shè)溝槽也能促使纖維發(fā)生自捻。程隆棣［14］等人提供的自捻型空心錠，在空心錠外表面均勻布滿豎直溝槽，周雙喜［15］通過試驗(yàn)驗(yàn)證了空心錠子外表面溝槽能有效減少紡紗過程中的落纖量，紗線強(qiáng)伸性能提高，但紗線條干出現(xiàn)惡化。韓晨晨［16］分析了自捻型噴氣渦流紡紗的結(jié)構(gòu)和紗線斷裂機(jī)理，在此基礎(chǔ)上設(shè)置槽體走向與錐頂母線呈一定傾角的空心錠子，增強(qiáng)了纖維的自捻效果，改善了紗線的強(qiáng)力與條干均勻度［17］，還比較了該自捻型噴氣渦流紡與傳統(tǒng)型噴嘴內(nèi)流體分布、成紗結(jié)構(gòu)和成紗性能的區(qū)別［18］。

為增強(qiáng)空心錠子外壁面溝槽對纖維自捻的促進(jìn)作用，張肖斌［19］設(shè)計(jì)了一種帶有凹槽的空心錠子，在空心錠錐體下端設(shè)置呈階梯式排列的圓周凹槽，氣流流經(jīng)凹槽時(shí)速度減緩，幫助自由尾端纖維更緊密貼伏于壁面，并減弱纖維受到的離心力，以此提高纖維的自捻效應(yīng)。另外還設(shè)計(jì)了一種帶有槽孔的空心錠子［20］，在空心錠子上開設(shè)斜體通孔，增加纖維與壁面的正壓力，同樣促進(jìn)了纖維自捻的效應(yīng)。陳洪立［21］對僅開設(shè)斜孔的空心錠子加捻腔內(nèi)部進(jìn)行三維流場數(shù)值模擬，得出斜孔能顯著增加纖維輸出時(shí)的軸向速度，并抑制軸向速度的減弱，斜孔的存在使纖維獲得更好的扭轉(zhuǎn)，減少落纖，改善成紗性能。

鄒專勇［22］提出了一種螺旋導(dǎo)引槽的空心錠子，閆琳琳［23-25］在此基礎(chǔ)上研究螺旋導(dǎo)引槽空心錠子加捻腔的氣流流動(dòng)規(guī)律，以及其對噴氣渦流紗質(zhì)量的影響，得出螺旋導(dǎo)引槽的設(shè)計(jì)有助于均勻加捻腔內(nèi)流場，提高氣流對自由尾端纖維加捻的均勻性；同時(shí)螺旋引導(dǎo)槽引導(dǎo)氣流向下流動(dòng)，槽內(nèi)外氣流的靜壓和速度存在差異，促進(jìn)紗線截面內(nèi)纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移，并使自由尾端纖維自身翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生自捻效應(yīng)，包纏纖維附帶一定捻度包纏紗體而成紗，增大了紗線中纖維間的抱合力，有助于提高噴氣渦流紗強(qiáng)力，紗線條干均勻度和毛羽也得到改善?？招腻V子在刻槽加工時(shí)往往受限于加工設(shè)備以及空心錠頂端尺寸，刻槽難度較大，提高刻槽工藝的精準(zhǔn)度仍是難點(diǎn)，需控制溝槽表面粗糙度趨于一致，才能保證成紗質(zhì)量的穩(wěn)定。

3 噴氣渦流紡紗線產(chǎn)品開發(fā)的突破

3.1 純棉紗線的開發(fā)

噴氣渦流紡技術(shù)開發(fā)的初衷是為解決噴氣紡紗技術(shù)生產(chǎn)純棉紗線的短板問題，然而噴氣渦流紡的半自由端紡紗方式仍對纖維原料有較高要求，尤其是纖維長度和整齊度。噴氣渦流紡技術(shù)生產(chǎn)純棉紗或高比例棉纖維混紡紗線時(shí)，由于棉纖維短纖維率較高、纖維長度整齊度差以及纖維較大的剛性，影響氣流加捻效果，出現(xiàn)成紗質(zhì)量惡化，并限制了可紡紗號范圍［26］。據(jù)ERDUMLU N［27］關(guān)于噴氣渦流紡紡制普梳純棉紗的特性和紡紗號數(shù)極限研究得知，純棉紗變細(xì)會帶來紗線條干不勻增加，產(chǎn)生更多紗疵，而普梳純棉紗的可紡紗號范圍非常窄，僅在14.8 tex～16.4 tex，紡14.8 tex 紗時(shí)斷頭頻繁，紡紗困難。

為提高噴氣渦流紡純棉紗的質(zhì)量，需從原料優(yōu)選、紡紗工藝優(yōu)化以及環(huán)境溫濕度控制等方面努力。棉纖維最好選用長絨棉或細(xì)絨棉，并采用精梳工序提高棉條中纖維長度整齊度和平行伸直度。高速紡紗過程中紗線質(zhì)量不勻主要受牽伸影響而加劇，配置較小的羅拉隔距和適紡原棉的膠輥膠圈，合理分配牽伸倍數(shù)，中區(qū)牽伸倍數(shù)較小配置，以減少纖維變速運(yùn)動(dòng)過程中的纖維損傷，從而提高成紗條干均勻度［28］。適當(dāng)提高噴嘴氣壓，可以增強(qiáng)氣流對纖維的加捻作用力，實(shí)現(xiàn)紡紗質(zhì)量和生產(chǎn)效率優(yōu)化。此外噴氣渦流紡車間的環(huán)境溫濕度控制也很重要，楊克孝［29］通過試驗(yàn)得出生產(chǎn)噴氣渦流紡純棉紗時(shí)纖維回潮率控制在7.2%為宜。

隨著技術(shù)進(jìn)步，噴氣渦流紡生產(chǎn)純棉紗的難點(diǎn)正在逐步突破，如今已形成一定的產(chǎn)量規(guī)模，并向著細(xì)號純棉紗領(lǐng)域拓展。江蘇悅達(dá)紡織集團(tuán)有限公司［30］針對噴氣渦流紡紡純棉細(xì)號紗存在的問題，通過設(shè)備改進(jìn)達(dá)成輕定量棉條成形與穩(wěn)定輸送，采用無捻棉條微張力傳導(dǎo)喂入技術(shù)以減少棉條的意外牽伸，改進(jìn)噴嘴氣缸定位連接裝置以增強(qiáng)加捻腔氣流的穩(wěn)定性，并注重生產(chǎn)過程中相關(guān)工藝優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)7.3 tex～9.7 tex 特細(xì)號純棉噴氣渦流紗的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，質(zhì)量符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 特細(xì)號/粗號紗的開發(fā)

噴氣渦流紡紗線強(qiáng)力不如環(huán)錠紗，且噴氣渦流紡紗線截面上纖維的堆積密度受纖維細(xì)度、紗線線密度影響很大［31］，而細(xì)號紗截面內(nèi)纖維數(shù)量更少，沿紗線半徑方向的纖維堆積密度分布低，紗中纖維均勻排列困難，包纏纖維加捻提供的紗線強(qiáng)力弱，強(qiáng)力不勻增大，尤其是弱捻紗的存在，容易出現(xiàn)頻繁斷頭，影響紡紗的連續(xù)進(jìn)行。在不同線密度噴氣渦流紡紗線生產(chǎn)中，也發(fā)現(xiàn)線密度越小時(shí)，紗線的斷裂強(qiáng)度受紡紗速度、空心錠子內(nèi)徑、喂入比和噴嘴氣壓的影響更突出［32］。

細(xì)號紗生產(chǎn)難點(diǎn)的解決思路：一是使用線密度低及高強(qiáng)的纖維原料進(jìn)行紡紗，增加紗線截面中纖維的堆積密度，提供更多數(shù)量的包纏纖維，提高紗線強(qiáng)度［33］；二是重視前紡工藝，提高熟條中纖維的平行伸直度、長度整齊度和分布均勻性，熟條定量越小，纖維的平行伸直度越好［34］，此外減輕熟條定量也將分擔(dān)紡紗過程的總牽伸倍數(shù)，保證牽伸質(zhì)量和牽伸效率，有利于包纏纖維加捻的有序性；三是選擇合適的成紗器件，優(yōu)化紡紗工藝參數(shù)，達(dá)成穩(wěn)定成紗技術(shù)。吳江京奕特種纖維有限公司攻克了噴氣渦流紡7.4 tex 粘膠紗連續(xù)成紗的技術(shù)瓶頸，在開清工序?qū)?xì)特粘膠纖維進(jìn)行滲透劑處理，在前紡工序維持纖維回潮率穩(wěn)定并配置適宜的纖維梳理和并條工藝，優(yōu)化關(guān)鍵紡紗工藝參數(shù)，并且研發(fā)了紗線增強(qiáng)技術(shù)，在加捻腔中使用研制的專用油劑，引入熱壓縮空氣降低粘膠纖維的回潮率，最終改善了纖維分散性，有效降低了紗線斷頭，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)噴氣渦流紡7.4 tex 特細(xì)號紗的大規(guī)模量產(chǎn)。

噴氣渦流紡粗號紗主要應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)用紡織品，雖不像細(xì)號紗對纖維原料要求比較苛刻，但也面臨著其他問題。紗線截面中纖維根數(shù)較多，氣流難以對纖維形成良好控制，纖維紊亂造成纖維包覆效果不良，形成較多毛羽，出現(xiàn)紗線強(qiáng)力不勻和弱環(huán)等問題。羅彩鴻［35］等人為改善噴氣渦流紡滌綸粗號紗質(zhì)量，建立粗號紗斷裂強(qiáng)度與包覆效果的關(guān)系模型，以紡紗速度和噴嘴氣壓為影響包覆系數(shù)的主要因素，進(jìn)行了紡紗工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了59.1 tex 噴氣渦流紡滌綸粗號紗質(zhì)量的提升。

3.3 包芯紗的開發(fā)

3.3.1 包芯紗的制備技術(shù)

村田噴氣渦流紡紗機(jī)可選配長絲包芯紗裝置生產(chǎn)包芯紗，長絲經(jīng)過退繞裝置以一定的張力喂入纖維導(dǎo)管內(nèi)的長絲通道，同纖維束頭端一并進(jìn)入空心錠子，與入口處的紗尾構(gòu)成紗芯，處于紗線芯部的長絲不易受氣流干擾發(fā)生加捻轉(zhuǎn)移，長絲被平行排列的芯纖維周向包圍，加之外部包纏纖維的螺旋包覆，噴氣渦流紡包芯紗露芯現(xiàn)象低于傳統(tǒng)的環(huán)錠紡包芯紗［36］。相比環(huán)錠紡包芯紗的生產(chǎn)，村田噴氣渦流紡紗機(jī)的生產(chǎn)效率更高，可安置最大4 kg 的卷裝長絲進(jìn)行生產(chǎn)，配置的MSC 清紗器能及時(shí)發(fā)現(xiàn)包芯紗缺芯和其他疵點(diǎn)，并采取積極的應(yīng)對措施，有效保證了包芯紗質(zhì)量的穩(wěn)定。

張金中［37］針對現(xiàn)有噴氣渦流紡包芯紗設(shè)備在長絲穿引時(shí)的不便，設(shè)計(jì)出一種芯絲自動(dòng)穿引系統(tǒng)，代替了人工穿引，且適應(yīng)小直徑、連續(xù)、強(qiáng)度低的芯絲穿引，有效縮短芯絲穿引時(shí)間，提高了穿引成功率。

包芯紗具有的內(nèi)外復(fù)合結(jié)構(gòu)，適用于功能性紗線的開發(fā)。發(fā)揮噴氣渦流紡在生產(chǎn)包芯紗時(shí)的獨(dú)特優(yōu)勢，開發(fā)的金屬絲包芯紗在電磁屏蔽用功能性紡織品、智能穿戴紡織品領(lǐng)域展現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值，裴澤光團(tuán)隊(duì)開發(fā)了適用金屬絲包芯紗生產(chǎn)的噴氣渦流紡裝置。區(qū)別于其他纖維長絲優(yōu)良的柔曲性，金屬絲彈性低、結(jié)構(gòu)易破壞，因此使用特殊的喂入裝置，在前上羅拉表面整周開設(shè)環(huán)形溝槽免受擠壓，并在纖維導(dǎo)引體設(shè)有金屬絲通道，實(shí)現(xiàn)金屬絲位于紗線芯部被螺旋狀短纖維緊密纏繞包覆成紗。此外還對改良后的噴氣渦流紡系統(tǒng)噴嘴內(nèi)部的氣流特征［38］、成紗過程［39-40］、紡紗工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)［41］以及包芯紗的結(jié)構(gòu)和性能［42-43］進(jìn)行研究，為優(yōu)化金屬絲包芯紗的質(zhì)量和分析工藝參數(shù)影響機(jī)制提供了依據(jù)。

3.3.2 包芯紗露芯現(xiàn)象

噴氣渦流紡技術(shù)生產(chǎn)包芯紗具有優(yōu)勢，但受紡紗條件的影響，噴氣渦流紡包芯紗仍會有包覆缺陷，即短纖維無法完全包覆長絲，出現(xiàn)長絲裸露于紗線表面的現(xiàn)象。噴氣渦流紡短纖紗大致由40%～50% 的芯纖維和50%～60% 外層纖維組成，生產(chǎn)包芯紗時(shí)，額外引入的長絲使紗線中包纏纖維比例更低，且芯絲具有光滑的表面，也容易使外包纖維發(fā)生滑脫，出現(xiàn)露芯現(xiàn)象，導(dǎo)致紗線外觀不良，耐久性和舒適性惡化，在后續(xù)的染色工序還易形成色花色差、色澤不勻現(xiàn)象。

為了減少芯絲裸露，芯絲的線密度不易過高［44］。長絲喂入張力的控制也很重要，使長絲拉直而不產(chǎn)生意外伸長，減少加捻腔氣流和纖維對長絲位置的干擾，但若張力過大也會增加短纖維的包覆難度。為提高短纖維在長絲外的包覆牢度，有專利技術(shù)［45］利用吹風(fēng)氣流在長絲和短纖維集束過程中使部分短纖維穿插在長絲的單絲間隙，在離開吹風(fēng)區(qū)后長絲可收攏并夾持部分短纖維頭端，有效解決了短纖維在長絲外滑脫的問題。

噴氣渦流紡紗線包纏纖維數(shù)量和表觀纖維捻度構(gòu)成評價(jià)紗線結(jié)構(gòu)的兩個(gè)基本參數(shù)，同樣關(guān)系著包芯紗能否實(shí)現(xiàn)良好的包覆和外觀［46］。不少學(xué)者圍繞包芯紗生產(chǎn)工藝與紗線結(jié)構(gòu)性能關(guān)系開展研究，對噴氣渦流紡包芯紗質(zhì)量提升具有一定的推動(dòng)意義。研究發(fā)現(xiàn)隨著紡紗速度提高，噴氣渦流紡包芯紗的包覆情況發(fā)生惡化，有更多的芯絲裸露于紗線表層［47］。噴嘴氣壓不足將導(dǎo)致外包纖維加捻效果減弱，纖維間容易產(chǎn)生滑移，發(fā)生長絲位置偏移；在較高噴嘴氣壓時(shí)，噴嘴出口附近氣流的切向速度較高，可使更多的纖維尾端成為包覆纖維，進(jìn)而減少紗線上的包覆缺陷［48］；隨著噴嘴氣壓的繼續(xù)增大，空心錠子與噴嘴壁間隙內(nèi)氣流切向速度增加帶來的積極作用不明顯，而氣壓過大也會增加短纖維的無規(guī)包纏，甚至將纖維抽拔出紗體，同樣會惡化包芯紗的包覆結(jié)構(gòu)。包芯紗包覆缺陷的數(shù)量也隨噴嘴入口與空心錠子之間的距離增加，呈現(xiàn)先減小后增大的變化［49］，距離較短時(shí)噴嘴出口附近氣流的切向速度極高，導(dǎo)致纖維尾端受到的離心力過大，有更多纖維損失和包芯紗的包覆缺陷，而距離較大時(shí)氣流的切向速度減小，軸向速度增大，導(dǎo)致纖維自由尾端的旋轉(zhuǎn)速度降低，加捻效果減弱同樣會帶來纖維損失以及紗線上的包覆缺陷增加。

3.4 差別化結(jié)構(gòu)色紡紗開發(fā)

色紡紗是時(shí)尚、綠色、環(huán)保紗線開發(fā)的主流，從纖維材料、紗線結(jié)構(gòu)和色彩設(shè)計(jì)這三個(gè)維度進(jìn)行創(chuàng)新，有助于噴氣渦流色紡紗線產(chǎn)品的多樣化發(fā)展。根據(jù)色紡紗的結(jié)構(gòu)分類，可分為均一結(jié)構(gòu)色紡紗和差別化結(jié)構(gòu)色紡紗［50］。均一結(jié)構(gòu)色紡紗以麻灰紗、雪花紗為代表產(chǎn)品，有色纖維在紗線中均勻分散，具有傳統(tǒng)紗線均勻一致的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征。而差別化結(jié)構(gòu)色紡紗則需要在紡紗加工過程中控制紗線色彩、結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)隨機(jī)或規(guī)律性的變化，形成花色紗、點(diǎn)子紗、段彩紗的獨(dú)特外觀。

差別化結(jié)構(gòu)色紡紗開發(fā)是提升噴氣渦流紡色紡紗附加值的重要路徑。有專利提供了一種噴氣渦流紡花色紗的加工方法［51］，將不同種類、色澤的長絲由長絲架退繞，經(jīng)長絲控制器分別輸送至噴氣渦流紡紗機(jī)上不同的牽伸區(qū)進(jìn)行牽伸拉斷，形成有色絲段并與經(jīng)過集束處理的短纖維須條并合，一同進(jìn)入加捻腔加捻，最終形成以有色絲段為飾紗，在紗線主體外螺旋包纏分布的花色紗。在此基礎(chǔ)上，對噴氣渦流紡紗機(jī)進(jìn)行改造，以細(xì)紗替代長絲喂入牽伸區(qū)，在中羅拉處牽伸拉斷，細(xì)紗段參與紡紗形成具有點(diǎn)子外觀的噴氣渦流紡紗線，通過細(xì)紗線密度、捻度的變化，還可實(shí)現(xiàn)噴氣渦流紡色紡紗線上離散點(diǎn)子的可控調(diào)節(jié)［52］。噴氣渦流紡段彩紗的生產(chǎn)，一般在并條工序?qū)⒉煌伾迼l混并制成段彩條子，直接喂入噴氣渦流紡紗機(jī)紡出段彩紗。復(fù)合噴氣渦流紡包芯紗專利技術(shù)以環(huán)錠紡段彩紗為芯紗，外包纖維條進(jìn)行紡紗，芯紗和牽伸纖維束之間相互穿插包裹，實(shí)現(xiàn)了一種新型的渦流紡段彩包芯紗的生產(chǎn)［53］。

4 結(jié)語

噴氣渦流紡采用高速旋轉(zhuǎn)氣流對自由尾端纖維加捻成紗，是當(dāng)前先進(jìn)的紡紗技術(shù)。噴氣渦流紡技術(shù)持續(xù)進(jìn)步，裝備更加智能、低碳、高產(chǎn)，可緩解紡織企業(yè)用地、用工緊張及能耗等問題，發(fā)展前景可觀。噴氣渦流紡能迅速占領(lǐng)紗線加工市場，得益于其經(jīng)濟(jì)的紗線生產(chǎn)和優(yōu)良的紗線質(zhì)量。但該技術(shù)在大范圍推廣過程中，存在為追求更高的紡紗速度而忽視纖維原料特性和紡紗工藝參數(shù)的最佳配置，從而出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期，紗線毛羽增加，斷頭、弱捻現(xiàn)象頻繁，生產(chǎn)效率不高等問題，喪失了噴氣渦流紡原本的技術(shù)優(yōu)勢。提升紡紗速度是追求經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑，而紗線質(zhì)量仍是產(chǎn)品立足市場的根本，要達(dá)到紡紗產(chǎn)能最大化與效益最優(yōu)化的統(tǒng)一，前提是對生產(chǎn)工藝、機(jī)臺效率、成紗質(zhì)量、損耗率的科學(xué)分析。目前噴氣渦流紡生產(chǎn)純粘膠紗、滌粘混紡紗以及純滌綸紗等常規(guī)產(chǎn)品的技術(shù)已十分成熟，但隨著噴氣渦流紡設(shè)備數(shù)量的增加，也出現(xiàn)常規(guī)紗線產(chǎn)品同質(zhì)化競爭激烈的現(xiàn)象。噴氣渦流紡技術(shù)應(yīng)趨向差別化、功能性紗線品種的開發(fā)，并不斷拓寬應(yīng)用領(lǐng)域，提升產(chǎn)品競爭力。