集聚紡紗技術(shù)的機(jī)理分析和研究

1、集聚紡紗技術(shù)的機(jī)理分析和研究 程隆棣 翟涵 于修業(yè) 周志華 （東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室） 摘要：本文主要對(duì)現(xiàn)有的集聚紡紗裝置進(jìn)行集聚原理的機(jī)理分析，分析指出各類裝置具 有的優(yōu)點(diǎn)和存在的缺陷，特別對(duì)這些裝置的集聚原理進(jìn)行系統(tǒng)的歸類，提出開發(fā)集聚紡紗裝 置的研究方向。 關(guān)鍵詞：集聚紡紗技術(shù)，氣流集聚，負(fù)壓集聚 引言 早在1988年，Dr. Ernst Fehrer就開始著眼于集聚紡紗技術(shù)（Condensed Spinning） 或 稱為緊密紡紗技術(shù)（Compact Spinning）的研制1。在1999年巴黎國際紡織機(jī)械展覽會(huì)（ITMA 99）上首次展出了集聚紡紗設(shè)備，這是對(duì)環(huán)錠紡紗工

2、藝的一項(xiàng)重大技術(shù)突破。目前的集聚紡 紗技術(shù)是將普通環(huán)錠細(xì)紗機(jī)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，增加了對(duì)從前羅拉鉗口到加捻點(diǎn)的紡紗三角區(qū)纖 維的控制，一方面確保了紡紗三角區(qū)的最小化，另一方面也保證了纖維束邊緣纖維的集聚， 從而生產(chǎn)出新型高品質(zhì)的集聚環(huán)錠紗2。 1傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗工藝的現(xiàn)狀 在傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗牽伸裝置中，預(yù)牽伸區(qū)的牽伸力將粗紗解捻，經(jīng)主牽伸區(qū)的牽伸， 解捻 后的纖維束拉細(xì)到所需要的細(xì)度，同時(shí)由于前羅拉表面氣流受到氣阻作用，更促使纖維束的 寬度有一定的展開（如圖 1所示）。 圖1前羅拉氣流對(duì)須條寬度的影響 離開前羅拉鉗口后，牽伸過的纖維須條完全呈松散狀態(tài)，并在加捻點(diǎn)之前的一段距離中 形成一個(gè)加捻三角區(qū)。 輸出須

3、條的橫向?qū)挾容^寬，一些邊緣纖維頭端先伸出牽伸區(qū)，形成纖 維的浮游頭端。這些纖維在成紗過程中由于紗線回轉(zhuǎn)的離心力而不容易向紗條中心靠攏而形 成紗線毛羽。車速越高，離心力越大，毛羽越多，因此也限制了車速的提高。這樣紡出的環(huán) 錠紗的紗線結(jié)構(gòu)達(dá)不到理想紗線結(jié)構(gòu)模型。 集聚紡紗技術(shù)利用集聚裝置進(jìn)行纖維的凝聚，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽伸須條的牽伸、集聚和加捻的分 步作用，即牽伸區(qū)時(shí)無集聚， 集聚時(shí)無加捻，避免了牽伸區(qū)中由于集聚作用的存在而影響摩 擦力界的分布，而牽伸后的纖維束再經(jīng)集聚后，減小了纖維束寬度，增加了纖維須條緊密度, 集聚后再加捻，減小或消除了加捻三角區(qū)，有利于改善紗線的毛羽質(zhì)量。 2集聚紡紗機(jī)構(gòu)分析 目前現(xiàn)有

4、四種代表性的集聚紡紗系統(tǒng)，分別為Rieter、Suessen、Zinser等公司所生產(chǎn) 的紡紗設(shè)備，它們各自的集聚作用方式有所不同，集聚效果也有所差異， 其中前二種機(jī)型在 CITM1 2002北京紡機(jī)展覽會(huì)上已經(jīng)展出。 O 2.1瑞士 Rieter（立達(dá)）公司的COM4紡紗系統(tǒng) 瑞士 Rieter（立達(dá)）公司研制的COM%緊密環(huán)錠紡紗技術(shù)，消除了普通環(huán)錠紗在紗線形成 過程中的缺點(diǎn)，使從牽伸區(qū)輸出的所有纖維受到很好集束再捻入紗體。該系統(tǒng)在牽伸區(qū)與紗 線之間加上了一個(gè)氣動(dòng)集束區(qū)，在這個(gè)中間區(qū)內(nèi)被牽伸的纖維束一離開前羅拉鉗口即受到氣 流的負(fù)壓推動(dòng)產(chǎn)生集聚，在這種壓縮過程中纖維束受到強(qiáng)烈氣流壓縮，形成

5、結(jié)構(gòu)緊密的纖維 須條。 圖2 COM4 -最初的集聚裝置及其理想的氣流分布形態(tài) 如圖2所示，COM?集聚紡的集聚元件是根據(jù)一個(gè)空氣導(dǎo)向系統(tǒng)制成的，在輥筒內(nèi)部裝 有一個(gè)不回轉(zhuǎn)的斜槽導(dǎo)氣輥筒。 該滾筒里的斜槽具有一斜向定位及特殊形狀的開口作為氣流 通道，以便氣流經(jīng)過斜槽時(shí)對(duì)纖維須條產(chǎn)生壓縮密實(shí)作用。該裝置使吸附在輥筒表面的纖維 產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)，將須條兩邊的纖維向中間聚攏，以實(shí)現(xiàn)集聚。最初設(shè)計(jì)的帶孔輥筒，孔形 為密而細(xì)小的狹槽，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不免會(huì)有短纖維被吸進(jìn)輥筒內(nèi)或者騎跨在狹槽之間，造成 糊網(wǎng)。 圖3COM4昆筒的集聚時(shí)出現(xiàn)的問題 從圖3左中可以看出，COM%主要是在前羅拉表面進(jìn)行集聚。為了提高集聚

6、效果，從前 上羅拉到輸出羅拉之間的距離L不能過小，因而目前裝置改進(jìn)的另一方向?yàn)樵龃罂招妮佂玻?以增加集聚長度和集聚時(shí)間，使氣流進(jìn)行更有效地對(duì)纖維凝聚。設(shè)兩小孔之間的距離為s， 纖維的長度為Lf,則當(dāng)Lf = ns時(shí)，纖維的頭端和尾端伸進(jìn)小孔的幾率大大增加，導(dǎo)致纖維 在輥筒表面騎跨，或者未能捻進(jìn)紗體， 易于形成浮游毛羽和容易造成糊網(wǎng)。所以該裝置更適 于長纖維紡紗。 在CITME2002北京紡機(jī)展覽會(huì)上，Rieter公司展出了新設(shè)計(jì)的集聚輸出羅拉-鼓狀膠 輥（如圖4所示）。安裝在纖維束經(jīng)集聚后輸出位置的鼓狀膠輥，對(duì)輸出的集聚纖維束有搓 捻作用，加強(qiáng)了纖維間的聯(lián)系，以減少或消除糊網(wǎng)現(xiàn)象。 圖5未加裝

7、與加裝氣流導(dǎo)向裝置的集聚作用原理圖 COM4集聚紡集聚作用也由加裝在輥筒上新設(shè)計(jì)出的氣流導(dǎo)向裝置得以改善，如圖5所 示。左圖顯示出未安裝氣流導(dǎo)向裝置條件時(shí)，外界氣流從輥筒上的各個(gè)方向吸入輥筒，集聚 效果不明顯；而右圖中當(dāng)安裝氣流導(dǎo)向裝置后，外界氣流只能從兩側(cè)吸入，因此明顯提高了 集聚效果，很大程度上減少了毛羽。氣流導(dǎo)向裝置的設(shè)計(jì)是目前COM?集聚紡技術(shù)紗線質(zhì)量 提高的關(guān)鍵因素。 最近Rieter公司對(duì)帶孔輥筒進(jìn)行了改進(jìn)，設(shè)計(jì)出了網(wǎng)眼狀輥筒和可隨意拆卸的吸風(fēng)插 件K44,便于進(jìn)行清潔工作（如圖 6所示）。但是纖維塞網(wǎng)的問題仍未解決，仍然存在著騎 跨纖維的現(xiàn)象。由于輥筒橫截面上纖維數(shù)量很少，且無捻

8、度，因此從牽伸區(qū)出來的纖維間的 聯(lián)系強(qiáng)度不高，這樣就必須要求集聚裝置能確保纖維束完整地通過壓縮區(qū)。在COM4環(huán)錠細(xì) 紗機(jī)上帶孔輥筒表面的設(shè)計(jì)需要很光滑，與纖維束間的摩擦系數(shù)低，能使纖維獲得必要的壓 縮并順利通過壓縮區(qū)，所以這個(gè)帶孔的金屬輥筒材質(zhì)要求很高，表面需經(jīng)過細(xì)微的拋光處理， 而且要耐磨性優(yōu)良，這樣相應(yīng)增加了制造成本5。 COM4第三代集聚裝置網(wǎng)眼輥筒和可拆卸的吸風(fēng)插件K44 到目前為止，Rieter的COM4集聚紡設(shè)備仍在不斷的改進(jìn)，說明該技術(shù)仍未能向環(huán)錠紡 這樣成熟的系統(tǒng)一樣進(jìn)行紡紗，并且由于其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，無形中也增加了設(shè)備總成本。 22德國Suessen公司的EliTe ?紡紗系統(tǒng) 德

9、國Suessen公司的EliTe ?集聚紡與Rieter公司的C0M?4集聚紡相類似，也是在普通 環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉鉗口線外加裝了一套消除紡紗三角區(qū)，同時(shí)使纖維平行伸直的氣動(dòng)集束裝 置，對(duì)引出纖維束的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效的控制。所不同的該氣動(dòng)集束裝置可以進(jìn)行隨意的安裝和 拆卸，便于對(duì)傳統(tǒng)環(huán)錠紡設(shè)備進(jìn)行改造。 如圖7所示，EliTe ?集聚紡氣動(dòng)集束裝置是由異形負(fù)壓吸管、網(wǎng)格多孔膠圈和引出上羅 拉組成。異形負(fù)壓吸管內(nèi)部處于負(fù)壓狀態(tài)，吸管上部紡紗段位置上開有一個(gè)斜槽，其長度與 纖維束和網(wǎng)格多孔膠圈的接觸長度要相對(duì)應(yīng)，斜槽位置相對(duì)纖維束運(yùn)動(dòng)方向有一定的傾斜角 度，它使纖維束在運(yùn)動(dòng)中受負(fù)壓氣流引力作用產(chǎn)生橫向滑

10、動(dòng)力，纖維束整個(gè)進(jìn)入由負(fù)壓產(chǎn)生 的網(wǎng)格多孔膠圈凹槽內(nèi)；引出上羅拉的直徑比前羅拉直徑稍大，使纖維束在凝聚過程中產(chǎn)生 縱向張力作用，使彎曲的纖維拉伸，提高纖維伸直平行度，確保纖維在斜槽部位內(nèi)受到負(fù)壓 作用而產(chǎn)生凝聚效應(yīng)，使纖維束被很好地伸直和平行地凝聚而到達(dá)輸出鉗口，紡紗三角區(qū)基 本消失，結(jié)果使成紗毛羽減少。 圖/ Ellie 集聚紡紗裝置圖 EliTe ?紡紗系統(tǒng)中，牽伸裝置的尺寸和工藝部件基本保持不變。異形負(fù)壓吸管安裝在羅 拉座之間，可以用手工裝卸。對(duì)于不同原料和不同粗細(xì)的紗號(hào)需采用不同斜槽寬度和斜度的 吸管，以達(dá)到理想的運(yùn)行條件。 圖8曰Te ?集聚紡的網(wǎng)格多孔膠圈和相對(duì)應(yīng)斜槽 如圖8所示，

11、引出上羅拉為橡膠包覆的膠輥， 對(duì)多孔膠圈施壓，與異形吸管形成握持區(qū)。 為了確保引出上羅拉與膠圈能準(zhǔn)確地以同樣速度回轉(zhuǎn)，要求引出上羅拉與多孔膠圈的摩擦系 數(shù)比多孔膠圈與異形吸管的摩擦系數(shù)約高出九倍，而且要求異形吸管有極耐磨的涂層。這種 目前多孔膠 能夠抗伸長變形、抗化學(xué)腐蝕和耐磨性好的材料的設(shè)計(jì)增加了實(shí)際的制造難度。 裝置的穩(wěn)定性下降， 容易造成打 這主要是由于薄薄的尼龍網(wǎng)圈抗變 圈由聚脂纖維長絲紗織造而成，其摩擦系數(shù)仍未達(dá)到要求, 滑，引起條干不勻，嚴(yán)重時(shí)容易斷頭，產(chǎn)生大量的飛花， 形能力不足和摩擦系數(shù)不夠大。 2.3 德國Zinser公司的 Air-Com-Tex700 ?紡紗系統(tǒng) 氣管 鉆

12、 圈 拉 T 集聚羅拉 支撐軌 皮圈清 圖9Air-Com-Tex700 ?集聚紡紗裝置圖 德國紡織機(jī)械制造廠商 Zinser公司與ITV - Denkendorf合作開發(fā)了一種新 Air-Com-Tex700 ?,能使細(xì)紗質(zhì)量得到顯著的提高。 集聚紡相似，在前羅拉鉗口處加裝了一套皮圈和第四對(duì)羅拉的集聚系統(tǒng)， 型集聚紡紗設(shè)備 Air-Com- Tex 700 ?與 COM4 ?和 EliTe ? 如圖9所示。其紡 紗原理為：從牽伸羅拉輸出的經(jīng)牽伸的須條進(jìn)入由通氣管道、鉆孔皮圈和支撐軌組成的集聚 區(qū)。在集聚區(qū)內(nèi)，纖維須條被集聚成寬度幾乎接近于成紗直徑的緊密須條， 對(duì)附加的集聚羅拉握持，然后加捻卷

13、繞成結(jié)構(gòu)緊密的集聚紡紗線（如圖10所示）。 該緊密須條由一 圖10Air-Com-Tex700 ?集聚紡紗的集聚系統(tǒng)和集聚作用示意圖 Air-Com-Tex700 -集聚系統(tǒng)有一個(gè)鉆孔皮圈，它被導(dǎo)引著圍繞輸出上羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)，在它的下 面是輸出下羅拉和支撐軌。纖維束經(jīng)過傳統(tǒng)環(huán)錠紡充分牽伸后緊貼著一個(gè)帶孔的表面通行， 吸力則通過這些孔眼而施加在纖維束上，促使纖維向孔眼的中心移動(dòng)，而且由于皮圈的柔性 作用，通過負(fù)壓氣流使之形成一個(gè)內(nèi)凹槽（圖11所示），能有效地對(duì)纖維束進(jìn)行集聚，形成 一種結(jié)構(gòu)緊密的纖維束。 該系統(tǒng)的特點(diǎn)是輸出上羅拉的直徑可比前上羅拉稍大，使得纖維在集聚過程產(chǎn)生縱向張 力，集聚過程纖維束可

14、產(chǎn)生輕微張緊，有利纖維伸直、平行，由此支持在開槽面積內(nèi)纖維束 上的負(fù)壓作用而產(chǎn)生集聚效果；而其缺點(diǎn)：集聚終點(diǎn)距輸出鉗口線仍有一小段距離且由鉗口 握持，使密實(shí)的纖維集合體又變成扁平態(tài)，在加捻時(shí)又形成小的加捻三角形。 負(fù)壓氣臧負(fù)壓氣流 圖11Air-Com-Tex700 ?集聚裝置柔性皮圈的集聚作用 集聚用的打孔皮圈結(jié)構(gòu)與常用牽伸皮圈相似，皮圈打孔位置采用了幾何設(shè)計(jì)排列，其真空吸氣 氣壓由一變頻器來調(diào)節(jié)，按流體力學(xué)規(guī)律精確設(shè)計(jì)，控制各點(diǎn)氣流，以防止短纖維塵雜積聚而堵塞氣孔。 皮圈在轉(zhuǎn)向處有自行清潔作用，能長期運(yùn)轉(zhuǎn)而毋需人工維護(hù)。集聚區(qū)皮圈開孔的幾何布置使在集聚區(qū)內(nèi)， 并非整個(gè)長度的纖維束都被固定在

15、皮圈上，2mm以內(nèi)的基本毛羽 就被保留下來，這樣可以保證紡 織品的覆蓋能力8。 3. 幾種集聚紡技術(shù)的對(duì)比分析 通過對(duì)三種代表性的集聚紡紗機(jī)構(gòu)的分析可以得出：集聚紡紗技術(shù)的基本原理就是在出 前羅拉鉗口處都加裝了一個(gè)集聚系統(tǒng)，通過氣動(dòng)抽吸凝聚裝置對(duì)未加捻的纖維束進(jìn)行一定的 集聚過程，使纖維束寬度逐漸變窄，從而減小或消除加捻三角區(qū)9。但是目前這些設(shè)備的結(jié) 構(gòu)都相對(duì)復(fù)雜，生產(chǎn)及改造的成本較高；而且其存在的根本性問題諸如塞網(wǎng)、打滑問題，目 前仍需加以解決。 圖12 Rieter和Suessen系統(tǒng)的集聚原理圖 在Rieter和Suessen系統(tǒng)中，纖維主要是在多孔輥筒或透氣的網(wǎng)格膠圈上的，槽口方 向與

16、纖維運(yùn)動(dòng)方向有一定角度的斜向吸風(fēng)槽上集聚10，11。纖維離開牽伸系統(tǒng)后，在多孔輥 筒或網(wǎng)格膠圈的引導(dǎo)下通過吸風(fēng)槽的開口，在氣流作用下，纖維沿一側(cè)運(yùn)動(dòng)，最后凝聚在一 起。其凝聚程度與斜槽口寬度和纖維進(jìn)入點(diǎn)的位置無關(guān)，可以在同一集聚單元上生產(chǎn)從粗支 12所示。 卜第伸*拉 圖13 Zinser系統(tǒng)的集聚原理圖 到細(xì)支的紗線。粗紗導(dǎo)紗系統(tǒng)往復(fù)動(dòng)程范圍可以很大而不會(huì)減弱集聚效果，如圖 在Zinser紡紗裝置上，打孔皮圈在受負(fù)壓作用的固定中空體上轉(zhuǎn)動(dòng)，中空體在皮圈運(yùn) 動(dòng)方向上刻有直槽，如圖13所示12。凝聚的程度主要取決于皮圈上孔的尺寸和中空體直槽 的寬度。因此，對(duì)于不同支數(shù)的紗線，有必要配備不同開口尺

17、寸的皮圈和中空體，才能對(duì)各 種支數(shù)的紗線都有良好的集聚效果。對(duì)于粗紗導(dǎo)紗裝置只能取較小的往復(fù)動(dòng)程，否則纖維就 會(huì)偏離吸風(fēng)區(qū)域，導(dǎo)致紗線毛羽的增加，這也是其不利因素。 4. 結(jié)論 雖然目前的集聚型紡紗裝置的機(jī)構(gòu)各不相同，但其原理基本相同。在ComforSpin紡紗 設(shè)備和EliTe紡紗設(shè)備中，是由多孔滾筒或網(wǎng)格膠圈表面由于負(fù)壓造成的凝聚區(qū)對(duì)纖維進(jìn)行 凝聚，從而減小加捻三角區(qū)；Air-Com-Tex700紡紗設(shè)備則采用膠圈在受負(fù)壓作用的凹形皮圈 上，形成凝聚區(qū)使纖維凝聚。以這些集聚原理為基礎(chǔ)，人們一定能開發(fā)出性能更優(yōu)異、結(jié)構(gòu) 更簡單、使用和操作更方便的集聚紡紗機(jī)構(gòu)。 參考文獻(xiàn)： 1 Dr. Ern

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