涡流纺纱技术的发展及应用

涡流纺纱技术的发展及应用谢宏;史丽梅;周骏;李映【摘要】Inthispaper,thedevelopmentofvortexspinningwasdescribedbriefly.Theyarnformingprincipleofvortexspinning,theyarnstructure,characteristicsandthefabricpurposewereintroduced.Thekeypointofvortexspinningwasdiscussed.Andsomeproblemintheproductionpracticeswasoutlined.% 介绍涡流纺的发展概况，以及涡流纺纱的原理、纱线结构和性能、织物用途，并探讨了涡流纺纱技术特点，指出了涡流纺生产过程中存在的问题。【期刊名称】《合成技术及应用》【年(卷)，期】2013(000)002【总页数】5页(P30-34)【关键词】涡流纺;纺纱;应用【作者】谢宏;史丽梅;周骏;李映【作者单位】中国石化仪征化纤股份有限公司研究院，江苏仪征211900;中国石化仪征化纤股份有限公司研究院，江苏仪征211900;中国石化仪征化纤股份有限公司研究院，江苏仪征211900;中国石化仪征化纤股份有限公司研究院，江苏仪征211900【正文语种】中文【中图分类】TS104在当前纺纱领域中主要有环锭纺、转杯纺、喷气纺、涡流纺和摩擦纺，其中涡流纺是目前较受关注的一种纺纱技术。涡流纺纱具有手感干燥、爽硬，毛羽少等优良性能，具有特殊的织物风格，因此近年来涡流纺获得了较快的发展。1涡流纺的发展概况到目前为止，环锭纺已经有150年历史，喷气纺有60年的历史，气流纺有50年的历史，涡流纺工业化只有15年的历史。涡流纺是在喷气纺的基础上发展起来的。喷气纺纱属于包缠纺纱结构，它只在纺涤/棉混纺和纯化纤时，其产品才能走向竞争市场，不能纺纯棉纱（喷气纺在纺纯棉时，成纱强力过低，纺纱困难，纱线没有实用价值）。为此，设备生产商开发了涡流纺纱机。最早是在1957年由德国的Gatzfreid设计发明，由于设备结构不够完善、成纱强力低、条干差等原因而没有推广。上世纪70年代中期，波兰、日本着手研究改进涡流纺纱机。1986年，波兰曾先后生产出供生产包芯纱用的PF-2和PF-2RA涡流纺纱机，后来由于波兰政局变化、经济不景气而没有发展［1］。1997年日本村田公司研究成功No.851涡流纺纱机，通过不断改进，到2003年以村田No.861型纺纱机为标志，形成了涡流纺纱机的工业化推广应用，到目前为止，村田全世界共销售1500台，2009年登陆大陆，2013年3月在中国已经有600台，其中浙江萧山和江苏吴江约有400台。瑞士立达涡流纺纱机于2008年研究成功，2012年在中国四川、江苏形成销售。2011年我国江阴华方科技公司生产了HFW8型涡流纺纱机，填补了国内空白。据业内人士介绍，未来2~3年，涡流纺可发展到2000台左右。涡流纺的工业化发展历程见表1所示。表1涡流纺工业化的发展历程年份村田立达江阴华方1997No.851型2001No.810型2003No.861型2008J202011HFW82012No.8702涡流纺纱简介如图1所示，纤维经过牵伸后，由前罗拉输出的须条进入喷嘴，纤维头端以较高速度进入涡流管（锭子），而尾端则倒伏在涡流管外壁的锥面上，在高速回转的气流作用下纱条逐步被加捻成纱，然后由涡流管输出，卷绕成筒纱。涡流纺纱是利用固定不动的涡流管，靠气流完成分解、凝聚、剥取、加捻等作用，避免了转杯纺中转杯引起的转动惯性问题和轴承负荷问题，还有环锭纺纱的纺纱张力问题［2-4］。3涡流纺纱的结构特征a） 涡流纺的成纱结构与环锭纺相似（图2为不同纱线的表面特征），属于真捻结构，但还存在30%纱芯，约70%的纤维在纱中呈螺旋排列；b） 涡流纺纱成纱结构外紧内松，纱线结构更稳定（涡流纱中的包缠纤维在摩擦过程中制约了纤维的运动，使纱不容易解体）;涡流纺纱由于外部包缠纤维的原因也使纱体直径要比环锭纱略粗些［5-8］。图1涡流纺纱加捻的特点图2不同纱线的表面特征4涡流纺纱优点a） 高速高产。涡流纺是纺纱速度最快的设备，可以达到450m/min，速度可达环锭纺的20倍以上。b） 流程短、用工少。涡流纺纱机通过实现粗纱、细纱、络筒工序的一体化，最大限度地控制了人员的配置、电力消耗、维修用工等生产运行成本。环锭纺用工100~150人/万锭，而涡流纺只需25人/万锭。随着用工的紧张，工人工资也逐步增加，若工人工资增加1000元/人，则环锭纺纱线的成本需增加700元/t（含空调成本），而涡流纺纱线的成本只增加100元/t。c） 价格优势。以18.5tex纯粘纱为例，涡流纺纱比全自动气流纺纱的价格贵2000元。d）涡流纱的成纱质量。涡流纺纱强力比环锭纺低15%~20%。涡流纺纱由于存在部分无捻的芯纤维，夕卜层有捻纤维内外转移次数少于环锭纺纱，纱线结构疏松，纱线之间相对滑移较多，因而成纱强力低于环锭纺;由于涡流纺牵伸倍数一般在200左右，条干均匀度较环锭纱要差一些;毛羽水平和紧密纺相仿，3mm以上毛羽几乎为零。图3、图4分别为涡流纺纱和紧密纺纱电镜照片。其中图3为1.33dtexx38mm涤纶纤维纺制的涡流纺纱18.5tex，图4为0.89dtexx38mm涤纶纤维纺制的环锭紧密纺纱13.1tex。由图3和图4可以看出，两者毛羽水平相当;涡流纺纱粗细节好于环锭纺，布面平整、光洁，手感比环锭纺硬但优于其它新型纺纱;耐洗涤和耐摩性好于紧密纺。纯涤纶19.7tex涡流纺纱和环锭纺成纱质量对比如表2所示。图3涡流纺纱(18.5tex)图4环锭紧密纺纱(13.1tex)5涡流纺纱技术关键5.1选择合适的原料目前，涡流纺企业使用原料主要有:粘胶纤维及其他纤维素纤维纯纺，涤纶及其改性纤维和纤维素纤维或棉纤维混纺。纯棉品种在涡流纺中有局限性。用于涡流纺的涤纶纤维有其特殊的要求:纤维质量稳定，抱合性好，纤维能起到足够的包缠效果，白粉少，适合涡流纺的加捻特点。2010年仪征化纤为了满足市场需求，根据涡流纺的成纱要求在国内首家推出了涡流纺涤纶纤维专用料，获得用户认可。5.2好的生产环境涡流纺生产对车间环境有较高要求。为了保证纤维在涡流纺工序顺利牵伸，避免出现静电缠辊现象，保证纤维顺利地分解、凝聚、剥取、加捻，要求空气干净，温湿度稳定、上下波动小。纯涤纶纺纱的最佳环境温湿度为:温度26~28°C，湿度48%~52%(可适当放宽为:温度20~30°C，湿度45%~55%);纺粘胶及其它纤维素纤维最佳环境温湿度为:温度25~28C，湿度50%~55%。表2涡流纺和环锭纺成纱质量对比测试项目涡流纺(T19.7tex)环锭纺(T19.7tex)/cN579.2638.3单强变异系数CV,%7.38.5单纱断裂伸长率，%10.813.5单纱断裂强度/cN-dtex-12.943.24条干变异系数CV,%12.2011.80千米细节数(-40),%94147千米细节数(-50),%38千米粗节数(+35),%119161千米粗节数(+50),%26千米棉结数(+140),%2534千米棉结数(+200),%49毛羽:1mm51.7318毛羽:2mm3.132毛羽:3mm0.37毛羽:4mm01毛羽:5mm01毛羽:6mm01毛羽:7mm00毛羽:8mm00毛羽:9mm00毛羽指数H/偏离度2.74/3.053.31/3.35纺速/m•min-1单纱断裂强力30020.55.3高质量的熟条涡流纺工艺对熟条质量要求较高。为确保棉条条干均匀，纤维平行、伸直，前纺速度可适当降低，定量适当偏轻掌握，采用三道并条，末并采用自调匀整工艺。如果喂入条子中纤维的弯钩和棉结多，则纱芯纤维定向度差，易产生强力弱环及细节，如短绒含量高还将导致涡流纺生产中纤维散失、纱线偏轻、强力下降、制成率降低。因此，涡流纺前纺工艺的重点在于提高纤维伸直平行度、减少纤维损伤和短绒的增加，提高熟条的条干均匀度［9-10］。5.4涡流纺纱工艺参数的优化涡流纺主要工艺参数有:各区牵伸倍数、隔距、纺纱速度、喷嘴压力、直径及喷孔角度、前罗拉与空心锭距离、导弓I针的长短等。根据原料的不同性能、纺纱品种来优选工艺参数是涡流纺生产出优质纱线的重要环节。一般可以通过正交试验来确定最优纺纱工艺。牵伸倍数的选择。牵伸倍数分配特别是主牵伸倍数的选择对涡流纺纺纱条干、纱疵、强力CV值有显著影响。喷嘴参数的选择。喷嘴压力、螺旋曲面角度和引导针在空心管位置对涡流纱强度有较大影响。尤其喷嘴压力是影响纱线性能的关键因素，这是因为涡流纺纱是利用涡流对纤维加捻，喷嘴压力适当范围内增大，纱线的包缠紧密，无包缠纤维减少，因而纱线强力提高;但喷嘴压力太大，纱线呈无规则包缠反而使纱线强力及强力CV值恶化;喷嘴压力过小，纤维包缠不紧，易出现弱捻纱、耐磨度差、后道断头多和染色后在布面易出现横条的现象。因此喷嘴压力要适当，并应根据所纺纤维品种及生产支数来优选。c） 纺纱速度的选择。纺纱速度高低也极大影响纱线性能。纺纱速度过高，纱线包缠纤维量减少，且大多数包缠纤维呈现无规则包缠状态，使成纱条干恶化，成纱强力与抗起球性能下降。纺纱速度降低，纤维在涡流场的时间延长，纤维转移更加充分，包缠更加紧密，使纱线有更高的强力与更大的伸长。因此应该根据所用纤维性能与生产品种确定纺纱速度，片面追求速度是不可取的。d） 选用合适的胶辊、胶圈。牵伸系统中，前胶辊与上下胶圈是影响成纱质量的主要原因，占常见质量问题70%左右。由于涡流纺是高速纺纱，胶辊、胶圈容易磨损，起凹槽，引起老化，纤维易缠绕带花，导致条干、纱疵等质量指标恶化，生产效率下降，所以保证胶辊、胶圈的质量状态尤为重要。根据所纺品种确定胶辊硬度、胶圈使用周期。对易绕花、缠花、损伤胶辊的涤纶系列品种及棉和粘胶品种分别制定不同的磨砺保养周期，使条干、纱疵水平控制在合理的范围内。纺涤纶及其混纺品种时，正常使用邵尔A78度胶辊;纺粘胶纤维及棉纤维时使用邵尔A75度胶辊，可纺性能好，缠辊少，成纱条干均匀，皮辊的耐磨性好。例如:为纺制T/R65/3518.5tex涡流针织纱，对熟条定量、牵伸倍数、罗拉隔距、喷嘴压力、纺纱速度作了正交试验，最终确定纺纱工艺如表3，使用优化工艺后，纺纱质量如表4,开台效率在98%以上，成纱条干均匀，毛羽少，纱疵低，无弱捻纱，针织汗布布面光洁、染色均匀，获得后道用户的认可。5.5选择适当的织造张力和速度由于涡流纺纱强度低于同样支数的环锭纺纱(-15%-20%)，因此要求织造张力和速度作适当的调整，否则断头会增多。表3涡流纺工序纺纱工艺项目工艺参数熟条定量/g-m-118.5/5成纱支数/tex18.5主牵伸倍32后区牵伸倍数3罗拉中心距/mm44.5x41x43喷嘴压力/MPa0.55纺纱速度/m-min-1380喷嘴~前罗拉隔距/mm20卷取比0.985喂入比0.98纺锭清洁周期/h4表4涡流纺成纱质量项目涡流纺(T/R18.5tex)平均断裂强力/cN479断裂强度/cN-dtex-12.59强度不匀率CV%8.3断裂伸长，%10.7条干变异系数CV,%12.23千米细节数(-40),%89千米细节数(-50),%3千米粗节数(+35),%101千米粗节数(+50),%4千米棉结数(+140),%12千米棉结数(+200),%1毛羽H/偏离度2.85/1.876涡流纺纱的品种及用途涡流纺纱线具有特殊的结构和手感，毛羽少，抗起球性和耐磨性、透气性、耐洗涤性好，织物不易变形。产品应用领域基本和环锭纱相同，经济支数一般在29.5~14.8tex之间。6.1纱线品种从目前我国涡流纺企业加工的产品来看，主要有以下几个纱线品种：纤维素纤维及其混纺纱，如粘胶、天丝(Tencel)、莫代尔(Modal)、竹浆纤维等纯纺或混纺纱；—定比例羊绒和多种纤维混纺纱；以涤纶或其他化纤长丝为芯，夕卜包棉纤维或纤维素纤维加工的涡流纺包芯纱。6.2织物用途涡流纺纱线主要用于针织和机织面料。6.2.1涡流纺纱在机织面料上的应用a） 仿麻产品。涡流纺纱线可以代替部分强捻纱织物，用于西装、休闲服装，织物外观丰满，手感硬挺。b） 床上用品、工装。织物耐磨布面匀整性好。6.2.2涡流纺纱在针织面料上的应用a） 用于春夏季T恤类面料；b） 运动服装；。毛巾类产品；d） 起绒类织物；e） 高档羊绒毛衫。7存在的问题a） 白粉问题涡流纺纺纯涤纱时，由于耐磨性不如粘胶纤维，在纺锭上容易形成白粉集聚，清洁周期短，影响纺纱效率和成纱品质。b） 弱捻纱问题如果纺锭上白粉没有及时清理或喷嘴压力不稳定，容易导致弱捻纱的产生，影响纺纱效率、织造效率、织物面料横档（色差），造成一定的经济损失。c） 稳定性问题对产品的稳定性要求高，如果产品的稳定性不好，则适纺性和成纱品质均会出现波动。d） 局限性问题有一定的局限性，对强度、模量要求高，条干水平要求高的高支纱及要求手感柔软的面料，只能选用环锭纺纱。e） 特殊性问题对纺织生产有一些特殊的要求，如对温湿度控制要求严格，对熟条的品质要求高，对织造工艺需要进行适当的调整。纯棉纺纱的局限性问题主要有3点:其一风格的差异，由于涡流纱手感偏硬，比较有身骨，而纯棉织物追求的是比较柔软、舒适的手感。两者风格不一致;其二制成率偏低，由于涡流纺对纤维整齐度要求较高，而棉纤维存在一定比例的短绒，在涡流纺成纱过程中，部分短绒会由于喷嘴气流的作用成为落棉，制成率偏低，一般纯棉普梳纱、精梳纱在涡流纺工序的制成率约93%、96%，纯涤纶纱制成率大于99%以上;其三价格问题，由于涡流纺纯棉纱价格较高，仅用于特殊的面料［11］。8结语由于涡流纺速度快、产量高、用工少以及特殊的成纱结构和手感，特别适合对耐磨性、抗起毛起球、耐洗涤