（纺织工程专业论文）喷气纺纱与棉纺厂设备改造的分析研究.pdf

摘要 摘要 目前我国棉纺纱锭总量超过6 0 0 0 万锭，其中7 0 为8 0 年代以前的设备，3 0 为9 0 年代设备，机械设备普遍老化，在现有主要设备中，超期服役的占到一半 以上，其中棉纺能力的3 0 ，毛纺能力的1 5 ，印染能力的3 0 都属于淘汰设 备。大多数棉纺织企业都有几十年甚至上百年的历史，他们在用占企业1 3 1 2 的陈旧、落后的纱锭支撑着国家的经济命脉，所以设备改造任重道远。 在各种设备改造方案中，笔者认为喷气纺纱有一定的竞争力，向时新型再生、 环保纺纱材料的开发和人们环保意识的增强以及对高档产品需求的增加，为喷气 纺纱的改造提供了良好的机会。本文简要介绍了目前喷气纺纱技术的发展状况、 纱线结构、产品特点和国内外应用情况。喷气纺纱作为一种新型纺纱技术，经过 2 0 余年的发展，已取褥了长足的进步，技术已经相对成熟，具有产量高、流程 短、自动化程度高和纺纱支数高等优点，己被广泛认可。相信喷气纺纱将在我国 逐步发展，并且占有一定的比例。 关键词：新型纺纱喷气纺纱设备 英文摘要 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h e r ea r em o r et h a n6 0m i l l i o ns p i n n i n gs p i n d l e si nc h i n a ，a m o n g t h e m ，7 0 b em a d eb e f o r e1 9 9 0 ，a n d3 0 b em a d ea f t e r1 9 9 0 ，m o s tm e c h a n i c a l e q u i p m e n t sa r em o r eo l d e r , a tt h ep r e s e n te q u i p m e n t s ，m o r eo v e r5 0 o ft h e mi s e x t e n d i n gt h e i ru s i n ga g e i nt h e m ，3 0 o fc o t t o ns p i n n i n ga b i l i t y , 1 5 o ff u r s p i n n i n ga b i l i t y , a n d3 0 o fd y e i n ga b i l i t y s h o u l d b e l o n g st ob es u p e r s e d e d e q u i p m e n t s l o t so fc o t t o nt e x t i l em i l l sh a v eah i s t o r ym o r et h a n1 0 0y e a r s b u tw h a t t h e ya r eu s i n ge q u i p m e n t sa l m o s t1 3 1 2a r eo l d e r a n dj u s tt h e s eo l d e re q u i p m e n t s a r es u p p o r t i n gc h i n at e x t i l ee c o n o m i c s oi ti sv e r yi m p o r t a n ta n dn e c e s s a r yf o ru st o r e n e wo u rt e x t i l e e q u i p m e n t s b u ti t i s s u r e l y a l s ow i t hs o m ed i f f i c u l t a f t e r c o m p a r i n gw i t hm a n ys c h e m e sf o rr e n e w i n ge q u i p m e n t s ，it h i n kt h a t a i rs p i n n i n gi s v e r yc o m p e t i t i v e ，s a m et i m e ，t h en e w t y p ea n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nm a t e r i a li s b e i n gu s e da n da c c e p t e db yl o t so fn o r m a lp e o p l e r e g a r d i n gt h eh i g hq u a l i t yy a m p r o d u c t s ，t h ea w a r e n e s s o fp e o p l ei sb e i n gr a i s e dm o r ea n dm o r e ，a l lt h e s eh a v et a k e n g o o dc h a n c ef o ra i rs p i n n i n g t h ee s s a ym a i n l yi n t r o d u c et h ed e v e l o p i n gc o n d i t i o n sf o rp r e s e n ta i rs p i n n i n g t e c h n o l o g y ，y a r nc o n s t r u c t i o n ，p r o d u c tc h a r a c t e r i s t i c sa n da i rs p i n n i n gb eu s e d c o n d i t i o n sw i t h i nd o m e s t i ca n da b r o a d t h o u g hd e v e l o p i n gm o r et h a n2 0y e a r s ，a sa k i n do fn e w t y p es p i n n i n gt e c h n o l o g y , a i rs p i n n i n g h a sb e e nm a d eab i g g e r i m p r o v e m e n t a i rs p i n n i n gt e c h n o l o g yh a v eb e e nr e l a t i v e l ym a t u r i t y , a i rs p i n n i n gi s w i t hah i g h e rp r o d u c t i v eo u t p u t ，s h o r t e rp r o d u c ep r o g r e s s ，h i g h e ra u t o m a t i o nl e v e l a n dh i g h e ry a r nc o n e ，e t c ，a l lo ft h e s ea d v a n t a g e sh a v eb e e ne x t e n s i v ec o n f i r m e d b e l i e v i n ga i rs p i n n i n gw i l lb eg r a d u a l l yd e v e l o p e di nc h i n a ，a n di t w i l lo c c u p y i n v a r i a b l yp r o p o r t i o n k e y w o r d s ：n e wt y p es p i n n i n g ，a i rs p i n n i n g ，e q u i p m e n t s ， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丢洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：墨 莒、王 签字日期j 。f 年，夕月7 f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丢生王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞控王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 签字日期：0 ，嫜l 月工1 日 导师躲j ) 点九豪 签字日期：二，年，之月2 多日 十已 芬 ，0、 ，_ 各d 学位论文的主要创新点 一、在总结了喷气纺纱的技术特点，成纱原理，纱线的结构特点及性 能并对喷气纺纱线与其它品种纱线在纱线性能上进行对比的基 础上，分析了喷气纺纱线的优越性，并提出了喷气纺纱线产品开 发的新思路。 二、通过对喷气纺纱的产量、成本、投资预测进行分析并与传统环锭 纺纱相比较，得出喷气纺纱具有占地面积小、节能和短工序的特 点，有较高的经济效益。 三、运用分析估算的方法对纺织厂进行喷气纺纱技术改造的规模、产 品方案、投资设备、投资金额进行预算，得出喷气纺纱技术改造 具有经济上的可行性。 第一章绪论 1 1 纺纱概述 第一章绪论 纺织工业是世界的领先产业之一。1 9 9 7 年世界范围内领先十大工业产业，纺 织工业名列第3 位( 以生产销售额计) 总生产销售额达到1 6 2 0 0 亿美元，领先于化 工( 1 3 2 0 0 ) ，汽车( 1 1 0 0 0 ) ，机械制造( 8 0 0 0 ) ，军t ( 8 0 0 0 ) 。世界纤维消耗总量已 超过6 5 0 0 万吨，化纤约占5 5 6 0 ，其中化纤消耗量中，长丝与短纤各占约5 0 。 人均纤维消耗量，发达国家美国1 9 9 2 年已达到3 3 5 公斤，2 0 0 3 年为5 2 5 公斤。 中国2 0 0 3 年人均纤维年消耗量为7 9 公斤，2 0 1 5 年才达到9 8 2 公斤。世界纺织品 消耗，发达国家美国2 0 0 3 全国纺织品年总销额已达到3 8 0 0 亿美元，其中服装一项 当年销售已达1 9 5 0 亿美元，2 0 0 0 年达到2 0 0 0 - - - 2 1 0 0 亿美元。纺织工业及纺织品 用途已不只是为人类遮体御寒，而是美化人类生活及在各个工业领域都占一席的综 合性工业。服装，装饰，工业三大领域中的应用大致各为1 3 ；中国2 0 0 3 年比例为 6 0 ：2 5 ：1 5 t “。 从以上数据可以看出： ( 1 ) 认为纺织工业前景暗淡，夕阳工业的论点是不正确的。 ( 2 ) 纺织工业虽经产业结构的调整，但设备总量( 纱锭数，布机台数) 不仅 没有下降，反而有所增加，纺织品的产量，质量和品种正在蓬蓬勃勃的发展，从未 停顿过。因此对我国纺织工业持悲观消极态度也是不正确的。 ( 3 ) 纺织工业目前正从劳力密集型工业状态逐步转变为技术知识密集型工业。 目前发达国家都正在调整纺织工业结构，朝这一方向迈进。在八十年代后期到 九十年代后期的1 0 年间，美国纺织工业的固定资产投资增加了2 7 亿美元，棉纺行 业普遍采用了气流纺、喷气纺等新型纺纱设备、环锭纺的规模则由6 0 0 多万锭减少 到4 0 0 多万锭。他们所采用的日本产新型喷气精纺机，其生产效率为普通环锭纺的 1 5 倍。万锭用工数是3 0 人，劳动生产率整整提高了十几倍。劳动生产率的提高， 使1 0 年问美国的纺织业就业人数养活了3 5 万人，1 9 9 7 年就业人数只有1 2 9 万人。 虽然就业人员的减少幅度达2 1 ，但总产量却增加了2 3 ，人均产量增加了5 2 。 这一变化大大减缓了美国纺织工业的衰退速度。制造业占美国g d p 的比重为2 0 ， 在制造业中纺织业排在汽车业后位居第二，这说明纺织业在美国国民经济中的地位 也不容小视h j 。 我国纺纱的情况： 第章鳍论 据统计，2 0 0 3 年棉纺生产能力中气流纺( 含喷气纺) 为1 0 0 万头，环锭细纱 机5 9 4 2 万锭。其中9 0 年代设备约2 8 9 0 万锭，8 0 年代设备约2 5 8 7 万锭，7 0 年代 设备仍有4 6 4 7 万锭，分别占总锭数的4 8 6 、4 3 5 、7 8 。 在传统棉纺织工业领域，国外的纺织工业技术己悄然发生改变，如气流纺、喷 气纺在美国迅速发展。中国棉纺人均劳动生产率为6 吨，与美国相差近1 0 倍。与 喷气纺纱相比，相差更大。与印度、巴基斯坦等国相比，中国棉纺织行业的整体状 况尚有差距，如印度现有的3 5 0 0 万棉纺锭，生产的棉纱已基本实现无接头纱，而 中国仅占2 0 左右。 我国棉纺织发展中存在的主要问题是【3 j ： ( 1 ) 技术装备水平和劳动生产水平仍较低。近几年棉纺织产业发展很快，但 由于棉纺织业基数大，改造升级需要大量资金投入，只能依靠企业缓慢积累和银行 贷款对生产线逐步改造，与发达国家相比仍有较大差距。如配套清梳联占3 7 以上， 但低于国外5 0 的占有率，2 0 0 3 年精梳纱比重仅2 2 7 。国外已达5 0 以上，自 动络筒机可配套5 0 细纱机，而国外高达9 0 1 0 0 ，无梭织机占有率只有2 4 ，国 外可达8 0 9 0 。与发达国家及周边国家比较，技术装备水平仍较低，致使劳动生 产率水平低，用人较多。我国棉纺万锭用工平均2 0 0 人以上，而国外万锭用工6 0 人，高水平可达3 0 人，生产成本高、竞争力弱、经济效益差。 ( 2 ) 产品单一、品种、质量不能符合市场需求我国棉纺产品主要以纯棉、t c 混纺及涤纶化纤短纤纯纺纱为主。2 0 0 3 年，特细纱生产2 5 2 万吨仅占2 5 ，精 梳纱1 4 5 万吨只占2 2 7 ：多种纤维不同配比混纺纱少、功能性、保健性纱少，品 种单一；织造方面各种纱线交并、交织各种组织变化和各类大小提花产品比重小， 纱布与发达国家比技术含量低，不能完全满足高档次市场需要，因此每年要进口一 定数量的纱线及机织物。以弥补产品自给不足，2 0 0 3 年仅进口纱线达7 1 5 万吨， 其中高档精梳纱达4 0 万吨，今年1 9 月进口棉纱5 4 万吨，增长8 7 。 ( 3 ) 未建立起面向国际市场的反应机制国际上广泛采用“哑铃型”的企业组织 形式，产品开发、设计与市场营销两头人员超过生产线人员，而我国还未建立起“小 批量、多品种、高品质、快交货”的快速反应机制，信息基础工作也薄弱。 国内外纺纱技术的发展方向及趋势： ( 1 ) 新材料，新工艺，新产品 纤维细旦化：短纤0 5 0 8 旦，长纤o 2 0 5 旦 多种功能纤维的出现，如：保健性纤维( 远红外，磁性纤维，抗紫外线，奇 异纤维，抗细菌纤维等) ；仿生性纤维( 蛋自质纤维，甲壳素纤维等) ；高功能纤维 ( 高强涤纶，k a v l a r ，碳纤维，t e n c e l 纤维，香型，高收缩等) ；异型纤维( 三角， 五角，扁平，矩形) ：智能性纤维( s m a n m a t e r i a l s ) 。所有这些纤维的出现，使纺 第一章绪论 织品的品种及应用领域大大扩大，档次逐步提高，在医疗卫生，保健保暖，交通运 输，建筑，海洋，农业，生物工程，航天等各个工业领域的应用发展迅速。 其他应用学科领域的科研成果渗透到纺纱工业领域，改变纺织工业目前现 状，改变产品结构，质量和品种。 ( 2 ) 加工短流程 世界化纤长丝与化纤短丝比例为美国约3 6 ：6 4 ，日本约5 3 ：4 7 ，世界平均约4 3 ：5 7 ， 因此化纤长丝纺纱已占纺织工业的相当地位。 ( 3 ) 生产自动化、连续化 纺织工业走向生产自动化、连续化，以减员增效，提高在国际市场的竞争力。 现代化纺织厂以生产中等纱支为例，1 个细纱挡车工可看管1 0 0 0 0 纱锭，1 个布机 挡车工可看管1 0 0 台以上布机。万锭用人从原料到细纱，只用人7 - 9 人( 包括生产 管理人员) 。在我国水平，引进先进水平下( 上海) 万锭用人5 0 1 0 0 ，一般纺织厂 万锭用人2 0 0 左右，差的地区万锭用人3 0 0 甚至5 0 0 。反映出中国纺织工业技术水 平和自动化程度与先进水平还有相当大差距，要参与国际竞争棉纺织技术改造任务 艰巨。 1 2 常用纺纱技术的成纱方式“r ” 1 2 1 环锭纺纱 环锭纺纱是将牵伸、加捻和卷绕同时进行的一种纺纱方法，粗纱在牵伸系统 中被牵伸至所要求纱支的须条，再经钢领、钢丝圈的加捻和卷绕形成一根纱线。由 于牵伸作用，主牵伸区中的须条宽度是所纺纱线直径的数倍，此时各根纤维抵达前 钳口线时呈自由状态。当这些纤维离开前钳口线后即被捻合在一起，这样就形成了 一个纺纱加捻三角区。此纺纱加捻三角区阻止了边缘纤维完全进入纱体，部分边缘 纤维脱离主体形成飞花，较多的边缘纤维则是一端被捻入纱体，而另一端形成毛羽。 这些纤维不但对纱线的均匀度、弹性等性能起消极作用，且对纱线的强力极其不利。 另外，在加捻时处于三角区外侧的纤维受到的张力最大，而在中心的纤维受到的张 力最小，故成纱时这些纤维的初始张力不等，从而影响成纱的强力。这些都是传统 环锭纺纺纱三角区造成的缺陷。 1 2 2 转杯纺纱 转杯纺又称气流纺，属于自由端纺纱方法。直接喂入纺纱器的棉条经分梳辊分 梳成了单纤维状，纤维靠分梳辊的离心力和纺杯内负压气流的作用脱离分梳辊表面 经输棉管道而进入纺杯，并在凝聚槽中形成一个完整的纤维环，纤维环随着纺杯高 第一章绪论 速旋转，在接头纱的作用下，随着捻度不断的传递和连续剥离纤维柬而成纱。 1 2 3 涡流纺纱 涡流纺纱是继m j s 之后，村田公司推出的新一代的喷气纺纱技术m v s ( m u r a t a v o r t e xs p i n n i n g ) 。涡流纺的成纱原理是棉条直接喂入牵伸装置，经牵伸后 的须条从前罗拉钳口输出，立即被纺纱器的直喷嘴中涡流所产生的负压吸入，形成 芯纤维，当纤维的末端脱离前罗拉时，因涡流作用而扩张，覆盖在空心锭子表面， 并沿着固定的空心内壁回转，随着纱条的向前运动，纤维末端缠绕于纱芯上使纱线 获得捻度而成纱。 1 2 4 紧密纺 紧密纺( c o m p a c ts p i n n i n g ) 亦称集聚纺。它主要是在环锭细纱机牵伸装置前 增加了一个纤维凝聚区，从牵伸装置前罗拉钳口线迁移出来的纤维束集聚在一条线 上，基本消除了前罗拉至加捻点之间的纺纱加捻三角区，很好地解决了传统环锭纺 纱存在的成纱强力、毛羽和飞花等关键问题，并给后续加工和产品质量带来一系列 益处。不同的机器制造商提供了多种用于凝聚这些纤维的专利，但其原理基本相同， 都是旨在通过集聚作用，使须条中的纤维特别是边缘纤维和浮游纤维得到有效的控 制，大大降低牵伸须条带的宽度，从而基本消除纺纱加捻三角区，生产出新型高质 量的紧密环锭纱。 1 2 5 喷气纺 喷气纺纱是一种包缠纺纱体系，它是利用旋转气流来推动须条形成高速旋转的 气圈运动，使之假捻包缠成纱的1 8 9 】。加捻器是由两个固定的喷嘴构成，取消了高 速回转机件，因此具有纺纱速度高，纺纱质量好，自动化水平高及工艺流程短等优点。 1 2 6 摩擦纺 摩擦纺纱为自由端真捻成纱，棉条经分梳辊分梳后，由于高速回转的分梳辊所 产生的离心力和尘笼内胆吸嘴的抽吸作用，使纤维经过输棉管向两个尘笼的楔形 区，即成纱区内运动，纤维在楔形区内凝聚成须条并贴附在尘笼表面。当两个尘笼 同向回转时，一个尘笼对须条产生向下的摩擦力，另一个尘笼对须条产生向上的摩 擦力，从而形成回转力矩，促使纱尾的自由端回转，给纱条施加捻度。 4 第一章绪论 1 。3 喷气纺纱的发展及课题的提出1 美国杜邦公司于1 9 3 6 年研制出喷嘴包缠纺纱机，由于某些原因，未能进行工 业化生产，四十年后，日本村田【7 】公司在杜邦公司单喷嘴包缠纺技术的基础上研制 喷气纺纱，至1 9 8 0 年试制成功，1 9 8 1 年首先在美国西点公司批量生产了4 0 台， 经过近1 0 年的发展和不断改进，形成了m j s 系列的双喷嘴喷气纺纱机：m j s 8 0 1 、 m i s 8 0 2 及m f s 8 0 2 h 喷气纺纱机，m j s 8 0 2 h 型纺纱速度高达3 0 0 米分，m j s 8 0 2 型纺纱速度为2 0 0 米分，条干水平明显优于环锭纺纱，可与转杯纺纱相媲美。继 m j s 系列之后推出了第三代喷气纺纱机r j s 8 0 4 ( 又称罗拉喷气纺纱机) ，机构上做 了进一步的改进。它的牵伸区基本与m j 8 相同，而包缠加捻的成纱装置则由喷嘴和 球形罗拉组成。1 9 9 5 年又推出了新一代m v s 型涡流式喷气纺纱机，包括牵伸，涡 流加捻，空芯锭子，成纱，卷绕等部分，纺纱速度可达到4 0 0 m m i n ，此外，还研 制了m t s 8 8 1 喷气纺并纱联合机，集纺纱，并络筒为一体，形成多功能的双纱并合 喷气纺纱机弘川。 目前全世界已有3 0 0 0 台喷气纺纱机在运行，美国约占7 0 左右，其它分布在 东南亚、拉丁美洲及西欧诸国。我国八十年代初也有少量引进，大都是m j s 8 0 1 。 2 1 世纪初，我国引进了为数不少的m j s 8 0 2 喷气纺纱机。2 0 0 3 年底已增加至6 0 0 台左右。目前，已有不少厂家将引进喷气纺纱机作为下一步技术改造的内容。喷气 纺经过2 0 余年的发展，已取得了长足的进步和广泛的认可。据统计，截止到2 0 0 3 年底，全世界共有喷气纺纱设备约柏万头，分布在3 6 个国家和地区，其中北美约 占7 3 ，亚洲约占1 9 ，中南美洲、欧洲、澳大利亚、非洲约占8 。美国是拥 有喷气纺纱机最多的国家，总数约有2 8 万头，占全世界总量的7 0 。喷气纺被美 国作为纺织业优先发展的项目。有资料介绍，美国新安装的纺纱设备中，喷气纺为 3 8 ，转杯纺为3 5 ，环锭纺为2 7 。 国内喷气纺设备的引进和使用较早，但发展缓慢。1 9 8 5 年江苏丹阳棉纺厂首 次引进了1 0 台日本村田m j s - - 8 0 1 喷气纺设备，使用至今已生产1 万余吨喷气纱。 其后，在湖北嘉鱼、湖北蒲析、山东王莲、河南焦作、广东肇庆、天津西北等地累 计进口1 3 3 台。目前国内喷气纺纱设备已经达到1 4 0 0 0 锭。 国内喷气纺技术发展缓慢的主要原因有两点：一是引进喷气纺设备，价格高， 项目投资大。以1 万锭环锭纺设备作类比，采用喷气纺设备，投资高出环锭2 3 倍。在目前国内劳动力成本相对较低的情况下，企业积极性不高，缺少内在的推动 力。加上前几年纺织业一直处于非常艰难的状况，企业无力考虑大的投资。二是国 内喷气纱应用的面窄，喷气纺的优势没有充分发挥应用，国内喷气纺主要用于针织， 机织使用较少。没有能开发出具有特色的喷气纱( 如仿麻纱、花色纱、包芯纱) 及 5 第一章绪论 其后道产品。喷气纱及其后道产品缺乏良好的开发和应用是国内喷气纺发展缓慢的 主要原因l l u “j 。 喷气纺是一种新型的纺纱技术，国内拥有量不多，其产品还不为纺纱、织造、 印染及服装企业所熟悉，也不为市场开发人员和产品设计人员所熟悉，效能还没有 充分发挥，但同时对纺织企业的升级、发展也是潜在的大好机遇。 本次课题旨在了解喷气纺纱成纱机理、纱线性能及产品应用的基础上，着重对 喷气纺纱的纺织企业改造问题上进行深入细致的分析研究，从投资和经济效益分析 入手，结合保定依棉集团的实际情况策划喷气纺改造的可能性，对喷气纺纱老厂改 造的技术改造方法、改造方案等具体问题的分析方法进行探索。对实现喷气纺纱改 造提供了一个有实践价值的方法。 1 4 本章要点 本章主要介绍了国内外纺纱概论和常用的纺纱技术，并简要介绍了国内外纺纱 技术的发展及趋势，探讨喷气纺纱作为一种新型纺纱方法是否具有良好的经济效益 和广阔的市场前景，并提出了本次课题的研究内容。 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 2 1 喷气纺纱机简介“。 第二章喷气纺纱技术 图2 - 1 为村田m j s n o 8 0 2 h 型喷气纺纱机的示意图，该机为下行式，采用四罗 拉双短胶圈超大牵伸装置双喷嘴加捻器。当棉条被牵伸成一定线密度后，进入有一 级和二级喷嘴串联组成的加捻器加捻成纱，然后由引纱罗拉引出卷绕成筒子纱。在 引纱罗拉和卷绕辊筒之问，设有清纱器，同时兼作断头和定长监测器。m j s n o 8 0 1 机型的牵伸部分隔距不可调节，因而只能纺制涤棉纱和棉型纯化纤纱。而 m j s n o 8 0 2 型将牵伸隔距改为可调，不仅可纺制涤棉纱，而且可纺纯棉以及5 1 m m 以下的纤维，加捻器的第二部分也作了改进，改成分节可调式，以适用与纺制不同 线密度纱的需要。 图2 - 1m j s n o 8 0 2 h 型喷气纺纱机的示意图 由于喷气纺纱采用超大牵伸装置，与环锭纺相比，可适当缩短流程，省略粗纱 和络简工序，前纺工艺流程与环锭纺相当。混纺时工厂一般采用三道混并后喂入喷 气纺。如采用双根粗纱喂入，则必须经过粗纱工序。若在牵伸罗拉处喂入染色纱或 染色粗纱，则可以简单生产花色纱。若将两种不同的短纤维条喂入牵伸装置的后罗 拉，则可生产出完全为短纤维的双重结构纱，即包芯纱。 7 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 2 2 喷气纺纱机理 喷气纺纱是继转杯纺纱、摩擦纺纱之后发展起来的一种新型纺纱方法，经过近 2 0 年的研究和开发，已逐步形成独特的包缠纺纱体系，喷气纱是利用高速旋转气流 给主体纤维施加假捻，靠须条本身的边缘纤维以捆扎方式包缠在主体的外层而形成 的纱，也称捆扎纱1 3 , 1 4 】。加捻器是由两个固定的喷嘴构成，取消了高速回转机件。 2 2 1 喷气纺的加捻过程m 1 喷气纺纱的加捻过程如图2 2 所示，由牵伸装置前罗拉输出的纱条，靠喷嘴气 流的吸引进入假捻喷嘴n 。和n 2 ，由于自前罗拉钳口至引纱罗拉间的须条是连续的， 并依靠喷嘴内的旋转气流对须条进行假捻而形成主体纱芯，边缘纤维则靠纱芯的退 捻力矩包缠在纱芯外层，最后形成具有定强力的喷气纱。 图2 - 2 喷气纺的加捻过程 2 2 2 喷气纺的成纱原理及工艺过程 ( 1 ) 喷嘴结构及气流规律“” 喷嘴是喷气纺的关键部件，喷嘴内的气流必须产生螺旋回转，才能对主体纤维 施以假捻，故要求从喷嘴孔限的切向喷气。喷嘴孔跟对喷嘴轴线的倾斜角称为喷射 角。级喷嘴的喷射孔直径和喷射角应t t - - 级喷嘴的大，使二级喷嘴内的气流回转 能量大于一级喷嘴，即二级喷嘴的气流转速较高。两个喷嘴的气流转向必须相反。 如图2 - 3 所示，设喷射角为a ，喷孔出口的气流速度为v ，v 可分解为峙和k ， 坼：v s i n a ，使纱条旋转而产生假捻，k ；v c o s a ，使引纱孔的吸口处产生负压， 一方面有利于旋转涡流场向前推进，另一方面便于引纱。 8 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 字孔嚏嘴 墼豳 图2 - 3 喷射孔处的气流分解 、 一瞳孔 ( 2 ) 包缠纤维的产生 喷气纺纱包缠纤维的产生机理如图2 4 ( 甲) 所示，由前罗拉输出的扁平带状 须条，受气流转速较高的二级喷嘴的作用使之产生捻回，当捻回向前罗拉钳口传递 时，出于须条左右两侧的边缘纤维，因其头端受罗拉、胶辊的摩擦及周围气流的影 响而不受捻回的控制，暂时呈自出状态，成为头端自由纤维，而其尾端则受到罗拉 钳口的控制。经一定时间后，当头端自由纤维的头端触及到主体纱条时，即被主体 纱条捻合起来，如图2 - 4 ( 乙) 所示。随着主体纱条的不断加捻和输出，其尾端由 于下一时刻的另一些头端自由纤维的通向捻合则逐渐被包缠到纱芯内，如图2 4 ( 丙) 所示，形成喷气纱的头端自由包缠纤维。喷气纱中的包缠纤维绝大多数是头 端产生包缠。因此，喷气纱中的包缠纤维绝大多数是头端产生包缠，尾端裹在纱芯 内，并且包缠具有方向性。 】1 1 “1 n ( 己) 图2 - 4 喷气纺纱包缠纤维的产生 9 祷 一 啦 岸 萄。 葺， 二 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 ( 3 ) 喷气纺纱的工艺过程 喷气纺纱的工艺过程【1 7 】是棉条直接喂入牵伸装置，经牵伸后的须条【1 8 】进入喷 嘴，两个方向相反的高速旋转气流对纱条进行假捻并包缠成纱，纱条引出后经电子 清纱器去除疵点后被卷绕在筒子上。喂入的棉条经过罗拉牵伸后( 四罗拉或五罗拉 牵伸) ，从前罗拉输出的须条达到设计的细度，然后使须条经过第一，第二喷嘴进 行加捻。喷嘴中的气流以大约3 0 万转分的速度进行回转，须条首先经第一喷嘴 的气流作用完成凝聚与伸直，然后被第二喷嘴分离出一部分表层纤维，并以一定的 捻角和压力包缠在另一部分中芯纤维的外表。如此连续进行，最后以2 5 0 3 0 0 米 分的线速度卷绕成筒子。所形成的包缠捻度属真捻。另外，第一喷嘴与第二喷嘴的 旋转气流方向是相反的，其目的是为了在罗拉钳口处造成一定的自由纤维量和纤维 前端包缠的必要条件：前罗拉钳口至第一喷嘴，须条捻向与气圈回转方向必须相反； 第二喷嘴的气流速度必须大于第一喷嘴的气流速度，这些都是成纱的必要条件。喷 气纺纱加捻的原理属于包缠纺纱的范畴，纱芯部分的纤维基本平行伸直，而外表则 形成纤维对纱芯的包缠，两个喷嘴的回转气流方向相反，使得成纱的包缠纤维数达 到3 0 左右，包缠纤维数量越多，未被包缠的纤维数量越少，纺出纱的强力越大。 实践证明，喷气纺加工粗支纱的强力明显低，而生产细支纱时，包缠纤维占的比例 要比生产粗支纱时多得多，因此成纱强力高【1 2 1 。纺纱速度越高，包缠纤维占的比例 越高，成纱强力越高。细旦纤维的喷气纱的纺纱中形成的包缠纤维数量多，因此成 纱强力也越高。 喷气纺纱在成纱过程中须条是连续的，没有断开的自由端，属于非自由端加捻 包缠纺纱。包缠成纱的关键在于头端自由纤维与芯纤维的初始捻回差，其成纱的过 程是先形成头端自由纤维，然后以一定的捻回差初始包缠芯纤维，最后随芯纤维不 断退捻而产生反向包缠并逐渐包紧的快速过程。 2 3 喷气纺纱技术的特点“吣 ( 1 ) 纺纱速度高。喷气纺采用空气加捻，无高速回转机件( 如环锭纺中的钢 丝圈) ，实现了高速纺纱，纺纱速度可达2 0 0 3 5 0 米分，每头产量相当于每锭环锭 纺的1 0 1 5 倍。 ( 2 ) 工艺流程短。喷气纺较环锭纺减少了粗纱、筒子2 道工序，节约厂房面 积5 0 左右。与环锭纱比较，万锭用工9 0 人，减少约6 0 ，机物料消耗比环锭纺 低约3 0 ，平时维修费用及维修工作量也减少。 ( 3 ) 产品质量好，有特色。喷气纱质量的综合评价较好，除了成纱强力比环 锭纺低5 2 0 以外，其它质量指标均优于环锭纱。喷气纱的物理特性如条干c v 值，粗细节和纱疵均优于环锭纱。3 m m 以上毛羽较环锭纱少，虽成纱强力较低【2 ， 1 0 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 但强力不匀率较环锭纱为低。适用于剑杆织机和喷气织机等新型织机的织造，可提 高织机生产效率2 以上。喷气纺的品质除了与环锭纱类似以外，还有其独特性， 喷气纱摩擦系数较大，纱线具有方向性，其摩擦性能也具有方向性。耐磨性能优于 环锭纱，但手感较硬。喷气纺附加一些装置，还可以开发一些特殊品种的纱线，如 花色纱、包芯纱、混合纱等。 ( 4 ) 品种适应广【2 l ”】。喷气纱既能做针织产品，又能做机织产品，品种适应 广。应用比较多的有：针织t 恤产品，布面匀整丰满，无歪斜、条影少，条干疵点 少，抗起球，凉爽透气，立体感强；床上用品，利用喷气纱条干好，硬挺的特点， 可以获得布面匀整，手感厚实，挺括透气性好的效果；休闲类产品，如：双面休闲 装、运动装等。根据喷气纱的特点，还可开发独特风格的产品。如利用喷气织物的 硬挺，粗糙等特点，将其加工成仿麻类织物，以及绉织物，仿毛产品等。 2 4 喷气纺纱的结构特性 喷气纺纱是以缠捻而成纱的，缠捻成纱的基本特征是由主体纤维和包缠纤维两 部分组成，主体纤维一般为平行的或稍有假捻的纤维束，包缠纤维为长丝或短纤维。 缠捻从本质上讲是真捻与假捻的结合，纱芯多为非自由端假捻，最终是无捻的，包 缠纤维则是以真捻的形式包缠在纱芯的周围，成为具有一定强力的包缠纱。缠捻的 获得方法有两种，一种是利用非自由端假捻纱芯与表面边缘纤维的初始捻回差，在 纱芯反向退捻时，边缘纤维便产生反向包缠，如图所示：另一种是将长丝或单纱围 绕非自由端纱芯连续回转直接缠绕在纱芯上而形成的缠捻，如图2 5 所示。 边缘纤维 一一j 一，二。一 五至蕴z 狃 、 书休纤维 包瓤纤维、 兰堡耋惑燕冀潍 萋陲矍萋眸 ( 乙) 无捻志纤维 图2 5 缠捻的形成 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 2 ，4 1 喷气纱线结构形态( 与其它纺纱比较) 不同纺纱方法的成纱机理不同【2 3 j ，纤维在纱线中的排列形态以及纱线的紧密度 亦不相同。图2 - 6 为不同纺纱方法的成纱电子显微照片，从中可以看出明显的差异。 图2 - 6 不同纺纱方法的成纱电子显微照片 ( 1 ) 传统环锭纺纱线结构 传统环锭纱中纤维基本上呈螺旋线排列，由于存在纺纱加捻三角区，纤维不能 全部被加捻到纱体中去，较多边缘纤维一端被捻入纱体，另一端露在纱条外面形成 毛羽，因而虽然环锭纱结构较为紧密，但纱条表面相对来说显得杂乱无序，光洁度 较差。 ( 2 ) 转杯纺纱线结构 转杯纱在加捻过程中是层捻，加捻区的纤维缺乏积极握持，呈松散状态，因而 纤维伸直度差，纤维内外转移程度低。纱的结构分纱芯和外包纤维两部分。纱芯结 构与环锭纱相似，比较紧密；外包纤维结构松散，无规则地缠绕在纱芯外面。因此 与传统环锭纱相比，转杯纱结构比较蓬松，外观较丰满。 f 3 ) 喷气纺纱线结构 喷气纱是一种双重结构的纱，一部分是几乎平行、无捻的芯纤维，另一部分是 包缠在芯纱外部的包缠纤维。喷气纱的结构较为蓬松，纤维间的间隙较大，包缠纤 维与芯纤维的比例约为1 ：9 ，包缠纤维将向心的应力施加于芯纤维条上，给予纱 体必要的聚合力以承受外部应力。 1 2 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 ( 4 ) 涡流纺纱线结构 涡流纱也是一种双重结构的纱，纱条的芯纤维是平行排列的、无捻度，依靠旋 转气流的作用使末端纤维包覆缠绕于芯纤维外部加捻成纱。但与喷气纱不同的是， 涡流纱的外层覆盖纤维比重大( 约6 0 ) ，以致内部未加捻的纤维几乎被完全覆盖， 表顽纤维排列则更近似于环锭纱。 ( 5 ) 紧密纺纱线结构 紧密纺纱线中的纤维排列最为整齐清晰，从一定意义上讲，可能是纱线中理想 化的纤维排列方式。由于气流的收缩和聚合作用，纤维的端头均捻入纱线内，成纱 结构最为紧密，纱线夕 观光洁、毛羽少，纱线加捻螺旋结构清晰可见，纤维几乎没 有内外转移。这是集聚纺纱最显著的特性。这种纱线结构的改善是通过纺纱加捻三 角区的消除而获得的。 2 4 。2 喷气纱条的特征与性能( 与其它纺纱比较) 不同的成纱加捻过程，产生不同的纱线结构，也产生不同的产品特性【2 4 1 。 n ) 强力1 2 5 ，2 6 ，2 7 】 纱线强力取决于纤维间的抱合力和摩擦力。如果纤维的形态及其排列状态不 良，即有弯曲、打圈、对折、缠绕等纤维存在。就相当于减短了纤维长度，削弱了 纤维的接触程度，因而易产生纤维间的滑移，降低纱线强力。 经试验得知，如以环锭纱强力为1 ，那么其它种类纱线的强力为：转杯纱 0 8 0 9 ，喷气纱0 6 o 7 ，涡流纱0 8 ，紧密纺纱强力最高为1 1 5 。图2 7 直观 地反映了不同纱线的强力对比情况。 图2 7 不同纱线的成纱强力对比 ( 2 ) 毛羽 纺织产品的手感和特性t 要由毛羽多少决定。从生产试验可清楚地看到：长度 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 小于2m m 的毛羽对生产过程和织物的外观质量影响不大，相反会使织物具有一种 天然的柔软手感。但是，长度超过3m m 以上的毛羽却是影响纱线质量的潜在因素。 相对于传统环锭纱，气流纱、涡流纱、紧密纱的1 2m m _ 的毛羽均有降低，而喷 气纱由于缠绕纤维数量低，无捻纱芯覆盖少，因而有较多的短毛羽，当然，具体在 纺纱过程中可以通过调整工艺参数来控制毛羽的数量。图3 为不同纺纱方法的成纱 毛羽数的比较。与传统环锭纱相比，非传统纺纱的有害毛羽数( 3r a m ) 显著降 低，其中紧密纱约减少8 0 ，喷气纱约减少8 5 ，涡流纺纱则减幅达9 0 以上， 因而新型纱线均具有良好的后加工特性。由于新型纱线结构使纱线表面更加稳定， 后加工的毛羽增加量显著低于传统纱线。特别是作为经纱，在浆纱时可节约浆料约 5 0 ，大大提高织机效率，降低织造成本。有资料介绍，在美国使用新型纱线每 1 0 0m 布织造成本可降低2 4 美元，飞花减少7 2 。图2 8 为不同纺纱方法的成纱 毛羽数对比图。 图2 8 不同纺纱方法的成纱毛羽数对比 ( 3 ) 耐磨性 纱线的耐磨性与纱线的结构密切相关。传统环锭纱由于纤维大多呈螺旋线形 态，当反复摩擦时，螺旋线纤维逐步变成轴向纤维，纱线易失捻解体而很快磨断， 因而耐磨性较差。非传统纺纱在耐磨性方面有着明显的优势，转杯纱、喷气纱和 涡流纱均由纱芯和外包纤维两部分组成，纱线表面包有不规则的缠绕纤维，纱线不 易解体，同时纱线表面摩擦系数大，在织物中纱与纱之间的抱合良好，不易产生相 对滑移，故耐磨性提高。相对于环锭纱，紧密纺纱的纤维排列整齐顺直，纱线结构 紧密，纤维不易脱散，因而纱线的耐磨性佳。 ( 4 ) 捻势州 捻势也是纱线的重要特性，并决定了织物的一些特性，如针织布的斜路。下图 为不同纺纱方法的成纱捻势对比。传统环锭纱和紧密纱为真捻纺纱，捻势大，易产 生针织物的斜路和卷边，有时需用并线束给予弥补。转杯纱、喷气纱、涡流纱的成 4 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 纱结构，决定了其捻势小。转杯纱是层捻，纱中纤维紊乱，因而捻势最低，喷气纱 中由于有高比例的平行纤维，z 捻和s 捻同时存在，捻回力小，同样具有良好的后 加工特性。图2 - 9 为不同成纱方法的捻势对比图。 图2 - 9 不同成纱方法的埝势对比图 ( 5 ) 抗起球 喷气纱和涡流纱针织物耐磨性好，抗起球等级高。这是因为它们中间为平直芯 纱，外层包覆缠绕纤维，纤维定向明显，纱摩擦系数大，织物内纱与纱之间摩擦性 好，不易产生相对滑移，耐磨性提高，此外，起球还与成纱毛羽情况关系密切。通 过测试起球试验可看出：涡流纱织物4 4 5 级，喷气纱4 级，传统环锭纱2 级， 转杯纱2 3 级，紧密纺纱3 4 级。 2 5 喷气纺纱产品的主要特点及产品开发 2 5 1 赜气纺纱适纺品种随删 ( 1 ) 由于喷气纱芯纤维无捻度捻向、条干均匀、粗节少，重量不匀率小，特别适 于针织产品。喷气纱针织物无歪斜，条影少，缩水率低，布面匀整丰满。针织产品 主要有：运动装、双面休闲装、儿童服装、针织t 恤衫和内衣产品。 ( 2 ) 与环锭纺不同，喷气纺纱具有双重结构，它由纱芯及包缠纤维组成，包缠纱 的结构使纱具有独特的性质，从而使织布技术获得新的发展潜力，例如：这种包缠 技术可用来产生一神沿纱的长度方向表面收缩的效果。这种纱织入布中，会产生出 一种优美的绉纹作用，而不需使纱线具有高度的捻缩。这种表面收缩的效果，是由 纱线里很小一一部分的高收缩纤维所造成的，这种收缩变化对纱的结构及特性影响不 大，而包缠作用使得一些平行的纤维束缠结在一起。高收缩的现象及其包缠作用， 使织成的布面呈现绉纹效应。 f 3 1 由于喷气纱具有毛羽少、强力均匀、条干疵一j 少等优点，故适合于无梭织机 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 的使用。喷气纱在无梭机织领域里占有独特的地位，当喷气织机使用喷气纱作经纱 时，具有明显的优势，由于它的开口高度十分小，假如经纱上的纱疵或毛羽很多时， 织机的效率会很低，而喷气纱的毛羽和纱疵比环锭纱要少得多，因此开口时纱线很 少相互纠缠在一起。实践证明，当应用喷气纱作经纱时，经纱张力可减少1 0 ， 且织造时断头减少，使织机的效率显著提高。喷气纱机织产品主要有两大类：一是 生产色织磨绒类衬衫面料、外衣类防雨府绸或仿麻类夏令服装面料等产品；另一类 是家纺产品，可以生产被套、床罩、枕套等床上用品和窗帘、台布等装饰用品，适 用于宾馆及家庭房间的布置。据介绍，美国市场5 0 以上的家纺产品和制服面料是 以喷气纱为原料制成的。 f 4 1 更多的喷气纱用来织造穿着舒适的轻薄隔热织物，传统的阻燃，防热织物要 经过化学处理，其织物重量要增加1 5 2 0 ，而应用喷气纱，可采用具有抗高温性 能的纤维作为芯纱，外面包缠低阻温性能的纤维，例如：棉、羊毛、晴纶高强腈 纶及混纺纤维。芯纱的纤维仅占全部纤维的2 0 - 2 5 。用这种喷气纱织造的织物， 可以阻燃，遇火时外层包缠的纤维熔化或燃烧，而纱芯部分却保留基本完整状态， 外层燃烧后形成的网络将炭化部分夹持住这些网络可以封闭氧气及其它气体的进 入，从面起到防火阻燃作用。 ( 5 ) 将精细陶磁粉末处理后的涤纶短纤维作为包缠纤维，包缠在棉纤维或其它普 通化纤纱芯上，所形成的包芯纱具有对紫外线的屏蔽作用，用这种纱织成的织物及 服装不仅抗紫外线辐射，而且由于精细陶瓷粉末发射一种远红外线波，对人体还有 保健医疗作用。 虽然传统喷气纺技术不大适应生产纯棉纱，但对生产化学纤维，尤其是细旦化 学纤维等差别化纤维具有独特的优势。随着世界人口的增加，对化学纤维的依赖性 将更加明显，化学纤维在服装用布、装饰用布及产业用布中所占的比例将会快速增 加。喷气纱是由包缠纤维及芯纤维所组成的一种双重结构纱，其质量除单纱强力比 环锭纺低2 0 外，其他质量指标均优于环锭纱。最为突出的是粗节和3 m m 以上的 毛羽少，强力c v 值较环锭为低。喷气纺纱制成率比环锭纺纱要高2 左右，车间 含尘量仅o 3 m 3 ，噪声约为8 4 d b ，劳动强度及工作环境均比环锭纺要好。因此喷 气纺技术及其产品也会得到相应的发展。 2 5 2 喷气纺纱产品的主要技术指标”1 喷气纱由于是包缠纱，因此具有独特的特征，如伸长小，缩率低，膨松性好、 条干均匀，纱疵少，单强比环锭纱低1 5 2 0 ，股线要低1 0 1 5 。3 毫米以上毛羽 很少，纱的表面光滑，单纱耐磨性差等。表2 - 1 、2 - 2 为环锭纺和喷气纺的成纱质量 对比情况。 第二章喷气纺纱技术的发展与特点 表2 1 环锭纺、喷气纺成纱质量对比1 环锭纺 喷气纺 比差 生量