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高效工艺纺纱技术与纺纱效益的关系探析倪 远上海东飞现代纺织技术研究所摘要：高效工艺纺纱技术概括地说就是前纺重定量、细纱大牵伸、纱线高品质的纺纱工艺，其与纺纱生产中直接相关的二个方面就是产量与质量，所说的高效高效率高效益也是对产质量的提高而言，即产量的提高增加了生产效率和效益；而质量的提高更能使效率有了基础、效益落到了实处。关键词：高效工艺；重定量；大牵伸；高品质；产量；质量；效益0、序高效工艺纺纱技术概括地说就是前纺重定量、细纱大牵伸、纱线高品质的纺纱工艺，其可以被认为是一种优于传统棉纺工艺的科学纺纱方法棉纺高效工艺系统工程。前纺重定量、细纱大牵伸的纺纱工艺可以很方便地与前纺半制品产量或者说前纺设备产能的提升划上等号，也就是说其可以在前纺产能方面对纺纱效益的提高产生效果。应当注意到，离开产品品质半制品和成品特别是成品的品质去探讨纺纱系统的产量或产能，只能是一种遑论。前纺重定量、细纱大牵伸的纺纱工艺难以轻易地与产品品质的提高划上等号。这看起来确实与行业的历史和现状、与行业的整体认知水平和能力有关。这种与棉纺技术领域内以往的某些理论、经验、惯例和技能相违或者至少说不可等同的技术方案，在没有足够的实例和时间考验情况下，根本无法说服广大的棉纺技术人员和有着深厚行业底蕴、浓重技能积淀的业界人士。这也是高效工艺虽然几年前就已有成效，但一直到2005年下半年才公布于众的主要原因。高效工艺的突破在于一是用超越常规的纺纱工艺纺制环锭纱、二是纱线品质大幅度改善。高效工艺的应用中与纺纱生产直接相关的二个方面就是产量与质量，所说的高效高效率高效益也是对产质量的提高而言，即产量的提高正比例地提高了生产效率和效益；而质量的提高（改善）更能使效率有了基础、效益落到了实处。纺纱生产过程的成本主要在于对纤维须条的梳理、牵伸和加捻，在于完成这些功能时的生产能力。当然，对这些功能的完成，是指确保实现系统所需的指定的或者特定的加工品质。对纤维须条的梳理、牵伸和加捻耗费了大量的纺纱成本。以牵伸功能为例，对于纺制14.5tex（40英支）棉纱，可以从喂入梳棉机的筵棉到成纱进行线密度比的计算：现有工艺从筵棉到细纱的线密度比大致为：400g/m ：14.5g/km27600倍高效工艺从筵棉到细纱的线密度比大致为：800g/m ：14.5g/km55200倍两者间的线密度比具有100的增量，其差异看起来在于筵棉定量的加重。再看一下喂入梳棉机的筵棉到粗纱线密度比的计算：现有工艺从筵棉到粗纱的线密度比大致为：400g/m ：4.0g/10m1000倍高效工艺从筵棉到粗纱的线密度比大致为：800g/m ：8.0g/10m1000倍两者间的线密度比基本上没有差异。高效工艺的大倍率牵伸全部落在了细纱牵伸，也即是细纱牵伸能力的大幅提升对前纺生产以至于整个流程的纺纱生产产生了一系列重大影响。1、 高效工艺与半制品产量1.1梳理设备的产能理论上讲，在同样的纺纱原料和环境条件下，梳理设备的产能主要取决于本机的梳理能力和对梳理质量的要求，而与输出定量的相关程度不大。高效工艺对梳理设备产能潜力的挖掘主要分为以下两个方面。1.1. 1梳理能力的提升用足设备的梳理能力，提高梳理速度、平衡梳理度。并同时合理调整梳理相关工艺，如引入了附面层气流参与的柔性梳理的概念。对于梳棉机，高效工艺的直接表现为：增加喂入定量、增加输出定量、增加梳理产能。增加梳棉机喂入定量的直观效应是提高了清棉成卷设备的产能。在成卷设备棉卷罗拉速度不变的情况下，成卷设备产能与棉卷定量成正比例增加。增加输出条定量并不意味着梳棉机产能的提升，依照高效工艺系统工程的原理，生条定量是由后续工序的工艺需要而决定的，而产能是由生条定量和生条线速度两个参数决定的。对新型高产梳棉机来说，可以用挖掘梳理能力来增加梳理产能，实际使用中的设备绝大部分处于尚有潜力余地的应用中，高效工艺有条件地挖掘这些潜力，通过精选器材、优化工艺来提升梳理能力。主要包括对梳理针布密度、角度、分梳部件速度、梳理隔距等进行精选与优化。对精梳机，高效工艺的应用特征是增加喂入定量、增加梳理钳次、增加输出定量。喂入定量和梳理钳次都正比例地提高了设备产能，与梳棉机潜力的挖掘一样，通过精选器材、优化工艺来提升梳理能力。主要包括对梳理针布密度、型号、分梳部件速度、梳理隔距等进行精选与优化。而输出定量的增加，主要与精梳机的牵伸设置有关，与设备产能无关。1.1. 2成品对梳理质量的要求纺纱流程中的半制品品质以最终产品的品质要求来逐道确定是最经济和有效的，任何离开最终产品的品质要求去制定半制品品质，要么不能满足最终产品的品质要求而生产不合格产品、要么使半制品具有较大的品质冗余而增加制造成本。多工序的纺纱生产，半制品品质具有一系列特殊的累积效应，对某些品质项目其工序间既可能产生良性的均衡又可能存在恶性的叠加。在纺纱生产中，一般均采用行业认定和企业自定相结合的半制品控制指标来内控半制品品质。其实，半制品品质是动态的，其为主地取决于纺纱原料、环境条件、设备状态和工艺设置，这些要素又会相互影响和干涉。在高效工艺的应用中，由于成纱品质特别是某些品质项目的大幅度改善，可以在降低品质冗余量方面针对性地对某些半制品项目作出让步性调整，从而在降低原料品质、增加前工序产量或减少落率等方面获取效益。这是高效工艺创造价值的另一个效应。在高效工艺成品某些相关品质指标（如千米棉结）改善的情况下，以及在前纺重定量应用对某些品质项目（特别是梳理相关品质项目）良好包容性或掩饰性的特殊效应下，相对降低了对梳理的品质要求，从而可以增加梳理产能。1.2牵伸设备的产能牵伸过程中，输出定量与产能的关系较为直观，在输出速度相同的情况下，产能与定量基本上保持正比例增加。1.3加捻设备的产能半制品的加捻设备是指粗纱机。粗纱机的产能除了与定量相关外，还与捻度相关。在相同锭速相同捻系数的情况下，产能的增加率与定量增加率成3/2次幂关系，如定量增加到原来的2倍时，产能的计算倍率为23/22.834倍，即当粗纱机输出定量增加一倍时，产能增加为2.834倍。粗纱机产能的增加率较大，粗纱机产能的增加对降低前纺投资和运行成本的影响较大。1.4络筒设备的产能自动络筒机也有产能的潜力可挖，依据不同的络筒机种类特征，合理配置络筒机的卷绕速度和相关工艺。机电一体化电脑控制的自动络筒机对产能的最大制约在于纱线的摩擦，其会导致毛羽、条干CV值及其IPI值增量变大。通过对纱线与运行通道的接触压力、与槽筒之间的接触压力等优化设置，合理运用自动张力控制功能可以确保络筒机长时间高速运行在1700米/分，实现了在保证品质的情况下增加络筒机的产能。自动络筒机产能的提升对投资与运行成本的影响较大。2、 高效工艺与产品质量现代纺纱设备上高效工艺系统工程的应用，改变了各工序的主要工艺参数，这种变革是系统化地依据后续工序品质对本工序品质的要求及本工序在品质和产能方面的潜力来逐一确定工艺参数的，只有这样才能确保最终产品品质的改善和各工序设备产能潜力的发挥，也只有这样才能可以被称之为是一种系统工程。2.1高效工艺与半制品质量纺纱流程采用高效工艺后，各道工艺参数特别是定量的变化对某些半制品品质数值带来一些新的改变，因此，应该根据品质项目的特征及对成纱的影响程度重新修正某些品质项目的指标要求。这倒并不是说高效工艺的实施对半制品品质的要求特别严或松，而是对品质项目要有侧重点。2.1.1梳理工序的质量前已所述，梳理设备的梳理质量是由梳理能力来保证的。无论是梳棉机还是精梳机，梳理能力的挖掘可以在一定的条件下具有一定的潜力，通过精选器材、优化工艺来提升梳理能力。主要包括对梳理针布密度、角度、分梳部件速度、梳理隔距等进行精选与优化。在梳棉工序，如果只增加生条定量，而不增加梳理产能，则其对梳理质量的影响较小；如果在增加生条定量的同时增加了梳理产能，则必须通过挖掘梳理潜能的方法增加梳理能力，才能保证梳理品质不受影响。梳棉机喂入定量的增加，会改善梳棉机喂棉罗拉自调匀整对喂入棉层平均厚度的检测与匀整灵敏度，并具有一定的横向棉层自动均衡作用。在精梳工序，如果增加小卷定量或者同时增加梳理钳次，精梳机产能将正比例增加，梳理品质的保证必须依靠梳理元件密度、角度和锐度以及梳理工艺的合理化。当然梳理钳次的增加需要梳理结构的稳定性和可靠性来支持，梳理钳次对梳理结构稳定性和可靠性的影响是非线性的，梳理钳次的增大会大幅度地影响精梳机的运行稳定性和可靠性，这一点必须加以注意。在高效工艺的应用中，没有对梳棉机和精梳机梳理品质的特别要求，这是因为高效工艺在与梳理相关的成纱品质方面已经有了一定的改善，使得品质冗余量增加。2.1.2并条工序的质量牵伸输入和输出定量的大幅增加，使牵伸区中的纤维量大幅增大，增加了牵伸过程中的牵伸力，故对罗拉钳口的握持提出了要求，以适应牵伸力的增大。在控制良好的情况下纤维量的增大对牵伸质量带来一定的有利点，如线密度不匀的改善和须条棉结增量的降低等。2.1.3粗纱工序的质量粗纱牵伸输入和输出定量的大幅增加，使牵伸区中的纤维量大幅增大，增加了牵伸过程中的牵伸力，故对罗拉钳口的握持提出了要求，以适应牵伸力的增大。在控制良好的情况下纤维量的增大对牵伸质量带来一定的有利点，如线密度不匀的改善和须条棉结增量的降低。粗纱输出定量的大幅增加，使纱条的刚度增加，假捻器的假捻效率降低，为了保持加捻区纱条的紧密度，必须选用假捻效率较高的新型假捻器。粗纱输出定量大幅增加后，加捻区的纤维量大幅增加，必须缩短粗纱机关车制动时间，否则在发生机前断头时会有大量飘花而增加操作工作量或产生纱疵。上述两点也是制约粗纱定量进一步增大的重要原因。2.2高效工艺与成纱质量前道工序定量增加后，各道半制品的意外伸长大幅减少，有利于成纱线密度均匀度。喂入细纱牵伸区的纤维量大幅增大后，纤维间的联系力加大，加上后区控制元件的应用和合理的系统工艺配置，前后牵伸区对纤维的控制能力增强，对短纤维的控制能力相应改善，成纱的线密度均匀度大幅改善、常发性疵点IPI大幅降低，各种幅度的粗细节数量显著减少。粗纱定量大幅增加后，有两种细纱牵伸的情况：一是简单后牵伸区仍采用较小的后区牵伸倍数，在粗纱定量大幅增加甚至成倍增加的情况下，只要合理配置牵伸工艺，即使维持较小的后区牵伸倍数，而通过增大主牵伸来增加总牵伸，在前区牵伸部件控制尚可的条件下，牵伸区纤维量的大幅增加，相对有利于牵伸元件对纤维的握持控制，主牵伸区的牵伸状况是较大的纤维量增大了纤维间的联系力辅助了非理想控制状态下的双皮圈握持工作区对须条的控制，从而在提高了牵伸能力的同时不恶化或略改善牵伸质量。二是后区曲线牵伸结构或带有附加刚性控制元件的曲线牵伸结构，在粗纱大定量时设定后牵伸倍数为1.41.5，可以获得优良的牵伸质量。在后牵伸区为曲线牵伸附加控制元件的情况下，较大后区牵伸倍数的应用使总牵伸能力大幅提高，但相对于小后牵伸工艺的应用，较大后区牵伸在改善总牵伸质量方面显示的是另一种工艺效应：在相对简洁合理的后区摩擦力场中，喂入须条的纤维量较大，较大的后区牵伸倍数在不损害后区须条纤维分布的前提下，在较大控制力条件下较大的牵伸力改善了纤维体顺直平行状况，为前区牵伸打下了良好的基础，不仅改善了后区牵伸的能力和质量，而且同时提高了前区牵伸的能力和质量，使前区具备了大倍率牵伸的条件和能力。从而具有双倍效应地改善了总牵伸能力和质量，在对纤维控制特别是对短纤维控制良好的情况下，使成纱线密度显著改善。采用粗纱重定量、细纱大牵伸后，由于以下原因会使纱线的毛羽现象更为严重、强力损失加大：1) 粗纱线密度增加使喂入牵伸部分须条的宽度增大；2) 较大后区牵伸使进入前区须条更趋于无捻，须条易于发散；3) 细纱较大的前区牵伸使须条发散趋势更明显；因此，细纱大牵伸的应用将使毛羽和强力问题更加突出，在实际生产中一般采用的应对方法为：加强对细纱牵伸前后区对须条的控制；细纱牵伸的前区运用较为精密的集棉器；在络筒机上合理控制毛羽的增量。这样基本上可以控制毛羽和强力品质项目达到与普通纺纱工艺相同的水平。高效工艺与紧密纺技术的同时应用是环锭纺纱技术发展的一个新组合，是两种纺纱新技术优势互补的有效实践：高效工艺改善了纱线线密度降低了纺纱成本，但在毛羽和强力方面是不利的；紧密纺改善了纱线的毛羽和强力，但在纺纱成本方面是弱点，无论是投资成本还是运行成本。两种纺纱新技术的组合应用，可以在少增加、甚至不增加投资成本的情况下，实现品质的突破。3、 高效工艺与纺纱效益高效工艺与纺纱效益的直接关系包括三个方面，即投资成本、运行成本和成纱品质，这三个方面既可以全面运用，也可以有侧重地选项运用。对于新设计的纺厂项目，运用高效工艺系统工程进行设备配置，其可以大幅节省项目的前纺设备投资，以国产的设备较高配置计算每万锭可以节省前纺设备、厂房、和其它相关辅助设施投资量为150万元左右，如果考虑自络筒的高效运用，节省的投资量将更大。同时其相应地可以节省前纺运行成本，主要包括用电、用工等，综合纺纱吨纱成本可以节省200元左右。对于运行中的纺厂，采用高效工艺后，其可以节省前纺运行成本，主要包括用电、用工等，综合纺纱吨纱成本可以节省200元左右。如果并不改变原有的前纺设备配置量，则在用电方面可以更有余地地实行避让峰时电价，从而更大幅度地节省前纺用电成本。在厂房空间有余的情况下，也可以仅增加后纺设