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文档简介
1、集聚纺纱技术的机理分析和研究 程隆棣 翟涵 于修业 周志华 (东华大学纺织面料技术教育部重点实验室) 摘要:本文主要对现有的集聚纺纱装置进行集聚原理的机理分析,分析指出各类装置具 有的优点和存在的缺陷,特别对这些装置的集聚原理进行系统的归类,提出开发集聚纺纱装 置的研究方向。 关键词:集聚纺纱技术,气流集聚,负压集聚 引言 早在1988年,Dr. Ernst Fehrer就开始着眼于集聚纺纱技术(Condensed Spinning) 或 称为紧密纺纱技术(Compact Spinning)的研制1。在1999年巴黎国际纺织机械展览会(ITMA 99)上首次展出了集聚纺纱设备,这是对环锭纺纱工
2、艺的一项重大技术突破。目前的集聚纺 纱技术是将普通环锭细纱机进行适当改进,增加了对从前罗拉钳口到加捻点的纺纱三角区纤 维的控制,一方面确保了纺纱三角区的最小化,另一方面也保证了纤维束边缘纤维的集聚, 从而生产出新型高品质的集聚环锭纱2。 1传统环锭纺纱工艺的现状 在传统环锭纺纱牵伸装置中,预牵伸区的牵伸力将粗纱解捻,经主牵伸区的牵伸, 解捻 后的纤维束拉细到所需要的细度,同时由于前罗拉表面气流受到气阻作用,更促使纤维束的 宽度有一定的展开(如图 1所示)。 图1前罗拉气流对须条宽度的影响 离开前罗拉钳口后,牵伸过的纤维须条完全呈松散状态,并在加捻点之前的一段距离中 形成一个加捻三角区。 输出须
3、条的横向宽度较宽,一些边缘纤维头端先伸出牵伸区,形成纤 维的浮游头端。这些纤维在成纱过程中由于纱线回转的离心力而不容易向纱条中心靠拢而形 成纱线毛羽。车速越高,离心力越大,毛羽越多,因此也限制了车速的提高。这样纺出的环 锭纱的纱线结构达不到理想纱线结构模型。 集聚纺纱技术利用集聚装置进行纤维的凝聚,实现对牵伸须条的牵伸、集聚和加捻的分 步作用,即牵伸区时无集聚, 集聚时无加捻,避免了牵伸区中由于集聚作用的存在而影响摩 擦力界的分布,而牵伸后的纤维束再经集聚后,减小了纤维束宽度,增加了纤维须条紧密度, 集聚后再加捻,减小或消除了加捻三角区,有利于改善纱线的毛羽质量。 2集聚纺纱机构分析 目前现有
4、四种代表性的集聚纺纱系统,分别为Rieter、Suessen、Zinser等公司所生产 的纺纱设备,它们各自的集聚作用方式有所不同,集聚效果也有所差异, 其中前二种机型在 CITM1 2002北京纺机展览会上已经展出。 O 2.1瑞士 Rieter(立达)公司的COM4纺纱系统 瑞士 Rieter(立达)公司研制的COM%紧密环锭纺纱技术,消除了普通环锭纱在纱线形成 过程中的缺点,使从牵伸区输出的所有纤维受到很好集束再捻入纱体。该系统在牵伸区与纱 线之间加上了一个气动集束区,在这个中间区内被牵伸的纤维束一离开前罗拉钳口即受到气 流的负压推动产生集聚,在这种压缩过程中纤维束受到强烈气流压缩,形成
5、结构紧密的纤维 须条。 图2 COM4 -最初的集聚装置及其理想的气流分布形态 如图2所示,COM?集聚纺的集聚元件是根据一个空气导向系统制成的,在辊筒内部装 有一个不回转的斜槽导气辊筒。 该滚筒里的斜槽具有一斜向定位及特殊形状的开口作为气流 通道,以便气流经过斜槽时对纤维须条产生压缩密实作用。该装置使吸附在辊筒表面的纤维 产生横向运动,将须条两边的纤维向中间聚拢,以实现集聚。最初设计的带孔辊筒,孔形 为密而细小的狭槽,在运转过程中不免会有短纤维被吸进辊筒内或者骑跨在狭槽之间,造成 糊网。 图3COM4昆筒的集聚时出现的问题 从图3左中可以看出,COM%主要是在前罗拉表面进行集聚。为了提高集聚
6、效果,从前 上罗拉到输出罗拉之间的距离L不能过小,因而目前装置改进的另一方向为增大空心辊筒, 以增加集聚长度和集聚时间,使气流进行更有效地对纤维凝聚。设两小孔之间的距离为s, 纤维的长度为Lf,则当Lf = ns时,纤维的头端和尾端伸进小孔的几率大大增加,导致纤维 在辊筒表面骑跨,或者未能捻进纱体, 易于形成浮游毛羽和容易造成糊网。所以该装置更适 于长纤维纺纱。 在CITME2002北京纺机展览会上,Rieter公司展出了新设计的集聚输出罗拉-鼓状胶 辊(如图4所示)。安装在纤维束经集聚后输出位置的鼓状胶辊,对输出的集聚纤维束有搓 捻作用,加强了纤维间的联系,以减少或消除糊网现象。 图5未加装
7、与加装气流导向装置的集聚作用原理图 COM4集聚纺集聚作用也由加装在辊筒上新设计出的气流导向装置得以改善,如图5所 示。左图显示出未安装气流导向装置条件时,外界气流从辊筒上的各个方向吸入辊筒,集聚 效果不明显;而右图中当安装气流导向装置后,外界气流只能从两侧吸入,因此明显提高了 集聚效果,很大程度上减少了毛羽。气流导向装置的设计是目前COM?集聚纺技术纱线质量 提高的关键因素。 最近Rieter公司对带孔辊筒进行了改进,设计出了网眼状辊筒和可随意拆卸的吸风插 件K44,便于进行清洁工作(如图 6所示)。但是纤维塞网的问题仍未解决,仍然存在着骑 跨纤维的现象。由于辊筒横截面上纤维数量很少,且无捻
8、度,因此从牵伸区出来的纤维间的 联系强度不高,这样就必须要求集聚装置能确保纤维束完整地通过压缩区。在COM4环锭细 纱机上带孔辊筒表面的设计需要很光滑,与纤维束间的摩擦系数低,能使纤维获得必要的压 缩并顺利通过压缩区,所以这个带孔的金属辊筒材质要求很高,表面需经过细微的抛光处理, 而且要耐磨性优良,这样相应增加了制造成本5。 COM4第三代集聚装置网眼辊筒和可拆卸的吸风插件K44 到目前为止,Rieter的COM4集聚纺设备仍在不断的改进,说明该技术仍未能向环锭纺 这样成熟的系统一样进行纺纱,并且由于其机构复杂,无形中也增加了设备总成本。 22德国Suessen公司的EliTe ?纺纱系统 德
9、国Suessen公司的EliTe ?集聚纺与Rieter公司的C0M?4集聚纺相类似,也是在普通 环锭细纱机前罗拉钳口线外加装了一套消除纺纱三角区,同时使纤维平行伸直的气动集束装 置,对引出纤维束的运动进行有效的控制。所不同的该气动集束装置可以进行随意的安装和 拆卸,便于对传统环锭纺设备进行改造。 如图7所示,EliTe ?集聚纺气动集束装置是由异形负压吸管、网格多孔胶圈和引出上罗 拉组成。异形负压吸管内部处于负压状态,吸管上部纺纱段位置上开有一个斜槽,其长度与 纤维束和网格多孔胶圈的接触长度要相对应,斜槽位置相对纤维束运动方向有一定的倾斜角 度,它使纤维束在运动中受负压气流引力作用产生横向滑
10、动力,纤维束整个进入由负压产生 的网格多孔胶圈凹槽内;引出上罗拉的直径比前罗拉直径稍大,使纤维束在凝聚过程中产生 纵向张力作用,使弯曲的纤维拉伸,提高纤维伸直平行度,确保纤维在斜槽部位内受到负压 作用而产生凝聚效应,使纤维束被很好地伸直和平行地凝聚而到达输出钳口,纺纱三角区基 本消失,结果使成纱毛羽减少。 图/ Ellie 集聚纺纱装置图 EliTe ?纺纱系统中,牵伸装置的尺寸和工艺部件基本保持不变。异形负压吸管安装在罗 拉座之间,可以用手工装卸。对于不同原料和不同粗细的纱号需采用不同斜槽宽度和斜度的 吸管,以达到理想的运行条件。 图8曰Te ?集聚纺的网格多孔胶圈和相对应斜槽 如图8所示,
11、引出上罗拉为橡胶包覆的胶辊, 对多孔胶圈施压,与异形吸管形成握持区。 为了确保引出上罗拉与胶圈能准确地以同样速度回转,要求引出上罗拉与多孔胶圈的摩擦系 数比多孔胶圈与异形吸管的摩擦系数约高出九倍,而且要求异形吸管有极耐磨的涂层。这种 目前多孔胶 能够抗伸长变形、抗化学腐蚀和耐磨性好的材料的设计增加了实际的制造难度。 装置的稳定性下降, 容易造成打 这主要是由于薄薄的尼龙网圈抗变 圈由聚脂纤维长丝纱织造而成,其摩擦系数仍未达到要求, 滑,引起条干不匀,严重时容易断头,产生大量的飞花, 形能力不足和摩擦系数不够大。 2.3 德国Zinser公司的 Air-Com-Tex700 ?纺纱系统 气管 钻
12、 圈 拉 T 集聚罗拉 支撑轨 皮圈清 图9Air-Com-Tex700 ?集聚纺纱装置图 德国纺织机械制造厂商 Zinser公司与ITV - Denkendorf合作开发了一种新 Air-Com-Tex700 ?,能使细纱质量得到显著的提高。 集聚纺相似,在前罗拉钳口处加装了一套皮圈和第四对罗拉的集聚系统, 型集聚纺纱设备 Air-Com- Tex 700 ?与 COM4 ?和 EliTe ? 如图9所示。其纺 纱原理为:从牵伸罗拉输出的经牵伸的须条进入由通气管道、钻孔皮圈和支撑轨组成的集聚 区。在集聚区内,纤维须条被集聚成宽度几乎接近于成纱直径的紧密须条, 对附加的集聚罗拉握持,然后加捻卷
13、绕成结构紧密的集聚纺纱线(如图10所示)。 该紧密须条由一 图10Air-Com-Tex700 ?集聚纺纱的集聚系统和集聚作用示意图 Air-Com-Tex700 -集聚系统有一个钻孔皮圈,它被导引着围绕输出上罗拉转动,在它的下 面是输出下罗拉和支撑轨。纤维束经过传统环锭纺充分牵伸后紧贴着一个带孔的表面通行, 吸力则通过这些孔眼而施加在纤维束上,促使纤维向孔眼的中心移动,而且由于皮圈的柔性 作用,通过负压气流使之形成一个内凹槽(图11所示),能有效地对纤维束进行集聚,形成 一种结构紧密的纤维束。 该系统的特点是输出上罗拉的直径可比前上罗拉稍大,使得纤维在集聚过程产生纵向张 力,集聚过程纤维束可
14、产生轻微张紧,有利纤维伸直、平行,由此支持在开槽面积内纤维束 上的负压作用而产生集聚效果;而其缺点:集聚终点距输出钳口线仍有一小段距离且由钳口 握持,使密实的纤维集合体又变成扁平态,在加捻时又形成小的加捻三角形。 负压气臧负压气流 图11Air-Com-Tex700 ?集聚装置柔性皮圈的集聚作用 集聚用的打孔皮圈结构与常用牵伸皮圈相似,皮圈打孔位置采用了几何设计排列,其真空吸气 气压由一变频器来调节,按流体力学规律精确设计,控制各点气流,以防止短纤维尘杂积聚而堵塞气孔。 皮圈在转向处有自行清洁作用,能长期运转而毋需人工维护。集聚区皮圈开孔的几何布置使在集聚区内, 并非整个长度的纤维束都被固定在
15、皮圈上,2mm以内的基本毛羽 就被保留下来,这样可以保证纺 织品的覆盖能力8。 3. 几种集聚纺技术的对比分析 通过对三种代表性的集聚纺纱机构的分析可以得出:集聚纺纱技术的基本原理就是在出 前罗拉钳口处都加装了一个集聚系统,通过气动抽吸凝聚装置对未加捻的纤维束进行一定的 集聚过程,使纤维束宽度逐渐变窄,从而减小或消除加捻三角区9。但是目前这些设备的结 构都相对复杂,生产及改造的成本较高;而且其存在的根本性问题诸如塞网、打滑问题,目 前仍需加以解决。 图12 Rieter和Suessen系统的集聚原理图 在Rieter和Suessen系统中,纤维主要是在多孔辊筒或透气的网格胶圈上的,槽口方 向与
16、纤维运动方向有一定角度的斜向吸风槽上集聚10,11。纤维离开牵伸系统后,在多孔辊 筒或网格胶圈的引导下通过吸风槽的开口,在气流作用下,纤维沿一侧运动,最后凝聚在一 起。其凝聚程度与斜槽口宽度和纤维进入点的位置无关,可以在同一集聚单元上生产从粗支 12所示。 卜第伸*拉 图13 Zinser系统的集聚原理图 到细支的纱线。粗纱导纱系统往复动程范围可以很大而不会减弱集聚效果,如图 在Zinser纺纱装置上,打孔皮圈在受负压作用的固定中空体上转动,中空体在皮圈运 动方向上刻有直槽,如图13所示12。凝聚的程度主要取决于皮圈上孔的尺寸和中空体直槽 的宽度。因此,对于不同支数的纱线,有必要配备不同开口尺
17、寸的皮圈和中空体,才能对各 种支数的纱线都有良好的集聚效果。对于粗纱导纱装置只能取较小的往复动程,否则纤维就 会偏离吸风区域,导致纱线毛羽的增加,这也是其不利因素。 4. 结论 虽然目前的集聚型纺纱装置的机构各不相同,但其原理基本相同。在ComforSpin纺纱 设备和EliTe纺纱设备中,是由多孔滚筒或网格胶圈表面由于负压造成的凝聚区对纤维进行 凝聚,从而减小加捻三角区;Air-Com-Tex700纺纱设备则采用胶圈在受负压作用的凹形皮圈 上,形成凝聚区使纤维凝聚。以这些集聚原理为基础,人们一定能开发出性能更优异、结构 更简单、使用和操作更方便的集聚纺纱机构。 参考文献: 1 Dr. Ern
18、st Fehrer , Textile World, 1994, Vol.144(12) , 101 .103 2 Schenek A. , Compact Spinning Offers New Chances for Cotton , Cotton International , 1998, 122-124 3 Dr.Herbert Stalder , Compact spinning-a new generation of ring spun yarns , Mellianel Textile Technology,1995,3 4 Susanne Haller , COM4 Conquers the Market, http:/ 5 Rieter Textile Systems , Link , 2002, 1 Suessen EliTe Compactset, http:/ 7 Zinser/Saurer Group , http:/ 8 青泽700 AirComTex集聚纺细纱机,2002年全国新型纺纱设备、新技术、新产品及精梳纱、无结纱技 术交流研讨会论文集,166-168 9 W
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