新型纺纱技术的发展与传统环锭纺纱技术的进步

新型纺纱技术的发展与传统环锭纺纱技术的进步1纺纱加工技术与发展概况纺纱是纺织产业链的第一道工序,其生产的纱线质量、品种与后续加工关系十分密切。改革开放30年来,我国广大科技人员学习与消化吸收国外先进的纺纱加工技术,自主创新,有力地促进了我国纺纱加工技术的进步,突出反映在各种新型纺纱技术的推广应用和传统的环锭纺纱的技术进步,并已形成以下特点:a)以高纺纱速度、效率,低纺纱成本为特点的新型纺纱技术的应用,如转杯纺纱、喷气纺纱与涡流纺纱等。b)以提高成纱质量、增强纱线强力、降低纱线毛羽为目的的,对纺纱过程中纤维的转移进行有效控制的纺纱新技术,如紧密纺纱等。c)以改善织物风格和功能为目的,在纺纱过程中进行不同纤维的混纺、长丝与短纤复合纺纱等技术,如包芯纺、赛络纺、赛络菲尔纺等。d)以为织物提供变化效果为目的的纺纱技术,如竹节纱、花式纱及多种有色纤维混纺纱等。e)以提高织物柔软度、改善手感为目的纺纱技术,如无捻纱、低捻纱及中空纱等。总之,纺纱加工技术的进步与发展,为纺织产品提供了丰富多彩的新型纱线,改变了20世纪70年代前使用原料单一、加工工艺落后、产品档次低、品种少的落后面貌,为提高人们的穿着质量作出了积极的贡献。2新型纺纱的技术优势和产品的发展发展新型纺纱是近30多年来国内外纺纱技术进步的最大亮点。国内外众多科技工作者致力于新型纺纱技术的研究,在许多重大关键技术上取得了突破,从而使各种新型纺纱加工技术得到发展与提高。迄今为止,先后出现了转杯纺(Rotorspinning)、摩擦纺(Frictionspinning)、喷气纺(AirJetspinning)、喷气涡流纺(AirVortexspinning)、自捻纺(Selftwistspinning)等十多种新型纺纱,其中转杯纺、喷气纺、喷气涡流纺、摩擦纺等均已投入工业化生产。目前,欧美国家把发展新型纺纱视作为纺纱加工技术进步的重要标志。据报道:目前美国短纤纱的市场占有率是:转杯纱35%、喷气纱18%、摩擦纺纱8%、包缠纱5%、环锭纱34%,4种新型纺纱已占短纤纱市场的2/3,其中转杯纺纱已超过环锭纺纱,处于第一的位置。欧美国家快速发展各类新型纺纱,因为与传统的环锭纺纱比较,新型纺纱具有工序短、生产效率高、质量优、用工省、成本低的优势。a)工序短:新型纺纱如转杯纺、喷气纺、摩擦纺等都采用条子喂入纺纱,并在纺纱机上直接卷绕成筒,省略了粗纱与络筒两道工序。b)效率高:由于新型纺纱多数为自由端纺纱,依靠高速回转气流或喷嘴直接成纱,取消了环锭纺纱中钢领、锭子等加捻卷绕部件对纺纱速度提高的束缚。故纺纱速度均高于环锭纺纱,如转杯纺纱速度是环锭纺纱的4～8倍,喷气纺纱与涡流喷气纺纱速度是环锭纺的15～20倍。用10台喷气纺纱机共720头或4台全自动转杯纺机(4×360)共1440头生产同一规格纱支时,均可达到环锭纺纱10000锭的生产量。c)质量优:对转杯纺、喷气纺、喷气涡流纺、摩擦纺纱线与环锭纺纱质量对比分析如下:①成纱条干均优于环锭纱。尤其是条干均匀度优于环锭纺纱,千米细节、粗节、棉结等常发性纱疵均比环锭纱少。尤其是转杯纺和摩擦纺,在纺纱过程中有进一步排除杂质的机会,故其纱线洁净度好,制成织物后布面光洁丰满。②成纱直径均粗于环锭纱。转杯纺和摩擦纺的成纱结构里紧外松,而喷气纺和喷气涡流纺由于外包纤维的原因也使纱的直经要比环锭纱粗些,故其染色性能均比环锭纱要好。③成纱强力低于环锭纱,但强力不匀率比环锭纱好。以环锭纱强力为1.0,则转杯纱为0.8～0.9,喷气纱(MJS)为0.6～0.7,喷气涡流纱(MVS)为0.8。这几种新型纺纱的单纱强力虽低于环锭纱,但因强力不匀率优于环锭纱,可弥补因强力低对织造效率的影响。④纱线毛羽少于环锭纱。与传统环锭纱相比,几种新型纺纱线3mm以上的毛羽均比环锭纱有显著降低。其中转杯纱减少60%以上,喷气纱减少85%,喷气涡流纱减幅达90%以上。毛羽减少使后加工性能好,尤其是作经纱时可降低断头,提高织机效率;在浆纱中可节省浆料消耗,降低加工成本。⑤纱线的耐磨性优于环锭纱。因为喷气纱、喷气涡流纱均由纱芯和外包纤维两部分组成,纱条表面包有不规则的缠绕纤维,不易解体,且纱线表面摩擦系数大,在织物中纱与纱之间的抱合良好,不易产生相互滑移,故具有较好的耐磨性。⑥纱线的抗起球性优于环锭纱。试验表明:用相同原料的环锭纱织成布后抗起球性为2级,而转杯纱可达3～4级,喷气纺纱(MJS)为4级,喷气涡流纱可达4～4.5级。d)用工省:由于新型纺纱缩短了工序流程,减少了机台配置,提高了装备自动化程度,不但改善了工人劳动强度,且减少了用工。如目前环锭纺纱每万锭用工在100～150人之间,而转杯纺与喷气纺等新型纺纱相当环锭纺一万锭产量用工只有30～40人,平均节约用工在100人/万锭以上。e)成本降低:采用新型纺纱技术后,在相同的产量下,因设备配台减少,厂房面积节约,从而可降低纺纱成本。据德国赐来福公司提供的数据,在欧美国家生产1kg纱的加工费,用环锭纺需0.3欧元,而用转杯纺等新型纺纱只需0.12欧元。单位加工成本是环锭纺的40%。3国内外转杯纺纱技术的发展与产品开发3.1国内外转杯纺纱的发展转杯纺是新型纺纱中技术最成熟、发展速度最快、目前使用最多的一种新型纺纱技术。据有关文献报道:目前世界上拥有新型转杯纺机已超过900万头,是1980年的2.5倍。我国转杯纺技术在进入21世纪,也呈快速发展的态势。据中国棉纺协会提供数据,2007年,转杯纺机已有190万头,2008年又增加了20多万头,转杯纺头数已占世界1/5,成为世界上转杯纺纱生产大国。转杯纺技术也经历了从初期的低速度自排风式转杯纺机、中期的中速度抽气式转杯纺机,到目前的高速度全自动转杯纺机3个发展阶段。随着纺纱加工技术的不断进步,转杯纺技术进步的主要特征是:a)纺纱速度从第一代的3～5万r/min提高到目前的10～12万r/min,最高速度为15万r/min。随着纺纱速度的提高,纺杯直径越来越小,目前最小直径为28mm。b)自动控制技术功能不断完善。目前在全自动转杯纺机上普遍采用自动接头、自动落纱、自动检测与切除纱疵、自动上蜡、自动调整工艺参数等功能。c)由于纺杯速度提高,纺纱号数也从原来的97～36.4tex(6～16s)发展到目前的29～14.5tex(20～40s),改变了转杯纺吃下脚料,生产低档产品的历史。转杯纺能生产中细支针织纱,是转杯纺技术进步的一个重要标志。据文献报道:国外用全自动转杯纺机生产的作针织用纱占40%,作粗中号牛仔布用纱占28%,说明转杯纺生产的纱已从原来的中粗号为主向中细号发展。3.2国内外转杯纺纱技术进步随着转杯纺纱技术进步,目前国内外转杯纺机生产厂家相继开发了多层次,不同档次的转杯纺机。如国外德国赐来福公司与瑞士立达公司生产的Autocoro480型与R40型全自动转杯纺机是目前世界上纺纱速度最高、头数最多、功能最全的转杯纺机,纺纱速度最高可达15万r/min,每台机器最多装有480个纺纱杯,堪称世界一流的转杯纺机。同时,这两家公司还针对中国与亚洲市场(因为劳动力成本相对较低),分别推出中档的BD300型与BT900系列半自动转杯纺机,机上配置半自动接头,电子清纱装置,纺杯速度在8～11万r/min,这两种转杯纺机已在国内许多纺纱厂推广。国内纺机厂从21世纪以来为适应转杯纺产能的发展也加快了研制开发的步伐。在消化吸收国外转杯纺技术的基础上自主研发具有多种功能的半自动转杯纺机,如浙江泰坦公司的TQF268型,浙江日发公司的RFRS30型,浙江精工集团的HKV120型及经纬榆次公司的JWF1681型等转杯纺机,机上均配有电子清纱与半自动接头装置,纺杯速度在8～10万r/min,其生产效率与产品质量与国外BD、BT系列转杯纺机基本相当,而单锭价格是进口机型的2/3,在国内已占据一定市场份额。3.3转杯纺产品开发转杯纺纱的技术进步还表现在转杯纺机上安装了花式纱装置、包芯纱装置、竹节纱装置等,可在转杯纺机上生产花式纱、包芯纱、竹节纱等转杯花式纱,扩大了转杯纺生产的品种。同时,随着新型转杯材质的选用与制作工艺的改进,阻捻(低捻)装置配套,可为中细号低捻针织纱生产创造条件,既提高了设备生产效率,又克服了转杯纱手感较硬的缺点。在转杯纺机上,许多企业还根据市场需求开发了以化纤、毛、麻、绢丝等非棉为原料的转杯纺纱线,尤其是以粘胶纤维为主体原料纯纺或混纺转杯纱,具有手感柔软,表面光洁,染色鲜艳,吸湿透气等优良特性,深受后续加工企业的欢迎,生产量在不断扩大,在一定程度上改变了转杯纺对棉花的依存度,缓解了原棉供应不足的矛盾。同时,随着各种功能性纤维的发展,如用芳香、阻燃、抗菌和保健纤维生产的转杯纱,可在防护保健及其它特殊应用领域开发具有功能性的织物。转杯纺纱技术进步及产品应用的领域的不断扩大,为转杯纺产能进一步发展创造十分有利的条件。4喷气纺纱与涡流纺纱技术发展与产品开发4.1喷气纺成纱机理与发展情况喷气纺是目前新型纺纱中速度最快,纺纱号数范围最大的一种新型纺纱技术,由日本村田公司研发与生产。其成纱原理是:采用棉条喂入,经皮圈罗拉牵伸,通过双喷嘴加捻,直接绕成筒子,省略了粗纱、络筒等工序。喷气纺从80年代开始推向国际市场,已有近30年历史。据资料介绍,目前世界上已拥有喷气纺机21.5万多头,大部分在欧美等国家使用,其中美国有15万头,占71.2%,亚洲国家有4.5万多头,占20.8%,其中我国有喷气纺机2万多头,近几年又有进一步增加的趋势。喷气纺机与转杯纺都具有纺纱速度快、产量高、用工省等优势,故被列为纺织业优先发展项目。据报道,近几年美国环锭纺锭数不断减少,但棉纱产量反而增加57%,其原因就是在减少环锭纺产能的同时大力发展喷气纺等新型纺纱产能,且生产规模较大,每个厂平均拥有100多台喷气纺纱机,生产具有不同风格和特色的喷气纱线。4.2喷气涡流纺的成纱机理与发展涡流纺是日本村田公司(MURATA)在上世纪末推出的新一代喷气纺技术,又称MVS。它是在喷气纺的基础上发展起来的一种新的纺纱方法。其成纱原理是:利用气流喷射在喷嘴内产生高速旋转气流,使须条的边纤维(一端自由纤维)的自由端对内层纤维产生相对角位移,使须条获得真捻而成纱。尽管MVS被称为涡流纺,但实际上仍属于喷气纺的范畴,故确切地讲应称为喷气涡流纺。其成纱结构虽与喷气纺有一定区别,但仍有皮芯结构,由于其包缠纤维比芯部纤维比例高,使至芯部未加捻的纤维几乎被完全覆盖,表面纤维排列更近似环锭纺纱。喷气涡流纺与喷气纺比较,其纺纱速度更快,纱线强力更高。最高纺纱速度可达450m/min,纱线强力可达到环锭纺的80%以上,且因是强力不匀率低,故用喷气涡流纱织布时其生产效率高于环锭纱。同时,喷气涡流纺因外包纤维比例高,具有良好的抗起球性能,且纱线结构较蓬松,其染色性能与吸湿透气性能比喷气纺纱更佳,国内外市场正在逐步拓展。4.3我国喷气纺技术应用情况我国应用喷气纺技术已有20多年历史。1985年丹阳棉纺厂首次引进日本村田MJS2801喷气纺设备。20世纪90年代初国内有些厂家也先后引进新一代喷气纺纱机MJS2802HR型,因下游喷气纺产品未大力开发,喷气纺局限生产T/C与纯涤纶纱等少数几个产品,由于产品开发滞后,进口设备价格昂贵,制约了喷气纺技术的发展。进入21世纪以来,拥有喷气纺装备企业充分利用喷气纺设备优势,加大了产品开发力度,开发出品种繁多的新型纱线,使喷气纺产品逐步被消费者认可,在下游产品的带动下,我国喷气纺技术逐步发展起来。据东华大学有关专家分析,我国已在使用的喷气纺机有300多台共2万多头。多数是MJS的802HR型和8R2型喷气纺机。近几年也有不少企业引进MVS2861型喷气涡流纺机,分布在上海、天津、重庆、广东、江苏、河南、湖北、山东、浙江等地,年产各类纱线在3万吨左右,与我国拥有1亿锭环锭纺与近200万头转杯纺相比,所占比例很少,说明在我国发展喷气纺纱的空间很大。4.4国内外喷气纺纱产品开发情况。在国外,尤其是欧美国家利用喷气纺纱的结构特点,生产T/C和纯涤纶纱线