環錠紡紗機假捻器裝置的構造

戴自怡　王林堯

上海市毛麻紡織科學技術研究所(中國)

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環錠紡紗機假捻器裝置的構造

戴自怡王林堯

上海市毛麻紡織科學技術研究所(中國)

環錠紡紗機歷經數百年的發展，如今面對多變的纖維原料和不斷提高的紗線質量要求，諸多技術問題相繼顯現。具體分析了這些技術問題產生的原因：在紡紗過程中存在三維加捻三角區、高紡紗張力及張力波動的缺陷。介紹了假捻器裝置的構造、原理及試紡效果。試紡結果表明，該裝置有效降低了紡紗張力，提高了成紗的斷裂強力，成紗的斷裂伸長率、粗節、細節、毛粒及捻度變異系數等指標均優于傳統環錠紡紗線。

環錠紡；假捻器；斷裂強力；紡紗張力

傳統環錠紡紗機是紡紗的主要機種，環錠紡紗技術成熟，適合多種原料的紡紗，目前世界上紗線總產量的60%左右均由環錠紡紗機生產。然而隨著紡織用纖維原料需求的不斷擴大和對紗線質量要求的提高，環錠紡紗技術也面臨著諸多問題。本文通過分析環錠紡紗技術的發展瓶頸，找出其產生原因，提出了在環錠紡紗機上加裝假捻器裝置，以期提高環錠紡紗機的適紡性能和成紗質量。

1　環錠紡紗技術遇到的問題

1.1無法適應纖維原料的發展

隨著紡織技術的不斷發展，紡紗原料日益豐富，環錠紡紗機對其適紡性差的問題也逐漸突顯。

如芳砜綸纖維是近年開發的一種有機耐高溫纖維，紡制的紗線適用于生產特種耐高溫制品，但該纖維紡紗時靜電現象嚴重，纖維間抱合力小，成紗困難，毛羽多，采用環錠紡紗機加工的成紗質量不理想。

又如毛紡半精紡可利用粗紡用動物纖維(如駝毛、兔毛)生產針織用紗，這樣可大大擴展原料范圍并降低原料成本，但粗紡用動物纖維原料較短，長度離散度較大，采用現有的環錠紡紗技術生產毛紡半精紡紗線困難大，且成紗毛羽多，導致生產的織物抗起毛起球性差。

再如苧麻纖維的紡紗多借用毛紡或棉紡環錠細紗機，但苧麻纖維的特性是纖維粗、抗彎剛度大，其可紡性遠不如毛纖維及棉纖維，現有環錠紡技術紡制的苧麻紗線成紗毛羽長、質量差。

1.2環錠紗線質量不穩定

實際生產中發現，環錠紡紗機生產過程中，對同一管紗而言，處于小管紗、中管紗和大管紗階段的紗線質量水平存在差異，小管紗時斷頭率最高，中管紗時斷頭率最低，大管紗時介于兩者之間，三者斷頭比例為5∶2∶3。為提高成紗質量水平，必須解決同錠生產的管紗在大、中、小管紗階段的質量差異問題，這需要改善環錠紡紗機的性能來實現[1]。

棉紡高效工藝要求粗紗重定量，細紗大牽伸，以大幅提高單位時間產量，減少前紡設備配置，降低生產成本，但在大牽伸條件下須條寬度增大，會導致成紗毛羽多、斷裂強度低等問題。

1.3生產效率低

當前大量新型高速織機正在推廣應用，但由于環錠紡紗線的斷裂強度弱環和毛羽問題，致使織機在高速條件下斷紗次數增多，達不到織機高速高產的目的。

2　原因分析及技術背景

環錠紡紗技術面臨的瓶頸很大程度上是由于環錠紡紗機本身的缺陷造成的。

2.1三維加捻三角區

環錠紡紗存在三維加捻三角區，與傳統認知的三維加捻三角區不同，在垂直方向，有部分纖維頭端被膠輥、羅拉黏附，另一端與加捻紗條連接，構成三維加捻三角區。該三角區內產生的毛羽大多數為圈向毛羽，對成紗斷裂強度和織制織物的起毛起球性影響很大。一端被膠輥、羅拉黏附的纖維，其另一端如果未能與加捻紗條的主體纖維相結合，就將成為飛花；如果與主體纖維相結合，則在加捻紗條的作用下，會被剝離而螺旋包纏在成紗紗體的表面，易受摩擦作用形成毛粒。

2.2高紡紗張力和張力波動

環錠紡紗機采用鋼質鋼絲圈加捻機構，其獨有的氣圈和卷繞形態產生紡紗張力和張力波動。過大且波動的紡紗張力會造成成紗條干不勻、粗細節多及斷頭等質量問題，限制了錠速和產量的提高。紡紗張力有兩部分組成：氣圈離心力(F=mω2R)和卷繞張力。在由小管紗向大管紗的變化過程中，氣圈大小也發生變化，紡紗張力由大變小，紡小管紗時的卷繞張力值均約為大管紗時的2倍。這一紡紗張力大和張力波動問題至今尚未得到很好的解決。

2.3技術背景

針對上述技術問題，許多研究正致力于改進環錠紡紗的紡紗條件。如香港理工大學研發的“單股無扭矩環錠紗線的加工方法和設備”[2]，在環錠紡紗機前羅拉和鋼絲圈之間設置一個假捻器，假捻器由兩個開有曲形溝槽的半圓體構成，假捻器旋轉帶動曲形溝槽內的纖維束加捻，使纖維束獲得與成紗反向的捻度，并最終卷繞在紡紗機錠子上的紗管上。這種曲形溝槽假捻器能增強紡紗三角區內紗線的扭矩，提高紗線強度，能在低捻系數條件下紡紗，紡制低捻度的紗線，但由于這種假捻器裝置構造的局限性，相比傳統環錠紡紗，其成紗強度約低18%，伸長率約低15.6%，且環錠紡紗技術中的高張力缺陷沒有得到根本解決。

3　假捻器裝置

本研究通過在環錠紡紗機上加裝一套假捻器裝置，提高環錠紡紗機的適紡性能，改善環錠紡成紗質量。

3.1機械結構

在不改變傳統環錠紡紗機機械結構的基礎上，在環錠紡紗機前羅拉鉗口至導紗鉤的紡紗段加裝假捻器裝置。在前膠輥和前羅拉組成的前鉗口至導紗鉤的紡紗段中間沿環錠紡紗機長度方向設置了一框架構件，假捻器由兩個軸承固定在框架構件的兩個邊框上，每一紡紗錠位設置一個假捻器，假捻器與導紗鉤之間設置有一根導紗棒。假捻器內設置若干根紗線張力阻尼針棒，假捻器由電動機帶動的傳動帶切向傳動，根據紡紗工藝要求，其轉速可通過電動機轉速的調節進行調整(圖1)。

圖1　環錠紡紗機(部分)及假捻器側視圖

3.2原理和效果

3.2.1降低紡紗張力

張力阻尼針棒對紗條的軸向摩擦阻力可以起到減少紡紗張力的作用(圖2)，紗條可套繞2～4根張力阻尼針棒，套繞的根數越多，張力阻尼作用越大。采用假捻器后可大幅降低紡紗張力，減小原環錠紡紗大、中、小管紗的紡紗張力差異和成紗質量差異，降低張力波動，平緩張力波峰，實現低張力紡紗。

1-假捻器； 2-張力阻尼針棒； 3-傳動帶；4-軸承； 5-框架構件 圖2　假捻器構造示意圖

3.2.2提高扭矩擴大原料適用范圍

利用張力阻尼針棒對紗條的切向摩擦阻力產生扭矩，套繞的張力阻尼針棒的根數越多，產生的扭矩越大。使環錠紡紗機同樣適用于剛度較大的苧麻和原料較粗、捻系數較低的半精紡紗線的生產。這不僅對擴大適紡纖維原料范圍、降低原料成本大有益處，還為棉紡高效生產工藝中出條定量較大的粗紗加工創造了條件。

3.2.3縮小三維加捻三角區

假捻器的軸承與前膠輥和前羅拉的法線連線呈90°，一定程度上消除了垂直方向上被膠輥、羅拉黏附的纖維，改善了纖維纏繞膠輥現象，縮小了三維加捻三角區區域，從而使成紗毛羽少，生產中飛花現象也大為減少。

4　試驗

4.1原料與設備

試驗在浙江寶潤毛紡有限公司進行，采用傳統環錠紡紗機與加裝了假捻器裝置的紡紗機分別試紡了絲光羊毛/防縮毛條/天絲混紡紗(質量分數比為42/42/16)，紗線線密度為50 tex×3，捻度為330捻/m，錠速為5 600～6 000 r/min。

4.2結果與討論

試驗結果圖3。

圖3　　　　采用傳統環錠紡紗機與加裝假捻器后紡制的紗線的性能對比

可見，加裝假捻器裝置的環錠紡紗機紡制的紗線的單紗斷裂強力高，粗節、毛粒、捻度變異系數等都明顯好于傳統環錠紡紗線，斷裂伸長率和條干均勻度與傳統環錠紗基本保持一致或略好。

5　結語

本文分析了傳統環錠紡紗技術的瓶頸和產生原因，通過在環錠紡紗機上加裝假捻器裝置，利用設置在假捻器上的若干根張力阻尼針棒，可有效減小紡紗張力，平緩張力波峰；同時張力阻尼針棒對紗條的切向摩擦阻力可產生扭矩，因此可紡制剛度較大的纖維，擴大了適紡原料的范圍，對提高紡紗效率和紡紗質量起到了積極作用。試紡結果表明，

所紡紗線單紗斷裂強力、斷裂伸長率、粗節、細節、條干、毛粒、捻度變異系數等指標均好于傳統環錠紗或與其基本一致。

[1] 王林堯，戴自怡.環錠紡加捻機理力學分析及半緊密紡紗技術研究[J].上海毛麻科技,2010(3)：2-8.

[2] 陶肖明,徐賓剛.單股無扭矩環錠紗線的加工方法與設備：1453401[P].2003-11-05.

Construction of false twisting device on ring spinning frame

DaiZiyi,WangLinyao

Shanghai Wool & Jute Textile Research Institute, Shanghai/China

After hundreds of years of development, ring spinning was faced with the change of raw fiber materials and the requirements of continuously improved yarn quality, and a number of technical issues appeared. The causes of these problems were studied，which were three-dimensional twist triangle area in spinning process, high spinning tension and tension fluctuations. False twisting devices were introduced such as the structure, principle and spinning effect. Trial results showed that the devices effectively reduced spinning tension and improved tensile strength, and the production target of percentage of elongation, slubs, snicks, pills, twister irregularity was better than the conventional ring-spun yarn.

ring spinning；false twister；tensile strength；spinning tension