低扭矩環錠柔軟紗加工現狀與假捻技術的應用

鄒專勇 虞美雅 陳建勇 張連京 馬瑞雪 胡英杰

摘要：低扭矩環錠柔軟紗技術是指通過環錠紡成紗過程或紗線后處理控制實現紗線殘余扭矩降低、手感柔軟的一種紗線加工技術。為深化低扭矩環錠柔軟紗加工技術的開發與應用，從低扭矩紗線加工現狀出發，首先分析了影響紗線殘余扭矩的因素，然后詳細闡述了紗線殘余扭矩減小或消除的方法，最后就紗線加工中假捻技術在低扭矩紗開發中的應用與效果展開了探討。研究指出：將動態假捻技術引入低扭矩紗線加工過程，是開發低扭矩、柔軟手感環錠紡紗線的最有效途徑。

關鍵詞：環錠紡；低扭矩紗；柔軟紗；假捻技術

中圖分類號：TS111.8文獻標志碼：A文章編號：1009-265X（2018）03-0089-04Status of Processing a Lower Torsion Moment Ring Spun Yarn with

Soft Handle and Application of False Twisting Technology

ZOU Zhuanyong1，2，3， YU Meiya3， CHEN Jianyong1，

ZHANG Lianjing2， MA Ruixue2， HU Yingjie2

（1.Faculty of Materials and Textiles， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China； 2.Production

R&D Center， Zhejiang Huafu Melange Yarn Spinning Co.， Ltd.， Shangyu 312300， China；

3.College of Textiles & Fashion， Shaoxing University， Shaoxing 312000， China）Abstract：The technology of processing ring spun yarn with lower torsion moment and soft handle means the yarn spinning technology， which makes the yarn being with lower torsion moment and soft handle by controlling yarn formation and yarn post proceeding. In order to deepen the development and application of process technology used to process ring spun yarn with lower torsion moment and soft handle， based on the processing status of yarn with lower torsion moment， influencing factors of yarns residual torque were analyzed firstly. And then， we elaborated methods of decreasing or eliminating the yarn residual torque. Finally， the application and its effect of false twisting technology in the process of yarn manufacture were introduced. The research result shows that dynamic false twisting technology can be introduced into the formation process of lower torsion moment yarn， which is the best way to developing ring spun yarn with low torque and soft handle.

Key words：ring spinning； yarn with low torque； yarn with soft handle； false twisting technology

通信作者：陳建勇，Email：cjy@zstu.edu.cn環錠紡紗因紗線強度提高需要，常通過增加紗線捻度來實現，這將引起紗線殘余扭矩增大，并對針織物的扭曲變形產生影響，最終導致織物或服裝手感較硬，布面外觀不平整、紋路歪斜等缺陷，同時使得針織面料的裁剪利用率降低[1]，難以滿足現階段無歪斜、布面平整等高質感織物的開發需求。開發一種低扭矩的紗線是改善織物歪斜（尤其是針織物緯斜）、布面不平整現象的最佳解決方案。然而，不同的低扭矩紗線加工方法對紗線殘余扭矩的消除效果存在差異，如何通過設計紗線結構與控制紗線成形過程，解決成紗強力提高與殘余扭矩降低之間的矛盾，是本文關注的重點。該研究有助于明確各種低扭矩紗線加工技術的優缺點，找準后續突破研究的重點，為規模化低扭矩紗線開發提供思路。

1低扭矩紗線加工的研究現狀

1.1影響紗線殘余扭矩的因素

在紡紗加捻時，纖維被拉伸、彎曲和扭轉，從而在紗線中儲存了與之相對應的扭應力，其中未能通過紡紗過程或后續加工處理釋放的那部分扭應力被稱為紗線的殘余扭矩[2]。通常，紗線的扭應力越大，紗線的殘余扭矩也越大。紗線的殘余扭矩將使紗線有退捻、釋放內部扭應力的趨勢，造成針織物卷曲，線圈歪斜變形，形成緯斜、螺旋線紋和機織物表面光潔平整度下降，“蛇仔紋”增加等現象，嚴重影響布面外觀與其他織物性能[35]。紗線的殘余扭矩主要與紡紗所用纖維化學組成、線密度、模量（如拉伸模量、彎曲模量、扭轉模量）、彈性、表面形態結構[46]、混紡比[7]、紗線加工方法和工藝配置、線密度、捻度、結構[79]及溫濕度[8]等因素有關。一般來講，纖維具有較好彈性、較高線密度和模量，紗線截面含有較多纖維根數和較大纖維堆砌密度、較高紗線捻度和線密度時，紗線的捻度穩定性越差，扭應力越大，相應殘余扭矩也越大。對復合紗而言，Araujo等[7，9]的研究發現，滌綸纖維含量的增加導致滌/棉紗的捻度不穩定性增加，使得織物的卷曲現象嚴重，表明不同種類纖維的混紡比是低扭矩混紡紗制備中需考慮的重要內容。此外纖維在紗線中的構象分布、堆砌排列與內外轉移也將影響紗線的殘余扭矩大小，而這正為通過選擇不同紡紗方法與工藝、裝配不同關鍵成紗元器件開發低扭矩紗線提供了理論依據。

1.2紗線殘余扭矩的減小或消除方法

1.2.1紗線后處理

紗線后處理方式是指在紗線成形完成后或在織物整理過程中利用物理退捻、熱處理、濕處理、濕熱處理、化學處理等方式消除紗線的殘余扭矩。

物理退捻法是利用退捻的方法降低紗線捻度，以平衡紗線內部扭應力，如Tao等[3]提出對摩擦紡及轉杯紡等紗線采用退捻方法來降低紗線的殘余扭矩，且在退捻后能夠保持紗線原有強力，但該法只提供了一種紗線殘余扭矩消除可能，因加工成本高，局限性大（只適用于非傳統的特殊紗線結構，如皮芯結構、不均勻的纖維堆砌密度及局部纖維糾纏和纏結等），無法用于工業化生產。吳雄英等[10]通過熱處理方式研究了毛滌復合紗線扭轉性能及扭應力松弛行為，Araujo等[9]研究了熱處理對棉/滌混合紗的紗線扭矩減小情況，這些研究均表明熱處理溫度對紗線扭應力的松弛具有較高依賴性，熱處理溫度升高將加快紗線扭應力的松弛速度，從而有助于降低或消除紗線的殘余應力，但該法對天然纖維的扭應力消除效果相對較差。濕處理法是指自然放置、利用自然調節法對筒子紗進行調濕處理，以消除紗線的扭應力，降低殘余扭矩，該方法較少在生產中采用，原因在于自然調濕難以對筒子紗的內部進行充分調濕，且耗時長，殘余扭矩消除效果差。濕熱處理法通常是指通過間接或直接方式汽蒸來消除紗線的殘余扭矩，以消除紗線加工過程帶來的靜電積累、降低紗線的退繞張力、改善紗線的上機織造性能[11]、降低紗線，尤其是強捻紗的捻度不穩定現象[12]、改善紗線殘余扭矩過高帶來的織物歪斜、“雞爪痕”等現象[1314]。濕熱處理法涉及間接或直接汽蒸技術，間接汽蒸技術因產生100%的飽和蒸汽，具有滲透性強，對紗線內外層扭應力的消除均勻性好，兩種方式去除紗線殘余扭矩效果受筒子紗容量影響較大，且蒸紗機內不同位置筒子紗及筒子紗內外層紗線的扭應力消除存在不均勻現象[15]。與干熱處理消除紗線殘余扭矩相比，濕熱處理對紗線殘余扭矩具有更好的消除效果，且消除后的紗線扭矩不會出現遞增的現象。此外，采用化學處理方式消除紗線的殘余扭矩，其原理是通過化學試劑對紗線進行柔軟整理達到降低紗線扭轉剛度，同時部分釋放加工過程導致的纖維拉伸、彎曲和扭轉力，從而實現紗線殘余扭矩的降低或消除。但化學處理方式消除紗線的殘余扭矩容易導致纖維的損傷，造成纖維性能發生變化、紗線強力下降，影響織物的耐穿牢度，同時處理過程會產生廢氣、廢水和化學品的排放，從而對環境產生危害，并帶來處理壓力。

綜上可知，采用后處理方式對紗線殘余扭矩的去除存在局限性，不適應所有纖維和紗線，且增加了加工工序，耗時費事，導致加工成本增加。

1.2.2紗線結構設計

采用紗線結構設計方法去除紗線的殘余扭矩是利用平衡扭矩的原理完成紗線結構設計，從而使紗線內部扭應力得以消除。Sawhney等[1617]通過紗芯捻向與包芯紗的皮層捻向相反來平衡紗線內部結構的扭應力，以降低紗線殘余扭矩。利用與單紗捻向相反的方向以適當捻度將兩根同捻同向的單紗并合加捻，通過退捻使得扭應力松弛，使股紗捻度穩定，從而降低股線的殘余扭矩，該方法可用于無法通過后處理方式實現紗線殘余扭矩消除的情形，如金屬鉬絲股線的殘余扭矩去除[18]，但缺點是無法用于低扭矩單紗的制備。此外，還可利用在紗線中添加水溶性纖維，以生產低捻紗線，從而獲得較低的紗線殘余扭矩，但該方法存在加工能耗大、成本高的現象[19]。通過紗線結構設計消除紗線殘余扭矩是一種物理方法，不會損傷纖維，適用于任何纖維，但紗線的開發品種受到局限，無法滿足差異化產品開發需求。

1.2.3紗線形成過程控制

傳統的環錠紡紗線扭矩，通常可考慮降低紗線捻度來實現，但紗線捻度降低會導致成紗可紡性降低，且紗線的強力也會大幅下降，因此無法通過簡單降低紗線捻度或捻系數來減小或消除紗線殘余扭矩。利用自捻原理，采用一對既繞軸回轉、又沿軸往復運動的搓捻輥對兩根纖維須條進行加捻成紗，從而獲得Z、S捻交替出現，且中間呈現無捻區的紗線結構，以此平衡紗線內部扭應力，降低紗線殘余扭矩，但無捻紗段的存在，雖經錯位和合股可減少其對強力等影響，但應用領域的擴大仍受到限制[20]。在紗線形成過程中，加裝關鍵成紗元器件（如假捻器），以此來提高加捻區段紗線捻度，從而降低因設計捻度下降帶來的可紡性惡化的現象，最終獲得低捻、低扭矩的紗線[19，2123]。利用添加關鍵成紗部件或引入新的紗線形成方法降低紗線的殘余扭矩是通過加強成紗區段的纖維控制，從而改變纖維在紗中的空間構象與排列分布，或形成新的紗線結構，以降低紗線內部扭應力，達到減小或消除紗線殘余扭矩的目的。基于假捻的低扭矩紗線加工技術具有顯著優勢，不增加額外工序，就能降低紗線的設計捻度，且又不影響成紗的可紡性與紗線強力；不受纖維種類或紗線結構的限制，不損傷纖維，具有較強的應用適應性，市場前景廣闊。一種既運行穩定，又經濟的假捻裝置設計、開發與應用是低扭矩紡紗技術得以快速發展的關鍵，這將成為未來低扭矩紗線開發的重要研究內容。

2紡紗過程假捻裝置開發應用現狀

假捻是指成紗過程中使紗條獲得過程性或階段性捻度，假捻點上下游的捻度相等、相位相反，假捻過程結束后真實捻度回歸為零的一種加捻方式。在紗線加工領域，最典型的假捻技術應用是用于粗紗機的錠帽設計，通過錠帽的結構設計，利用假捻的原理使紗條獲得一定的捻度，從而減少粗紗伸長率和斷頭率，有利于高速運轉[2425]。在細紗形成階段，利用假捻裝置可增加假捻點到加捻三角區間的成紗的動態捻度，從而減少細紗斷頭；且因可降低設計捻度，有助于提高生產效率，使紗線手感更柔軟，殘余捻度更小，故不斷有探索將假捻技術應用于細紗或精紡及捻線生產過程[19，2124]。

假捻技術在紗線加工過程的應用效果取決于采用何種假捻器與假捻形式，這關系到基于假捻的紡紗技術成功應用并得以推廣的關鍵。假捻器可分為靜態假捻器和動態假捻器[22，25]。靜態假捻器是一種消極式假捻方式，是利用假捻部位的表面結構設計，僅借助接觸摩擦而產生假捻效應，從而提高前羅拉與假捻點間紗段的捻度。靜態假捻器具有能耗低、易護理的優勢，其假捻效果受加捻部位結構、材質影響較大，因假捻效應不夠顯著，在細紗加工領域較少采用。動態假捻器是一種積極式假捻方式，是借助外力使紗線產生轉動，從而獲得捻度，該種假捻類型較靜態假捻具有更高的假捻效率，裝置復雜程度根據不同的假捻形式而有差異，其能耗也各有不同。相比靜態假捻器，動態假捻器的實現形式更加多樣化，有轉子假捻器、摩擦盤假捻器、膠圈式假捻器、搓環假捻器、龍帶假捻器與空氣假捻器等[21，23，26]，分別見圖1所示。因此將動態假捻形式引入低扭矩紗線開發具有現實意義，假捻裝置通常安裝在前羅拉前的導紗器與鋼絲圈后的導紗器之間，典型的產業化應用案例有：江西山星紡機實業有限公司利用羅拉回轉使紗線與羅拉表面產生摩擦，紗線因摩擦驅動力向切向滾動，從而獲得假捻；德昌精密紡織機械有限公司利用單龍帶傳動使紗條回轉獲得假捻；渡茂紡織技術有限公司采用上下兩條皮帶的假捻裝置對紗線進行假捻。但針對不同環錠紡紗（如色紡與本色紗加工，傳統環錠紡與緊密紡紗）、不同纖維原料種類，選擇何種既穩定又經濟適用的假捻裝置與工藝仍是有效開發低扭矩環錠紡紗線的重要研究內容。圖1不同形式的動態假捻裝置

3結語

低扭矩環錠紡紗線的開發現階段處于廣泛研究與探索階段，尤其是基于假捻技術的低扭矩紡紗技術具有廣闊的市場前景，這是對傳統的環錠紡紗技術又一拓展與深化，但該技術研究攻關的同時仍需更多關注后道面料風格與應用領域，進一步強化提升低扭矩紗線加工關鍵元器件設備的運行穩定性，篩選優化低扭矩紗線成紗工藝，注重低扭矩紗線加工技術帶來的效益提升，凸顯低扭矩紗線產品的柔軟、高強、低扭矩等特點，實現規范化的低扭矩紗線產品開發，從而提升紗線產品附加值。

參考文獻：

[1]楊昆，陶肖明，葉蔭權，等.一種新型針織用環錠紗的研制及應用[J].紡織學報，2004，25（6）：58-60.

[2]LAU Y M，TAO X M，DHINGRA R C. Spirality in ainglejersey fabrics [J]. Textile Asia，1995，31（8）：95-102.

[3]TAO X M，LO W K， LAU Y M. Torquebalanced singles knitting yarns spun by unconventional systems： 1. cotton rotor spun[J].Textile Research Journal， 1997，67（10）：739-746.

[4]郭瑩.低扭矩環錠單紗的結構及性能[D].上海：東華大學，2011.

[5]王玲玲，楊昆，蔣躍東.紗線殘余扭矩對緯平針織物線圈歪斜的影響[J].針織工業，2012（11）：22-23.

[6]PLATT M M，KELINW G HAMBURGER W J.Mechanics of elastic performance of textile materials，part XIII：torque developmentin yam systems：singles yarn[J].Textile Research Journal， 1958，28：1-13.

[7]ARAUJO M D D，SMITH G W. Spirality of knitted fabric： part II： the effect of yarn spinning technology on spirality[J].Textile Research Journal，1989，59（6）：350-356.

[8]華濤，陶肖明，鄭國寶.機織用扭妥TM紗的應用研究[J].紡織學報，2004，25（5）：38-40.

[9]ARAUJO M D D，SMITH G W. Spirality of Knitted Fabric： Part I： The Nature of Spirality [J].Textile Research Journal，1989，59（5）：247-256.

[10]吳雄英，王府梅，王善元，等.毛滌復合紗線扭轉性能及扭應力松弛行為的研究[J].東華大學學報（自然科學版），2001，27（6）：99-104.

[11]宋偉，程隆棣.強捻棉紗蒸紗實踐[J].紡織科技進展，2010（1）：52-54.

[12]曲麗君.針織用棉紗蒸紗實踐[J].紡織導報，2008（10）：98-99.

[13]周金鳳，楊貴彬，胡兆平.改善精紡羊絨紗織片緯斜的工藝探討[J].毛紡科技，2011（1）：29-31.

[14]張后兵，張志，丁霞.蒸紗工藝對精紡羊絨針織制品雞爪痕的影響分析[J].上海毛麻科技，2007（4）：1-4.

[15]金波，張軍生，韓克霄.兩種蒸紗鍋蒸紗效果分析[J].上海紡織科技，2012，40（10）：21，26.

[16]SAWHNEY A P S， ROBERT K Q， RUPPENICKER G F， et al. Improved method of producing a cotton covered/polyester staplecore yam on a ring spinning frame[J]. Textile Research Journal，1992，62（1）：21-25.

[17]SAWHNEY A P S，KIMMEL L B.Tandem spinning [J]. Textile Research Journal，1995，65（9）：550-555.

[18]賈偉，陳南梁，傅婷.金屬鉬絲并線過程中殘余扭矩的研究[J].產業用紡織品，2011（6）：22-25.

[19]李新榮，蔣秀明，楊建成.假捻器在環錠紡上的應用[J].紡織器材，2011，38（2）：67-69.

[20]謝春萍，徐伯俊.新型紡紗[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[21]TAO X M，XU B G.Manufacturing method and apparatus for torquefree singles ring：USA， 6860095B2[P].2005-03-01.

[22]朱愛萍.低扭矩紗線的生產方法及其裝置：中國，101967706 B[P].2012-05-23.

[23]陳子瑜.圓形龍帶假捻紡紗裝置：中國，202881514 U[P].2013-04-17.

[24]黃建明，倪遠.環錠細紗機紡紗過程假捻技術的發展歷程與現狀[J].紡織器材，2012，39（4）：48-56.

[25]徐旻.粗紗機高效假捻器的分析與應用[J].無錫輕工學院學報，1989，8（3）：69-73.

[26]劉榮清.紡紗假捻的機理和應用[J].棉紡織技術，2016，44（9）：30-35.