使用錐面鋼領紡制粘膠包芯紗效果分析

卞克玉 吳叢俊

（1.常州紡織服裝職業技術學院，江蘇常州，213164；2.常州天虹紡織有限公司，江蘇常州，213166）

鋼領是紡紗的重要元件，鋼領選配對紡紗過程中的斷頭率有很大影響，同時對成紗條干、毛羽等指標也有著重要的影響［1］。隨著細紗錠子速度的提升、用戶對紗線質量要求的提高，紡紗企業對鋼領的要求也越來越高。平面鋼領與錐面鋼領是紡紗過程中常應用到的兩種鋼領，需要配備不同的鋼絲圈。本研究對平面鋼領與布雷克錐面鋼領的使用效果作以探討。

1 鋼領鋼絲圈配合對紗線質量的影響

鋼領、鋼絲圈選用與配合是紡紗廠管理的一項重要工作，鋼領與鋼絲圈的配合對紡紗過程中的張力影響很大［2］，同時影響成紗質量、生產效率以及生產成本。鋼領要適應紡紗高速度、大卷裝；鋼絲圈要能與鋼領很好配合，要具有良好的散熱性能，使用壽命長，同時要盡量減少紡紗過程中棉結、毛羽和斷頭的產生。由于不同原料性能不同，對鋼領與鋼絲圈要求也不同，如針對粘膠類再生纖維素纖維，由于其纖維長度整齊度較好，含有一定的油劑，纖維熔點也低，因此在紡該類纖維品種時，需要鋼領更加耐磨，通道更寬暢光滑，截面設計更合理，散熱性能更好。

2 鋼領、鋼絲圈種類與特點

2.1 鋼領

鋼領根據截面形狀一般分為平面鋼領和錐面鋼領兩類。棉紡企業使用平面鋼領較多，它分為PG1/2（邊寬2.6 mm）型、PG1（邊寬3.2 mm）型、PG2（邊寬4.0 mm）型等，PG1/2 型適合紡細特和超細特紗，PG1 型適合紡中特和細特紗，PG2型適合紡粗特紗。

平面鋼領內跑道由多段圓弧相接而成，其內跑道較深，頸壁薄，抗楔性能較好，鋼絲圈運行時圈腳不碰內外壁，運行平穩，基本不產生突變張力；但平面鋼領一般不適于高速，易造成斷頭增多，主要原因是鋼領與鋼絲圈接觸面積小，影響散熱，速度太高易導致“飛圈”現象。錐面鋼領內跑道的幾何形狀獨特，為近似雙曲線的直線部分，所用鋼絲圈也是非對稱圈形，相比平面鋼領鋼絲圈圈形加大，通道寬暢，內腳細長，與鋼領內跑道之間近乎平行接觸，鋼領鋼絲圈接觸面積更大，有利于散熱，減小磨損；同時該類鋼絲圈運行平穩，可有效減少毛羽和降低斷頭。

從材質來看，鋼領過去主要采用碳素鋼、工具鋼等來加工，后來也采用軸承鋼、合金鋼等材料。后兩種鋼領性能更加優越，其耐磨性、散熱性和防黏合性有明顯改善，表面更加光滑，氣圈穩定，紡紗張力平穩；紗條通道通暢，鋼絲圈回轉穩定，紗線毛羽少、斷頭少。但也有一定的缺陷，比如軸承鋼鋼領在濕度較大的環境下容易生銹。近年來為了改善鋼領表面特性，使鋼領表面具有自潤滑、防銹、耐磨、抗蝕等特性，很多企業通過光面、鍍鉻、納米鍍膜、硫化等工藝對鋼領進行了特殊的表面處理，這些處理工藝大大提高了鋼領的使用性能，有效保證了紡紗質量。

鋼領表面主要檢測項目有表面硬度、內徑圓整度、頂面平面度、上下面平行度等［3］。鋼領規格準確是鋼領合格的重要前提。一般根據鋼領表面的磨損和衰退程度確定使用壽命；另外不同材質鋼領的使用壽命也不同，一般低碳鋼領不得低于6 個月，合金鋼領不得低于2 年。

鋼領選配時要根據所紡纖維強度、紗線號數及用途來綜合考慮。一般平面鋼領適合絕大多數纖維。錐面鋼領價格較高，普及率較低，但由于其適用于高速，往往能夠帶來更好的經濟效益。以瑞士布雷克錐面鋼領為例，該產品采用分體式“鋼領座，固定環”系統，可以有效降低生產成本，優化后的鋼領具有更高的運轉速度和產量；鋼絲圈運轉性能也更穩定，可以有效降低紗線斷頭，優化紗線品質［4］；另外該類鋼領表面經過特殊的熱處理，改善了鋼領與鋼絲圈間的熱傳導，加工化纖時不易產生熱損傷，不易發生因溫度升高而導致的表面熔蝕現象。

2.2 鋼絲圈

鋼絲圈是紡紗加捻的重要元件，它通過繞鋼領回轉實現加捻。鋼絲圈是細紗加捻卷繞機構中最小的器材，也是細紗機最主要的耗材，雖小卻很關鍵［5］。鋼絲圈按圈形可分為O 系列、G 系列、GS 系列；每個系列還可以再細分。O 系列、GS 系列和G 系列鋼絲圈分別應用于PG1/2 型鋼領、PG1 型鋼領和PG2 型鋼領。錐面鋼領也有專用的鋼絲圈適配，這種鋼絲圈與鋼領之間的接觸面比平面鋼領與鋼絲圈大4 倍～5 倍。

鋼絲圈選擇時要充分考慮紡紗品種、錠速、鋼領直徑和鋼領當前的使用狀態［6］。鋼絲圈本身幾何尺寸要精準，重量一致性要好；另外上機時還要考慮鋼絲圈的重心位置。當鋼絲圈重心位置偏高時，通道通暢，紗線易通過，但鋼絲圈與鋼領接觸點位置低，容易使圈腳磨損造成鋼絲圈運行不穩定，甚至出現“脫圈”現象，這種鋼絲圈可用來紡粗號紗降低重心；反之如果鋼絲圈重心偏低時，可以紡細號紗，有利于減少氣圈波動，使鋼絲圈運行穩定。此外，也要適當考慮鋼絲圈圈形，不同的纖維原料適配不同截面的鋼絲圈，鋼絲圈圈形選擇不當會使鋼絲圈與鋼領壁發生碰撞，從而使鋼絲圈產生抖動，導致張力突變而產生斷頭。

3 試紡試驗

粘膠纖維因吸濕性好、染色性能好、面料手感光滑而頗受市場青睞。因此，本試驗以常規粘膠氨綸包芯紗品種為例。

3.1 試驗準備

以現有FA506 型細紗機作為試紡機型，所紡品種為粘膠14.6 tex（44.4 dtex），采用賽絡紡方式；粗紗定量4.0 g/10 m，2 根喂入；細紗要求捻度104 捻/10 cm；實際總牽伸54.8 倍。

原料性能：粘膠纖維長度38 mm，細度1.33 dtex；氨綸細度44.4 dtex，氨綸絲預牽伸4.0 倍。

3.2 試驗方案

通過采用不同鋼領、不同錠速分別紡制粘膠氨綸包芯紗，考察錐面鋼領對粘膠氨綸包芯紗的適紡性。具體試驗方案如表1 所示。

表1 錠速與鋼領選配方案

選用的平面鋼領型號PG1 4254；鋼絲圈采用短矩形截面，型號8/0；錐面鋼領型號布雷克OR?BIT 40/54，鋼絲圈型號SFB 2.8 RL dr 10/0。因平面鋼領與錐面鋼領本身適紡錠速不同，因此分別選用不同的錠速進行紡紗。

3.3 紡紗監測與紗線主要指標檢測

首先選用平面鋼領紡紗，觀測并記錄不同速度下紗線斷頭與氨綸斷絲情況；然后更換錐面鋼領及其配套的鋼絲圈再次紡紗，觀測并記錄不同速度下紗線斷頭與斷絲情況；最后對上述兩種條件下所紡的紗線質量進行測試并記錄，具體如表2 所示。

表2 使用不同鋼領所紡紗線質量指標對比

4 結果分析

4.1 平面鋼領

在使用平面鋼領時，隨著速度的增加，紗線斷頭數增加，斷絲數也明顯增加；紗線條干CV 從10.8%增長到11.43%，其他質量指標也都有不同程度的增長。這充分說明使用平面鋼領紡制粘膠紗時速度不宜過高，一般不要超過14 500 r/min。

4.2 錐面鋼領

在使用錐面鋼領時，隨著速度的增加，斷頭數有減少趨勢；紗線條干稍有上升趨勢但上升不明顯，粗細節等參數沒有明顯變化，棉結和毛羽H 值總體稍有下降趨勢。整體而言，錐面鋼領的成紗質量優于平面鋼領，說明錐面鋼領在較高速度下有著良好的表現：錠速維持在17 000 r/min條件下，紗線質量指標仍然較好。但在前期試驗中發現，當錠速達到17 500 r/min 以上時會出現偶發性斷絲，所以也沒有必要片面追求高速而引起其他一些生產質量問題。

5 使用錐面鋼領紡紗注意事項

（1）新鋼領出廠前表面涂有防銹油，該油脂是可揮發性的，不會對紗線造成污染。因此在上機前無需擦拭表面，但新鋼領上機時要先進行磨合。

（2）錐面鋼領是專門針對高速高產要求設計的，因此生產設備狀態的可靠性要好；要求細紗機做到錠子、鋼領、導紗鉤、氣圈環“四心合一”，任何設備狀態的問題都有可能影響紡紗效果。

（3）磨合期鋼絲圈的更換遵循生產廠家關于走熟期的相關要求，采取輕磨重用的策略，當紡紗目標速度（比如15 000 r/min）設定后，初期的磨合要使用比正常紡紗輕1 號的鋼絲圈，運行4 h～12 h，重新更換新鋼絲圈。如需提速則在鋼絲圈更換4 h 后，在一個速度段內的鋼絲圈更換后可間隔4 h～12 h 分段提速，當速度達到該鋼絲圈最大紡紗張力時再更換下一個號數的鋼絲圈，如此循環更換提速，直至達到目標速度；此時鋼絲圈運行48 h 后更換同號數鋼絲圈，此后才能按鋼絲圈的正常使用周期更換。

（4）由于錐面鋼領配用鋼絲圈細長，易變形，因此鋼絲圈有掛花風險，生產中要給予足夠重視。

（5）錐面鋼絲圈更換操作要比平面鋼絲圈復雜一些，用時一般是更換平面鋼絲圈的2 倍。因此更換鋼絲圈時盡可能配用專用更換鋼絲圈工具，以有效減少更換鋼絲圈時間（效率是傳統人工的3 倍左右），減少損壞，并提高生產效率。

（6）要保證細紗各區域溫濕度穩定，相對濕度保持在58%～62%。

（7）喂入粗紗質量要穩定，無細節；開關車要規范，如操作不當易造成斷頭過多。

6 應用錐面鋼領經濟效益分析

使用錐面鋼領雖成本較高，但有利高速，利于降低綜合成本。以我公司10 萬錠車間為例（為方便計算每臺車以400 錠計，共250 臺），目前使用ORBIT 40/54 型錐面鋼領，其價格約70 元/個，可用時間15 年，期間不需要回磨，則年均成本為4.67 元/個。國產普通平面鋼領價格3 元/個，使用壽命15 個月，則年均成本為2.4 元/個。兩種鋼領年均成本相差2.27 元/個。除此之外，使用傳統平面鋼領還會增加以下成本：更換平面鋼領時拆卸裝和回磨的人工成本、重新安裝時校準成本、更換期間停臺成本。具體成本核算如下（換鋼領造成原料、用電、鋼絲圈等成本損耗不計）。

更換平面鋼領年均拆卸裝、回磨的人工成本：以回磨周期12 個月計，1 年需要回磨鋼領約250 臺次，每臺回磨、撿剔、上油保養等花費時間約4 h（人工），以每天8 h 工作制計算，每年需要增加125 個人的工作量，人工工資以180 元/天計算，全年需支出22 500 元。

重新安裝時校準成本：更換1 次鋼領需要做錠子、鋼領、導紗鉤同軸度校準，需要更換鋼絲圈、落紗、生頭開車、查絲（針對氨綸包芯紗品種）等工作，每臺車需要4 個人同時進行，每臺計2 h，全年更換250 臺次，人工工資以230 元/天計，8 h工作制計算，全年需要約250 個人工，增加成本57 500 元。

更換鋼領期間的停臺成本：每臺車更換鋼領需2 h，以臺日工費1 000 元計算（以普通品種計），合計要損失20 833 元工費收入。

錐面鋼領高錠速帶來的利潤增加：在用工、能耗不增加的情況下，采用錐面鋼領生產同一品種要比平面鋼領產量高25%左右，以每臺日工費1 000 元計算，每天可增加工費收入250 元/臺，合計62 500 元/天。

綜上分析，由于平面鋼領維護引起的成本增加約為22 500+57 500+20 833=100 833（元），折合到每個鋼領上約為1 元，尚不足以抵消單個錐面鋼領與平面鋼領的年均成本之差2.27 元。但從錐面鋼領高速紡紗帶來的效益提升角度來說，購買錐面鋼領增加的成本問題可以忽略不計。

7 結語

綜上所述，使用錐面鋼領及其配套鋼絲圈能夠成功地紡制粘膠14.6 tex（44.4 dtex）賽絡紡包芯紗。相比平面鋼領，錐面鋼領在提升紡紗速度方面優勢明顯，平均可以提升20%以上，而且在一定程度上能夠優化紗線質量指標。雖然錐面鋼領的初期投入較大，但從長遠來看，可以有效提升產能，經濟效益優勢明顯，值得推廣。未來，隨著國產鋼領加工材質、鋼領加工技術與表面處理技術的發展，相信錐面鋼領的應用領域一定會更加廣泛。