棉紡（超）大牽伸工藝技術現狀與結構創新探討（下）

倪遠,張玉澤,汪軍/文 . 紡之遠（上海）紡織工作室；.東華大學 紡織學院

2 棉紡（超）大牽伸技術研發方向探析

上述棉紡（超）大牽伸機構大都沒有進入產業化應用，只有少量三羅拉三膠圈或四膠圈鉗口牽伸裝置用于粗紗喂入的大牽伸紡紗方面。棉條直紡的超大牽伸試驗也因為品質問題，而僅限于紡制中等線密度（中支）紗線。

環錠細紗機棉條直紡的超大牽伸紡紗技術，數十年來一直只是行業的一個夢想，根據現狀分析，缺省粗紗機的棉條直紡超大牽伸紡紗應用尚有兩大制約因素：超大牽伸結構的牽伸能力與牽伸品質之間的矛盾，及環錠紡無捻棉條直紡并條至細紗工序系統設置性價比問題。

由于包括噴氣渦流紡在內的新型紡紗技術強勢崛起，噴氣渦流紡四羅拉三區超大牽伸裝置（圖10）及無捻棉條條筒卷裝直紡喂入的規模化市場應用，引起環錠紡技術領域的若干類比聯想與設問：環錠紡紗單錠產能和輸出線速度僅為噴氣渦流紡的5%左右，噴氣渦流紡棉條直紡的四羅拉三區超大牽伸系統，在相對單錠產能與線速度極低的環錠細紗機上應用可行嗎？環錠紡紗工藝流程中粗紗工序的應用還有存在的必要嗎？

圖10 渦流紡棉條直紡四羅拉三區超大牽伸裝置

回答上述兩個設問，必須要綜合考量環錠紡紗系統應用的技術經濟性問題。不可回避的是要討論環錠紡紗工程采用無捻棉條直紡，在技術與經濟層面兩個方面的問題：在技術性層面來說，是超大牽伸裝置在提升牽伸能力的同時如何確保在高倍牽伸情況下的牽伸品質問題；在經濟性層面來說，是環錠紡流程中并條、粗紗與細紗這三個工序裝備綜合投資與運行成本，及條筒卷裝替代粗紗管卷裝后紡紗管理適應性與附加投資和運行成本問題。有關這些問題的探討在“環錠細紗機超大牽伸產業化應用可行性探討”[4]一文中已經作了細致的分析。

3 創新棉紡（超）大牽伸結構設計探索

以下探索一個兼顧牽伸能力與牽伸品質的超大牽伸裝置，以適于總牽伸大于200 倍的渦流紡超大牽伸棉條直紡高品質渦流紡紗線；或者適于環錠紡大牽伸有捻粗紗紡制短纖純紡或多種纖維混紡的高品質紗線。

3.1 超大牽伸裝置前區牽伸結構的選擇

擔任主牽伸的前區采用結構合理、應用成熟的變速點前移集中的正向延伸長短雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結構，目前看不失為合理的選擇。

3.2 現有技術中后區牽伸結構存在問題討論

綜上所述，現有技術后區牽伸（或第二主牽伸）結構設置及其工藝應用，可以概括地分為三個大類：簡單羅拉平面直線牽伸結構、附加剛性元件控制須條的曲線牽伸結構、附加正向延伸膠圈鉗口牽伸結構。

單個牽伸區的牽伸能力有限，超大牽伸應用需要兩個及以上的牽伸區分擔總牽伸倍數，在正向延伸長短雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結構作為主牽伸區的基礎上，在主牽伸區的上游設置組合疊加的附加牽伸區，有以下幾個問題需要考量：

簡單羅拉平面直線牽伸結構和附加剛性元件控制須條的曲線牽伸結構，由于不能集中控制纖維變速點，牽伸能力有限，不適于大幅度增大總牽伸倍數。

再增加正向延伸膠圈鉗口串聯的牽伸結構，則隨著牽伸倍數的增大，牽伸品質惡化明顯。因為簡單疊加相同的纖維變速點前移集中控制方式，會使上游牽伸區產生的牽伸波，在下游牽伸區作與牽伸倍數相同倍率的放大。這種牽伸波疊加現象制約了相同纖維變速點控制方式兩個方面的應用：在工藝上制約了牽伸能力的放大和在牽伸區設置上制約了相同牽伸區的重復運用。

高倍的超大牽伸還有一個問題：由于后羅拉轉動特別緩慢，如果后區牽伸較小，會發生纖維條粘滑現象，非常嚴重地破壞線密度均勻度。如前羅拉出條速度為每分鐘18 米、總牽伸大于200 倍時，后羅拉的線速度僅為每秒鐘1～2 毫米，后牽伸區中受牽伸力作用的纖維，會由于動靜摩擦力的交替變化而產生運動急跳現象，影響牽伸品質，因此超大牽伸應用的后區牽伸倍數不能設置較小。

3.3 后區纖維尾端集中變速的超大牽伸結構

為了有效回避現有技術中后牽伸區結構的存在問題，創新棉紡超大牽伸結構的后區設計采用纖維尾端后移集中變速的工藝技術結構，即在正向延伸膠圈鉗口主牽伸區的上游后牽伸區，增加一對反向延伸膠圈鉗口，成為纖維變速點后移集中控制方式的牽伸區，這在理論上會緩解牽伸波疊加現象對牽伸品質的影響。

圖11 是一種比較簡潔、高效的超大牽伸結構，采用四羅拉三牽伸區四膠圈配置，兩對長短膠圈鉗口分別設置在第二和第三羅拉上，成為雙向延伸膠圈鉗口纖維變速點前后移集中控制超大牽伸結構。主牽伸的前區采用正向延伸雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結構，中區為小倍率過渡彈性牽伸集合區，并設置集聚元件，后區采用與須條運動方向反向延伸的雙膠圈鉗口彈簧擺動銷牽伸結構。

圖11 四羅拉兩類變速點纖維運動控制技術超大牽伸結構

運用四羅拉兩類變速點纖維運動控制技術的牽伸裝置，完全避免了現有技術中多羅拉多膠圈牽伸區在增大牽伸能力的同時，產生的影響牽伸品質的三個工藝結構缺陷：相鄰膠圈牽伸區設置、后羅拉膠圈鉗口設置及須條多級同向變速點串聯牽伸結構設置。

粗紗和細紗牽伸裝置的主牽伸區盡管都采用了膠圈鉗口向下游延伸的變速點集中前移的工藝手段，但粗紗和細紗兩個主牽伸區的膠圈鉗口對同一根須條來說是異向設置的，因此從工藝上合理避免了須條牽伸過程在兩個主牽伸區的兩對膠圈鉗口中變速點連續的同向設置，從而在獲得兩個工序牽伸倍數乘數效應的同時，減輕或避免了牽伸波疊加，有利于保證牽伸質量。

四羅拉兩類變速點纖維運動控制技術：后區變速點后移集中，前區變速點前移集中，這種有別于現有技術的超大牽伸結構設計，是在一套牽伸裝置中設置了兩個相反方向延伸的膠圈鉗口，實現牽伸須條不換向，而經過兩個牽伸區變速點位置的換向。

從一個特定的角度看，這個創新工藝技術結構可以理解為對牽伸須條進行了“虛擬換向”，從而避開連續兩次變速點控制的同向串聯，在牽伸能力得到提升的同時改善牽伸質量。

與現有技術的最大區別在于后區的纖維控制方式。在牽伸理論中，改善牽伸品質、減小牽伸附加不勻最有效的方式是纖維變速點集中，纖維變速點的集中，可以大幅度縮小牽伸過程中的纖維端部移距偏差，降低線密度的附加不勻。有兩種控制纖維變速點集中的基本區域：前鉗口和后鉗口。在現有技術中廣泛應用的是，將纖維變速點集中控制在靠近牽伸區前鉗口的纖維運動控制方法，稱為纖維變速點前移集中。采用纖維變速點控制在靠近牽伸區后鉗口的纖維運動控制方法，稱為纖維變速點后移集中。

對于纖維變速點后移集中工藝技術方案沒有在行業裝備中進行技術應用，具有多方面的因素。在創新的四羅拉四膠圈超大牽伸機中，第三羅拉上設置反向延伸的上下膠圈鉗口，三羅拉線速度基本上接近于第二羅拉或者普通三羅拉牽伸的中羅拉線速度，可以大幅增加后區牽伸倍數的設置。

3.4 創新棉紡超大牽伸結構的優勢

圖11 的超大牽伸結構，是四羅拉四膠圈前后兩類變速點纖維運動控制技術超大牽伸結構。前區采用了雙膠圈正向延伸的設置，使纖維變速點集中在靠近前鉗口的纖維運動控制方法；后區采用了雙膠圈反向延伸的設置，使纖維變速點集中在靠近后鉗口的纖維運動控制方法。這樣大約會產生以下幾個方面的優勢效應：

后牽伸區采用反向延伸雙膠圈鉗口的設置，使后牽伸區纖維變速點集中后移到靠近后羅拉鉗口，從而減小牽伸過程產生的纖維后端移距偏差，同時可以設置較大的后區牽伸倍數，有益于須條中纖維的前彎鉤伸直；

前牽伸區采用正向延伸雙膠圈鉗口的設置，使前牽伸區纖維變速點集中前移到靠近前羅拉鉗口，從而減小牽伸過程產生的纖維前端移距偏差，同時可以設置很大的前區牽伸倍數，有益于須條中纖維的后彎鉤伸直；

中區采用較小的牽伸倍數，附加至少一個集聚元件，可以集合整理經后牽伸區牽伸而發散的纖維須條，對前區大倍率牽伸是有利的；

上述現有技術中多羅拉多膠圈鉗口的牽伸區，由于客觀存在的膠圈滑溜狀況，兩個相鄰的膠圈牽伸區之間是存在著牽伸倍數動態分布的情況，在一定程度上影響到牽伸品質的穩定性。本超大牽伸技術結構設置了一個集合整理的中部牽伸區，使前后兩個牽伸區的兩套膠圈運動，由兩對羅拉鉗口分別驅動控制，從而有效阻隔了兩套膠圈鉗口在前后兩個牽伸區驅動與運行受力的相互牽制，在確保超大牽伸工藝應用條件下，前后兩個牽伸區牽伸工藝的穩定；

前二、三羅拉速度較低，適于膠圈鉗口慢速運動。同時在后牽伸區反向延伸膠圈鉗口的纖維控制區內，上下膠圈的工作部分都處于緊邊工作狀態，膠圈外摩擦力場的布置比較理想，對纖維須條的控制非常有利。如果喂入牽伸的是有捻須條，在內外摩擦力場的有效控制下，更加有利于改善牽伸品質；

本超大牽伸技術結構交替設置的纖維變速點后鉗口集中與前鉗口集中，對多個羅拉牽伸區纖維須條變速點多級同向串聯的牽伸，可以顯著改善下游牽伸區的牽伸波對上游牽伸區的牽伸波疊加放大惡化，有助于控制成紗線密度均勻度；

中區的集聚元件可以是固定或滾動的集束器，如設置1～2 個V 形溝槽的輥輪，輥輪可以隨動或由二羅拉或三羅拉摩擦驅動。

本超大牽伸結構，既適用于棉條直接喂入超大牽伸紡制高品質渦流紡紗，也適于重定量有捻粗紗喂入大牽伸紡制高品質環錠紡紗，尤其是低線密度環錠紡紗，依據不同的纖維和紗線品種設置適宜的牽伸倍數分配。三個牽伸區采用了三種不同的纖維控制結構和工藝，承擔不同的牽伸功能和能力。

用于環錠紡紗時，大牽伸應用可能會使須條發散，增加毛羽，可以根據紗線品種和品質需要附加集聚紡紗、賽絡紡紗或集聚賽絡紡紗等技術結構。另外，環錠細紗機對有捻粗紗牽伸的總牽伸倍數一般不大于200 倍，后區牽伸不會很大，且有捻粗紗有內摩擦力，可以獲得更好的牽伸效應。

3 結語

上述帶有雙向延伸膠圈鉗口兩類變速點纖維運動控制技術超大牽伸結構的設計，是基于以下幾個經典牽伸相關理論或機理支撐下的結構創新：

① 后牽伸區纖維變速點后移集中控制降低纖維后端移距偏差理論；

② 中區集聚不牽伸，牽伸不集聚理論；

③ 前牽伸區纖維變速點前移集中控制降低纖維前端移距偏差理論；

④ 向前延伸膠圈鉗口對纖維后彎鉤平行伸直機理；

⑤ 向后延伸膠圈鉗口對纖維前彎鉤平行伸直機理；

⑥ 交替纖維尾端和頭端變速點集中控制，須條虛擬換向，降低牽伸波疊加效應理論；

⑦ 膠圈鉗口設置和增強外摩擦力場理論；

⑧ 有捻須條增強內摩擦力場理論。

本文所述超大牽伸技術方案用于無捻棉條直接喂入超大牽伸高品質渦流紡紗生產，有利于拓展纖維適紡品種，通過改善牽伸品質來優化成紗品質，推動處于發展潮流中的渦流紡紗技術進步，實現品種與品質的同步完善。

本超大牽伸技術方案用于有捻粗紗大牽伸高品質環錠紗線生產，有利于進一步增大粗紗線密度，降低紡紗成本。FZJX