立达C70梳棉机。
立达C70梳棉机。
目前,短纤纱占据全球纺纱市场超过60%的纱线生产份额。由于短纤纱的生产流程长、涉及生产设备多,且随着近年来上游原材料成本上涨、劳动力成本增加,以及环保压力加剧,引发对高品质、低能耗、智能化纺织设备和技术的需求增长,促进了短纤纱新技术的迸发。本文从纺纱工序、能源节约及纺纱过程中的智能化进展这三个方面,介绍最新的短纤纺纱技术。

天然纤维和化学纤维均可以通过集合加捻而形成短纤纱。短纤纱按照纺纱方法可再细分为传统短纤纱和非传统短纤纱。

前者主要指环锭纺纱方法得到的短纤纱,而后者主要包括转杯纱、喷气纱和摩擦纺纱。

目前,传统环锭纺纱技术的应用最为广泛,占到90%的世界纺纱机市场。

在过去三十多年时间里,传统环锭纺纱技术在成纱方法上的突破和改进,从根本上改善了成纱结构与成纱性能。此外,新型纺纱工艺的发展,显著地提高了成纱速度、成纱品质。

纺纱工艺与装备的创新

纺纱技术的创新主要集中于改善纱线及中间产品品质,以及提升生产效率两方面。

清梳联工艺与装备创新

梳理是纺纱技术的心脏,因此主要对梳理新技术进行介绍。

为实现提高锡林的梳理、除杂效率的提升,锡林回转线速度在不断增加,于此同时,锡林的直径也被逐渐缩小。

这是由于锡林线速度增大容易造成对纤维的损伤,较小的锡林直径有利于解决诸多高速运转带来的问题;另外,目前采用的小锡林直径,可以使其表面离心力增幅达一半左右,有利于加强除杂作用。

传统幅宽的高产梳棉机上产量超过40-60 kg/h时,锡林表面负荷与道夫转移率的限制将导致产品品质恶化,因此在现行结构基础上只有加宽锡林工作宽度,以保证梳理区面积和棉网品质。

如瑞士立达C70型、印度朗维CL-363型以及中国东佳FA209型梳棉机的锡林直径缩小三分之一,工作幅宽增大为1500mm,增加了盖板-锡林间积极梳理区的面积;而英国克罗斯罗尔的MK7型梳棉机也在兼顾梳理面积、梳理速度、离心力关系的前提下,将锡林直径优化为1016mm。

为增大梳理区面积,对锡林及其周围运转件的相对位置也进行了调整:立达C60型梳棉机将道夫与刺辊下移靠拢,几乎取消了空程区间,锡林名义工作区比率增至81%,其C70机幅扩展至1.5m,具有目前最大的有效梳理面积。德国特吕茨勒的TC系列梳棉机也采样抬高锡林、降低道夫与刺辊的中心位置获得更大梳理空间,其TC8型机拥有2.84m的梳理孤长,是目前梳理弧长最长的机型;克罗斯罗尔MK7型梳棉机进一步扩大了梳理弧,使之达到245°。

此外,梳棉机圈条器向更大容量发展,如特吕茨勒的T-MOVE型自动换筒圈条器,较直径1000mm条筒容量增加43%,可以显著减少换筒,减少并条搭接条,提高和稳定纺纱品质,降低人工劳动强度。

环锭纺纱工艺与装备创新
青泽紧密纺纱机。
传统环锭纺纱技术可加工天然纤维和化学纤维,并进行纤维混纺,适纺线密度范围大(5~300tex),因此应用广泛。

与其他新型纺纱方式相比,环锭纺在原料适用性和纱线总体品质上仍无可取代,其技术改良和创新具有重要意义和应用价值。赛络纺、赛络非尔纺、紧密纺和索罗纺,实质都是对传统环锭纺纱的改进和改造,进一步改善了成纱结构,提高了纱线性能,目前已广泛应用于生产中。

近几年,市场对纱线品质的要求越来越高,紧密纺装置需求持续大幅增加。在紧密环锭纺过程中,气流是纤维凝聚的附加动力来源。在纺纱过程中,纤维堵塞网眼时往往造成负压装置不能连续稳定地提供负压,导致紧密效果下降。

青泽351型紧密纺纱机配备的2Impact FX装置,皮圈回转时反复伸缩,使杂质和短纤维无法堆积,达到自清洁作用;而气流在独立的吸风单元控制下供应充沛,能以直线形式通过紧密纺系统,从而保证纤维不能集聚在网孔中,使成纱品质保持不变。

在中国,近十年来关于环锭纺技术的技术改进十分丰富。例如,由山东如意集团与高校共同开发的“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”,通过配置4根喂入的长丝与短纤维须条在前钳口线的位置,使得2根长丝处于外侧,两根短纤须条处于外侧,且对称分布。

位于对称轴的同侧的长纤与短纤须条先进行第一次汇集,成为两股。两股经过预加捻后再次汇集于加捻点,再次加捻成纱。这种纺纱方式利用长丝对于短纤维须条的有效增强,还能有利于短纤维须条中纤维的有效捕捉。

江南大学研发的“普适性柔顺光洁纺纱技术”,在环锭纺纱三角区附加设置一个熨烫接触面,纤维经过接触面时,受湿热作用而达到纤维玻璃化转变温度,实现表面纤维的紧密包缠、内层纤维的充分转移,因此成纱表层致密光洁、内部柔顺。据报导,该技术已在棉、麻、化纤等纺纱系统实现了产业化应用。

此外,还有香港理工大学研发的“低扭矩环锭纺纱”、江南大学开发的“新型窄槽式负压空心罗拉紧密纺系统”等环锭纺改进技术,均取得了显著的经济效益。

转杯纺纱工艺与装备创新
立达R66转杯纺纱机上的VARIOclean装置。
非传统的新型纺纱方法在提高效率、缩短工序等方面具有优势,能够弥补传统环锭纺在生产上的不足。其中,转杯纺所占市场份额最大。

在中国的转杯纺市场,高中端转杯纺纱装备的代表为瑞士赐来福、立达,分别生产的Autocoro系列和R系列全(/半)自动转杯纺纱机,转杯实际转速可达6-18万r/min,引纱速度在150-350m/min。

高端转杯纺设备往往具有全自动的纱线品质监控系统,可实现高度的自动化和生产灵活性。

以Autocoro 9为例,可以独立设定指定纺纱头位置的参数设置和生产任务,即并行生产多批次产品,满足现代纺纱生产中小批量灵活生产的要求。立达R66机上的VARIOclean装置的创新点在于,利用机械刮片和压缩空气来工作。

在一般的转杯纺纱机中,随着执行时间的推移,每次接头后的纱线品质逐渐降低,为了解决这一问题,该装置在每次进行接头前,其中的空气喷嘴和机械刮片首先对清洁纺杯和纺杯槽进行清理,从而避免额外接头,保证在整个卷装生产过程中稳定的高品质。

为满足纺纱企业大型化,立达R66型转杯纺纱机可以最大实现700个纱锭和6个机器人的操作;并且可以装备可替换式的多纤维通道,实现高效的多种类纤维纺纱。

国外公司占领了全世界全部的全自动转杯纺市场。中国国内公司主要生产半自动的中端转杯纺纱机,如日发、泰坦、淳瑞,占中国转杯纺纱机市场份额约50-60%,且与国外同类产品间还存在差距。

喷气涡流纺纱工艺与装备创新

转杯纺纱加工技术成纱适用范围较小,转杯的尺寸大小制约了转杯纺的生产速度和可纺纤维的品类。

喷气涡流纺纱是一种非自内端新型纺纱,是日本村田在喷气纺纱机的基础上成功研制的一种更新的纺纱机,纺纱速度最高大500m/min。

这种纺纱方式能够适应纯棉、化纤反其混纺的多种原料的纺纱。由于利用喷嘴的“假捻-退捻-包缠成纱”,其成纱结构不同于环锭纱和转杯纱,风格独特。

市场上除村田870喷气涡流纺纱机外,还有立达研发的新型喷气纺机J26。与村田喷气涡流纺相比,其加装的涤纶装置P26可以使之加工纯涤纶纱。

与通过加水提高捻绳的捻接强度类似,其加工原理是在加捻区域前,对纤维进行加湿处理。加湿后工艺部件上的涤纶油剂集聚现象和静电效应将得到降低,因此能够保证纱线毛羽降低,纱线的强度还可提升约1cN/tex。

节能环保技术在纺纱领域的应用

目前,纺纱机件的智能化、绿色节能、高速高产、资料化等方面,已经成为客户对于产品开发多样化、环保绿色化、管理智能化的新需求。能源节约技术已经成为目前各技术革新中必不可少的一项组成。

在梳棉设备中,优化回转件的重量及尺寸,成为节能降耗的一项主流举措。以立达C70梳棉机为例,除了优化机器性能外,增大锡林幅宽至1.5m,使能耗降低20%。

在纺细纱的过程中,普遍采用的一种节能方式是通过独立控制实现效能的按需分配。以赐来福为例,Autocoro 9在Autocoro 8转杯纺纱机的基础上,配备单电机进行驱动,以实现自动化,可节省约18%的能源。义大利萨维奥的络筒机Eco Pulsar,使用单独的单机驱动实现每个纱锭的独立负压,从而取消了大吸风,必要时,最大负压水准可以在几秒内瞬间形成,实现“按需吸”的目的,能够降低能耗。

立达公司在J26喷气涡流纺中,基于完全独立的驱动理念,对机器长车配备了分区吸风系统,确保了整个机器长度上的均匀吸风,可以额外节能达5 %。

智能化技术在纺纱领域的应用

除自动接头,自动清纱等装置外,上述独立控制的纺纱单元除了为节能降耗提供了新思路之外,也实现了纺纱工序的自动化和智能化。

近年来,自动理管机也成为很多厂商新研发的附加功能,如Autocoro 9转杯纺纱机,6个落纱机可以轻松管理不同的包装要求。

此外,立达研发的SPIDERweb纱厂控制系统,能够收集和分析所有相关资料,利用能耗模块、环境模块、用户端模块及警报模块、辅助模块、单锭检测系统及掌控模块,透过资料分析在短时间内分析出正确措施,实现效率的提高和生产成本的降低。

国外的其他自动化管理系统还包括特吕茨勒的资料控制系统T-DATA、马佐里的YarNet等;国内则有经纬集团开发的经纬e系统,值得说明的是,该系统已应用于我国多家大型棉纺企业的生产实践,能够实现与ERP系统的无缝集成。

结语

在传统环锭纺纱的技术改造领域,中国具有较多产业化成果;而新型纺纱方式的新技术开发,主要由国外企业带领,且国内纺纱厂也主要依靠国外设备的引进来生产。

此外,节能降耗已经成为每项设备改进及技术提升均广泛附带的功能。

目前,从“两化融合”到“工业4.0”的战略,对新时代的纺机也提出了更高的要求。

基于互联网平台的监控管理技术已日渐成熟,纱厂的管理技术向更加稳定可靠、节能增效、先进智能发展等方面不断拓展,但仍需要更多的自动化管理技术。

(薛文良是东华大学纺织品设计与纺织产业经济系副主任;和杉杉是该大学纺织学院在读博士生。)