喷气涡流纺是目前纺纱系统中一项最新型纺纱技术,是由日本村田公司在喷气纺技术基础上研发并率先投入市场的,备受国内纺纱企业的关注。从 2005 年开始山东华源、江苏大生、悦达等少数企业相继引进了喷气涡流纺设备,并取得了良好的经济效益。浙江喷气涡流纺的发展起步较晚,但依托当地特有的优势,快速发展至今已有23 家企业近 500 台喷气涡流纺机投入运行,喷气涡流纺纱线产能占全国的近 50% 。距今浙江纺织企业发展喷气涡流纺已有七年多的时间,积累了一些开发喷气涡流纺纱线的宝贵经验和新颖纱线品种,本文主要以浙江地区为例,介绍几类新颖的喷气涡流纺纱线以及开发过程中需要重点解决的关键技术,旨在为我国喷气涡流纺的发展及产品应用领域的拓宽尽点微薄之力。

1 喷气涡流纺技术的优势与弊端

国内喷气涡流纺技术发展已有十年多的时间,喷气涡流纺纱线的优势较为明显,但在生产中也暴露出许多弊端,影响其应用范围的拓展和经济效益的提高。我们从喷气涡流纺纱的成纱机理、适纺原料、适纺产品、成纱特性、经济效益等方面做一分析。

1.1 喷气涡流纺技术的优势

(1 )成纱机理与环锭纺不同,由棉条直接纺纱卷绕成筒纱,只有清梳工序、并条工序和喷气涡流纺三道工序,纺纱流程较短。

(2 )它属于半自由端纺纱,不像环锭纺细纱机受钢领、钢丝圈回转速度的束缚,故其纺纱速度是环锭纺的 15 倍 ~20 倍,一般五六台喷气涡流纺纱机(500 头 ~600头)就可达到环锭纺 10000 锭的产量,具有高速、高产、高效的特点。

(3 )设备的智能化、自动化程度较高,其劳动生产率是环锭纺的 4 倍 ~5 倍,配有自动接头装置,既可减轻一线工人劳动强度又可显著减少劳动用工,综合经济效益较好。

(4 )纺制的纱线具有毛羽少、染色性能和耐磨性好等优点,同品种的纱线售价一般高于环锭纱,差价最高可达 3000 元/ t~5000 元/ t 。

1.2 喷气涡流纺技术的弊端

喷气涡流纺纱技术虽具有多方面的优势,但从多年的应用实践来看,也有许多弊端与薄弱环节,尤其是在原料的适应性及生产品种的广泛性等方面范围较窄,影响了其产品开发与应用领域的拓宽。

(1 )纺制的纱线属于包覆型结构,其中芯纱为不加捻的纤维约占 30% ,外包纤维通过加捻包覆形成纱线。故纺制相同号数的纱线时,成纱强力要比环锭纺低 10%~20% ,且号数越小,强力差距越大。

(2 )喷气涡流纺对于原料的要求较高,如纤维长度、细度和整齐度等,导致原料的适应性和生产品种的广泛性等方面不及环锭纺。在喷气涡流纺中使用棉花的比例不高,个别企业在生产纯棉纱或棉混纺纱时,为了提高成纱强度大多选用长绒棉且需增加精梳工序。因喷气涡流纱的组成纤维数较少,纱线号数过低时,成纱强力很难保证正常开车,纺纱难度较大,生产效率降低,经济效益上不合算,生产的纱线细度主要以 14.5tex~28tex为主,不会低于 10.7tex 。

(3 )与环锭纺相比,喷气涡流纺的成纱条干均匀度相对较差,且号数越小,差异越大。

(4 )一般情况下,喷气涡流纺的断头率高于环锭纺,导致纺制同品种的纱线原料消耗比环锭纺要多 10kg / t~20kg / t 。虽然喷气涡流纺纱机的生产效率普遍都在 95% 以上,有的甚至可以达到97%~98% ,主要是因为每台设备上配置有 3 台自动接头机,可以不停的往返运行,保证及时接好断头。

(5 )喷气涡流纺从研发到投入生产的时间相对较短,设备尚存在一定的缺陷。以瑞士立达J20 型与日本村田 861 型、 870 型为例,前者是双面机,是以原转杯纺机型为基础改造的,其自动接头机构也是从原转杯纺机上移植过来,不适应高速运转时断头率高的快速接头要求,生产效率相对较低。后者是单面机,条筒在机后通过导条架将条子喂入喷气涡流纺牵伸区,而导条架无积极输送棉条装置,引出过程极易产生条子的意外牵伸,影响成纱条干;条子在牵伸区无横向动程,导致胶辊胶圈在高速运转中磨损快,消耗量大,维护成本较高。

2 新颖喷气涡流纺纱线的开发

用创新思维开发喷气涡流纱产品,拓展其应用领域,增加喷气涡流纱的附加值是进一步发展喷气涡流纺技术的首要任务。

浙江的纺纱企业早期主要以生产粘纤纱为主,通过大胆创新并结合市场需求,积极开发出了五大类纱线,目前已向多品种的“精、特、新”纱线的方向发展,应用领域已从原先的针织、机织物逐步向家纺、装饰及半精纺毛针织物延伸,避开与环锭纺同质化竞争,提高了其产品附加值 。

2.1 色纺喷气涡流纱的开发

色纺纱是目前十分流行的一类纱线,它采用纤维原料染色后再纺纱与织造的工艺,颠覆了传统纺织品的染色流程,缩短了后加工工序,减少了对环境的污染。色纺纱具有毛羽少、耐磨性佳等优点,制成的织物色彩靓丽、立体自然而又含朦胧感,有利于提高纱线的附加值,增加盈利空间。近几年来浙江纺纱企业加大了对喷气涡流纺色纺纱的开发,其中湖州威达、华孚金瓶、杭州宏扬、杭州奥华等企业已成功在喷气涡流纺机上开发出三大系列色纺纱线。

2.1.1 麻灰系列色纺纱

麻灰系列是目前喷气涡流纺色纺纱的主导品种,市场反应较好,主要包含原液着色的黑粘纤与本色粘纤的混纺纱、粘纤与涤纶混纺的麻灰纱等品种。其中粘涤混纺麻灰纱既可提高纱线强力,又改善了纯粘纤纱手感过于柔软与不耐磨的缺点,它主要作为针织或机织服饰用纱,保证织物具有良好的吸湿透气和亲肤性能,且色泽艳丽。

2.1.2 彩色系列色纺纱

彩色系列色纺纱是在开发麻灰纱系列的基础上,采用有色粘纤与多种特殊结构的有色纤维组合搭配开发的。纤维原料除彩色粘纤外,还有三角异形纤维、彩色涤纶、彩点涤纶等,使纱线呈现出新颖亮丽多色彩的风格。如近期开发的有色粘纤/彩色涤纶/彩点涤纶 95 / 2 / 3 系列混纺纱拥有彩色与彩点相映衬的独特风格,既可作秋冬季服饰,又可用于帽子、围巾等饰品。喷气涡流纺开发的彩色系列色纺纱通过混用少量的彩色纤维,使纱线锦上添花,呈现出闪闪发亮、多色彩的效果,符合消费者追求时尚的个性化需求。

2.1.3 多纤维混纺色纱

由于粘纤本身强度较低,通过原液染色后强度更低,与强度较高的纤维混纺可以达到补强果,同时发挥多组分纤维的多种特性。如“威涤纱”与 “威 尔 纱 ”两 种 新 颖 纱 线,前 者 采 用1.33dtex 彩色涤纶与有色粘纤混纺,后者采用1.33dtex 莫代尔与有色粘纤混纺,由于这两种纤维强度均高于粘纤,使混纺纱的强度显著提高。尤其是莫代尔纤维的加入,使得该混纺纱制成的织物手感滑爽、透气舒适,档次显著提升,可作为纯粘纤织物的升级换代产品。

浙江作为全国色纺纱的主要生产地区,已拥有 30 多年生产研发经验,同时作为国内最早研发生产喷气涡流色纺纱的地区,研发的这三大系列色纺纱在新颖喷气涡流纺纱线中已占有了重要地位 。

2.2 功能性喷气涡流纺纱线的开发

随着人们对穿着要求的不断提高,穿着舒适、亲肤保健等功能服饰已成为多数消费者的诉求。浙江纺纱企业近几年在开发功能性喷气涡流纺纱线上取得一定的进展,使用的功能性纤维主要有以下几种。

2.2.1 咖啡碳涤纶

该纤维是在涤纶纺丝液中加入了咖啡碳色母粒,使纤维具有吸湿发热,远红线保健及除臭抑菌等多种功能。咖啡碳涤纶纤维、粘纤以及中空形纤维三组分混纺纱织成的面料具有质轻、保暖性好、良好的透湿性与舒适性等特点。

2.2.2 “超仿棉”纤维

“仪纶”作为“超仿棉”中性能优越的改性涤纶纤维之一,它拥有与棉花相似的柔软手感、良好的吸湿快干等特性。与常规 T / R 混纺纱相比,“仪纶”与粘纤混纺纱制成的服装不仅抗皱挺括,水洗后免烫易打理,且具有较好的吸湿透气性,服用性能显著提高。

2.2.3 蜂窝涤纶、竹炭改性涤纶及莫代尔

蜂窝涤纶的表面及内部充满了长圆形的微孔,形成内外贯穿的蜂窝状结构,使纤维比表面积大大增加,具有良好的吸湿速干性。而竹炭改性涤纶是在蜂窝涤纶的基础上,加入了高温炭化处理的纳米级竹炭微粉,使纤维具有良好的吸湿速干性、较强的吸附分解功能和一定的抗菌保健功能。用这两种功能纤维与莫代尔进行混纺,制成的织物除了拥有上述的多种功能,还具有手感滑爽、布面光泽亮丽等特点。

2.3 多种天然纤维组合的喷气涡流纺纱线开发

天然纤维主要有棉花、羊毛、麻纤维及蚕丝等,各自拥有优良特性,但也有一定弊端。如棉花吸湿、透气、亲肤性好,但纤维长度较短并含有一定比例短纤维;羊毛弹性与保暖性好,但纤维较粗且长度离散性较大;麻类纤维挺括、滑爽、吸湿排汗、通畅并具有天然抗菌功能,但纤维刚性大。喷气涡流纺对原料选用比环纺“苛刻”,如何扩大各类天然纤维在喷气涡流纺纱中应用,在技术上有一定难度。浙江纺纱企业运用多纤维组合的纺纱方法,成功开发出以天然纤维为原料的多种喷气涡流纺纱线。

2.3.1 亚麻棉混纺纱

亚麻具有良好吸湿性透气、抗菌和防紫外线辐射等 功 能,纤 维 细 度只 有2.3dtex ,长 度 在40mm 左右,与棉花性能较接近。宁波双盾在纺纱速度 400 m / min 的高速运转下,成功开发了20tex 亚麻棉混纺纱,生产效率达到 95% 以上,较好的解决了亚麻纤维的技术难点。

2.3.2 亚麻与多种纤维的混纺纱

2015 年全国春夏季纱线面料展中展出了一款“莱爽麻”新颖喷气涡流纺纱线,采用的是亚麻、羊毛和莱赛尔三种高品质原料组合。该纱线制成的针织面料与服装具有吸湿、透气、布面光洁、挺括及保型性好等多项优良性能,可作为传统麻涤环锭纺纱线的升级产品。

2.3.3 维劳夫特与羊绒混纺纱

浙江纺 纱 企 业 开 发 了 羊 绒 含 量 在 10% ~20% 之间的维劳夫特羊绒混纺喷气涡流纱。

维劳夫特是一种由木浆抽丝形成的具有扁平状截面的再生纤维素纤维,其吸湿性能与抗静电性能优良,具有湿气调节功能,与羊绒混纺,可以有效弥补羊绒纺纱时静电严重的缺点,形成的纱线具有良好光泽、手感与弹性以及较好的吸湿透气性,其 中 羊 绒 混纺 比 例 通 常 控 制 在 10% ~20% ,是高档针织服饰的理想纱线。

2.4 喷气涡流纺包芯纱的开发

包芯纱是一种复合纺纱技术,在环锭纺细纱机上已被广泛采用,但存在芯丝易外露的问题。从喷气涡流纺成纱机理分析,长丝通过其中间喷嘴,可受到外包纤维的均匀包覆,使长丝能处于纱体的中央,杜绝了芯丝外露。较为常见外包纤维以粘纤为主,芯丝采用锦纶长丝,形成的纱线具有良好吸湿和染色性能、优良的回弹性;外包纤维也可用莱赛尔、莫代尔、竹纤维等,芯丝也可用涤纶丝与氨纶丝。外包纤维与芯丝的互配比例需要根据生产包芯纱的号数来设计。基于喷气涡流纱生产包芯纱的优势,山东德州华源和浙江奥华开发了多种喷气涡流纺包芯纱,其中涤纶丝与氨纶丝的双芯丝喷气涡流纺包芯纱,使纱线性能更优良。喷气涡流纺包芯纱与环锭纺相比有着明显优势,将成为新型喷气涡流纺纱线今后开发的一个方向。

2.5 装饰面料与毛针织用喷气涡流纺纱线的开发

浙江拥有国内两大装饰面料与两大毛针织品市场,对各种纱线需求量较大。为拓展喷气涡流纺纱的应用领域,通过调研,杭州万盛先后开发出了中粗号纯涤纶纱线、阻燃腈纶混纺纱及亚麻混纺纱等喷气涡流纺纱新品种,既显现出粗犷、悬垂、挺括的风格,又有阻燃、耐光性好、抗污染等功能,在装饰织物市场反应良好。此外,结合毛针织品市场需求,威达纺织采用 1.67dtex*38 mm有色腈纶与8.33tex 短切精梳毛条,开发出了腈纶羊毛混纺色纱及彩点纱等喷气涡流纺纱线,羊毛的含量在 10% 左右,纱线具有优良的耐磨性能,制成的毛衫穿后不易起球掉毛,受到毛针织加工企业的好评,仅 2015 年就生产了约 300t 。专家认为用喷气涡流纺技术优势来开发装饰面料用纱与毛针织用纱是一项重要技术创新,对喷气涡流纺纱线的应用拓展具有积极意义。

从浙江纺纱企业近几年来开发喷气涡流纺纱线实例来看,我国喷气涡流纺纱线正从使用原料单一、生产品种少、用途局限的状态,逐渐向用多种纤维、多色纤维、多品种及多用途的方向发展。

通过开发特色新颖喷气涡流纺纱线,规避与环锭纺纱线同质化的竞争,使企业获得效益最大化。调查发现,凡是近几年重点开发新颖喷气涡流纺纱线的企业,都取得了良好的经济效益,产能也会相应扩大。

3 新颖喷气涡流纺纱线开发的几项关键技术

喷气涡流纺纱线已从大批量生产常规粘纤纱线向多种纤维混纺与多种纺纱工艺组合转变,呈现出小批量、多品种的特点。为适应品种变化特点必须对原有的前纺准备工艺设备进行相应调整。

3.1 前纺工艺设备的配置

3.1.1 清梳工序设备配置

清梳工序设备为适应小批量、多品种的生产要求,需将原先的清梳联生产线改造成短流程配较少梳棉机台的模式。如浙江奥华拥有 30 台喷气涡流纺纱机,配置有 6 条清梳联生产线,抓棉机均采用圆盘式抓棉机,每条清梳联生产线配梳棉机 4 台 ~8 台,可同时生产 6 种不同品种的喷气涡流纺纱线。

3.1.2 并条工序技术要求

多种纤维组合混纺纱生产时,为了达到混和均匀和获得较好的纤维伸直度、平行度和分离度,并条机须采用三道配置,并在末道并条机上使用自调匀整技术,使输出条子的重量偏差与重量不匀率达到最佳状态,为后续喷气涡流纺提供良好的半制品。

3.1.3 前纺工序工艺设计

根据使用原料来设计和优化前纺工艺参数。由于目前在生产中使用非棉纤维较多,清棉工序采取“多开松,小打击,少落棉”的工艺原则以减少纤维损伤;梳棉工序宜采用“轻定量,低车速,好转移,少伤纤维暠工艺原则,并根据不同原料特点优选分梳元件减少梳棉条中的棉结与短绒率;并条工艺采用三道并合,选取较低的出条速度,以确保条子品质优良。

3.2 原料纺前预处理

由于喷气涡流纺使用的纤维原料品种多且性能差异较大,为充分发挥喷气涡流纺的技术优势,做好各类原料的纺前预处理工作十分重要。预处理主要是为了降低纤维纺纱过程中产生的静电荷,提高可纺性。

(1 )初始模量高且刚性较大的麻类纤维和粗特涤纶等,需通过增湿保湿、喷洒油剂等预处理,提高纤维柔软度,降低静电荷提高其可纺性。

(2 )使用莫代尔、莱赛尔和竹浆纤维等原料的重点是降低静电荷,预处理方法是将原料开包存放 24h ,并在抓棉机上进行喷雾给湿,原料含水率控制在 10% 左右,使整个生产过程处于逐步放湿状态。

3.3 喷气涡流纺工艺参数的优选

喷气涡流纺的工艺参数主要有纺纱速度、前罗拉钳口到纺锭前端距离、喷嘴压力、喂入比等,均对生产有着直接影响,应根据纺纱品种来优选和调整工艺配置,以实现质量效益最大化。

首先应避免为提高产量,片面追求高速度。因纺纱速度过快,须条包覆时间变短,造成成纱强力下降,且易出现弱捻纱,尤其是生产色纺纱时速度越快断头越多,纱线质量将会明显下降。其次喷嘴压力大小对喷气涡流纺机能源消耗影响较大。故应根据所用纤维特性来设计,在保证包覆效果前提下,压力应偏低掌握。第三,输出端前罗拉钳口到纺锭前端距离大小直接影响外包纤维的多少以及落棉率高低,距离越大,外包缠绕纤维量越多,但落纤率也会增加,原料消耗增加。故该距离应根据所用原料的平均长度偏小掌握。第四,纺锭直径也是一个重要工艺参数,选用较小直径的纺锭有利于提高纺纱速度,但纺制粗号纱时,纺锭直径要偏大掌握。如纺制麻棉混纺纱时,纱线细度多为中粗号,宜选用 1.2mm 纺锭直径。

3.4 控制好车间温湿度

喷气涡流纺纱是目前所有纺纱设备中纺纱速度最快的机器,需要严格筛选和定期维护纺锭、喷嘴、胶辊等关键器材,控制好车间的温度和相对湿度是提高纺纱质量和效率的关键。总结多年生产实践,车间温度应控制在 26℃~30℃ ,相对湿度50%~60% ,减少温湿度波动对生产的影响。

4 结语

(1 )喷气涡流纺是一项新型纺纱技术,拥有诸多优点,但与环锭纺相比,存在一定的局限性,故在实际生产应用中要扬长避短,充分发挥其技术装备优势,创新开发新颖纱线,规避同质化竞争,以实现其效益最大化。

(2 )喷气涡流纺技术从引入至今,经过国内纺纱企业的消化吸收与技术创新,在产品开发上已取得了一定的进展,逐步形成了五大类新颖喷气涡流纺纱线,改变了使用原料单一,生产品种少和用途狭窄的局面,拓展了喷气涡流纺纱线的应用领域。

(3 )开发新颖喷气涡流纺纱线应从原料优选、专件器材的选用与保养、纺纱工艺优化及车间温湿度控制等方面切实做好工作,并把握好速度、效率、质量三者关系,以充分发挥喷气涡流纺的最大优势。