噴氣渦流紡的品種開發及其關鍵技術
噴氣渦流紡是目前紡紗系統中一項最新型紡紗技術,是由日本村田公司在噴氣紡技術基礎上研發并率先投入市場的,備受國內紡紗企業的關注。從 2005 年開始山東華源、江蘇大生、悅達等少數企業相繼引進了噴氣渦流紡設備,并取得了良好的經濟效益。浙江噴氣渦流紡的發展起步較晚,但依托當地特有的優勢,快速發展至今已有23 家企業近 500 臺噴氣渦流紡機投入運行,噴氣渦流紡紗線產能占全國的近 50% 。距今浙江紡織企業發展噴氣渦流紡已有七年多的時間,積累了一些開發噴氣渦流紡紗線的寶貴經驗和新穎紗線品種,本文主要以浙江地區為例,介紹幾類新穎的噴氣渦流紡紗線以及開發過程中需要重點解決的關鍵技術,旨在為我國噴氣渦流紡的發展及產品應用領域的拓寬盡點微薄之力。
1 噴氣渦流紡技術的優勢與弊端
國內噴氣渦流紡技術發展已有十年多的時間,噴氣渦流紡紗線的優勢較為明顯,但在生產中也暴露出許多弊端,影響其應用范圍的拓展和經濟效益的提高。我們從噴氣渦流紡紗的成紗機理、適紡原料、適紡產品、成紗特性、經濟效益等方面做一分析。
1.1 噴氣渦流紡技術的優勢
(1 )成紗機理與環錠紡不同,由棉條直接紡紗卷繞成筒紗,只有清梳工序、并條工序和噴氣渦流紡三道工序,紡紗流程較短。
(2 )它屬于半自由端紡紗,不像環錠紡細紗機受鋼領、鋼絲圈回轉速度的束縛,故其紡紗速度是環錠紡的 15 倍 ~20 倍,一般五六臺噴氣渦流紡紗機(500 頭 ~600頭)就可達到環錠紡 10000 錠的產量,具有高速、高產、高效的特點。
(3 )設備的智能化、自動化程度較高,其勞動生產率是環錠紡的 4 倍 ~5 倍,配有自動接頭裝置,既可減輕一線工人勞動強度又可顯著減少勞動用工,綜合經濟效益較好。
(4 )紡制的紗線具有毛羽少、染色性能和耐磨性好等優點,同品種的紗線售價一般高于環錠紗,差價最高可達 3000 元/ t~5000 元/ t 。
1.2 噴氣渦流紡技術的弊端
噴氣渦流紡紗技術雖具有多方面的優勢,但從多年的應用實踐來看,也有許多弊端與薄弱環節,尤其是在原料的適應性及生產品種的廣泛性等方面范圍較窄,影響了其產品開發與應用領域的拓寬。
(1 )紡制的紗線屬于包覆型結構,其中芯紗為不加捻的纖維約占 30% ,外包纖維通過加捻包覆形成紗線。故紡制相同號數的紗線時,成紗強力要比環錠紡低 10%~20% ,且號數越小,強力差距越大。
(2 )噴氣渦流紡對于原料的要求較高,如纖維長度、細度和整齊度等,導致原料的適應性和生產品種的廣泛性等方面不及環錠紡。在噴氣渦流紡中使用棉花的比例不高,個別企業在生產純棉紗或棉混紡紗時,為了提高成紗強度大多選用長絨棉且需增加精梳工序。因噴氣渦流紗的組成纖維數較少,紗線號數過低時,成紗強力很難保證正常開車,紡紗難度較大,生產效率降低,經濟效益上不合算,生產的紗線細度主要以 14.5tex~28tex為主,不會低于 10.7tex 。
(3 )與環錠紡相比,噴氣渦流紡的成紗條干均勻度相對較差,且號數越小,差異越大。
(4 )一般情況下,噴氣渦流紡的斷頭率高于環錠紡,導致紡制同品種的紗線原料消耗比環錠紡要多 10kg / t~20kg / t 。雖然噴氣渦流紡紗機的生產效率普遍都在 95% 以上,有的甚至可以達到97%~98% ,主要是因為每臺設備上配置有 3 臺自動接頭機,可以不停的往返運行,保證及時接好斷頭。
(5 )噴氣渦流紡從研發到投入生產的時間相對較短,設備尚存在一定的缺陷。以瑞士立達J20 型與日本村田 861 型、 870 型為例,前者是雙面機,是以原轉杯紡機型為基礎改造的,其自動接頭機構也是從原轉杯紡機上移植過來,不適應高速運轉時斷頭率高的快速接頭要求,生產效率相對較低。后者是單面機,條筒在機后通過導條架將條子喂入噴氣渦流紡牽伸區,而導條架無積極輸送棉條裝置,引出過程極易產生條子的意外牽伸,影響成紗條干;條子在牽伸區無橫向動程,導致膠輥膠圈在高速運轉中磨損快,消耗量大,維護成本較高。
2 新穎噴氣渦流紡紗線的開發
用創新思維開發噴氣渦流紗產品,拓展其應用領域,增加噴氣渦流紗的附加值是進一步發展噴氣渦流紡技術的首要任務。
浙江的紡紗企業早期主要以生產粘纖紗為主,通過大膽創新并結合市場需求,積極開發出了五大類紗線,目前已向多品種的“精、特、新”紗線的方向發展,應用領域已從原先的針織、機織物逐步向家紡、裝飾及半精紡毛針織物延伸,避開與環錠紡同質化競爭,提高了其產品附加值 。
2.1 色紡噴氣渦流紗的開發
色紡紗是目前十分流行的一類紗線,它采用纖維原料染色后再紡紗與織造的工藝,顛覆了傳統紡織品的染色流程,縮短了后加工工序,減少了對環境的污染。色紡紗具有毛羽少、耐磨性佳等優點,制成的織物色彩靚麗、立體自然而又含朦朧感,有利于提高紗線的附加值,增加盈利空間。近幾年來浙江紡紗企業加大了對噴氣渦流紡色紡紗的開發,其中湖州威達、華孚金瓶、杭州宏揚、杭州奧華等企業已成功在噴氣渦流紡機上開發出三大系列色紡紗線。
2.1.1 麻灰系列色紡紗
麻灰系列是目前噴氣渦流紡色紡紗的主導品種,市場反應較好,主要包含原液著色的黑粘纖與本色粘纖的混紡紗、粘纖與滌綸混紡的麻灰紗等品種。其中粘滌混紡麻灰紗既可提高紗線強力,又改善了純粘纖紗手感過于柔軟與不耐磨的缺點,它主要作為針織或機織服飾用紗,保證織物具有良好的吸濕透氣和親膚性能,且色澤艷麗。
2.1.2 彩色系列色紡紗
彩色系列色紡紗是在開發麻灰紗系列的基礎上,采用有色粘纖與多種特殊結構的有色纖維組合搭配開發的。纖維原料除彩色粘纖外,還有三角異形纖維、彩色滌綸、彩點滌綸等,使紗線呈現出新穎亮麗多色彩的風格。如近期開發的有色粘纖/彩色滌綸/彩點滌綸 95 / 2 / 3 系列混紡紗擁有彩色與彩點相映襯的獨特風格,既可作秋冬季服飾,又可用于帽子、圍巾等飾品。噴氣渦流紡開發的彩色系列色紡紗通過混用少量的彩色纖維,使紗線錦上添花,呈現出閃閃發亮、多色彩的效果,符合消費者追求時尚的個性化需求。
2.1.3 多纖維混紡色紗
由于粘纖本身強度較低,通過原液染色后強度更低,與強度較高的纖維混紡可以達到補強果,同時發揮多組分纖維的多種特性。如“威滌紗”與 “威 爾 紗 ”兩 種 新 穎 紗 線,前 者 采 用1.33dtex 彩色滌綸與有色粘纖混紡,后者采用1.33dtex 莫代爾與有色粘纖混紡,由于這兩種纖維強度均高于粘纖,使混紡紗的強度顯著提高。尤其是莫代爾纖維的加入,使得該混紡紗制成的織物手感滑爽、透氣舒適,檔次顯著提升,可作為純粘纖織物的升級換代產品。
浙江作為全國色紡紗的主要生產地區,已擁有 30 多年生產研發經驗,同時作為國內最早研發生產噴氣渦流色紡紗的地區,研發的這三大系列色紡紗在新穎噴氣渦流紡紗線中已占有了重要地位 。
2.2 功能性噴氣渦流紡紗線的開發
隨著人們對穿著要求的不斷提高,穿著舒適、親膚保健等功能服飾已成為多數消費者的訴求。浙江紡紗企業近幾年在開發功能性噴氣渦流紡紗線上取得一定的進展,使用的功能性纖維主要有以下幾種。
2.2.1 咖啡碳滌綸
該纖維是在滌綸紡絲液中加入了咖啡碳色母粒,使纖維具有吸濕發熱,遠紅線保健及除臭抑菌等多種功能。咖啡碳滌綸纖維、粘纖以及中空形纖維三組分混紡紗織成的面料具有質輕、保暖性好、良好的透濕性與舒適性等特點。
2.2.2 “超仿棉”纖維
“儀綸”作為“超仿棉”中性能優越的改性滌綸纖維之一,它擁有與棉花相似的柔軟手感、良好的吸濕快干等特性。與常規 T / R 混紡紗相比,“儀綸”與粘纖混紡紗制成的服裝不僅抗皺挺括,水洗后免燙易打理,且具有較好的吸濕透氣性,服用性能顯著提高。
2.2.3 蜂窩滌綸、竹炭改性滌綸及莫代爾
蜂窩滌綸的表面及內部充滿了長圓形的微孔,形成內外貫穿的蜂窩狀結構,使纖維比表面積大大增加,具有良好的吸濕速干性。而竹炭改性滌綸是在蜂窩滌綸的基礎上,加入了高溫炭化處理的納米級竹炭微粉,使纖維具有良好的吸濕速干性、較強的吸附分解功能和一定的抗菌保健功能。用這兩種功能纖維與莫代爾進行混紡,制成的織物除了擁有上述的多種功能,還具有手感滑爽、布面光澤亮麗等特點。
2.3 多種天然纖維組合的噴氣渦流紡紗線開發
天然纖維主要有棉花、羊毛、麻纖維及蠶絲等,各自擁有優良特性,但也有一定弊端。如棉花吸濕、透氣、親膚性好,但纖維長度較短并含有一定比例短纖維;羊毛彈性與保暖性好,但纖維較粗且長度離散性較大;麻類纖維挺括、滑爽、吸濕排汗、通暢并具有天然抗菌功能,但纖維剛性大。噴氣渦流紡對原料選用比環紡“苛刻”,如何擴大各類天然纖維在噴氣渦流紡紗中應用,在技術上有一定難度。浙江紡紗企業運用多纖維組合的紡紗方法,成功開發出以天然纖維為原料的多種噴氣渦流紡紗線。
2.3.1 亞麻棉混紡紗
亞麻具有良好吸濕性透氣、抗菌和防紫外線輻射等 功 能,纖 維 細 度只 有2.3dtex ,長 度 在40mm 左右,與棉花性能較接近。寧波雙盾在紡紗速度 400 m / min 的高速運轉下,成功開發了20tex 亞麻棉混紡紗,生產效率達到 95% 以上,較好的解決了亞麻纖維的技術難點。
2.3.2 亞麻與多種纖維的混紡紗
2015 年全國春夏季紗線面料展中展出了一款“萊爽麻”新穎噴氣渦流紡紗線,采用的是亞麻、羊毛和萊賽爾三種高品質原料組合。該紗線制成的針織面料與服裝具有吸濕、透氣、布面光潔、挺括及保型性好等多項優良性能,可作為傳統麻滌環錠紡紗線的升級產品。
2.3.3 維勞夫特與羊絨混紡紗
浙江紡 紗 企 業 開 發 了 羊 絨 含 量 在 10% ~20% 之間的維勞夫特羊絨混紡噴氣渦流紗。
維勞夫特是一種由木漿抽絲形成的具有扁平狀截面的再生纖維素纖維,其吸濕性能與抗靜電性能優良,具有濕氣調節功能,與羊絨混紡,可以有效彌補羊絨紡紗時靜電嚴重的缺點,形成的紗線具有良好光澤、手感與彈性以及較好的吸濕透氣性,其 中 羊 絨 混紡 比 例 通 常 控 制 在 10% ~20% ,是高檔針織服飾的理想紗線。
2.4 噴氣渦流紡包芯紗的開發
包芯紗是一種復合紡紗技術,在環錠紡細紗機上已被廣泛采用,但存在芯絲易外露的問題。從噴氣渦流紡成紗機理分析,長絲通過其中間噴嘴,可受到外包纖維的均勻包覆,使長絲能處于紗體的中央,杜絕了芯絲外露。較為常見外包纖維以粘纖為主,芯絲采用錦綸長絲,形成的紗線具有良好吸濕和染色性能、優良的回彈性;外包纖維也可用萊賽爾、莫代爾、竹纖維等,芯絲也可用滌綸絲與氨綸絲。外包纖維與芯絲的互配比例需要根據生產包芯紗的號數來設計。基于噴氣渦流紗生產包芯紗的優勢,山東德州華源和浙江奧華開發了多種噴氣渦流紡包芯紗,其中滌綸絲與氨綸絲的雙芯絲噴氣渦流紡包芯紗,使紗線性能更優良。噴氣渦流紡包芯紗與環錠紡相比有著明顯優勢,將成為新型噴氣渦流紡紗線今后開發的一個方向。
2.5 裝飾面料與毛針織用噴氣渦流紡紗線的開發
浙江擁有國內兩大裝飾面料與兩大毛針織品市場,對各種紗線需求量較大。為拓展噴氣渦流紡紗的應用領域,通過調研,杭州萬盛先后開發出了中粗號純滌綸紗線、阻燃腈綸混紡紗及亞麻混紡紗等噴氣渦流紡紗新品種,既顯現出粗獷、懸垂、挺括的風格,又有阻燃、耐光性好、抗污染等功能,在裝飾織物市場反應良好。此外,結合毛針織品市場需求,威達紡織采用 1.67dtex*38 mm有色腈綸與8.33tex 短切精梳毛條,開發出了腈綸羊毛混紡色紗及彩點紗等噴氣渦流紡紗線,羊毛的含量在 10% 左右,紗線具有優良的耐磨性能,制成的毛衫穿后不易起球掉毛,受到毛針織加工企業的好評,僅 2015 年就生產了約 300t 。專家認為用噴氣渦流紡技術優勢來開發裝飾面料用紗與毛針織用紗是一項重要技術創新,對噴氣渦流紡紗線的應用拓展具有積極意義。
從浙江紡紗企業近幾年來開發噴氣渦流紡紗線實例來看,我國噴氣渦流紡紗線正從使用原料單一、生產品種少、用途局限的狀態,逐漸向用多種纖維、多色纖維、多品種及多用途的方向發展。
通過開發特色新穎噴氣渦流紡紗線,規避與環錠紡紗線同質化的競爭,使企業獲得效益最大化。調查發現,凡是近幾年重點開發新穎噴氣渦流紡紗線的企業,都取得了良好的經濟效益,產能也會相應擴大。
3 新穎噴氣渦流紡紗線開發的幾項關鍵技術
噴氣渦流紡紗線已從大批量生產常規粘纖紗線向多種纖維混紡與多種紡紗工藝組合轉變,呈現出小批量、多品種的特點。為適應品種變化特點必須對原有的前紡準備工藝設備進行相應調整。
3.1 前紡工藝設備的配置
3.1.1 清梳工序設備配置
清梳工序設備為適應小批量、多品種的生產要求,需將原先的清梳聯生產線改造成短流程配較少梳棉機臺的模式。如浙江奧華擁有 30 臺噴氣渦流紡紗機,配置有 6 條清梳聯生產線,抓棉機均采用圓盤式抓棉機,每條清梳聯生產線配梳棉機 4 臺 ~8 臺,可同時生產 6 種不同品種的噴氣渦流紡紗線。
3.1.2 并條工序技術要求
多種纖維組合混紡紗生產時,為了達到混和均勻和獲得較好的纖維伸直度、平行度和分離度,并條機須采用三道配置,并在末道并條機上使用自調勻整技術,使輸出條子的重量偏差與重量不勻率達到最佳狀態,為后續噴氣渦流紡提供良好的半制品。
3.1.3 前紡工序工藝設計
根據使用原料來設計和優化前紡工藝參數。由于目前在生產中使用非棉纖維較多,清棉工序采取“多開松,小打擊,少落棉”的工藝原則以減少纖維損傷;梳棉工序宜采用“輕定量,低車速,好轉移,少傷纖維暠工藝原則,并根據不同原料特點優選分梳元件減少梳棉條中的棉結與短絨率;并條工藝采用三道并合,選取較低的出條速度,以確保條子品質優良。
3.2 原料紡前預處理
由于噴氣渦流紡使用的纖維原料品種多且性能差異較大,為充分發揮噴氣渦流紡的技術優勢,做好各類原料的紡前預處理工作十分重要。預處理主要是為了降低纖維紡紗過程中產生的靜電荷,提高可紡性。
(1 )初始模量高且剛性較大的麻類纖維和粗特滌綸等,需通過增濕保濕、噴灑油劑等預處理,提高纖維柔軟度,降低靜電荷提高其可紡性。
(2 )使用莫代爾、萊賽爾和竹漿纖維等原料的重點是降低靜電荷,預處理方法是將原料開包存放 24h ,并在抓棉機上進行噴霧給濕,原料含水率控制在 10% 左右,使整個生產過程處于逐步放濕狀態。
3.3 噴氣渦流紡工藝參數的優選
噴氣渦流紡的工藝參數主要有紡紗速度、前羅拉鉗口到紡錠前端距離、噴嘴壓力、喂入比等,均對生產有著直接影響,應根據紡紗品種來優選和調整工藝配置,以實現質量效益最大化。
首先應避免為提高產量,片面追求高速度。因紡紗速度過快,須條包覆時間變短,造成成紗強力下降,且易出現弱捻紗,尤其是生產色紡紗時速度越快斷頭越多,紗線質量將會明顯下降。其次噴嘴壓力大小對噴氣渦流紡機能源消耗影響較大。故應根據所用纖維特性來設計,在保證包覆效果前提下,壓力應偏低掌握。第三,輸出端前羅拉鉗口到紡錠前端距離大小直接影響外包纖維的多少以及落棉率高低,距離越大,外包纏繞纖維量越多,但落纖率也會增加,原料消耗增加。故該距離應根據所用原料的平均長度偏小掌握。第四,紡錠直徑也是一個重要工藝參數,選用較小直徑的紡錠有利于提高紡紗速度,但紡制粗號紗時,紡錠直徑要偏大掌握。如紡制麻棉混紡紗時,紗線細度多為中粗號,宜選用 1.2mm 紡錠直徑。
3.4 控制好車間溫濕度
噴氣渦流紡紗是目前所有紡紗設備中紡紗速度最快的機器,需要嚴格篩選和定期維護紡錠、噴嘴、膠輥等關鍵器材,控制好車間的溫度和相對濕度是提高紡紗質量和效率的關鍵。總結多年生產實踐,車間溫度應控制在 26℃~30℃ ,相對濕度50%~60% ,減少溫濕度波動對生產的影響。
4 結語
(1 )噴氣渦流紡是一項新型紡紗技術,擁有諸多優點,但與環錠紡相比,存在一定的局限性,故在實際生產應用中要揚長避短,充分發揮其技術裝備優勢,創新開發新穎紗線,規避同質化競爭,以實現其效益最大化。
(2 )噴氣渦流紡技術從引入至今,經過國內紡紗企業的消化吸收與技術創新,在產品開發上已取得了一定的進展,逐步形成了五大類新穎噴氣渦流紡紗線,改變了使用原料單一,生產品種少和用途狹窄的局面,拓展了噴氣渦流紡紗線的應用領域。
(3 )開發新穎噴氣渦流紡紗線應從原料優選、專件器材的選用與保養、紡紗工藝優化及車間溫濕度控制等方面切實做好工作,并把握好速度、效率、質量三者關系,以充分發揮噴氣渦流紡的最大優勢。
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