噴氣紡紗包纏捻度機理的探討
于修業
(東華大學)
摘要：介紹了噴氣紡紗的發展概況和發展趨熱，探討了噴氣紡紗的加捻成紗機理及紗線結構。分析了包纏捻度形成機理的兩種學說——“假捻一退捻一包纏”說和“時差、捻差”說，認為噴氣紡紗的包纏捻度的形成機理應為兩者結合。
關鍵詞：噴氣紡紗；包纏紗；結構；捻度；成紗原理；分析；探討
1噴氣紡紗發展優勢
1.1發展概況
噴氣紡紗的發展，早期可追溯至1963年美國杜邦公司發明的單噴嘴加捻包纏紡紗法。之后，有德國的洛伊特林根、緒森，日本的東麗、豐田、村田等公司相繼研發出的噴氣紡紗機。但是時至今日，在產質量方面成功地形成批量商業化生產的只有村田公司(murata)MJs系列雙噴嘴噴氣紡紗機。1981年11月日本大阪第二屆國際紡織機械展覽會上村田公司首次展出商業化的MJS801型噴氣紡紗機，之后相繼有MJS802型→MJS881型→MJS802H型到至今的MJS802HR型。據不完全統計，村田公司在世界范圍內共銷售噴氣紡紗機約25萬頭。在中國已超過9000頭。
1.2細號、高速
噴氣紡紗作為一種新型紡紗一出現就有別于其他新型紡紗(轉杯紡、渦流紡、摩擦紡……)，它是以紡細號紗為特點。滌/棉可紡10tex，純化纖(滌綸)可紡7.5tex～6tex。最高紡紗速度300m/min.
1.3自動化程度高
噴氣紡紗已實現自動接頭、落換筒，并已與絡筒機連接成為聯合機。是未來紡紗廠萬錠用人達到10人以下的有效途徑。
2噴氣紡紗有待進一步認識
(1)對噴氣紗結構的重新認識：目前普遍認為噴氣紗的結構為包纏紗，紗芯纖維基本呈平行狀態，外部為包扎纖維
(2)日本東麗公司也曾成功研制過單噴嘴噴氣紡紗機，有別于村田MJS系列的雙噴嘴噴氣紡紗機。按雙噴嘴現有的假捻→退捻→包纏的理論，單噴嘴如何形成包纏紗?
(3)噴氣紗長毛羽少，短毛羽多，且有方向性(順一個方向)，為什么?
(4)至今，噴氣紡紗紡純棉存在不同程度的困難，強力達不到要求，這與包纏成紗機理有何關系?
上述問題，需對噴氣紡紗的加捻成紗機理(包纏捻度形成機理)認真分析研究，以期得到關鍵技術的進一步突破。
3包纏捻度形成機理——“兩種學說”(以雙噴嘴為分析依據)
3.1“假捻一退捻一包纏”說
3.1.1噴氣紡紗的紡紗條件
(1)前羅拉輸出須條必須有一定寬度，須條在進入噴嘴吸口時形成一定數量的邊纖維(edgefihers)。前羅拉輸出的須條已形成扁平帶狀，噴氣紡紗機羅拉的高速回轉(3000r·/min以上)形成附面層氣流有助于進一步擴散扁平帶狀須條，如圖2所示。再加之噴嘴吸口紗道直徑為2mm～3mm，遠小于須條寬度，這些是形成邊纖維的有利條件。
(2)兩噴嘴氣流旋轉方向相反，且第二噴嘴旋轉動力(氣壓、氣流速度)要大于第一噴嘴。
3.1.2假捻→退捻→包纏成紗分析
噴氣紡紗成紗原理如圖3所示。從圖3可以看出：
(1)當纖維須條從前羅拉鉗口輸出，由于噴嘴吸口的負壓將纖維吸進噴嘴加捻器。按理第一噴嘴至前羅拉的紗條應隨第一噴嘴氣流回轉方向轉動而獲得“Z”捻。但由于第二噴嘴的氣流反向回轉且動力遠大于第一噴嘴，因此迫使第一噴嘴到前羅拉間的紗條解捻
(2)再者，前羅拉鉗口到噴嘴加捻器吸口的距離為7mm～12mm，前羅拉輸出一定寬度的帶狀須條，處于邊緣的纖維受氣圈和氣流轉動的影響，產生振動，部分邊緣纖維一端從前羅位出來便成半自由飄浮狀態，即頭端自由的邊纖維，它們不能被吸入吸口捻入紗芯，而是附著在紗芯表面或受第一噴嘴氣流的影響以“Z”向附在具有S捻的紗芯上。
(3)當紗條從第二噴嘴輸出，紗芯S捻因為假捻而迅速退捻，在作退捻回轉運動時，使附著或包附在表面的邊纖維隨之回轉而形成緊密的Z捻包纏在紗芯上。
(4)最終成紗結構為紗芯纖維變成基本平行狀態，邊纖維外包纏在紗芯周圍，對紗芯產生向心壓力，增加纖維間摩擦力和抱合力，形成紗的強力，紗的強力大小與邊纖維纏繞的多少、纖維長度，包纏捻回角都有關系。
3.2“時差、捻差”說
3.2.1時差、捻差說
噴氣紡須條加捻如圖4所示。在噴嘴吸口處負壓作用下，從前羅拉鉗口輸出的頭端自由的邊纖維，雖未能及時地捻入紗芯，但最終趨向是加入紗芯軸上，一起進入吸口紗道中。當這些頭端自由的邊纖維伸出一定長度后，必將在某處與高速回轉的紗芯小氣圈接觸，而被紗芯纏住，如圖4中初始接觸點C，隨紗芯一起被加捻。這些邊纖維開始加捻纏在紗芯上，由于纖維的另一端還被前羅拉鉗口夾持，加捻接觸點C將向前羅拉方向回退移動，加捻接觸點的回退移動使邊纖維獲得的捻度就低于紗芯上的捻度；從而與紗芯的捻度產生一定的捻回差。當紗條離開第二噴嘴后，紗芯迅速解捻；因邊纖維獲得的捻度比紗芯少，捻度退解完后，由于紗芯繼續解捻，此時邊纖維隨之產生反向捻向(“Z”捻)并緊密包纏在紗芯上，即邊纖維以一定真捻(z)
3.2.2捻差形成分析
噴氣紡自由纖維加捻分析示意圖如圖5所示。
頭端自由的邊纖維L，從前羅拉鉗口輸出，離須條中心距離為a。經過時間t，此邊纖維頭端在離前羅位鉗口距離為x1處與紗芯接觸，被紗芯纏住(即圖4中初始接觸點C)，此邊纖維與紗芯軸形成夾角為βc1。邊纖維從初始接觸點C以βc1為捻回角捻人紗芯。隨著加捻接觸點從初始接觸點處向前羅拉鉗口回退移動，邊纖維將越來越多地纏繞在紗芯上，捻回角也隨之改變。當加捻接觸點到達一個穩定的位置，距前羅拉鉗口為X2處，此時邊纖維就成為紗芯的一部分。邊纖維的另一端形成噴氣紗表面包纏纖維的頭端，且頭端都是順一個方向，即紗的毛羽有方向性。
頭端自由邊纖維與紗芯接觸點位置函數為x(t)，接觸點向前羅拉鉗口回退的速度為
。由于邊纖維與紗芯接觸點(加捻點)的運動方向與紗條輸出方向相反，所以邊纖維與紗芯接觸加捻點的輸出速度為(
)。因此有
3.3實為假捻退捻包纏還是捻差退捻包纏
根據以下三點事實：
(1)從紗的結構顯微照片觀察，紗芯外層除外包扎纖維外，還確有真捻包纏；
(2)紗的毛羽方向的一致性；
(3)單噴嘴加捻器也可。
筆者認為噴氣紡紗的包纏捻度的形成機理為兩者結合。兩因素的作用如何，是未來研究的課題。
4需進一步研究包纏纖維長度的極限
根據式(4)可得邊纖維與紗芯接觸點回退的運動方程：
我們可以進行積分求解，求得邊纖維與紗芯接觸轉移與時間的關系以及包纏纖維沿紗芯的長度方向上的變化，進而求得包纏纖維的極限長度，找出紡純棉的關鍵技術難點(詳見另研究論文)。
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