环锭纺纱机假捻器装置的构造

戴自怡　王林尧

上海市毛麻纺织科学技术研究所(中国)



环锭纺纱机假捻器装置的构造

戴自怡王林尧

上海市毛麻纺织科学技术研究所(中国)

环锭纺纱机历经数百年的发展，如今面对多变的纤维原料和不断提高的纱线质量要求，诸多技术问题相继显现。具体分析了这些技术问题产生的原因：在纺纱过程中存在三维加捻三角区、高纺纱张力及张力波动的缺陷。介绍了假捻器装置的构造、原理及试纺效果。试纺结果表明，该装置有效降低了纺纱张力，提高了成纱的断裂强力，成纱的断裂伸长率、粗节、细节、毛粒及捻度变异系数等指标均优于传统环锭纺纱线。

环锭纺；假捻器；断裂强力；纺纱张力

传统环锭纺纱机是纺纱的主要机种，环锭纺纱技术成熟，适合多种原料的纺纱，目前世界上纱线总产量的60%左右均由环锭纺纱机生产。然而随着纺织用纤维原料需求的不断扩大和对纱线质量要求的提高，环锭纺纱技术也面临着诸多问题。本文通过分析环锭纺纱技术的发展瓶颈，找出其产生原因，提出了在环锭纺纱机上加装假捻器装置，以期提高环锭纺纱机的适纺性能和成纱质量。

1　环锭纺纱技术遇到的问题

1.1无法适应纤维原料的发展

随着纺织技术的不断发展，纺纱原料日益丰富，环锭纺纱机对其适纺性差的问题也逐渐突显。

如芳砜纶纤维是近年开发的一种有机耐高温纤维，纺制的纱线适用于生产特种耐高温制品，但该纤维纺纱时静电现象严重，纤维间抱合力小，成纱困难，毛羽多，采用环锭纺纱机加工的成纱质量不理想。

又如毛纺半精纺可利用粗纺用动物纤维(如驼毛、兔毛)生产针织用纱，这样可大大扩展原料范围并降低原料成本，但粗纺用动物纤维原料较短，长度离散度较大，采用现有的环锭纺纱技术生产毛纺半精纺纱线困难大，且成纱毛羽多，导致生产的织物抗起毛起球性差。

再如苎麻纤维的纺纱多借用毛纺或棉纺环锭细纱机，但苎麻纤维的特性是纤维粗、抗弯刚度大，其可纺性远不如毛纤维及棉纤维，现有环锭纺技术纺制的苎麻纱线成纱毛羽长、质量差。

1.2环锭纱线质量不稳定

实际生产中发现，环锭纺纱机生产过程中，对同一管纱而言，处于小管纱、中管纱和大管纱阶段的纱线质量水平存在差异，小管纱时断头率最高，中管纱时断头率最低，大管纱时介于两者之间，三者断头比例为5∶2∶3。为提高成纱质量水平，必须解决同锭生产的管纱在大、中、小管纱阶段的质量差异问题，这需要改善环锭纺纱机的性能来实现[1]。

棉纺高效工艺要求粗纱重定量，细纱大牵伸，以大幅提高单位时间产量，减少前纺设备配置，降低生产成本，但在大牵伸条件下须条宽度增大，会导致成纱毛羽多、断裂强度低等问题。

1.3生产效率低

当前大量新型高速织机正在推广应用，但由于环锭纺纱线的断裂强度弱环和毛羽问题，致使织机在高速条件下断纱次数增多，达不到织机高速高产的目的。

2　原因分析及技术背景

环锭纺纱技术面临的瓶颈很大程度上是由于环锭纺纱机本身的缺陷造成的。

2.1三维加捻三角区

环锭纺纱存在三维加捻三角区，与传统认知的三维加捻三角区不同，在垂直方向，有部分纤维头端被胶辊、罗拉黏附，另一端与加捻纱条连接，构成三维加捻三角区。该三角区内产生的毛羽大多数为圈向毛羽，对成纱断裂强度和织制织物的起毛起球性影响很大。一端被胶辊、罗拉黏附的纤维，其另一端如果未能与加捻纱条的主体纤维相结合，就将成为飞花；如果与主体纤维相结合，则在加捻纱条的作用下，会被剥离而螺旋包缠在成纱纱体的表面，易受摩擦作用形成毛粒。

2.2高纺纱张力和张力波动

环锭纺纱机采用钢质钢丝圈加捻机构，其独有的气圈和卷绕形态产生纺纱张力和张力波动。过大且波动的纺纱张力会造成成纱条干不匀、粗细节多及断头等质量问题，限制了锭速和产量的提高。纺纱张力有两部分组成：气圈离心力(F=mω2R)和卷绕张力。在由小管纱向大管纱的变化过程中，气圈大小也发生变化，纺纱张力由大变小，纺小管纱时的卷绕张力值均约为大管纱时的2倍。这一纺纱张力大和张力波动问题至今尚未得到很好的解决。

2.3技术背景

针对上述技术问题，许多研究正致力于改进环锭纺纱的纺纱条件。如香港理工大学研发的“单股无扭矩环锭纱线的加工方法和设备”[2]，在环锭纺纱机前罗拉和钢丝圈之间设置一个假捻器，假捻器由两个开有曲形沟槽的半圆体构成，假捻器旋转带动曲形沟槽内的纤维束加捻，使纤维束获得与成纱反向的捻度，并最终卷绕在纺纱机锭子上的纱管上。这种曲形沟槽假捻器能增强纺纱三角区内纱线的扭矩，提高纱线强度，能在低捻系数条件下纺纱，纺制低捻度的纱线，但由于这种假捻器装置构造的局限性，相比传统环锭纺纱，其成纱强度约低18%，伸长率约低15.6%，且环锭纺纱技术中的高张力缺陷没有得到根本解决。

3　假捻器装置

本研究通过在环锭纺纱机上加装一套假捻器装置，提高环锭纺纱机的适纺性能，改善环锭纺成纱质量。

3.1机械结构

在不改变传统环锭纺纱机机械结构的基础上，在环锭纺纱机前罗拉钳口至导纱钩的纺纱段加装假捻器装置。在前胶辊和前罗拉组成的前钳口至导纱钩的纺纱段中间沿环锭纺纱机长度方向设置了一框架构件，假捻器由两个轴承固定在框架构件的两个边框上，每一纺纱锭位设置一个假捻器，假捻器与导纱钩之间设置有一根导纱棒。假捻器内设置若干根纱线张力阻尼针棒，假捻器由电动机带动的传动带切向传动，根据纺纱工艺要求，其转速可通过电动机转速的调节进行调整(图1)。

图1　环锭纺纱机(部分)及假捻器侧视图

3.2原理和效果

3.2.1降低纺纱张力

张力阻尼针棒对纱条的轴向摩擦阻力可以起到减少纺纱张力的作用(图2)，纱条可套绕2～4根张力阻尼针棒，套绕的根数越多，张力阻尼作用越大。采用假捻器后可大幅降低纺纱张力，减小原环锭纺纱大、中、小管纱的纺纱张力差异和成纱质量差异，降低张力波动，平缓张力波峰，实现低张力纺纱。

1-假捻器； 2-张力阻尼针棒； 3-传动带；4-轴承； 5-框架构件 图2　假捻器构造示意图

3.2.2提高扭矩扩大原料适用范围

利用张力阻尼针棒对纱条的切向摩擦阻力产生扭矩，套绕的张力阻尼针棒的根数越多，产生的扭矩越大。使环锭纺纱机同样适用于刚度较大的苎麻和原料较粗、捻系数较低的半精纺纱线的生产。这不仅对扩大适纺纤维原料范围、降低原料成本大有益处，还为棉纺高效生产工艺中出条定量较大的粗纱加工创造了条件。

3.2.3缩小三维加捻三角区

假捻器的轴承与前胶辊和前罗拉的法线连线呈90°，一定程度上消除了垂直方向上被胶辊、罗拉黏附的纤维，改善了纤维缠绕胶辊现象，缩小了三维加捻三角区区域，从而使成纱毛羽少，生产中飞花现象也大为减少。

4　试验

4.1原料与设备

试验在浙江宝润毛纺有限公司进行，采用传统环锭纺纱机与加装了假捻器装置的纺纱机分别试纺了丝光羊毛/防缩毛条/天丝混纺纱(质量分数比为42/42/16)，纱线线密度为50 tex×3，捻度为330捻/m，锭速为5 600～6 000 r/min。

4.2结果与讨论

试验结果图3。

图3　　　　采用传统环锭纺纱机与加装假捻器后纺制的纱线的性能对比

可见，加装假捻器装置的环锭纺纱机纺制的纱线的单纱断裂强力高，粗节、毛粒、捻度变异系数等都明显好于传统环锭纺纱线，断裂伸长率和条干均匀度与传统环锭纱基本保持一致或略好。

5　结语

本文分析了传统环锭纺纱技术的瓶颈和产生原因，通过在环锭纺纱机上加装假捻器装置，利用设置在假捻器上的若干根张力阻尼针棒，可有效减小纺纱张力，平缓张力波峰；同时张力阻尼针棒对纱条的切向摩擦阻力可产生扭矩，因此可纺制刚度较大的纤维，扩大了适纺原料的范围，对提高纺纱效率和纺纱质量起到了积极作用。试纺结果表明，

所纺纱线单纱断裂强力、断裂伸长率、粗节、细节、条干、毛粒、捻度变异系数等指标均好于传统环锭纱或与其基本一致。

[1] 王林尧，戴自怡.环锭纺加捻机理力学分析及半紧密纺纱技术研究[J].上海毛麻科技,2010(3)：2-8.

[2] 陶肖明,徐宾刚.单股无扭矩环锭纱线的加工方法与设备：1453401[P].2003-11-05.

Construction of false twisting device on ring spinning frame

DaiZiyi,WangLinyao

Shanghai Wool & Jute Textile Research Institute, Shanghai/China

After hundreds of years of development, ring spinning was faced with the change of raw fiber materials and the requirements of continuously improved yarn quality, and a number of technical issues appeared. The causes of these problems were studied，which were three-dimensional twist triangle area in spinning process, high spinning tension and tension fluctuations. False twisting devices were introduced such as the structure, principle and spinning effect. Trial results showed that the devices effectively reduced spinning tension and improved tensile strength, and the production target of percentage of elongation, slubs, snicks, pills, twister irregularity was better than the conventional ring-spun yarn.

ring spinning；false twister；tensile strength；spinning tension