棉纺（超）大牵伸工艺技术现状与结构创新探讨（上）

2022-04-08倪远张玉泽汪军纺之远上海纺织工作室东华大学纺织学院

纺织机械 2022年2期

倪远,张玉泽,汪军/文（.纺之远（上海）纺织工作室；.东华大学纺织学院）

2012 版《现代棉纺牵伸的理论与实践》[1]一书中，对有捻粗纱牵伸倍数为40～150 的牵伸定义为大牵伸，对棉条直纺牵伸倍数为200 倍左右的牵伸定义为超大牵伸。

行业科技发展规划，明确了棉纺创新技术的研发方向，《纺织机械行业“十四五”发展指导性意见》[2]也对环锭细纱机关键技术的发展提出了明确的目标和研发攻关的重点任务，作为将要进入全球纺织强国的行业领域，在政策指导和需求拉动下，“十四五”期间乃至未来更长时期，行业将为此而作出努力。

1 棉纺（超）大牵伸工艺技术的应用历程

罗拉牵伸装置功能实施的最关键技术是罗拉的结构构成和配套工艺技术，亦即如何设计牵伸区数量、技术结构和工艺参数配置，在牵伸装置和配套工艺的牵伸能力与牵伸品质的矛盾中找到平衡点，使须条在多个牵伸区中得到成纱质量符合预期的牵伸。

在牵伸装置和工艺提升牵伸能力的历程中，发展出了多种多罗拉牵伸结构，试图通过增加牵伸区和控制元件实现牵伸能力和/或牵伸品质的改善。在牵伸区设置方面包括三罗拉双牵伸区、四罗拉三牵伸区和五罗拉四牵伸区等结构；在控制元件设置方面包括双胶圈、三胶圈、四胶圈、六胶圈和控制棒等牵伸结构。

1.1 三罗拉双牵伸区结构

1.1.1 RingCan 环锭细纱机技术[3]

在棉纺超大牵伸技术发展的历程中，最接近行业应用的信息是，ITMA1999 上德国绪森公司展示的RingCan环锭细纱机样机，该公司从20 世纪80 年代开始研发三罗拉三胶圈棉条直纺的超大牵伸结构，棉条由直径为250mm 的条筒卷装喂入环锭细纱机纺纱，可以纺制大于等于20tex（30 英支）纱线，主要用于织造牛仔布。条筒卷装的棉条由单锭输送带引导进行同步输送，通过一个相对封闭的管道输送系统喂入细纱机牵伸区。后区牵伸倍数最大可以设置为3.5～4.0 倍，总牵伸倍数可以比普通环锭纺纱高出3.0～4.0 倍，最大总牵伸倍数可达到250 倍，范例中纺制20tex（30 英支）纱的总牵伸倍数为176 倍，计算喂入棉条定量为352tex，相比普通环锭纺工艺是相对轻定量的棉条。纺纱流程中缺省了粗纱工序的应用，为了稳定牵伸品质，纯棉普梳纱纺纱工艺流程设置了三道并条机的并合和牵伸，以使得梳棉至细纱工序之间的工序配置数目为奇数，从而符合棉纺工艺流程奇数法则。绪森公司提供的表列测试数据，显示RingCan 环锭细纱机纺纱品质的短片段项目测试质量水平优于传统环锭纺纱线。

此后的二十多年来，RingCan 环锭细纱机纺纱技术杳无音讯，不再有产品市场应用信息，及与该技术相关的交流探讨,是RingCan 超大牵伸装置的技术问题，也是经济问题，还是缺省粗纱工序的棉条直纺不适于棉纺产业化应用，未见明确结论。

1.1.2 日本丰和三胶圈超大牵伸系统

图1 是申请号为96107383.7 日本丰和专利申请的示意图，该牵伸装置在传统三罗拉双胶圈牵伸装置的后上罗拉上加设上销胶圈结构，在后牵伸区增设下销棒，在中罗拉钳口入口处增加一个集束器，形成一套三罗拉双区三胶圈高倍牵伸系统（Triple apron high draft system），总牵伸倍数最大标称可达280 倍，可以缺省粗纱机进行棉条直纺。该技术结构与绪森RingCan 非常接近。该三罗拉三胶圈牵伸装置在后区附加了由上下销和上胶圈组成的控制元件，使后区牵伸能力得到有效增大，图2 显示了后区牵伸倍数与成纱线密度均匀度的相关性，从曲线可见在后区牵伸倍数在4.0 时牵伸品质为最优。这样的工艺技术路线，是以增大后区牵伸倍数来实现总牵伸能力的大幅度提升。并且是在后钳口设置上胶圈的情况下，因为后钳口驱动和须条控制仍由后下罗拉为主导，不会对总牵伸倍数的动态稳定性造成影响，从而确保成纱长片段线密度均匀度稳定。

该牵伸结构虽然声称可以棉条直纺，但公开的实例应用还是对有捻粗纱的牵伸。表1 为传统三罗拉双胶圈牵伸系统与丰和三罗拉三胶圈高倍牵伸系统的纺纱测试数据对比，两者均以有捻粗纱喂入纺制CJ19.7 精梳纯棉纱和CJ14.8 精梳纯棉纱：

在此后的2000 年，有上海申请人申请了申请号为00249589.9 的三罗拉三胶圈和四罗拉三胶圈专利，其中三罗拉三胶圈结构与图1 基本相似。

1.1.3 三罗拉四胶圈超大牵伸

图3 是申请号为00221765.1 江苏申请人专利申请的附图，其在三罗拉双区牵伸的后区，增加设置了上下销和一对长短胶圈，构成了三罗拉双区四胶圈（两套长短胶圈钳口）超大牵伸装置，说明书称能通过增大后区牵伸倍数来大幅度增强总牵伸能力，可以实现棉条直纺的超大牵伸应用。

在此后，山东申请人的01243901.0 号申请、江苏申请人的200520073617.2 号申请及上海申请人的200720066977.9 号申请都提出了与图3 相似的三罗拉四胶圈技术结构。

图1 日本申请人96107383.7 申请文件附图

图2 后区牵伸倍数与纱线均匀度关系图

表1 传统三罗拉双胶圈与丰和三罗拉三胶圈牵伸系统纺纱测试数据比较

上述多个三罗拉四胶圈牵伸技术方案未见用于棉条直纺的超大牵伸产业化应用实例公开。但三罗拉四胶圈牵伸装置用作以粗纱喂入的大牵伸纺纱工艺，目前在国内一些棉纺企业有实际应用（图4），主要被用于对有捻粗纱纺制低线密度（高支）纱线。

1.2 四罗拉三牵伸区结构

在四罗拉三牵伸区牵伸结构中，有3～6 胶圈设置的技术方案。

图5 是山东申请人四罗拉三胶圈牵伸结构，其是在上述三罗拉三胶圈的上游再增加一对罗拉钳口，形成四罗拉三胶圈牵伸结构，其牵伸能力并不比三罗拉三胶圈牵伸结构增加多少。

图6 的四罗拉四胶圈牵伸结构是广东申请人2002年实用新型专利申请，其是在传统三罗拉长短胶圈钳口的上游，附加设置一套双短胶圈钳口，成为四罗拉三区四胶圈超大牵伸装置，说明书称能通过增大后区牵伸倍数来大幅度增强总牵伸能力，可以实现棉条直纺的超大牵伸应用。

图7 的四罗拉四胶圈超大牵伸采用连续设置的两套长短胶圈钳口，并且在后区又增加了双控制棒。在范例中还是采用粗纱喂入，纺制60～100 英支纱线。其后区使用的是21 世纪初创新高效工艺的后区双控制棒型式，将简单罗拉平面牵伸结构，改变为经过双控制棒的曲线牵伸，上游一根控制棒起下压须条追加须条与后罗拉的包围弧,下游一根控制棒抬起粗纱条，使其不改变中钳口的喂入状况，从而可使后牵伸须条的变速点进一步前移和集中。

图8 是在四罗拉前中区四胶圈结构的基础上，在后区再增加设置一对上下销双短胶圈钳口，成为具有连续三套胶圈钳口的四罗拉六胶圈超大牵伸装置，该专利说明书称能通过增大中后区牵伸倍数来大幅度增强总牵伸能力，可以实现棉条直纺的超大牵伸应用。

图3 江苏申请人00221765.1 申请文件附图

图4 三罗拉四胶圈大牵伸应用实例

图5 山东申请人03217783.6 申请文件附图

图6 广东申请人02249311.5 申请文件附图

图7 江苏申请人2013104776375 申请文件附图

在四罗拉三牵伸区的几个技术方案中，分别存在着两个方面重要的工艺结构缺陷，一是将第二胶圈钳口设置在第三罗拉上（图5、图7），由于胶圈钳口相对于罗拉运动不可避免会产生滑溜，则容易产生两个较大牵伸倍数配置的相邻胶圈钳口牵伸区之间，牵伸倍数分配对时间和锭间的动态变异，不利于牵伸过程的稳定，增大线密度均匀度变异；二是将第二胶圈钳口设置在第四（后）罗拉上（图6），由于胶圈钳口相对于后罗拉运动不可避免会产生滑溜，则容易产生总牵伸倍数对时间和锭间的动态变异，不利于纱线重量不匀率的控制。而图8 的方案则可能同时存在着这两个方面的工艺结构缺陷。

1.3 五罗拉四牵伸区结构

图9 是类似于在图6 四罗拉四胶圈结构的基础上，再增加一对后罗拉钳口，形成五罗拉四胶圈四牵伸区超大牵伸结构，其既避免了上节分析的两个方面重要的工艺结构缺陷，又实现了两对胶圈钳口同向串联的牵伸结构设置，期望能大大增强总牵伸能力，可以用棉条直纺进行超大牵伸。五罗拉牵伸系统由五根罗拉组成，五根罗拉形状大小相同，期望突破一般三罗拉细纱机无法达到的总牵伸倍数。由并条机生成的棉条可直接喂入五罗拉牵伸系统，经过高倍牵伸后加捻，直接获得细纱。试验证明，五罗拉细纱机在普梳棉品种总牵伸150 倍以下纺制27.8～36tex（21～16 英支）成纱样品效果良好。该技术方案还提及将喂入细纱机棉条的储棉条筒装置布置在环锭细纱机所在楼层的上层或同楼层。