对几种新型纺纱的分析比较及其应用发展前景的看法
东华大学 周慈念
本文所讲的新型纺纱是指成纱原理与成纱的主要机构以及其成纱结构（指单纱结构）不同于传统环锭纺纱的新型纺纱方法。而基本原理与环锭纺相同的集聚纺，和与纺制类似股线或缆绳结构的赛罗纺与索罗纺、以及化纤长丝与细纱交捻的赛罗菲纺等纺纱技术就不属此范围。即使符合以上条件但实践证明受技术关键所制约而没有发展应用前景的静电纺纱、涡流纺纱（涡流管凝聚加捻）也不在其内。 自上世纪六十年代以来，以转杯纺纱为代表的各种纺纱新技术开始面世。其中到目前为止已被广泛应用或已局部应用、或有应用发展前景的新型纺纱主要有转杯纺纱、喷气纺纱、喷气涡流纺纱和摩擦纺纱等。
本文就以上几种新型纺纱技术的特点、应用范围和今后发展前景做些分析比较，谈谈个人的看法与大家一起探讨。通过分析探讨必将有利于我国纺机制造企业与纺织生产企业正确决策其今后技术、设备和产品开发的方向。 由于转杯纺纱已比较广泛应用于生产，以及全国会议上国内外企业都已进行了较多的技术交流。喷气纺纱也通过国内外企业与学者的报告，大家都有所了解，在这里就不多做赘述，只做相互比较之用。对喷气涡流纺纱由于国内尚未有MVS这种机型的机器引进，过去国内虽然也有涡流纺纱研究与生产如天津纺织研究所已形成过中试车间，还有上棉三十一厂等开发应用过。但其机构、原理、成纱品质、应用范围就不可与现在的MVS机同日而语。所以对MVS这种喷气涡流纺纱就须在文中略加介绍并作些分析比较。
另外对过去已引进过并已有国产化设备的摩擦纺纱技术也多作些介绍。因为它在这十多年中已被大家所忽视，但我认为它有它的特点与它的应用范围，是有一定发展前景的，完全可以在新型纺纱发展应用中占有一席之地的。
一、纺纱原理与机构 1．l转杯纺纱
转杯纺纱是属于自由端纺纱原理。纤维条从喂入到加捻点之间必须是不连续的，否则就是假捻加不上捻度成不了纱。就无法实现高速与大卷装目的。它是依靠喂给与分梳机构实现纤维条分离成不连续的纤维流，又通过气流将纤维流输送到转杯内实现纤维与气流的分离。纤维再集合成连续须条，籍转杯回转而加捻成纱。由于纤维在抵达转杯并在其内壁上加速向下滑移，对纤维的伸直度有一定的改善，同时在引出纱条时又要承受转杯的惯性离心力，所以有一定的纺纱张力，才使成纱强力有一定的保证并带来一些成纱结构上的特点。 1．2喷气纺纱
喷气纺纱是非自由端纺纱原理即是连续纺纱。但又要达到成纱加捻和卷绕作用与机构分开实现高速与大卷装这一新型纺纱共同的目的。其关键是如何使纱条获得捻度和强力。该成纱的捻度是整个纱条还是部分纤维加捻，这是喷气纺纱方法给我们提供了对成纱捻度新的启示和认识。其他新型纺纱大都是整个纱条获得捻度或分层获得捻度。而喷气纺纱主要是头端离开罗拉钳口而尾端尚被握持的这部分所谓“头端自由纤维”依靠喷嘴的旋转气流被包缠到纱芯上获得“包缠捻度”而成纱。采用二级喷嘴主要是利用第二级喷嘴与第一级喷嘴气流旋转方向相反且旋转速度（退捻力矩更强）较大的作用。使被第一级喷嘴作用下初始包缠的纤维在通过第二级喷嘴后在退捻方向与初始包缠方向一致的情况下包缠更紧，因而成纱强度就更提高了。
1．3喷气涡流纺纱
本人认为喷气涡流纺纱原理主要是喂入纤维与加捻点结合在一起而获得真捻的一种新
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的纺纱方法。根据获得真捻的原理和方法可以有三种：l、喂入端喂入纤维与加捻点结合在一起而加捻成纱方法，MVS纺纱基本上属于此方法。2、喂入端与加捻点之间须条是断裂成纤维流，而纤维再凝聚到加捻点然后加捻成纱的方法，即我们所称的自由端纺纱方法。3、加捻点与卷绕端结合在一起的加捻成纱方法，即传统的环锭纺纱方法。由于至目前为止，国内尚未引进MVS设备，因此不能清楚了解该喷嘴加捻的具体装置机构。现仅根据其在美国申请的专利上的机构介绍，作些纺纱原理上分析。
该装置的机构主要特点我认为是须条喂入喷嘴的装置，见图1右部分。
图1 喷气涡流纺纱喷嘴装置示意图
此乃带有斜面又偏转一角度并在中心有一针状物的喂入部件，这是关键部分。因为进入喷嘴后须条依靠压缩空气切向涡流将此须条加捻时，则捻度受阻（一是针状物作用，二是偏转产生捻陷作用）就不易向前罗拉钳口传递，就不会造成假捻区。同时须条与针状物接触在向下引出时有摩擦阻力，对纱条加捻张力及纤维伸直有利，也即对成纱强力有利。由于毕竟须条边缘纤维会受气流影响可能有少量纤维随加捻而包缠在纱体上。
图中空心锭（空气轴承压缩空气传动）机构。据介绍此空心锭可转也可不转。那么它起什么作用呢？我认为一是起引导管作用。二是它的头端组成加捻区气室，同时对纱条有一定附加摩擦力矩作用。对所纺不同纤维因其摩擦系数大小不同，引纱张力也会因此而不同。那么其转与不转也可以起一个调节张力作用。总的我认为此装置的关键作用是前面的喂入部件。使喂入端纤维进入加捻点而成为真捻纺纱。以上只是我个人的分析，正确的结论还须通过科学实验来认证。今后有条件的话，可以用光学玻璃与有机玻璃结合按实际喷嘴装置机构仿制，进行有色纤维纺纱试验，然后采用高速摄影方法拍摄纺纱动态过程。再用慢速放映结合照片观察那么就可对其纺纱原理做出正确的结论。
在这里我想提出一个问题与大家探讨，那就是不同纤维例如化纤纯纺与棉的纯纺或其混纺，由于化纤纤维长度与棉纤维的整齐度不同，此装置的加捻点与牵伸装置的前罗拉钳口之间隔距是否要做些调节？否则纱条加捻后，成纱强度即纱体外包缠纤维数量的多少是否会受影响？从村田公司资料上介绍的几个成纱样品上看，纺纯棉主要还是精梳纱及混纺纱，我认为装置对纤维长度与整齐度还是有一定要求的。
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1．4摩擦纺纱
摩擦纺纱首先是由Ernst Fehrer博士创立于1953年的FEHRER公司所发明研制和生产的一种属自由端纺纱原理的新型纺纱方法。该设备命名为DREF系列的摩擦纺纱机。至目前为止已生产了DREF2、DREF3和 DREF2000型这三种机型。后两种机型可纺包芯纱和一些花色纱。但这些花色纱在原理上已属包缠纺纱。
该纺纱头由4个部分组成：喂入机构、开松机构、凝聚加捻尘笼和卷统部分。见图2。
图2 摩擦（尘笼）纺示意图
该方法特点是一对起凝聚与加捻作用的尘笼（打成上千万小孔的滚筒），尘笼内装有针对一对尘笼楔形部分的吸嘴。依靠外界风机在此处产生负压，使开松后向下输出的纤维流在该处沿尘笼轴向凝聚（留下纤维，分离气流）同时籍同向旋转的尘笼表面与须条表面产生的摩擦力矩将凝聚须条加上捻度而成纱。如果是在尘笼楔形握持线上通过长丝或纱线，那么凝聚的纤维就包在外面成为包芯纱。另外还可加装超喂装置和加装由计算机控制的牵伸装置间歇或快慢变速地喂给包覆纤维，由此可纺成起圈、结子、竹节等花色纱。
至于英国制造的Master-spinning摩擦纺纱机，由于原理相同，机构略有不同，它希望能够纺较细的纱，看来要达到这个目标是比较难实现的。所以至目前还未见有新的报导和机器展出或生产应用。
二、适纺原料与纱支和速度
以上几种新型纺纱适纺的原料和纱支及纺纱速度范围可见表1。纱支与纺纱速度的比较可见图3。
表1 几种新型纺纱的比较 名称 适纺原料 转杯纺纱 喷气纺纱 喷气涡流纺纱 摩擦纺纱 天然纤维 涤棉混纺 涤/粘、纯棉 可纺所有天然、人造、再生和人造纤维 涤纶100%及其他化纤/棉 特种纤维 再生纤维 化纤 纤维长度44 纤维长度10~15 mm 及以上纤维的混纺 纤维长度51mmmm以下 纤维长度10~60mm 以下 170~10tex (Ne3.5~60) 29~7.25tex (Ne20~80) 29~10tex (Ne20~60) DREF2型100-3952tex (Nm0.25~10) FS2/92国产机(Nm0.25~15) DREF3型33.3~166.6tex 包芯纱 适纺纱支
3
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0
纺 纱 速 度(m/min) M V S M J S DERF OE-Rotor 5 10 15 0.25 15
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 (Ne) 纱 支 (Nm)
图3 几种纺纱方法的适纺纱支和速度
三、成纱结构与特性
3．l转杯纱与尘笼纱结构
同属自由端纺纱原理的转杯纺纱与摩擦（尘笼）纺纱其成纱结构基本是相同的。用相同原料的条子分别纺成转杯纱与尘笼纱，并通过浸没描迹法观察示踪纤维在成纱中的几何排列形态，根据不同形态加以分类，其结果如表2所示。
表2 各类示踪纤维的根数百分率
纤维类别 圆锥形螺旋线纤维 圆柱形螺旋线纤维 前打圈或前弯勾 中打圈或中屈曲 后弯钩 前、后弯勾或前、后打圈 前弯钩，中打圈或中屈曲 后弯钩，中打圈或中屈曲 前、后弯钩，中打圈 前端卷缠，后端正常转移 后端卷缠，前端正常转移 前卷缠，中打圈或中屈曲 前卷缠，中打圈或中屈曲，后弯钩 前卷缠，后弯钩 前弯钩，后卷缠 前弯钩，中卷缠 中卷缠 前、后卷缠 前、后卷缠，中打圈 合计 尘笼纱 棉67% 0.65 3.27 9.15 3.92 3.27 5.88 8.50 3.27 4.58 3.27 1.31 1.31 0 0 0 0 0 0.65 0.65 45.76 涤33% 1.97 1.32 8.55 3.29 3.95 14.47 6.58 1.32 3.95 1.32 0 1.32 0.66 0 0.66 0 0 0.66 0.66 47.39 转杯纱 棉67% 2.34 14.02 7.02 4.09 9.36 4.68 1.75 2.92 1.17 1.75 8.19 0 0 0.58 2.34 2.34 1.75 2.34 0 50.28 涤33% 3.23 16.77 7.74 3.23 14.19 1.94 1.29 1.94 0.65 1.29 2.58 2.58 0 1.29 0 0 0 0.65 0 39.37 属于圈锥形、圆柱形螺旋线，但头、尾端有各种缺陷的纤维
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前对折 3.27 0 32.68 7.19 7.19 50.33 2.63 1.97 31.58 7.89 5.26 49.33 3.51 2.92 10.53 16.37 0 33.33 6.45 3.87 10.97 19.35 0 40.64 不规则纤维后对折 纠缠（整理卷缠）纤维 外包或包缠纤维 平直纤维 合计 从表中可见，对成纱强力起主要作用的圆锥形螺旋线纤维和圆柱形螺旋线纤维，转杯纱都多于尘笼纱，而对折、平直、纠缠、打圈等不规则纤维转杯纱则少于尘笼纱。（与转杯纱相比，尘笼纱表面没有包缠纤维而存在着一定数量没有转移的平直纤维）所以尘笼纱的强力比转杯纱低。
从成纱捻度分析，两种纱都是捻度分层结构，即成纱截面内各层捻度是不相同的；总的是外层捻度少而向内层逐渐增多，呈外松内紧的结构。
分析以上两种自由端纺纱方法的成纱结构，为什么尘笼纱中不规则纤维多，强力较低，主要是凝聚机构不同而造成的。转杯纺虽然使分离的纤维要保持定向伸直凝聚也难，但至少在转杯内滑移到凝聚槽并以凝聚槽的线速度运动，相比输送气流中的纤维速度还是加速的。对纤维在凝聚时伸直度破坏较少。而尘笼凝聚，一方面纤维运动方向与尘笼轴线凝聚方向呈垂直或略小于90o，另一方面纤维运动至凝聚区速度是减至零或略有向引纱方向有一个分速度，总之是大大降速。这就是形成纱中对折、卷曲、打圈等不规则纤维要增多，成纱强力下降的主要原因。对摩擦（尘笼）纺粗支和极粗支纱时，因纱中纤维数量多，对成纱强力的影响不大，不会影响其产品强度，但若要纺中细支纱，这就是难以克服的障碍和弊病。所以英国Platt公司的Master-spinning至今未能投入应用，恐怕这是主要原因。由此可见，摩擦（尘笼）纺应该扬长避短，在纺粗支纱和极粗支纱的领域中有其一席之地和独特优势。
至于捻度分层结构则是由于这两种纺纱方法都是在纱尾上添加纤维的同时又对其加捻而形成的。
3．2 喷气纱与喷气涡流纱结构
喷气纱从纺纱原理上分析它是依靠部分头端自由的纤维包缠在纱体外面而成纱的，是先假捻初包后真捻紧包。国内外研究工作者用扫描电子显微镜拍摄和采用示踪纤维投影法观察来统计喷气纱中各种包缠形态及纤维在纱中排列形态的，其比例可见图4和表3。
图4 喷气纱的成纱结构
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