棉纺高效工艺机理分析

棉纺高效工艺机理分析唐文辉在棉纺行业中，纺纱工艺的研究、突破、往往意味着成纱质量的显著改善及其带来相应的经济效益。

一直是棉纺企业及其相关企业所密切关注。

近年来，在中国纱线网上掀起了“棉纺高效工艺”的研讨。

现任上海东飞现代纺纱技术研究所付所长的曹小华、倪远先生，在江苏东台、无锡和浙江萧山召开的学术研讨会上，他们介绍了率先开发的棉纺高效工艺的理论和实践，并发表在有关专业刊物上。

引起了全国各地有关企业的关注，部份企业已在积极使用，取得一些积极效果，也暴出一些问题。

今年5月下旬在青岛召开的“2006中国纱线质量暨新产品开发技术论坛会”和在武汉召开“2006全国新型棉纺设备应用交流会”上，笔者应邀对高效工艺进行了介绍和初步分析。

本文就有关问题作进一步分析和探讨。

一、高效工艺的典型示例以国产设备为主，一万纱锭精梳全棉生产线示例如下开清棉：FA002型圆盘抓棉机→FA032混开棉机→FA106鼻型开棉机→FA161振动棉箱→FA076E成卷机（一套一头配置）梳棉：上海克罗斯罗尔MK6型梳棉机5台予并： FA306A并条机2台条卷机：A191B条卷机2台精梳机：A201E精梳机16台末并： DV2—AL并条机2台粗纱机：FA458A粗纱机2台细纱机：FA507A—VC—480锭细纱机20台络筒机：N021—60锭自动络筒机2台高效工艺使用细绒棉（单麦）以8.5克/10m粗纱定量纺制全棉精梳纱：JC9.8tex.细纱重量牵伸86.3倍，细纱后区牵伸1.41倍。

成纱质量如表1。

表1 高效工艺JC9.8tex成纱质量示例表中数据反映了采用高效工艺棉纱品质及其与Uster2001公报统计值5%水平的比较。

一般来讲，Uster统计公报中JC9.8tex以下多为长绒棉纺纱，即便如此，除毛羽，强力两项数据有差距外，细纱条干CV值，IPI常发性纱疵测试值均达到，或优于针织用纱Uster2001 5%水平，特别是条干CV和粗细节甚至比紧密纺5%水平也好得多。

高效工艺半制品品质如表2、表3所示表2 半制品质量表 3 半制品内在质量示例前纺全流程定量，单机理论产量，高效工艺和普通工艺对比如表4所示。

由表可见。

表4 普通工艺与高效工艺前纺设备产能比较条卷50g/m 37m/mim 111 73g/m 42m/mim 184 1:1.66 精梳20g/5m 145r/mim 9.8 30g/5m 190r/mim 19.0 1:1.94 末并20g/3m 280m/mim 134.4 32g/5m 280m/mim 215 1:1.60 粗纱5g/10m 900r/mim 69 8.4g/10m 900r/mim 150.0 1:2.17（1）、高效工艺前纺全流程半制品的定量已达到或超过一般手册上所推荐范围上限，而半制品质量，尤其是内在质量保持较好水平。

（2）、由于定量加重，前纺各工序单机理论产量可以提高1.6—2.0倍，这就带来了非常可观的经济效益。

作为新厂设备配备，可以大量节省前纺设备，作为老厂配置，可以增加细纱机设备，增大了产能效益。

二、高效工艺的核心—细纱大牵伸（一）、细纱大牵伸发展不断增大细纱牵伸倍数才能相应增大粗纱定量，从而为前纺全流程重定量创造条件，因此细纱不断实现高倍牵伸是高效工艺的核心。

目前国产成套棉纺新设备基本达到了90年代国际先进水平。

高效工艺实质上是在现代纺纱设备基础上（FA系列为主），主动挖掘新设备的潜在能力，以牵伸专件、器材的技术进步，推动工艺发展，实现前纺全流程重定量，细纱第三代大牵伸（50倍:100倍），从而取得棉纺纺纱工程高效率和高收益。

高效工艺的核心是细纱实现第三代大牵伸，没有细纱牵伸倍数增大，就不可能有前纺半制品的重定量，为此，有必要回顾我国大牵伸发展历程。

我国细纱大牵伸研制成功于60年代中期，在国产1291型日东式牵伸装置的细纱机上，经过皮圈牵伸的改造和后区采用第一类机织纱工艺完成的，由于“1”字头纺纱设备落后的局限性，只能达到20—35倍第一代大牵伸水平，对应于当时常生产的中细号纱，细纱大牵伸能力一般以“一英支一倍”配置，相对细纱普通牵伸水平（10—20倍），粗纱定量、产量相应增大一倍，条粗工序流程也由“三并二粗”缩短为“二并单粗”，即使在“文化大革命”非常时期，也很快由上海普及逐渐推广到全国。

随着针织工艺的发展，接着又自主开创“两大两小”的针织纱工艺。

细纱第一代大牵伸的机织纱工艺和针织纱工艺选用范围和后牵伸力关系如图 1 所示。

它们以后应用在70年代生产的“A”字头细纱机、80年代中后期生产FA500系列细纱机和当前生产的F1500系列细纱机上。

第一代大牵伸取得成功的最可取之处，是摸索出牵伸运动发展的最基本规律，和细纱大牵伸的整套工艺理论，就是正确处理“控制”与“握持”两者相互关系。

也即正确处理了纤维运动中“控制力与引导力”和牵伸纱条运动中“牵伸力与握持力”这两对力的关係。

具体总结出细纱大牵伸技术改造的4条具体经验，从工艺上高度概括出“重加压、强控制”这一细纱大牵伸基本工艺路线。

它不仅指导细纱大牵伸发展。

条粗牵伸的发展也遵守这一工艺原则。

我国第一代细纱大牵伸设备是落后与陈旧的，但一整套完整的大牵伸理论和工艺是先进的，尤其是前区“三小”工艺和后区针织纱工艺。

至今仍在指导当前生产实践和牵伸装置的发展。

通过对80年代引进纺纱设备进行消化、吸收、研制和创新，对当代国际上四类现代细纱牵伸装置——SKF牵伸、R2P牵伸、INA—V型牵伸和HP牵伸的特性有了比较深刻的认识。

SKF牵伸采用三罗拉前区长短胶圈，后区直线牵伸，应用机织纱工艺。

R2P牵伸采用三罗拉前区紧隔距长短双胶圈，后区大隔距直线牵伸，应用针织纱工艺。

INA—V型牵伸，前区采用三罗拉长短双胶圈，后区V型曲线牵伸，应用V型工艺。

HP牵伸采用三罗拉前区双短圈，后区直线牵伸，HP牵伸大体上也属于机织纱工艺。

在消化国外先进牵伸装置的基础上，河北地区率先发展出R2V型牵伸，它的前区吸收R2P紧隔距的优点，后区采用V型曲线牵伸。

江苏昆山景丰机械有限公司继承K销基础上发展出JF型双短圈牵伸，比HP双短圈牵伸更体现出前区“三小”（小浮游区长度、小胶圈钳口和小前区罗拉中心距）工艺。

它们在棉型细纱机上运用是成功的，体现出我国在牵伸工艺理论上优势。

在各地纺机厂、专件厂和器材厂的不懈努力下，随着我国基础工业的发展，现代国产的细纱机上配备的有YJ2系列、YJ3系列弹簧摇架加压，QYJ3系列、QYJ2系列气压摇架加压的牵伸装置。

YJ2系列牵伸相当SKF牵伸，YJ3系列牵伸相当于HP牵伸，QYJ2系列牵伸相当于R2P牵伸，QYJ3系列牵伸相当于INA——V型牵伸。

它们的技术水平基本上达到了同类产品国际水平。

国产细纱牵伸装置发展概况如表5所示。

表5 国产细纱机牵伸装置的演变前胶辊830大套差 780小套差650—750铝衬套总牵伸倍数 20—35 20—35 30—50 由表可知，由于设备、专件及器材进步，加上我国先进的牵伸工艺，使得80年代后期生产的FA500系列，F1500系列细纱机上的牵伸装置基本达到现代化水平，再加上前纺设备和半制品质量进步，不仅使成纱质量有明显改善，细纱机总牵伸潜力很自然扩大到35倍—50倍左右，相对第一代33倍大牵伸已有30%—40%增大，可看作国产摇架加压第二代大牵伸。

目前国际上棉纺细纱大牵伸水平相当于我国第二代30—50倍大牵伸，高效工艺在生产上使用50倍—100倍大牵伸，应该算为国产第三代大细纱牵伸，它是超当前国际水平，是纺纱领域中难能可贵的自主创新工艺，也体现了我国纺织工作者智慧。

国产第三代大牵伸的成功是在牵伸装置设备现代化的基础上，牵伸型式的突破及其相适应的牵伸工艺配合下取得，它的机理如下所述；第三代大牵伸是在后区V型牵伸罗拉配置的基础上，在后区中部添加一根控制辊（control bar）(Ф10mm左右)形成，如图2所示，使细纱后区由V形曲线牵伸发展为控制辊式V形牵伸，简称VC牵伸。

它的特点如下：ºcd，形成后区中部附加摩擦力场M，它同时拓长（1）控制辊下压纱条产生接触包围弧ºab，使后罗拉包围弧的摩擦力场B向前延伸，与控制辊形了纱条在后罗拉表面包围弧长度成的中部摩擦力场两者联成一片BM，如图3所示，这就显著增强了后牵伸区摩擦力场强度分布，有利于对牵伸纱条和纤维运动控制，使变速点向中钳口前移，集中和稳定，从而有利于挖掘后区牵伸潜力。

（2）控制辊处在牵伸区中部位置，使后区牵伸非控制区长度从V型牵伸35mm左右缩短到VC牵伸20mm左右，这一方面减少了非控制区中浮游纤维（主要是短纤维）数量，另一方面使纤维在后控制区的摩擦长度增加，控制浮游纤维能力显著增强，故特别适宜整齐度较差的棉型纤维纺纱，它既能有效控制短纤维，又不积极握持长纤维，使短纤维较好地握持在4牵伸纱条内，纤维散失减少。

（3）控制辊下压纱条，使牵伸纱条直接水平进入中钳口，消除了中上罗拉反包围弧，这也为后区牵伸潜力的发挥减少牵伸附加不匀。

ºab包围弧上压扁（4）后区增加控制辊的VC牵伸，增强了V型效应，粗纱喂入后罗拉在ºcd压扁纱条走向纱条，在捻回配合下向控制辊C处拉紧时形成第一次V型效应，经控制辊中钳口e处张紧时形成第二次V型效应。

后区增加控制辊后，牵伸力显著增大，所以VC牵伸的V型效应要比原来V型牵伸要大得多。

总之，V型牵伸不仅显著加强了后区摩擦力场强度分布，而且非控制区长度大大缩短，又消除了中上罗拉反包围弧，使后区牵伸控制浮游纤维运动能力显著增强，所有这些都减少了后区牵伸附加不匀，从而提供后区牵伸增大潜力。

VC牵伸增强的V型效应，使喂入前区牵伸纱条更加紧密，结构良好，为前区准备较强的内摩擦力场，更能发挥胶圈牵伸控制纤维纱条能力。

使前区有更完善的总摩擦力场强度分布形态，提供了前区牵伸继续增大潜力。

VC牵伸提供前、后区牵伸潜力。

从而，使VC牵伸的总牵伸能力达到50倍—100倍的第三代大牵伸水平。

（二）细纱大牵伸中两个值得注意的问题1、调整相应的工艺细纱大牵伸的发展，始终贯彻了“重加压，强控制”这一基本工艺路线。

为了减少牵伸附加不匀，前、后区对浮游纤维运动控制越来越强，从而使前、后区牵伸力越来越大，这就要求牵伸装置各挡牵伸罗拉钳口握持力相应增强，始终维持最小握持力大于最大牵伸力的基本要求，为此，需要调整各挡牵伸罗拉压力等工艺和用好关键性的牵伸元件和器材。

2、提高牵伸另部件的刚度和精度，是高倍牵伸和牵伸罗拉加压增大所必须的机械条件。

牵伸倍数越大，对另部件刚度和制造，安装精度要求越高。

以罗拉偏心、弯曲造成的罗拉钳口线移动所产生的机械不匀为例，它所产生的纱条不匀以极差系数表示如下：极差系数=12钳口线移动距离牵伸倍数罗拉周长由此可见，纱条机械不匀和牵伸倍数成正比，牵伸倍数越大，罗拉偏心、弯曲造成纱条的机械不匀越大，所以主牵伸区的牵伸罗拉必须采用高精度无机械波罗拉，主牵伸区的所有牵伸另件都必须精益求精，才能使高倍牵伸稳定运转。