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紧密纺纱的原理性能特点及产品开发

摘要：紧密纺纱技术成功地解决了环锭纺纱产生的毛羽及飞花，提高了纱线的强力和耐磨强度，纱线外观及物理性能都有很大提高和改善，与普通环锭纺纱相比，在纱的质量和产量方面都具有明显优势，为提高后续织造等工序的效率，改善面料的强度、手感、外观质量等方面提供了可靠保证。瑞士立达公司、德国绪森公司、青泽公司、日本丰田公司等都相继推出了紧密环锭纺纱机。
关键词：紧密纺纱 结构 原理 成纱 特点 价值 问题 应用
引言：紧密纺纱是近几年发展起来的纺纱新技术，它代表当今世界环锭纺纱最先进的技术。由于能有效地消除环锭纺纱毛羽的危害和随之而带来的对后续工序的好处以及对新的纺织品特有的开发潜力，使紧密纺纱技术受到普遍关注。
正文：
一、 紧密纺纱装置的结构特征
1.1 立达（Rieter）ComforSpin纺纱装置
瑞土立达公司紧密纺纱装置名称为ComforSpin，机型有Com4型、K44型，装置结构示意见图1。

图1 立达ComforSpin纺纱装置
1-空心网眼滚筒（前罗拉）；2-第二胶辊（牵伸胶辊）；3-第一胶辊（握持胶辊）。

ComforSpin纺纱装置结构特征如下：
（1）在原牵伸区前增加一个气动集束区。
（2）将原来的前罗拉改为钢质空心网眼滚筒（罗拉），直径比一般前罗拉大，其上装有两个胶辊，第一胶辊(握持胶辊)与前罗拉组成纱条加捻握持钳口，第二胶辊（牵伸胶辊）与前罗拉组成牵伸区的前牵伸钳口。第一胶辊与第二胶辊间为须条的集聚区。
（3）前罗拉为钢质网眼滚筒，形似一个小尘笼，内有圆形截面吸聚管(负压)与吸风风机等组成吸聚罗拉，即有负压的前罗拉。
圆形截面吸聚管上装有一块开了一个由后向前逐渐变窄的V形狭槽的工程塑料部件组成的吸气槽，V形槽长度跟须条与前罗拉接触长度相适应，并与输出方向有一定偏斜度，当在主牵伸区须条离开牵伸钳口时，因负压的吸附作用，须条由V形槽控制在网眼前罗拉上，并向前输送到第一胶辊处，即握持钳口处。
1.2 绪森（Suessen）Elite纺纱装置
德国绪森公司紧密纺纱装置名称为Elite，机型有Fiomax E1型、Fiomax E2型，装置结构示意见图2。

图2 绪森Elite纺纱装置
1-原前罗拉；2-异形截面吸聚管；3-原前胶辊；4-握持胶辊；5-啮合齿轮。
Elite纺纱装置结构特征如下：
（1）在传统的牵伸装置前加一组气动集聚装置。
（2）原牵伸装置不变，在前罗拉前加装一组合件，包括一个异形截面吸聚管，上套一个网格多孔胶圈(实为化纤织物)和一个前上胶辊（握持胶辊），组成加捻握持钳口。新增加的前上胶辊通过一个啮合齿轮由原来的前上胶辊传动。吸聚管上套着一个网格多孔胶圈，它有无数微孔，允许气流通过，但纤维不能通过。胶圈由前上胶辊摩擦传动。
（3）异形截面吸聚管表面在每个纺纱部位都开有呈斜向吸气槽，便于纤维的轴向旋转并向纱轴靠拢，其结果使纤维尾端紧贴于纱条上。吸聚管表面的流线形设计使纱线在前罗拉表面的包围弧完全消失，也就是须条离开牵伸钳口时受负压的作用被吸附在网格多孔胶圈的狭槽部位并向前输送到握持钳口，再加上握持胶辊加压很小，使纺纱三角区基本消失，因此，毛羽减少，并提高了可纺性。
3.3 青泽（Zinser）AirComTex纺纱装置
德国青泽公司紧密纺纱装置名称为AirComTex，机型有700 AirComTex型，装置结构示意见图3。

图3 青泽AirComTex纺纱装置
1-原前罗拉；2-原前胶辊；3-控制罗拉；
4-控制胶辊；5-填块；6-打孔胶圈；7-异形截面吸聚管

AirComTex纺纱装置结构特征如下：
（1）在原牵伸装置前加一组气动集聚装置。
（2）在前罗拉前增加一个控制罗拉，其上装有控制胶辊及一异形截面吸聚管，打孔胶圈套在胶辊及吸聚管上，组成一个类似牵伸装置中中罗拉的上胶圈，但方向相反，其尖端即异形截面吸聚管探人前罗拉和前胶辊间，以便于经牵伸后的须条立即受到打孔胶圈的吸附。前罗拉和控制罗拉间有一三角形填块，类似牵伸装置中下胶圈的下销棒，以托住上胶圈的尖端，并夹住前罗拉输出的须条，控制罗拉由车头牵伸传动系统经一组中间齿轮传动，和前罗拉同步，并依靠摩擦使打孔胶圈及胶辊回转。
（3）在打孔胶圈尖端和控制胶辊间有一异形截面吸聚管，并在每个纺纱锭位开有一个由宽变窄的斜向的V形吸气槽（类似ComforSpin）。所以，异形截面吸聚管既是打孔胶圈的前上销，又是一个有负压的吸聚管。

二、 紧密纺纱机理及特点概述
国际上紧密纱及其纺纱系统的研发在十多年前就开始了，这些年来，无论是紧密纱的纺纱原理、紧密纱纺纱系统的结构（包括空气动力学应用于纺纱牵伸中、新型材料及其加工工艺在纺纱机构的应用等），还是紧密纱的下游应用的研究，都有了卓有成效的进展。人们对紧密纺纱技术的认识已从成纱结构特征的改良(如外观形态和内在品质)深入到了原料的节省、原料特性利用率的提高、纺纱过程中的环保，以及下游工序生产效率的提高、疵点增量的减少、附加工序的减量或取消、成品内在质地的改善等重要优势性能，并进一步得到了发展。综合地看，紧密纱的优越性，涉及到原料的节省、环境保护、节约能源、节约人力资
源、提高生产效率等一系列纺、织生产中有关成本和管理的项目，这确实是在传统环锭纺纱领域一个实质性改善纱线品质的飞跃。紧密纺纱与传统环锭纺纱前、后纺设备相同，只是细纱机不同。
紧密纺纱技术也称为密实纺、压缩纺、凝聚纺或聚集纺、集聚纺。紧密纱的纺纱原理是在传统环锭细纱机的牵伸区与加捻区之间增加一个凝聚区，利用负压空气对纤维产生气动集聚效应，使那些处在须条边缘上的纤维端能有效地向须条中心聚集，最终最大限度地减小纺纱三角区。这一凝聚过程的效果就是使成纱的毛羽大幅度减少、单纱强力和断裂伸长显著改善、成纱的常发性疵点也有明显减少。而且，纱线的摩擦因数、织物的光泽度、表面疵点数、耐磨损度及至染色的清晰和精细度等都有了质的改善。
2.1 紧密纺纱的形成机理
传统环锭纺纱的方法是纤维由前罗拉和前皮辊的握持钳口输出，在加捻三角区被集聚到纱线结构中，但加捻三角区不可能集聚所有的纤维。这就意味着许多边缘纤维或者丢失掉形成飞花，或者以某种不规则的形式捻合到纱线中，它们对强力的贡献很小，并且影响条干和粗细节、毛羽。而紧密纺纱则克服传统环锭纺的不足，它是将传统环锭纺中前罗拉用一个带孔的抽吸滚筒代替，并且在滚筒内部安装一个特殊的不运动的斜管，以便气流通过，在滚筒的里面有一个产生负压的抽气系统，从而使气流从外面流人滚筒里面。
传统环锭纺的牵伸是三罗拉上、下皮圈、前后皮辊形成牵伸机构，紧密纺纱是三罗拉、四皮辊、上下长短皮圈构成牵伸系统。紧密纺的牵伸系统与普通环锭纱最大的区别在于：紧密纺纱的带孔滚筒抽吸鼓上有两个皮辊（分别称前上皮辊和夹持皮辊，前上皮辊位置是向后偏移0.5 mm），两个皮辊的中心距在46~46.5 mm之间。经过牵伸后的须条进入带孔抽吸滚筒上的两个皮辊之间，纤维束受负压气流的压缩与控制，在负压气流与一定角度的吸风口复合作用下，纤维束作横向缩小，使纤维束的宽度柔和地转化为成纱的宽度，并加捻形成纱线。为使须条在前上皮辊与抽吸鼓产生的钳口和夹持辊与抽吸辊形成的钳口之间被较好的控制，瑞士立达在此之间还加了一个抽吸鼓的盖板。如此一来，从夹持辊和抽吸鼓形成的钳口出来的须条马上就被加捻形成纱线。加捻三角区变得非常小，几乎所有的纤维都被有规则地捻合到纱线中。
紧密纺纱技术的作用和目的是减小和消除纺纱三角区，使毛羽减少，强力提高，结构紧密，纱体光滑。紧密纺纱采用空气动力原理，利用负压积极引导纤维流向，实现了如下三项功能：（1）在纺纱三角区位置，使牵伸后的松散纤维须条经过负压吸聚管表面时，通过一组集聚元件即空气导向使纤维尾端紧贴于纱条上，最终使纤维紧密抱合在一起，大大减少浮游外露纤维（即毛羽）的数量；（2）当须条离开牵伸钳口时，受负压作用被吸附在网格多孔胶圈的狭槽部位并向前输送到握持钳口，使纱线在前罗拉表面的包围弧完全消失；（3）由于握持胶辊加压很小，使纺纱三角区变得很小，基本消失。通过上述三项措施，凝聚作用直达输出（握持）钳口，使三角区变得非常小，因此，毛羽减少，并且提高了可纺性。

2.2 紧密纺纱成纱特点和其价值体现
表1 紧密纺纱与普通纺纱筒纱质量对比：（纯棉50S）
指标
品 种
卡摩纺
50S
普通纯棉
50S
比较
50S
条干CV%
毛羽值H
3mm以上毛羽根数
单纱强力CN
单强不匀CV%
纱线密度（g / cm3）
11.88
2.88
76
328.5
7.2
0.65
12.83
3.8
149
285.4
8.5
0.6
-9.7
-24.2
-49
+15.1
-15
+8.3
从表1对比中可以看出，
（一）紧密纺纱比普通环锭纺纱有下列特点：
（1）成纱毛羽显著减少。从毛羽指数看，降低24.2％，毛羽指数的概念是l cm长的纱
线上所有毛羽长度的总计，是两个长度的比值。但是从每10m毛羽根数来看，降低3mm以上的毛羽根数的比例能达到49％。我们都早巳知晓，3mm以下的毛羽对后工序应用没有多大的影响，最有害的应该是3mm以上的毛羽，卡摩纺纱的特点正好去除比较长的毛羽，留下了比较有用的短毛羽。
（2）强力提高近10％~16％。强力的提高因纱支、原料和工艺的不同，提高的幅度不尽相同。高支纱由于其强力不匀CV％减小，平均强力的提高比率要比低支纱高。
（3）降低了强力不匀CV％。由于其生产工艺的特殊性，纱线条干均匀，随之带来的强力也比较均匀。
（4）降低了条干不匀CV％。我公司所用的新疆长绒棉的公制支数6702，CM50S的公制支数85.47。根据统计理论推算，在成纱中纤维细度相同的条件下，由于成纱各个截面内纤维根数分布不匀，造成成纱截面极限不匀为=11.29％。我们实际用瑞士立达K44的细纱机所纺的细纱条干不匀CV％为11.6左右，非常接近理想极限值。
（5）增加了成纱密度，提高了纱线的耐磨性。
另外，紧密纺纱在后序工序中还表现出以下特点：
（1）改善了面料的起毛起球性。毛羽减少，就意味着起毛起球性的改善。
（2）使纱线取消烧毛工序。节省因烧毛而造成的原料损失6％~10％，并且烧毛工序的取消还意味着烧毛后倒筒工序的省略。
（3）在保证普通纱的质量下，能提高20％左右的产量。瑞士立达K44型细纱机设计最高速度20000转，CM50S的强力高，我们能够将最高锭速开到18500转。如果做针织用纱，在保证普通纱的强力条件下，捻度能比普通纱降低20％，产量能提高20％，并且针织物的手感好。
（4）单纱质量与普通纱相同，合股后的质量要好于普通纱。CM80S普通纱与紧密纺纱的单纱棉结相同，但紧密纺纱的股线棉结明显少于普通纱。表2是具体的试验结果。
表2 普通纱与紧密纱的试验结果
纱 支
项 目
条干CV%
细节（km）
粗节
（km）
棉结（km）
单纱强力（cN）
单强CV%
伸长率（%）
CM80支
CM80/2
COM80支
COM80/2
15.05
10.66
13.49
9.24
41
0
19
0
71
3
37
1
99
17
92
9
10.7
345
189
412
10.7
7.3
9.4
6.2
4.34
4.92
4.79
4.9
注：CM：普通纱；COM：紧密纱。
从表2可以明显地看出，紧密纱经过合股以后，棉结减少明显比普通纱比例大。这是因为紧密纱本身毛羽少，在后工序加工过程中，因摩擦原因而导致毛羽集聚形成棉结的机率要少得多。
（5）瑞土立达K44纺纱机与德国绪森公司在国产FA506型细纱机上改造的紧密纺纱的对比结果如表3。
表3 瑞士立达的K44细纱机与绪森的改造细纱机的试验结果
纱 支
项 目
机型
条干CV%
细节（km）
粗节
（km）
棉结
（km）
毛羽
H
捻度
强力（cN）
强力CV%
3mm以上的毛羽根数
CM50

CM60
K44
绪森
K44
绪森
11.9
11.89
12.73
13.22
1
2
4
7
9
8
24
18
30
32
65
44
2.93
2.88
2.65
2.97
25.8
25.5
27.2
26.7
329
325
263
256
7.6
8.1
8.3
8.9
8.94
9.5
8.94
8.83
从表3试验结果来看，瑞士立达的K44细纱机与绪森的改造细纱机，在提高强力和减少毛羽方面相差无几。

（二） 资源和环保
对紧密纺纱优势的理解可以从更高的—个层次去认识，那就是资源和环保。一般来讲，我们比较容易感觉到毛羽的危害。其实毛羽特别是长毛羽的存在首先是一种浪费，是纤维资源的浪费。那些离开纱条体的纤维端——毛羽，未能被捻入纱体，从而削弱了纱条的整体强度，影响到单纱断裂强度及其相关品质指标。而且还造成后续工序中更多的浪费，可以说下游工序的一些工艺在很大程度上都是针对毛羽多及强度不足而设置的．如上蜡、上浆、烧毛及捻线等，在前纺流程中增加精梳工序在很大程度上也是为了减少毛羽，提高强力，改善外观。各中附加工艺所造成的资源浪费具有不可估量的损失。
紧密纱可以釆用较少的捻度并能保证成纱强力。从而减少纺纱的能源消耗，提高产量。紧密纱强力和毛羽得到改善。可以用较低等级长度的原料纺出较好品质的纱线，从而降低原料成本。
所有的资源浪费都是非环保的，因而紧密纱能减少上述各项浪费和损失，这就是环保；其次，紧密纺还能减少断头，提高效率；此外，生产过程中飞花的减少等都是环保效应。
紧密纺纱技术在纱线品质、资源利用、综合能源消耗及环保等方面都体现出了应有的价值。（三） 降本增效
在应用紧密纺纱技术后，纺纱企业能直接体现经济效益的降本增效途径有三个：配棉成本适应性地降低；吨纱用棉量适应性地减少；细纱机单产适应性地提高。
（1） 配棉成本
当今纺纱原料价恪不断攀升，纱线售价中原料成本的比例日益加大。采用紧密纺纱技术后．在保持与普通环锭纱品质略优的情况下，可以适当地降低配棉的等级长度，以降低原料成本，如降低0.5个配棉等级或1mm的配棉长度。
（2）吨纱用棉量
吨纱用绵量直接关系到纺纱成本，采用紧密纺纱技术后，可以适应性地减少吨纱用棉量，特别精梳纱，如通过降低精流落棉率来减少吨纱用棉量5%-8%，仍可保持适度的纱线品质优势。
（3） 细纱机单产
由于紧密纱强力，毛羽等指标的实质性改善，在满足下游工序要求的情况下。细纱机单产的提高可以有两种单独或交叉的实施方式，一是保持纱线捻度不变提高锭速；二是保持锭速不变减少纱线捻度。细纱增产的比例最大可达20％左右。

三、紧密纺纱存在的问题
3.1 纺织元件的损耗
由于紧密纺纱在抽吸鼓上的抽吸作用，要求须条在抽吸鼓上的宽度不得大于4mm，因此喇叭口的横动很小。由此可知，皮辊的磨损是显而易见的。

3.2对环境的要求
由于抽吸鼓内负压作用，细纱车间内空气含尘浓度大，灰尘容易吸附皮辊表面和抽吸鼓上，细纱清洁和平扫车工作的周期短，费用也要高。特别是在室外空气含尘浓度大时，极易出煤灰纱。

3.3 对面料手感的影响
由于紧密纱的面料毛羽的减少，面料的手感滑爽，织物表面颗粒饱满，但是没有普通原纱的手感柔软。

四、 紧密纱在色织和针织方面的应用
用紧密纱生产的色织面料，为高档面料。除布面颗粒清晰，毛羽少，光泽好，耐磨性好，手感滑爽外，在降低成本，提高效率．解决普通环锭纺纱不能满足质量要求方面，具有明显的优势。

4.1 在青年布中的应用
由于色织布纬纱要先经松式络筒倒成松式后染色，纯棉筒纱的染色时间大约在8~9h，其间经水的数次冲刷，传统纺纱上的长毛羽（特别是3mm以上的毛羽）被水冲而积聚到一块，染色后再经过一遍紧式络筒，长毛羽将牢牢的聚在一起。这样的纬纱用在经、纬向对比反差不大的品种上能掩盖一部分，用在经向浅色、纬向深一色的青年布上，纬向就形成一个个短的粗节或大的棉结，布面效果特别差。曾经有多次此类面料被客户拒收，我们没有其它的好办法，只好用股线代替。但股线的价格是单纱的近两倍，为了保持长期的业务关系，我们又必须如此。现在将纬向换成紧密纱，问题就迎刃而解了。

4.2 在纯棉免烫面料中的应用
近年来，人们崇尚回归自然，对“绿色纺织品”，的需求越来越迫切，天然棉纤维制品一直是世界上最畅销的纺织品。由于其具有透气性好、吸湿性强、穿着舒适、手感柔软、生物降解等特点，深受人们的喜爱。但棉纤维弹性差，穿着和洗涤中容易起皱，不挺括，不美观，给人们的生活带来诸多不便。
为此，人们采用免烫整理，来达到防皱的效果。但大部分树脂反应后，面料的强力将降低30％~ 50％之间，不能满足高质量要求。对于CM40S纱，可以用长绒棉代替，但CM50S长绒棉就只能用紧密 CM50S才能满足要求。

4.3 在提高针织物手感和色织物质量和手感方面的应用
由于紧密纱强力高、毛羽少，大大提高了针织机和织布机的效率。特别是对于针织机来说，其原纱不上浆，毛羽少，就意味着飞花少，减少飞花织人布面造成疵点的概率，大大提高了针织物的布面质量。在相同强力条件下，紧密纱比普通环锭纺纱，可以降低捻度，提高细纱机产量。

五、 发展与展望
5.1 紧密纺环锭纺纱技术，由于产品广泛受到市场、消费者的欢迎，因此发展速度很快。预计西欧从2001年起在5年内将用紧密纺环锭细纱机全部取代现有的普通环锭纺纱机。美国、日本等发达国家以及亚太地区一些企业，对紧密环锭纺技术很重视，纷纷加快其发展。
5.2 为适应市场对紧密环锭纺纱技术的要求，像瑞土立达公司，已将紧密环锭纺纱技术与公司生产的最新式G33型环锭细纱机相结合，生产出K44型紧密纺环锭细纱机，德国绪森公司将EliTe紧密纺纱技术与Fiomaxl00型环锭细纱机结合形成Fiomax E1型及短纤维紧密纺环锭细纱机，与Fiomax2000型长纤维环锭细纱机相结合形成Fiomax E2型长纤维紧密纺环锭细纱机，供毛纺织企业生产长纤维紧密纱。
5.3 绪森公司为了配合传统环锭细纱机的技术改造，专门设计生产了可将各种类型的环锭细纱机改装成紧密环锭纺纱机的零件，供应纺织企业用，在原环锭细纱机基础上稍加改造，形成紧密纺环锭纺纱机，可加快对传统环锭细纱机的改造速度，节省购置整台机器的费用。
5.4 紧密纺环锭纺纱技术在精梳毛纺系统应用则会发挥更大的作用。毛纱由于捻度减小，在同样锭速下可提高引出速度，可增加细纱产量30％。由于毛纤维价格昂贵，紧密纺环锭纺织技术将较粗的低价羊毛生产同等质量的精梳羊毛纱，或者用同样细度的羊毛纤维生产比普通环锭细纱机更细的羊毛纱，紧密环锭纱横截面中的纤维根数约减少10％。
此外，利用紧密纺环锭纺纱技术可大大提高有用纤维的利用率，减少落棉中可纺纤维的比率，据测可从0.7％～1％减少到0.05％，提高了制成率。
由于紧密纺纱所具有的特性，一般售价比普通纱能提高10％~20％左右。但是由于立达的紧密纺设备价格太高，纺织企业的承受能力有限，难以大批量推广。这就给设备生产厂家提出了一个降低制造费用，面向大多数纺织企业的要求。
紧密纺纱技术是今后环锭纺纱的发展方向，目前世界上瑞士的立达公司、德国的绪森、青泽公司、日本的丰田公司等都相继推出了紧密纺纱设备，特别是绪森公司专门设计生产了在一部分细纱机型上改造的部件，可以将普通细纱机改造为紧密纺纱机，加快了对传统环锭细纱机的改造速度，节省购置整台设备的费用。
随着21世纪高新技术的发展，人们生活水平不断提高，生活节奏不断加快，舒适、免烫、高档、环保的天然棉纺织品将更加受到人们的欢迎，紧密纺纱技术将具有广阔的发展前景。
五． 结束语
紧密纺纱技术通过改变纤维的排列和结构，使成纱物理性能和外观大大改善，确切地说，紧密纺纱技术仅仅是实在地提高了纤维特性的利用率，使原本无序的、被浪费的部分纤维尽量地有序化和利用起来。正是这样，紧密纺纱技术优化了环锭纺纱技术，使环锭纱的品质产生一个飞跃。
随着时代的进步和市场对纱线品质要求的不断提高，紧密纺纱技术将会得到普及，如同很多新技术的发展进程一样，紧密纺纱技术的发展趋势为：技术推动下游应用、应用推进普及和发展。
随着低成本紧密纱纺纱系统的推出，投资成本下降，投资回报好，中高档纱线使用商和生产商对紧密纱及其纺纱技术的需求将会形成共识，将会有更多的用纱商和消费者享受到紧密纱纺纱技术带来的新感受。
紧密纺纱技术是传统环锭纺纱技术的发展和进步。与所有新技术的推广应用一样，紧密纺纱技术的应用也需要一定的时间和过程，需要业界为其发展创造条件。纵观纺织业不平坦的发展历程，可以这样说：生产规模的发展是有限度的，而产品品质的改善是无止境的。

参考文献：
[1] 卫亚明译紧密纺纱[J].国外纺织技术,2002;（2）.
[2] 程隆棣,周志华.紧密纺纱技术与毛羽问题[J].棉纺织技术,2003;31（4）18~21.
[3] 薛少林. 紧密环锭纺纱技术[J].棉纺织技术.2002;30（增刊）:74~76.
[4] 于修业.纺纱原理[M].北京:中国纺织出版社.1995.
[5] 曲丽君. 环锭细纱毛羽成因素研究[J].中国纺织大学报,1993;(2):86 ~ 875
[6] 秦贞俊．环锭纺纱机技术的新发展．纺织导报．2000，（4）：16~17．
[7] 卜佳仙译．生产EliTe聚集纱的经济优势．国际纺织导报，2001，（3）：9~24．
[8] B.Wulfhorst.末来纺纱技术展望[J].国际纺织导报,2001;(1):13.