不同紡紗方法的成紗結構和特性

不同紡紗方法的成紗結構和特性
當前棉紡領域有5種實用的、倍受關注的紡紗方法，即傳統環錠紡、轉杯紡、噴氣紡、渦流紡和改進環錠紡——緊密紡。環錠紡紗方法已有逾一個半世紀的歷史，而后四者是在近幾十年甚至是近幾年發展起來的，統稱為新型紡紗方法。不同的紡紗方法無論在產量、質量方面，還是在成紗結構和特性方面，都有各自非常獨特之處。
1成紗機理
1.1傳統環錠紡
環錠紡紗是將牽伸、加捻和卷繞同時進行的一種紡紗方法，粗紗在牽伸系統中被牽伸至所要求紗支的須條，再經鋼領、鋼絲圈的加捻和卷繞形成一根紗線。由于牽伸作用，主牽伸區中的須條寬度是所紡紗線直徑的數倍，此時各根纖維抵達前鉗口線時呈自由狀態。當這些纖維離開前鉗口線后即被捻合在一起，這樣就形成了一個紡紗加捻三角區。此紡紗加捻三角區阻止了邊緣纖維完全進入紗體，部分邊緣纖維脫離主體形成飛花，較多的邊緣纖維則是一端被捻入紗體，而另一端形成毛羽。這些纖維不但對紗線的均勻度、彈性等性能起消極作用，且對紗線的強力極其不利。另外，在加捻時處于三角區外側的纖維受到的張力大，而在中心的纖維受到的張力小，故成紗時這些纖維的初始張力不等，從而影響成紗的強力。這些都是傳統環錠紡紡紗三角區造成的缺陷。
1.2轉杯紡
轉杯紡又稱氣流紡，屬于自由端紡紗方法。直接喂入紡紗器的棉條經分梳輥分梳成了單纖維狀，纖維靠分梳輥的離心力和紡杯內負壓氣流的作用脫離分梳輥表面經輸棉管道而進入紡杯，并在凝聚槽中形成一個完整的纖維環，纖維環隨著紡杯高速旋轉，在接頭紗的作用下，隨著捻度不斷的傳遞和連續剝離纖維束而成紗。
1.3噴氣紡
噴氣紡紗以日本村田公司制造的MJS（MurataJetSpinner）機型為代表。棉條直接喂入牽伸裝置，經牽伸后的須條進入噴嘴，兩個方向相反的高速旋轉氣流對紗條進行假捻并包纏成紗，紗條引出后經電子清紗器去除疵點后被卷繞在筒子上。
1.4渦流紡
渦流紡紗是繼MJS之后，村田公司推出的新一代的噴氣紡紗技術MVS（MurataVortexSpinning）。渦流紡的成紗原理是棉條直接喂入牽伸裝置，經牽伸后的須條從前羅拉鉗口輸出，立即被紡紗器的直噴嘴中渦流所產生的負壓吸入，形成芯纖維，當纖維的末端脫離前羅拉時，因渦流作用而擴張，覆蓋在空心錠子表面，并沿著固定的空心內壁回轉，隨著紗條的向前運動，纖維末端纏繞于紗芯上使紗線獲得捻度而成紗。
1.5改進環錠紡——緊密紡
緊密紡（CompactSpinning）亦稱集聚紡。它主要是在環錠細紗機牽伸裝置前增加了一個纖維凝聚區，從牽伸裝置前羅拉鉗口線遷移出來的纖維束集聚在一條線上，基本消除了前羅拉至加捻點之間的紡紗加捻三角區，很好地解決了傳統環錠紡紗存在的成紗強力、毛羽和飛花等關鍵問題，并給后續加工和產品質量帶來一系列益處。不同的機器制造商提供了多種用于凝聚這些纖維的專利，但其原理基本相同，都是旨在通過集聚作用，使須條中的纖維特別是邊緣纖維和浮游纖維得到有效的控制，大大降低牽伸須條帶的寬度，從而基本消除紡紗加捻三角區，生產出新型高質量的緊密環錠紗。
2紗線結構形態
不同紡紗方法有不同的成紗機理，纖維在紗線中的排列形態以及紗線的緊密度亦不相同。圖1為不同紡紗方法的成紗電子顯微照片，從中可以看出明顯的差異。
2.1傳統環錠紡紗線結構
傳統環錠紗中纖維基本上呈螺旋線排列，由于存在紡紗加捻三角區，纖維不能全部被加捻到紗體中去，較多邊緣纖維一端被捻入紗體，另一端露在紗條外面形成毛羽，因而雖然環錠紗結構較為緊密，但紗條表面相對來說顯得雜亂無序，光潔度較差。
2.2轉杯紡紗線結構
轉杯紗在加捻過程中，加捻區的纖維缺乏積極握持，呈松散狀態，因而纖維伸直度差，纖維內外轉移程度低。紗的結構分紗芯和外包纖維兩部分。紗芯結構與環錠紗相似，比較緊密；外包纖維結構松散，無規則地纏繞在紗芯外面。因此與傳統環錠紗相比，轉杯紗結構比較蓬松，外觀較豐滿。
2.3噴氣紡紗線結構
噴氣紗是一種雙重結構的紗，一部分是幾乎平行、無捻的芯纖維，另一部分是包纏在芯紗外部的包纏纖維。噴氣紗的結構較為蓬松，纖維間的間隙較大，包纏纖維與芯纖維的比例約為1∶9，包纏纖維將向心的應力施加于芯纖維條上，給予紗體必要的聚合力以承受外部應力。
2.4渦流紡紗線結構
渦流紗也是一種雙重結構的紗，紗條的芯纖維是平行排列的、無捻度，依靠旋轉氣流的作用使末端纖維包覆纏繞于芯纖維外部加捻成紗。但與噴氣紗不同的是，渦流紗的外層覆蓋纖維比重大（約60%），以致內部未加捻的纖維幾乎被完全覆蓋，表面纖維排列則更近似于環錠紗。
2.5緊密紡紗線結構
緊密紡紗線中的纖維排列為整齊清晰，從一定意義上講，可能是紗線中理想化的纖維排列方式。由于氣流的收縮和聚合作用，纖維的端頭均捻入紗線內，成紗結構為緊密，紗線外觀光潔、毛羽少，紗線加捻螺旋結構清晰可見，纖維幾乎沒有內外轉移。這是集聚紡紗顯著的特性。這種紗線結構的改善是通過紡紗加捻三角區的消除而獲得的。
3紗條特性
不同的成紗加捻過程，產生不同的紗線結構，也產生不同的產品特性。
3.1強力
紗線強力取決于纖維間的抱合力和摩擦力。如果纖維的形態及其排列狀態不良，即有彎曲、打圈、對折、纏繞等纖維存在，就相當于減短了纖維長度，削弱了纖維的接觸程度，因而易產生纖維間的滑移，降低紗線強力。
經試驗得知，如以環錠紗強力為1，那么其它種類紗線的強力為：轉杯紗0.8～0.9，噴氣紗0.6～0.7，渦流紗0.8，緊密紡紗強力高為1.15。圖2直觀地反映了不同紗線的強力對比情況。
3.2毛羽
紡織產品的手感和特性主要由毛羽多少決定。從生產試驗可清楚地看到：長度小于2mm的毛羽對生產過程和織物的外觀質量影響不大，相反會使織物具有一種天然的柔軟手感。但是，長度超過3mm以上的毛羽卻是影響紗線質量的潛在因素。相對于傳統環錠紗，氣流紗、渦流紗、緊密紗的1～2mm的毛羽均有降低，而噴氣紗由于纏繞纖維數量低，無捻紗芯覆蓋少，因而有較多的短毛羽，當然，具體在紡紗過程中可以通過調整工藝參數來控制毛羽的數量。
圖3為不同紡紗方法的成紗毛羽數的比較。與傳統環錠紗相比，非傳統紡紗的有害毛羽數（＞3mm）顯著降低，其中緊密紗約減少80%，噴氣紗約減少85%，渦流紡紗則減幅達90%以上，因而新型紗線均具有良好的后加工特性。由于新型紗線結構使紗線表面更加穩定，后加工的毛羽增加量顯著低于傳統紗線。特別是作為經紗，在漿紗時可節約漿料約50%，大大提高織機效率，降低織造成本。有資料介紹，在美國使用新型紗線每100m布織造成本可降低2.4美元，飛花減少72%。
3.3耐磨性
紗線的耐磨性與紗線的結構密切相關。
傳統環錠紗由于纖維大多呈螺旋線形態，當反復摩擦時，螺旋線纖維逐步變成軸向纖維，紗線易失捻解體而很快磨斷，因而耐磨性較差。
非傳統紡紗在耐磨性方面有著明顯的優勢，轉杯紗、噴氣紗和渦流紗均由紗芯和外包纖維兩部分組成，紗線表面包有不規則的纏繞纖維，紗線不易解體，同時紗線表面摩擦系數大，在織物中紗與紗之間的抱合良好，不易產生相對滑移，故耐磨性提高。
相對于環錠紗，緊密紡紗的纖維排列整齊順直，紗線結構緊密，纖維不易脫散，因而紗線的耐磨性佳。
3.4捻勢
捻勢也是紗線的重要特性，并決定了織物的一些特性，如針織布的斜路。
圖4為不同紡紗方法的成紗捻勢對比。傳統環錠紗和緊密紗為真捻紡紗，捻勢大，易產生針織物的斜路和卷邊，有時需用并線來給予彌補。
轉杯紗、噴氣紗、渦流紗的成紗結構，決定了其捻勢小。轉杯紗Z捻和S捻同時存在，因而捻勢低，噴氣紗中由于有高比例的平行纖維，捻回力小，同樣具有良好的后加工特性。
3.5抗起球
渦流紗針織物耐磨性好，抗起球等級高。這是因為渦流紗中間為平直芯紗，外層包覆纏繞纖維，纖維定向明顯，紗摩擦系數大，織物內紗與紗之間摩擦性好，不易產生相對滑移，耐磨性提高，此外，起球還與成紗毛羽情況關系密切。通過測試起球試驗可看出：渦流紗織物4～4.5級，噴氣紗4級，傳統環錠紗2級，轉杯紗2～3級，緊密紡紗3～4級。
4紗線的應用
4.1環錠紗
盡管出現了許多新型紡紗方法，但直到今天環錠紡仍存在無可爭辯的優勢，在所有紗線中占有主導地位，產品應用廣泛。這是由于環錠紡機構簡單、適紡范圍廣、成紗質量好。但環錠紡加工過程長，質量進一步提高受到限制，特別是紗線毛羽多，影響了在一些產品上的應用，如高檔襯衫面料。
4.2轉杯紗
轉杯紡紗產品應用領域比較寬，尤其在牛仔布、針織布兩大系列面料應用上有得天獨厚的優勢。因為轉杯紡大多以生產粗支紗為主，外松內緊的紗線結構能獲得較好的染色牢度和較深的色澤，從而形成牛仔面料藍中透白的獨特風格。目前我國轉杯紗在機織、針織的應用比例約為9∶1，隨著技術的進步和高檔轉杯紡設備的引進，轉杯紗在針織領域的應用將會大大增強，其比例可望達到6∶4。
4.3噴氣紗
噴氣紗、渦流紗能徹底消除針織物的扭矩和斜度，因而一出現即成為針織市場的主流應用產品，噴氣紗針織物抗起球等級高，無歪斜，條影少，縮水率低，布面勻整豐滿。其產品主要有運動裝、雙面休閑裝、兒童服裝、針織T恤衫和內衣等，原料主要以滌棉混紡品種為主。
由于噴氣紗具有毛羽少、條干疵點少等優點，雖然強力較環錠紗低，但強力CV值小，恰好能滿足無梭織機用紗標準，故適宜于無梭織機使用，一般采用噴氣紗可以提高織機效率2%～3%。噴氣紗機織產品主要有兩大類：一是服飾面料產品，另一類是家紡產品。據介紹，美國市場50%以上的家紡產品和制服面料是以噴氣紗為原料制成的。
此外，噴氣紗較適合萬米無結頭縫紉線的加工。
雖然傳統噴氣紡技術不大適應生產純棉紗，但對化學纖維，尤其是細旦化纖等差別化纖維具有獨特的優勢。隨著人口的增加，對化學纖維的依賴性將更加明顯，化學纖維在服裝用布、裝飾用布及產業用布中所占的比例將會快速增加，因此噴氣紡技術及其產品也會得到相應的發展。
4.4渦流紗
渦流紡可以加工純棉紗線，而且具有紡紗速度高的優點，因此在21世紀初得到了快速的發展。渦流紗具有環錠紗的結構，具備更多的功能及流行的特點，紗線毛羽很少，織物起球現象亦減少，染色性能及耐磨性好，織物外觀光滑，吸濕性好、快干。因而渦流紗織物多用作針織運動衫、休閑服飾、家紡產品等，產品應用領域比較廣泛。
4.5緊密紗
緊密紗的出現首先得到了講究生活質量、鐘愛高檔純棉服飾的歐洲人的追捧，據有關資料介紹在歐洲有80%的緊密紗用于男式襯衫面料。歐洲用戶現在將緊密紗作為高品質紗線的標準。這是由于緊密紡成紗毛羽少、強力高等特點，特別適合紡制高支精梳紗，用于機織高檔純棉襯衫、防羽布等，并具有上漿成本低、織造飛花少、織造效率高、織物光澤度佳、外觀紋路清晰、色彩對比度增強等優點，緊密紗的應用將使紡織產品的質量達到一個新的水平。
當然，緊密紗用于某些種類的針織物也有較強的優勢，如常常可以省去燒毛工序，加工高檔T恤等制品，目前因緊密紡設備成本較高，而普通針織物尚難以承受較高的紗價，在一定程度上制約了緊密紗的應用。
5結語
（1）不同的紡紗方法產生了不同的成紗結構和紗線特性。
（2）每種紡紗方法均有其特點，成紗結構各具特色，若合理發揮其優勢克服其劣勢，則可供開發的產品種類會很多。要使某一紡紗方法得到普及應用，關鍵看能否開發出有特色、有市場、有生命力的產品。
（3）不同紡紗方法的前景如何，要根據市場對織物風格的需求來決定，即取決于不同結構特性紗線的應用領域。未來的紡紗市場將呈現多種紡紗方法并存、產品結構多樣化的態勢。
（4）隨著科技的發展，各種紡紗方法將會互相滲透，互相補充，各種紗線特性將會進一步融合和發展，這給紗線產品的應用開發帶來了巨大的空間。uR3icQX

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