技术|棉纺超巨型延伸技术的现状与结构创新探讨(上)

2012版《现代棉纺牵伸的理论与实践》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。

《纺织机械行业“十四五”发展指导性意见》在附件二：纺纱机械/ 二．“十四五”发展趋势与目标/ 1．发展趋势/ 环锭纺设备一节中提出：一些关键装备如超大牵伸细纱机、清梳并联、细纱接头机器人等的研发，环锭纺工艺设备的研究，有望在“十四五”期间取得重大突破。

在附件二：纺纱机械/ 三．“十四五”重点任务/ 1．开发新一代智能成套棉纺设备一节中明确：研发超大牵伸细纱机、清梳并联、细纱接头机器人等智能化、连续化关键技术与装备...

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》将环锭细纱机超大牵伸技术作为行业科技发展的趋势与目标之一，列入了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。

一、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

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，可以生产大于等于20tex（30英支）的纱线，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，与普通环锭纺工艺相比，属于轻定量的棉条了。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2后区牵伸倍数与纱线均匀度关系图

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：

注：笔者于1999年获得90年代末期日本数据。原文数据为英制，笔者换算为公制

1.1.3 三罗拉四胶圈超大牵伸

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），主要被用于用有捻粗纱生产低线密度（高支）纱线。

图4三罗拉四胶圈大牵伸应用实例

1.2 四罗拉三牵伸区结构

在四罗拉三牵伸区牵伸结构中，有三～六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的申请专利附图，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，上游一根控制棒下压须条，以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。

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。

1.4 多罗拉牵伸区影响牵伸品质简析

牵伸装置的设计是要在保证牵伸质量前提下提升牵伸能力，采用多罗拉多胶圈钳口牵伸区在增大牵伸能力的同时，产生影响牵伸品质的三大工艺结构缺陷：相邻胶圈牵伸区设置、后罗拉胶圈钳口设置及纤维变速点同向多级串联牵伸结构设置：

1）相邻胶圈牵伸区设置，由于两对胶圈钳口存在动态不确定的滑溜，使两个牵伸区的牵伸倍数分配随时间和锭间不稳定，影响成纱短片段线密度（条干）和锭间不匀率。

2）后罗拉胶圈钳口设置，由于后胶圈存在动态不确定的滑溜，使总牵伸倍数设置随时间和锭间不稳定，影响成纱长片段线密度（重量）和锭间不匀率。

3）纤维变速点同向多级串联牵伸结构设置，在两个及以上同向变速点前移集中控制的牵伸过程中，上游牵伸区的牵伸波会叠加在下游牵伸区，产生对线密度分布的严重恶化，上游牵伸区的牵伸倍数越大，牵伸波叠加越显著。

因此，简单地增加同向延伸胶圈钳口或其他纤维控制型式的牵伸区，增加设置控制变速点前移集中的摩擦力界结构，并不能在保证牵伸品质的同时成比例地增大牵伸能力。要实现200倍左右的超大牵伸，还必须寻找新的突破口。

（未完待续）

来源：倪远 纺之远（上海）纺织工作室 张玉泽 汪军 东华大学纺织学院

编辑：中国纱线网新媒体团队

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