噴氣紡的研究現狀與發展趨勢

噴氣紡紗作為一種新型紡紗技術, 其優勢已被廣泛認可。國內引進噴氣紡紗技術已有 30 年,對噴氣紡成紗機理、紡紗工藝及紗線結構與性能也逐步認識。本文對噴氣紡的理論研究、生產實踐及產品開發做了概述,并簡單介紹了MVS紡的發展。

As a new spinning technology, air-jet spinning’s advantages have been widely recognized. The performance of air-jet spinning machine, the yarn forming mechanism, the spinning process and the yarn structure and characteristics were gradually well mastered. In this paper, the theoretical research, production practices and product development about air-jet spinning were outlined and the development of MVS spinning was described briefly.

噴氣紡是目前國內外紡紗領域中一種重要的新型紡紗技術。噴氣紡,又稱MJS,由日本Murata(村田)紡織機械公司研發與生產。其成紗過程是:采用棉條喂入,經皮圈羅拉牽伸,通過雙噴嘴加捻,直接繞成筒子,省略了粗紗、絡筒等工序,具有紡紗流程短、占地面積省、用工少等優點。噴氣紡從20世紀80年代開始推向市場,已有近 30 年的歷史。與其它紡紗技術相比,其具有速度快、產量高、成紗毛羽少等優點。

噴氣紡紗技術真正得到發展,特別是得到市場認可,是近 10 余年內的事情。村田紡織機械公司在長期研制噴氣紡紗機的基礎上,于1995年又推出了新一代噴氣紡紗機MVS(又稱噴氣渦流紡),并在1999年法國巴黎展覽會上正式展出。與此同時,日本Toyota(豐田)公司推出TYS型噴氣紡紗機,日本Toray(東麗)公司研制出AJS - 101型噴氣紡紗機。而國內于80年代末,研制出我國的第一代自行設計的噴氣紡紗機SFA5802A型。目前,Rieter(立達)公司也已進行了長期的噴氣紡紗研究,并在機器設計、紡紗過程分析等方面有了一定的基礎。噴氣紡的規模從全世界角度來說還相對較小,但噴氣紡經過多年的發展,已取得了長足的進步和業界的一定認可。

1研究現狀

噴氣紡的理論研究已經較為成熟,國內噴氣紡引進已30 多年。上世紀80至90年代我國很多學者就對噴氣紡進行了初步的研究,當時其研究主要集中在工藝和試紡性等方面,產品開發主要是滌棉混紡紗及純滌綸紗。由于產品僅局限在滌棉及純滌產品上,體現不出噴氣紡的優勢,因而其發展較為遲緩。

近十幾年來國內對噴氣紡在成紗機理、流場、噴嘴結構參數、紗線結構及性能等方面都有了較系統的研究,對影響其成紗性能的因素進行了深入的探討和分析。另外,不斷地加大進行噴氣紡紗生產實踐和產品開發的力度,特別是大規模地用噴氣紡紡制纖維素纖維紗取得了理想的效果。與傳統的紡紗技術相比,噴氣紡紗具有產量高、流程短、自動化程度高、試紡范圍廣等眾多優點,產品性能和用途獨特,故近年來發展非常迅速。

1.1理論研究

近年來,理論研究主要在流場、機理、成紗結構等 方面。

隨著計算機技術的發展和數值計算流體力學的出現,數值模擬成為研究氣流/纖維兩相流動的重要手段,建立符合纖維特征的數學模型,采用合適的數值計算方法,對所建立的模型進行模擬計算,研究噴嘴內纖維運動,揭示了氣 流/纖維在噴嘴中的兩相流規律。采用理論分析與模型試驗相結合的方法對噴氣紡加捻器內的流場進行了研究,探索了流場的壓力和速度分布規律,即氣體流動規律,并且對高速氣流場及纖維在氣流場中的運動進行數值模擬,包括纖維/氣流兩相流數學模型的建立、噴嘴中高速氣流場的數值模擬以及纖維在噴嘴氣流場中運動的模擬等內容,并利用理論研究的結果對噴氣紡紗的參數進行優化設計,包括工藝參數、噴嘴結構參數和纖維參數。流場的理論分析能夠較好地結合纖維的運動、成紗的性能、紡紗器結構等方面的研究。

對噴氣紡包纏捻度形成機理,有兩種學說 ——“假捻、退捻、包纏”學說和“時差、捻差”說,普遍認為噴氣紗的包纏捻度理論的形成機理應為兩者結合。

對于噴氣紗結構的表述,普遍接受的觀點是噴氣紗是由兩層結構組成,無捻或少捻的紗芯和外部的包纏纖維,靠包纏纖維包纏或者捆扎內層纖維而成紗。實際上,可以把噴氣紗中纖維的形態結構分為 3 類:第一類結構為均勻包纏纖維,第二類結構為隨機包纏纖維,第三類結構為未包纏纖維。

1.2生產實踐

初步估計,目前,世界上已擁有噴氣紡紗機 20 萬 ～ 25 萬頭,大部分在歐美等國家,這些國家在環錠紡很少的狀況下,噴氣紡有較大的使用量。亞洲國家有 5 萬多頭,一些新型的紡紗生產國家近幾年發展較快。我國有噴氣紡紗機 2 萬多頭,分布在多個地區,近幾年又有進一步增加的趨勢。

噴氣紗既能做針織產品,又能做機織產品,品種適應廣。應用比較多的有:針織T恤產品,布面勻整豐滿,無歪斜,條影少,條干疵點少,抗起球,涼爽透氣,立體感強;床上用品,利用噴氣紗條干好、硬挺的特點,可以獲得布面勻整、手感厚實、挺括透氣性好的效果;休閑類產品,如雙面休閑裝、運動裝等。

根據噴氣紗的特點,還可開發獨特風格的產品。如利用噴氣紗織物的硬挺、粗糙等特點,將其加工成仿麻類織物以及縐織物、仿毛產品等。

值得指出的是,噴氣紡雖然具有工藝流程短、產量高、用工少、條干均勻、抗起球等特點,但同時也具有用電多、機物料消耗大、強力低、手感硬、折舊費用高等缺陷,從紡紗成本分析,與環錠紡紗相比要高 1 000 元/t以上,因此,在當今紡織企業利潤率大幅縮水的情況下,如何降低成本是其能否進一步推廣應用的關鍵。筆者認為,最重要的就是要找到適合噴氣紡的產品。

近幾年來,用噴氣紡紡各種纖維素纖維取得了理想的效果,包括粘膠、Modal、Tencel® 等,可以純紡或者混紡,主要原因有:一是纖維素纖維的面料往往較為柔軟,對某些產品缺少必要的硬挺度,二是對于噴氣紗面料往往較為硬挺,手感粗糙,有麻的風格。因此,用噴氣紡紡纖維素纖維及其產品,結合了纖維素纖維的“軟”和噴氣紗的“硬”,使其產品風格既不太軟又不過硬。例如,利用Lyocell等新型纖維紡Tencel® 14.8 tex、HLF Lyocell 14 tex及Tencel®/C14 tex噴氣紗,成紗強力高,條干均勻,手感柔滑,織物挺爽,紋路清晰,適宜制作高級時裝,產品附加值高。

此外,用噴氣紡開發包芯紗也有其獨特的優勢,包芯紗是一種以長絲為紗芯(也可以短纖維為紗芯)外包短纖維的復合紗,包芯紗充分利用了各種纖維的優勢與特點。噴氣紡紗是一種由高速回轉的壓縮氣流對須條進行假捻包纏成紗的紡紗方法,特殊的成紗機理形成了噴氣紗特殊的成紗結構,噴氣紡紗的這種兩重結構特點,使得噴氣紡紡包芯紗有一定的優勢。噴氣包芯紗的紡制過程中,芯紗處于氣流漩渦的中心,逐漸被隨氣流旋轉的外圍短纖維層層包纏起來,從而避免了環錠紡包芯紗在加捻中由于內外層纖維受力差異,存在的內外纖維轉移現象,因此,噴氣包芯紗是真正意義的包芯紗。噴氣紡紗的特殊的包纏成紗機理和包纏紗結構,使噴氣紡包芯紗的包覆效果較好。

總之,新型纖維及其混紡產品在噴氣紡技術上的成功應用,是近幾年噴氣紡得以快速發展的關鍵,多樣化新型纖維給噴氣紡技術的發展提供了新的發展機遇,使得其產品也呈現出多元化的發展趨勢,也為新型纖維找到了一種很好的紡紗技術。

2噴氣渦流紡(MVS)

MVS(噴氣渦流紡)是Muratec Vortex Spinner的簡稱,其最初的設計目的是村田公司為了解決噴氣紡紗體系對纖維長度的適應性差、只能紡滌綸及其滌棉混紡紗、不能生產純棉紗的不足,在噴氣紡的基礎上發展起來的另一類噴氣紡紗機。作為一種更新型的紡紗技術,噴氣渦流紡體現了較好的紡紗特性,其成紗有著和環錠紗類似的外觀特性,紗線條干好,毛羽少。

噴氣渦流紡紗的研究始于 20 世紀后期,國內外的紡織學者對噴氣渦流紡紗進行了有益的探索。有關噴氣渦流紡成紗機理、紗線結構等的研究已相對比較成熟,國內外很多企業也引進噴氣渦流紡進行大批量商業化生產。

目前,噴氣渦流紡在世界范圍內已銷售 300 多臺,分布在 11 個國家,其中美國有 250 余臺(每臺 72 頭),經使用反映良好。國內浙江、福建、山東等地的企業已經或者正在引進噴氣渦流紡,所以,噴氣渦流紡有望在今后得到很大的 發展。

噴氣渦流紡(MVS)與噴氣紡(MJS)在紡紗器機構上有較大的區別,研究發現,噴氣渦流紡其成紗過程是尾端自由端纖維的包纏加捻,雖然仍有部分無捻或少捻的紗芯,但紗芯的比例遠遠低于噴氣紗,而且,噴氣渦流紗中的包纏纖維的形態也不同于噴氣紗中的包纏纖維,因此,認為噴氣渦流紡具有明顯的自由端紡紗特征,但中心仍有未斷裂的一定量的連續纖維。噴氣渦流紡可以看成是部分自由端紡紗、半自由端紡紗或亞自由端紡紗。

筆者認為,噴氣渦流紡(MVS)仍然屬于噴氣紗技術的范疇,將其稱為渦流紡,與傳統的渦流紡造成混亂,而兩者的紡紗過程與機理完全不同。立達公司最新推出的噴氣紡紗機,其在紡紗器結構上與村田公司的MVS較為相近。國內學者大都稱為“噴氣渦流紡”,本文認為較為準確,既說明了其紡紗過程,又與噴氣紡、傳統渦流紡有較好的區別。

雖然,噴氣渦流紡可以紡純棉紗,這也是其優于噴氣紡的一個重要方面,但實踐證明,MVS仍然以紡棉型化纖為好,特別是纖維素纖維及其混紡。有企業開發的多組分紗具有良好的風格,如:Modal/滌綸/亞麻、精梳棉/粘膠/毛、粘膠/維綸/天絲®、Coolplus® /竹/圣麻® /Modal等噴氣渦流紗。此外,由于噴氣渦流紡的成紗過程更利于對芯紗的包覆,因此,用噴氣渦流紡開發的包芯紗有著更好的包覆效果。

目前,噴氣渦流紡發展較快,很多企業看好其未來市場,并在投資建設,因此,筆者認為,進一步加強對后續面料的開發,研究其適合的面料,拓寬市場,增加后續產品品種及附加值,已成為當務之急,因為噴氣渦流紡的建設投入相對較高,一旦市場上出現較多的噴氣渦流紗,將會影響其附加值。

3結語

噴氣紡紗是一種新型紡紗技術,與傳統的紡紗技術相比具有一定的優點,產品有其獨特的性能和用途,應用領域廣闊。隨著社會的發展和技術的進步,特別是適合其紡紗特性的纖維與品種的進一步開發,噴氣紡優勢將愈加顯現,會得到更大更快的發展。