技术 梳并联在自由端纺纱短流程中应用的工艺探讨

  多供一高缓存量缓存式梳并联技术的研发成功，为解决梳棉与并条工序间自动化、连续化和联合化发展提供有效技术解决方案，也是进一步缩短自由端纺纱流程的纺纱新技术。

  对于原本就是短流程的新型自由端纺纱技术，采用多供一高缓存量缓存式梳并联技术后，解决了梳棉机-并条机之间以条筒作为生条容器卷装输送的历史性难题，从而废除条筒卷装，将卷装流变革为物料流，以物料流的革命性进步方式实现两个工序间的自动联接，也使自由端纺纱能够同时应用清梳联和梳并联技术，从开清棉、梳棉机到并条机实现前纺全程物料流输送与联接。

  但是，对于梳并联技术在自由端纺纱流程中的产业化应用，梳并联机组在工艺装备配置方面，存在着梳棉机与并条机装备产能平衡的工艺技术问题，这是一个不可回避的技术经济难题，它制约了该技术现阶段的应用性价比，对这个制约因素的攻克，最重要的包含工艺装备技术的研发及纺纱工艺观念的更新。

  多供一高缓存量缓存式梳并联系统，为短流程自由端纺纱应用提供了新技术方案，该系统装备配置为：3~5台标准机幅梳棉机（清梳联）、高缓存量圈层无损输送式缓存器、棉条主动式导条输送线台单眼高速并条机。

  转杯纺纱工艺流程可以在梳并联的单眼并条机上设置自调匀整装置。由于转杯纺纱机采用的是刺辊分梳与转杯吸入的牵伸工艺，转杯纺纱流程对工艺流程中的纤维弯钩方向并不敏感，因此理论与实际中，工艺上基本无需考虑纤维弯钩方向在牵伸工艺中的设置。

  涡流纺纱工艺流程可以在梳并联的单眼并条机或/和末并上设置自调匀整装置。由于涡流纺主机采用的是罗拉牵伸工艺，在涡流纺流程中还要考虑须条中的纤维弯钩方向，遵循“奇数法则”来配置工艺，即以梳并联的输出到涡流纺纱机罗拉牵伸装置的输入之间的工序道数以奇数配置，使喂入到涡流纺纱机罗拉牵伸装置的须条中，以后弯钩纤维占主体，这样对牵伸过程改善纤维平行伸直度和纱线条干均匀度较为有利。另外，涡流的加捻过程是特殊的包缠成纱工艺过程，外层包缠纤维同时受到旋转离心力和气流阻力的作用，几乎能完全打开纤维的后弯钩，这也从另一个工艺配置角度证明，喂入须条中以后弯钩纤维占主体，会更加有助于改善纤维平行伸直度和纱线条干均匀度。

  因此在现有的涡流纺工艺流程中，生条必须要经过三道并条，以符合“奇数法则”，改善纺纱品质；采用梳并联技术后，由于生条不调向，采用两次并合（减少了两道并条机）就能达成有利于改善纺纱品质的“奇数法则”，传统涡流纺与梳并联涡流纺工序流程纤维弯钩状态的比较见图1。

  从图1能够正常的看到出，自由端纺纱工艺流程采用清梳并联合机组后，有效缩短了自由端纺纱工艺流程，在运行自动化、物料连续化、工序联合化和管理简捷化方面具有更突出的优势。

  多供一高缓存量缓存式梳并联机组生产产能的平衡，是机组配置与运行的关键性工艺因素，它一方面涉及梳棉机和并条机的定量、出条速度和产量等工艺参数，另一方面又涉及并条机的并合根数和牵伸倍数等工艺参数的设置。这些工艺参数直接影响前纺流程的工艺配置，也影响到成纱质量指标。

  并合根数的选择主要是根据并合、牵伸与纱条不匀之间的关系，在传统纺纱工艺理念与生产实践中，以采用5~8根并合为主流应用。并合数及牵伸倍数的设置直接影响并条机对纤维混和及伸直平行的效果。适宜的并合数及相对应的牵伸倍数，是保证并条和后续工艺质量需求的重要工艺参数，也是应用梳并联技术关键性的工艺要素。

  一个现实问题是，在现有纺纱技术中，同一档次的纺纱装备，并条机的单机产量小于6台梳棉机的合计产量，也就是说，梳棉机与并条机的配置之比基本上小于6。而且在技术发展中，并条机出条速度与产能的提升，相对没有梳棉机产能的发展快速，相比而言两者的产能差距越来越大。

  基于这样的现实，以不影响成纱品质为前提，并条机在采用较高出条速度的情况下，为满足机组产能的平衡，梳并联机组中梳棉机的配置数量可以有两种选择：

  控制梳棉机产量或者选用产量低一档次的梳棉机，如一套梳并联机组配置6~8台梳棉机，这是坚守传统纺纱技术工艺理念，相对保守的并合根数工艺配置。显然这种工艺限制了对梳棉机产量的提升，影响了梳棉机配置和应用的性价比，是现阶段制约梳并联推广应用的重要负面因素。

  采用创新的自由端纺纱前纺工艺技术理念，基本保持梳棉机的产量，适当减少梳棉机的配台数量，采用生条低并合根数和重定量相结合的工艺配置，确保并条机牵伸总纤维量与传统牵伸工艺处于同一数量水平。采用一套梳并联机组配置3~5台梳棉机，通过相对激进的主机装备与工艺配置，突破现有纺纱技术工艺要素的制约，打开梳并联应用的新空间。

  实际上，根据纺纱工艺理论，在并条机输出定量相同的情况下，并合与牵伸的效应主要根据输入的纤维量（输入总定量），而不是并合数（输入根数）。或者说并条机的并合与牵伸效应取决于牵伸倍率，即输入纤维量（生条总定量）与并条输出纤维量（并条定量）的比率，而不是取决于并条机喂入的棉条根数。

  棉条并合或定量增大对降低混和不匀的效应，能分解为两个方面，首先是棉条并合或定量增大使棉条截面内纤维量的成倍增加产生的混和效应。其次是棉条之间纤维来源的时间差和空间差而具有的随机混和效应，对于这一点，由于现代清梳联流程中从多包抓棉、多仓混棉一直到梳棉机棉箱，多个混棉装备对棉块的强制性和随机性充分混和，已经有充足的时间差和空间差混和效应，因此这方面改善混和不匀对于棉条并合或定量增大的效应是接近的。同时从微观角度看混和效应，梳棉机锡林梳理的单纤维混和是最为精细的混和，这为生条定量增大提供了道夫从锡林上剥取时间差和空间差更大更好的单纤维混和效应。

  在纱线截面内纤维量和并合数对结构不匀的计算中，有两个方面的经典计算公式：

  细纱条干不匀率（CV%）以细纱截面内纤维根数n为变量的随机泊松分布值计算表达式：

  式1表达为细纱条干CV%值是纱线中所含纤维根数平方根的倒数。即细纱计算极限结构不匀，取决于细纱截面内纤维根数，纤维根数越多条干不匀率越低。如在原料、装备和工艺相同的情况下，一根29tex（20英支）纱的计算不匀率，是一根14.5tex（40英支）纱不匀率与2的平方根倒数的乘积。

  股线（并合）与单纱相关不匀率的计算，股线条干不匀率（CV%）以股线内单纱CV%值和合股根数N为变量的随机泊松分布值计算表达式：

  式2表达为股线条干CV%值是细纱条干CV%值与合股根数平方根倒数之积，合股根数越多条干不匀率越低。双股线的不匀率为单纱不匀率乘以2平方根的倒数，如在原料和单纱间不匀率相同的情况下，一根29tex（20英支）双股线平方根倒数的乘积。

  之所以强调原料相同情况下的比较，是一定要保持纺纱原料纤维细度相同，确保纱线截面内纤维数量具有可比性。

  式1与式2以截面内纤维量来表达结构不匀，在计算逻辑上是一致的，可以认为式2来源于式1。例如单纱或股线线密度增大一倍，也就是说截面内纤维量增大一倍，则其极限不匀率降低2平方根倒数的倍率。

  由此可见，增加并合数或增大定量对棉条或纱线结构不匀的改善，取决于截面内纤维量的增大，无论是来源不同的两根棉条或纱线，还是来自相同纤维集的棉条或纱线定量增量，都是随机分布的纤维集合，只要一根棉条或纱线的线密度增大一倍，与两根棉条或纱线并合对结构不匀的改善效应是相同的。

  这就可以归纳为一个基于并合相关逻辑的认知：微观是纤维量，宏观是并合数。这两个公式实际都是基于纱线截面内纤维量，来计算或评估纱线的结构不匀率。增加并合或定量对结构不匀的改善是具有非常明显效应的，其基础原理都归纳为截面内纤维量的增大。

  （1）牵伸具有改善棉条中纤维伸直平行度的效应，提高纤维在棉条轴向的取向度，具有对纤维弯钩的伸直效应，特别是牵伸倍率较大的牵伸区对后弯钩的伸直效应较为显著。纤维伸直平行度越好，对改善条干均匀度越有利。

  （2）牵伸具有恶化条干均匀度的效应，特别是短片段结构不匀。恶化程度取决于牵伸倍数和牵伸区摩擦力界的设置。牵伸区恶化结构不匀的一个典型机理是“移距偏差”。同时对于牵伸恶化结构不匀另一个方面的理解，可以反向参照并合改善结构不匀的原理，即截面内纤维量的降低。也由此可见，对须条和纱线结构不匀影响的一个主要的因素是截面内的纤维量。

  并条机棉条并合后牵伸正反两个方面的牵伸效应，主要根据牵伸倍率（并条输入纤维量与并条输出纤维量的比率），而不是并合数（并条机输入的棉条根数）。

  因此，在梳并联技术应用中，对梳棉机与并条机产能匹配的问题，应该突破原有工艺技术理念，特别是对于自由端纺纱工艺技术，在更新装备技术的同时，需要同步更新工艺技术理念。在梳并联采用较高产能梳棉机时，保持并条机的总牵伸倍数和总纤维量，同时应用较小的并合数和较重的生条定量，可以在降低并合数的情况下，达到传统工艺相同或相近的牵伸和并合效应。这样的工艺可以简称为“生条定量换取并合根数”。

  上个世纪末，德国特吕茨勒（Trutzschler）、瑞士立达（Rieter）和意大利马佐里（Marzoli）等公司，先后为自由端纺纱流程推出了与梳棉机配套的连体组合式牵伸机(IDF：Integrated Draft Frame)，它是将梳棉机输出的棉条在未作圈条成形的情况下，直接输送到IDF，单根棉条经IDF小倍率的牵伸后由圈条器圈条成形到条筒中，供自由端纺纱机使用。

  该技术国际上在转杯纺纱流程中有少量应用，近年也有推动涡流纺纱流程的应用。这种以单根生条供给IDF进行无并合和小倍率牵伸的纺纱工艺，只能减轻棉条的定量和小幅度使须条中的纤维伸直平行，但并不具有并条机将多根生条并合与再牵伸的功能，即不能够达到上述探讨的并条机并合与牵伸对纺纱品质改善的效应。

  并且IDF技术必须在每台梳棉机配置牵伸装置、自调匀整装置、圈条器和自动换筒机构，它配套的装备投资所需成本远高于多供一高缓存量无损输送缓存式梳并联技术。

  与IDF技术相比，采用生条定量换取并合根数工艺的多供一高缓存量无损输送缓存式梳并联技术具有完整的并合与牵伸功能，能够得到改善纺纱品质的积极效应。如果IDF技术能应用在转杯纺和涡流纺的自由端纺纱流程中，则梳并联技术在自由端纺纱流程中应用的性价比，将会远高于IDF技术。

  多供一高缓存量无损输送缓存式梳并联技术方案，是在较高并合纤维量和较高牵伸倍率的工艺条件下，实施梳棉与并条两种装备机组的无缝联接，实现梳棉与并条两个工序间生产的自动化和连续化，并且有效地打通了自由端纺纱这个前纺清-梳-并工序的物料流联接，使自由端纺纱流程进一步缩短，体现出装备、工艺与操作等多方面的技术经济优势，具有推广应用的技术与经济可及性。

  通过理论探讨得出结论，并条机棉条并合和牵伸的效应主要根据与并合相关的总纤维量和总牵伸倍率，而不是并合数。即同时采用较小的并合数和较重的生条定量，可以在降低并合数的情况下，达到传统工艺相同或相近的并合和牵伸效应。这也是所谓“生条定量换取并合根数”的并合与牵伸新工艺理念。

  随着工业技术与纺机工艺装备技术的探索和发展、纺纱工艺技术理念的进步、多方面制约因素的突破，以及多年来的运行实践，梳并联技术方案在自由端纺纱短流程的应用已经具备了推广的条件。它既契合了纺纱生产降本增效和管理优化的现实需求，也为中国纺织强国的逐步发展提供原始创新方案。

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