1、嵌入式复合纺纱技术成纱理论研究

1.2嵌入式系统定位纺纱方法的工作原理及其优点

本项目走产学研的道路，从理论上剖析了现有纺纱技术存在的问题和局限，认为所有这些技术成纱的前提是加捻和成纱不可分割，短纤维加捻是生产过程中纱线卷绕和连续生产得以进行的必要条件，足够的捻度才能使加工的纱线有足够的强度满足卷绕成型以及后续织造的需求。所以这些纺纱技术对加工纤维的长度、强度等物理性能有非常高的要求，为了突破足够捻度是必要条件的这个瓶颈，我们在纺纱方式上对环锭纺进行了原理上的革新，研制了“嵌入式系统定位纺纱方法”，该技术最大的特点是将纱线生产过程中所需要的强度（如卷绕张力）与短纤维捻入纱线这两个问题分开讨论和进行，纱线的强度主要由超细合成纤维承担，而加捻只是为了实现短纤维在纱线中实现内外转移，短纤维在纱线中的转移方式以嵌入的形式牢固固定，与传统环锭纺中纤维内外转移的形式有本质的区别。

1.2.1嵌入式系统定位纺纱方法的工作过程

如图4所示、，在环锭细纱机的每一个牵伸机构上，从粗纱筒管退绕下来的两根短纤维粗纱a、a’，分别经导纱喇叭1平行进入由后罗拉2、后皮辊2’、中罗拉3、中皮棍3’、皮圈4前罗拉5、前皮棍5’组成的牵伸区进行牵伸；两根长丝b、b’从前罗拉5后端喂入，在前罗拉5、前皮棍5’组成的前钳口处分别与两根粗纱须条a、a’汇合；经牵伸的两根粗纱须条a、a’与两根长丝b、b’从前钳口输出后进入加捻三角区加捻，然后经导纱钩6后卷绕在细纱筒管7上。前罗拉牵伸区的纤维路线如图5、图6、图7所示。

1.2.2嵌入式系统定位纺纱方法的工作原理

由于现代纺织科技的进步，合成纤维长丝可以实现高强和超细，这为我们开发嵌入式系统定位纺纱技术提供很好的条件。嵌入式系统定位的原理是：在细纱机牵伸装置中加装有非常严格的定位装置以保证四个原料在前钳口处（A-A）的相对位置精确稳定，喂入的四种原料中外侧两根长丝（F）有足够强度形成强有力的保护与增强的三角区域，内部两束短纤维（Ｓ）借助两根长丝（F）形成的骨架可以成纱。四个原料通道严格定位可以实现很多不同的纱线结构，定位的最大优点是可以将这个系统控制在稳定的状态，采用FSSF形式的嵌入式定位纺纱的优点是短纤维一旦从前钳口出来，就会被侧向前进的加捻长丝捻入并带走，可以极大降低对短纤维强度和长度的要求。长丝与短纤维构成一根有捻的单根纱线后，在向导纱钩运动的过程中会很快与另一个类似的复合纱线相遇并被加捻，形成复合的股线体系，短纤维在股线中稳定的被两个方向来的长丝夹持，并且被牢固嵌入其中，这与 Siro-fil纺纱中短纤维的固定方式有很大的不同，与环锭纱中纤维依靠内外转移固定纤维的形式也不同。因此四个原料“系统定位”是措施，“嵌入式”是纤维固定的结果，这样对纱线加捻的捻度要求降低。

2嵌入式复合纺纱设备的研制

表2 设备改造总体方案

2.1原料喂入系统

环锭纺细纱机原料喂入系统改造前每个锭子属于单根纤维喂入，结构比较简单，但改造后要变成4根喂入，需要对原喂入系统进行重新布置或增加许多装置。

环锭细纱机粗纱位置比较集中，空间相对狭小，在原位置进行改造显然不科学，会难免产生粗纱与增强纱空间排布问题，运行线路纠缠不清，张力难于控制，不利于退绕。因此，设计一个紧凑、合理、退绕均匀的粗纱定位装置是改造的难点。

在粗纱位置的改造上，设计了三个方案：

（1）在竖梁位置加装插纱装置配套设施（图19）

（2）在原吊锭位置增加一排插纱装置及其配套设施（图20）

（3）在原吊锭上部增加插纱装置及其配套设施。（图21）

第一个方案在实施过程中，退绕遇到了一定难题。一方面，增强纱在退绕过程张力时松时紧，导致增强线管晃动，而且，如果增强纱是较光滑的长丝，则导致增强丝一层一层脱落，出现了较严重的搭接和干扰。

第二个方案是在原吊两内侧增加新的插纱架，这样改造之后，在原本并不宽敞的吊锭区显得拥挤，而且四要喂入纱相互干扰。为解决相互干扰问题，在纱线通道上增强了分丝装置。这种方式比第一种方式有了一定的改进，但却导致了狭小的空间内的纱线及各种装置过多，为生头及其他操作带来很大的不便。

第三个方案是在前两个方案的基础上进行的改进。经过仔细测量精密计算，采用合理分层排列的方法，将新增加的纤维增强丝筒子固定位置放置在粗纱吊锭横梁的上面。根据细纱机锭距的大小，合理分配纤维增强丝筒子的固定位置，同时配备可调节张力装置，使增强丝的退绕均匀，达到了很好的效果。

增强丝如果被动喂入，在退绕过程中会产生张力变化，有时张力过大产生“崩纱”现象，造成增强丝乱纱或粗纱和增强丝缠绕现象，不利于正常纺纱。增加双辊主传动牵引增强丝退绕来实现增强丝运行过程的主动喂入，有利于纺纱过程增强丝的张力控制与调节。

2.2 导丝导条系统

粗纱吊挂位置和增强丝筒子的固定位置设计安装好后，需要对粗纱和增强丝的运行通道（即导丝导条系统）进行设计，由于增强丝筒子固定在粗纱架的上面，增强丝经过退绕后到最后的并合位置距离较远，增强丝工艺路线较长，再加上在同一平面的纤维根数较多，运行过程中容易互相绞缠，造成断丝影响纱线质量。对于增强丝的退绕，根据筒子纱线的退绕特点，增强丝从卷装筒子的退绕引出点最好是卷装筒子的中心点，因此必须设计安装增强丝的导丝装置（导丝杆或者导丝钩），退绕时限制增强丝在卷装筒子中心的退绕，以保证退绕阻力最小，增强丝退绕运行顺畅。

粗纱的喂入要保证与在牵引区内受到的牵引力方向一致，由于在后牵伸辊同时喂入两根粗纱，一般间隔距离为8mm，传统喂入在牵伸区内非常容易混合。为了保证双粗纱平行喂入牵伸形成双须条，经过多次试验，在细纱机后牵伸辊处增加一个双口导条器，有效实现粗纱平行喂入牵伸形成独立的双须条。

2.3须条及其丝纱的准确定位系统

正如在理论分析所述，本技术是建立在喂入四种原料相对位置准确稳定的基础上，没有准确稳定的定位，外测的长丝体系就不能有很好的强力保障，不能保证三个加捻三角区的形成和稳定；没有准确稳定的定位，设计的多组分复合结构的纱线就不能达到预订的效果，因此设计和加工合理地短纤维粗纱和长丝导丝定位装置是本技术应用的关键。

粗纱和增强丝经过喂入系统后，进入牵伸系统，为了确保纱线的运行线路准确稳定，需要对后罗拉的喂入集合器进行改造，重新设计一种专用的双头后区集合器（图22），根据需要准确调整集合器的导丝孔的中心距，确保两根粗纱进入后罗拉时的粗纱须条的中心距离，粗纱经过后罗拉后，进入最为重要的粗纱纤维牵伸区域；同时在中罗拉喂入前设计增加一个专用精确隔距块（图23），保证进入牵伸区的牵伸区域的粗纱须条中心距的稳定性。粗纱经过牵伸后，进入前罗拉，然后进入加捻区，在前罗拉前面，喂入需要的纤维增强丝，增强丝和纤维的间距，根据需要调整，进入加捻区后和粗纱须条并合，同时加捻形成多组合的纱线。为了精确控制加捻三角区的大小，专门设计了纱线精确定位导丝装置（图24），该装置可以根据需要随意调整加入增强丝的喂入位置，来调整加捻三角区的大小、形状，以适应不同工艺的需求。使用须条及其丝纱的准确定位系统效果如表3。

2.4 张力控制系统

原料喂入系统、导丝导条系统、须条及其丝纱的准确定位系统改造完成后，经过运行试验，虽然设计了增强丝，粗纱的运行线路，由于增强丝的退绕处于自由状态，并且增强丝工艺通道太长，增强丝质量太轻，容易随风飘动，造成增强丝、粗纱间的相互纠缠，造成断头多，纱线缺丝等问题。更重要的时，调节增强丝张力大小，生产的纱线结构产生很大变化。试验表明当控制增强丝一定张力情况下，粗纱须条和增强丝形成比较均匀的缠绕，增强丝张力变大后，在粗纱须条和增强丝缠绕时，增强丝受张力影响向纱线内部转移，短纤维大部分聚集到纱线外部，纱线外观毛羽较大，纱线条干和光洁度较差；相反张力变小，增强丝向外部转移，包缠效果较好，纱线条干和光洁度较好，但蓬松度和柔软度差。经过多次试验研究，设计一套可调式张力控制系统，将其安装在增强丝的运行通道中，该装置可以随意调节增强丝张力的大小，保证了增强丝运行中的张力恒定，增强丝在运行过程中不再漂移，杜绝了增强丝、粗纱间的相互纠缠，增强丝运行线路统一，方便操作。同时可通过调节增强丝运行张力，使长丝与短纤维产生不同的包缠效果，从而生产加工不同风格的产品。

2.5打断检测系统

嵌入式复合纺纱是四根线路汇合而成，其中每一根的缺失都会对纱线影响很大。项目研究最初主要靠挡车工仔细巡回检查及时弥补，消耗大量的劳动力，最终纱线还是无法保证出现缺丝或缺毛现象，许多质量问题只有在最终织物产品经过染色和整理后才能暴露出来，一段时间也一致困扰着项目的研究进展。

经过研究，在细纱机上安装打断检测系统，有效的避免以上问题的发生。经过对喂入牵伸区前的粗纱和增强丝采取单根断头检测，形成信号，传递到加捻区的制动装置，对气圈细纱实施打断，同时通过安装的信号指示灯来显示当前纱锭出现断头，需要挡车工及时弥补。

2.6牵伸装置的改造

由于细纱高支极限纺纱的牵伸倍数大，需要对细纱机的牵伸驱动装置进行一系列的改造，根据所需要纺的纱支数，计算设计牵伸齿轮的传动比，加工制造特殊的传动齿轮，使原有的牵伸倍数由最高47提高到了87，使须条得以顺利牵伸，由此实现极限纺纱的需要。

2.7 导纱钩装置的改造

从图25可以看出，当环锭机加Z捻时，钢丝圈及大气圈沿顺时针方向回转。当导纱钩内直径太大时，气圈在导纱钩内圈将被反向搓捻，导纱钩直径愈大，反向搓捻捻数将越多，减少了捻度向上传递的数量；同时，导纱钩内径太大时，导纱钩至前罗拉皮辊输出加捻三角区之间的小气圈的横向振幅b1显著大于纵向振b2，造成加捻点张力的周期波动幅度过大。适当减小导纱钩内径，不仅减少了退捻数，而且减小了张力波动幅度。这时纱线捻度传递和加捻三角区的稳定是有利的。表4试验结果也正验证了这一观点。

表4  导丝钩孔径对纱线断头的影响

从以上试验数据表明，小孔径导丝钩可以有效降低小气圈直径，有利于降低细纱断头率，当孔径达到3mm时，细纱断头率已经非常低。按本项目试验研究结果，选择优质瓷性材料研制加工成孔径3mm导丝钩替代传统环锭纺导丝钩，经验证纺纱质量良好。