喷气纺的研究现状与发展趋势

喷气纺纱作为一种新型纺纱技术, 其优势已被广泛认可。国内引进喷气纺纱技术已有 30 年,对喷气纺成纱机理、纺纱工艺及纱线结构与性能也逐步认识。本文对喷气纺的理论研究、生产实践及产品开发做了概述,并简单介绍了MVS纺的发展。

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.

喷气纺是目前国内外纺纱领域中一种重要的新型纺纱技术。喷气纺,又称MJS,由日本Murata(村田)纺织机械公司研发与生产。其成纱过程是:采用棉条喂入,经皮圈罗拉牵伸,通过双喷嘴加捻,直接绕成筒子,省略了粗纱、络筒等工序,具有纺纱流程短、占地面积省、用工少等优点。喷气纺从20世纪80年代开始推向市场,已有近 30 年的历史。与其它纺纱技术相比,其具有速度快、产量高、成纱毛羽少等优点。

喷气纺纱技术真正得到发展,特别是得到市场认可,是近 10 余年内的事情。村田纺织机械公司在长期研制喷气纺纱机的基础上,于1995年又推出了新一代喷气纺纱机MVS(又称喷气涡流纺),并在1999年法国巴黎展览会上正式展出。与此同时,日本Toyota(丰田)公司推出TYS型喷气纺纱机,日本Toray(东丽)公司研制出AJS - 101型喷气纺纱机。而国内于80年代末,研制出我国的第一代自行设计的喷气纺纱机SFA5802A型。目前,Rieter(立达)公司也已进行了长期的喷气纺纱研究,并在机器设计、纺纱过程分析等方面有了一定的基础。喷气纺的规模从全世界角度来说还相对较小,但喷气纺经过多年的发展,已取得了长足的进步和业界的一定认可。

1研究现状

喷气纺的理论研究已经较为成熟,国内喷气纺引进已30 多年。上世纪80至90年代我国很多学者就对喷气纺进行了初步的研究,当时其研究主要集中在工艺和试纺性等方面,产品开发主要是涤棉混纺纱及纯涤纶纱。由于产品仅局限在涤棉及纯涤产品上,体现不出喷气纺的优势,因而其发展较为迟缓。

近十几年来国内对喷气纺在成纱机理、流场、喷嘴结构参数、纱线结构及性能等方面都有了较系统的研究,对影响其成纱性能的因素进行了深入的探讨和分析。另外,不断地加大进行喷气纺纱生产实践和产品开发的力度,特别是大规模地用喷气纺纺制纤维素纤维纱取得了理想的效果。与传统的纺纱技术相比,喷气纺纱具有产量高、流程短、自动化程度高、试纺范围广等众多优点,产品性能和用途独特,故近年来发展非常迅速。

1.1理论研究

近年来,理论研究主要在流场、机理、成纱结构等 方面。

随着计算机技术的发展和数值计算流体力学的出现,数值模拟成为研究气流/纤维两相流动的重要手段,建立符合纤维特征的数学模型,采用合适的数值计算方法,对所建立的模型进行模拟计算,研究喷嘴内纤维运动,揭示了气 流/纤维在喷嘴中的两相流规律。采用理论分析与模型试验相结合的方法对喷气纺加捻器内的流场进行了研究,探索了流场的压力和速度分布规律,即气体流动规律,并且对高速气流场及纤维在气流场中的运动进行数值模拟,包括纤维/气流两相流数学模型的建立、喷嘴中高速气流场的数值模拟以及纤维在喷嘴气流场中运动的模拟等内容,并利用理论研究的结果对喷气纺纱的参数进行优化设计,包括工艺参数、喷嘴结构参数和纤维参数。流场的理论分析能够较好地结合纤维的运动、成纱的性能、纺纱器结构等方面的研究。

对喷气纺包缠捻度形成机理,有两种学说 ——“假捻、退捻、包缠”学说和“时差、捻差”说,普遍认为喷气纱的包缠捻度理论的形成机理应为两者结合。

对于喷气纱结构的表述,普遍接受的观点是喷气纱是由两层结构组成,无捻或少捻的纱芯和外部的包缠纤维,靠包缠纤维包缠或者捆扎内层纤维而成纱。实际上,可以把喷气纱中纤维的形态结构分为 3 类:第一类结构为均匀包缠纤维,第二类结构为随机包缠纤维,第三类结构为未包缠纤维。

1.2生产实践

初步估计,目前,世界上已拥有喷气纺纱机 20 万 ～ 25 万头,大部分在欧美等国家,这些国家在环锭纺很少的状况下,喷气纺有较大的使用量。亚洲国家有 5 万多头,一些新型的纺纱生产国家近几年发展较快。我国有喷气纺纱机 2 万多头,分布在多个地区,近几年又有进一步增加的趋势。

喷气纱既能做针织产品,又能做机织产品,品种适应广。应用比较多的有:针织T恤产品,布面匀整丰满,无歪斜,条影少,条干疵点少,抗起球,凉爽透气,立体感强;床上用品,利用喷气纱条干好、硬挺的特点,可以获得布面匀整、手感厚实、挺括透气性好的效果;休闲类产品,如双面休闲装、运动装等。

根据喷气纱的特点,还可开发独特风格的产品。如利用喷气纱织物的硬挺、粗糙等特点,将其加工成仿麻类织物以及绉织物、仿毛产品等。

值得指出的是,喷气纺虽然具有工艺流程短、产量高、用工少、条干均匀、抗起球等特点,但同时也具有用电多、机物料消耗大、强力低、手感硬、折旧费用高等缺陷,从纺纱成本分析,与环锭纺纱相比要高 1 000 元/t以上,因此,在当今纺织企业利润率大幅缩水的情况下,如何降低成本是其能否进一步推广应用的关键。笔者认为,最重要的就是要找到适合喷气纺的产品。

近几年来,用喷气纺纺各种纤维素纤维取得了理想的效果,包括粘胶、Modal、Tencel® 等,可以纯纺或者混纺,主要原因有:一是纤维素纤维的面料往往较为柔软,对某些产品缺少必要的硬挺度,二是对于喷气纱面料往往较为硬挺,手感粗糙,有麻的风格。因此,用喷气纺纺纤维素纤维及其产品,结合了纤维素纤维的“软”和喷气纱的“硬”,使其产品风格既不太软又不过硬。例如,利用Lyocell等新型纤维纺Tencel® 14.8 tex、HLF Lyocell 14 tex及Tencel®/C14 tex喷气纱,成纱强力高,条干均匀,手感柔滑,织物挺爽,纹路清晰,适宜制作高级时装,产品附加值高。

此外,用喷气纺开发包芯纱也有其独特的优势,包芯纱是一种以长丝为纱芯(也可以短纤维为纱芯)外包短纤维的复合纱,包芯纱充分利用了各种纤维的优势与特点。喷气纺纱是一种由高速回转的压缩气流对须条进行假捻包缠成纱的纺纱方法,特殊的成纱机理形成了喷气纱特殊的成纱结构,喷气纺纱的这种两重结构特点,使得喷气纺纺包芯纱有一定的优势。喷气包芯纱的纺制过程中,芯纱处于气流漩涡的中心,逐渐被随气流旋转的外围短纤维层层包缠起来,从而避免了环锭纺包芯纱在加捻中由于内外层纤维受力差异,存在的内外纤维转移现象,因此,喷气包芯纱是真正意义的包芯纱。喷气纺纱的特殊的包缠成纱机理和包缠纱结构,使喷气纺包芯纱的包覆效果较好。

总之,新型纤维及其混纺产品在喷气纺技术上的成功应用,是近几年喷气纺得以快速发展的关键,多样化新型纤维给喷气纺技术的发展提供了新的发展机遇,使得其产品也呈现出多元化的发展趋势,也为新型纤维找到了一种很好的纺纱技术。

2喷气涡流纺(MVS)

MVS(喷气涡流纺)是Muratec Vortex Spinner的简称,其最初的设计目的是村田公司为了解决喷气纺纱体系对纤维长度的适应性差、只能纺涤纶及其涤棉混纺纱、不能生产纯棉纱的不足,在喷气纺的基础上发展起来的另一类喷气纺纱机。作为一种更新型的纺纱技术,喷气涡流纺体现了较好的纺纱特性,其成纱有着和环锭纱类似的外观特性,纱线条干好,毛羽少。

喷气涡流纺纱的研究始于 20 世纪后期,国内外的纺织学者对喷气涡流纺纱进行了有益的探索。有关喷气涡流纺成纱机理、纱线结构等的研究已相对比较成熟,国内外很多企业也引进喷气涡流纺进行大批量商业化生产。

目前,喷气涡流纺在世界范围内已销售 300 多台,分布在 11 个国家,其中美国有 250 余台(每台 72 头),经使用反映良好。国内浙江、福建、山东等地的企业已经或者正在引进喷气涡流纺,所以,喷气涡流纺有望在今后得到很大的 发展。

喷气涡流纺(MVS)与喷气纺(MJS)在纺纱器机构上有较大的区别,研究发现,喷气涡流纺其成纱过程是尾端自由端纤维的包缠加捻,虽然仍有部分无捻或少捻的纱芯,但纱芯的比例远远低于喷气纱,而且,喷气涡流纱中的包缠纤维的形态也不同于喷气纱中的包缠纤维,因此,认为喷气涡流纺具有明显的自由端纺纱特征,但中心仍有未断裂的一定量的连续纤维。喷气涡流纺可以看成是部分自由端纺纱、半自由端纺纱或亚自由端纺纱。

笔者认为,喷气涡流纺(MVS)仍然属于喷气纱技术的范畴,将其称为涡流纺,与传统的涡流纺造成混乱,而两者的纺纱过程与机理完全不同。立达公司最新推出的喷气纺纱机,其在纺纱器结构上与村田公司的MVS较为相近。国内学者大都称为“喷气涡流纺”,本文认为较为准确,既说明了其纺纱过程,又与喷气纺、传统涡流纺有较好的区别。

虽然,喷气涡流纺可以纺纯棉纱,这也是其优于喷气纺的一个重要方面,但实践证明,MVS仍然以纺棉型化纤为好,特别是纤维素纤维及其混纺。有企业开发的多组分纱具有良好的风格,如:Modal/涤纶/亚麻、精梳棉/粘胶/毛、粘胶/维纶/天丝®、Coolplus® /竹/圣麻® /Modal等喷气涡流纱。此外,由于喷气涡流纺的成纱过程更利于对芯纱的包覆,因此,用喷气涡流纺开发的包芯纱有着更好的包覆效果。

目前,喷气涡流纺发展较快,很多企业看好其未来市场,并在投资建设,因此,笔者认为,进一步加强对后续面料的开发,研究其适合的面料,拓宽市场,增加后续产品品种及附加值,已成为当务之急,因为喷气涡流纺的建设投入相对较高,一旦市场上出现较多的喷气涡流纱,将会影响其附加值。

3结语

喷气纺纱是一种新型纺纱技术,与传统的纺纱技术相比具有一定的优点,产品有其独特的性能和用途,应用领域广阔。随着社会的发展和技术的进步,特别是适合其纺纱特性的纤维与品种的进一步开发,喷气纺优势将愈加显现,会得到更大更快的发展。