不同紡紗方法的成紗結(jié)構(gòu)和特性
不同紡紗方法的成紗結(jié)構(gòu)和特性
當(dāng)前棉紡領(lǐng)域有5種實用的、倍受關(guān)注的紡紗方法，即傳統(tǒng)環(huán)錠紡、轉(zhuǎn)杯紡、噴氣紡、渦流紡和改進(jìn)環(huán)錠紡——緊密紡。環(huán)錠紡紗方法已有逾一個半世紀(jì)的歷史，而后四者是在近幾十年甚至是近幾年發(fā)展起來的，統(tǒng)稱為新型紡紗方法。不同的紡紗方法無論在產(chǎn)量、質(zhì)量方面，還是在成紗結(jié)構(gòu)和特性方面，都有各自非常獨特之處。
1成紗機(jī)理
1.1傳統(tǒng)環(huán)錠紡
環(huán)錠紡紗是將牽伸、加捻和卷繞同時進(jìn)行的一種紡紗方法，粗紗在牽伸系統(tǒng)中被牽伸至所要求紗支的須條，再經(jīng)鋼領(lǐng)、鋼絲圈的加捻和卷繞形成一根紗線。由于牽伸作用，主牽伸區(qū)中的須條寬度是所紡紗線直徑的數(shù)倍，此時各根纖維抵達(dá)前鉗口線時呈自由狀態(tài)。當(dāng)這些纖維離開前鉗口線后即被捻合在一起，這樣就形成了一個紡紗加捻三角區(qū)。此紡紗加捻三角區(qū)阻止了邊緣纖維完全進(jìn)入紗體，部分邊緣纖維脫離主體形成飛花，較多的邊緣纖維則是一端被捻入紗體，而另一端形成毛羽。這些纖維不但對紗線的均勻度、彈性等性能起消極作用，且對紗線的強(qiáng)力極其不利。另外，在加捻時處于三角區(qū)外側(cè)的纖維受到的張力大，而在中心的纖維受到的張力小，故成紗時這些纖維的初始張力不等，從而影響成紗的強(qiáng)力。這些都是傳統(tǒng)環(huán)錠紡紡紗三角區(qū)造成的缺陷。
1.2轉(zhuǎn)杯紡
轉(zhuǎn)杯紡又稱氣流紡，屬于自由端紡紗方法。直接喂入紡紗器的棉條經(jīng)分梳輥分梳成了單纖維狀，纖維靠分梳輥的離心力和紡杯內(nèi)負(fù)壓氣流的作用脫離分梳輥表面經(jīng)輸棉管道而進(jìn)入紡杯，并在凝聚槽中形成一個完整的纖維環(huán)，纖維環(huán)隨著紡杯高速旋轉(zhuǎn)，在接頭紗的作用下，隨著捻度不斷的傳遞和連續(xù)剝離纖維束而成紗。
1.3噴氣紡
噴氣紡紗以日本村田公司制造的MJS（MurataJetSpinner）機(jī)型為代表。棉條直接喂入牽伸裝置，經(jīng)牽伸后的須條進(jìn)入噴嘴，兩個方向相反的高速旋轉(zhuǎn)氣流對紗條進(jìn)行假捻并包纏成紗，紗條引出后經(jīng)電子清紗器去除疵點后被卷繞在筒子上。
1.4渦流紡
渦流紡紗是繼MJS之后，村田公司推出的新一代的噴氣紡紗技術(shù)MVS（MurataVortexSpinning）。渦流紡的成紗原理是棉條直接喂入牽伸裝置，經(jīng)牽伸后的須條從前羅拉鉗口輸出，立即被紡紗器的直噴嘴中渦流所產(chǎn)生的負(fù)壓吸入，形成芯纖維，當(dāng)纖維的末端脫離前羅拉時，因渦流作用而擴(kuò)張，覆蓋在空心錠子表面，并沿著固定的空心內(nèi)壁回轉(zhuǎn)，隨著紗條的向前運(yùn)動，纖維末端纏繞于紗芯上使紗線獲得捻度而成紗。
1.5改進(jìn)環(huán)錠紡——緊密紡
緊密紡（CompactSpinning）亦稱集聚紡。它主要是在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)牽伸裝置前增加了一個纖維凝聚區(qū)，從牽伸裝置前羅拉鉗口線遷移出來的纖維束集聚在一條線上，基本消除了前羅拉至加捻點之間的紡紗加捻三角區(qū)，很好地解決了傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗存在的成紗強(qiáng)力、毛羽和飛花等關(guān)鍵問題，并給后續(xù)加工和產(chǎn)品質(zhì)量帶來一系列益處。不同的機(jī)器制造商提供了多種用于凝聚這些纖維的專利，但其原理基本相同，都是旨在通過集聚作用，使須條中的纖維特別是邊緣纖維和浮游纖維得到有效的控制，大大降低牽伸須條帶的寬度，從而基本消除紡紗加捻三角區(qū)，生產(chǎn)出新型高質(zhì)量的緊密環(huán)錠紗。
2紗線結(jié)構(gòu)形態(tài)
不同紡紗方法有不同的成紗機(jī)理，纖維在紗線中的排列形態(tài)以及紗線的緊密度亦不相同。圖1為不同紡紗方法的成紗電子顯微照片，從中可以看出明顯的差異。
2.1傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)環(huán)錠紗中纖維基本上呈螺旋線排列，由于存在紡紗加捻三角區(qū)，纖維不能全部被加捻到紗體中去，較多邊緣纖維一端被捻入紗體，另一端露在紗條外面形成毛羽，因而雖然環(huán)錠紗結(jié)構(gòu)較為緊密，但紗條表面相對來說顯得雜亂無序，光潔度較差。
2.2轉(zhuǎn)杯紡紗線結(jié)構(gòu)
轉(zhuǎn)杯紗在加捻過程中，加捻區(qū)的纖維缺乏積極握持，呈松散狀態(tài)，因而纖維伸直度差，纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度低。紗的結(jié)構(gòu)分紗芯和外包纖維兩部分。紗芯結(jié)構(gòu)與環(huán)錠紗相似，比較緊密；外包纖維結(jié)構(gòu)松散，無規(guī)則地纏繞在紗芯外面。因此與傳統(tǒng)環(huán)錠紗相比，轉(zhuǎn)杯紗結(jié)構(gòu)比較蓬松，外觀較豐滿。
2.3噴氣紡紗線結(jié)構(gòu)
噴氣紗是一種雙重結(jié)構(gòu)的紗，一部分是幾乎平行、無捻的芯纖維，另一部分是包纏在芯紗外部的包纏纖維。噴氣紗的結(jié)構(gòu)較為蓬松，纖維間的間隙較大，包纏纖維與芯纖維的比例約為1∶9，包纏纖維將向心的應(yīng)力施加于芯纖維條上，給予紗體必要的聚合力以承受外部應(yīng)力。
2.4渦流紡紗線結(jié)構(gòu)
渦流紗也是一種雙重結(jié)構(gòu)的紗，紗條的芯纖維是平行排列的、無捻度，依靠旋轉(zhuǎn)氣流的作用使末端纖維包覆纏繞于芯纖維外部加捻成紗。但與噴氣紗不同的是，渦流紗的外層覆蓋纖維比重大（約60%），以致內(nèi)部未加捻的纖維幾乎被完全覆蓋，表面纖維排列則更近似于環(huán)錠紗。
2.5緊密紡紗線結(jié)構(gòu)
緊密紡紗線中的纖維排列為整齊清晰，從一定意義上講，可能是紗線中理想化的纖維排列方式。由于氣流的收縮和聚合作用，纖維的端頭均捻入紗線內(nèi)，成紗結(jié)構(gòu)為緊密，紗線外觀光潔、毛羽少，紗線加捻螺旋結(jié)構(gòu)清晰可見，纖維幾乎沒有內(nèi)外轉(zhuǎn)移。這是集聚紡紗顯著的特性。這種紗線結(jié)構(gòu)的改善是通過紡紗加捻三角區(qū)的消除而獲得的。
3紗條特性
不同的成紗加捻過程，產(chǎn)生不同的紗線結(jié)構(gòu)，也產(chǎn)生不同的產(chǎn)品特性。
3.1強(qiáng)力
紗線強(qiáng)力取決于纖維間的抱合力和摩擦力。如果纖維的形態(tài)及其排列狀態(tài)不良，即有彎曲、打圈、對折、纏繞等纖維存在，就相當(dāng)于減短了纖維長度，削弱了纖維的接觸程度，因而易產(chǎn)生纖維間的滑移，降低紗線強(qiáng)力。
經(jīng)試驗得知，如以環(huán)錠紗強(qiáng)力為1，那么其它種類紗線的強(qiáng)力為：轉(zhuǎn)杯紗0.8～0.9，噴氣紗0.6～0.7，渦流紗0.8，緊密紡紗強(qiáng)力高為1.15。圖2直觀地反映了不同紗線的強(qiáng)力對比情況。
3.2毛羽
紡織產(chǎn)品的手感和特性主要由毛羽多少決定。從生產(chǎn)試驗可清楚地看到：長度小于2mm的毛羽對生產(chǎn)過程和
織物的外觀質(zhì)量影響不大，相反會使織物具有一種天然的柔軟手感。但是，長度超過3mm以上的毛羽卻是影響紗線質(zhì)量的潛在因素。相對于傳統(tǒng)環(huán)錠紗，氣流紗、渦流紗、緊密紗的1～2mm的毛羽均有降低，而噴氣紗由于纏繞纖維數(shù)量低，無捻紗芯覆蓋少，因而有較多的短毛羽，當(dāng)然，具體在紡紗過程中可以通過調(diào)整工藝參數(shù)來控制毛羽的數(shù)量。
圖3為不同紡紗方法的成紗毛羽數(shù)的比較。與傳統(tǒng)環(huán)錠紗相比，非傳統(tǒng)紡紗的有害毛羽數(shù)（＞3mm）顯著降低，其中緊密紗約減少80%，噴氣紗約減少85%，渦流紡紗則減幅達(dá)90%以上，因而新型紗線均具有良好的后加工特性。由于新型紗線結(jié)構(gòu)使紗線表面更加穩(wěn)定，后加工的毛羽增加量顯著低于傳統(tǒng)紗線。特別是作為經(jīng)紗，在漿紗時可節(jié)約漿料約50%，大大提高織機(jī)效率，降低織造成本。有資料介紹，在美國使用新型紗線每100m布織造成本可降低2.4美元，飛花減少72%。
3.3耐磨性
紗線的耐磨性與紗線的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
傳統(tǒng)環(huán)錠紗由于纖維大多呈螺旋線形態(tài)，當(dāng)反復(fù)摩擦?xí)r，螺旋線纖維逐步變成軸向纖維，紗線易失捻解體而很快磨斷，因而耐磨性較差。
非傳統(tǒng)紡紗在耐磨性方面有著明顯的優(yōu)勢，轉(zhuǎn)杯紗、噴氣紗和渦流紗均由紗芯和外包纖維兩部分組成，紗線表面包有不規(guī)則的纏繞纖維，紗線不易解體，同時紗線表面摩擦系數(shù)大，在織物中紗與紗之間的抱合良好，不易產(chǎn)生相對滑移，故耐磨性提高。
相對于環(huán)錠紗，緊密紡紗的纖維排列整齊順直，紗線結(jié)構(gòu)緊密，纖維不易脫散，因而紗線的耐磨性佳。
3.4捻勢
捻勢也是紗線的重要特性，并決定了織物的一些特性，如針織布的斜路。
圖4為不同紡紗方法的成紗捻勢對比。傳統(tǒng)環(huán)錠紗和緊密紗為真捻紡紗，捻勢大，易產(chǎn)生針織物的斜路和卷邊，有時需用并線來給予彌補(bǔ)。
轉(zhuǎn)杯紗、噴氣紗、渦流紗的成紗結(jié)構(gòu)，決定了其捻勢小。轉(zhuǎn)杯紗Z捻和S捻同時存在，因而捻勢低，噴氣紗中由于有高比例的平行纖維，捻回力小，同樣具有良好的后加工特性。
3.5抗起球
渦流紗針織物耐磨性好，抗起球等級高。這是因為渦流紗中間為平直芯紗，外層包覆纏繞纖維，纖維定向明顯，紗摩擦系數(shù)大，織物內(nèi)紗與紗之間摩擦性好，不易產(chǎn)生相對滑移，耐磨性提高，此外，起球還與成紗毛羽情況關(guān)系密切。通過測試起球試驗可看出：渦流紗織物4～4.5級，噴氣紗4級，傳統(tǒng)環(huán)錠紗2級，轉(zhuǎn)杯紗2～3級，緊密紡紗3～4級。
4紗線的應(yīng)用
4.1環(huán)錠紗
盡管出現(xiàn)了許多新型紡紗方法，但直到今天環(huán)錠紡仍存在無可爭辯的優(yōu)勢，在所有紗線中占有主導(dǎo)地位，產(chǎn)品應(yīng)用廣泛。這是由于環(huán)錠紡機(jī)構(gòu)簡單、適紡范圍廣、成紗質(zhì)量好。但環(huán)錠紡加工過程長，質(zhì)量進(jìn)一步提高受到限制，特別是紗線毛羽多，影響了在一些產(chǎn)品上的應(yīng)用，如高檔襯衫
面料。
4.2轉(zhuǎn)杯紗
轉(zhuǎn)杯紡紗產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域比較寬，尤其在牛仔布、針織布兩大系列面料應(yīng)用上有得天獨厚的優(yōu)勢。因為轉(zhuǎn)杯紡大多以生產(chǎn)粗支紗為主，外松內(nèi)緊的紗線結(jié)構(gòu)能獲得較好的染色牢度和較深的色澤，從而形成牛仔面料藍(lán)中透白的獨特風(fēng)格。目前我國轉(zhuǎn)杯紗在機(jī)織、針織的應(yīng)用比例約為9∶1，隨著技術(shù)的進(jìn)步和高檔轉(zhuǎn)杯紡設(shè)備的引進(jìn)，轉(zhuǎn)杯紗在針織領(lǐng)域的應(yīng)用將會大大增強(qiáng)，其比例可望達(dá)到6∶4。
4.3噴氣紗
噴氣紗、渦流紗能徹底消除針織物的扭矩和斜度，因而一出現(xiàn)即成為針織市場的主流應(yīng)用產(chǎn)品，噴氣紗針織物抗起球等級高，無歪斜，條影少，縮水率低，布面勻整豐滿。其產(chǎn)品主要有運(yùn)動裝、雙面休閑裝、兒童服裝、針織T恤衫和內(nèi)衣等，原料主要以滌棉混紡品種為主。
由于噴氣紗具有毛羽少、條干疵點少等優(yōu)點，雖然強(qiáng)力較環(huán)錠紗低，但強(qiáng)力CV值小，恰好能滿足無梭織機(jī)用紗標(biāo)準(zhǔn)，故適宜于無梭織機(jī)使用，一般采用噴氣紗可以提高織機(jī)效率2%～3%。噴氣紗機(jī)織產(chǎn)品主要有兩大類：一是服飾面料產(chǎn)品，另一類是家紡產(chǎn)品。據(jù)介紹，美國市場50%以上的家紡產(chǎn)品和制服面料是以噴氣紗為原料制成的。
此外，噴氣紗較適合萬米無結(jié)頭縫紉線的加工。
雖然傳統(tǒng)噴氣紡技術(shù)不大適應(yīng)生產(chǎn)純棉紗，但對化學(xué)纖維，尤其是細(xì)旦化纖等差別化纖維具有獨特的優(yōu)勢。隨著人口的增加，對化學(xué)纖維的依賴性將更加明顯，化學(xué)纖維在服裝用布、裝飾用布及產(chǎn)業(yè)用布中所占的比例將會快速增加，因此噴氣紡技術(shù)及其產(chǎn)品也會得到相應(yīng)的發(fā)展。
4.4渦流紗
渦流紡可以加工純棉紗線，而且具有紡紗速度高的優(yōu)點，因此在21世紀(jì)初得到了快速的發(fā)展。渦流紗具有環(huán)錠紗的結(jié)構(gòu)，具備更多的功能及流行的特點，紗線毛羽很少，織物起球現(xiàn)象亦減少，染色性能及耐磨性好，織物外觀光滑，吸濕性好、快干。因而渦流紗織物多用作針織運(yùn)動衫、休閑服飾、家紡產(chǎn)品等，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛。
4.5緊密紗
緊密紗的出現(xiàn)首先得到了講究生活質(zhì)量、鐘愛高檔純棉服飾的歐洲人的追捧，據(jù)有關(guān)資料介紹在歐洲有80%的緊密紗用于男式襯衫面料。歐洲用戶現(xiàn)在將緊密紗作為高品質(zhì)紗線的標(biāo)準(zhǔn)。這是由于緊密紡成紗毛羽少、強(qiáng)力高等特點，特別適合紡制高支精梳紗，用于機(jī)織高檔純棉襯衫、防羽布等，并具有上漿成本低、織造飛花少、織造效率高、織物光澤度佳、外觀紋路清晰、色彩對比度增強(qiáng)等優(yōu)點，緊密紗的應(yīng)用將使紡織產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到一個新的水平。
當(dāng)然，緊密紗用于某些種類的針織物也有較強(qiáng)的優(yōu)勢，如常?？梢允∪ば?，加工高檔T恤等制品，目前因緊密紡設(shè)備成本較高，而普通針織物尚難以承受較高的紗價，在一定程度上制約了緊密紗的應(yīng)用。
5結(jié)語
（1）不同的紡紗方法產(chǎn)生了不同的成紗結(jié)構(gòu)和紗線特性。
（2）每種紡紗方法均有其特點，成紗結(jié)構(gòu)各具特色，若合理發(fā)揮其優(yōu)勢克服其劣勢，則可供開發(fā)的產(chǎn)品種類會很多。要使某一紡紗方法得到普及應(yīng)用，關(guān)鍵看能否開發(fā)出有特色、有市場、有生命力的產(chǎn)品。
（3）不同紡紗方法的前景如何，要根據(jù)市場對織物風(fēng)格的需求來決定，即取決于不同結(jié)構(gòu)特性紗線的應(yīng)用領(lǐng)域。未來的紡紗市場將呈現(xiàn)多種紡紗方法并存、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化的態(tài)勢。
（4）隨著科技的發(fā)展，各種紡紗方法將會互相滲透，互相補(bǔ)充，各種紗線特性將會進(jìn)一步融合和發(fā)展，這給紗線產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)帶來了巨大的空間。uR3icQX
