低扭矩環錠紡加工設備應用經濟效益與發展分析

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(1.浙江理工大學材料與紡織學院，杭州　310018；2.浙江華孚色紡有限公司，浙江紹興312300；3.紹興文理學院紡織服裝學院，浙江紹興　312000)

低扭矩環錠紡紗是指在普通環錠細紗機上加裝假捻裝置，使加捻中的紗條獲得一定假捻并成紗的一種紡紗技術，其核心技術是假捻裝置，即利用假捻裝置改變紗線內部纖維的排列，使紗線在較低的捻度和扭矩條件下獲得較好的強力和柔軟性[1-3]。低扭矩紡紗技術的應用可顯著改善紗線的殘余扭矩，提高織物手感柔軟度與織物表面平整光潔度，給予消費者更加舒適的穿著體驗。同時該技術可有效降低生產過程中的能耗，并通過紗線捻系數的降低獲得產量的提高，能夠滿足工業大規模生產的需求[4-5]。因而該紡紗技術的研發與推廣具有較高的產業應用價值，市場前景可觀。

香港理工大學最早將低扭矩紗技術成果推向市場，為實現該技術在國內市場的拓展，成立了渡茂紡織技術有限公司，但因專利技術壁壘問題該技術未能在棉紡企業大面積推廣[4,6]。如今低扭矩環錠紡紗技術經過了十幾年的研究和發展，山星紡機實業有限公司、德昌精密紡織機械有限公司等也相繼推出了低扭矩紡紗技術。因此本文將對目前各不同低扭矩環錠紡紗設備的開發現狀進行分析，比較分析相應設備的投資成本，并就低扭矩技術推廣與應用提出努力方向，這有助于提升低扭矩環錠紡在紗線加工領域的市場份額。

1　低扭矩環錠紡加工設備應用現狀

1.1　基于羅拉式假捻的低扭矩紗加工

基于羅拉式假捻的低扭矩紡紗加工技術是指利用羅拉的回轉，導致紗線因摩擦驅動力向切向滾動，從而使紗條獲得相應假捻，最終降低紗線扭矩的一種紡紗技術，其設備裝置見圖1。該設備通過輪盤轉動帶動羅拉回轉而使紗線與羅拉表面產生摩擦，紗線因摩擦驅動力向切向滾動，從而獲得假捻[7]。羅拉假捻裝置位于前羅拉與原導紗鉤之間位置，可安裝在目前各類細紗機上，單錠獨立驅動、結構簡單、占用空間小、制造成本低，并將葉子板上下翻轉功能應用到加捻裝置的開關上，在接頭、落紗等方面操作較快捷；同時采用V型槽導向瓷代替導紗鉤，利用V型槽的兩側擋板來防止紗線產生圓周跳動，從而保持繞紗張力穩定。假捻裝置的回轉縮小了加捻三角區面積，減少了紗線毛羽數量，也增強了紡紗過程紗線張力穩定性，減少細紗斷頭數量，相應紗線扭應力在一定程度上得到降低，但降低效果并不夠顯著，且存在扭應力下降，紗線強力相應幅度下降的問題，這限制了其在色紡紗加工領域的應用。因此，配制緊密器解決上述弊端是未來重要的發展方向。此外該設備的假捻裝置采用單錠驅動，涉及相應的零配件較多，增加了后續設備維護強度，且對各錠間紗線加工過程穩定性造成影響，不利于成紗質量穩定。

圖1　基于羅拉式假捻的低扭矩裝置

1.2　基于單龍帶式假捻的低扭矩紗加工

基于單龍帶式假捻的低扭矩紡紗加工技術是指利用單龍帶傳動使紗條回轉，并獲得假捻，最終使紗線扭矩降低的一種紗線加工技術，其設備裝置如圖2所示。該設備在前羅拉與導紗鉤之間引入單龍帶假捻器，控制龍帶朝某一方向運動，給須條一個強假捻，增加須條的抱合力，使機器高速運轉成為可能；同時使前羅拉到導絲鉤之間的紗線斷頭率大大減小。最后須條經導紗鉤在鋼絲圈的帶動下加捻卷繞形成管紗。假捻器龍帶擁有大抗拉強度,極小伸長、高耐磨、低靜電、良好曲撓性、大傳動功率等特點。要適應線速度為25 m/s的環錠細紗機，必須要求龍帶接頭光潔，且具有高的接頭強度[8]。若接頭不良，會對機件和龍帶造成損壞。基于單龍帶式假捻的低扭矩技術常與緊密紡技術(如緊密賽絡紡)相結合，以確保紗線品質穩定。在正常織造用強力下，采用精梳棉紡紗，與常規針織紗捻系數相比，該設備可使紗線捻系數下降22%～35%，捻線數下降幅度隨紗線線密度增加而增加，對58.3 tex紗線，最低捻系數可降至180。紗線加工過程，低捻高速生產將使紗線產量增加，且有利于噸紗單位產量的功耗降低，但隨紗線線密度減小，紗線的斷頭率也快速增加(如14.6 tex紗線斷頭率是普通環錠紡的1.2～1.5倍，11.7 tex紗線斷頭率是普通環錠紡的1.4～2.0倍)，對紗線加工效率提升產生負面影響。

圖2　基于單龍帶式假捻的低扭矩裝置

1.3　基于雙皮帶假捻的低扭矩紗加工

基于雙皮帶假捻的低扭矩紡紗加工技術是指在傳統環錠細紗機前羅拉和導紗器之間安裝一個采用上下兩條皮帶的假捻裝置對紗線進行假捻，其加工過程如圖3所示，該技術最早由香港理工大學陶曉明教授提出。紗線從前羅拉出來穿過導紗器，經過上皮帶的外表面以及下皮帶的內表面，分別與其相互作用產生摩擦力，上下兩條皮帶以相同的速率反向運行，形成兩個假捻點，由此對紗線產生扭矩，使其獲得假捻。皮帶與紗線輸送之間的速率比，紗線與皮帶間的接觸角(即紗線與上皮帶和下皮帶表面之間的摩擦力)是影響假捻效率的主要因素，通過這兩因素的控制可調節不同的紗線殘余扭矩，以獲得不同性能的低扭矩紗。

圖3　基于雙龍帶假捻的低扭矩紗加工過程示意

該裝置采用兩個假捻點，假捻效率明顯高于僅有一個假捻點的單龍帶假捻裝置，生產效率高，能夠提高紡紗三角區纖維束的強度，降低普通原料的紡紗斷頭率，保證較低捻系數下正常紡紗，能夠滿足紡織工業中大規模生產的商業需求。目前，渡茂紡織技術有限公司著手推廣該技術。該技術可實現比環錠紗正常捻度低25%～40%捻度的5.8～83.3 tex單紗規模生產，相應實現25%～40%的產量提高；生產的紗線擁有羊絨般手感，且具有低捻、高強、毛羽少，織物蓬松、歪斜少等優點。但因采用上下兩皮帶，為紗線接頭和落紗帶來不便，且裝置功耗較大，實行技術封鎖，如5萬紗錠規模以內的10年授權總費用高達200萬元人民幣的，投資成本較高，使其推廣應用受到阻礙。

2　低扭矩環錠紡加工設備投資成本分析

低扭矩設備的投資成本主要包括設備折舊成本、設備保養、專利及維護成本、生產功耗成本等。假定設備年運行時間350 d，每天實際運行22 h，且國產設備的折舊年限按10年折舊，年折舊率為10%，殘值設備按10%計算；以每年每萬錠為基準，就山星紡機實業有限公司(簡稱山星紡機)[7]、德昌精密紡織機械有限公司(簡稱德昌紡機)、渡茂紡織技術有限公司(簡稱渡茂紡織)[9]的低扭矩紡紗設備運行、維護費用及投資成本作分析比較，見表1所示。

表1　低扭矩紡紗裝置投資成本對比分析

山星紡機低扭矩紡紗設備維護與保養主要體現在緊密器、膠圈、軸承、傳送帶等相關部件上，德昌紡機低扭矩紡紗設備維護與保養主要體現在龍帶更換，渡茂紡織低扭矩紡紗設備維護與保養主要體現在皮帶更換。由表1可知，渡茂紡織的低扭矩紡紗設備投資成本是國內三家投資生產低扭矩紗中最高的，是山星紡機投資成本的2.19倍，德昌紡機投資成本的2.64倍，專利及維護費獨有，此外其投資總額、裝置功耗、設備保養費、都遠高于其余兩家。因此，盡管低扭矩設備能帶來一定產量增值，但不菲的低扭矩紡紗裝置投資成本包括專利使用費仍是阻礙低扭矩紡紗技術在國內推廣的一大因素。

3　低扭矩環錠紡紗加工技術的發展思考

低扭矩紡紗技術也稱作假捻紡紗技術，與普通紡紗技術相比具有低捻度、低扭矩、低能耗、高產能、高柔軟性等優點，因而逐漸被棉紡企業重視，但其在國內的產業化推廣仍然受到設備、技術、生產質量及市場需求等方面限制。就目前來講，棉紡企業就低扭矩紡紗設備的前期投入資金相對較大，且生產過程還需要持續對假捻元器件等增加機構進行維護保養，這將增加噸紗生產成本。而其投資效益主要來源于生產中產量增產、能耗節省以及所得產品對外銷售的附加值增量。目前因低扭矩紗生產過程質量控制不夠穩定、消費者對低扭矩紗終端產品認可度不高導致產品附加值增幅不明顯，假捻元器件損壞維護的持續投入等因素使得投資回報不可控，最終導致企業投資熱情下降。

如何進一步通過假捻原理的探索，改進與完善現有假捻裝置，合理配置假捻工藝參數，降低設備損耗，提升低扭矩紗的加工過程穩定性，拓展假捻技術在本色與色紡紗領域的應用，實現紗線的低捻高速生產，降低設備投入與運行成本，降低紗線加工過程能耗，并提升紗線產能；同時強化低扭矩紗線品種開發與后道特色產品應用研究，充分發揮低扭矩紗線的性能特點，實現低扭矩紗線的附加值提升，最終達到降低低扭矩紡紗技術的投資成本，提高加工過程與產品效益，實現低扭矩紡紗技術繁榮發展。

4　結　語

目前國內引進或自主研發低扭矩紡紗加工技術的廠家相對較少，其加工設備的規模化產業應用還處于起步階段，技術推廣主要受到設備投資成本、專利技術壁壘、生產質量以及市場需求等限制。未來降低低扭矩紡紗的投資成本，提高產品質量與加工效益將會是低扭矩紡紗技術的重要發展方向。隨著人們消費觀念的轉變及對服裝柔軟舒適性的追求，不可否認，低扭矩紡紗的發展具有較大潛力空間。同時隨著技術的逐步成熟發展，低扭矩紡紗的投資成本也會相應的下降，柔軟織物的生產會獲得進一步的擴大和發展，從而實現在國內的產業化快速推廣。