噴氣渦流紡噴嘴噴孔參數的分析

摘要：噴氣渦流紡是利用噴嘴內高速氣流的旋轉對纖維加捻成紗的設備，為了分析噴嘴的結構參數對成紗質量的影響，選擇噴嘴的噴孔直徑d為0.5 mm，分別在不同噴孔數量n（5，6）及不同噴孔角度θ（60°，65°，70°，75°，80°）下，在新型渦流紡紗機上對粘膠原料進行紡紗實驗。實驗結果得到了噴孔最優結構參數：噴孔孔徑×數量φ0.5×5;噴孔角度70°。

關鍵詞：噴氣渦流紡;噴嘴;噴嘴參數

中圖分類號：TS104.72文獻標志碼：B文章編號：1009-265X（2020）01-0094-03Analysis of Jet Orifice Parameters of Airjet Vortex Spinning Nozzle

REN Yubin

Abstract：Airjet vortex spinning is a device for twisting fiber into yarns via the revolving jet stream in the nozzle. To study the influence of the nozzles structure parameters on yarn quality， spinning test was conducted with nozzles jet orifices of a diameter d of 0.5 mm， different quantities n（5， 6） and different angles θ（60°， 65°， 70°， 75°， 80°） on a new type of vortex flow spinner with viscose materials. The test obtained the optimal structure parameters of jet orifice： orifice diameter × quantityφ0.5×5， orifice angle 70°.

Key words：airjet vortex spinning; nozzle; jet orifice parameters

噴氣渦流紡是在噴氣紡基礎上發展起來的一種全新的紡紗方法，屬于不完全自由端紡紗，由棉條直接喂入，在噴嘴內渦流作用下氣流旋轉加捻成紗[1]。這種紡紗技術是充分利用了氣流對纖維的作用規律，有效提高了紗線質量[2]。在渦流紡紗中渦旋氣流的形成及對紗線的加捻作用都是在噴嘴內完成的。因此，噴嘴是噴氣渦流紡的關鍵部件，噴嘴對紡紗使用的纖維原料、產品質量乃至紡紗過程都有直接的影響，因而對噴嘴的參數分析很有必要[3]。噴氣渦流紡的噴嘴對紡紗原料的性能是有要求的，不同的原料所適用的噴嘴參數是不同的，目前，噴氣渦流紡的常用原料是粘膠纖維，也是在噴氣渦流紡上應用最廣泛的纖維[4]。本實驗采用的紡紗原料為粘膠纖維1.3 dtex×38 mm。噴氣渦流紡的紡紗速度對紗線質量是有影響的，紡紗速度為380 m/min。試驗機型為No.861噴氣渦流紡紗機。

1噴氣渦流紡的紡紗原理

噴氣渦流紡紗以噴嘴為加捻部件，如圖1所示。在噴嘴內部，噴孔的下游，有一個空心錠子，高速氣流經噴孔噴射進入到噴嘴內部，形成高速旋轉氣流。纖維須條中的纖維頭端以高速進入錠子小孔，而尾端則脫離了前羅拉的控制，從紗線中分離出來，形成了自由端纖維，在氣流的軸向作用下，倒伏在空心錠子的錐面上[5]，在氣流的切向作用下，中心纖維按照一定方向纏繞，加捻成紗，并隨著紗線的輸出，形成了外觀類似于環錠紡的螺旋真捻結構，這種紗具有由纖維頭端構成的平行（芯）組分和纖維尾端構成的（外）螺旋包纏組分這兩部分。然后由芯子輸出，再卷繞成筒紗。

2噴嘴噴孔參數的優化

噴孔參數對氣流的作用影響很大，直接影響成紗質量[6]，本文通過紡紗實驗分析噴氣渦流紡紗噴嘴噴孔主要特征參數的變化對紗線的影響，為合理設計噴嘴結構及優化工藝參數提供依據。噴嘴的噴孔參數有：噴孔數量n、噴孔角度θ、噴孔直徑d。圖2所示為噴嘴示意圖及主要特征參數。

選擇噴孔直徑d=0.5 mm，噴孔角度θ為60°，65°，70°，75°，80°，噴孔數量n（5，6）分別進行單因子紡紗實驗，測試紗線質量，優化一種噴嘴方案。紡制品種：R19.7 tex;喂入棉條重量：17.5 g/5 m;喂入棉條質量指標：條干CV%值3.3%，1 m棉條重量不勻率0.5%;紡紗工藝：紡紗速度380 m/min，噴孔壓縮空氣壓力0.55 MPa，總牽伸173，主牽伸30，后牽伸3，羅拉隔距41×45 mm，紡錠到前羅拉距離20 mm。

從圖3可以看出，單紗強度隨著角度的增加有所增強，在70°時，單紗強力值最高，后略有下降;單強不勻率的變化狀況為：增高、降低、維持、升高;條干不勻率的變化為先降低后升高;斷裂伸長率為先降低，然后升高，最后降低。當d=0.5，n=5時噴孔角度θ在70°～75°時紗線的質量較好。原因是紗線包纏的情況影響著紗線單強不勻率，在不考慮壓縮空氣的壓力變化時，當噴孔數量較多時，氣流對紗線的控制較好，包纏的情況較好。n=5時，在角度進行變化時，單強不勻率波動較小，但在噴孔角度為70°左右時，n=5的單強不勻率比較穩定，原因是氣流從噴孔進入后，氣流速度分為3個速度分量，圖3d=0.5，n=5時噴孔角度θ對紗線質量的影響

分別為沿錠子孔中心的軸向氣流速度分量;沿孔壁的切向速度分量;向錠子中心的徑向速度分量。當角度較大時，切向速度和徑向速度增大，軸向氣流速度減小，紗線包纏的更緊密，紗線表現較硬，其斷裂伸長率降低，紗線易斷裂。但當角度繼續增大時，一些本應該被軸向氣流帶走的短纖維也被包纏成紗，這樣就會使得單強不勻率增大;當角度降低時，軸向氣流速度變大，而切向、徑向氣流速度變小，當超過一定的角度后，將會造成包纏纖維包纏不夠緊密，甚至纖維數量減少，造成單強不勻率增大。

圖4為d=0.5，n=6時噴孔角度θ對紗線質量的影響。可以看出，單紗強度隨著角度的增加有所增強，在70°～80°時，單紗強力值較高;單強不勻率的變化狀況為：增高、降低、升高;條干不勻率的變化為先降低、后升高;斷裂伸長率為先升高，然后降低，最后降低。當d=0.5，n=6時噴孔角度θ在70°～80°時紗線的綜合質量較好。原因是當噴孔數量增多后，氣流對紗線的作用力更加穩定，單強不勻率有所改善，在70°～80°時，紡紗質量基本與d=0.5，n=5時在70°～75°紡紗質量相當。圖4d=0.5，n=6時噴孔角度θ對紗線質量的影響

分析以上試驗數據，可以看出，a）d=0.5，θ=70°，n=5;b）d=0.5，θ=75°，n=5;c）d=0.5，θ=70°，n=6;3組參數下紡制的紗線質量數據較好，進一步對比3種參數下的紡紗，優選出最優的參數。紡紗實驗數據如表1。

由表1可見，參數為d=0.5，θ=70°，n=5的噴嘴紡制的紗線指標優于其余兩項參數噴嘴紡制的紗線質量指標。

3結語

通過紡紗試驗，可以得到該噴嘴在高速紡制粘膠纖維的最優結構參數是：噴孔孔徑×數量;φ0.5×5;噴孔角度：70°。然而渦流紡紗的工藝參數不僅僅由噴嘴承擔，還包括針固定器，錠子，引紗管等關鍵結構件，本文僅對噴嘴的結構參數進行了分析，具有一定的局限性，今后將綜合分析各個構件，進行系統的分析探討。參考文獻：

[1] 尚珊珊，郁崇文.噴氣渦流紡渦流管噴孔工藝的實驗研究[J].紡織學報，2013，34（6）：34-39.

[2] 陳彩虹，陳洪立.噴氣渦流紡噴孔數量對噴嘴內流場的影響[J].輕工機械，2017，35（1）：64-66.

[3] 胡碧玉，陳晨，郁崇文.噴氣渦流紡滌綸/粘膠混紡紗的工藝及產品性能[J].現代紡織技術，2012，20（1）：11-15.

[4] 陳春義，顏國華.MVS861噴氣渦流紡紗機紡制CJ11.7tex紗的生產實踐[J].現代紡織技術，2010，18（5）：18-21.

[5] 周平.VORTEX 861噴氣渦流紡適紡品種與噴嘴結構的關系[J].現代紡織技術，2010，18（5）：16-17.

[6] 章友鶴，趙連英.關于科學應用噴氣渦流紡技術的探討[J].現代紡織技術，2011，19（6），38-41.

[7] 邢明杰.噴氣渦流紡成紗原理及其應用[D].上海：東華大學，2007.

收稿日期：2018-03-21網絡出版日期：2018-11-12

作者簡介：任玉斌（1975-），男，陜西咸陽人，工程師，主要從事紡織機械方面的研究。