摘  要：探討麻纖維的高效短流程紡紗問題。對(duì)比了棉、毛、麻紡等紡紗系統(tǒng)的流程和效率?；诶碚摲治龊蛯?shí)際紡紗結(jié)果，分析了纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗條干和強(qiáng)伸性的影響。通過紡紗實(shí)例，對(duì)比了不同長(zhǎng)度麻纖維紡紗后的成紗質(zhì)量，提出了用棉型紡紗系統(tǒng)對(duì)麻切斷纖維進(jìn)行紡紗。認(rèn)為：過長(zhǎng)的纖維會(huì)導(dǎo)致加工流程變長(zhǎng)和生產(chǎn)效率變低；纖維達(dá)到一定長(zhǎng)度后，纖維長(zhǎng)度增加對(duì)成紗質(zhì)量的影響已不顯著；適當(dāng)短的纖維有利于簡(jiǎn)化紡紗流程和改善成紗質(zhì)量；將麻纖維長(zhǎng)度控制在棉纖維的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，完全可在棉紡設(shè)備上進(jìn)行紡紗，從而利用棉紡設(shè)備來改造和提升麻紡的裝備和技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：麻纖維；棉型紡紗；纖維長(zhǎng)度；紡紗效率；成紗質(zhì)量

 

麻纖維是所有從植物韌皮或葉片中提取的纖維的統(tǒng)稱，包括苧麻、亞麻、漢麻等。我國有豐富的麻類纖維資源，也是麻紡織的最大生產(chǎn)國。但是，多年來我國麻紡的生產(chǎn)技術(shù)和裝備沒有實(shí)質(zhì)性的突破和革新，麻紡企業(yè)的設(shè)備陳舊，麻紡工藝路線依然延續(xù)著原有的形式，流程長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、自動(dòng)化程度低，用工多。與先進(jìn)的棉紡生產(chǎn)工藝和裝備相比，差距持續(xù)擴(kuò)大?！吨袊榧徔椥袠I(yè)“十四五”發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，應(yīng)加強(qiáng)紡織機(jī)械關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)與應(yīng)用，積極創(chuàng)造條件倡導(dǎo)跨界融合。因此，利用棉紡的先進(jìn)裝備與技術(shù)，來升級(jí)改造麻纖維的紡紗加工，不啻為突破麻紡現(xiàn)有裝備局限，加快麻紡行業(yè)技術(shù)發(fā)展的有效途徑^[1]。

1麻紡與棉紡的紡紗流程對(duì)比

棉紡、毛紡、麻紡（主要包括苧麻紡、亞麻紡）等紡紗系統(tǒng)，盡管它們的紡紗原理一致，都是要將紊亂、無序的纖維集合體（纖維團(tuán)、纖維束）進(jìn)行有序排列，形成紗條。但由于各種纖維的性能不同，尤其是纖維長(zhǎng)度的不同，導(dǎo)致了各種紡紗系統(tǒng)的裝備不同。

其中，棉纖維長(zhǎng)度短，纖維間的長(zhǎng)度差異小，一般用普梳系統(tǒng)就能完成紡紗，其流程簡(jiǎn)短，常規(guī)流程：清梳聯(lián)→梳棉→并條（2道）→粗紗→細(xì)紗。

而苧麻、亞麻和毛由于纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)，纖維間的長(zhǎng)度差異很大，難以直接采用普梳，不得不先采用流程較長(zhǎng)的精梳系統(tǒng)。在精梳過程中，長(zhǎng)的纖維進(jìn)入精梳條，進(jìn)行精紡，短的纖維被梳下成為落麻、落毛，平均長(zhǎng)度在30mm~50mm，再由其他紡紗系統(tǒng)（大多是棉紡）進(jìn)行紡紗。

以精梳紡紗為例，棉、毛、苧麻和亞麻短麻（濕紡）的精梳紡紗流程如下：

棉（長(zhǎng)度約30mm~37mm）：開清→梳棉→預(yù)并→條并卷→精梳→并條→粗紗→細(xì)紗。

毛（長(zhǎng)度約70mm~90mm）：和毛→梳毛→針梳（并條）（3道）→精梳→針梳（4道~5道）→粗紗→細(xì)紗。

苧麻（長(zhǎng)度約110mm~120mm）：開松→梳麻→預(yù)并→針梳→精梳→(并條→復(fù)精梳→)針梳（4道）→粗紗（1道~2道）→細(xì)紗。

亞麻（濕紡，機(jī)器短麻，長(zhǎng)度100mm~120mm）：開松→梳麻→預(yù)并→針梳→精梳→針梳（4道）→粗紗→煮漂→細(xì)紗→干燥。

可見，相較于較短的棉纖維，毛、苧麻、亞麻等長(zhǎng)纖維的紡紗流程顯著增加，尤其是并條的道數(shù)成倍增加，這是由于纖維長(zhǎng)度短，易梳理、易伸直，便于進(jìn)行有序排列，因此只需要較短的并條工序就能完成纖維在紗條中的伸直平行和有序排列。而亞麻濕紡更由于細(xì)紗車間濕度大，勞動(dòng)環(huán)境差。

2麻紡與棉紡的紡紗效率對(duì)比

麻紡系統(tǒng)的紡紗效率遠(yuǎn)不及棉紡系統(tǒng)，一是由于麻紡流程長(zhǎng)、工序多；二是麻紡紡紗系統(tǒng)設(shè)備的加工速度慢，造成用工多、效率低。以精梳機(jī)為例，精梳是依靠錫林梳理纖維叢，再由分離拔取羅拉將錫林梳理好的纖維輸出，在輸出的同時(shí)由頂梳對(duì)錫林未能梳到的纖維層尾端進(jìn)行梳理。由于麻纖維的長(zhǎng)度長(zhǎng)，故錫林梳理和分離拔取的纖維叢都比較長(zhǎng)，因此，精梳在梳理長(zhǎng)纖維時(shí)需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，造成生產(chǎn)效率低，速度慢。目前，麻紡系統(tǒng)的精梳機(jī)錫林速度最高僅為200鉗次/min左右，而棉紡系統(tǒng)精梳機(jī)的錫林速度已普遍達(dá)到400鉗次/min~500鉗次/min，最高可到600鉗次/min，且棉紡精梳機(jī)每臺(tái)有8個(gè)眼（現(xiàn)在最新的已有12個(gè)眼），輸出的8根精梳條在精梳機(jī)上直接進(jìn)行并合牽伸，因此，棉精梳機(jī)還兼有并條機(jī)的功能，可以節(jié)省后續(xù)的并條道數(shù)。而麻紡的精梳機(jī)僅為單眼，其臺(tái)時(shí)產(chǎn)量?jī)H10kg~12kg，遠(yuǎn)低于棉紡精梳機(jī)60kg~100kg的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量。

同樣，由于麻纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)，且長(zhǎng)度不勻大，在并條牽伸過程中往往采用針板來控制纖維在牽伸區(qū)中的運(yùn)動(dòng)。而針板在牽伸區(qū)中有周期性的插入、脫離纖維須條的運(yùn)動(dòng)，因此，針板周期性的插入、脫離纖維須條的運(yùn)動(dòng)既帶來了對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)控制力的周期變化，影響條干均勻度，又限制了針梳機(jī)速度的提高，目前針梳機(jī)的輸出速度僅60m/min~80m/min，遠(yuǎn)低于棉紡并條機(jī)400m/min~600m/min的中位數(shù)速度。麻紡與棉紡各工序的加工速度對(duì)比見圖1。

  

圖1麻紡和棉紡各紡紗工序效率對(duì)比

可見，采用棉紡系統(tǒng)紡制麻紗，不僅可以大幅縮短紡紗流程，還能顯著提高生產(chǎn)效率。此外，棉紡系統(tǒng)設(shè)備更為先進(jìn)和智能，自動(dòng)化程度高，如并條機(jī)的自動(dòng)換筒、精梳小卷的自動(dòng)運(yùn)輸和換卷、粗紗的自動(dòng)落紗、粗細(xì)聯(lián)、細(xì)絡(luò)聯(lián)，以及絡(luò)筒的自動(dòng)運(yùn)輸?shù)龋菧p少了大量用工，提高了產(chǎn)能。

3纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗質(zhì)量的影響

如上所述，纖維性能的差別，主要是纖維長(zhǎng)度，決定了其采用的紡紗系統(tǒng)。因此，要想采用棉紡系統(tǒng)紡麻纖維，首先必須使麻纖維的長(zhǎng)度與棉纖維相當(dāng)，即要將麻纖維按棉型纖維的長(zhǎng)度切短。

纖維長(zhǎng)度不僅反映纖維本身的品質(zhì)與性能，也是確定紡紗加工工藝參數(shù)的先決條件，直接影響纖維的加工性能和使用價(jià)值。纖維的長(zhǎng)度還將對(duì)成紗質(zhì)量產(chǎn)生影響。成紗條干和強(qiáng)伸性是紗線質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)^[2]，可通過分析纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗條干和強(qiáng)伸性的影響判斷纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗質(zhì)量的影響。

3.1纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗不勻的影響

成紗條干主要受兩方面的影響，一是纖維的幾何特征（長(zhǎng)度、細(xì)度）具有離散性，二是纖維在紗條中的位置分布不勻。前者取決于纖維本身的特性，后者較大程度上取決于紡紗加工設(shè)備及加工部件對(duì)纖維的控制等非隨機(jī)性因素，如機(jī)械波引起的不勻、牽伸區(qū)內(nèi)浮游纖維變速點(diǎn)分布所引起的不勻等^[3-5]。但最終紗條的均勻度取決于纖維在紗條中的排列^[6]。

SUHMW^[7]根據(jù)纖維在紗條中的隨機(jī)排列推導(dǎo)出纖維長(zhǎng)度與成紗條干CV的關(guān)系，結(jié)果表明，成紗條干CV將隨纖維長(zhǎng)度的增加而有所惡化，該結(jié)論在許多實(shí)例中得到證實(shí)^[8-9]。

實(shí)際上，紗條由纖維排列而成，因此，研究紗條的不勻，其實(shí)就是研究纖維在紗條中的排列。纖維在紗中的排列具有一定的隨機(jī)性，受纖維幾何特征，尤其是纖維長(zhǎng)度的影響。姜展等^[10]在前人的基礎(chǔ)上，采用MonteCarlo方法模擬了纖維在紗條中的隨機(jī)排列，從而計(jì)算出不同纖維排列下紗條的條干不勻，揭示了纖維長(zhǎng)度l對(duì)紗條干CV的影響。根據(jù)纖維在紗條中排列計(jì)算的結(jié)果（圖2^[11]），紗條的條干CV隨纖維長(zhǎng)度的增加而增加，當(dāng)纖維長(zhǎng)度大于一定數(shù)值后，纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗條干CV的影響趨于平緩。可見，纖維長(zhǎng)度越長(zhǎng)，成紗的條干CV越差，這與SUHMW的理論結(jié)果一致。同時(shí)，纖維長(zhǎng)度過長(zhǎng)，不利于纖維的有序排列，因而導(dǎo)致長(zhǎng)纖維的紡紗流程（尤其是并條工序道數(shù)）的增加。

  

圖2不同纖維長(zhǎng)度下的成紗條干CV

GUANS^[12]將長(zhǎng)苧麻纖維切斷成不同長(zhǎng)度的短纖維，并在棉紡系統(tǒng)中進(jìn)行加工，結(jié)果如表1所示。

表1不同切斷長(zhǎng)度的苧麻纖維對(duì)成紗均勻度的影響

  

從表1可見，苧麻的切斷長(zhǎng)度越長(zhǎng)，則其成紗條干不勻總體呈增大趨勢(shì)，這與文獻(xiàn)^[13-15]的結(jié)果一致。

故在實(shí)際紡紗中，適當(dāng)縮短纖維長(zhǎng)度，有利于纖維有序排列，縮短紡紗（主要是并條）道數(shù)，提升成紗均勻度。

3.2纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗強(qiáng)度的影響

一般認(rèn)為，紗條斷裂時(shí)，紗條中的纖維一部分?jǐn)嗔眩硪徊糠謩t是滑脫。顯然，斷裂的纖維是把自己的承載能力完全貢獻(xiàn)，而滑脫的纖維則只是對(duì)紗的強(qiáng)力貢獻(xiàn)了遠(yuǎn)小于其承載能力的摩擦力。纖維滑脫的原因是纖維間的接觸長(zhǎng)度或面積小，相互結(jié)合不牢固。紗中每根纖維的受力狀態(tài)都會(huì)有所不同，因而每根纖維斷裂時(shí)的臨界滑脫長(zhǎng)度lc也不相同。纖維長(zhǎng)度為l，紗截面纖維根數(shù)為n時(shí)，滑脫部分的纖維根數(shù)ns=n（2lc/l）^[15]?？梢?，滑脫的纖維根數(shù)隨纖維長(zhǎng)度的增大逐漸減少，同時(shí)減少的趨勢(shì)逐漸趨于平緩。

成紗斷裂強(qiáng)力與纖維長(zhǎng)度和臨界滑脫長(zhǎng)度的關(guān)系如圖3所示^[15]。在相同纖維長(zhǎng)度下，臨界滑脫長(zhǎng)度越大，單紗斷裂強(qiáng)力越??；隨著纖維長(zhǎng)度的增加，單紗斷裂強(qiáng)力繼續(xù)增加的程度趨于平緩，與上述分析一致。

  

圖3成紗斷裂強(qiáng)力與纖維長(zhǎng)度和臨界滑脫長(zhǎng)度的關(guān)系

但是，相比于平均長(zhǎng)度，纖維的長(zhǎng)度不勻或者短纖維率對(duì)成紗強(qiáng)力有更大的影響^[16]，因?yàn)槎汤w維率的存在，減少了纖維間的抱合，使紗條的強(qiáng)力出現(xiàn)弱環(huán)，從而降低成紗強(qiáng)力。而切斷麻的短纖維率和長(zhǎng)度不勻率通常較小，可以在一定程度上彌補(bǔ)因纖維長(zhǎng)度縮短而導(dǎo)致的成紗強(qiáng)力降低。另有文獻(xiàn)^[17]探索了捻系數(shù)（x1）與棉纖維性能如纖維短絨率（x2）、馬克隆值（x3）、纖維強(qiáng)度（x4）和纖維長(zhǎng)度（x5）對(duì)棉紗強(qiáng)力的影響，其成紗強(qiáng)力的回歸關(guān)系式y=-1.61根10-4x12+0.146x1-1.093x2-3.043x3+0.199x4-6.052?？梢姡w維的長(zhǎng)度x5沒有體現(xiàn)在關(guān)系式中，說明其對(duì)成紗強(qiáng)力的影響不顯著，纖維的短絨率對(duì)成紗強(qiáng)力有更大的影響。

4高效短流程紡紗實(shí)例

4.1苧麻切斷纖維的棉型紡紗實(shí)踐

苧麻采用麻紡系統(tǒng)紡紗的流程：（原麻）→脫膠→開松→梳麻→預(yù)并（2道）→初精梳→針梳→復(fù)精梳→針梳（4道）→粗紗→細(xì)紗。

苧麻采用棉型紡紗的流程^[18]：棉型切斷（原麻）→脫膠→切斷→開松→梳麻→預(yù)并（2道）→精梳→并條（2道）→粗紗→細(xì)紗。

可見，采用棉紡路線，流程短、效率高，還可避免因復(fù)精梳工序?qū)е碌木崧渎?，?jié)約原料。

采用不同切斷長(zhǎng)度的苧麻精干麻在棉紡設(shè)備上紡27.8tex紗，并與長(zhǎng)麻紡得到的紗進(jìn)行質(zhì)量對(duì)比，纖維長(zhǎng)度與成紗質(zhì)量的關(guān)系見表2^[19]。

表2苧麻精梳紗質(zhì)量對(duì)比

  

由表2可以得出，相較于長(zhǎng)麻紡，棉型切斷紡紗得到的麻紗斷裂強(qiáng)度較苧麻的長(zhǎng)麻紗低，但強(qiáng)度不勻也顯著低，且條干不勻更小。

4.2亞麻的棉型紡紗實(shí)踐

亞麻的機(jī)短經(jīng)過精細(xì)化（或棉型化）處理后，可采用棉型設(shè)備對(duì)其進(jìn)行紡紗，以獲得細(xì)號(hào)、高品質(zhì)和用途廣泛的紗。一般情況下，亞麻棉型紡紗多采用普梳，紡紗具體流程^[20-21]：精細(xì)化麻（棉型）→清梳聯(lián)→并條（2道）→粗紗→細(xì)紗（賽絡(luò)集聚紡），或：精細(xì)化麻（棉型）→清梳聯(lián)→并條（2道）→轉(zhuǎn)杯紡。

亞麻干紡紗與相同規(guī)格的亞麻長(zhǎng)麻紡和短麻紡濕紡紗的成紗質(zhì)量對(duì)比如表3^[22]所示。

表3亞麻成紗質(zhì)量對(duì)比

  

對(duì)比成紗質(zhì)量，干紡紗的條干均勻度優(yōu)于濕紡紗。干紡紗強(qiáng)度雖低于濕紡紗，但強(qiáng)度不勻優(yōu)于濕紡紗，伸長(zhǎng)率遠(yuǎn)大于濕紡紗，斷裂功與濕紡紗的相當(dāng)。而研究表明^[23]，與強(qiáng)力相比，斷裂功與織機(jī)效率的相關(guān)性更強(qiáng)，能更好反映紗的抗破壞性。因此，干紡紗雖強(qiáng)力低，但斷裂功高、強(qiáng)不勻低，能滿足后續(xù)加工和使用要求。

5結(jié)語

通過分析和實(shí)例可得出，纖維長(zhǎng)度過長(zhǎng)會(huì)造成紡紗工序的增加，適當(dāng)縮短麻纖維的長(zhǎng)度有利于降低成紗不勻，且成紗強(qiáng)度能滿足應(yīng)用要求。因此，將麻纖維長(zhǎng)度控制在棉型范圍內(nèi)，可利用棉紡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)麻的高效短流程紡紗，不僅有利于克服傳統(tǒng)麻紡工藝流程長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)環(huán)境差等弊端，降低碳排放，還有利于改善成紗質(zhì)量。

 

參考文獻(xiàn)

[1]滕卉榮.麻紡產(chǎn)業(yè)打造技術(shù)創(chuàng)新新生態(tài)[N].中國紡織報(bào),2022-01-10(4).

[2]郁崇文.紡紗學(xué)[M].北京:中國紡織出版社,2019.

[3]YAN G,YU C.The influence of fiber length distribution on the accelerated points in drafting: a new perspective on drafting process[J].Fibers and Polymers,2009,10(2):217-220.

[4]LIN Q,OXENHAM W,YU C.Effect of accelerated point distribution on sliver irregularity Part I:characterization of accelerated point distribution[J].Journal of the Textile Institute,2012,103(5):549-557.

[5]LIN Q,OXENHAM W,YU C.Effect of accelerated point distribution on sliver irregularity.Part II: optimization on draft settings in two-zone roller drafting system[J].The Journal of The Textile Institute ,2012,103(5):1-7.

[6]JIANG Z,KUANG X,YANG J,et al.Simulation on Fiber Random Arrangement in the Yarn Part II: Joint Effect of Fiber Length and Fineness Distribution[J].The Journal of The Textile Institute ,2017,108(3):347-352.

[7]SUH M W.Probabilistic Assessment of Irregularity in Random Fiber Arrays-Effect of Fiber Length Distribution on Variance-length Curve [J].Textile Research Journal,1976,46(4):291-298.

[8]董澤文,楊建平,郁崇文,等.芳砜綸纖維長(zhǎng)度對(duì)成紗質(zhì)量的影響[J].棉紡織技術(shù),2010(3):14-17.

[9]賈博深, 匡祝芳.切段精干麻預(yù)處理的生產(chǎn)實(shí)踐[J].苧麻紡織科技,1990(4):19-24.

[10]姜展,孫娜,楊建平,等.基于臨界滑脫長(zhǎng)度的短纖紗斷裂強(qiáng)力計(jì)算[J].紡織學(xué)報(bào),2017,38(2): 60-67.

[11]郁崇文,匡雪琴,黃晶.纖維的長(zhǎng)度特征對(duì)成紗的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2013,34(6):126-130.

[12]GUAN S,ZHONG H,YANG J,et al.Study on the processing of stretch-broken ramie yarns in a cotton spinning system[J].Textile Research Journal ,2017 ,87(16):2018-2027.

[13]上海紡織科學(xué)研究院.滌麻中長(zhǎng)纖維紡紗研究報(bào)告[J].苧麻紡織科技,1979(2):39-47.

[14]黃晶,李興高,劉秀梅,等.苧麻牽切紡紗與常規(guī)紡紗質(zhì)量對(duì)比[J].中國麻業(yè)科學(xué),2011,33(4):210-213.

[15]JIANG Z,HUY,KUANG X,et al.Simulation on fiber random arrangement in the yarn[J].The Journal of The Textile Institute, 2014,105(12):1312- 1318.

[16]熊偉,譚紹海.棉纖維整齊度與紡紗質(zhì)量的關(guān)系[J].棉紡織技術(shù),2000 ,28(6):15- 18.

[17]張圣男.纖維性能及捻系數(shù)與成紗強(qiáng)度的回歸關(guān)系研究[D].上海:東華大學(xué), 2019.

[18]鐘海.棉型苧麻牽切紡紗工藝研究[D].上海:東華大學(xué), 2014.

[19]關(guān)賽鵬.苧麻棉型紡紗工藝研究[D].上海:東華大學(xué), 2016.

[20]李季媛,高春燕,張陽,等.高比例亞麻紗在棉紡設(shè)備上的紡制工藝研究[J].棉紡織技術(shù),2022,50(10):63-67. [21]  張陽,李季媛,陳紅霞,  等.轉(zhuǎn)杯紡紡制高比例亞麻紗工藝研究[J].棉紡織技術(shù),2022,50(11):62-64.

[22]平棉集團(tuán).“高效短流程純亞麻干紡關(guān)鍵技術(shù)”鑒定資料[Z].平頂山:平棉集團(tuán), 2023.

[23]高春燕,周宇陽,王旭斌,等.混紡比對(duì)亞麻/棉混紡紗拉伸性能的影響[J].上海紡織科技,2023,51（8）:26-28.

 

文章摘自：錢麗莉,李季媛,郁崇文.麻纖維高效短流程紡紗機(jī)理研究[J/OL].棉紡織技術(shù),1-5[2024-03-08].http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1132.TS.20240219.1554.007.html.