妙用非自由端成纱技术

（一）喷气纺纱

1.喷气纺纱的工艺过程 喷气纺纱机有两种喂入方式，即粗纱喂入和条子喂入，其前纺工艺流程与传统环锭纺纱的工艺流程无太大区别。喷气纺纱由于成纱原理的限制，较适合涤/棉混纺纱和化纤纯纺纱，以纺制涤/棉混纺精梳纱为例，其工艺流程为：

若喂入的是粗纱，在前方工艺中要加上粗纱。

喷气纺纱机主要由喂入、牵伸、假捻包缠和卷绕四部分组成。它是利用压缩空气在喷嘴内产生螺旋气流对牵伸后的须条进行假捻并包缠成纱。

喷气纺纱的工艺过程如图9-37 （a）所示。单根或两根纱条1 从条筒中引出后，进入牵伸部分2 进行牵伸。由于喷气纺纱由纱条直接牵伸成细纱，而且所纺纱的线密度较小，所以牵伸倍数较大，一般在50～300 倍。喂入纱条经牵伸后，输出的纤维须依靠喷嘴盒3 入口处的负压，被吸入喷嘴4 加捻器中，在喷嘴内切向喷射气流的作用下加捻。加捻器由第一喷嘴和第二喷嘴串接而成，两喷嘴的喷射气流旋转方向相反，第二喷嘴气压大于第一喷嘴。由于一级喷嘴反向气流的解捻作用，须条边缘的纤维自须条中分离出来成为头端自由纤维，这些纤维在喷嘴内旋转气流作用下，紧紧包缠在芯纤维的外层而成纱，形成包缠纱。成纱后由引纱罗拉5 引出，经电子清纱器6 后，由卷绕辊筒8 直接绕成筒子纱7。

若在牵伸罗拉处喂入染色纱或染色粗纱，则可简单地生产花色纱线。若将两种不同的短纤维条喂入牵伸装置的后罗拉，如图9-37 （b）所示，则可生产出完全为短纤维的双重结构纱，即包芯纱或双股纱。

2.喷气纺纱的加捻过程

（1）喷嘴结构及气流规律。如图9-38 （a）所示，喷嘴是喷气纺的关键部件，喷嘴内的气流必须产生螺旋回转，才能对主体纤维施以假捻，故要求从喷孔切向喷气。喷嘴孔眼对喷嘴轴线的倾斜角，称为喷射角。如图9-38 （b）所示，二级喷嘴的喷射孔直径和喷射角应比一级喷嘴的大，使二级喷嘴内的气流回转能量大于一级喷嘴，即二级喷嘴的气流转速较高，两个喷嘴的气流转向必须相反。如图9-38 （c）所示，设喷射角为α，喷孔出口的气流速度为V，V 可分解成VT 和VS。VT=Vsinα，使纱条旋转而产生假捻；VS=Vcosα，使引纱孔的吸口处产生负压，一方面有利于旋转涡流场向前推进，另一方面便于引纱。

图9-37　喷气纺纱的工艺过程

1—纱条 2—牵伸部分 3—喷嘴盒 4—喷嘴 5—引纱罗拉 6—电子清纱器 7—筒子纱 8—卷绕辊筒 9—第一喷嘴 10—第二喷嘴

图9-38　喷嘴结构及气流规律

（2）头端自由纤维的产生。如图9-38 （b）所示，由前罗拉输出的扁平带状须条，受气流转速较高的二级喷嘴的作用而产生捻回，当捻回向前罗拉钳口传递时，由于前罗拉输出的须条有一定宽度（扁平带状），处于须条左右两侧的边缘纤维，因其头端受罗拉、胶辊的摩擦及周围气流的影响而不受捻回的控制，暂时呈自由状态，称为头端自由纤维，而其尾端则受到罗拉钳口的控制。由于两喷嘴的喷射气流方向相反且第二喷嘴气流强度（气压）大于第一喷嘴，第一喷嘴只能使纱条产生与第二喷嘴的气流旋转方向相反的小气圈，减弱了第一喷嘴至前罗拉纱段上的捻回，形成弱捻区，有助于形成头端自由纤维。

（3）加捻过程。喷气纺纱的加捻过程为“假捻→退捻→包缠”。如图9-39 所示，由于第二喷嘴气流强度（气压及旋转速度）远大于第一喷嘴，因此，从第二喷嘴到前罗拉钳口间整段纱条的捻回由第二喷嘴的气流方向决定。设第二喷嘴加的捻回为S 向，则第一喷嘴加的捻回为Z 向；又因前罗拉钳口处须条纤维的主体长度远大于喷嘴入口与钳口间的距离，纤维处于被握持状态（喷嘴属非积极握持状态），形成由前罗拉钳口和引纱罗拉两端握持、中间加捻的非自由端假捻纺纱。因此，第二喷嘴与前罗拉之间，整段纱条呈S 捻，经第二喷嘴出口之后纱条应逐步退捻至无捻。

位于第二喷嘴与前罗拉间的第一喷嘴，由于气流强度弱且喷嘴加捻属非积极握持状态，第二喷嘴所加的捻回可通过第一喷嘴传递到前罗拉钳口。第一喷嘴只能使纱条产生与第二喷嘴的气流旋转方向相反的小气圈，减弱了第一喷嘴至前罗拉纱段上的捻回，形成弱捻区，利于前罗拉钳口前须条外边缘纤维的扩散和分离，形成头端自由的边纤维。在气流作用下，一部分头端自由纤维随主体纱条的不断加捻和输出，其头端将会被主体纱条表面所捻合，但此时由前钳口至第一喷嘴之间的主体纱条已获得一定数量的S 捻，此后随主体纱条的继续加捻与输出，捻合上去的头端自由纤维也将随之获得S 捻，并与纱芯保持一定的初始捻回差；一部分头端自由纤维，一旦被吸入加捻器，即在第一喷嘴旋转气流的作用下，按气流旋方向（Z 捻方向）绕在主体纱芯上，这一初始包缠方向与纱条假捻方向相反；一部分头端自由纤维也可能没有被加上捻回；一部分头端自由纤维也可能完全离开纱体，呈完全自由的状态。

当纱条越过第二喷嘴后，主体S 捻向开始反向（Z 向）退捻。纱条在强烈的退捻作用下，纱芯捻度将退尽，而外面的与纱芯有捻回差的S 捻纤维、初始缠绕Z 捻纤维、无捻头端自由纤维或完全自由纤维随退捻力矩Z 方向包缠，形成喷气包缠纱。

（4）纤维包缠过程。由于气流作用，纱芯外包缠纤维呈四种状态：与纱芯有捻回差的S捻纤维、初始缠绕Z 捻纤维、无捻头端自由纤维和完全自由纤维，它们的包缠过程如下。

①与纱芯有捻回差的S 捻纤维包缠。如图9-40 所示，当主体纱条通过二级喷嘴后，逐渐开始退捻，此时头端自由纤维也随之退捻，待主体纱芯退捻到一定程度后，由于两者存在一定的捻回差，则包缠纤维将产生反向包缠，并随主体纱芯的继续退捻而越包越紧，直至主体纱芯的假捻全部退完为止。设与纱芯有捻回差的S 捻纤维捻度为T1，纱芯退捻Z 向捻度为T2，则最终包缠纤维的Z 向捻度T=T2-T1。

图9-39　喷气纺纱加捻过程示意图

图9-40　与纱芯有捻回差的S 捻纤维包缠

②初始缠绕Z 捻纤维包缠。如图9-41 所示，头端自由纤维在第一喷嘴气流旋转的作用下，在纱芯上形成Z 向缠绕的初始包缠，当纱条越过第二喷嘴后，纱芯S 捻向开始反向（Z向）退捻，当纱芯退捻时，头端自由纤维也会随之退捻，紧密缠绕在主体纱芯上，形成紧密包缠。设初始缠绕Z 捻纤维捻度为T1，纱芯退捻Z 向捻度为T2，则最终包缠纤维的Z 向捻度T=T2+T1。

图9-41　初始缠绕Z 捻纤维包缠

③无捻头端自由纤维包缠。如图9-42 所示，当纱芯作Z 向退捻时无捻头端自由纤维以退捻方向包缠在纱芯上。设纱芯退捻Z 向捻度为T2，则最终包缠纤维的Z 向捻度T=T2。

图9-42　无捻头端自由纤维包缠

④完全自由纤维包缠。如图9-43 所示，纱芯外表附有完全自由纤维，在假捻纱芯Z 向退捻时，完全自由纤维以退捻方向包缠在纱芯须条上。设纱芯退捻Z 向捻度为T2，则最终包缠纤维的Z 向捻度T=T2。包缠的情况与纤维性质（长度、模量）和纱芯接触状况有关，尤其在纺纱气圈高速转动时，自由纤维短或接触不良，形成包缠的难度大。

图9-43　完全自由纤维包缠

综上所述，双喷嘴加捻器喷气纺纱成纱的关键是：前罗拉输出须条要有一定宽度，要有一定数量的头端自由的边纤维可从须条中分离扩散出来，是形成包缠纤维的基础；两个喷嘴的气流转向要相反，且二级喷嘴的气流旋转动能和速度要大于一级喷嘴；第一喷嘴的作用是在前钳口外的纱段形成弱捻区，促使边纤维很好地分离扩散，以增加头端自由纤维的数量，使得更多的头端自由纤维进入纱道后形成初始包缠或加大初始捻回差，使反向包缠更加紧密；第二喷嘴的作用是对纱条积极加捻，使整段纱条上呈现同向捻回（假捻），在纱条退捻时获得紧密包缠。

3.喷气纺纱线的结构与性能

（1）纱线的结构。通过对喷气纺纱假捻包缠成纱原理的分析，可以得出其纱线结构的特点为：纱芯主体纤维基本呈平行状态，占截面总体纤维数量的80%～90%；在纱芯外层的纤维，仍属纱芯纤维而非外包纤维，呈现出与二级喷嘴气流方向相同的捻回，但占纱芯纱线比例较少；最外面为包缠纤维，呈多种包缠状态，占截面总体纤维数量的10%～20%，包缠纤维形态可分为有规律的螺旋包缠、无规律的螺旋包缠和无规律的捆扎包缠。这种包缠结构的纱线受拉时，包缠纤维受到张力，对芯纤维产生向心压力，使芯纤维间的摩擦力和抱合力增加，使喷气纱具有了一定的强力和其他力学性能。

（2）纱线的性能。喷气纱和环锭纱对比，强力低，手感粗硬，但条干好、粗细节少，纱疵、棉结杂质少，耐摩擦性能好，染色性能好；虽然喷气纱的强力低，但强力不匀率低于环锭纱；由于喷气纱表面纤维是包缠结构，纱的毛羽少，3mm 以上的毛羽比环锭纱少80%～90%，其毛羽具有方向性，顺纱线前进方向，使其摩擦性能具有方向性。由于喷气纱为包缠捆扎成纱，因此，密度小，结构较蓬松，同线密度的喷气纱直径较粗，直径比环锭纱粗4%～5%，手感粗糙。

（二）喷气涡流纺纱

1.喷气涡流纺纱的工艺过程 喷气涡流纺是条子或粗纱直接喂入，喷气涡流纺的工艺流程与喷气纺基本一致。

喷气纺纺制纯棉纱，成纱强度只有相应环锭纱的50%～60%，纺纱断头高；喷气涡流纺纱机是在喷气纺纱机的基础上发展而来，喷气涡流纺纱机与喷气纺纱机基本相同，但喷嘴结构进行了改进，解决了纺纯棉纱的问题。

喷气涡流纺纱的工艺过程如图9-44 所示，一根或两根棉条同样经过高速超大牵伸，从前罗拉输出，须条进入喷嘴进行加捻，喷嘴的结构如图9-45 所示，须条被吸入由锥体1 形成的纤维输送通道2，纤维输送通道入口大、出口小，使气流输送中纤维加速运动，纤维引导针3一端固定在锥体中心，另一端对准空心锭子6 的顶端入口，纤维在输送管道中旋转，绕在引导针上，由于纤维与针棒的摩擦和阻碍，使捻度无法向前罗拉钳口传递，在针棒处形成部分自由端纤维7。喷孔4 与涡流室5 成相切配置，使喷射气流在涡流室旋转，空心锭子6 顶端成锥形，自由端纤维7 倒伏在空心锭子顶端的锥形面上，在高速旋转气流作用下，使这部分自由端纤维包缠在另一部分非自由端纤维8 上面，一起进入空心锭子6，然后经清纱器，卷绕成筒子纱。

图9-44　喷气涡流纺纱的工艺过程

图9-45　喷气涡流纺喷嘴结构

1—锥体 2—纤维输送通道 3—引导针 4—喷孔 5—涡流室 6—空心锭子 7—自由端纤维 8—非自由端纤维

2.喷气涡流纺纱的加捻过程

（1）半自由端的形成。如图9-46 所示，纤维头端离开前罗拉钳口后在喷嘴入口负压的作用下，顺着引导针的引导滑入空心锭子入口处的纱尾芯部，然后当纤维尾端脱离前罗拉钳口后，形成尾端自由纤维，4 个喷射孔的喷射气流与圆锥形内圆壁（涡流室）相切，形成旋转气流（涡流），在圆锥形涡流室内旋转。纱条随涡流旋转加捻，捻回向前罗拉钳口传递时，引导针与螺旋纤维通道入口阻碍了捻回继续向上传递，从而确保尾端纤维能够在高速旋转气流的作用下产生更多的自由尾端纤维，即自由端，但纱芯部分仍然是连续的，故喷气涡流纺技术可称为半自由端纺纱技术。自由尾端纤维越多，对纱芯的包缠越好，这也是喷气涡流纱较喷气纱强力大幅提高的关键。尾端自由的纤维在高速旋转的气流作用下倒伏在空心锭子入口外围的锥面上并随之旋转，这使纤维的尾端弯钩得到很好消除。

图9-46　喷气涡流纺加捻过程示意图

对喷气涡流纺喷嘴中的须条而言，纤维在前罗拉、纱尾与高速旋转气流的控制与作用下得到有序输送，这有别于转杯纺等自由端纺纱，减少了纤维完全靠气流输送与凝聚引起的弯钩或打折现象，从而提高了纱中纤维强力利用系数。

（2）加捻过程。喷气涡流纺技术是利用高速旋转气流对喷嘴中倒伏在空心锭子入口的自由尾端纤维加捻包缠纱芯而成纱的一种纺纱方法。如图9-46 所示，前罗拉输出的须条，从纤维输送通道螺旋旋转喂入，绕着引导针，纤维头端在引导针的引导下与空芯锭子中的引纱尾搭接，纤维另一端被旋转气流吹散，顺气流旋转倒下，形成一个伞形的状态，在空芯锭子顶端旋转，给须条加捻。纤维从前罗拉不断喂入添加在伞形纱尾上，并随气流不断地吹散旋转而连续加捻成纱。

3.喷气涡流纺纱线的结构与性能

（1）纱线的结构。喷气涡流纺是半自由端纺纱，纱的结构和性能与喷气纱有明显差异，但又不同于环锭纱。喷气涡流纱的纱芯纤维状态基本平行，占纱截面纤维总数的40%左右，这与引导针引导须条中的部分非自由端纤维先进入空心锭内孔有关；而纱的主体是外部纤维，约占60%，与环锭纱相似，且螺旋线排列在纱体中。可以认为喷气涡流纱是由纱芯纤维基本平行无捻度（占40%）和纱主体纤维呈螺旋线捻回这两部分组成，喷气涡流纱表面包缠纤维的数量明显高于喷气纱，使得喷气涡流纱强力高于喷气纱，因此，喷气涡流纺突破了喷气纺不能纺纯棉纱的局限。

（2）纱线的性能。喷气涡流纱与环锭纱相当，条干稍差，毛羽则比环锭纱明显减少，有时可减少95%。纱的外观光洁，耐磨性好，纱较蓬松，制成织物吸湿性好，洗涤快干，织物抗起毛口、起球性好。

（三）有芯摩擦纺纱

1.有芯摩擦纺纱的工艺过程 有芯摩擦纺纱与无芯摩擦纺纱工艺流程基本一致。

以DREF3 型摩擦纺纱机为例，其与DREF2 型摩擦纺纱机在结构上的不同之处在于有两套纤维喂入牵伸机构，可以加工包芯纱等花式纱产品。如图9-47 所示，DREF3 型摩擦纺纱机由两套喂入牵伸机构（1、2）和一对尘笼4 加捻机构组成。第一喂入牵伸机构1 是一套四上四下双胶圈罗拉牵伸装置，在此喂入一根纱条，经牵伸装置牵伸后喂入尘笼的加捻区形成芯纱；经第二牵伸装置2 喂入的纤维经分梳辊开松后，作为外包纤维包在芯纱上形成包芯纱，由引纱罗拉引出卷绕成筒子纱。

图9-47　有芯摩擦纺纱的工艺过程

1—第一喂入牵伸机构 2—第二喂入牵伸机构 3—纤维流 4—尘笼 5—纱(www.xing528.com)

2.有芯摩擦纺纱的加捻过程

（1）加捻过程。有芯摩擦纺纱和无芯摩擦纺纱相比，虽然都是靠两只尘笼加捻，但在成纱原理上有着本质不同。无芯摩擦纺纱生产普通纱，属自由端纺纱，成纱为真捻结构；而有芯摩擦纺纱生产包芯纱，属非自由端纺纱，成纱属假捻包缠结构。

如图9-47 所示，如果在有芯摩擦纺纱只有从第一牵伸装置喂入的连续纤维条，这个纤维条一端被前罗拉钳口握持，另一端被引纱罗拉握持，而在中间受到加捻器尘笼的摩擦加捻作用。此种加捻方式属于假捻，即在喂入端（前罗拉至尘笼间）的纤维条上获得的捻回与输出端（尘笼至引纱罗拉间）的纤维条上获得的捻回方向相反，在离开引纱罗拉后，纱条上正、反方向的捻回由于受到相反方向扭矩的作用，将在某一时间阶段内完全抵消，纱条最终不存在任何捻回。有芯摩擦纺纱就是利用第二牵伸装置喂入单纤维作为包覆纤维的办法来保持假捻，当单纤维落在纱芯纤维条之上，随着尘笼对芯纤维条进行加捻和引纱罗拉对芯纤维条沿轴向牵引，包覆纤维即以螺旋形包覆在纱芯外面起到固定芯纱中捻度的作用。从而使有芯摩擦纺成纱的主体部分芯纱纤维束具有一定的捻度，而且外包纤维也会给纱芯径向挤压，增加了纤维间的摩擦力与抱合力，使纱线具有了强力。其纱条捻度计算式同式（9-27）。

（2）影响捻度的因素。

①尘笼负压。尘笼负压越大，纱条捻度越大，因为负压越大，纱条与尘笼之间接触越紧密，摩擦力矩越大，纱条的加捻效率越高。

②尘笼转速。尘笼转速与捻度成正比，尘笼转速越高，纱条捻度越大。

图9-48　摩擦纺的包芯纱结构

1—长丝或短纤维作为芯纱 2～6—外层包覆的纤维

③芯纱纺纱张力。芯纱纺纱张力越大，捻度减小，导致成纱质量下降，因为芯纱纺纱张力大，芯纱张紧程度大，刚度增加，抗扭力矩增加，使得纱条加捻效率下降，捻度减少。

④外包纤维凝聚部位。当外包纤维喂入越靠近尘笼左端（芯纱入口），纤维凝聚早，获得捻回越多，成纱质量较好。

3.有芯摩擦纺纱线的结构与性能

（1）纱线的结构。有芯摩擦纺纺制的纱为包芯纱结构，用长丝或短纤纱作芯纱，垂直喂入的外包纤维分层次被搓捻在芯纱上，其外包纤维的结构与无芯摩擦纱中纤维结构相同，也存在捻度和组分分层，形成有特色的包芯纱，如图9-48所示。

这种包芯纱，利用芯纱的选材可提高强力，外层包覆的纤维可选天然、舒适型纤维或彩色纤维，有效地利用各种纤维的特性。

由于加捻过程为搓捻，外层包覆的纤维与芯纱的结构不牢固，因此，后加工过程应避免反复摩擦引起剥皮现象。

（2）纱线的性能。有芯摩擦纱由于芯纱可以是长丝，其强力主要体现在芯纱即长丝的强度，其可纺线密度相比无芯摩擦纺大大降低。

（四）自捻纺纱

1.自捻纺纱的工艺过程 自捻纺适纺长度55mm 以上的中长化纤、毛、麻、绢等长纤维，其纺纱工艺流程根据所纺纤维的品种和产品要求而异。例如，纺制中长化纤纱时，其工艺流程为：开清棉→梳棉→头道并条→二道并条→三道并条→自捻纺；纺制毛精梳纱时，其工艺流程为：精梳毛条→混条机→头道针梳→二道针梳→三道针梳→粗纱→自捻纺纱。

图9-49 所示为自捻纺纱的工艺过程，由前罗拉输出的两根纱条，一端受前罗拉握持，另一端受汇合导纱钩的握持，在两握持点之间有一对既做往复运动又做回转运动的搓辊（相当于假捻器），须条经搓辊的搓动，在搓辊两侧的须条分别获得捻向相反的S 捻和Z 捻的单纱条。当两根捻向交替变化的单纱离开搓辊而在汇合导纱钩处相遇时，由于两根纱条各自的退捻力矩产生了自捻作用而相互捻合成一根股线，然后卷绕成筒子纱。

图9-49　自捻纺纱的工艺过程

2.自捻纺纱的加捻过程

（1）自捻作用。由于搓捻辊在两根纱条上同时施加同向假捻，且两根纱条上的捻向正反交替，因而由加捻而产生的退捻力矩，终将趋于捻度相互抵消。如果在退捻力矩退捻之前把两根有相同捻向的纱条紧并在一起，由于两根纱条接触表面上的相互作用力方向相反、大小相等，则在接触面上摩擦力的相互作用下，使两根纱条以接触面为中心相互抱合成股，其外侧按退捻力偶方向回转，自行合股捻合，直至合股的抗扭力矩与降低后的纱条退捻力矩相平衡为止，这种作用称为自捻作用。

（2）加捻过程。自捻纺纱就是利用自捻作用，使两根单纱条捻合成一根双股纱即自捻纱。如图9-50 （a）所示，两根平行排列的须条，其两端被握持，中间按相同方向用力搓捻后，并握持假捻点，则假捻点两侧的须条上，获得捻向相反的捻回，左侧为Z 捻，右侧为S捻。此时，假捻点两侧具有相同方向的退捻力矩，但因假捻点受到握持约束，而不能释放退捻。图9-50 （b）表示将上述两根有捻纱条沿全长紧贴，当手松开时，假捻点两侧纱条上的退捻力矩所受的约束消失，两根单纱条因退捻而产生自捻作用，互相捻合，形成一根具有S捻、Z 捻交替捻向、捻度稳定的双股纱。

图9-50　自捻纺纱加捻过程示意图

产生自捻作用的动力是因两根单纱条各自的退捻力矩，有使各根单纱条绕自身轴线旋转的趋势，如图9-50 （c）所示，但由于两根单纱条沿全长紧密接触，在接触处两纱条的周向运动受到约束，因而不能绕自身轴线分别进行退捻回转，只能绕两纱条的接触处即公共轴线O 回转，从而互相捻合，如图9-50 （d）所示。因退捻力矩与加捻力矩的方向相反，所用双股纱的合股捻向与两根单纱条的捻向也相反。当两根单纱条剩余捻度的退捻力矩与自捻纱的退捻力矩平衡时，自捻作用自行停止，就形成自捻纱的稳定结构。

同理，两根须条，其中一根有捻，而另一根无捻，这样的两根须条紧贴接触时，有捻的一根具有退捻的趋势，但受到两须条接触处对其周向运动的约束，而不能绕自身轴线旋转，就与另一根无捻须条捻合在一起，也会发生自捻作用，但捻合较松。

由以上分析可知，自捻过程就是将单纱条获得的假捻转化为双股纱真捻的过程。转化的条件是两根单纱条必须平行排列、全面接触和及时释放对假捻点的约束。

3.自捻纺纱线的结构与性能

（1）自捻纱种类。

①ST （同向自捻纱和相差自捻纱）。经搓捻辊加捻后的单纱条，得到的是周期性的S 捻和Z 捻交替变化的捻度。在这交替的中间部分是无捻区，此处纤维完全平行，是强力很低的薄弱环节。而当两股有捻单纱条汇合时，如两根捻向相同的各片段完全重合时（即S 捻与S 捻、Z 捻与Z 捻、无捻区与无捻区重合），这样组成的自捻纱称为同相自捻纱，其结构如图9-51 （a）所示。同相自捻纱的无捻区正巧是两根单股纱的无捻区重叠，突出了自捻纱的弱点，影响纱的强力和条干。故同相自捻纱断头率高，质量差，而且无捻区在织物表面产生条痕，既不适用于自捻纺纱机的正常生产，也不宜用于织造。

图9-51　同相自捻纱和相差自捻纱

为了克服同相自捻纱的弱点，当自捻纱的两根单纱条汇合时，可使它们各自捻向相同的片段以及无捻区错开一定距离，此距离的长度称为相位差。此时的自捻纱称相差自捻纱，如图9-51 （b）所示，在相差自捻纱中，两根单纱条捻向相同的片段发生自捻，得到较强的自捻捻度。一根单纱条的无捻区和另一根单纱条的有捻片段也能自捻，而得到较弱的自捻捻度。两根单纱条捻向相反的片段相遇，因单纱条各自的退捻力矩相反，故不能绕公共轴线自转，就形成了自捻纱的无捻区。相差自捻纱的无捻区内，因两根单纱条有捻，故具有一定强力，两根单纱条上的无捻区被分散开，各自又与有捻纱条发生自捻，也具有一定强力，因而消除了自捻纱的薄弱环节。故相差自捻纱的强力和耐磨性较同相自捻纱明显提高。所以，实际生产中纺制的自捻纱均是相差自捻纱。

相位差使自捻纱的强力提高，但相位差并非越大越好，相位差也有一临界值，此时自捻纱的强力最大。当相位差超过此临界值时，自捻纱的强力反而下降。其原因是相位差越大时，合股无捻区的长度越大，再加上两旁毗邻的弱捻段所占的范围越大，正常有捻段所占的范围越小，增大了较薄弱环节和薄弱环节的分布密度，反而使自捻纱的强力下降。另外，相差自捻纱由于以一部分弱捻段代替了同相自捻纱的正常有捻段，所以它的半周期捻度是随着相位差的增大而逐渐下降的，捻度下降给纱线强力也带来不利的影响。

在实际生产中，实现相位差的方法是将两根单纱条的汇合导纱钩改成两个相互错开的钢丝钩，使一根单纱条经过较远的导纱钩后折回到另一导纱钩并同另一根单纱条相遇，这样两股单纱条在汇合之前所走的路程不相等，这就使原先的同相关系改变为两个无捻区错开的相位差关系，错开的距离就等于相位差的大小。

②STT （自捻股线）。相差自捻纱虽然有较高的强力和耐磨性能，但仍保留着捻度的交替性，股纱上仍有无捻区。因此，布面外观上仍存在条花或有规律的花纹，就强力而言也不适宜做经纱。为此，需要采用捻线机或倍捻机把一根自捻纱当做两根单纱的组合，对它进行追加捻度，成为具有单一捻向的双股线，称为自捻股线或加捻自捻纱。只要自捻捻度和追加捻度控制适宜，用这种自捻股线织布，布面上的条花或花纹可以得到改善。图9-52 所示为自捻股线的形成过程。

图9-52 中1 表示从自捻纺纱机生产的自捻纱原来的状态，中部为无捻区，上、下两个片段的捻向相反（上部是S 捻、下部是Z 捻）。2 表示开始追加捻度时的状态，如按上半部的S 捻向加捻后，上半部的S 捻增加而下半部的Z 捻被抵消而退捻。这是因为自捻纱本身是一平衡结构，所以S 捻段及Z 捻段是同时受到追加捻度的影响，即在Z 捻段退捻的同时，S 捻段也获得捻度。继续追加捻度直至退掉全部Z 捻，使下半部处的两根单纱条出现完全平行和合股捻度为零的状态，如图9-52 中3的状态。这种状态叫做对偶，达到这个阶段所需要的追加捻度叫做对偶捻度，它的大小取决于原先的单纱条捻度的大小。继续再追加捻度的结果如图9-52 中4 的状态。纱的全部捻度都成为单一方向，但是捻度分布很不匀。追加捻度的最后结果如图9-52 中5 的状态，捻度分布有改善，但比环锭纺的捻线的捻度不匀要大，这就是自捻纺纱的最后成品自捻股线，它具备了织造的条件。

（2）纱线的结构。自捻纱线具有不同于环锭纱线的结构特点，一是自捻纱具有环锭纱所没有的捻度分布和结构的周期性；二是影响环锭股线捻度的变化只有两个因素，即单纱捻度和股线捻度，而自捻股线则不同，有单纱条捻度、自捻纱捻度和自捻股线捻度（追加捻度）三个变化因素。

①纱条的捻度及其分布。当两根须条通过一对既往复又回转的搓捻辊加捻后，获得一正一反、捻向相互交替间隔的有捻纱段，即在一段S 捻之后，紧接着一段Z 捻，中间有很短一段无捻区组成一个单元的捻度分布，如此不断重复。因为搓捻辊的速度在往复过程中两头慢、中间快，呈正弦曲线分布，所以单纱条的捻度也大致呈正弦曲线分布，即两头稀、中间密的状态。由于自捻纱是靠单纱条退捻力矩的作用而自捻成纱的，单纱条的退捻力矩越大，自捻纱的反向退捻力矩也越大，所以自捻纱的捻度分布与单纱条捻度分布是一致的。实际实验所得的自捻纱捻度分布曲线并非正弦曲线，而接近梯形曲线，是捻度重新分布的结果。

图9-52　自捻股线的形成过程

②自捻股线的结构。STT 纱虽然只有一个方向的捻回，但也有强捻、中捻与弱捻区段。由于各区段捻度的不同，引起自捻纱截面形状和大小也呈周期性变化：紧捻及中捻区段，截面较圆整紧密；弱捻区段，截面较扁平松散。就大多数区段来说，自捻纱都比同线密度环锭纱股线松散，截面直径也较大，

（3）纱线的性能。

①ST 纱是明显存在S 捻向和Z 捻向并带有无捻区交替出现的股线。这种纱不能承受与综筘的摩擦和织造开口时的张力变化，最后只能供纬纱和针织使用。自捻纱结构的周期性，在机织物上易形成条路，用作纬纱也易显现菱形纹路。如通过特殊浆纱处理，也会随机形成经向条影。因此，需要选择能隐蔽条纹的织物，如色纱色织、隐条、提花织物、花呢织物、异色经纬交织以及起绒织物等。

②STT 自捻股线的捻度分布还有一定的周期性。如ST 纱的捻度过多，追加捻度必然随之增大，则STT 纱强捻与弱捻段捻差增大，影响光泽和手感，如ST 纱捻度较低，捻度不匀又较小时，由此制得的STT 纱能获得较好的织物外观和手感。这种纱可用做机织纱，但捻不匀比环锭纱大，而成本比环锭纱低。

（五）平行纺纱

1.平行纺纱的工艺过程 平行纺一般纺制花式纱线，以回用原料纺制200tex 平行纱为例，其工艺流程为：扯松→梳理→平行纺。

平行纺纱的工艺过程如图9-53 所示，平行纺纱采用条子 （粗纱）1 喂入，条子（粗纱）进入垂直放置的高速牵伸系统2，经牵伸成为平行排列无捻度的短纤维须条进入空芯锭子5，空心锭子在皮带盘6 带动下产生旋转，长丝筒子套在空心锭子上和空心锭子同速旋转，空芯锭子外套的长丝筒子4上绕有外包缠长丝（纱线）3，短纤维须条与包缠长丝（纱线）共同进入空芯锭子，在吸风管7 作用下，短纤维须条与包缠长丝（纱线）向下运动，由于长丝筒子的旋转，每转一圈长丝（纱线）就对短纤维须条加上一个捻回，形成平行纱，经过引纱罗拉8，卷绕到筒子9 上。

图9-53　平行纺纱的工艺过程

1—条子（粗纱）2—牵伸系统 3—外包长丝（纱线）4—长丝筒子 5—空心锭子 6—皮带盘 7—吸风管 8—引纱罗拉 9—筒子

2.平行纺纱的加捻过程 从牵伸机构输出的短纤维须条，两端分别受前罗拉和引纱罗拉的握持，中间由空心锭子进行加捻，属两端握持，中间加捻，因此，从引纱罗拉输出的短纤维须条加上了假捻。对于空心锭子外长丝筒子上的长丝（纱线），只有在输出罗拉一端握持，因此，空心锭子加的捻度为真捻，捻度大小为空芯锭子的转速与引纱罗拉线速度的比值。空心锭子外长丝筒子上的长丝（纱线）以真捻的形式螺旋形包缠在平行排列的短纤维须条外面，长丝（纱线）通过对短纤维施加径向压力，而在单纤维之间产生必要的抱合力形成平行纱，如图9-54 所示。

3.平行纺纱线的结构与性能

（1）纱线的结构。平行纱有明显的双层结构，由外包纤维和芯纤维两部分组成。芯纤维沿纱轴向平行排列，可采用多种天然纤维或化纤短纤维。外包纤维可用各种不同规格和性能的化纤长丝或已纺好的短纤维纱。平行纱的截面成圆形，当纱条不承受张力时，纱条轴向会呈现轻微的起伏现象，给人一种饱满的感觉，平行纱的织物有仿毛感。平行纱截面中的纤维根数少，纱体细而平滑，可减少与综筘、针眼等的摩擦，相对而言，织造过程中断头较少。

（2）纱线的性能。因长丝呈螺旋状包缠在短纤维须条的外面，当纱条受到拉伸时，外包长丝对短纤维施加径向压力，增加了纤维之间的摩擦力。同时纱芯短纤维伸直度好，接触面积大，受力均匀，长度利用率高，使成纱强力提高。由于纱芯纤维平行、无捻，长丝包缠短纤维对须条均匀度无破坏作用，而且高倍牵伸有利于芯纱中的短纤维伸直平行。因此，平行纱的条干均匀度优于环锭纱。平行纱毛羽较少，比环锭纱降低1.5～3.5 倍，因而可使下道工序中的灰尘和飞花明显减少。用同样线密度的短纤维纺纱，平行纱可比环锭纱纺更细的纱，这是因为平行纱的芯纱无捻，外包长丝较紧的缘故。即纺同样线密度的纱时，平行纱可用较粗的短纤维，从而使纺纱成本相应降低。平行纱的蓬松性较好，与同线密度的环锭纱相比，其直径比环锭纱大10%左右。良好的蓬松性，使平行纱的优异毛细管效应，从而具有良好的吸湿性能。

图9-54　平行纺纱加捻过程示意图

1—短纤维须条 2—长丝（纱线） 3—平行纱

讨论专题六：传统环锭纺纱的局限性以及新技术的发展与应用。