喷气纺纱的发展历程与原理

（一）喷气纺的发展概况

喷气纺（简称MJS）是利用高速旋转气流使纱条加捻成纱的一种新型纺纱方法。加捻器由固定的喷嘴构成，因此无高速回转机件。须条以相反的方向包缠到纤维条上，受捻的纱芯部分纤维经过喷嘴后退捻，而包缠纤维则在反向退捻过程中越包越紧，提供成纱强力及抱合力。由于成纱结构不同于环锭纱与转环纱，因而它的产品具有独特的风格，是一种实用的新型纺纱方法。

喷气纺在20世纪50年代，由E.I.Dupont公司所发，世界上最早投入生产的喷气纺纱机是MJS（Murata Jet Spinner），从1981年在ATME展会上向公众展出，至今全世界30多个国家均有采用，1963年，美国杜邦公司首先发表了喷气加捻包缠纺纱法的专利，它采用单喷嘴加捻，但因成纱强力不高而未能继续发展。此后，一些国家相继开展了这种纺纱方法的研究。1970年，德洛伊特林根纺纱技术研究所设计了新型的双孔喂入单喷嘴喷气纺纱机，主要适用于长纤维纺制各种包缠纱，并具有花色纱的特征，其纺纱速度可达350m／min。在日本东丽、丰田、村田均生产过喷气纺纱机，但形成商品并占领市场的只有村田机械公司。村田机械公司于20世纪70年代初研究喷气纺纱机，于1981年11月在日本大阪国际纺织机械展览会上首次展出了一台适用于纺制38mm纤维的NO.801MJS型的60头喷气纺纱机。1987年在巴黎第十届国际纺织机械展览会上，原西德沙逊公司泼费乐（Plyfil）双喷嘴双股纱喷气纺纱机首次展出，村田公司又推出了NO.802型喷气纺纱机，其牵伸部分和加捻器结构均有新的改进，并可纺纯棉。1989年，北京中国国际纺织机械展览会上除了展出NO.802型喷气纺纱机，又发布了NO.881型双加捻喷嘴的喷气纺纱机，后者将两根条子喂入同一牵伸单元纺两根单纱，分别进入各自的加捻喷嘴，然后汇合成双纱成筒，便于加工股线制品。之后，村田公司推出的NO.802H型无论在牵伸系统、适纺纤维、产品质量及自动化等方面均有了进一步提高。

（二）喷气纺成纱工艺过程

图3-1所示为村田NO.802H MJS型喷气纺纱机的示意图，该机为下行式，采用四罗拉双短胶圈超大牵伸装置、双喷嘴加捻器。当棉条被牵伸成一定细度后，须条进入由第一和第二两个喷嘴串联组成的加捻器加捻成纱，然后由引纱罗拉引出至卷绕辊筒卷绕成筒子纱。在引纱罗拉和卷绕辊筒之间，设有清纱器，同时兼作断头和定长监测器。NO.801 MJS型机牵伸部分隔距不可调节，因而只能纺制涤／棉纱和棉型纯化纤纱。而NO.802 MJS型将牵伸隔距改为可调，不仅可纺制涤／棉纱，而且可纺纯棉以及长度为51mm以下纤维，加捻器的第二部分也作了改进，改成分节可调式以适用于纺制不同细度的纱的需要。从行纱路线上还有双面上行式，如丰田TYS型喷气纺纱机等。

图3-1　NO.802H MJS型喷气纺纱机的示意图

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

由于喷气纺纱采用超大牵伸装置，与环锭纺相比，可适当缩短流程，省略粗纱和络筒工序，前纺工艺流程与环锭纺工艺相当。混纺时工厂一般采用三道混并后喂入喷气纺。如采用双根粗纱喂入，则必须经过粗纱工序。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，则可生产出完全为短纤维的双重结构的纱，即包芯纱或双股纱，如NO.8R2HR MJS（图3-2）。

（三）喷气纺纱的成纱原理(www.xing528.com)

图3-2　NO.8R2HR MJS喷气纺纱机

须条由喂入罗拉经四罗拉双短胶圈牵伸装置约150倍的牵伸，拉成一定的线密度，由前罗拉输出，依靠加捻器中的负压吸入加捻器，接受空气涡流的加捻。加捻器由第一喷嘴和第二喷嘴串接而成，两个喷嘴所喷出的气流旋转方向必须相反，须条受到这两股反向旋转气流的作用而获得捻度。第二喷嘴气流的旋向决定成纱上包缠纤维的捻向，第一喷嘴气流的旋向起包缠纤维的作用（图3-3），因而，喷气纱是由包缠纱及纱芯所组成的一种双重结构纱。被加捻后的纱条由引纱罗拉引出，直接卷绕成筒子。前罗拉输出速度应略大于引纱罗拉输出速度，超喂率一般控制在1%～3%，使纱条在气圈状态下加捻。

图3-3　纺纱原理示意图

1—前罗拉　2—第一喷嘴N1　3—第二喷嘴N2

喷气纺纱的加捻是由假捻转化为包缠真捻的过程，但这种所谓的真捻与环锭纱的真捻具有本质的差异。须条在前罗拉和引纱罗拉的握持下，中间受到两个不同转向加捻器的作用，使纱条产生加捻。假捻转化成真捻对于加工连续长丝是无法实现的，然而加工短纤维或中等长度的纤维，这种转化是完全可能的。首先，这是一种非自由端的假捻。正常纺纱时，加捻器的第一喷嘴离开前钳口的距离小于纤维的主体长度，当输出前钳口的纤维头端到达第一喷嘴时，尾端仍处在前钳口之下，所以并不存在须条的断裂过程。其次，借助高速摄影，证明前罗拉处的须条是连续的，而且前罗拉与第一喷嘴间须条上的捻回方向与第二喷嘴所加捻回方向是相同的，说明第二喷嘴所加的捻回可逾越第一喷嘴传递到前罗拉附近。这是非握持加捻的一个显著特点。至于假捻的转化过程，借助高速摄影观察加捻须条的状态和变化，可以发现前罗拉处须条中有部分纤维的头端（纱条输出方向的头端）在须条气圈作用下偏离须条成为扩散状态。这种尾端尚处在前钳口须条中而头端已从须条中分离出来的纤维定义为头端自由纤维（图3-3中的S2）。当加工短纤维或中长纤维时，只要使部分纤维的头端自前罗拉输出后，不让它捻入须条，相反地促使其从须条中扩散出来，则这些纤维的头端一旦被吸入加捻器后，在到达第一喷嘴加捻点时，受该喷嘴旋转气流的作用，使之按气流的旋向绕纱条作初始包缠，其包缠方向与纱条假捻捻向相反。之后，包缠纤维与纱芯结合成一个整体纱条，一起接受加捻。当纱条越过第二喷嘴即开始进入退捻过程，由于退捻方向与包缠纤维的缠向相同，随着退捻的进行，包缠捻度逐渐形成并包紧。纱条在强烈的退捻作用下，纱芯捻度将逐渐退尽，而包缠纤维的头端如果进一步受到管壁摩擦阻力的作用，则包缠纤维将越包越紧，最终形成紧密的包缠真捻，这就构成了外层纤维的真捻，是喷气纱独特的包缠真捻。这种捻度是不能用一般常规的退捻法或退捻加捻法测量的。

由此可见，喷气纺纱的成纱关键是如何使前罗拉输出的须条中有一定量的纤维头端从须条中分离扩散出来，使之与纱芯纤维间形成捻回差，捻回差值越大，最终包缠捻回就越多。对于单喷嘴加捻器来说，唯有控制须条纤维的宽度，使之有一定数量的边缘纤维头端不立即被捻入加捻纱条中去，而与纱芯主体纤维间产生滑移，构成捻回差。而双喷嘴加捻器则是利用第一喷嘴反向旋转气流的作用，使前罗拉到第一喷嘴间须条作气圈运动，并使须条在前罗拉处形成弱捻区，以利于部分纤维从须条中扩散分离出来形成头端自由纤维，并在第一喷嘴处形成初始包缠。

可见，双喷嘴与单喷嘴的根本区别在于形成头端自由纤维的方法不同。而且，双喷嘴使头端自由纤维到达第一喷嘴处形成初始包缠，这是确保紧密包缠的重要条件，而单喷嘴仅能使边缘纤维与加捻纱条间形成捻回差，两者虽都是退捻时获得包缠真捻，但单喷嘴成纱的包缠捻回较少，而且不可能十分紧密，因而成纱强力必然较双喷嘴低。目前依旧有企业使用喷气纺双喷嘴的纺纱方式，但是随着喷气涡流纺（简称MVS）的发展，喷气纺已经有被喷气涡流纺逐渐取代的趋势。