1、轉杯紡紗技術的現狀與發展趨勢姜同學（青島大學200 級紡織工程，山東 青島266071）摘 要本文對轉杯紡的機理，分梳輥、假捻盤、阻捻器等器件的發展以及紡杯紡產品的開發進行了分析，對我國的轉杯紡發展存在的主要問題進行了總結，并展望了轉杯紡紗未來的發展方向。關鍵詞：轉杯紡；原理；轉杯紡產品；現狀；發展方向加英文題目ABSTRACTThe article analyzes principles of rotor spinning, development of spinning component such as opening roll, navel, etc., and development

2、 of products of rotor spinning. It also points out main problems of rotor spinning development in China and outlooks the prospect and orientation of rotor spinning in the future.Keywords: rotor spinning, principle, products, research status, orientation應加作者簡介作者簡介格式：作者簡介：姜同學(1990.6-)，男，本科在讀，青島大學2009級

3、學生，學習紡織工程專業。1轉杯紡紗技術的現狀自由端紡紗技術在紡紗機理中不同于環錠紡紗技術，生產出的產品因其獨特的紗線結構和用途，越來越被市場所認可。轉杯紡技術是新型自由端紡紗技術中最成熟、發展最快的一種。目前，轉杯紡無論是從技術上還是設備方面都有了很大的發展和完善，并且仍在不斷地進步，從而使轉杯紡的生產效率、產品質量均有了迅速提高，同時，也大大拓寬了轉杯紡的應用領域。1.1 國際轉杯紡技術現狀1,2從1965年捷克制造第一臺轉杯紡紗機起，國際先進紡紗設備制造商不斷創新，提高紡紗性能，目前進一步向高速、高產、大卷裝、全自動化方向發展。轉杯紡紗機有抽氣式和自排風式兩種，19671995年歐美發達國

4、家抽氣式型轉杯紡紗機的轉杯速度在7萬8萬r/min，東歐、俄羅斯等國家自排風式轉杯紡紗幻想曲的轉杯轉速在4.5萬7萬r/min，紡紗號數達18.2tex。上世紀7080年代捷克的BD系列，德國Autocoro系列，瑞士M1/1、R1系列，英國887系列，日本BS、HS系列等先進轉杯紡紗機開始出口我國。目前國外先進的轉杯紡紗機大都采用抽氣式。抽氣式有利于高速，成紗質量優于自排風，轉杯速度從3萬r/min發展到15萬r/min，但在9萬r/min時，人工已不能接頭，必須靠電子機械手接頭才能完成。另外，像德國、瑞士、意大利生產的轉杯紡紗機都是大量應用電子計算機技術、傳感技術及變頻調速技術，使轉杯紡紗

5、支數及產品質量得到提高。德國賜來福（Schlafhorst）公司研制的Autocoro系列（圖1.1）以及瑞士立達（Rieter）公司研制的轉杯紡紗機占據了世界市場的大部分份額。其中Autocoro系列紡紗機占全世界轉杯紡紗能力的46%，其他自動轉杯紡紗機僅占9%，普通轉杯紡占45%。隨著全自動轉杯紡織機功能的完善，開發純棉中細號紗和混紡紗是發展方向，國外轉杯紡紗企業大部分已生產純棉中高檔和混紡針織、機織紗，轉杯紡紗具有緊密紗線結構并且條干均勻、表面光潔、外觀疵點少等優點，織成織物后可生產高檔次服裝。圖1.1 Autocoro480型轉杯紡紗機1.2 國內轉杯紡技術現狀34目前在國際上整個紡紗

6、規模中，轉杯紡產品按長度來計，占到總紗量的25%，若按重量來計，轉杯紗占到總紗量的40%左右。跨入21世紀后，我國轉杯紡紗進入一個新的快速發展時期。20012007年期間平均年增轉杯紡紗10萬20萬頭，現已達到190萬頭以上。我國轉杯紡紗設備數量和轉杯紗產量都已占據世界首位。我國轉杯紡紗走了一條獨立自主發展設備技術與消化吸收國外先進轉杯紡紗設備技術相結合的道路。設備規模從無到現在的190萬頭。其中國產設備占了2/3以上，使用轉杯紡紗工廠遍及29個省市的2000多家企業，成為我國紡紗工業的一支生力軍，為國民經濟的發展做出一定的貢獻。2轉杯紡紗原理及發展轉杯紡紗屬自由端紡紗：紗條的一端被握持（引紗

7、羅拉），另一端隨加捻器（以同方向、同轉速）繞握持點回轉而加捻。其核心部件包括轉杯、喂給羅拉、分梳機構、假捻器和引紗機構等，它們組裝在一個箱體內，稱為紡紗器5。轉杯紡紗一般采用的工藝路線為：開清棉聯合機梳棉（雙聯梳棉機或普通梳棉機）頭道并條機二道路并條機自排風或抽氣式轉杯紡紗機6。用Autocoro312紡紗機采用的工藝流程路線為：FA002型往復式抓棉機FA103型雙軸流開棉機FA028型多倉混棉機ZF109型三輥筒清棉機TV425A型風機FA151型除微塵機ZFA177A型清梳聯喂棉機FA221B型梳棉機HSD-96型并條機（頭并）DV2-AL型并條機（二并）Autocoro312型轉杯紡紗

8、機7。其紡紗的基本過程是：用高速回轉的刺輥，將喂入條子開松成單纖維狀，再借高速回轉的紡紗杯產生負壓，或利用外界抽氣作用，把松懈的纖維經輸棉花管道吸入紡紗杯，在紡紗杯離心力的作用下，緊貼紡紗杯最大內徑處的凝聚槽內，凝聚成自由端的環行須條。2.1 紡紗器根據轉杯內負壓的產生方式不同，紡紗器可分為自排風式和抽氣式兩種（圖2.1）。自排風式紡紗器，轉杯底側部開有若干排風孔，杯子高速回轉時產生的離心效應使氣體經這些排風孔排出，形成杯內負壓。因杯蓋與杯口封閉，氣流流動由輸送管道補入。為防止輸送纖維在到達凝聚槽前直接沖向已被加捻的紗條上而形成過多的包纏纖維，在纖維出口處設置了隔離盤。目前我國的自排風轉杯速度

9、在5萬r/min以下，這不僅導致產量低，同時限制了紡織廠可以取得經濟效益的適紡線密度8,9。自排風式轉杯最高轉速僅9萬r/min10萬r/min。抽氣式紡紗器轉內的氣體從杯口吸出，所以輸送管道必須有一定長度伸入杯內并接近凝聚槽上的杯壁。在抽氣式轉杯由于沒有排氣孔，從而也就沒有排氣孔短絨、雜技、灰塵的積聚，并由此引起轉杯內負壓的變化；抽氣式轉杯頂部的抽氣使輸纖通道出口纖維流中的部分塵、絨隨同抽氣帶走，從而減少了轉杯凝聚槽內塵、雜、短絨積聚的速率，因此抽氣式的凝聚槽會比自排風式清潔（圖2.2）。抽氣式轉杯具有高速、低噪聲、適應紡較低線密度紗等優于自排風式轉杯的特點。目前，抽氣式轉杯的轉速可達13萬

10、r/min15萬r/min，且其負壓的變化可以通圖2.1 兩種轉杯圖2.2 轉杯時間與轉杯積雜量與紡紗質量關系過抽氣機轉速的調節來實現，易于保證滿足轉紡紗負壓的工藝要求10。2.2 分梳輥分梳輥是將喂入半制品（纖維條）進行開松、梳理、排雜，使連續的纖維條盡量分離成平行伸直的單纖維狀態，為后面的自由端紡紗做好前期準備，對成紗質量的優劣起到關鍵性的作用?，F在國內外轉杯紡紗機常用的分梳輥結構有鋸齒輥和針輥兩種。在使用分梳輥時，纖維分離度會隨分梳輥轉速增加而增加，針輥比鋸齒輥好，在低速條件下應用針輥，纖維分離度比鋸齒輥好5。使用鋸齒輥時，短絨率也會隨速度的增加而增加，但用針輥短絨無顯著變化。在鋸齒或針

11、的加工過程中，齒或針的前角的選用原則是，既要分梳作用強，又要使纖維易脫離齒或針。另外，對于鋸齒輥，由于轉速高速后，鋸齒輥轉速必相應提高，此時，梳齒對纖維的梳理力增大，適當減小前角可解決梳理與轉移的矛盾。針輥鋼針的前角的變化較小，由于針輥的分梳作用強而緩和，適當減小前角，符合分梳與轉移兼顧的原則11。鋼針與齒條的機械加工方法不一樣，其磨損程度也一樣，一般針輥比鋸齒輥耐磨。而且鋼針磨損后，針尖仍保持一定的鋒利度，對分梳能力影響小。而齒條磨損后，往往出現齒尖變禿，嚴重時齒前面呈現凹痕而易勾掛纖維，影響分梳質量11,12。但針輥損傷之后修復的難度很大。徐惠君等13總結了鋸齒式分梳輥的缺點設計了CF系列

12、齒片式分梳輥，它具有齒片硬、光潔、重量輕、拆裝方便等優點，用它紡紗質量優于傳統鋸齒式分梳輥，有利于推進自由端新型紡紗的發展。另外在配置分梳輥速度應注意14：（1）分梳輥速度由纖維種類、原料含雜、紗的均勻度、強力、鋸齒的新舊等因素決定；（2）增加分梳輥轉速有利于分梳、排雜、轉移，但容易造成纖維損傷和粉塵增加；（3）增加分梳輥轉速有利于改善條干均勻度，減少粗節、細節、棉結，但容易使紗的強力下降，伸長減少。2.3 加捻喂入條子被分梳輥分解成單纖維后，由轉杯內負壓和氣流的作用，在凝聚槽中形成環形紗尾，纖維環隨轉杯回轉；當紗條從引紗管引出時，形成了以引紗為握持點、纖維環回轉的自由端加捻。捻度在引紗與轉杯

13、內的剝離點之間獲得。紗條經過假捻盤引入紗管時，在紗條的張力作用下，紗條緊貼在假捻盤表面進行回轉。由于假捻盤表面的摩擦力作用，紗條沿假捻盤表面滾動，產生繞自身軸回轉而形成的假捻5。影響假捻的主要元件就是假捻盤（圖2.3），它對紡紗穩定性、杯內紗條捻度、紗線質量、生產效率等都有重要影響。研究結果表明正常紡紗時假捻盤上紗條與假捻盤表面發生摩擦，這一摩擦使紗條在假捻盤上發生滾動而產生假捻，使杯內自由紗條上捻度增加。假捻盤摩擦系數、直徑以及紗條對假捻盤的包圍角增加，均有利于增大自由紗條上的假捻捻度15。方寧16，狄劍鋒17等通過研究均證明了以上的結論。圖2.3 假捻盤汪軍等18通過轉杯紡杯內紗段捻度分布

14、的研究得出假捻盤和剝離點之間這一區段的紗條捻度，為由轉杯回轉所加的真捻和由假捻盤所加的假捻之和。并且所紡紗線線密度越大，其假捻捻度越大。張宏偉，王善元等19利用手持式視頻顯微鏡可以對轉杯紗中的示蹤纖維的三維空間位置作較準確的測量，發現了示蹤纖維在轉杯紗中也存在內外轉移現象，得出捻度沿轉杯紗徑向分布的二次拋物線型分布規律。巴塔等20對轉杯紡自由紗段形態對其捻度分布的影響進行了研究，得出轉杯紡紗杯內自由紗段上捻度自假捻盤入口端向剝離點呈逐漸減少趨勢，在靠近剝離點附近時，這種趨勢加快。由于轉杯紗用于針織領域已比較普遍，因針織物要求手感柔軟，因而可采用阻捻器以進一步降低轉杯紗捻度21，從而使杯內紗段獲

15、得強捻，而輸出紗條具有正常捻度，從而提高了剝離點處的紗條強度和纖維間的聯系力，使紗條順利剝離，減少斷頭。巴塔等22通過分析阻捻機理，建立了可衡量轉杯紡紗阻捻器阻捻效果大小的任意曲面阻捻器阻捻系數的理論模型，得出紡紗工藝參數以及安裝參數對阻捻系數大小均有一定影響的結論。王善元等23-25建立了低捻情況下紡紗張力與斷頭率、阻捻元件和捻度分布的數學模型，同時提出了改善低捻轉杯紗強度的措施，得出加裝阻捻器，導致轉杯紡過程中增加了杯內紗條段的捻度及其緊密度，轉杯紗的結構形態、加捻效果和成紗強度都因此得到了改善。由于轉杯對紗條施加的捻度和假捻盤對紗條施加的假捻，使杯內紗段獲得強捻，捻度向凝聚槽內傳遞，使剝

16、離點后方的凝聚須條上產生一段有捻紗段，這段紗的弧長稱捻度傳遞長度（P.T.E）。捻度傳遞長度過長會使紗芯和表面的捻度差異過大，從而增加纏繞纖維，對成紗質量不利。汪軍等26對捻度傳遞長度進行了實驗研究，得出了滌綸紗和純棉紗的捻度傳遞長度的計算值，并與實測結果吻合。他們還得到了影響捻度傳遞長度的主要因素，以在實際生產中更好控制成紗質量與紡紗穩定性。張芝萍27通過研究發現阻捻盤的假捻效應大小與捻度傳遞長度有關，假捻效應越來，捻度傳遞長度越長。因而在紡制高捻紗時，應選用假捻效應小的阻捻盤，以減少捻回損失。2.4 其他器件施妮娜，孫志宏等28等研究了一種紡杯支撐裝置的改進方法，該裝置支撐方式為間接軸承支

17、撐，得出改進裝置中紡杯對支撐輪表面的壓力有所減小，紡杯桿與支撐輪表面的接觸狀況有所改善。轉杯紡紗機安裝清紗器后可以提高紗線質量，可以清除紗線上偶發性有害紗疵，但為了減少接頭和提高生產效率，應該盡量減少產生有害紗疵29。劉紅等30對轉杯紡紗機清紗系統進行了清紗系統電路的改進設計，既可以切除已經產生的紗疵，又可以對紡紗生產過程實施監控，達到減少紗疵產生、提高成紗質量的目的。紗條斷頭對棉紗的產量、質量及制成率都有一定的影響，斷頭率越高其危害越大。顏世強31，霍磊32等對轉杯紡紗機斷頭的原因及因素進行了研究，并且提出了減少斷頭的預防措施。汪軍等3335等對轉杯紡的半自動接頭裝置進行了分析，指出半自動接

18、頭質量接近全自動接頭質量，有廣闊的發展空間，并通過實驗指出用改變紗尾形態和改變喂給速度方式，接頭質量較好。3轉杯紗及產品開發轉杯紡紗的適紡原料及其產品十分廣闊，但仍以棉純紡及棉與化纖混紡為主。目前，轉杯紡純棉紗及棉與化纖混紡紗的紡織品比例為：針織用紗42%、牛仔布17%、外衣類23%、床上用品5%、工業用4%、其他9%5。隨著轉杯紡的發展，越來越多地使用化學纖維進行紡紗，如粘膠、滌綸、腈綸等，但絕大多數仍然與棉或其他天然纖維進行混紡。目前可采用轉杯紡紗機開發生產出一些新產品，如粘膠針織紗36、腈綸/棉 50/50轉杯紗37、竹纖維/Lyocell轉杯針織紗38等。轉杯紗用于針織有非常廣闊的前景

19、，但針織工藝要求轉杯紗線密度低、捻度少。轉杯紡紡制針織紗也涉及纖維原料、前紡工藝與喂入條子質量、轉杯紡工藝與設備，是一系統工程，要通盤考慮才能紡好轉杯針織紗39,40。利用各轉杯紡紗機的特點，可以加工優勢的針織紗，如用Autocoro360型可紡好優質的低捻針織紗41，R40型可紡出質量優于環錠紗的轉杯紗，得獲得了立達公司的Conmforo論證42。近年，復合紗的應用呈現逐年上升的趨勢，用轉杯紡紗機紡制的復合紗（圖3.1）具有強力高、條干均勻度好、結構穩定和多樣化、毛羽少等特別，具有廣闊的市場前景43。張海霞等44,45對轉杯紡復合紗的結構與性能的研究得出復合紗表面纏繞纖維包纏緊密，表面相對光

20、潔，直徑較小，斷裂強力和斷裂伸長率較高，條干較為均勻，毛羽有較大程度的改善（圖3.2）。此外，還有轉杯紡竹節紗等46多種新產品的開發，使轉杯紡的產品更加多樣化。圖3.1 轉杯紡紗機紡制復合紗示意圖圖3.2 轉杯紡復合紗與純棉轉杯紗形態比較4我國轉杯紡發展存在的問題34,4748目前我國轉杯紡還主要局限于粗號紗的加工，其中36.5tex以上的紗占了主要。這主要是由于我國轉杯紡設備速度低，紡紗經濟號粗，無法紡較細的紗。我國也始終沒有一個真正產、學、研相結合，有創新能力的轉杯紡紗研究開發中心。高等院校的研究成果還不能很好地體現在主機設備上，主機廠急功近利于現有產品，缺乏遠景打算，創新研發力量十分不足

21、。現有的體制、規則還不能使企業具有創新能力、持續不斷地研發新型的轉杯紡紗機及其產品，也無法保證科研創新隊伍的穩定與健康成長。轉杯紡紗機在機電一體化方向的自動化、連續化、高速化、智能化方向的發展水平還很低。轉杯紡紗機在新材料、新工藝、新的制造技術方面創新能力不足，嚴重影響設備的穩定可靠性。在紡紗原料開發、紗號品種、適紡范圍系列化開發方向的研究不夠，限制了轉杯紡紗機的應用范圍、經濟效益的發揮，不能適應市場的發展需求。與國際先進水平相比，存在不少的差距。形成上述兩方面問題有多方面因素。宏觀調控體系不健全，結構調整和改革力度不夠，企業的運行機制、分配機制和激勵機制不健全，一些企業的領導有短期行為，研制

22、開發新產品的經費很少，無力自主開發，崇尚仿造照抄。對轉杯紡紗產品的質量管理重視不夠，措施不力。另外，原材料、協作件、配套件、電子元器件的制約也影響到轉杯紡紗產品及其技術水平的提高。5轉杯紡紗的發展前景12,4950從自排風式轉杯紡紗機的問世，隨著高速化、細支化的發展，抽氣式轉杯紡紗機也漸漸顯示優越性，逐漸取代自排風式轉杯紡紗機。轉杯紡紗設備發展到今天，但在速度和成紗質量方面再有質的提高可能性已不大，就近幾年世界上最新生產推出的幾種機型來看，主要都是在傳動系統上作了改進，如紡紗器上改為喂給羅拉單獨傳動，分梳輥改用變頻調速，另外擴大了整機頭數，提高了監控和顯示水平，提高電清檢測質量等。在轉杯紡紗機

23、的應用上，應提高適紡支數。國內轉杯紡紗的生產量已占粗支紗總量的較大比例，但國內轉杯紡紗還有發展空間，關鍵是要積極開拓20S30S這一范圍內轉杯紗的產品領域。再就是增加毛、麻等方向上的應用，以發展轉杯紡的應用空間。另外，對半自動接頭和全自動接頭的性價比仍需要做進一步深入對比研究，以確定其發展方向。對于這兩種接頭機構，應該研究的方面是它們適應的紡紗速度、接頭質量、用工、價格等因素。雖然現在各公司對自己的機器及采用的接頭技術和機構均有各自的評價，但現在下結論尚早。理論上可以分析，但不科學，缺乏依據。應將此內容作為一個研究課題，意義是十分重大和深遠的，這涉及到今后國產機的定位與發展方向。參考文獻1 葉

24、戩春. 轉杯紡技術的現狀與發展J. 紡織導報，2006（7）：56-60.2 秦貞俊. 轉杯紡紗技術的發展J. 國外紡織技術，2002（10）：1-5.3 郁崇文. 新型紡紗技術的發展J. 棉紡織技術，2003，31（1）：9-12.4 徐惠君. 探討我國轉杯紡紗的振興和發展J. 紡織導報，2009（6）：84-88.5 王善元，于修業. 新型紡織紗線M. 上海：東華大學出版社，2007.6 朱長惠，姜余慶，方繡月. 轉杯紡紗工藝技術路線的研究J. 棉紡織技術，1990，（6）：324-332.7 毛建洪. Autocoro312型轉杯紡紗機紡紗工藝設計J. 棉紡織技術，2004，32（11）

25、：51-53.8 王昌宏. 使用國產自排風轉杯紡紗機的生產實踐J. 上海紡織科技，2006，34（3）：38-40.9 柳玉書，張慶喜. 我國自排風轉杯紡紗機的發展與現狀J. 棉紡織技術，2000，28（12）：10-13.10 徐惠君，張晏清. 我國抽氣式轉杯紡紗機發展的研討J. 棉紡織技術，2000，28（12）：14-17.11 張百祥. 轉杯紡關鍵部件與成紗質量的探討J. 紡織器材，2008，35（1）：34-40.12 師曉姣，萬樂鳴. 轉杯、分梳輥狀態對轉杯紗質量的影響C. 第十一屆全國新型紡紗學（技）術及產品研討會.13 徐惠君等. CF系列齒片式轉杯紡分梳輥的結構及紡紗效果J.

26、 棉紡織技術，2001，29（1）：47-48.14 徐惠君. 轉杯紡質量控制體會J. 棉紡織技術，2008，36（10）：45-47.15 張國蓮，陳廷，汪軍. 轉杯紡假捻盤作用現狀研究J. 河北科技大學學報，2006，27（3）：217-220.16 方寧. 轉杯紡紗機阻捻盤設計對假捻效果的影響J. 上海紡織科技，1991，19（6）：15-18.17 狄劍鋒，張國英. 阻捻盤對轉杯紡紗加捻效應的影響J. 紡織學報，1994，15（5）：215-217.18 汪軍，黃秀寶. 轉杯紡杯內紗段捻度分布研究J. 中國紡織大學學報，1999，25（3）：51-55.19 張宏偉，王善元. 轉杯紗中

27、纖維轉移與捻度分布的規律J. 紡織學報，2001，22（4）：24-25.20 巴塔，黃秀寶. 轉杯紡自由紗段形態對其捻度分布的影響J. 東華大學學報（自然科學版），2002，28（5）：17-21.21 Steffes E. Soft knits from Autocoro yarnJ. Textile Technology, 1995,2: 10-11.22 巴塔，黃秀寶. 轉杯紡織阻捻器阻捻系數理論分析J. 東華大學學報（自然科學版），2003，29（1）：9-15.23 王善元，楊國榮. 低捻轉杯紡張力與斷頭率J. 中國紡織大學學報，1999，25（3）：19-22.24 王善元，楊國

28、榮. 低捻轉杯紗的捻度分布理論阻捻器、阻捻矩及其捻度分布模型J. 中國紡織大學學報，1999，25（4）：53-58.25 王善元，楊國榮. 低捻轉杯紡紗實驗與理論分析提高低捻紗強力探索J. 中國紡織大學學報，2000，26（1）：95-99.26 汪軍，黃秀寶. 轉杯紡捻度傳遞長度的解析研究J. 中國紡織大學學報，2000，26（1）：64-69.27 張芝萍. 轉杯紡紗阻捻盤對加捻效率的影響J. 棉紡織技術，2002，30（8）：47-48.28 施妮娜，孫志宏. 轉杯紡紡杯支撐裝置的改進J. 東華大學學報（自然科學版），2007，33（6）：774-779.29 歸云科，劉永紅. 轉杯紡清紗器的應用與實踐J. 上海紡織科技，2009，37（8）：51-53.30 劉紅，王強，宋雅露. 轉杯紡紗機清紗系統的改進設計及實踐J. 紡織導報，2009（6）：93-94.31 顏世強，王忠孝. 轉杯紡斷頭研究J. 棉紡織技術，2009，37（8）：61-64.32 霍磊. 淺析轉杯紡紗機斷頭的原因及預防措施J. 科技信息（學術版），2