在经济和社会发展进入新常态下,我国纺织产业迎来了我国国民经济和社会发展第十三个五年规划(以下简称“十三五”)发展的关键时期,作为将于2020年步入国际纺织产业强国基础方阵的重要阶段,纺织产业智能化创新是重点发展方向之一。特别是棉纺织产业,在此方面更为重要。近三十年来,特别是近十五年来,中国棉纺织产业在工程技术创新、机械设备创新、辅助材料创新、新产品创新等方面都有了令人瞩目的重大发展,尤其是在纺纱工艺技术创新方面的进展极其显著。

1 纺纱系统创新

1.1 环锭纺纱系统

1.1.1 环锭纺纱工艺技术的创新

在传统的罗拉、胶辊、胶圈牵伸的工艺技术和纺锭、钢领、钢丝圈加捻、

卷取工艺基础上,在传统的赛络纺技术、赛络丝(赛络菲尔纺)技术、包芯纺

技术、花式纺纱技术、花色纺纱技术的基础上,产生了许多新型工艺技术。

(1)集聚纺技术:牵伸中增加负压吸风槽、网格圈,使细纱毛羽、条干、强度水平提高,适合细特纱线生产。

(2)全聚纺技术:牵伸中增加新型窄槽式、负压、空心罗拉集聚纺工艺技术,细纱毛羽减少、条干均匀、强度有保证,适合细特纱线生产。

(3)聚纤纺技术:牵伸中增加纤维集聚方式,细纱毛羽减少、条干均匀、强度有保证,适合细特纱线生产。

(4)柔顺纺技术:牵伸中须条提高回潮,高温金属件熨烫加捻成纱,细纱毛羽减少、条干均匀、强度有保证,适合细特纱线生产。

(5)低扭矩纺(扭妥纺)技术:在须条输出三角区与导纱钩间安装摩擦式假捻器,使须条输出三角区捻度显著高于常规捻度扭紧细纱,通过假捻器后,细纱捻度被假捻器退捻,仍由锭子和钢丝圈加捻和卷绕。实际存留捻度可显著低于常规环锭纱捻度,细纱紧密、条干均匀、强度良好。产量可比环锭纺纱明显提高。

(6)嵌入式复合纺纱:可喂入两种纤维的两根粗纱须条,同时在前胶辊下喂入两种纤维的两根长丝复合加捻纺纱。是一次成形多种纤维品种原料(最多四种,两种长丝、两种短纤维)的新型复合纱线,同时具有多种专用功能,可并入可溶性维纶长丝,适合细特纱、超细特纱线生产。

1.1.2 环锭纺纱机械设备的创新

在传统清棉、梳棉、条卷、并卷、精梳、粗纺、精纺、络筒的基础上,实现了工艺技术参数(输出速度、牵伸倍数、关键机件速度、专用附属装置、须条条干均匀度、运行状况)的计算机输入、实际检测输出及警示,满筒自动落筒、自动落纱等机械装置。包括粗纺机机械式自动落纱、自动插管、自动留头;精纺机机械式自动落纱、自动插管、自动留头;络筒机自动接头、自动落筒、自动换管、自动留头、自动测试纱线质量、纱疵切除等。同时实现了半成品卷装、成品卷装向下道工序自动输送(自动输送棉条筒、粗纱管、细纱满纱管和空管)和部分机械设备自动化连续运行生产,例如“清棉、梳棉联”;“条卷、并卷、精梳联”;“粗纺、精纺、络筒联”;以及落筒后筒纱自动称重、集中输送、贴标签,并由专用机械设备自动堆垛、自动打包并标记、打印有关数据。这些创新,显著减少和代替了人工劳动,提升了自动化水平。

1.1.3 环锭纺纱辅助材料的创新

在许多机件材料方面有创新,例如在针布、罗拉、胶辊、钢领、钢丝圈,特殊的罗拉、胶辊、胶圈、导条喇叭口、导纱钩等创新材料及结构设计上,在环锭精纺机锭带上更有突破性发展。新型锭带与主动轮、锭盘接触面提高摩擦因数;背面(与张力盘接触)显著降低摩擦因数;减薄锭带厚度、提高锭带柔软性、降低锭带“弯曲、伸展”过程中的力学变化,使每根锭带一周运转中的功率消耗下降了35%,显著节约能源。

1.1.4 纺纱新产品创新

环锭纺工艺技术的创新,不仅能适应不同纤维原料的纺纱过程,同时也适用于多种纤维原料的混纺成纱,可为后道产品带来多种实用功能(抑菌、防臭、防静电、防电磁辐射、防紫外线、导汗、透湿气、快干等),使在纺纱工艺中采用功能纤维混纺方式快速实现并保证品质成为可能。同时,新型环锭纺纱工艺技术和机械设备的创新也为花式纱线、花色纱线的生产创造条件。

在环锭纺纱工艺技术创新、机械设备创新、辅助材料创新、新产品创新过程中,我国纺织产业界已经将这些创新成果及时应用,实现了全套纺织机械设备的研发和生产,并集成形成了具有中国特色的数字化棉纺生产系统的五万锭实体。由中国恒天集团各公司协作生产的系统化棉纺设备,已于2015年5月在江苏南通大生集团一厂示范车间投产运行,整套系统化设备运转良好。目前,已做到每万锭每日三班用工20人。而在30年前,纺纱每万锭每日三班用工达365人左右。数字化棉纺生产系统的应用,显著提高了自动化水平,减少了用工,减轻了工人劳动强度,并形成了信息化汇集,配备了精纺机断头自动检测、自动报

警,受信息引导值车工可乘坐专用小电动车,被自动运送到断头位置以便处理断头。

1.2 喷气涡流纺集成式纺纱系统

喷气涡流纺纱机,由棉条喂入,经高倍牵伸直接形成须条,由喷气输送至气流管口排列伸直,用涡流及空心锭加捻成细纱,直接卷绕形成筒纱。通过电容式或光电式检测仪器检测条干均匀度和毛羽量,发现纱疵时自动切断细纱,除去纱疵并用机械手自动接头,卷绕形成筒纱。满筒后自动落筒、换空管、自动留头。满纱筒自动输送,依次自动称重并粘贴标签。成纱比较紧密,条干、强度均较好,但只能生产线密度相对较粗(15tex以上)的棉型纱线,但单头产量可比环锭纺纱每锭高达6倍~8倍。最新机型可喂入长丝与短纤维并列混纺成纱。从2014年开始,美国实行“再工业化”,新建棉型纺纱企业近100万锭,其中有87万锭喷气涡流纺纱集成式系统。前道有棉包电子计算机自动配棉排包、清梳联、并条等工序。该系统实现了折合环锭纺每万锭每日两班用工约8人。我国喷气涡流纺纱机现已研发定型并投入批量生产。

1.3 转杯纺集成式纺纱系统

转杯纺纱机,由棉条喂入,经分梳式大牵伸,将纤维送入转杯内受离心力伸展、排入杯中圆周槽内,经凝聚、排列、引出转杯加捻成纱,收集于储存辊上,经过电容式或光电式检测器,测试成纱条干与毛羽。如发现纱疵自动切断细纱,除去纱疵,并用机械手自动接头,然后送至卷绕成形机构卷成筒纱,自动落筒,自

动换空管,自动留头,落筒纱自动输送,自动称重记录,并贴标签后准备堆垛及打包。设备简洁,自动化程度高,单产高。但只能生产线密度相对较粗(15tex以上)的纱。纱线中纤维伸直度较低,强度较低、断裂伸长率高,捻度大,较耐磨损,手感较硬,但手感丰满。广泛用于牛仔布、卡其布、粗平布、灯芯绒、绒毯、浴巾、针织衣绒布等。我国转杯纺纱机也有几种型号生产供应。

1.4 其他纺纱系统

其他纺纱系统还很多。例如平行纺纱,又称空心纺纱(短纤维须条平行不加捻,外裹绕包缠长丝成纱);摩擦纺纱(又称尘笼纺纱,纤维开松后,尘笼吸附收集后搓捻成纱);离心纺纱(罗拉牵伸形成的须条被细纱牵引,细纱端在高速回转的离心杯内加捻,并由离心力铺放在离心杯内壁上);自捻纺纱(两根粗纱经牵伸后平行输出须条,经搓捻辊搓转加捻后合并,利用反向扭矩力拼成双股线的纺纱方法,还可延续进行二次搓捻、并入长丝等进一步加工方法);粘接纺纱(粗纱牵伸成须条后,与一根长丝并合并加入粘合剂,经加热、冷却后粘结成纱);捏锭纺纱(粗纱经牵伸成须条后,在一对胶圈输出口,纤维凝聚于高速回转的针尖形锭子尖上使螺旋圈纤维加捻成纱,引纱尾连续将纱引离锭尖输向络筒卷绕);静电纺纱(棉条经针辊开松后,由气流送入静电场,使纤维在静电场中伸直,平行排列于电极间,由一端连续引出并加捻成纱)等。

2 织造系统

目前在机织织造系统中,突出的创新主要表现在以下六个方面。

2.1 织机宽幅化

传统织机的幅宽由20世纪80年代的0.85m~1.2m 逐步发展到2m、3m、4m、6m。现在,针对某些专门用途的产业用纺织品的幅宽已发展到8m 以上。特别是针对高速造纸机用的抄纸网和造纸毯幅宽可达到16.5m~17.1m。

2.2 织机的送经系统

常规织机经纱喂入的织轴是一个,对于毛巾织物、起绒织物要用双织轴,但面向产业用纺织品,4织轴、6织轴织机早已问世。近年为适应产业用纺织品的开发,已制造出了一台30织轴的织机,用于织造碳纤维等高性能纤维的三维立体织物,作为增强复合材料的生产设备。同时用整经架代替织轴送经的织机也形成了一个系统。

2.3 织机引纬系统

对于已有3000年使用历史的有梭织机,也产生了下投梭、中投梭等多种方式。近50年来,无梭织机层出不穷。刚性剑杆织机、柔性剑杆织机、喷水织机、喷气织机、片梭织机等种类繁多。这些引纬方式各有特点,分别适用于不同纤维原料、不同纱线品种、不同织物的组织。特别是近代发展的经纱多层开口对引纬提出了更高要求。

2.4 织机控制系统

最早的平纹织物织机,只有两片综框。增加织纹要求形成了多臂织机,综框数逐渐增多到多片,可达16片,甚至更多,并为边经纱另加专用综丝。同时为适应提花织纹组织的需要,形成了提花织机。近年,万针及以上提花织机已生产多个型号。特别为了适用超细超密经纱,万针及以上提花织机的提花针改用了碳纤维增强复合材料制造,并将提花纹板改用电子计算机系统管理,电子计算机用数学方程式指挥提花织造,可以使提花织物循环周期由常规的40cm 增长到60m 以上。这使得提花织物可以顺利生产大幅图案,如可将清明上河图、诗经、本草纲目等书画生产成大辐图案,实现“清明上河图暠、“诗经暠、“本草纲目”等图画、书籍的丝绸织物快速、精细、顺利生产。

2.5 经纱自动穿综穿筘系统

几千年来穿综穿筘都是人工穿纱,现在开始有了电子计算机自动控制的经轴自动穿综、自动穿筘的加工专用设备。不仅可以实现普通织物的穿经,而且可以实现色织织物的穿经。这对节省人工、减轻劳动强度、提高速度、保证产品质量提供了重要的创新支持。

2.6 织物疵点现场检测系统

历来,织物疵点检测均是在织机上取下坯布以后,在验布机上检验、标记、品质扣分或织物裁剪疵点剔除。现在美国开始实施在织机生产过程中,由检测传感器在织布车间对织机逐台巡回检查近织口部位的织物品质。一旦发现严重疵点,电子计算机自动控制停止织机运转,电子信息通知人员在停台织机上拆除

织口处与疵点有关的几根纬纱后,重新开机织造。这样免除了严重疵点验布裁剪造成的损失。检测传感器检测管理织机的台数,可根据织机运转速度、织物组织种类、纱线品种等决定。一般一台监管检测传感器可监管8台~24台织机。已经多年运行,效果良好。但目前尚不适用于色织织物的监管。

3 结语

在棉型纺织生产工艺技术、机械设备、智能化信息系统、辅助专利及材料、新产品设计制造等方面,不断出现了创新发展。这些工业化、自动化、信息化、智能化的创新发展和应用,对我国棉纺织产业“十三五”期间的转型升级将发挥重要的作用。当前,在面临经济发展中国家和经济发达的原纺织大国的双重打压下,我国棉纺织产业纯棉中粗线密度纱线的生产空间已被剥夺的情况下(2013年以来,印度生产、出口到我国的纯棉纱线加进口关税售价17600元/t~17800元/t;2014年6月美国生产出口到我国纯棉36.9tex棉纱加进口关税17200元/t,但我国2012/2013年度棉花国储收购价19800元/t,2013/2014年度棉花国储收购价20400元/t。2015年12月份我国2129棉花市场价近14000元/t),因此,我国只有在生产纤细、精美的细线密度棉纱上发挥竞争力。但是喷气涡流纺纱系统和转杯纺系统不适应于细线密度棉纱的生产,只能用环锭纺纱系统生产。但是在数字化环锭棉纺生产系统中,精纺机细纱断头、自动接头技术尚未完成,这是我们迫切需要取得突破的重要问题。