集聚圈
吸风管套集聚圈型吸风集聚机构的另一个最重要的关键件就是集聚圈。集聚圈与吸风管互相配合共同完成集聚区对纤维的集聚紧密作用。有鉴于此，如把吸风管套集聚圈型吸风集聚机构简称为吸风管型吸风集聚机构或者集聚圈型吸风集聚机构固然简单，但不如前者形象和清楚。
3.4.1集聚圈概述
集聚圈是吸风管套集聚圈型吸风集聚机构不可或缺的关键件，没有它将无法完成吸风集聚纤维的作用；没有它也无法运送纤维须条，实现顺利输出。
集聚圈可定义为：在紧密纺的吸风管套集聚圈型吸风集聚机构中，用于与吸风管配合并具有特定通气孔和密度的环状物。这一概念不仅可涵盖各种材质，满足吸风集聚的孔径和孔密度要求，而且也与另一种类型的集聚罗拉集聚型吸风集聚机构的集聚罗拉相协调。
3.4.1.1集聚圈的类型
针对吸风管套集聚圈型吸风集聚机构而言，集聚圈按材料可以分为胶质集聚圈、织物集聚圈和塑料集聚圈三类；按通气孔的成型方法可以分为打孔集聚圈和织孔集聚圈两类；按整体性可以分为无接头集聚圈和有接头集聚圈。下面按材料分类叙述如下。
a.胶质集聚圈
胶质集聚圈(图3—30，以下简称胶质圈)一般采用丁氰橡胶制成，与传统的牵伸胶圈相同。但胶质圈需要打孔，并对孔径有要求，且孔多而密，因此要求其强度高，变形小，韧性大，而且所打的通气孔设计颇有讲究。胶质圈一般是有接头集聚圈。相对而言，胶质圈采用的较少。
b.织物集聚圈
织物集聚圈是用的较多的集聚圈(图3—31，以下简称织物圈)。织物圈是一个具有特定孔径和孔密度要求的管状织物。它有两个显著特征：一是直径小的管状织物，二是属于筛网类织物。织物圈上密布织成的微孔，一般只允许吸风气流通过，不允许纤维通过，但纤维很小时也可能被吸风带过去。织物圈通常用适当细度的化纤长丝织成，其宽度一般为20—30mm，周长则根据吸风管的尺寸或/和传动结构设计而决
c.塑料集聚圈
塑料集聚圈是一种新型集聚圈。塑料集聚圈由很薄的塑料带制成。它分为中间的工作区和两侧的边缘区。工作区有通气微孔，边缘区不带微孔，但在传动表面压有网纹或轻度滚花，以获得较大的传动摩擦因数。这种塑料集聚圈制造容易，成本低廉，便于推广。
塑料集聚圈还可以由热塑塑料丝织成。其中间是透气工作区，两侧是通过加热变成的不透气的平滑边缘区。边缘区还可以采用热熔胶涂层。塑料集聚圈的工作性能稳定，便于清洁，使用寿命增加。
3.4.1.2集聚圈的作用
①与吸风管一起衔接牵伸机构与加捻卷绕机构并形成负压吸风纤维集聚区。优秀的集聚圈设计应是牵伸机构与加捻卷绕机构的“无缝连接”。
②通过其独特设计的通气孔向纤维集聚区提供负压吸风，并集聚纤维。优秀的集聚圈设计应是其通气孔气流稳定、均匀，有利于更有效地集聚纤维，同时能耗低。
③依托吸风管的支撑和传动机构的传动输送纤维。优秀的集聚圈设计应是运动均匀，输送纤维稳定，对吸风管和传动机构的磨损小，结构简单，安装方便，制造容易，使用寿命长。
3.4.1.3集聚圈的技术要求
在吸风管兼用型吸风集聚机构，例如EliTe®紧密纺系统运行时，集聚圈2套在吸风管1上，受输出胶辊3压力作用，由输出胶辊3驱动，随着输出胶辊3的线速度转动(图3—32)；与此同时，粗纱条经后、中、前罗拉牵伸到一定细度之后进入集聚区，纤维须条在集聚圈2的表面上同集聚圈2一起向前移动。在此过程中由于集聚圈2内的吸风管1及其对位设计的吸风口，因而在负压气流作用下须条收缩紧密，大多数暴露在须条外面的毛羽可在气流和吸风口结构形
a.合适的通气性
集聚圈必须要有合适的通气性。纤维须条是气流透过集聚圈上的通气孔作用于须条，使其在集聚圈的表面产生收缩运动而完成集聚的，因此，集聚圈通气性或透气性的好坏与集聚效果息息相关。具有良好的通气性能使气流顺利透过集聚圈，完成集聚纤维须条的作用过程。集聚圈的通气性取决于通气孔的大小和密度。这就是说，一方面，集聚圈通气孔的大小和密度要合适：不宜过大，以防止细小纤维钻入孔隙，堵塞通气孔，降低吸风效果，加大能源消耗，破坏集聚作用；也不宜过小，以增大通气量，强化气流动力，减少能耗，提高集聚效果。另一方面，集聚圈通气孔也要分布均匀，也即要求尽可能减小织物集聚圈在整个工作长度上的经密差异和纬密差异，提高均匀性，以提局气流作用的稳定性。在保证一定透气性的前提下，提高集聚圈单位卸积上的孔密度(也称目数)，对于吸风管套集聚圈型吸风集聚机构紧密纺能否适应多品种生产以及能否纺制以细特或超细特纤维为原料的高档产品具有重要意义。
织物集聚圈通气孔的经纬密度要求达到55×55～60×60/cm2，孔密度一般要求3000目/cm2，具有高密度性。这个孔密度远高于一般织物。也基于此，称织物集聚圈为网格圈、筛网圈等是不合适的，因为普通织物或布料孔眼大、密度小不称为网格布、筛网织物，而孔眼小、密度大的集聚圈织物却反被称为网格圈、筛网圈呢?同时也可以看出，所述的胶质集聚圈要打孔到这个密度还要保持足够的强力几乎县不可能的。这就说明了多数厂商和技术人员都致力于研究织物集聚圈而不是胶质集聚圈的原因。
集聚圈通气孔的孔型一般为矩形和圆形。对于织物集聚圈而言，只能是矩形孔。这是由织物圈的织造方法所决定的。为了平衡足够太的空气流量与尽可能阻止抽吸损耗纤维的矛盾，对矩形通气孔研究表明，织物圈的两根经纱相互间的净间距应大于两根纬纱之间的净间距较理想。这种设计可以适当提高纬密，以阻止纤维的吸入损耗；而适当减少经密，以保证通气量。
b.合理的摩擦性
从前述原理可知，集聚圈在工作时，其内外两个表面同时受到两个摩擦力的作用，即集聚圈的外表面与输出胶辊之间的外摩擦作用和集聚圈的内表面与吸风管之间的内摩擦作用。对于吸风管兼用型的吸风集聚机构而言，这种摩擦还是在输出胶辊加压情况下进行的。这意味着，外摩擦属于摩擦传动，要求摩擦力大，以加强输出胶辊对集聚圈的稳定控制，避免打滑和偏移；内摩擦则属于摩擦阻碍，要求摩擦力小，以避免集聚圈的运动停滞和减少吸风管对集聚圈的磨损。由此可见，集聚圈外表面的摩擦因数要大，而内表面的摩擦因数要小，一般要求两者至少相差10倍以上。解决这一矛盾的技术手段是，适当处理吸风管工作表面，以减小内摩擦；适当处理控制胶辊表面，以提高外摩擦。如果分别反向处理织物的内外表面，技术难度很大，成本太高，不宜采用。
集聚圈的摩擦性还关系到集聚圈的耐磨性，进而是使用寿命、保养周期和运行成本。集聚圈转动时，内外两面都受到不同程度的摩擦，而且纺纱速度越快，摩擦程度和频率也越高，因此磨损成为集聚圈的主要软肋，良好的耐磨性和抗疲劳性可以保证集聚圈具有较长的使用寿命，降低运行成本。
c.较高的强伸性
为了保证运动稳定，不打滑，集聚圈上机后，自始至终都处于受张力控制状态：静态时，由吸风管后方的张力杆控制，使其能平整地帖服在吸风管表面；动态时，除在原有张力杆作用下运转外，输出胶辊的加压又对其产生了表面张力，因此，集聚圈必须具有较高的断裂强度和断裂伸长，并且其周向结构要均匀，没有明显的弱环存在，
d.稳定的形状和尺寸性
集聚圈要保证形状和尺寸的稳定。集聚圈由均匀高分子纤维材料织制而成，而高分子纤维材料都存在着蠕变问题，长期处于持续张力作用下的集聚圈，其形状和尺寸会随工作环境的温湿度、应力等因素的变化而变化，例如，因伸长变形而出现集聚圈松动或横向窜动等情况，当输出胶辊驱动集聚圈时，也容易产生折皱、扭曲等现象，从而对集聚和输出纤维以及纱线条干造成不良影响。因此，集聚圈应具有较好的弹性恢复率和较高的初始模量，以保持足够的形状和尺寸稳定性。
集聚圈的形状稳定要求集聚圈的边缘要光滑垂直，在高速运转状态下与棉、毛等各类纤维直接接触，边缘光滑，可不产生带花；集聚圈端面要与吸风管外径垂直，否则运转中易产生位移，影响纱条正常顺利输出。
集聚圈的尺寸稳定性还包括热稳定性。集聚圈长时间在高速摩擦的状态下运转，包括纤维须条与集聚圈的摩擦，输出胶辊与集聚圈的摩擦，吸风管与集聚圈的摩擦，这三种摩擦会产生大量的热，虽有吸风管通过吸风口可吸走一部分热量，但实际运转中的集聚圈还可能产牛一定量的热伸长，所以要求集聚圈也要有较好的热稳定性。
通常为减小蠕变、提高形状、尺寸和热稳定性，在生产集聚圈时需要对其进行热定型处理。中国专利ZL200410041242.1就介绍了一种集聚圈的热定型方法。
e.良好的质量
集聚圈的任务繁重，因此要求其必须有良好的质量。首先，集聚圈的圈体表面必须光洁平整，使须条通过集聚圈表面时不会发生勾粘纤维现象，有利于纤维须条在集聚圈上的连续运动和收缩集聚；其次，集聚圈的圈体边缘封结圈上的孔隙分布要均匀，有助于提高气流对纤维须条的集聚作用；再次，集聚圈要具有耐污染、抗静电、便于清洁、洗涤不变形等特性。
f.一定的导电性
集聚圈要有良好的导电性。集聚圈工作需要内、外摩擦，而且紧密纺纱的工作环境较为干燥，容易产生静电，造成吸附飞花、堵塞通气
总之，集聚圈的制造与应用是一个新课题，应当从材料、设备、工艺和工作机理等多方面进行创新研发，以满足紧密纺吸风集聚装置的需要。
3.4.2国外的集聚圈研究
吸风管套集聚圈型紧密纺系统在国外的应用十分广泛。具代表性的有德国绪森公司的EliTe®紧密纺系统、意大利马佐里公司的Olfil®紧密纺系统和日本丰田公司的EST型紧密纺系统，但这几家公司所采用的集聚圈各不相同。瑞士立达公司的ComforSpin®紧密纺系统虽然不属于吸风管套集聚圈型紧密纺系统，但也对集聚圈进行了大量的研究。
3.4.2.1绪森公司的集聚圈
绪森公司的EliTe®紧密纺系统使用的织物集聚圈不是平纹织物，而是由
斜纹组织织成的环状织物(图3—33)。其透气性、耐磨性、强伸性能等均较好，特别是其斜纹组织可使集聚圈的内外表面摩擦性能产生差异，适应集聚圈内外摩擦差异的要求。当集聚圈沿周向在吸风管上运转时，集聚圈的内表面由纵向经浮长覆盖且与纤维运动方向平行，摩擦因数较小；而集聚圈的外表面则由横向纬浮长覆盖且与运动方向垂直，摩擦因数较大，从而在加强了输出胶辊对集聚圈运动控制的同时，又减小了集聚圈与吸风管之间的运动阻力。
绪森公司的织物集聚圈具有典型意义。为进一步纺好紧密纱，不久前，绪森公司又研制成功了新一代的集聚圈，取名为五星(5Star)集聚圈。新型的五星集聚圈同样由环状织造技术生产，密封完整，无接头，具有很好的耐磨性和稳定性，能阻止灰尘及纤维碎屑等杂质的粘附，且五星集聚圈可进一步改进纺纱过程的稳定性，从而减少用户的运转费用和保证紧密纱质量的提高。五星集聚圈具有以下五个特点。
①表面优化。新集聚圈表面进一步优化，减少了摩擦，从而降低了集聚圈的磨损，同时也减少了吸风管等元件的
②使用方便。由于新型集聚圈的表面结构对纤维、杂质颗粒及灰尘的粘附现象少，与普通集聚圈相比较，使用人工清洁费用可减少25％，牵伸系统的清洁时间间隔可延长3～5倍。
③寿命提高。新型集聚圈比普通紧密纺集聚圈的使用寿命长，其他元件的使用时间如吸风管及引入部件等，使用寿命亦相应延长。
④性能稳定。由于新集聚圈的运转性能很好，改进了纺纱质量，并有助于减少质量波动，减少了锭差，因而可使紧密纱性能更稳定。
⑤性价比高。新集聚圈具有使用寿命长、维修时间短、纺纱质量恒定、相对费用低等优点，使紧密纺生产企业整体运转性能稳定。
目前，五星集聚圈已投放市场，受到紧密纺生产企业的欢迎。
3.4.2.2青泽公司的集聚圈
与绪森公司不同，青泽公司紧密纺系统采用胶质集聚圈。这是其一个明显的技术特征。这种胶质集聚圈(一般称为多孔胶圈)以传统牵伸机构的胶圈为基础，采用青泽公司特有的打孔技术制作而成。青泽公司的紧密纺系统在前罗拉前方增加一根由车头传动的输出罗拉，其上装有输出胶辊，组成输出钳口，同时也是须条加捻的阻捻钳口。输出胶辊上装有皮圈架组件。该组件由整体防静电的塑料特制而成，设有负压气流导向口，并与负压源相连。多孔皮圈套在输出胶辊及皮圈架组件上，构成纤维集聚区。
青泽公司的CompACT3胶质集聚圈为了增加对横向发散纤维的凝聚，特意间隔设置了横向加宽的椭圆形长孔，在集聚胶圈中央形成一长二圆间隔设置的一列小孔(图3—34)。孔的大小和相互距离是根据纤维长度设计。它既能牢固地定位纤维束，又避免了意外的纤维损失。胶质集聚圈由输出罗拉摩擦传动，并配有胶圈自动清洁装置，使胶质集聚圈不易堵塞，适于长期运转，可以免维护。
青泽公司的胶质集聚圈具有典型意义。一般在集聚过程中，纤维须条从牵伸区到集聚区的转移方式，集聚区的集聚效果和最后的
此外，由于胶质集聚圈的通气孔只有单列，为使牵伸区输出须条不脱离集聚区，必须对该紧密纺系统的粗纱横动装置进行改进，采用4mm的横动动程。
3.4.2.3马佐里公司的集聚圈
意大利马佐里公司的Olfil®型紧密纺系统也使用织物集聚圈。与绪森公司的织物集聚圈不同，马佐里公司的织物集聚圈是由平纹组织织成的薄形平面织物，通过粘结工艺将织物连结成的圆形结构织物圈，加工工艺相对比较简单，费用低。但其周向上存在接缝，会产生强力弱节、周期性透气不匀和运转的周期性不稳。很明显，这种织物集聚圈对纤维的集聚效果、成纱质量和运行的稳定性以及使用寿命都有一定的负面影响。低廉的购置成本是否可以弥补寿命短的缺陷，还需用户实践检验。
3.4.2.4丰田公司的集聚圈
日本丰田公
目前丰田公司的集聚圈包括无接头的管状织物圈和有接头的薄形织物圈两种形式。
3.4.2.5立达公司的集聚圈
瑞士立达公司虽然以集聚罗拉型紧密纺系统闻名，但它收购了德国绪森公司，并没有放弃对紧密纺关键件集聚圈的研发，足见集聚圈的关键地位和其对集聚圈的重视。立达公司对集聚圈有着深入的研究，并已提出了多项国际(包括我国)专利申请，寻求专利保护，值得国内同行的参考、学习和关注，并注意避免涉嫌侵权。
立达公司在名称为“输送一根应集合的纤维条的运输带”的专利申请中对织物集聚圈的具体设计为(图3—36)：经纱20和纬纱21进行交织，两根相邻的经纱20之间净间距x大于两根相邻纬纱21之间的净间距γ。间距x可以是间距y的多倍。这样织物圈中的孔型是小矩形孔22，其较小的边相当于间距y，沿着运输方向A，而其较大的边是横向于运输方向A延伸，相当于间距x。其中dL和dQ分别为经纬纱的直径。与至今已知的正方形横截面的织物孔眼相比，这种矩形孔眼22的结构可以实现较理想的吸气量与阻纤吸人作用的技术要求平
在另外一件名为“用于输送待压实的纤维须条的输送带”的专利文献中，立达公司提出了一种不同于前的集聚圈设计(图3—37)：集聚圈的透气性工作面宽度a比吸风管的吸风区域宽度b略小。集聚圈的边缘区域31、32可加密织造，没有明显的透气孔。通过这种方法，集聚圈的通气工作面上钻入孔隙的细小纤维等杂质将更容易地被吸气槽吸入吸风管，而边缘区域的孔隙则不容易钻人杂质，在一定程度上可减轻磨损。
该专利同时提出一种塑料集聚圈的设计(图3—38)：集聚圈可由薄的塑料带33制成，较窄的工作区34设有微孔，并尽可能与织物圈的通气孔一致，而边缘区域35、36不带微孔，但在该处集聚圈的传动表面压有特殊结构的网纹或轻度滚花38等，以获得较大的传动摩擦因数。同样集聚圈的透气性工作面宽度。比吸风管的吸风区域宽度b略小。
在另一件名为“输送待集束的纤维条子的输送带”的专利文献中图3—39)，立达公司又提出了一种完全由热塑塑料丝织成的集聚圈。该集聚圈由单丝编织成无缝的圆筒形；中间透气区25较窄，其宽度M为集聚圈宽度B的2/5；边缘区域26、27通过加热可变成不透气的平滑片，其宽度分别为R1和R2；或者在该F层边缘区域30、31采用热熔胶涂层32、33。集聚圈的工作区与边缘区域由一种织物制成，拥有更高的形状稳定性，较窄的透气区使沉积于集聚圈的杂质减少，不透气的边缘区使集聚圈的使用寿命增加。
在一件名为“用于输送一根纤维须条的输送带”的专利申请中，立达公司还提出了一种集聚圈的新技术方案：采用双组分的热塑性皮芯复合长丝为经纬丝来制造集聚圈。热塑性长丝28的表层30具有可熔性，芯层29为不可
在另一件名为“输送纤维条子的输送带”的专利文献(专利申请号200410047519.1号专利文献)中，针对纺纱过程中常见的静电现象，立达公司开始尝试改进集聚圈的静电性能，设计在集聚圈中添加可减少静电的材料，或者阻止集聚圈产生静电，或者通过漏电将所带静电减少到对实际应用无危害的程度，以尽可能抑制细小纤维的静电吸附，影响集聚圈的透气性。添加减少静电材料的方法很多，或者可以将材料加入编织集聚圈的长丝中，或者也可在编织的过程中直接添加到集聚圈成品中。该专利文献中，提出了多种添加方法。例如在集聚圈织物的经纬纱中加入非常少量的金属丝；或者在织造用的单丝中随意布置一部分碳纤维段，以导走部分静电；或者在织造用单丝中添加化学试剂使单丝具备导电功能；或者在织造集聚圈用的复丝中加入至少一根导电纤维；或者采用核心含碳纤维的双组分细丝编织成集聚圈；或者使织造用细丝或集聚圈织物金属化；最后，还可以通过涂覆等离子体层或化学物质的方法提高集聚圈表面的导电能力。
立达公司的上述专利申请并非其全部，就在这些设计中已采用了大量现代材料技术，如热塑性长丝、双组分皮芯复合纤维、碳纤维、等离子体层涂敷技术等用于集聚圈的制造，值得我们学习借鉴。应当特别
3.4.3国内的集聚圈研究
随着价格昂贵的国外紧密纺细纱机大量进入我国市场，紧密纺细纱机国产化的呼声越来越高。由于吸风管套集聚圈型紧密纺系统集聚效果也较好，价格相对低廉，适纺品种广，特别是加装设计可以根据生产要求实现环锭纺和紧密纺之间的灵活转变，并且适于在国内较普及的FAS06型、FA507型环锭细纱机上低成本改造，因此吸风管套集聚圈型紧密纺系统具有较好的国内市场价值和工业化可行性。在2004年北京的国际纺机展上，有十几家国内企业展出了自己的紧密纺设备，如：经纬纺机榆次分公司的JWFl530型紧密纺细纱机，上海二纺机的EJM971型紧密纺细纱机，马佐里(东台)的DTM149型紧密纺细纱机，浙江日发公司的RFCS510型紧密纺细纱机等，都选用了集聚圈作为集聚元件，可见吸风管套集聚圈型紧密纺系统被国内业界普遍认同，在中国市场具有广阔的应用前景。因此，集聚圈作为国内使用最多的紧密纺核心器件，其质量是紧密纺国产化的重要一环，研究具有自主知识产权的集聚圈也成为开发紧密纺技术的关键。
虽然国外厂商对优质集聚圈的制造技术严格保密，但在许多科研人员的努力下，国内已经能够生产集聚圈，并且还有部分公司申请了专利保护。但是目前阶段，国内集聚圈的研究尚处于低水平阶段，也即首先应当制造出来，然后才能提高和创新，集聚圈新设计不少，技术威熟的不多，实际效果也有待验证。事实上，不论是在材料选择、结构设计、孔径和孔密度及其分布均匀性、使用寿命、抗污染和耐磨损性以及运动稳定性等方面，国产集聚圈在质量上与国外优质产品仍有一定差距。因此，国内研发人员要学习和借鉴国外先进技术，高起点，大投入，全力开发出具有
3.4.3.1集聚圈的制造方法
以织物集聚圈为例，其制造工艺流程一般包括：选择原料一整经—织造—切—热定型—产品检验。
a.集聚圈的原料选择
集聚圈一般由化纤长丝织成。国内常规的备选材料主要有锦纶、涤纶和维纶长丝，它们的主要性能比较如表3—1所示。通过比较可见，涤纶和维纶长丝在尺寸稳定性和耐热性能方面优于锦纶长丝，但是鉴于集聚圈使用环境的要求，锦纶长丝以其高强伸及恢复性能、优良的耐磨性及抗疲劳性和一定的导电性能成为制作集聚圈的优选材料，而锦纶66长丝的物理性能和织造性能又优于锦纶6，可以制作出性能更优良的集聚圈。目前国内一般选用的材料是锦纶6或锦纶邱长丝。
表3—1一些化纤长丝主要性能
指标 |
锦纶6 |
锦纶66 |
涤纶 |
维纶 |
干态断裂强度／ cN·dtex-1 |
5.6～8.4 |
5.2—8.4 |
5.5—7.9 |
5.3-7.9 |
干态断裂 伸长率/％ |
16-25 |
16～28 |
7-17 |
9～22 |
弹性恢复率/％ (伸长率/％) |
98～100(3) |
100(4) |
95—100(3) |
70～90(3) |
初始模量/ cN·dtex—1 |
23.8-44 |
21.1～51.0 |
79.2～140 |
62—158 |
耐热 性 |
180℃软化 |
230℃软化 |
238℃软化 |
230℃软化 |
耐磨性 |
好 |
好 |
较好 |
一般 |
耐疲劳性 |
好 |
好 |
一般 |
一般 |
导电性 |
较好 |
较好 |
差 |
较好 |
集聚圈所用化纤长丝的线密度范围为5.56～8.89tex。一般情况下，长丝越细，集聚圈单位面积的孔的目数越高，气流作用也越大；长丝越粗，集聚圈的耐磨性和强伸性越好。通常，长丝线密度的选择主要根据所纺纱线的细度对集聚圈透气性能的要求，并考虑其他因素综合确定，目前一般选用5.56tex的长丝。
瑞士立达公司建议织物集聚圈的经纱和纬纱分别采用聚醚醚酮(PEEK)纤维，这样可得到很耐磨且洗涤后实际不缩水的集聚圈。但这种纤维国内目前不能自产，影响集聚圈材料选择和应用。
b.集聚圈的织造
集聚圈在发展过程中出现了两种形式，一种是整体织造的管状织物圈，另一种是有接缝的织物圈。后者采用普通单面织物经粘接形成圈体，制作工艺较为简单，但接缝处强力不足，集聚效果不理想，使用寿命不长，已逐渐被淘汰。
管状织物虽然具有较好的使用效果，但在织造过程中存在一些技术难点需要克服。
①集聚圈尺寸比一般管状织物小得多，并有特殊要求，织造时幅宽很窄，成形困难。由于目前国内尚未有专用的集聚圈织机，所以必须对普通织机进行改造，才能织出相应尺寸的管状织物。
②织造时要求经纬纱交织均匀，这样才能保证集聚圈形状规则、表面光洁、孔隙分布均匀。但是，选用的长丝细且光滑，在织造过程中容易发生经纱滑移和断头，破坏织物外观效果和内在质量。
③管状织物的上
集聚圈织造的工艺参数一般如下：
经密为40-60根/cm，纬密为40—60根/cm，根据长丝细度、幅宽和集聚圈透气性要求具体设计；
基础组织为平纹或斜纹，幅宽用W=πD/2来确定(D为设计要求的集聚圈管状织物的直径)，一般吸风管兼用型的集聚圈D为5—6cm，但吸风管单用型的集聚圈或者吸风管兼用型的集聚圈采用输出罗拉传动方式的，则要根据集聚圈的传动结构设计来确定；
穿综法为顺穿、分区穿，穿筘为2～6人；
钢筘为特制变密度钢筘；
总经根数mj由下式来确定：
mj=Rj×Z±Sw
式中：Rj——基础组织的组织循环经纱数；
Z——表里层基础组织的个数；
SW——基础组织的纬向飞数。
织造后的管状织物要求孔型方正，布面平整，孔眼均匀，孔密度应不小于2500目/cm2。
c.集聚圈的切割
管状织物织造后，要按要求的宽度切割成集聚圈。集聚圈的切割是集聚圈制作的另一个难点。切割技术难点在于：一是要求集聚圈切割端不破坏原有织物结构，切割端面的化纤长丝融合，不会脱散，以防止因集聚圈纬丝向外移动，孔隙变大而引起的气流作用紊乱和纤维钻入气孔；二是要求集聚圈的切割面整齐、光洁，不能使形状改变或存在凸粒或结块，避免造成集聚圈的转动凝滞、偏移和扭曲。
目前的网格圈的切割方法主要有以下四种。
①机械切割，即采用传统的机械刀具和机加工的方法切割。这种方法虽然也可完成对管状织物的切割，但切割端毛糙，边缘长丝容易脱散，所以进行机械切割时，作为补救，须对刀具(如刀片、金属细丝)通电生热，使其能熔融长丝，在切割的同时封结管状织物的切口边缘。
Σ
③超声波切割，即利用陶瓷振子加上电压产生超声波振动，再经过增幅放大，使刀头刃具产生高频振动，达到40000次/s以上，就可以方便简单地切割管状织物。这种方法具有切割速度快，切割端边缘平整光滑等优点。
④电子束切割，这也是一种热电加工方法，即切割时由高速聚集电子束照射被切割管状织物的指定位置，在电子束产生的机械和热应力作用下，使材料熔融、气化挥发，从而完成切割。此方法加工精度极高，而且没有热影响区。
上述四种方法均可用于切割集聚圈，第一种方法简便易行，成本低廉，但切割效果一般，后三种方法虽然能达到较好的切割效果，但使用的切割设备较为昂贵，成本较高。不论哪种方法，切割温度的设计都是很重要的。对于锦纶66和涤纶原料而言，切割温度一般应控制在245—265℃之间。
d.集聚圈的后处理
管状织物在切割成集聚圈后，还需要后处理加工，以提高其整体品质(如强伸性、稳定性、规则性等)和某些方面的性能(如耐磨性、抗静电性等)。集聚圈后处理主要包括热定型和特殊整理两道工序。
(1)热定型
切割下机后的集聚圈还需要在适当的高温中收缩定型。一般方法是将下机后的管状织物套于有弹性支撑的可加热的芯棒上，放入可径向收缩的加热套管中，再向套管径向加压，同时芯棒加热，使织物圈沿着径向与轴向收缩，单位面积内的孔密度增加。经热定型后，集聚圈的孔密度要求在不少于3000个/cm2。热定型是集聚圈制造的核心工序之一，其作用主要有四个。
①消除应力。经热定型，除了能消除一般化纤织物均具有的原
②提高织物的孔密度。为了提高集聚圈的耐磨性能，选择材料时往往尽可能采用较粗的经纬线，因此，难以直接通过织造得到所需要的30DO目/cm2的孔密度。通过热定型工序后，经纬线的热收缩在消除应力的同时，又增加了织物的孔密度，能方便地得到3000目/cm2的孔密度。
③延长集聚圈的使用寿命。由于集聚圈在实际使用过程中，长期处于与纱线的摩擦状态下，摩擦产生的热量积聚，将导致化纤长丝的热变形，集聚圈不能再用，缩短了其使用寿命。经过高温热定型后，集聚圈具有抵抗热变形的预变形，从而延长了其使用寿命。
④经纬线之间经高温高压热定型后相互变形定位。由于集聚圈在使用过程中，内外圈表面要承受相反方向的摩擦力，加上单纤维本身摩擦力又很小，因而在使用中容易造成经纬线产生移位导致通气孔变形，影响集聚效果。所以生产中可根据原料实际情况设置较高的定型温度和定型压力，使经过高温定型的集聚圈经纬线之间相互粘合定位，具有较好的尺寸稳定性。
(2)特殊整理
对于热定型后的集聚圈，还可以根据不同要求，对其进行特殊整理，例如涂层整理，实现集聚圈内外层差异化的表面摩擦性能，或者增强它的耐磨性，或者改善其抗静电性等。
e.产品检验
紧密纺是新技术，集聚圈是新产品，并且是需要不断改进和提高质量的新产品。因而目前集聚圈尚无统一的技术标准。产品检验取决于企业及其所制定的集聚圈标准。
3.4.3.2国内对集聚圈的研发
作为核心关键件的集聚圈，国内不少业界人士进行了不断地深入研发，并取得了不少可喜的创新成果。
a.上海天问实业有限公司(简称天问公司)的集聚圈
天问公司是国内较早生产出具
天问公司的研究人员认为，集聚圈作为紧密纺系统的集聚元件，在纺纱过程中有两个功能：一是集聚功能，主要借助气流的作用，把前罗拉输出的、已经充分牵伸过的纤维束吸附到集聚圈表面对应有吸气槽的部位，使纤维束在宽度方向尽量收缩，以减小加捻三角区和毛羽；二是输送功能，集聚圈被用作输送元件，将被吸附的纤维束以输出罗拉的线速度输送，使之没有意外牵伸，因此作为输送元件的集聚圈，必须被可靠驱动，有稳定的同步线速度。这两种功能如果采用同一种组织结构是难以兼顾的。因为集聚功能要求集聚圈有符合工艺要求的透气性和均匀的孔密度，并在吸风管吸风口处产生一定的凹陷，以得到更好的集聚效果，所以要求集聚圈不能拉得太紧，应适当有些松弛。但是这样的要求和集聚圈的被驱动功能显然是矛盾的。
为了解决这个矛盾，使集聚圈产品性能优异，天问公司改进了集聚圈的织造结构：设计了变密度集聚圈，即在宽度方向把集聚圈分为两个功能区(带)，中间是工作区，两旁是加强区或称传动区。
①集聚圈的驱动力传动集中在其两边的传动区，是集聚圈拉力的主要承担者，因此设计传动区的织造密度很大，以提高集聚圈运行稳定性。
②集聚圈的工作区在集聚圈宽度的中间部位，所承受的张力较小，因此设计工作区的织造密度较小，有利于孔眼结构的稳定和张力松弛。而在负压的作用下，较松弛的张力便于集聚圈在对应的吸风管吸风口处产生一定程度的凹陷，有利于提高集聚效果。
变密度集聚圈由于工作区的单丝密度从两侧向中间递减，中间区域的透气性最大，空气阻力最小，在负压的作用下，中间的气流速度大于两侧，根据空气动力学原理，两侧的气流自然地向中间靠拢，因而增强了集聚圈的集聚作用。
天问公司的集聚圈织物设计较为复杂(图3—44，CN200320122255.2号专利文献)：原料采用直径0
的经面组织，而内表面是
的纬面组织，内外表面在运动方向上的磨擦力差异比绪森公司
组织更加明显；在工作区，采用
的平纹组织和
的斜纹组织相结合的复合组织，密度可以根据工艺要求任意调整，不受集聚圈强度的限制，目前采用50～60纬/cm。集聚圈的两边采用“熔切”方法锁边。在高密度区进行“熔切”，熔边强度大，边丝不易脱散，也使传动区不需要太宽，节省原料，提高集聚圈制成率。
经初步测试，天问公司的变密度集聚圈的工作区拉伸强度为传动区的50％～70％；在纺织厂进口机器上与进口集聚圈的对比结果也令人满意(表3—2)。
表3—2天问公司集聚圈和进口集聚圈使用效果比较
测试项目 |
天问公司集聚圈 |
进口集聚圈 |
细纱条干CV值/％ |
11.86 |
11.8 |
条干CVb值/％ |
1 |
0.6 |
细节／个·km-1 |
1 |
0 |
粗节外·km-1 |
11 |
11 |
棉节／个·km-1 |
45 |
41 |
管纱毛羽值(H) |
3.21 |
3.18 |
毛羽CVb值／％ |
2.2 |
2.4 |
b.无锡集聚纺织器械有限公司的集聚圈
无锡集聚纺织器械有限公司是一家专门从事紧密纺技术及相关器械研制和销售的高新技术企业。该公司已研制出多种紧密纺用集聚圈及其相关机件，并已申请和获得多项国家专利(表3—3)，因此
表3—3无锡集聚纺织器械有限公司专利申请统计
序号 |
发明名称 |
申请传利号 |
申请日 |
1 |
一种紧密纺纱用吸聚圈传动装置 |
CN200320124201.X |
2003.12.31 |
2 |
一种紧密型纺纱用网格状吸聚圈及其织造方法 |
CN200410041242.1 |
2004.06.09 |
3 |
一种带转移印花的紧密型纺纱用网格状吸聚圈及其织造方法 |
CN200410041314.2 |
2004，07.06 |
4 |
一种带有传动区的紧密纺纱用吸聚圈 |
CN200410041813.1 |
2004.08.27 |
5 |
一种积极传动的紧密纺吸聚圈传动装置 |
CN200410041949.2 |
2004，09.04 |
6 |
一种高强度的紧密纺用网格圈及其生产方法 |
CN200410065866.7 |
2004.12.21 |
7 |
一种管状织物用变密度钢筘 |
CN200410074992.9 |
2004.08.27 |
8 |
一种用于自洁净吸聚圈的吸送风管 |
CN200410074993.3 |
2004.08.27 |
9 |
一种紧密纺纱用吸聚圈传动装置 |
CN200410074994.8 |
2004.08.27 |
10 |
防静电紧密纺纱用吸聚圈 |
CN2 00410074995.2 |
2004.08.27 |
11 |
一种紧密纺纱用吸聚圈 |
CN200410074996.7 |
2004.08.27 |
12 |
一种具有抗静电性能的紧密纺用网格圈及其制造方法 |
CN200510038175.2 |
2005.01.18 |
13 |
一种带耐磨辊的集聚纺异形管 |
CN200510040492.8 |
2005.06.09 |
14 |
一种带耐磨辊的集聚纺异形管 |
CN200510040822.3 |
2005.06.27 |
15 |
一种用于集聚纺异形管的双向耐磨嵌片 |
CN200510041075.5 |
2005.07.15 |
从表3—3中，不难看出该公司研究集聚圈的有关内容，下面简单介绍几例。
具有抗静电性能是集聚圈技术重要的发展方向之一。它能有效地减少运行中集聚圈通气孔的堵塞，提高集聚效率，延长集聚圈使用寿命。该公司集中人工血管与工业筛网等行业的专家团队，历时一年多的研究，成功开发了具有抗静电性能的紧密纺用集聚圈。
①加入导电纤维的抗静电集聚圈：这种具有抗静电性能的紧密纺用集聚圈的生产技术核心是“在制造集聚圈的经纱或/和纬纱中至少嵌入一条导电纤维(专利申请号CN200410074995.2)”，从而使所纺纤维与集聚圈在摩擦过程中所产生的静电快速地散逸。通过对国内外几种主要抗静电纤维的分析，在纤维包覆、织物镀层和熔丝法等方法中，该公司选择了熔丝法作为基本方法，在集聚圈的生产中，用部分(2—8根)导电纤维代替经纱织入集聚圈中，由于嵌入导电纤维的
②优选特定材料的抗静电集聚圈：与加入导电纤维的抗静电集聚圈设计思路不同，这种抗静电集聚圈的技术设计核心是“利用高分子材料静电序列表中相对的两端附近的材料分别作为网格圈的经线与纬线编织成带形管状(专利申请号CN200510038175.2)”。其设计原理是：任何两种不同化学组分的材料相互接触、摩擦时，由于其内部结构中的电荷载流子能量分布不同，会在其表面产生电荷再分配从而形成双电层，当其重新分离时每一种材料上就带有比接触摩擦前过量的正或负电荷，其电荷的正负取决于该材料对正负电荷的相对亲合力。由于涤纶和锦纶正好处在高分子材料静电序列表相对的两端附近，因此在同一种纤维的摩擦下会产生极性相反的两种电荷。两种电荷相互中和，可自动消除静电。该技术采用直径小于0.1mm的锦纶长丝作经线，同直径的单纤维涤纶长丝作纬线，“经线与纬线的交角为90°±0.03°”织成抗静电集聚圈。据称，该发明技术在集聚圈的织造以及使用过程中，集聚、摩擦纤维可同时产生相互中和的正负静电荷，自动抑制或消除了静电的产生，从而避免了因静电引起所有问题。
该公司的集聚圈制造的工艺流程如下：拉丝—整经—织造—切割—热定型—检验。这个工艺流程并无特殊。但为了提高集聚圈的品质，公司在很多方面都进行了改进。
在原料方面进行的改进是：设计专用集聚圈长丝。前期研制的集聚圈采用直径0.08mm的锦纶单丝作为基本材料，将部分导电纤维代替经纱织人集聚圈。但前期所用的导电纤维表面不光滑，对集聚作用有不良影响，因此该公司已和有关化纤厂协作，用掺人纳米
对织造设备相应的改进是：国内现有的管状织机基本上不能适应大张力和多种织物组织的工艺要求，公司在已研制成功的以K274丝织机为基础的专用管状织机的基础上，进行了相应的改进，专门改进了闭环式投梭机构，加装了经轴大张力调整机构，还研制了纬纱张力可调的专用梭子，设计了一种管状织物用变密度钢筘(参见CN200410074992.9号专利文献)，保证了织造工艺的需要。所述的变密度钢筘是指在框架内安装若干相互平行的筘片，其特征是位于钢筘两侧边缘的筘片的密度低于位于中间的筘片密度。在框架的内侧与最边缘的筘片之间设置与筘片平行的圆柱形杆。在框架与圆柱形杆之间，或圆柱形杆与最边缘的筘片之间设置工艺拉紧丝的通道，该通道的宽度大于各筘片之间的间距。由于钢筘两侧的筘片密度不同于中间的筘片密度，可使织物的均匀性更好。
有关切割方面的改进是：在长期试验的基础上，优选了激光切割机执行集聚圈的切割任务，并对其进行了相应的改造，研制了专用夹具，保证工艺要求，还试验了新型夹具，改平面切割为回转切割，进一步提高了边缘垂直度和切割成品率。
热定型技术的改进是：专门设计了高温、高压热定型工艺，并研制了相应的热定型模具、定型机及自动检测与控制系统，以满足集聚圈的工艺要求。例如，集聚圈的热定型工艺特别设计了较高的定型温度和定型压力，要求“其加热温度为高于该纤维的软化点，低于该纤维熔融点温度”，使经过高温定型的集聚圈经纬线交织点处相互变形定位(参见CN200410041242.1号专利文献)。高温热定型的定型温度大大高于常用的化纤热定型温度，实际操作时应根据材料的纯度、工作环境等因素选择适当的定型温度。对于锦纶66原料集聚圈，定型温度控制在170～230℃；对于涤纶原料集聚圈，定型温度控制在180—240℃。定型时间
无锡集聚纺织器械有限公司生产的集聚圈经过数家棉纺企业的长时间运转表明，该集聚圈达到了原设计要求的减少微尘吸堵、减轻纤维粘附的双重功能。在使用过程中，不仅成倍减少了定期清洗次数，还使所纺的紧密纱毛羽更少，生产的棉机织纱、针织纱等的主要技术指标全面达到了国外同类产品的水平。与国外著名品牌的集聚圈同机对比试验结果显示，在所考核的紧密纱六大技术指标中，毛羽、条子等四项指标好于进口产品，其余两项基本相同。目前，该公司仍在不断地研发和完善各种新型的紧密纺用集聚圈，包括开发适应毛纺、麻纺等新领域专用的集聚圈，并进一步改进现有工艺，提高自动化水平，以求降低成本，提高质量，延长集聚圈使用寿命。
严格地说，无锡集聚纺织器械有限公司的这些技术仅处于专利申请公开阶段，是否可以成为专利技术有待专利局的审批。其中的绝大部分技术和产品在原理上是可行的，但都还没有经过严格的生产运行试验。不过由此可以看出，该公司代表了业界人士积极拼搏，锐意创新，注重知识产权保护：的现代企业精神。有了这种精神，就有信心、能力和行动使紧密纺技术进一步创新和不断超越，真
C.其他公司的集聚圈
除了以上两家公司外，国内还有许多企业在生产制造紧密纺用集聚圈。
上海爱西奥工业有限公司联合东华大学的专家团队，开发出了具有自主知识产权的ASICOM集聚圈。该集聚圈采用进口锦纶66丝为材料，采用超声波技术切割集聚圈，并在特定条件下进行热定型处理，使得集聚圈在透气性、均匀性、热稳定性、耐磨性等方面都能满足进口机器的工作要求。
上海纺研所也在设计和制造集聚圈。该所生产的织物集聚圈既有平纹的，也有斜纹的，以适应不同的需求，目前正在山东一家纺织厂的紧密纺设备上试用。根据检测数据来看，质量并不比进口产品逊色。
铜陵松宝公司也正在试制集聚圈，并着眼于适用于麻紧密纺。
由前述可知，集聚圈具有非常高的技术含量，研制高品质、低价格的集聚圈绝非易事。尽管国内有些企业生产的集聚圈，可与进口产品媲美，毫不逊色，但遗憾的是，关于集聚圈目前还没有统一标准，国内还有许多厂家生产和推销的集聚圈产品，质量良莠不齐，差距很大.甚至有些厂家生产的集聚圈基本无法使用，鱼目混珠，扰乱了市场秩序.致使许多纺织企业吃亏上当，不信任国内产品，不得不继续高价购买进口产品，降低了企业经济效益。
3.4.3.3国内集聚圈的主要问题
目前，国内生产的集聚圈从总体上来讲，还存在许多问题，主要体现在：集聚圈的使用寿命短，使用过程中透气性下降速度太快以及回转运动时出现爬行等现象。
a.集聚圈的使用寿命短问题
集聚圈的使用寿命短，其中虽有使用不当和保养的问题，但最主要还是产品质量不过关。例如，许多织物集聚圈都存在散边的问题，仔细观察可发现，一些织物集聚圈切割后的经纱头没有“焊”好，一经使用，没多少时间就会发生散边，并且露出的经纱头越多，越容易散边，集聚圈的寿命也就越短。这个问题主要是由切割技术不到位造成的。在经纱重叠的地方，由于经纱头
b.集聚圈的透气性下降问题
集聚圈在使用前和刚使用时透气性能达标，但是使用不久，透气性就大幅下降，甚至没法正常工作，这就是透气性下降速度太快问题。透气性下降是不可避免的，因为集聚圈在使用过程中，会因细小纤维、尘埃等杂质的滤过性积累和静电吸附，或是经纬纱的变形等，堵塞其通气孔而使透气性下降，但透气性下降过快，则是不正常的，会造成生产非正常停滞，加大运行成本，降低产品质量和效益。这个问题虽然与所加工纤维的品种、长度、纱线线密度、锭速、生产环境等因素都有关，但也与集聚圈的结构稳定性、静电特性以及配合件的导电性能等有关。要解决这一问题，可选择质量稳定并具有抗静电性能的集聚圈；同时为了使集聚圈的静电得到释放，也要选择具有导电性能的配合件，如吸风管、输出胶辊；另外，由于织物集聚圈在长期压力下运行，其丝径很容易由圆变扁或变形，导致通气孔形状不规范，使透气的均匀性下降，因此，织物集聚圈在选材时要选择有一定强度的、具有抗压变形的材料，另一方面要设计好合适的输出胶辊压力，不宜过大。
c.集聚圈运转时的爬行问题
集聚圈稳定可靠的回转运动以输送纤维须条是其基本作用之一。但不良的集聚圈在回转运动输送纤维须条时会发生爬行等现象。产生这种现象的原因有二：一是集聚圈的结构稳定性问题，如材料选择不当，材料太软太黏，易变形，或者耐磨性能差，那么当回转速度较低(例如锭速在14000r/min)时，一般不会出现问题，但当锭速达到16000r/min以上时，集聚圈就会变形而发生爬行；二是所纺的纤维材料含有油黏性或糖分
3.4.4集聚圈的清洗
紧密纺集聚圈在使用的过程中，因工作条件和静电等原因，很容易被纤维、灰尘和油污堵塞，必须定期地进行清洗维护。
清洗的周期与集聚圈的质量和生产运行环境及管理都有关，因此不能划一。企业可根据纺纱的原料、细度和车速以及集聚圈质量等因素而自行确定。一般情况下，从新的集聚圈使用开始，到纱线毛羽值达到或接近允许的极限值之前，这一段时间段作为集聚圈的一个清洗周期；是比较科学合理。
集聚圈清洗的方式可根据集聚圈表面所沾灰尘的特点决定：对沾有一般灰尘的集聚圈，可用高压风枪吹，再用刷子轻刷；最后用吸尘器吸净；对含有油性灰尘的集聚圈，必须将其放在含有洗洁精的冷水里浸泡，然后用刷子轻轻地逐个刷去油灰，再用清水漂清后晾干。这两种方法虽能比较方便地清洗集聚圈，但前者容易损伤集聚圈，绒毛状的微细纤维也难以从通气孔中完全清除，集聚圈的抗静电性也不能改善；后者则需要大量的操作人工，效率低下。
用专用设备清洗集聚圈明显是个现实的需求。天问公司和上海之佳仪器有限公司共同研制了一种集聚圈清洗维护设备——JFC型紧密纺集聚圈超声波清洗机(参见《上海纺织科技》2005年第六期《JFC型紧密纺网圈超声波清洗机》)。其工作原理是利用水在超声波振动作用下产生的“超声空化作用”，在水中产生许多微细气泡，微细气泡不断地产生和破裂，对被清洗物表面产生巨大冲击压力，压强很大，而受压面积小，削弱了污染物和被洗物的结合力，最后使污染物脱离而游离在水中，并且超声波对油污有“乳化”作用，“乳化油”稀释后能溶于水。因此，使用超声波清洗机既能彻底清除微细污物，提高清洗效果，又能降低机械力的冲击，使集聚圈免
表3—4紧密纺集聚圈超声波清洗机型号规格及价格表
型号 |
功率/W |
清洗槽容积/mm3 |
整机体积/mm3 |
参考价格/元 |
FC-1 |
240 |
300×240×150 |
320×260×285 |
5400 |
PC-2 |
500 |
500×300×150 |
520×320×355 |
8900 |
对于
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