空心纱线制备工艺研究.doc

山东省技术创新项目立项建议书 项目名称: 空心纱线制备工艺研究 项目申报单位: 蒙阴华蒙纺织有限公司 项目主持单位: 蒙阴华蒙纺织有限公司山东省经济贸易委员会制订2010年7月8日一、立项理由1、国内外相关技术与产品现状、问题、趋势和本项目的意义；衡量一个国家纺织工业技术水平的高低，棉纺织行业技术的发展是一个重要标志。纵观工业发展史，每一次大的科技进步都伴随着巨大的经济变革，我国近代棉纺织行业的发展之旅，就验证了这一规律。它直接促进了针织、印染、服装、家用纺织品、产业用纺织品等下游产业的发展和壮大。空心锭包缠纺是70年代末兴起的一种新型纺纱系统。该成纱系统主要有牵伸、包缠、卷绕三系统组成。将传统环锭纺的粗纱经牵伸机构牵伸到所需细度，进入空心锭子芯部，成为芯纱。外包纱(多数为化纤长丝)的筒管套在空心锭子上，与空心锭子一起转动。外包纱退绕后也进入空心锭子芯部，与芯纱汇合，并一同绕在假捻器上，随着空心锭子的回转，外包纱就缠绕在芯纱上，形成包缠纱。然后由引导罗拉导出，直接卷绕成筒子。空心锭包缠纺集传统纺纱工艺的细纱、并纱、捻线、络筒为一体 ,生产效率很高。并且纺纱时，不需用钢领和钢丝圈，纺纱速度大大提高，一般能达 50100m/min，国外的同类纺纱机可达200m/min 以上，是环锭纺的34 倍。另外，空心锭包缠纺纱机价格比较便宜、能耗少、机件损耗小，因此，很受国内外使用厂家青睐。在 FZZ018 型包缠纺纱机上，研究人员对空心锭包缠纺的工艺进行了试验研究。通过电镜和显微镜照片分析，归纳总结出各种工艺下纱线结构与性能的一般特点，并在此基础上对包缠纱工艺进行了创新研究。2、本项目的主要技术曾列入过哪些科技计划和取得的阶段成果。该项目研发过程中，所涉及的主要技术还未参与过相关科技计划的申报。研发人员正在积极地优化主要技术以及相关知识产权、科技立项的申报。研究人员利用聚乙烯醇纱作为芯纱，制得摩擦包芯纱后再利用水溶法将芯纱去除，制得摩擦空心纱。摩擦空心纱的结构特点是空心部分基本上位于纱线的中心，同时摩擦空心纱溶芯后的纱线直径比溶芯前增大。由于去除了高强力的芯纱，以及去芯后引起纤维间抱合力减小，摩擦空心纱的强力明显提高，断裂伸长率也有所下降。另外，研究人员尝试利用涤纶长丝作为加强芯纱，显著提高了摩擦空心纱的强力，并对断裂伸长率的提高有很大的帮助。二、实施方案1、本项目的具体内容、技术与装备特点、关键技术和关键工艺；（1）本项目的具体内容对以PVA短纤维纱为芯纱，棉纤维为外包纤维的摩擦包芯纱，通过水煮处理去除可水溶的PVA芯纱后，制得摩擦空心纱。对摩擦空心纱以及具有加强芯纱的摩擦空心纱的结构特点和拉伸性能进行试验研究。摩擦空心纱的结构特点是空心部分位于纱线的中心，溶芯后纱线结构膨松，直径增大。试验结果表明溶芯后摩擦空心纱的强力很低，其原因是去除了高强力的芯纱，溶芯后纱线膨胀引起纤维间抱合力减小；用涤纶长丝作为加强芯纱可以显著提高摩擦空心纱的强力。（2）技术特点包缠纱工艺类型空心锭子包缠纺可以加工的纱线品种很多，芯纱可以是牵伸后的棉、毛、麻、化纤的短纤维须条,也可以是长丝。外包纱既可采用短纤维细纱也可以采用长丝。其工艺类型灵活多变，可以是两根纱包缠、3根纱1次包缠或3根纱2次包缠。不同的芯纱超喂率，产生不同的纱线效果(主要用在花式包缠纱上)。由于花式包缠纱的纱线质量比较容易控制，其发展速度超过了普通包缠纱，已经在花式纱领域中占领了市场，因此普通包缠纱成为包缠纱研究的重点。本文所研究的包缠纱组成是涤纶长丝和羊毛单纱或羊毛须条。毛单纱与涤纶长丝包缠根据不同的外包纱和芯纱组合，可分为纱包丝型和丝包须条型两种包缠纱。1）纱包丝型包缠纱，即毛细纱包涤纶长丝。涤纶长丝不经过牵伸装置，直接从前罗拉喂入空心锭子，毛细纱的筒管套在空心锭子上，并与锭子一起回转，缠绕在长丝上。2）丝包纱型包缠纱，即涤纶长丝包毛细纱。毛单纱不经过牵伸装置，直接从前罗拉喂入空心锭子，涤纶长丝的筒管套在空心锭子上，并与锭子一起回转，缠绕在毛单纱上。毛粗纱与涤纶长丝包缠根据不同外包纱和芯纱的工艺组合,可分为3种包缠纱。1）丝包须条型包缠纱 ,即涤纶长丝包毛短纤维束。毛粗纱经过牵伸装置后 ,喂入空心锭子 ,涤纶长丝的筒管套在空心锭子上 ,并与锭子一起回转 ,缠绕在毛短纤维束上。2）交缠复合包缠纱,又称3根纱1次包缠,即涤纶长丝包2根芯纱,其中 1 根为毛短纤维须条 ,另1 根为涤纶长丝。纱架上的涤纶长丝 ,直接从前罗拉喂入空心锭子 ,与牵伸后的毛短纤维束并在一起成为芯纱线 ,外包纱涤纶长丝的筒管套在空心锭子上 ,并与锭子一起回转 ,缠绕在 2 根芯纱上。3）两重包缠纱,又称3根纱2次包缠,即先经过1次丝包须条型包缠纱工艺 ,再经过1次丝包纱型包缠纱工艺。其工艺路线是图1B和图1A的组合:毛粗纱经过牵伸后,喂入空心锭子 ,被涤纶长丝包缠 ,成为丝包须条型包缠纱 ,然后将其不经牵伸装置 ,直接从前罗拉喂入空心锭子 ,再被涤纶长丝包缠 ,2 次涤纶长丝的包缠方向相反 ,呈“X”型。图1 各种包缠纱工艺示意图（3）装备特点公司拥有蒙阴县企业技术中心，同时还引进了德国、意大利等多个国家先进的原装进口的技术装备，是山东省最为著名的纺纱基地。主要技术装备有：螺杆式空压机、全自动卧式滚筒洗衣干机、恒温恒湿空调、恒温恒湿设备系统、汽水湍流换热机组、水冷螺杆式冷水机组、低噪音横流冷却塔、小型转笼烘干机、原棉杂质分析仪等。（4）关键技术包缠纱的结构呈两项独立的多元结构，即芯纱和外包纱的结构有很大不同。通过电镜和显微镜照片分析，总结出空心锭子常规包缠纱结构上的几个特点：(1)芯纱纤维呈平行、螺旋卷曲和相互不纠缠状态; (2)芯纱和包覆层形成皮芯型结构; (3)芯纱没有被加捻，在加捻后残余的弯曲变形，被包缠后纱线略呈波浪形。因此常规包缠纱毛羽少、条干均匀、强力高、膨松性好，并且均优于传统并捻纱。但不同的成纱工艺形成的包缠纱结构不同。图2 各种常规包缠纱结构示意图成纱工艺不同则纱线结构不同，纱线性能也就存在区别。这些主要是体现在产品的力学性能上。具体表现有以下几个方面：1)交缠复合包缠纱与两重包缠纱的力学性能比纱包丝、丝包纱、丝包须条型包缠纱都有提高。这是因为前两者均使用了 2 根长丝，而长丝是纱线在拉应力下力的主要承受者。但这势必造成相同涤纶含量条件下长丝细度增加 ,纱线成本增加 ,并且两重包缠纱要经过空心锭子2次,生产成本高。2)两重包缠纱力学性能优于交缠复合包缠纱。由于两重包缠纱的 2 根长丝的包缠方向相反 ,形成“X”型包缠 ,在受张力负荷时 ,双向包缠长丝能相互形成径向压力 ,从而使芯纱保持平行状态 ,有利于提高纱线抗张强力。在这种情况下 ,芯纱的强力利用率很高 ,能消除单根长丝包缠时包缠纱强力主要取决于包缠长丝的缺陷。3)丝包须条型包缠纱的力学性能优于纱包丝型、丝包纱型。根据其成纱工艺可知 ,该纱线是涤纶长丝包毛短纤维束 ,毛短纤维束近似平行,纤维间接触面积几乎达到最大 ,在长丝的束缚下,纤维间的摩擦力较高；受拉时,由长丝的伸直产生的向心压力,更促进了纤维间的彼此抱合。而纱包丝型、丝包纱型包缠纱的芯纱分别是涤纶长丝和毛单纱,不能充分利用空心锭子包缠纺工艺的优越性提高纱线的力学性能。（5）关键工艺芯纱的无捻是空心锭子包缠纱的最重要的特征，正是由于芯纱的无捻，使得须条牵伸后的短纤维束的不匀得不到改善。涤纶长丝或毛单纱作芯纱时，其物理性质上的缺陷无法弥补，薄弱环节出现概率增大，从而影响纱线的力学性能和条干不匀率。所以，多年来包缠纱只能将其优势发挥于毯类、起绒类、粗呢类等织物，而制约了其在精纺织物上的使用。针对提高精纺包缠纱的力学性能和降低纱线条干不匀率两个难点，研究人员创新开发出了包缠纱工艺，即通过包缠后再加捻的办法形成一种独特的差捻纱，用以改变纱线结构，达到改善纱线性能的目的。差捻包缠纱与常规包缠纱工艺的类型相似，可以有5种工艺类型，但从提高羊毛覆盖率的角度出发，本项目选择以纱包丝和丝包须条两种工艺为主进行差捻包缠纱的工艺研究。差捻包缠纱的工艺分两阶段进行，先是包缠阶段，后是加捻阶段，也就是先在空心锭包缠纺纱机上包缠，然后再到捻线机上进行加捻。从成纱过程看，是先包缠成纱后加捻补充成纱，纱线结构如图3所示。因此，差捻包缠纱是在包缠纱的基础上，增加了加捻捻度。这样，纱线结构上具有三种捻度作用：包缠捻度、加捻捻度、外包纱与芯纱自身捻度。三者之间捻度与捻向的不同配置，提高了包缠纱工艺的可设计性。试验表明，差捻纱比包缠纱具有更高的纱线强力和更均匀的条干。2、实施方式(自主开发、引进消化吸收、联合创新)和技术路线；（1）实施方式该项目由我公司研发人员自主开发。本项目在选择技术方案时，紧紧遵循以下原则：1) 所选择工艺必须技术先进、成熟，对生产环境变化适应能力强，运行稳定，能保证产品质量合格；2)所选工艺应减少基建投资和运行费用，节省占地面积和降低能耗；3) 所选工艺应易于操作、运行灵活且便于管理。根据不同工艺及原料配比，应能对相关运行参数和操作进行适当的调整；4)所选工艺的操作维护应方便简单、易于管理。（2）技术路线1）清花工序天丝和变性苎麻纤维按3.4:1的比例装箱混合。因为变性苎麻纤维较硬直，在后道加工中易落，故在配料时可适当增加变性苎麻比例，以保证成品配比正确。这两种纤维杂质较少，容易开松，故应以开松为主，多松少打，隰匪应适中，速度不宜太快，以减少纤维损伤。麻纤维就其加工性能而言，难与其他纤维混和。当湿度加大时，其纤维强力可提高。因此，清棉工序加工麻纤维时相对湿度应加大，这样使脆性较大的麻纤维不易被打断，同时可减少车间尘埃和飞花。或者将麻包松解，进行48小时的预加湿，必要时可在麻包上喷少量的水。该工序应保证混和比较均匀，若混合不匀，会造成棉卷中涤、麻混比差异大，成纱时产生色差。天丝纤维表面光滑、抱合力差，开清棉工序成卷较困难，与纺棉相比r艺需作适当调整，清花工序中应以开松为主，多松少打，并应注意保持保持适当湿度。2）梳棉工序由于麻纤维比精梳棉纤维粗，刚性、脆性较大，粘合力亦差，梳棉宜采用低速度，大隔距工艺。麻的脆性较大，单位时间内作用次数过多会损伤麻纤维，纤维过粗，隔距要比纺棉时大。相对湿度控制应适当，湿度太大，棉网易下骆造成断头。同时应该兼顾天丝纤维的特性，在梳棉工序应采用强分梳、少落杂、少损伤的上艺原则，梳棉机的针布采用梳理化纤片，选择合适速比，使纤维充分梳理。3）并条工序并条工序牵伸倍数不宣过大，因为麻纤维中含有少量的果胶质，使纤维具有较大的粘附性，易形成麻纤维束。罗拉隔距比一般棉型化纤稍大，前罗拉速度比一般棉型纤维略低。并条工序采用二道并机工艺。并条工序相对湿度控制在65左右，温度控制在23度左右。4）粗纱工序粗纱可采用大隔距、轻定量、低速度、小张力的工艺原则。可适当增加粗纱捻度，以防止粗纱在退绕时断头或意外伸长。但捻度也不宜过大，否则会造成细纱牵不开。选择合适的捻度既有助于提高粗纱的生产效率又能控制纱线毛羽，显得格外重要。为防止意外牵伸，粗纱应减少张力。开口较小的集棉器的使用可防止纤维发散，对减少纱线毛羽有一定作用。相对湿度控制在65-70左右，太大时易造成粗纱下坠断头，太小时粗纱易发毛和飞花较多。5）络筒工序络筒速度和张力应控制偏低，以减少断头、伸长及毛羽。通常采用空气捻结器结头，以免产生硬结。防止织造中与邻纱擦毛造成断头，相对湿度控制在65左右。由此可以看出，该纱线产品不仅具有良好的吸湿、透气性能，还具有较好的身骨及独特的风格。3、项目进度安排、实施期限和预期达到的技术性能指标和参数。项目进度安排及实施期限项目内容时间备注前期论证2009年8月2009年10月方案形成2010年6月2011年1月实验室工艺研究阶段2010年6月2011年1月中试放大研究2011年3月（2）预期达到的技术性能指标和参数为纺制摩擦空心纱，选择线密度为12 tex的聚乙烯醇(PVA)短纤维纱作为可去除芯纱，该纤维在90的水中可完全溶解。采用线密度为8.3tex的涤纶长丝作为加强芯纱。PVA短纤维纱和涤纶长丝的规格和拉伸性能见表1。表1 芯纱的线密度和拉伸性能以棉纤维作为外包纤维，共纺制了5种纱线。A1为棉包l根PVA纱；A2为棉包2根PVA纱；A3为棉包3根PVA纱；A4为棉包1根涤纶丝、2根PVA纱；A5为纯棉摩擦纱。试验用摩擦纱在自制的单头摩擦纺试验机上纺制。纺纱工艺参数：尘笼直径转速为45mm2150rmin，分梳辊直径转速为62mm8400rmin，出纱速度为50mmin。表2 溶芯前后纱线的线密度、直径和拉伸性能由表2可知，溶芯前摩擦包芯纱的断裂强度和断裂伸长率都是随着芯纱根数的增加而增大。棉包l根涤纶丝和2根PVA纱的摩擦包芯纱的断裂强度最高，这是因为摩擦纱强力的提高，主要依赖于芯纱的强力，而涤纶长丝的强力高于PVA纱。棉包3根PVA纱的摩擦包芯纱的断裂伸长率最高，这是因为芯纱的断裂伸长率远高于纯棉摩擦纱，PVA纱的断裂伸长率又高于涤纶长丝的缘故。摩擦空心纱溶芯后的纱线直径比溶芯前增大，说明在水煮去芯后纱线将发生横向膨胀。棉包l根、2根、3根PVA纱的摩擦包芯纱，溶芯后其断裂强度下降都非常明显，并且随着芯纱根数的增加，下降率增大。这3种空心纱的断裂强度值均远低于纯棉摩擦纱。其原因是摩擦包芯纱强力的提高主要依赖于芯纱的强力，去芯后纱线强力将显著降低。此外，由于纱线去芯后，纱线膨胀，纤维间空隙变大，纤维闯抱合力减小，导致纱线强力进一步下降。带有涤纶长丝的摩擦空心纱的断裂强度值下降较小，其值仍稍高于纯棉摩擦纱，这是由于在空心纱中涤纶长丝仍然在发挥加强芯纱的作用。溶芯后摩擦空心纱的断裂伸长率也较溶芯前有所降低，说明去芯后，纤维间抱合紧度减小。但随着芯纱根数的增加，空心纱的断裂伸长率将增大，说明断裂伸长率与空心纱的结构形状有关。三、技术经济指标通过采用新工艺、新技术将天丝纤维的优良性能应用到羊毛组纺面料的开发，研制成的天丝/羊毛混纺面料不仅绒面丰满、手感滑爽、色彩鲜艳明亮、高雅富贵，且能大大提升织物的品质档位，满足人们崇尚自然、绿色消费的需求。利用聚乙烯醇纱作为芯纱，制得摩擦包芯纱后再利用水溶法将芯纱去除，可制得摩擦空心纱。摩擦空心纱的结构特点是空心部分基本上位于纱线的中心，摩擦空心纱溶芯后的纱线直径比溶芯前增大。由于去除了高强力的芯纱，以及去芯后引起纤维间抱合力减小，摩擦空心纱的强力明显下降，断裂伸长。率也有所下降。利用涤纶长丝作为加强芯纱可以显著提高摩擦空心纱的强力，对断裂伸长率的提高也有所帮助。四、项目资金1、项目总资金与年度资金预算(资金构成及构成比例)项目总资金600万元，申请银行贷款100万元，企业自筹500万元。本年度预算资金600万元。2、资金使用范围、贷款偿还估算资金使用范围金额（万元）备注前期论证费、专题会议费50购买实验仪器、设备、原材料和人员人工400主要用于引进德国先进的技术装备水电汽、资料费80其它70应付预算之外费用合计600项目产业化后，预计1.5年内即可收回成本，并完成还贷。五、项目申报单位财务状况本公司2009年度资产总计为1754万元，流动负债1646万元，所有者权益为108万元，负债和所有者权益总计1754万元。主营业务收入为4334万元，主营业务利润为333万元，营业利润为30万元，利润总额30万元，净利润23万元。可供分配的利润为23万元，其中可供投资者分配的利润20万元。经营活动产生的现金流量净额108万元，现金及现金等价物净增价额为108万元。附件：2009年年度损益表、现金流量表和资产负债表六、项目申报单位及协作单位概况与条件1、申报单位概况公司占地面积68万平方米，员工800余人，现有棉纺锭16万枚，半精纺纱锭6.5万枚，亚麻湿纺锭1万枚，苎麻及大麻纺锭各1万枚，有梭机织2000台，进口高档喷气织机120台，剑杆织机200台，年生产各类纱线2.2万吨，坯布6000万米，拥有自营进出口权。公司奉行“质量否决，制度管理，量化收益，效益为本”的治厂方针，实行企业规模化，经营一体化，产品名优化，市场多样化的现代管理体制，拥有一支懂技术，专业强，有战斗力的高素质产品研发队伍，以灵活敏锐的眼光，瞄准国际市场流行前沿，运用品牌科技，实施品牌战略，打造品牌产品，公司“立昂”牌系列纱线市场需求旺盛，深得国内外客商的青睐。公司始终坚持走改革，发展的路子，积极推动产品向高层次方向发展。针对目前国际市场的流行趋势，公司特别成立了有机棉产品，色纺产品和半精纺产品等多个生产厂，分工明确，科学管理，全力进行有机棉和色纺产品的研发和生产，目前我公司已成功获得了OCIA和CU公司的有机棉生产认证标准，拥有了完整的有机棉采购，加工，染色及销售资格，并能提供有机棉产品吊牌。色纺产品生产公司已封闭的生产管理和严格的色纺制作，单独承接各类色纺产品订单，并已设计了几百种色纺产品样品。公司还利用先进的生产技术和高效的管理方法，一直致力于半精纺纱线的研发和生产，采用山羊绒，羊毛，麻类，绢丝，天丝，莫代尔，天竹及各种新型纤维混纺的纱线远销韩国，香港，欧美等市场，极大的满足了针织，机织领域的要求。2、技术力量和研发人员情况公司现有员工2000余人，从事技术研发人员213人，专业技术职称人员32人，高级工程师3人，是山东省乃至中国最为著名的纺纱基地。3、申报单位已取得的技术开发成绩和实施本项目所具备的条件。公司实验室先后开发各类纺织品多类，拥有多项高新技术产品。公司拥有独立的实验室，其中仪器、设备齐全。普梳纯棉21支到40支，精梳纯棉32支到60支纱，主要指标均达到USTER公报525%水平；精梳涤棉45支到80支纱，经织造整理后布面丰满，手感挺括光滑；精梳纯棉120支双股