《棉紡織技術》2019年11月（第47卷，總第577期）火熱發售中，歡迎訂閱。
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原文刊自：2019年8月
第47卷（總第574期）
摘 要
探討系統性降低成紗棉結與毛羽的技術措施。根據纖維加工運行形成的各類狀態，宏觀著眼，微觀著手，從流程、纖維受力點等方面進行分析、歸納，並提出針對性的工藝優化和紡專器材創新及相應的技術措施，以達到高效、快捷地降低成紗棉結與毛羽的目標。
關鍵詞
系統性；棉結；毛羽；短絨率；彎鉤；握持力；紡專器材
棉結與毛羽是兩個不同的概念，一個是纖維收縮成結點，一個是纖維分散成羽狀。鑒於紡紗加工多流程特點，由於工藝不當，纖維彎鉤紊亂，短絨及索絲增加，在造成棉結增加同時，伴隨著毛羽也增加。為提高工作效率，從兩個不同概念參數中探索共同點「短絨」的破解方法，即廣義上遵循經過實踐驗證的科學結論大方向，按照減少棉結與毛羽相關措施，專業上探討纖維定向性、加工流向、纖維彎鉤伸直受力方向、順應柔和開松梳理與牽伸等要求，達到減少短絨、控制毛羽的目的。
棉結和毛羽在實物質量上的重要性
紡紗企業在與用戶打交道時，一定有這樣體會，在實物外觀第一道目光檢驗時，棉結和毛羽指標往往容易受到用戶挑剔及索賠，這是因為毛羽H值差異達到1時，在染色後的織物中會看到明顯差異。而棉結直接影響織物外觀質量，且粗節往往與棉結相伴（與烏斯特檢測儀器性能有關），如果在棉結上能滿足高品質布面質量要求，則其他相關質量指標也不會差。
影響棉結及毛羽的主要因素
▎2.1 影響棉結的因素分析
棉結通常分為原發性棉結（生長不良或者未成熟纖維形成糾纏棉結）與後發性棉結（纖維初加工不良與生產加工工藝不當形成的棉結）。如何控制棉結與毛羽的增長？在排除原發性棉結因素外，首先探討一下常見的造成棉結的兩方面原因。
一方面，由於纖維經過數十台（套）設備長流程通道難免出現黏纏掛堵，積聚短絨飛花，纖維方向紊亂，短絨中未成熟纖維居多，加上加工不良產生的索絲，不僅使牽伸過程形成棉結，也會使紗線刮擦扭結成棉結，這些都是生產過程中需要防範的主要棉結。
另一方面是不少企業容易忽視的因素，即纖維過度疲勞產生的棉結。在生產差別化纖維及色紡紗品種時，多道梳理或者染色，破壞了纖維應有的初始模量。初始模量降低，抗彎剛度和強力同步下降，在外力作用下容易彎曲變形而相互扭結形成棉結。
▎2.2 影響毛羽的因素分析
在原棉馬克隆值及細度相同或者相近條件下，原棉及半制品短絨率愈高，纖維在須條中越不易伸直形成毛羽。這是由於短絨率高，纖維抱合力差，抗扭剛度大，在細紗加捻三角區、絡筒通道高速刮擦等紡紗張力、加捻力、向心力、鋼絲圈摩擦力、氣圈離心力作用下，纖維反覆發生內外轉移，使纖維兩端伸出紗體，形成毛羽；同時，紗線與各種通道中器材及部件刮擦會造成毛羽及棉結。
棉結和毛羽與短絨率呈同步增長關係
棉結和毛羽與加工纖維的短絨率和成紗質量水平存在密切關係。以純棉14.6 tex普梳紗為例，烏斯特2003公報上棉結、毛羽與短絨對應關係如圖1所示。可以看出，隨著短絨率的增長，成紗毛羽和棉結都在相應增加。
棉結與毛羽的解決方法
根據棉結及毛羽形成的機理及規律，理順纖維運行與受力方向必須貫徹在整個工藝流程中。
▎4.1 有關技術要求
從宏觀上看，任何纖維在紡紗流程加工中應做到系統、定向、柔和、順暢、潔凈等要求，儘量採取經過科學驗證既定的原則，以提高工作效率，如針對纖維彎鉤的奇數與偶數原則，牽伸倍數、併合數、短絨率的最佳控制等相關原則；而微觀上滿足纖維握持、轉移、纖維受力點、氣流的方向以不破壞纖維內外在結構、物理性能，應儘量保持纖維原狀態特性，為成紗提供質量完美的半制品。
▎4.1.1 器材應能良好地握持纖維
要保持牽伸順利進行，握持力必須大於牽伸力。纖維握持在加工中有線（面）握持，如雙羅拉握持或者羅拉與給棉板（羅拉與膠輥），進行定向開松、梳理、牽伸；有點線握持，如梳棉錫林與蓋板間針齒尖在氣流作用下控制纖維。錫林針尖握持的纖維在前固定蓋板定向梳理下，滿足提供給道夫約60%的後彎鉤為主體的纖維順利轉移。理順的纖維延伸至後道加工過程，體現在並條、粗紗、細紗對纖維須條的握持更加穩定，控制浮游纖維能力強，即牽伸力波動小，不易滑溜。
精梳工藝同樣考慮鉗板握持纖維的可靠性，保證錫林對纖維彎鉤的梳理，防止小卷定量過輕、精梳棉網太薄出現破洞破邊、鉗板握持力欠佳等問題，並造成長纖維不能有效握持而成為落棉。如小卷定量從46.5 g/m加重至50.8 g/m ，精梳短絨率由5.21%增長至5.49%，棉結從20粒/g增加至22粒/g，落棉率從16.0%增加至16.4%。
▎4.1.2 轉移纖維性能好
轉移與握持是一對矛盾，要尋找平衡點，握持過大不易轉移。清梳棉流通過定向氣流輸送，纖維定向性好對纖維轉移更加順暢，特別是清棉，通過合理補風，加快棉塊轉移，可以減少清棉流程中索絲和棉結。例如在FA002型抓棉機抓棉斗側面開補風口以增大補風量和提高吸棉效率，使抓取棉塊快速脫離刀片，防止滯留重複打擊造成索絲和短絨。同樣，將A035型混開棉機與FA106型開棉機出棉口補風改為刀頭切線補風也可以使棉束迅速脫離刀片。反過來，轉移率高有利於纖維定向度，梳棉機不同車速決定不同轉移率，一般車速高，轉移率高，最低不小於15%，要兼顧錫林與蓋板分梳次數至少2次～3次。
高效高產道夫針布必須具備足夠抓取、握持力，即轉移能力，滿足在錫林高速氣流下纖維定向順利引導；同時，道夫齒深加大，容纖量增大，道夫接觸纖維長度大，針布握持抓取力大，有利於纖維伸直與轉移。道夫轉移率過高，錫林返回負荷少，梳理不充分，不利於均勻混和作用，影響條幹與重量不勻；道夫轉移率過低，易纏繞錫林及刺輥，反覆搓轉，增加棉結。而當道夫速度和針齒密度減小時，轉移率同步降低。加工不同纖維採用不同類型梳棉機應有相應適當的轉移率。
▎4.1.3 重視器材微觀設計與工藝效果
梳理器材微觀設計應注意以下幾個問題。
（1）近幾年，器材設計及工藝分析逐步進入關注表面微觀層面，滿足多種纖維加工不同工藝要求，解決質量問題更加精準。最明顯的是針布設計強調單纖維定向控制、梳理、轉移，為了提高道夫轉移率，錫林針布設計由單齒向雙齒、單台階向雙台階發展，不同齒形組合變化，保證握持、穿刺、釋放能力兼顧。例如金輪雙齒設計為一個2.0 mm平頂高齒，一個1.7 mm尖頂矮齒，齒密達到1 400齒/（25.4 mm）2，道夫轉移率提高至30%，加上針面稜角圓滑，短絨率減少20%左右。為解決纖維素纖維在齒尖部位被握持纖維下滑的難題，研發了駝峰針布，使蓋板抽取纖維能力增強，從而提高纖維的分離度和伸直度，改善棉網清晰度，有利於品質提升。
（2）白鯊高低雙台階齒形設計使穿透刺入、柔性梳理、釋放轉移三者結合，減少短絨0.5個百分點～1.0個百分點，轉移率提高35%以上，產能提高25%左右。DS齒錫林針布結合駝峰齒和大平頂齒，齒背特殊設計，「一直四大」，即直齒尖，大（長）齒頂、大圓弧、大前角、大齒距，使纖維損傷小，梳理更加柔和，有效梳理長度增加，提高了伸直度和棉結雜質的去除效果，達到托持纖維，防止沉積，控制纖維在特定位置受梳，纖維握持深度保持針尖以下0.05 mm，針面粗糙度控制在Ra 0.06 μm。對機采棉棉結去除率高達90%以上（通常85%左右），生條短絨增加控制在1個百分點以內。DS18系列錫林針布在某企業經過驗證，50%PIMA長絨棉+50%新疆細絨棉配棉，JC 9.8 tex紗+200%棉結在15個/km以下，JC 4.92 tex紗+200%棉結在40個/km以下。
（3）錦峰針布依據固定蓋板的磨損規律，獨特構思，模擬活動蓋板，開發了帶鍾趾差固定蓋板，對纖維實行漸進梳理，使參與的工作齒數增加，針齒排列以5°或10°錯開，纖維呈曲線前行，選用斜紋式或橫密式排列，避免纖維束形成「通路」而出現漏梳現象，減少纖維損傷，增強了梳理力。同時，將蓋板梳理後區約三分之一針布改為光滑平台，形成纖維提升釋放區，讓梳理纖維尾端翹起，為下一次齒尖梳理提供良好條件，尤其適用紡制純棉細特紗。
（4）對於一些纖維素及化學纖維表面摩擦性能差、道夫掉棉網、不易握持等問題，道夫針布設計重點集中在兩個方面：一是在道夫針齒側面加橫紋，可以通過調整紋路數量提高握持力，防止轉移不良，棉網斷裂；另一種不加橫紋，改變齒尖形狀，如鷹嘴形、弧形和組合形，採用基本齒形與特色齒尖組合設計，通常基本齒形工作角為60°，而新型道夫針布齒尖工作角則為25°～45°。HOLL公司較早開發圓弧形變角齒尖，明顯提高齒尖轉移凝聚纖維的能力。
▎4.2 系統工藝配置優化措施
▎4.2.1 從減少短絨著手降低棉結與毛羽
控制短絨總原則為「一減一排」，「一減」就是以工藝加工中減少短絨為主線積極式做法，對提高產能、降低成本更有現實意義；「一排」，既然已經產生了短絨，排是不得已的消極措施，儘管會增加用棉成本，為保證成紗質量，把低於12.7 mm的纖維設法排除掉。
減排重點從清棉工序或清梳聯開始抓起。以清梳聯為例，工藝流程中抓、混、開、清對應的單機設備短絨率增長基本上與棉結增加呈現同步增長，掌握以下八個方面規律，減排短絨可以明顯抑制棉結產生。
一是開松纖維方式，貫徹自由開松、短流程為主的工藝流程，如清梳聯採用較少打擊點，試驗還證實自由開松比握持打擊短絨減少1個百分點以上，棉結減少50%以上。
二是把握清梳聯流程中短絨劇烈增加的程度，從大趨小的規律：主除雜機或者清棉機抓棉機雙軸流開棉機喂棉箱多倉混棉機單軸流開棉機，以此選擇搭配更加合理簡潔的短流程。
三是利用打手形式對纖維打擊強度造成短絨增加趨勢規律：翼式＞刀片＞齒片＞鋸齒＞角釘＞梳針。少用有棱邊稜角毛刺的鋸齒形打手，選用梳針式打手或者錐形鋸齒，可以明顯減少短絨。將A035型混開棉機平行U形打手改為圓柱釘打手可以明顯減少索絲。傳統豪豬矩形刀片加工成熟度差或者纖維細度細的纖維時，索絲增加，短絨與棉結同步上升。如改為鼻形打手，刀片數從228片增加至1 230片，W交叉排列，具有梳打效果。除雜效率從19.1%提高至27%，棉卷棉束質量從31 mg下降至14 mg，棉卷短絨率從18.2%下降至16.5%。梳針刺輥能夠柔和穿刺棉層，減少纖維損傷，比鋸齒節約1個百分點的落棉，棉結減少20%；植針式固定蓋板與鋸齒式固定蓋板相比，隨著齒密增加，車速提高，前植針式固定蓋板梳針對纖維層的流動阻力增加，握持力同步增加，有利於纖維定向伸直，黑板棉結與短絨率好於鋸齒式固定蓋板。
四是選用專用器材與氣流結合的模式排除短絨與結雜。棉網清潔器具有排泄和平衡錫林表面縱向氣流作用。例如通過對棉網清潔器採用開車動態調節，使短絨雜質在棉網清潔器中呈現噴射狀，並適當減少棉網清潔器除塵刀與錫林隔距，同時適當增大導向蓋板（或導板）與錫林隔距，增加塵刀切割氣流附面層厚度，多排短絨及雜質。
五是優化工藝速度及速比。速度決定打手及鋸齒對纖維作用程度，應少損傷纖維。錫林、蓋板及刺輥最佳速度配置才能獲得最少棉結雜質。速比強調兩方面：一是清棉三輥筒速度比優化，早期一、二、三輥筒速比多數按1∶1.7∶1.7，容易出現纖維回流而增加棉結，改為1∶2∶2回流基本解決；二是錫林與刺輥速比滿足刺輥纖維全部轉移，防止搓轉形成棉結。根據實踐，純棉線速度比在2.1～2.2，化纖在2.3～2.5。
六是改善棉層棉束定向度的合理工藝。從每台清棉單機做到順序喂入，為避免受傷纖維，放大握持開松點隔距。傳統清棉棉卷的定向度好於清梳聯棉層的定向度，在梳棉機刺輥處產生的短絨少。而將傳統梳棉逆向喂給改為順向喂給，可減少梳理棉卷分層差異，做到柔性控制棉層，有利於減少纖維損傷，減少短絨。
七是高產梳棉機轉速有一定限速範圍。立達公司規定，考慮到纖維、錫林輥筒熱膨脹等，當錫林速度超過500 r/min，與錫林相關隔距都應增加0.05 mm，否則易損傷長纖維。因此，追求高產、重定量可能帶來短絨與棉結同步增加。
八是鑒於清梳聯筵棉棉束定向度差，為避免損傷纖維，刺輥與給棉板隔距適當放大。此外，應考慮梳棉喂棉箱能否模擬清棉棉卷塵籠氣流定向吸附原理，改善喂入梳棉機棉層棉束方向的一致性。其實，梳棉工序梳理排除棉結與短絨增加是一對矛盾，只能最小程度控制梳理過程短絨的增長。
▎4.2.2 梳理牽伸和併合數影響棉結與毛羽
國外相關機構對梳棉機牽伸倍數以及併合數對成紗質量影響做過研究。梳棉牽伸倍數對成紗質量有著較大的影響，梳棉機牽伸倍數高，對棉條中纖維縱向排列在進一步牽伸過程中得到改善，減少前、後彎鉤纖維數量，伸直度提高增加纖維疊合程度，成紗更加緊密，提高纖維間摩擦因數，不僅強力提高，毛羽與棉結也得到改善。
由於牽伸區中慢速纖維數量總是比快速纖維多，牽伸時快速纖維從慢速纖維中抽出，後端受慢速纖維摩擦力影響得以伸直，即後彎鉤比前彎鉤容易伸直。牽伸倍數愈大，後彎鉤伸直作用越好。
預並不同併合數影響精梳條短絨率，某試驗6根併合短絨增長率0.82%，低於8根併合短絨增長率1.09%。
▎4.3 梳棉高產下專用器材配置
梳棉高產條件下需解決錫林梳理負荷重、損傷纖維的問題，預梳理部件顯得十分必要。
▎4.3.1 加裝固定分梳板
刺輥加裝固定分梳板能夠增加排除棉結雜質及短絨，由於刺輥上約70%纖維束相對於機器方向取向角為5°以內，分梳板可以提高纖維束的定向度，為棉流進入錫林主梳理區創造條件，將大棉束變為小棉束。而刺輥與分梳板隔距大小會影響棉束定向度，過小影響氣流，損傷纖維；過大，不能有序控制纖維束方向。按照經驗：A186系列、FA201系列梳棉機隔距選用0.5 mm～1.5 mm，而高產梳棉機由於清梳聯開松棉束較小（3 mg左右），隔距可適當偏小掌握，在0.5 mm～1.0 mm。相關研究顯示：紡化纖使用梳針分梳板較之小漏底更加有利於成紗毛羽的減少。
▎4.3.2 加裝固定蓋板
相關實踐證實，固定蓋板具有平衡錫林表面橫向氣流作用，防止纖維橫向移動紊亂。加裝後固定蓋板採用較寬鬆隔距比過緊隔距可以減少纖維損傷，通過柔性預梳，有利於纖維束定向，也有利於棉束減小和均勻，而對纖維損傷不大，在進入錫林與彈性蓋板分梳區時，因定向度提高而導致纖維束在該區分梳時不易損傷纖維。如果不加固定蓋板，定向度差，棉束較大，均勻性也差，易造成梳理時被強行拉斷。對於中低速梳棉機注意後固定蓋板根數不宜過多，否則梳理面過長，遇上刺輥開松度差，同樣會造成纖維損傷，甚至棉結增加。
▎4.4 纖維彎鉤及伸直度的工藝設定
▎4.4.1 半制品纖維伸直度與質量關係
在梳棉機低產條件下（20 kg/台•h～30 kg/台•h），從生條到粗紗的伸直度變化如下:生條 60.14%，頭並80.89%，二並 82.14%，三並 91.72%，粗紗 93.72%，精梳後頭並 93.68%。纖維伸直平行度愈差，則纖維相互交叉糾纏，摩擦力愈大。
錫林速度提高，伸直度降低。梳棉機產量和定量增加，後彎鉤增多，前彎鉤減少，平均伸直度減小。要提高生條中纖維平行伸直度，傳統低速梳棉機收小前下罩板下口與錫林道夫間隔距，增大道夫與壓輥張力牽伸至1.15倍以上就會使彎鉤纖維減少，在頭道並條中緊棉結減少20%，松棉結減少10%左右。
梳棉機高產條件下（40 kg/台•h以上）工藝不當，生條的平均伸直度不到50%，頭並後平均伸直度也僅 60%左右，無方向性，纖維很亂，所以導致並條後棉結成倍增加。並條後棉結增加的根本原因是生條中纖維的分離度和平行伸直度差。並條以後牽伸工藝適應纖維彎鉤的調整，僅是一種彌補措施，提高棉網的分離度和平行伸直度才是降低並條後棉結增加的根本。
▎4.4.2 纖維彎鉤與工藝配套
（1）提高生條中纖維平行伸直度，減少彎鉤,採取增大道夫到圈條器的棉網張力牽伸，適當拉直後彎鉤纖維，防止頭並後棉結成倍增加。
（2）如前所述，大牽伸倍數條件下不利於前彎鉤伸直。故頭、預並併合根數應少。只有併合數少，才能減小總牽伸倍數。一般可控制在 5根～6 根，使頭、預並的總牽伸控制在 6 倍以內。提高前彎鉤的伸直效果，故後區牽伸倍數應儘量增大，一般可在 1.8倍～2.0倍以內（E後=1/3E總）,以使前區牽伸控制在不大於 3.5 倍。伸直度係數提高後，棉結和雜質顯著降低，棉結降低42.85%,效果顯著。
（3）後彎鉤纖維的伸直理論表明，後彎鉤纖維的原始伸直度係數、牽伸倍數增大時，伸直度係數提高越快，對後彎鉤纖維的伸直效果越好。故併合數宜大不宜小。只有併合數多，或者採用較重定量喂入，牽伸倍數才有可能增大。一般併合數均為8根，可使總牽伸倍數控制在8倍～9倍。以利於後彎鉤的伸直。後區牽伸倍數在 1.15倍～1.2倍之間，以便集中前區一次牽伸。二並的後區小牽伸，前、後區緊隔距，壓力棒直徑較大時，對提高伸直度係數有利。
（4）在精梳梳理過程中，錫林針齒牢固度好於頂梳，能夠承受較大梳理力，要求喂入小卷纖維層中以前彎鉤為好，頂梳懸樑結構，被動梳理適合後彎鉤纖維。為保證精梳機錫林擅長梳理前彎鉤、頂梳適合梳理後彎鉤，根據生條中纖維多數出現後彎鉤，所以準備工序工藝選擇偶數道，一般選擇二道。同時，預並無需最大限度去伸直纖維，防止小卷退繞時黏卷，並保持多數纖維呈現前彎鉤。
（5）粗紗機選用D型牽伸，將須條牽伸與集束功能分開，充分發揮主牽伸區伸直平行作用，穩定在前彎鉤纖維為主，適當加大粗紗捻係數，保持紗體表面光潔度有利於減少成紗毛羽。
（6）細紗牽伸工藝普梳細紗，喂入的粗紗以後彎鉤居多，應採用類似二並的牽伸工藝原則，即粗紗重定量、大捻係數、細紗後區大隔距、小牽伸。前區緊隔距、小鉗口、重加壓、強控制、大牽伸，可顯著降低成紗棉結，減少粗細節，改善成紗條幹CV 值。但從降低毛羽角度，總牽伸倍數過大，造成纖維擴散，不利於減少毛羽。應選擇偏小口徑集棉器以控制毛羽。
▎4.4.3 正確配置奇偶工藝道數
梳棉至細紗之間的工序設備道數應符合奇數配置，以保證普梳喂入細紗機粗紗條的是前彎鉤居多的纖維，否則會增加成紗棉結與毛羽。梳棉至精梳之間的工序設備道數應符合偶數配置，否則由於伸直度不良導致落棉增加。精梳棉條纖維伸直度達到97%以上，奇偶工藝道數不必遵循。
▎4.4.4 防止隱性棉結實例分析
纖維如果過度打擊、梳理或者多次染色造成內在與表面疲勞損傷，在後道經過高速氣圈、高速絡筒大張力部件刮擦，就會有造成棉結的風險隱患。某企業加工Modal纖維時，因為細紗管紗棉結達不到要求，採取梳棉機進行二道梳理方式，Modal纖維本身柔軟，生產中靜電大，轉移差，造成後道條幹CV值明顯變差，經過二道梳棉條幹CV值超過8.5%，即使通過二道並條，條幹CV值仍超出4.3%。說明纖維過度梳理、擠壓拉扯或搓揉使纖維疲勞增加，易糾纏成結，影響實物質量。其實，該企業細紗管紗上半部出現的棉結（被企業稱之粒粒紗）與鋼絲圈選擇不當有關。最終採用EM型鋼絲圈併合理更換周期，徹底解決了問題。
結語
以減少纖維損傷為目的，抑制意外短絨產生，排除短絨保證質量為手段。前紡尤其梳棉應以減少棉結及去除棉結為主，減少成紗毛羽則確保粗紗「三度一少」良好，即分離度、平行度、伸直度好，棉結與短絨少；保證粗紗條光潔。
按上述要求來指導微觀上紡紗全流程纖維運行較合理，如對纖維的柔和開松、梳理、牽伸，可靠握持、定向及針、齒尖梳理、彎鉤伸直、瞬時轉移、氣流排短絨及雜質。應遵循定向性技術要求，重視器材微觀創新設計與工藝效果，包括刀、針、齒尖的光潔無毛刺，兼顧握持與轉移纖維雙重性能，並通過系統工藝配置進行優化。
資料來源：《棉紡織技術》
輪值編輯：Cindy
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