（一）喷气纺纱发展概况

喷气纺纱是继转杯纺、摩擦纺纱之后发展起来的一种新型纺纱方法，它是借助压缩空气在喷嘴内产生螺旋气流对牵伸后的纱条进行假捻并包缠的一种新颖独特的成纱方法。喷气纺纱线由两部分组成：一部分是“平行”纤维的纱芯，另一部分是包缠在纱芯外部的包缠纤维。包缠纤维将向心的应力施加于芯纤维上，给纱体必要的聚合力以承受外部应力。喷气纺纱基本原理是应用了两只气流方向相反的喷管，纤维条经高速牵伸后，喂至位于牵伸区前罗拉和成纱输出罗拉之间两只串联喷嘴。第一只喷嘴将纤维开松，并使开松了的自由端纤维包缠在纱芯纤维束外；第二只喷嘴起假捻作用。离开输出罗拉的成纱表层呈现纤维包缠，而纱芯纤维则无捻度。通过调节两只喷管的气压来调节纱的结构和强力。

喷气纺纱最早是由杜邦（DuPont）公司在20世纪60年代提出的，由缠绕纺纱发展而来，它是利用空气涡流假捻原理的一种包缠纺纱方法，即喷气纺纱的雏形。1963年，美国杜邦公司发表喷气加捻包缠纺纱的专利。以后，德国绪森（Susseen）以及日本东丽（Toray）、丰田（Toyota）、丰和（Howa）、村田（Murata）等公司陆续研究发展了各种形式的喷气纺纱机械。1981年，日本村田公司在大阪国际纺织机械展览会上首次推出适于纺制38mm纤维的MJS NO.801型60头喷气纺纱机。喷气纺纱机的发展，先后经历了单喷嘴、双喷嘴、三罗拉牵伸、四罗拉牵伸、五罗拉牵伸等形式。我国自20世纪80年代初期起，也先后有东华大学、天津纺织研究所、天津工业大学、上海新型纺纱技术中心、上海第六棉纺厂、上海第十二棉纺厂等单位开始对喷气纺纱的研究，分别在旧细纱机上改造或设计生产了简易的喷气纺纱样机，对有关的工艺参数如喷嘴、牵伸以及纺纱质量、产品等作了较多的探索。由于其假捻包缠成纱原理，造成加工产品时对原料的局限性，因此，20世纪90年代东华大学提出将其包缠假捻的非自由端成纱原理改变成自由端加真捻的成纱原理，以适合长度较短的纤维（如纯棉）纱的自由端喷气纺纱加工方法。

（二）喷气纺设备构造与特点

喷气纺纱机由喂入牵伸、加捻和卷绕三部分组成。它是利用压缩空气在喷嘴内产生螺旋气流对牵伸后的纱条进行假捻并包缠成纱。喷气纺纱的工艺流程如图6-15所示。

棉条从棉条筒中引出后，进入牵伸装置进行牵伸。由于喷气纺纱由棉条直接牵伸成细纱，而且所纺纱线密度小，所以牵伸倍数很大，一般在150倍左右。喂入熟条经一定牵伸后，达到纱线所要求的细度后，被吸入喷嘴。在喷嘴上通有压缩空气，由空气压缩机供给的压缩空气喷入喷嘴内。在喷入的旋转气流作用下，自须条中分离出来的头端自由纤维紧紧包缠在芯纤维的外层，因而获得捻度。成纱后由引纱罗拉引出，经电子清纱器后卷绕到纱筒上，直接绕成筒子纱。

图6-15　喷气纺纱的工艺流程示意图

1.喷气纺纱牵伸机构

（1）牵伸形式。喷气纺纱牵伸机构与环锭超大牵伸细纱机相仿。牵伸形式大都是四罗拉（也有三罗拉和五罗拉）双短胶圈或长短胶圈牵伸，并设有断头自停装置，如图6-16所示。中罗拉和前罗拉直接与驱动箱相连，后罗拉靠电磁离合器作用，正常纺纱时回转，纱断头时停止转动。

图6-16　牵伸机构及传动示意图

NO.801 MJS型喷气纺纱机采用三罗拉双短胶圈、弹簧摇架加压的超大牵伸，牵伸倍数通常在150倍左右，纺纱速度为120～180m/min。

NO.802H MJS型喷气纺纱机采用四罗拉双短胶圈牵伸装置，最大牵伸倍数为300倍，纺纱速度高达360m/min。

（2）牵伸特点。

①超大牵伸倍数。由于在牵伸的过程中，纤维间相对滑动是由与其他纤维间的相互摩擦力带动的。根据摩擦传动理论，在较低的速度下，纤维会产生爬行的现象，从而造成纱条的不匀，这样就要求有较高的速度来消除这一现象，从而为喷气纺纱机的超大牵伸倍数提供了可能。No.802H MJS型喷气纺纱机总牵伸倍数为50～300，后区牵伸倍数为2～5，前区牵伸倍数达40以上。

②高牵伸速度。喷气纺气流的旋转速度可达到（2～3）×105r/min，前罗拉的输出速度高达150～300m/min，可见前罗拉的线速度一般为环锭纺的10倍，后罗拉的表面线速度可达2m/min。纤维间的相对运动速度与罗拉的速度成正比，粗略估计，喷气纺纱牵伸区中纤维运动的相对速度为环锭纺的5倍以上。

③没有横动。由于喷气纺特定的成纱原理，为确保前钳口输出的须条吸入加捻器，牵伸须条不能做横动。

④牵伸纤维束急剧扩散。高牵伸速度和超大牵伸倍数使纤维束在罗拉高速回转的附面层气流作用下极易扩散。罗拉表面的高速回转所产生的附面层气流，使前罗拉钳口输入侧（内侧）产生高压，输出侧（外侧）产生低压。气流在钳口的阻碍下，将沿罗拉的长度方向向两侧流动，这样不但加速须条的扩散，同时也干扰了前钳口处须条中纤维的整齐排列，使纤维变得杂乱，使成纱中的纤维排列恶化，最终使成纱强度受到影响。

（3）牵伸机构。

①罗拉。喷气纺纱机的锭距一般在215mm以上，前、中罗拉每两头组成一节，后罗拉为适应断头自停的需要，每头单独自成一节。前、后罗拉表面有56条与轴平行的等距沟槽，中罗拉表面为菱形滚花。各罗拉表面均用硬镕镀层，加工精度高，罗拉径向跳动小于0.005mm，以适应前罗拉2000r/min以上的高速回转。

②胶辊。胶辊在高速度、重加压、对牵伸须条无横动的条件下回转，其表面温度可高达80℃以上，导致胶辊迅速起槽中凹。因此，喷气纺对胶辊的要求，除需满足传统纺纱所要求的光、滑、燥、爽的表面，具有抗静电、吸放湿性能、一定的摩擦因数和弹性以外，更需要具有较高的耐磨性能和抗压缩变形性能，以延长使用寿命。

③胶圈。喷气纺使用的胶圈厚0.8～1mm，由内外两层组成，外层厚0.2mm，要求质硬耐磨，胶圈与罗拉的接触面为1mm×1mm的菱形纹路，用以降低胶圈的滑溜程度。

④下销。下销为上托式曲面形。其后部呈弧形曲面，使下胶圈中部上凸，紧贴上胶圈达到几乎密合的程度，其最高点上托1.6mm。下销工作面长度为27mm左右。中罗拉上抬2mm，形成紧隔距、零钳口前区的特殊牵伸工艺，可防止下胶圈在中罗拉与下销间的间隙处打顿，形成中凹的不良现象。

⑤导条管。为使纤维间有适当的联系力且牵伸过程纤维运动稳定，必须使喂入各牵伸区的须条具有一定的紧密度和良好的形态进入各牵伸区，则需采用导条器。MJS型喷气纺纱机采用胶木喂入导条管，其通道长度达150mm，截面逐渐收缩。导条管的截面积的变化可根据纺纱线密度、喂入线密度以及集束压力的要求进行优化设计。

⑥集束器。为了防止须条牵伸时过分扩散和保持纤维间的相互联系力，应使须条具有一定的紧密度和良好的形态进入前牵伸区，故在后区设有集棉器，起到在第三罗拉和中罗拉之间规范供给棉条宽度的作用，其截面形状为封闭狭长形，截面由入口向出口逐步缩小。出口截面配有多种规格，当纺纱较粗时，使用截面开口尺寸大的集束器。可根据条子不同定量和纺纱线密度选择不同的规格。(www.daowen.com)

⑦后罗拉单独传动及断头自停机构。在高速纺纱的情况下，必须配有后罗拉单独传动及断头自停机构，否则断头后会产生绕罗拉、引起故障和浪费现象。后罗拉传动轴，通过电磁离合器及齿形同步皮带，传动后罗拉。正常运转时，后罗拉随电磁离合器一起转动，一旦发生断头，电子清纱器发出信号，使电磁离合器断开，即停止喂给。在离合器同侧设有棘轮和掣子，当离合器断开时，掣子有效地制止罗拉的滑动，防止继续喂给。虽然后罗拉停止了喂给，但牵伸区内原有的须条经牵伸输出，仍有部分纤维进入吸风管。

⑧下胶圈横动机构。喷气纺喷嘴的安装位置对纺纱质量影响甚大，喷嘴安装后，前罗拉输出的纤维条必须对准其吸口。因此，不能采用传统的纱条横动装置来保护胶辊和胶圈。MJS系列机器均采用下胶圈慢速横动的方法来保护胶圈，延长其使用寿命。传动机构较为简单，在车尾部分有单独电动机传动偏心轮和往复杆，往复杆上固定胶圈卡子，卡住下胶圈，使之随杆慢速横动。

2.喷嘴

图6-17　双喷嘴结构示意图

1—壳体　2—吸口　3—喷射孔　4—气室5—进气管　6—纱道　7—开纤管

（1）喷嘴构造。喷气纺纱机的加捻是在喷嘴内完成的。根据喷嘴的数量和配置方法的不同，喷气纺纱可分为双喷嘴双进气、双喷嘴单进气和单喷嘴单进气三种，目前大都采用双喷嘴双进气形式。双喷嘴结构图如6-17所示，它实际上是由两个独立的喷嘴串接而成，靠近前罗拉的称第一喷嘴（又称前喷嘴），靠近输出罗拉的称第二喷嘴（又称后喷嘴）。第一喷嘴设有开纤管（又称中间管），中间管长度约为5mm。第二喷嘴纱道为喇叭形。喷射孔与纱道内壁成切向配置，纺Z捻纱时，第一喷嘴为左切配置，第二喷嘴为右切配置；纺S捻纱时则反之。

（2）喷嘴结构参数。

①喷射孔。喷射孔与纱道内四周相切，并与纱道轴线成α夹角。压缩空气由喷射孔射入纱道的速度为νJ，在纱道中形成旋转气流，这个气流可分成一个沿纱道轴向的分气流νs和垂直于纱道轴向的分气流νt，即压缩空气的切向速度。可知：νt=νJsinα，νs=νJcosα。纱条在纱道中受νt作用而产生旋转加捻，受νs作用而沿纱道输出，并使吸口处产生负压。因此，随着α夹角的增加，νt增加，对纱条的加捻作用增强，而νs减小，使吸口处负压减弱，不利于纱条输出。

②喷射角。喷射角α减小，气流在纱道中的轴向速度分量νs增大，轴向吸引力增大，但切向旋转的速度分量νt则减小，对纱条加捻不利。为了既要有一定的吸引前罗拉输出纤维的能力，又要有较大的旋转速度，第一喷嘴的喷射角一般在45°～55°范围内变化。第二喷嘴的喷射角一般在80°～90°范围内变化。一定的供气压力及喷孔直径条件下，为了提高第二喷嘴的假捻作用，二级喷嘴的喷射角应大些，一般应大于75°，常可接近90°。

③喷射孔的直径及孔数。设喷射孔的直径与纱道直径之比的倒数为气流的切向效率，则：

式中：d为喷射孔直径，mm；D为纱道直径，mm。

d/D越小，则切向效率越高，如流量保持一定，欲提高ρ值，就必须增加喷射孔数。显然，喷孔直径与孔数相互制约，因为当流量保持恒定时，增加孔数就意味着要减小孔径。保持流量不变的情况下，适当增加喷孔数不仅有利于纱条气圈转速的稳定，而且气圈转速略有提高。然而喷孔直径过小，对气流的纯净度要求更高，对喷孔的加工精度要求也高。根据经验，喷嘴纱道截面积与喷射孔总截面积之比一般不能小于5，否则纱道中流速过高，不利于纺纱。因此，一般地，喷孔直径与纱道直径之比不大于1:4，通常以1:6左右较为合适。第一喷嘴喷孔直径0.3～0.5mm时，喷孔数2～6个；第二喷嘴喷孔直径0.35～0.5mm时，喷孔数4～8个。

④纱道直径及长度。根据喷气纺纱喷嘴的纱道中旋转流场的测定数据，得出纱道各截面上的切向速度沿半径的变化在相当大的范围内类似刚体涡的速度分布，因此，空气的旋转速度n可以近似按下式计算：

式中：νt为压缩空气的切向速度，m/min；D为纱道直径，mm。

a.纱道直径。为了获得较高的纱条气圈转速，尽量选择较小的纱道直径D。但是还要考虑到所纺纱的线密度大小，使纱条在纱道内有足够的空间旋转。线密度小的纱，纱道直径可小些；线密度大的纱，纱道直径应大些。

第一喷嘴的纱道直径一般为2～2.5mm。为了使纱条在喷嘴内形成稳定的气圈，提高包绕效果，减小排气阻力，则第二喷嘴的纱道截面积应逐步扩大，设计成一定的锥度，一般进口端直径为2～3mm（喷射孔截面处），出口端直径为4～7mm。

b.纱道长度。以稳定涡流和气圈为原则。第一喷嘴纱道长度为10～12mm，第二喷嘴纱到长度为30～50mm。

⑤喷嘴吸口。喷嘴吸口不仅需要保持一定的负压，以利于吸引纤维和纱条，而且也起控制和稳定气圈的作用。喷嘴吸口内径一般为1～1.5mm，第一喷嘴吸口长度为6～15mm，第二喷嘴吸口长度也常需大于5mm。

⑥开纤管。在实际纺纱时，气压的波动、条干的不均匀都能引起气圈的不稳定。为了减小排气阻力和增加周向摩擦阻力，增加对气圈的撞击作用，使之有利于前钳口处须条扩散成头端自由纤维，所以中间管内壁设计成沟槽状态。沟槽形式有直线式和螺旋式等。直线式沟槽数3～8条不等，常采用4条，槽深0.5mm，槽宽0.5mm。中间管内径为第一喷嘴纱道直径的80%～90%。中间管总横截面积大于纱道横截面积，以利于排气。中间管长度以5mm左右为宜。喷孔至中间管的距离为3～6mm，以保证漩涡完整。

因此，开纤管有两个作用：一是抑制并稳定气圈的形态，消除第二喷嘴气流旋转形成的气圈对第一喷嘴气圈的影响；二是阻止捻度传递，阻碍第二喷嘴旋转加捻的捻回向第一喷嘴前传递。

⑦第一喷嘴与第二喷嘴间距。两喷嘴的间距大小会影响气圈的稳定性，影响包缠状态及成纱强度。如果两级喷嘴是分离式，可适当调整两者的间距，使第一喷嘴的气流向外排出而不干扰第二喷嘴，达到正常纺纱的目的，同时也有利于提高第二喷嘴的加捻效率。但第一喷嘴与第二喷嘴间距一般变化范围不大，可在4～8mm范围内变动，通常采用5mm。

⑧气压控制。第一喷嘴和第二喷嘴的气压对成纱质量和包缠程度有较大的影响，对压缩空气的消耗也有直接影响。第一喷嘴和第二喷嘴的压缩空气分别由独立气室供给，因而可单独调节各喷嘴的气压，以适应不同线密度的纱和不同的工艺需要。