第二節　噴氣渦流紡成紗結構與性能的關系

一、噴氣渦流紡紗結構

噴氣紡成紗過程為經羅拉牽伸機構牽伸后的須條進入噴嘴內進行加捻成紗，其為非自由端紡紗，即纖維一端由前羅拉握持，另一端被高速旋轉氣流加捻。

渦流紡成紗過程為經分梳輥分梳后的纖維流進入渦流管內進行加捻成紗，其為自由端成紗，即纖維一端脫離分梳輥成為自由短纖維，纖維被高速旋轉渦流加捻成紗。

噴氣渦流紡綜合了以上兩種成紗方法的優點并進行了改進，其成紗過程為經羅拉牽伸機構牽伸后的須條，先進入帶有引導針棒的固定栓，再進入空心錠加捻成紗，其為自由端紡紗，即由于引導針棒的阻捻和引導作用，使得纖維尾端脫離前羅拉的握持，成為自由端纖維倒伏在空心錠頂端，由空心錠內高速旋轉射流加捻成紗。

噴氣渦流紡采用正向壓縮空氣，在凝聚腔體內形成高速旋轉渦流場，對集聚在凝聚加捻口上的自由尾端纖維加捻成紗。其自由端紡紗原理完全突破了傳統的噴氣紡加工原理，是噴氣紡與渦流紡加工原理的綜合。該技術的進一步成熟，促使其產品替代了噴氣紡和渦流紡，甚至轉杯紡的產品領域，將成為21世紀最具潛力的紡紗技術之一。

不同紡紗系統導致不同的紗線結構，紗線結構的差異是引起紗線性能變化的主要原因。紗線都可看成由紗芯纖維、包纏纖維、包纏—浮游纖維、腹帶纖維和浮游纖維組成，不同紡紗系統導致各成分比例存在差異。就市場現有主要紗線種類，即環錠紡、轉杯紡與噴氣渦流紡而言，環錠紡的紗線是由均勻一致的芯纖維以螺旋方式構成的紗體；噴氣渦流紡的紗線具有周期性包纏纖維，紗芯纖維基本平行排列無捻度，而紗芯纖維的末端被包纏纖維束縛，具有紗芯和包纏纖維的雙層結構；轉杯紗外觀不同于前兩者，纖維的組成難以分類。圖1-8為噴氣渦流紡紗的理想結構和SEM圖。

紡紗速度、較大的噴嘴角度及噴氣壓力、較短的前羅拉與空心錠距將導致較大的纖維平均轉移強度與頻率；低紡紗速度導致纖維束在加捻區中停留時間延長，紗線結構緊密，噴嘴角度越大，紗線越均勻；低噴嘴角度，高噴氣壓導致纖維包纏紗芯更加緊密。

小的空心錠直徑致使纖維包纏較緊密，捻度損失少，紗體緊密，毛羽少；牽伸條件變化帶來單纖維須條平行伸直度的變化。建立噴氣渦流紡工藝參數與紗線結構的關系，確定工藝參數與噴氣渦流紡紗線的包纏纖維量、包纏角度、纖維轉移強度的定量表達，是對噴氣渦流紡紗線結構與性能設計的關鍵，最終可指導噴嘴結構設計與工藝參數優化。

二、包纏纖維對成紗性能的影響

噴氣渦流紡與噴氣紡，其紗線的形成都離不開包纏纖維，兩者最大區別是包纏纖維的數量差異（圖1-9）。對噴氣紡與噴氣渦流紡而言，在旋轉氣流作用下，從牽伸須條中分離的邊緣纖維量存在差異，前者須條一直處于非自由狀態，對單纖維控制較強。在一個捻回內，噴氣渦流紡的紗線內包纏纖維所占面積與紗表面之比達0.57，這意味著噴氣渦流紡的紗線表面一半以上都被包纏纖維包覆。

1.紗線外觀

噴氣渦流紡的紗線比環錠紡、轉杯紡具有更高頻率的粗細節；噴氣渦流紡與轉杯紡的紗線均勻性均好于環錠紗；噴氣渦流紡的紗線毛羽比環錠紡和轉杯紡紗線的少；噴氣渦流紡的紗線表觀直徑較環錠紡和轉杯紡紗線的好。噴氣渦流紡的紗線具有環錠紡的紗線外觀，比環錠紡具有更好的均勻性、較少的粗節和毛羽（圖1-10）。造成噴氣渦流紡紗線外觀特性不同的主要原因是其具有高比例包纏纖維。噴氣渦流紡紗線中的螺旋包纏纖維占纖維總數的60%，而噴氣紡紗線中外包纖維僅占纖維總數的20%～25%。噴氣渦流紡紗線中高比例的包纏纖維使得大量紗芯的尾端纖維束縛在紗體上，減少了頭端造成的毛羽，同時，圈狀的包纏纖維使得噴氣渦流紡紗線外觀蓬松，實質手感滑爽。由于纖維長度分布不勻、彎鉤纖維及單纖維脫離前羅拉約束時間存在差異，造成噴氣渦流紡紗線包纏不勻，這將直接導致其粗細節較環錠紡和轉杯紡紗線多。對噴氣渦流紡紗線外表包纏纖維的有效控制涉及噴孔角度、噴嘴直徑、前羅拉與空心錠距、導引針的長短等工藝參數的優化。

2.織物的耐磨性和抗起球性

噴氣渦流紡紗線制成的針織物耐磨性較環錠紡紗線制成的織物優越，但抗起球性能不如環錠紗織物好。造成該現象的主要原因是，噴氣渦流紡紗中的包纏纖維在摩擦過程中制約了纖維的運動，對紗線的解體起著決定作用；反之，因噴氣渦流紡紗線大量包纏纖維的存在，摩擦中易使包纏纖維自由頭端糾集成球，若采用低強度的纖維，該現象能得到有效緩解。

3.紗線強伸性能

噴氣渦流紡紗線的斷裂伸長略低于噴氣紡紗線，斷裂強力卻明顯高于噴氣紡紗線。主要原因是噴氣渦流紡紗線的包纏纖維緊緊地包覆紗體內部纖維，對紗線的強力起關鍵作用。噴氣渦流紡紗線斷裂區域的主要特征是，疏松的、有圈狀、折疊狀的包纏纖維和紗線直徑較小（細節），說明包纏纖維螺旋包纏角對噴氣渦流紡紗線的斷裂貢獻不顯著；噴氣渦流紡紗線斷裂強力高于噴氣紡紗線。其主要原因是，噴氣渦流紡紗線擁有更多的包纏纖維量，噴氣渦流紡紗線中大量的包纏纖維對紗芯平行單纖維的束縛限制了纖維間的滑移，制約了噴氣渦流紡紗線斷裂過程中紗線的解體。噴氣渦流紡紗線外表包纏纖維的轉移頻率與強度對紗線強力的貢獻也存在一定的規律。

三、紗芯纖維對成紗性能的影響

1.紗線彎曲性能

噴氣渦流紡紗線的抗彎剛度都比環錠紡大。包纏纖維對噴氣渦流紡紗芯纖維包纏緊密，使得芯纖維彎曲時相互滑移較少，較環錠紡紗線螺旋狀分布的纖維抗彎矩大。環錠紗纖維的內外轉移次數多，紗線相互纏結，紗線的結構緊密，造成了紗線的直徑變小；這樣紗線的拉伸模量較大，紗線中纖維的填充系數高，彎曲剛度相應也較大；對于自由端紡紗來說，纖維的內外轉移次數較少，紗線結構疏松，紗線之間相對滑移較多，具有較小的彎曲剛度值。

2.紗線導濕能力

根據紗線毛細管導濕理論，紗線中毛細管長度：

L0=L/cosα

（1-12）

式中：L0——紗中毛細管長度；

L——紗線長度；

α——紗線捻角。

紗中毛細管液態水輸運流量Q：Q～1/L0

（1-13）

紗中毛細管液態水輸運的線速度v：v～1/L0

（1-14）

噴氣渦流紡紗由平行紗芯單纖維與外包纖維兩個部分組成，因此，平行紗芯單纖維捻角為0，由式（1-12）知：紗中毛細管長度（L0）最小。由式（1-13）、式（1-14）可知：毛細管液態水輸運流量（Q）最大、輸運線速度（v）最大；同時，噴氣渦流紡紗線的紗芯單纖維平行排列使得毛細管的數量可能在一定程度上比同支環錠紗多，液態水輸運能力進一步提高。理論分析表明，噴氣渦流紡紗線比環錠紡紗線具有更高的導濕能力。不同的紗線結構導致紗線性能的變化。目前，人們對噴氣渦流紡紗線性能的研究還停留在定性描述紗線結構對紗線性能的影響上。噴氣渦流紡紗線導濕性能的定量研究僅是形成噴氣渦流紡紗線“結構—性能”模型的開始，還需進一步構建“結構—強伸性能”“結構—品質指標”“結構—起毛起球”等數學模型或結構模型，最終通過模型定量研究和分析噴氣渦流紡紗線結構與性能的關系，為設計紗線結構提供理論依據和實踐支撐。