中國棉紡織行業協會

紡織技術的發展日新月異，根據國家“十四五”規劃中“加快產業轉型，提高發展質量”的策略，紡紗技術的發展顯得尤為關鍵。因此，許多具有良好發展前景的新型紡紗技術備受矚目，而噴氣渦流紡就是其中最具潛力的技術之一。

噴氣渦流紡是利用噴嘴噴射壓縮空氣形成高速旋轉氣流，使針座入口部位形成負壓，從而將經過牽伸系統的纖維流吸入空心錠并與紗尾相搭接，利用空心錠內高速旋轉的強負壓氣流將聚于紡錠頭端的自由尾端纖維加捻成紗。噴氣渦流紡獨特的成紗過程和紗線特點，使其占據了穩定的市場份額，并隨著技術的發展愈發具備市場競爭力。本研究通過分析噴氣渦流紡的技術特點、設備發展歷程，總結其原料品種、專件改進和拓展技術的發展現狀，旨在探索噴氣渦流紡技術的發展趨勢及潛力，以推動其與實踐開發應用的融合。

1 噴氣渦流紡紗技術的特點及進展

1.1　噴氣渦流紡紗技術的特點

噴氣渦流紡紗技術與其他紡紗方式相比主要具有以下顯著優勢。一是速度快，流程短，占地面積小，卷裝容量大。噴氣渦流紡引紗速度可達600 m/min，與環錠紡相比沒有粗紗和絡筒流程。二是設備自動化、智能化程度高。噴氣渦流紡的自動接頭、自動換紗和單錠檢測等技術，可以顯著減少生產過程中的紗疵，提高生產效率，減少用工成本。三是紗線毛羽少，耐磨性好，條干均勻性好。噴氣渦流紡紗線屬于雙層包纏結構，芯層纖維接近平行無捻狀態，外層纖維緊密地包纏在芯纖維表面。

噴氣渦流紡技術存在以下弊端是限制其市場規模的關鍵原因。一是原料要求高。噴氣渦流紡要求原料細，長度長且整齊度好，從而保證成紗強度，因此更偏向于適紡化纖。生產棉纖維時必須使用35 mm~38 mm的長絨棉才能保持穩定生產。二是成紗結構的限制。噴氣渦流紡紗線的包纏型結構致使芯層纖維不提供紗線斷裂強力支持，同號數紗線比環錠紡紗線強力要低10%~20%。在紗線號數和紗線用途上競爭力弱于環錠紡。三是生產成本高。噴氣渦流紡設備主要依靠進口，成本昂貴，難以形成大規模生產，盈利周期受到限制。另外高速紡紗帶來的磨損問題依舊存在，甚至因為紡紗速度的優勢而更加嚴重，以至于膠輥、膠圈、紡錠需要頻繁更換。

1.2　噴氣渦流紡設備的發展進程

1.2.1　村田公司設備的發展進程

第一代噴氣渦流紡紗機是1997年在大阪國際紡織機械展覽會上展出的MVS851型噴氣渦流紡紗機。隨后于2001年推出MVS810型機，2003年推出MVS861型機。這三代機型主要體現在紡紗速度的提升，即從350 m/min提高到400 m/min，后又提高到450 m/min。這三代機型都可以紡純棉紗，但是需要質量非常好的長絨棉。因此當時企業普遍只用于紡制純粘膠和滌粘混紡品種，產品非常單一，同時由于當時國產生產化纖的能力較弱，與其他紡紗方式相比劣勢很大。2011年推出的MVS870型噴氣渦流紡紗機在MVS861型噴氣渦流紡紗機的基礎上做了多項改進，如紡紗速度可達到500 m/min，錠數由72錠增加為96錠，并且配備4臺自動接頭小車。2019年推出的MVS870EX型噴氣渦流紡紗機為第五代產品，其紡紗速度高達550 m/min，且在數字化、優質化、自動化、智能化、高效化方向的發展尤為明顯，主要特點如下。

（1）通過VOS系統，可以顯示重要的生產和質量數據，以及設備運行情況。

（2）擁有質量檢測和分析系統以及HD和CV值管理系統。具體表現在：可準確判斷設置好的疵點值并及時切除有害紗疵；HD系統通過檢測偏差可以測定發生故障的紡紗單錠以及發生故障的位置，并在面板處顯示；通過CV值檢測可以發現紗線質量有規律的周期性波動，從而分析設備器件或耗材的缺陷。

（3）擁有自動接頭和自動落紗裝置。接頭小車會根據設置好的捻接工藝實行自動檢測、自動接頭，捻接完成后實現自動紡紗。自動落紗機（以下簡稱AD）能夠自動根據預先設置的質量或長度進行落紗、更換紙管和接頭紡紗。通過傳送帶，還可以和自動包裝系統連接，實現自動打包、自動存放。

（4）其他功能還包括POLYMATER管理系統，可以完成對紡紗噴嘴、紡紗單元部位以及壓縮空氣管道部位的清潔工作。在占地方面，機臺長度與MVS870型機相比縮短14%，吸風系統也更加節能。

1.2.2　立達公司設備的發展進程

立達公司于2003年推出了第一代J10型噴氣渦流紡紗機，然后又于2011推出了J20型噴氣渦流紡紗機，2015年推出了J26型噴氣渦流紡紗機。2023年推出J70型噴氣渦流紡紗機。J20型噴氣渦流紡紗機設計為雙面結構，大大節省了占地面積，配有120個錠子，左右兩側可同時紡制不同品種紗線，引紗速度可達450 m/min，引紗路線也是由下而上，可減少棉條意外牽伸。此外，還采用了單錠傳動技術，配置了獨特的專利橫動裝置，大大延長了膠輥和膠圈等配件的使用壽命。J26型噴氣渦流紡紗機引紗速度可達500 m/min，紡紗單元增至200個，兩側的機械手由4個變為6個，為了適應純滌綸紗的生產，還新增加了特殊的清紗通道P26，提高了機器的清潔效率。J70型噴氣渦流紡紗機引紗速度可達600 m/min。相比上一代機型，設備能耗降低，纖維制成率提高，改進的加捻元件和清紗系統進一步提高了紗線質量，200個獨立的自動化紡紗錠位可在機同時生產4個品種。

1.2.3　國內設備的發展進程

國內噴氣渦流紡設備的開發也有一些進展。2011年江陰華方科技有限公司生產的HFW80型噴氣渦流紡紗機，采用單面式結構，有80個錠子，紡紗速度可達450 m/min，自主研發的噴嘴結構使紡紗過程更加流暢。2014年陜西華燕儀表航空有限公司研發出HYF369型噴氣渦流紡紗機，專門改進了電子清紗器，開發了自動接頭和自動滿筒落筒機械手，建立的智能化控制系統可實時采集分析數據，進行遠程監控等。浙江泰坦股份有限公司和浙江日發紡織機械有限公司也在噴氣渦流紡設備研發上進行了大量投入，不過這些國產設備還沒有完成市場推廣。

　　1.3　噴氣渦流紡紗工藝的研究進展

為了能夠發揮噴氣渦流紡獨特的紡紗特點，國內外一直在對紡紗工藝進行相關研究。

ORTLEK H G等人得出紡紗速度、噴嘴壓力和紗線號數等對噴氣渦流紡純棉紗的成紗性能影響顯著。耿靜等人通過改變噴嘴壓力，使用滌綸、棉、粘膠、竹漿纖維等原料進行紡紗，得出加工這些原料時適合的壓力范圍。胡碧玉等人探究出滌綸和粘膠采用不同混紡比例時適合的噴嘴壓力。陳美玉等人則通過改變噴嘴壓力，深入研究了壓力參數對于紗線包纏加捻程度的影響，進而分析噴氣渦流紡紗包纏加捻對其力學性能的影響。LEKHANI T等人采用Box?Behnken三變量三因素設計研究了高速紡紗條件下，紡紗速度、噴嘴壓力和錠子直徑對滌棉混紡紗成紗質量的影響。

也有學者著重改進前紡工藝，從而提高成紗工藝的生產效率和成紗質量。ERDUMLU N等人在前紡工藝中加入一道精梳工序，研究短纖維含量對噴氣渦流紡純棉紗號數和成紗性能的影響。劉建林通過優化前紡工藝配置，為實現成紗環節高速高效生產優質滌粘混紡紗提供實踐經驗。

另有學者致力于研究紡紗噴嘴的參數和相關內容。鄒專勇等人和裴澤光等人通過CFD建立噴嘴結構模型，應用Fluent軟件對模型內的氣流場進行數值模擬，解析噴嘴內氣流場的壓力場與速度場的分布情況，討論分析氣流對加捻腔內纖維運動的控制過程和對成紗質量的影響。LI M L等人通過建立流體力學模型，對噴嘴內氣流場進行數值模擬，設計了多種噴嘴結構，研究渦流管內壁結構對噴嘴內氣流場分布和紗線性能的影響，最終得出圓柱形腔室與錐形腔之間有過渡區的噴嘴結構比無過渡區的噴嘴結構更有利于氣流旋轉。陳洪立等人通過數值模擬方法，研究了空心錠上斜孔排數對氣流流動的影響和斜孔角度對氣流速度的影響。這些模擬試驗都為其他學者探究紗線在噴嘴內的加捻機制提供了一定理論幫助。ASGHAR B M R等人則是通過具體試驗研究了進料比和錠子主軸尺寸大小對紗線性能的影響，得出較高的進料比和較窄的錠子尺寸更適合纖維的包纏。任玉斌通過改變噴孔數量和噴孔角度進行紡紗試驗，以優化工藝參數。除此之外，還有一種自捻型噴嘴，即對空心錠外表面進行刻槽處理，韓晨晨等人對比分析了傳統噴氣渦流紡噴嘴與其內部流場分布特征和紗線結構性能，證明這種技術具有一定可行性。

　　2 噴氣渦流紡紗技術的發展趨勢

如今環錠紡仍在紡紗市場占據主導地位，噴氣渦流紡等新型紡紗方式還需要不斷改進，擴大其產品優勢。目前在噴氣渦流紡原料品種、專件改進和一些拓展技術方面的研究很多，這些技術也將一直是噴氣渦流紡未來的研究熱點。

　　2.1　原料品種改進

改善纖維適紡性以及開發多品種噴氣渦流紡紗線的問題，可以從把控纖維質量或者對改進纖維性能、擴大原料的應用范圍、優選多種原料混紡比例等方面入手。

在纖維的應用上，一方面是前紡纖維質量的控制或者高質量纖維原料的使用，或者直接對纖維進行柔化處理和防靜電處理等。另一方面是新型纖維的使用，比如萊賽爾纖維強力高，具有棉的柔軟性和良好的吸濕性，這種綠色環保纖維與滌綸、粘膠纖維相比具有更好的生產效益。還可以從提高棉纖維的應用入手，比如使用萊賽爾纖維與棉纖維混紡、滌棉混紡等方式，降低純棉紡紗的難度。噴氣渦流紡純棉紗目前的問題：一是號數上還有待突破，二是如何在保證紡紗質量的同時，發揮噴氣渦流紡紡紗速度的優勢。

在多品種開發上，噴氣渦流紡主要開發了色紡紗、花式紗和功能性紗等。比如百隆東方有限公司的各類棉色紡紗，湖州威達紡織有限公司的各類粘膠色紡紗。功能性紗線的開發用到了麻、腈綸、羊毛和一些改性纖維。這些品種的開發很大程度上彌補了其原料單一、品種少的缺陷，拓寬了噴氣渦流紡紗的應用領域，這也是噴氣渦流紡品種拓寬的一個良好發展方向。

　　2.2　專件改進

高速紡紗一直是噴氣渦流紡的重要優勢，但膠輥、膠圈等專件的磨損也比較大。噴氣渦流紡用膠輥、膠圈對其表面的粗糙程度、防靜電性、抗污性、耐熱性、硬度和抗壓縮變形性等都有較高要求，除橡膠材料的選擇外，通常是進行表面處理以延長使用壽命。目前膠輥表面處理有紫外線光照處理，A、B雙組分涂料處理和四氟涂料處理等，具體根據不同的紡紗情況選擇適用的處理方法。國產的膠輥、膠圈價格具有優勢，但使用壽命和對纖維的控制能力相對進口產品仍有不小差距，如成紗粗細節、條干較差。紡紗過程中的雜質會影響高速氣流對纖維的破壞，因此保證紡錠內部光滑潔凈也是提升紡紗效率的關鍵。同時，MVS870EX型噴氣渦流紡紗機增添了油劑裝置，有利于提高成紗質量。

　　2.3　噴氣渦流紡包芯紗

噴氣渦流紡包芯紗是通過特殊的喂入裝置，將芯絲在前羅拉鉗口處與經過牽伸的短纖維須條一并吸入噴嘴，須條中的短纖維受到氣流加捻作用，圍繞芯絲進行包覆形成包芯紗。噴氣渦流紡包芯紗可以克服環錠紡包芯紗芯絲外露的缺點，包覆效果好于環錠紡。雒書華使用滌綸長絲和滌綸短纖紡制19.7 tex包芯紗，但紡紗質量不佳，紡紗過程中還容易產生片段弱捻紗。劉艷斌等人探究了喂入比、長絲喂入張力和噴嘴到前羅拉的距離等對包芯紗成紗質量的影響，改善了弱捻紗的問題。鄒專勇等人研究了紡紗速度和芯絲線密度對包芯紗成紗性能的影響。但該項研究是在一個較低的速度范圍內，生產的紗線號數也較低，對高速生產狀態、細號紗線的研究還有不足。裴澤光團隊制備了一種制作導電織物的金屬絲包芯紗，并對金屬絲與短纖維在噴嘴內腔中的運動圖像進行捕捉；利用這種在線檢測方法提取纖維包纏過程中的露芯特征，與制成包芯紗的露芯量進行對比分析，研究噴嘴氣壓與紡紗速度對紗線露芯量的影響。在此基礎上，設計面向噴氣渦流紡包芯紗的成紗工藝參數自動調節系統。還建立了紡制金屬絲包芯紗的噴氣渦流紡紗噴嘴三維CFD模型，將金屬絲通過開槽的前羅拉引入噴嘴，并考慮前羅拉對流場的影響，進行數值模擬，揭示了紡紗噴嘴內氣流的流動特性。以此為基礎分析了成紗過程，解釋之前研究中纖維動態行為的試驗結果。這些研究也有一些不足，如長絲與短纖維的匯聚機制需要進一步探明，還需要進一步降低噴嘴中的落纖率、控制芯絲張力和提升包芯紗生產的自動化程度等。

　　3 結論

（1）噴氣渦流紡的未來發展重點仍是提高原料適紡性范圍和面向多品種紗線的開發，以此提高其在紡紗領域的市場競爭力。同時，紡紗速度、設備自動化及智能化程度也需要進一步發展。

（2）膠輥、膠圈、紡錠等零部件質量是限制噴氣渦流紡發揮速度優勢、提高成紗質量的關鍵因素，未來需要在這方面實現進一步的技術突破，尤其是國產零部件的質量還處于劣勢。

（3）噴氣渦流紡的生產速度高、產量大，但是受到進口設備成本高和國外技術限制的壓力，企業盈利周期和規模受限，噴氣渦流紡市場競爭力不足，有待未來國產化設備的技術進步能解決這一難點。

（4）噴氣渦流紡技術的發展還需要進一步加強理論基礎研究，試驗應用研究也要同步跟進。許多學者的研究表明，流場模擬是分析噴嘴工藝和噴嘴參數對噴氣渦流紡紗成紗質量影響的有效手段，但是這些技術的分析構想與實現生產應用還有很大距離。

資料來源：《棉紡織技術》

作者：付佳琦、楊瑞華