生产一种混合纱或包芯纱的 方法和装置及装置的应用 技术范围
本发明涉及一种生产由至少一根长丝纱和至少一根短纤纱组成的多组分纱或混合纱的方法和装置。
新的发明是有关纱线整理的一个中心课题范围，即一种有长丝纱和短纤纱的混合纱的包缠方法。对于一种包芯纱或混合纱来说，虽然进行了许多次费用可观的试验，但至今没有成功取得较大的经济成效，以及所预期的这种纱用途的理论可能性。
现有技术
WO 95/23886专利描述了生产一种多组分纱或混合纱的解决方法。用天然纤维，如棉或羊毛生产的传统纱，它在纺纱过程中的交缠技术是借助典型的加捻方式，使纤维之间相互交缠。最终产品获得一种纺织特性，即纱具有极少毛羽，是取决于原料的性能和纺纱工艺流程。自从推广应用合成长丝纱以来，出现了许多各个纱组分的稳定交缠方法以及对纱的处理或整理的方法。对于合成长丝纱地交缠和整理，市场上已经建立了两种空气变形技术：即空气涡流变形和喷气变形工艺。与气流纺短纤维纱相反，空气涡流变形技术需要一根长丝纱作基纱，使短纤纱组分产生“涡流”和达到固定交缠。空气涡流变形的多组分纱用于特殊用途还需要进行最后整理。它们通常是作为成品用于以后的机织，针织等等的加工。采用空气涡流技术，还能产生在通常纺纱过程中不能获得的特殊性能和效果。喷气变形工艺能够使长丝纱加工复合成多组分纱。使用光洁的长丝纱生产出所谓的圈圈纱。喷气变形的核心部件是喷气变形喷嘴。长丝纱输入到喷气变形喷嘴的速度是高于输出速度或引出速度。以超喂标志的不同速度是形成环圈所需要的。长丝之间相应的纵向位移是受到流动空气的动能引起。圈圈形成是由于纱长有效的缩短。喷嘴在一定程度上起到“纱吞食者”作用，系由于输入速度大于输出速度，即纱的喂入长度大于输出长度。这里所指的缺少的纱量，能够从纱的圈圈上找回到。这些纱在喷嘴之后即提高了纤度，并使纱获得一种低弹力性能或织成相应的低弹力织物。
Elastan弹性纤维的应用产生了一个完全新的情况。弹性纤维是合成长丝纱(大多数是复丝，其纤度为11～2.600dtex)，链段结构的聚氨基甲酸酯含量不少于85％重量百分比。聚氨酯的特征主要是它的高弹性伸长。它在拉伸应力下可伸长到其原长度的6至8倍，而当张力取消后，它立即又完全收缩到原来长度。弹性纤维有良好的染色性，耐氧化和耐日晒以及生产的弹性长丝要比橡筋线更细，因此前者要比用橡筋线能够生产出更精致和更轻的机织物和针织物。本文描述是摘录自德国专业出版社出版的化学纤维词典(作者Hans J.Koslowski)。弹性纤维有着特殊的性能。在合适的保养下，它能耐汗和耐化妆油品，能够水洗并具有适当的耐磨牢度。其比重在1.15g/cm3；回潮率为1.0～1.3％；熔点约为250℃；软化点为175℃。当温度高于150℃时，弹性纤维出现泛黄以及降解。其伸长率为500～700％。弹性纤维的关键是弹性伸长。它与持久的伸长相反，在去除负荷以后，其伸长又回复到其起始长度。所谓的单丝，主要是用于特种用途，比如印花筛网，用于过滤以及细带织物。
弹性纤维除了价格高以外，具有传统长丝纱的另一些特点。当纺丝原料进入调温的纺丝甬道内，在卷绕筒子的牵拉张力下即形成精确纤度的长丝。该长丝是通过在纺丝甬道中的假捻使还处在粘胶状态时各单根丝相接触并粘连在一起。在这种方式下得出一根弹性长丝的横截面图。各根丝或多或少牢固粘连的结果是，接下来的空气涡流变形或喷气变形不再能起到作用。因此，作为光洁丝或裸丝的弹性纤维只能够用短纤维来包缠，包芯纺，包复加捻或网络，以此方式获得纺织特性。应用弹力纤维很强的弹性特性能得到许多传统的纺织品用途，但多数情况是要与其他纺织纤维相结合使用。500至700％的可伸长性对大多数纺织品来说是不需要的，也是不希望的。因此弹性纤维丝在所述的特殊用途下，不是用其原来状态的丝，而是用作为可弹性伸长的芯纱应用，并用短纤纱予以包复，以得到纱体积较膨松和更好的耐磨性能。这种包芯纱的用途，例如女弹力紧身服、胸罩、长统丝袜、短袜、连裤袜、游泳衣以及横向和纵向有弹性的裤、运动服和休闲服。
发明描述
本发明提出的任务是，开发一种交缠工艺，能将两根纱，即一根短纤纱和一根长丝纱交缠成一根纱或混合纱，或包芯纱。此外另一部分任务是，不仅长丝纱，而且弹性长纤维丝也能使用该交缠工艺。
本发明方法的特征是，短纤纱和长丝纱一同通过一个空气处理喷嘴装置时，在该处受到一短区段控制，此时由于对快速通过的纱产生的一个假捻而连续地产生交缠，使长丝纱固定在短纤纱内。
本发明装置的特征是，有一个加捻器，特别是假捻器并与产生假捻用的压缩空气相连接，使短纤纱和长丝纱相交缠。
意外地是，利用压缩空气产生的假捻能达到全新的效果。由于大多数情况只应用几厘米长的短纤维，所以短纤纱上具有毛羽状外观图象。毛羽是由于各根纤维端矗立所产生。出于明显的理由，短纤维纱既不能通过变形也不能通过涡流网络与一根长丝纱相交缠，尤其是该长丝纱是一根弹性长丝。相反，依据本发明，则能够通过一个空气加捻装置产生交缠。
本发明从一种短纤纱出发，例如一根传统工艺纺的纱以及一根长丝纱。利用各根长丝在进行喷气变形和涡流交络时相互缠结或紧固形成圈圈，获得纺织特性，甚至提高纺织特性。但这不能够用来加工弹性纤维，因为长丝在纺丝过程之后直接粘合一起。为此提这个问题，怎样才能够使这种丝能产生交缠。本发明人已认识到，提出的这个任务只有下述条件才能解决，即寻求与目前空气喷嘴处理相反的途径，将长丝纱缠结或包缠在短纤纱内。通常短纤纱有一个真捻，作为纱生产或纺纱的结果。实质上只是加捻纤维束交缠成纱。如果在两手的食指和拇指之间按长于单根长丝的间距握持一段短纤纱，并同时按真捻的反方向解捻，则这根纱可以几乎不用力地松开。加捻的纱在假捻作用下不相互松开，其秘密在于，假捻不是作用到静止的纱而是作用到快速通过的纱，最好纱在交缠过程只控制在短于单根长丝的一段路程。通过假捻，短纤纱局部地轻度松开或松捻。因为此时长丝纱也一同被加捻，许多位置的长丝进入到短纤纱捻度较松的这些位置。时间仅几毫秒所起到的假捻离开喷嘴以后立即消失，而长丝在许多位置消失假捻后同时紧夹入纱圈内。结果是混纺纱呈非常强的交缠。此外，在新的交缠流程中，长丝纱上自由伸出的纤维端也参加进去，一部分也得到加捻并部分地圈绕到混纺纱上。通过这种轻度开松短纤纱的方法，曾经在一些试验中肯定了可增加纱的毛羽性。这样开辟了一种全新的交缠方式。前提是，在任何情况下，最少有一根短纤纱参与。作为对方总是可用一根或多根弹性长丝和/或长丝纱。第一批试验取得好的结果，系使用了原长丝纱以及作为原丝经过喷气变形或机捻锭(FZ)变形的长丝纱。从所有的试验中得到很有意义的观察，即交缠质量在部分提高速度到500或600米/分以上时为更好。
本发明能够制订出许多特别富有优点的技术方案。参看本专利权利要求2至9和11至15。产生假捻的纵向区段最好限定在空气处理喷嘴装置的入口和出口区域中，在一定情况下可作有限的调节，以达到纱的交缠起到局部强化加捻作用。在入口的这一端，最好安置一单独的捻转制动器。空气处理喷嘴装置至少有一个带直通丝道的空气喷嘴，至少有一个切向进入丝道的空气入口。此外测试表明，在较低质量要求的特殊情况下，用一个空气处理喷嘴就足够。但如果将加捻装置设计成最少两步，最好是三步方式，各步骤之间有捻向转换和间距当然更好。在多数优选的技术方案中，加捻器具体是由三个单独加捻喷嘴组成，即两个是S捻和一个Z捻或两个Z捻及一个S捻。
根据本发明，喷嘴之间的自由间距应有限制。每根据特定的纱质量，首先按照短纤维的平均长度得出加捻器位置之间的自由间距，尤其是捻转制动器和第一个加捻器之间的间距大约是1至10cm。最好是，短纤纱和长丝纱至少在入口处共同通过一个捻转制动器。捻转制动器和第一个加捻器之间尺寸总是可以稍大于两个加捻器之间的尺寸。许多情况下，为了保证特定的混合纱质量，只要求使用低百分比的长丝纱量。多数情况下，它适用于弹性纤维，因为其原料价格比传统的短纤纱贵许多倍。新的发明表明，正是这种细的弹性长丝能特别好的进行包缠。多数情况下，包芯纱的纤度基本是由短纤纱确定，这里短纤纱的用量至少占70％，最好是90％以上。输入的压缩空气压力可以是1至5bar，最好是2至4bar。长丝纱可以由一根或多根弹性长丝或一根或多根传统长丝或者这两种丝复合而成，这里传统长丝已先经过一次空气处理。最好是将加捻器设计为空气喷嘴，带一个直通丝道以及一个切向进入丝道的入口。如若加捻器设计成三步式以及两次捻向转换，就能够达到最好质量结果。在具体的技术方案中，加捻器系由三个单个退扭矩喷嘴组装成，即两个S捻和一个Z捻喷嘴或两个Z捻喷嘴和一个S捻喷嘴。这方面可参看EP 532 458的特殊技术方案。这个小册子作为上述申请书的整体组成部分。借助空气的旋转对需进行包缠的纱产生一个假捻。根据EP 532 458的假捻概念，不是指纱保持一个永久捻度。倒不如说，通过假捻，消除了剩余扭矩。在新的应用上，加捻喷嘴是多次直接按顺序的间距使用。中间的加捻喷嘴上升到很强的加捻作用，以致形成反向转。主要是利用最佳切向气流所产生的加捻作用。目前为止，对交缠机理的理解是，主要工作就在于很有力的假捻作用。
EP 638 673展示一种机械的加捻器，用它能减少纱的毛羽。EP811 711展示一种产生加捻作用的空气喷嘴并结合有微小的涡流作用，因为建议纯切向空气入口由一个稍微偏离中心线的空气入口来替代。在各种情况下，可以根据EP 811 711应用两种或三种类型喷嘴。此外也可以用不同型号喷嘴组合，最好在中央的这个喷嘴采用很强加捻作用的纯加捻喷嘴。EP 532 458和EP 811 711都涉及到所谓的开口式加捻喷嘴。由于实际原因，这种喷嘴较容易穿纱，得到优先采用。在许多应用中，当然也可以根据WO 98/33964使用一个或多个封闭式喷嘴。
空气处理喷嘴最好设计成三部件式，并且在两个相邻的加捻器之间总是有一个自由间距。该自由间距最好是1～10cm。此外加捻装置设计为三部件式，每个加捻器之间可转换捻向，一根大致按直线运行的纱通过三部件组成的加捻装置时，不产生或产生极微小的换向。具体技术方案是，最好使用三个相同的所谓退扭矩喷嘴，而中间的这个退矩喷嘴布置为相反的捻向，所有三个喷嘴最好安装在一个共用的压缩空气分配箱体上。在加捻器之前和之后，可以安置这样的导纱装置，例如使一根弹性长丝和一根短纤纱共同按加捻器的中轴线输入。这种装置最好是作为一个部件，即一个带共用压缩空气接口的加捻器单元，而导纱器最好是固定安装。在纱入口的这一侧，导纱器可以是一个大家公知的捻转制动器，或者该导纱器附装在捻转制动器之前面。本发明还涉及该装置的应用，其特征在于，两根或多根短纤纱与两根和多根长丝纱的包缠。
本发明的图示说明
现就几个实施例对本发明的一些细节加以说明。其中：图1a 大家公知的空气涡流交缠原理；图1b 大家公知的空气变形原理；图1c 依据EP 532 458的一个退扭矩喷嘴；图2a 一根原丝图2b 一根短纤纱图2c 根据图2a和图2b带两次捻向转换的一根混合纱，系按照
新发明的方法所获得的最大加捻状态；图2d 根据图2c的一根从加捻装置出来的混合纱，这里两种组
分的纱连续交缠，而短纤维端部自行环绕在长丝纱上。图3a～3c一个按本发明的三部件式的加捻装置作为组件；图4 一个由三部件组成的加捻装置作为组件正处于运转位
置；图5 各个加捻器的三种不同的视图；图6 用于生产一种新的喷气变形短纤纱的试验设备；图表7 包芯纱的不同包缠类型试验系列A-E。
本发明的方法和实施
图1a表示一根丝经过喷嘴1所产生的交缠作用。原丝2经过交缠之后具有典型的粗、细节和结子3的形象图。丝道4是由一个孔眼组成，压缩空气喷射进入中间的区域。相应的空气入口5多数情况下应精确调节对准丝道的中心线，使丝条开松，并通过形成结子而产生所谓的双捻，一个脉冲气流进入，重复地形成结子。图1b展示应用一个变形喷嘴6的喷气变形工艺。两根原丝2，2′输入到喷嘴内，并通过一个直通丝道7送达变形喷嘴的出口区域8。一般4～12bar的压缩空气喷射选丝道7，由于部分压力比交缠压力高多倍的原因，产生一股超音速气流进到出口区8。借助长丝的开松和超音速气流的冲击波进入交缠点区段中的出口区而产生卷曲变形纱9。图1c表示，使用压缩空气的第三种类型的纱处理喷嘴，是一个退扭矩喷嘴10。这里压缩空气是由一根输送管道11进入丝道12。压缩空气是经一个切向通向丝道12的入口13输入，如图左侧再次展示的放大图。入口13是按丝道2中线X-X的尺寸b错位，这样入口13的左侧(图1c)同丝道外圆柱面构成一切线。一个导纱缝隙口14也按入口13的相同方向进入丝道12。借助所述的退扭矩喷嘴结构，在丝道12内产生强化的旋转气流(箭头15)。该旋转气流赋于纱一个相应的旋转或相应的捻回。
图2a表示一根由更多或更少数量的单根丝21组成的长丝纱20。该图展示的为一根原丝。图2b是一根短纤纱22，纱上带典型的伸出的单根短纤维端23。两个箭头24、25表示两根纱在位置A处共同输入。此处开始新的工艺流程，即两根纱按照箭头26输入到加捻装置。图2c表示一种最佳的纱处理，根据新发明应用两个转换的加捻方向S1、Z1和S2。确实给予纱28很明显的捻度。但这种假捻的捻转，在纱离开该喷嘴后立即消失。当交缠纱29离开第三个喷嘴后，就不能再看出有捻度，但是由于受到强机械扭转作用，两根纱相互交缠。如图2d所示，原来伸出的纤维端23部分被缠绕于已交缠的纱内。这种新的纱称之为喷气短纤纱。如图所示，令人感兴趣的事实是，正规长丝纱可以进行交缠，而短纤纱和长丝纱作为原丝在相当大的张力下，例如1∶3或以上张力也可以经过工艺流程区域，并以相同或较小的张力加以络筒。甚至当短纤纱和长丝纱的交缠完全消除应力时，这种包芯纱仍保持气流喷射交缠纱的风格。
图3a～3c表示按比例放大的一个三部件组成的加捻装置30的正视图，平面图(3c)和侧视图(3b)。加捻装置30是由托架31和三个相同的退扭矩喷嘴32、33、34组成，其中退扭矩喷嘴33是按照退扭矩喷嘴32和34转动180°装入。从图3c可以看出，丝道12是按照尺寸Y/2与中线35错位安置。在图3a上，所有丝道位于一共同的轴线35上。喷嘴长度或每个丝道的长度是用DL标志，而两个退扭矩喷嘴之间自由间距用fA标志。压缩空气分配箱36用于空气的输入，可以由孔眼37或38来完成空气的接入。不使用的接口必须封闭。每个圆孔39从空气分配箱伸向前箱40，从该处起一根压缩空气输送管11或三根单独的输送管13接入到丝道。
对于某些用途可以考虑变更间距fA。通常压缩空气是处于室温。主要是充分利用加捻气流的机械力。
图5展示每个退扭矩喷嘴32、33、34的正视图，侧视图和平面图。退扭矩喷嘴设计成扁平形，并有三个切向空气入口13。
测试表明，在某些情况下，也能够使用比如两个、四个或更多的喷嘴。但主要的是奇数，即3个或5个喷嘴。
图6表示一台组装好的工业性试验设备，这里压缩空气的输入是安装在看不见的墙后面。图的右上方是一个丝筒50，比如它可能是弹性纤维丝，也可以是长丝20。长丝纱20经过一个纱的张力装置51和一个如图6下方再次放大展示的捻转制动器41，直接输入到三部件组成的加捻装置30′。在图的左侧，短纤纱22经由一个导丝装置52，亦同样经过扭转制动器41输入到加捻装置30′。捻转制动器41可以是众所周知的结构，带有V形的并由许多适当的伸出钝针体所构成的跑道。包缠的喷气短纤纱经加捻装置30′以后被送到一个络筒装置53。
很久以前根据专利WO 95/23886使用变形喷嘴的一系列试验，曾经使用三种退扭矩喷嘴来减少纱的羽毛。曾用这种三件式退扭矩单元进行两根精梳的棉纱Ne 78/1，与一根莱卡(Lycra)弹性纱dtex 44的包缠试验(速度500m/min，空气压力2 bar，超喂4％)。两个组分纱取得很好的包缠。但这点对于后续加工还是不够的。后来试验是在第一个加捻喷嘴之前，使用一个捻转制动器，以及通过捻向Z-S-Z或S-Z-S的喷嘴排列才达到生产出一种均匀包缠和不移动的包芯纱。这种纱可以无障碍地放到试验室针织机上织造加工。它表明，带毛羽的短纤纱在低的空气压力和较高的输送速度下，能比那种很少羽毛的纱更好的进行包缠。然而使用较粗支的纱会增加灰尘和飞花(因粗支纱捻度很少)，飞花的问题不能完全解决，因此，此法较少应用于空气涡流喷嘴。飞花取决于喷嘴的压力、速度，主要是短纤纱性能(粗梳精梳的长纤维，中长纤维，短纤维的纺纱工艺，例如钢领、自由端纺纱或气流纺)。飞花也曾经大大的下降，如其它最佳试验所得出的那样，使其在工业生产中不再产生干扰。
下面就试验系列A-E的下列基本数据加以说明。图表7展示的这种不同试验系列A-E的最终产品作为新的“喷气短纤纱”。 试验 系列 纱速度 m/min喷嘴压力 bar 弹力纤维 材料 A 300 3.0 Lycra dtex 44两根精梳棉纱Ne 78/1 B 300 2.0 Lycra dtex 78棉/聚酯50/50％混纺纱Ne 30/1 C 300 4.0 Lycra dtex 78精梳棉纱Ne 42/1 D 400 3.5精梳棉纱Ne 50/1+聚酯拉伸变形丝dtex 167 f72*1 E 340 4.0精梳棉纱Ne 50/1+聚酰胺全拉伸丝78 f46试验A
该项试验使用的长丝为Lycra dtex 44，用两根精梳棉纱Ne 78/1进行包缠。棉纱是两根平行未加捻的短纤维纱。试验使用了一个三部件组成的喷嘴，捻向分别为Z-S-Z，并在纱的入口处安装有一个捻转制动器。压缩空气在喷嘴入口的压力调整到中档压力3bar。纱的输送速度调节变动范围在200-500m/min。试验A的纱速度为300m/min。在具体情况下，该项试验安排达到了最佳质量。纱的包缠(图7，试验系列A)从样品上清楚可见是连续的。它看不到象空气涡流的那些交缠点。这些交缠点的产生是短而有规律的间隔，因而新的多组分纱可以直接加捻或进行编织。试验B
采用更粗的长丝纱(Lycra dtex 78)，用粗支的50％聚酯纤维和50％棉的混纺纱进行包缠。选择同试验A相似的工艺调整，只是压缩空气压力约降到2bar。产品可作以后的两种加工用途。新的喷气短纤纱可以直接在针织机上加工或者在一台倍捻机上加捻，但迄今在工艺上是不可能。但高效能的倍捻工艺是可以用于这种包芯纱的强捻。试验C
这项试验使用了一般的较短纤维长度和较低加捻密度的粗梳棉纱。当两个退扭矩喷嘴之间的自由间距大约缩小到平均纤维长度时，就获得了最好质量。到捻回制动器的自由间距可以大一些。这里表明，它一定程度上取决于喷嘴fA或fAD与捻回制动器以及平均纤维长度之间的自由间距。有关新的包芯纱的其它使用可以参照试验B的说明。试验D/E
试验系列D所使用的原料是一根DTY(拉伸变形丝)和一根棉短纤纱。
试验系列E则相反，使用一根未经变形的FDY(全拉伸丝)或原丝。这种情况下表明，纱的包缠是连续、均匀和充分的，适合以后的机织或针织加工。由于长丝份额或根数占的较高，纱的输送速度最佳在400～500m/min。
可以预料，视对纱的质量要求，还可以提高输送速度，例如800～1000m/min或以上。