Smuuary：Due to its unique yarn structure (combination of outer spiral wrapped fibers and untwisted core fibers), jet vortex spinning technology has the advantages of high efficiency and low energy consumption in the textile field. However, the problem of insufficient yarn strength limits its application in the field of super fine count yarns. In this study, through optimizing raw material ratio, opening and cleaning, carding, drawing and jet vortex spinning processes, a 120-count Lyocell/cotton blended yarn was successfully prepared, with a breaking strength of 88.6 cN, breaking through the spinning limit of 80 counts of traditional jet vortex spinning technology. Experiments show that the process combination of nozzle air pressure of 0.5 MPa, front roller to spindle gauge of 20 mm, and spindle aperture of 0.85 mm significantly improves the yarn strength. The yarn has the characteristics of high smoothness, softness and smoothness, and has broad application prospects in the field of high-end textile and apparel.

引 言   

喷气涡流纺（Vortex Spinning）作为一种新型纺纱技术，凭借其高速^[1]、短流程的优势，逐渐成为纺织行业的研究热点。其成纱结构由外层螺旋包缠纤维与无捻芯纤维组成，但纤维间抱合力较弱，导致纱强力低于传统环锭纺纱。尤其在纺制特细支纱（如120支）时，因纤维根数减少，纱强力进一步下降，难以满足高端面料的需求。现有研究表明，喷气涡流纺纱的适纺支数上限为80支，突破这一限制需从原料选配、工艺参数优化及设备改进三方面入手。

本研究采取莱赛尔纤维与棉纤维进行混纺，通过优化全流程工艺，包括开清棉工序的柔性处理、梳棉工序的高效分梳、并条工序的均匀牵伸，以及喷气涡流纺工艺参数的精准调控，成功制备出120支混纺纱。该研究不仅拓展了喷气涡流纺技术的应用范围，还为高支纱的工业化生产提供了理论依据。  

目前，喷气涡流纺纱技术主要适纺纱支数范围为10支~80支^[2]。对于纺特细120支喷气涡流纱，由于纱支细、单纱截面内纤维根数少等原因，造成成纱强力较低，加之喷气涡流纺设备自身纺纱张力的制约^[3]（喷气涡流纺纱卷绕张力最低也应在60 cN），使得喷气涡流纺120支纱难以成纱。

结合目前市场上现有纤维特点与喷气涡流纺纱技术特性，我们围绕喷气涡流纺莱赛尔与棉混纺120支纱的生产技术，对原料、开清棉、梳棉、并条、喷气涡流纺等全流程的关键工艺进行优化和纺纱专件改造。

1 喷气涡流纺特细支纱壁垒分析

1.1 喷气涡流纺成纱结构分析

喷气涡流纺纱是将棉条经涡流包缠捻直接纺成筒纱的新型纺纱方法。其原理是：喷嘴喷射压缩空气，在针座入口形成高速旋转的气流，利用空心锭内的高速强负压涡流，将经过牵伸的纤维吸入纺锭，利用纺锭内高速强负压气流将自由尾端的纤维加捻成纱。所形成的纱具有独特的外层螺旋包缠纤维与无捻或弱捻芯纤维结合结构^[4]。其独特的成纱原理使得芯纤维无限接近平行状态，纤维间的摩擦系数低，导致成纱强力相对较弱。

1.2 纱强力理论分析

由于喷气涡流纺独特的成纱结构，其芯纤维无限接近平行状态，在分析纱强力时，可将纱理想视为多根纤维平行集聚的纤维束，则纱强力近似于多根纤维的并联强度，可得到近似关系式。见式（1）

F：纱强力；f：单根纤维强力；n：纤维根数。

纱强力理论公式中，单根纤维强力f属于材料本征属性，由纤维材质决定。对于同种纤维，纱强力F与纤维根数n成正比，可简单将纱强力视为纤维强力之和。实际在断裂过程中，纤维断裂不同步，受纤维间抱合作用的影响，非断裂纤维共同承担总压力。见式（2）

F：纱强力；n：纤维根数；：单根纤维平均强力；η：纤维间抱合系数。

式中，单纤强力由纤维材质决定，纤维间抱合系数受纤维表面性质与形态结构影响。当纤维一定时，纱强力F与纤维根数n成正比。

一般地，成纱截面纤维根数越多，纱的强力越高，但同时纱直径也越大，纱直径与纤维根数关系见式（3）

d：纱直径；k：纱结构常数；n：纤维根数；df：纤维直径。

式（3）中，纱结构常数k需要根据具体原料、工艺等因素进行适当调整取值，纤维直径df由所选纤维决定。在纤维一定时，纤维根数n越大，纱直径d也越大；同样在纱直径d减小时，纤维根数n也因此需要减少。

根据式（3），在纺制特细支纱时，纱直径d小，纤维根数n也要减少。而根据式（2）纤维根数n与纱强力F成正比关系，纤维根数越少，越容易造成纱强力F不足。

2 材料与方法

2.1 实验原料

实验所用原料为棉纤维（手扯长度≥33 mm，成熟度≥0.9，短绒率≤8%）与细特莱赛尔短纤维（规格：0.9 dtex×38 mm）。

2.2 实验方法

采取65%莱赛尔与35%棉纤维配比进行混纺，混纺方式为条混。莱赛尔纤维表面光洁、强力高，可弥补棉纤维的刚性不足；棉纤维的天然亲肤性则提对纱的舒适性有所提升。

3 开清棉工序

开清棉工序是纺纱工艺的首道工序，需要对原料进行充分开松、除杂、混合。纤维的开松程度直接影响了后道工序中纤维的抱合与排列情况，若纤维开松不足，在牵伸过程中就难以将纤维束牵伸成单纤维，从而影响纱结构，降低纱强力。同时，开清棉工序也是容易产生短绒和棉结的主要工序，短绒和棉结的存在会对纤维的有效抱合产生影响，使受力时纤维间的摩擦作用降低，从而降低纱强力。因此，在完成纤维开松的同时，需要尽量减少短绒和棉结的产生。

3.1 开清棉设备及工艺流程

莱赛尔纤维：FA002D型圆盘型抓棉机、FA0226型多仓混棉机、FA1102型开棉机

棉纤维：FA002D型圆盘型抓棉机、FA022-6型多仓混棉机、FA1102型开棉机、FA102B型单轴流开棉机

3.2莱赛尔纤维开清棉工序

以“勤抓细喂、多梳少打、柔和开松、均匀混合”为主要原则的莱赛尔纤维开清棉工序，能有效减少棉结和棉绒在抓取和开松过程中的粘结。在棉流输送过程中，降低输送风压，在确保棉流输送流畅的基础上，尽量减少纤维与管道的碰擦，减少棉结的产生。

由于配用莱赛尔纤维较细，选用国产工艺流程，FA002D圆盘型抓棉机→FA0226型多仓混棉机→FA1102型开棉机，以尽量减少开清棉对纤维的损伤。主要工艺参数设定：抓棉机的打手速度为900r/min，多仓混合棉机为360r/min的打手转速，开棉机的打手速度为360r/min，拨棉刀的打手距离为3.5mm，尘棍的打手距为13mm，送棉风机的风压为250kPa。开清棉机台打手速度设计比常规品种有显著降低，以减少对细特莱赛尔纤维的损伤，减少短绒和棉结的产生；送棉风机负压设定值比常规降低10%~20%，进一步减小细特莱赛尔纤维与输棉管道壁的碰撞减少揉搓性棉结。

3.3棉纤维开清棉工序

棉纤维的开清工序遵循“精细抓棉、多松少打、早落少碎、薄喂轻打”的工艺原则，以实现纤维的充分开松与混合，并减少损伤。由于棉纤维中含杂较多，对比莱赛尔纤维，添加了一道单轴流开棉机工序，进一步排除棉纤维中的杂质。

工艺优化要点：对各打手速度适当降低，保障各单机的运转效率在90%以上；适当增大打手与给棉罗拉、打手与尘棒、尘棒与尘棒的隔距，以提升除杂效能，对有害疵点和短绒进行有效排除。减小刀片伸出胁条距离，降低降动程，实现勤抓少抓的目的、减少棉块重量；确保抓棉机、开棉机、给棉机的作业效率达到90%以上。

4 梳棉工序

梳棉工序是清除原棉中棉结、杂质和短绒的关键环节，其清除效率直接影响后道成纱强力。未清除的杂质会破坏纱结构的连续性，使纱受力时在杂质聚集处因应力集中而断裂，使成纱强力异常。未清除的棉结会混入纱中，形成纱薄弱点，使纤维间的包裹性减弱，从而引起纱强力衰退。

4.1莱赛尔纤维梳棉工序

莱赛尔纤维的梳棉工序采用“高效率，柔分梳，轻定量，慢速度”为工艺原则。通过合理设置梳棉机各部速度，减少过度梳理导致短绒和棉结增加，加快盖板花的清除。梳棉机各部速度设计见表4-1

表4-1 梳棉机各部速度设计

锡林与盖板间隔距7、6、6、6、6、7，以确保纤维束充分分解为单纤维状态。同时，加大后部落棉区2个刻度，增加落棉率，有效去除梳理过程中的棉结和短绒。此外，梳棉机的针布状态也会影响纱强力，不合理的针布状态会对纤维造成损伤，在纱中形成弱环，进而降低纱强力。因此对梳棉针布优化配置，选用较密的齿型针布，增加纤维梳理度以减少棉结，具体针布配置：锡林针布AC2030×1550型，道夫针布AD4030×2090-GZ型，刺辊针布AT5010×5030V-36型，盖板针布MCH-52-1023/88型。

工艺优化成果：经清梳关键设备工艺优化，生条定量14g/5m，棉结≤5粒/g（优于常规10粒/g标准），条干CV值≤2.5% 。

4.2棉纤维梳棉工序

为了减少棉条中棉结的含量，提高棉网的清晰度，采用“充分梳理，平稳转移，高效除杂，减少纤维损伤”的工艺原则。采用新型针布，落实“四快一准”，对给棉板与刺辊的隔距进行适当调整，抬高给棉板高度2-3mm；缩窄刺辊与除尘刀隔距，降低刺辊转速，提高锡刺比；收紧锡林与盖板间的隔距，精准清除细微及粘附性杂质，降低棉结数量。梳理工序主要的工艺参数：锡林速度330r/min，剌辊速度780r/min，锡林与盖板间隔距6、5、5、5、5、6，生条定量为15.5g/5m。

精梳准备工艺：减少并合数和牵伸倍数，预并条采用5根并合，后区牵伸倍数采用1.6倍，总牵伸倍数不超过7倍，条卷拉伸倍数不能太大，为了改善退卷粘连现象，1.3 倍为宜。精梳工艺：锡林速度300钳次/分左右；采用加密锡林与顶梳，搭配短给棉，控制落棉率在16%左右，眼差≤2%，台差≤1%。

5 并条工序

对于120支喷气涡流纱而言，截面内纤维根数的均匀性，是保证纱强力,减少纱强力不匀的基础。而纤维在熟条中的平直平行度和条干均匀度，则对成纱质量和喷气涡流纺纱的生产效率产生了直接的影响。莱赛尔与棉并条采用条混的方式经三道并条，通过工艺优化以改善熟条纤维伸直平行度和条干均匀度。并条具体工艺参数如表5-1所示。

表5-1  并条工序主要工艺参数

6 喷气涡流纺纱工序

由于120支纱单位截面纤维根数少造成纱强力不高，而喷气涡流纺纱卷绕张力最低也应在60 cN。为了保证纺纱顺利，莱赛尔与棉混纺120支喷气涡流纱的最低强力必须达到75 cN以上，必须通过优化成纱结构来改善成纱强力。通过喷气涡流纺成纱原理分析，我们对喷嘴气压、前罗拉与纺锭隔距、纺锭孔径等工艺进行了反复试验。

6.1喷嘴气压

优化喷气涡流纺加捻结构是实现稳定成纱的重要环节。根据喷气涡流纺纱的成纱原理，可以理解为自由尾端的纤维受高速旋转气流作用成纱的工艺。纤维自由尾端绕中空纱锭的扭转程度由加捻腔体中旋转气流的强度对纤维扭转分量的大小决定，而单位时间纱的输出长度则由喷气涡流纺的纺纱速度决定。纤维尾端旋转分量的大小，与喷气涡流纺的喷嘴气压密切相关。一般喷嘴气压越大，纤维自由尾端越多、旋转分量大，加捻段更长，成纱包缠更紧致，成纱断裂强力得到提升^[5]。

由于莱赛尔纤维表面较为光洁，喷嘴气压较低时，纤维凝聚过程中不能充分聚集，造成纤维间抱合力减弱；如果喷嘴气压过大，气流过强，会从空心锭中抽出一部分纤维，形成意外落棉，从而在成纱的截面内使纤维根数减少，成纱强度降低。所以，要选择最优的工艺参数，就必须对喷嘴气压进行生产实验。因此，要对喷嘴气压进行生产实验，以选取最佳工艺参数。

我们对喷嘴气压0.46 MPa、0.48 MPa、0.50 MPa、0.52 MPa和0.54 MPa，分别进行纺纱试验，检验其成纱断裂强力。纺纱速度选择360 m/min，5种喷嘴气压条件下成纱断裂强力如图6-1所示。

图6-1 不同喷嘴气压成纱断裂强力

从图2可以看出，在360 m/min纺纱速度下，断裂强力随着喷嘴气压的增加呈现先增强后降低的趋势，在0.5 MPa时达到断裂强力最高值。气压超过0.5MPa后，随着喷嘴气压升高，断裂强力缓慢下降。因此，在360 m/min纺纱速度下，最佳喷嘴气压为0.5 MPa。

6.2 前罗拉与纺锭距离

根据喷气涡流纺纱的成纱原理，纤维须条尾端从前罗拉中脱离形成自由端，经高速旋转气流作用，脱离螺旋通道后倒伏于空心锭入口边缘，最终自由端纤维被气流加捻并包缠在芯纤维上。前罗拉与纺锭距离，一定程度上决定了纤维自由尾端的长度，从而决定了纤维中包缠纤维分布的比例。前罗拉与纺锭距离越长，纤维自由端形成后的长度越长，则包缠纤维比例越高。

同时，前罗拉与纺锭距离也对成纱强力有所影响，前罗拉与纺锭距离过小，会使纤维因转移空间受限而在罗拉附近堆积，不能顺利进入纺锭形成纱，导致成纱毛羽增多，纱强力降低；而过长的距离则会加大纤维在转移过程中所受气流干扰，导致纤维散失或排列紊乱，影响纱结构，降低成纱强力。

在前期优选的0.5 MPa喷嘴气压，360 m/min纺纱速度基础上，通过调整前罗拉与纺锭距离，优化成纱结构。VORTEX III 870型喷气涡流纺设备上只有19 mm，20 mm和21 mm 三种隔距选择，我们对不同隔距下120支喷气涡流纱的强力进行了对比，如图6-2所示。

图6-2  前罗拉与纺锭隔距对喷气涡流纱强力的影响

从图6-2可以看出，前罗拉与纺锭隔距，对于120支喷气涡流纱成纱强力有显著影响。当隔距从19 mm增加到20 mm时，纤维自由尾端长度加长，更易被旋转气流包缠，使得纱强力有一定程度增加^[6]，当隔距从20 mm进一步增加21 mm时，纱强力又有显著下降。说明前罗拉与纺锭距离选择20 mm较佳。

6.3纺锭孔径

对于喷气涡流所纺纱的紧密程度以及相关纱的性能，纺锭孔径是影响喷气涡流纺成纱结构的关键工艺之一，直接起决定作用的是纺锭入口处的孔径大小。在同样的线密度下，如果纺纱的孔径过大，容易造成纺纱过程中的纤维聚集性下降、边缘纤维散失，从而造成纱主体结构松散、纱强力减少的成纱截面纱纤维分布不均；若纱孔径过小，纺纱过程中可能引起须条意外摩擦，纤维损伤增大，部分纤维可能不能顺利通过纺锭，使纱结构受到破坏，成纱质量下降，且生产过程中对锭子的磨损增加，降低锭子的使用寿命。

目前一般喷气涡流纺纱的支数范围为10 支~80支，纺锭孔径有3个规格，分别为1.2 mm、1.1 mm和1.0 mm，纺细特纱时可选孔径为1.0 mm。考虑到1.0 mm孔径适纺细度最细为60支，我们特别研发0.85 mm孔径的纺锭，如图6-3所示。

图6-3  0.85mm孔径纺锭示意图

在喷嘴气压0.5 MPa、纺纱速度360 m/min、前罗拉与纺锭隔距20 mm的基础上，对1.0mm孔径纺锭与0.85mm孔径纺锭所纺120支纱进行强力指标测试，得到断裂强力柱状图如图6-4所示。

图6-4 两种规格纺锭成纱强力对比

可以看出，所研发的新型孔径为0.85mm的纺锭，对比传统喷气涡流纺行业内用以纺细特纱的1.0mm孔径纺锭所纺制的120支喷气涡流纺纱，断裂强力提升5%，有了显著的提升，解决了喷气涡流纺120支纱强力不足难以成纱的问题。

6.4 本章小结

本章通过对喷嘴气压、前罗拉与纺锭隔距、纺锭孔径进行试验，并研发新型纺锭，最终确定纺制120支纱最佳工艺：纺纱速度为360 m/min、前罗拉与纺锭隔距20mm、喷嘴气压0.5 MPa、纺锭孔径0.85mm。成功纺制出莱赛尔与棉混纺的120支喷气涡流纺纱。最终所得的纱成纱指标如表6-1所示。

表6-1 莱赛尔与棉混纺120支成纱指标z

依据相关标准，所得的120支纱为优等品。

7 结语

本实验通过前纺工艺优化，设备和参数的严格选取调试，提升了纤维熟条质量，为喷气涡流纺纱提供稳定、匀质、整齐度高的纤维须条。通过对喷气涡流纺纱工艺优化，包括喷嘴气压、前罗拉与纺锭距离以及纺锭孔径的反复实验和优化，改善了成纱结构，从而提升了成纱强力，成功纺制出莱赛尔与棉混纺120支纱。

突破了喷气涡流纺行业可纺最细纱支为80支的技术局限，进一步拓展了涡流纺纱的应用领域，带动涡流纺行业对更高支数纱高端市场的拓展方向，提升了涡流纺纱市场占有率。与传统纺纱对比，涡流纺纺制的120s纱更光洁，面料柔软滑爽，悬垂性好，颜色靓丽，耐磨损。该纱适用于高档衬衫、礼服等面料，推动了喷气涡流纺技术向高附加值领域的拓展。未来研究可进一步探索其他纤维组合（如涤纶/莫代尔）在特高支纱中的应用。在时尚高端纺织服装领域具有广阔的应用前景。 

参考文献

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[2] 丁文胜,李姝佳,赵婷婷,等.喷气涡流纺纱机的发展现状及趋势[J].棉纺织技术,2024,52(09):90-93.

[3] 杨宇,吴俊年,龚正晖,等.张力对喷气涡流纺粘胶/锦纶/涤纶长丝包芯纱包覆效果和性能的影响[J/OL].现代纺织技术,1-13[2025-06-13]

[4] 张肖斌,程隆棣,薛文良.喷气涡流纺纱捻回数的理论研究[J].东华大学学报(自然科学版),2014,40(04):410-413+450.

[5] 李美玲.喷气涡流纺中气流与纤维运动对单纱强度影响研究[D].东华大学,2017.

[6] 袁龙超.基于气流与纤维耦合作用的喷气涡流纺喷嘴结构研究[D].天津工业大学,2018.