90%的纺织人不了解的知识——空气变形加工技术

90%的纺织人不了解的知识——空气变形加工技术
空气变形又称吹捻变形，是指利用压缩空气喷射处理长丝，以获得蓬松性而使其具有类似短纤维特性的加工方法。

其产品为空气变形丝(ATY)，ATY的外观与DTY完全不同。

DTY赋予丝条螺旋状的卷曲变形，具有较好的弹性，但其织物不能改变合成纤维特有的闪光、蜡感、透气性差、易起球等缺点；ATY表面具有稳定的丝圈及外伸的纤维头，织物具有较高的蓬松性及抗起球性，克服了弹力丝织物的缺点，外观酷似短纤纱，加工流程比短纤纱短，设备简单，经济效益明显。

空气变形技术是20世纪50年代初由美国杜邦公司首先研究成功，其产品为“Taslan”，故又称“塔斯纶”技术。

该技术在发明后的25年里进展缓慢，主要原因在于当时只能加工中粗线密度丝，不适合衣着用，而且喷嘴结构不理想，产品均匀度差，压缩空气消耗量太大，成本高。

随着喷嘴结构的不断改进，变形速度不断提高，成本日益降低。

空气变形技术可加工的原丝品种多、线密度范围大，拉伸、变形、混纤可同时进行，省去加捻工序，操作简单，且产品具有类似短纤纱的天然纤维外观，可灵活多变。

相对于DTY和网络丝，ATY 占的密度较小，2000年其产量只有假捻变形丝的1/13。

但其发展很快，全世界的空气变形锭子数1982年为1.6万锭，1988年为3.5万锭，1990年为7.0万锭，2000年为12.8万锭，2003年接近15.0万锭。

在20世纪80年代以前，空气变形机制造商只有3家，即德国EItex和Barmag公司以及美国Enterprjse公司。

目前，空气变形机制造商增多好几家，如日本AiKi公司和Murata公司、意大利Giudici公司和RPR公司、法国ICBT公司、德国Erdmann公司以及瑞士Heberlein公司等。

一、空气变形原理空气变形主要通过空气变形喷嘴来实现，如图13一14所示。

丝条经喷水后进入喷嘴，在喷嘴内受压缩空气气流喷射而被吹开、吹乱，随后在加速送丝管(文丘里管)中被加速。

离开喷嘴前，各根单丝基本保持平行，离开喷嘴时丝条即进行90°的转折，生成大小不同且弯曲的弧圈。

由于超喂而出现一定长度
的自由丝段，在丝条发生交缠的同时，在弯折点的上方发生网络，形成空气变形丝的基本结构。

根据对产品的不同要求，可在空气变形机的其他机构进行热定型或割丝圈加工，使丝条表面产生类似短纤纱的绒毛。

二、空气变形丝的几何结构空气变形丝比原丝蓬松，手感也好，具有类似短纤纱的特征，这是长丝表面几何形态和丝体结构发生变化的结果。

1．空气变形丝的表面几何形态空气变形丝的表面具有类似膨体纱的毛茸或大小不同的丝圈。

毛茸是通过割断丝圈而形成的，故丝圈大小和分布对空气变形丝的特性有影响，可用丝圈高度和丝圈密度(单位长度内丝圈出现的次数)来描述空气变形丝表面的几何结构。

丝圈高度与密度密切相关，见图13—15(a)。

由图可见，丝圈的密度随着丝圈高耋的增加而减小。

当丝圈高度为0.1～0.4mm时，丝圈高度每增加0.1mm．丝圈密度下降约50%；当丝圈高度在0.5mm以上时，丝圈密度趋近于零。

丝圈高度与丝圈分布的均匀性也有关，见图13-15(b)。

丝圈高度小，其分布较均匀；丝圈高度大，离散程度增大。

2．空气变形丝的丝体结构牲空气变形丝体结构与网络丝相似。

它也是以高压气流产生的紊流作为加捻动力，但它的气流有横向、轴向和旋涡流，喷嘴中的丝条截面上任意一点所受到的气流速度均不同，故单丝在紊流中彼此相交形成网络结构，或为一根纤维以另一根纤维为轴心缠绕而形成错综复杂的丝体。

空气变形丝的几何结构模型如图13-16所示。

三、空气变形机的组成及其作用空气变形机主要由拉伸区、给湿变形区、稳定区、定型区、卷绕区五个部分组成(见图13—17)。

1．拉伸区由喂入罗拉和拉伸罗拉组成，主要对未完全拉伸的喂入原丝进行拉伸，一般拉伸罗拉为热辊，其温度根据不同的纤维品种而定，如拉伸POY时热辊温度在60～80℃之间，也可在冷态下进行拉伸。

2．给湿变形区在丝条进入变形喷嘴前，先进行淋水润湿，可提高变形装置效率，增加变形效果，改善丝的均匀性和稳定性。

提高润湿量，还可降低空气压力和耗用量。

空气变形喷嘴是空气变形的核心，根据变形原丝的特性和最终变形丝的性质要求选择不同规格的空气变形喷嘴。

空气变形喷嘴不但影响变形速度、空气消耗量等经济指标，而且影响变形丝的品质。

目前，喷嘴的种类很多，基本可归纳为两类，即杜邦公司Taslan系列喷嘴(见图13-14)和Heberlein公司的Hema喷嘴(见图13-1 8)，美国EIVIAD公司的蛇蝎形喷嘴虽与杜邦公司的喷嘴结构不同，但其主要结构相同，属于同一类型：DupontⅪV型(用于细线密度丝)和Dupont X V(用于粗线密度丝)喷噻的效果较好，其优点是加工线密度范围大(50～1】000dtex)，加工速度高达800nn/min；但调整加工线密度范围时。

操作复杂，喷嘴内易积垢。

Heberlein公司的T-100型或T-300型Hema喷嘴具有不易积垢、易调整的优点，其加工速度约为650m/min，喂入原丝线密度为50～700dtex，适合加工线密度小或线密度中等的衣用丝。

EMAD公司的150PRN型适于加工40～500dtex的原丝，3000PRN 型适合加工500～10000dtex的原丝，该喷嘴可同时喂入四股原丝，
并可用不同超喂率制取包芯丝；3000PRN型喷嘴尤其适宜制作花式繁多的装饰用丝。

喷嘴主要由外壳、导丝针、文丘里管、挡气球或挡气板组成。

图13-18 Hema喷嘴经环形窄缝加速后进入喷嘴的气流，在紊
流室内产生强烈的紊流，使丝条松散。

通过调节导丝针的位置，可调节喷嘴环形缝隙，以调节紊流程度。

当环形缝隙面积等于或稍大于文丘里管的喉道截面时，进入紊流室的气流速度最大，变形效果最佳。

喷嘴出口处的气流速度可达500～600m/s，这种超音速气流使其压强低于外界而产生激波，将压强提高到外界压强后，气流可流出去。

这些气流使单丝产生不规则的变化，形成高频振动，使出口处的丝条继续蓬松。

激波对离开喷嘴的丝条起阻尼减速作用，使单丝获得不同的速度，产生飘移和弯曲而形成丝圈。

3．稳定区来自变形区的外露丝圈若未拉紧，则稳定性较差，在稳定区受到由两组罗拉速度差形成的张力拉伸作用，可提高丝圈的稳定性，同时使变形丝的线密度、伸度及整个空气变形过程中各点张力达到工艺要求。

该区的短纤化装置可赋予ATY短纤纱风格。

4．定型区空气变形丝在一定温度下通过定型区，可降低其沸水收缩率，从而保证空气变形丝在后加工过程中的尺寸稳定性，同时将圈结缩小，使其变得更加稳定牢固，减小气圈损失。

定型温度越高，气圈就越小。

5．卷绕区将ATY卷绕成筒子，其卷绕角a是成形的重要条件，随着a的改变，横动导丝的基本频率发生相应的改变，因而对卷绕张力产生影响，在成形条件允许的情况下，可通过改变卷绕角来微调卷绕张力。

四、空气变形加工的主要工艺条件 1．变影区超喂率OFT 变形区超喂率：
变形区超喂率是长丝空气变形的重要工艺参数。

超喂提高了长丝在喷射气流的作用下产生交缠和起圈的程度，变形丝上沿长度方向分布的丝圈增多，增大丝条的蓬松性及覆盖效果。

若超喂率过低，不利于丝条的缠结成圈；但超喂率过大时，丝条表面毛圈过大，条干松散，毛圈的缠结牢度降低，均匀性和稳定性变差，给织造和后处理带来困难。

另外，随着超喂率增加，变形丝线密度增大，相对强度下降，丝条结构的稳定性降低。

这是由于大量的毛圈形成后，丝条中仅部分单丝受到拉伸。

超喂率对空气变形丝的线密度、相对强度的影响如图13—19所示。

由于变形丝的相对强度与纤维的强力和线密度有关，所
以相对强度受超喂率的影响最为明显。

通常以相对强度下降率来衡量空气变形丝的强力损失。

有人做过实验，结果显示167dtex涤纶空气变形丝的相对强度下降率为33%~48%，333dtex涤纶空气变形丝的相对强度下降率为24％～38%。

超喂率与空气变形丝的结构稳定性密切相关。

由于丝条在空气变形后必须经稳定区机械拉伸固定，如果空气变形丝离开喷嘴时结构稳定，则恒速拉伸时其丝圈与丝条间不易滑移，丝的拉伸张力就大。

如果空气变形丝结构不稳定，则拉伸时表现出稳定区张力小。

因此，运行丝条在稳定区的张力值可反映空气变形丝的稳定性。

超喂率提高，稳定区丝条张力下降，丝条结构稳定性降低。

一般，若空气变形丝的结构不稳定值小于2％，超喂率应在25％以下。

超喂率对空气变形丝的风格也起着决定性的作用。

对于两股喂入原丝，超喂率相同时，得到并列型空气变形丝；超喂率不同时，则得到包芯丝。

有规律地改变超喂率，使丝圈大小发生周期性变化，可生产粗细间隔丝。

若喂入不同颤色的原丝，可生产各色间隔丝。

随着变形区超喂率的增加，变形张力稍微下降，而稳定区、定型区的丝条张力和卷绕张力明显降低。

因此，改变超喂率时，其他工艺参数要相应调整。

2．加工速度提高加工速度，可提高生产效率．但两者并非成正比。

因为丝速提高会导致线密度增加率下降；由图13—20可知．丝速从300m/min 增至600m/min，线密度增加率下降35％～40％：丝条通过喷嘴的速度提高时，丝与喷嘴内气流的相对速度就下降，即气流动态压力对丝条的作用力下降．从而使线密度增加率下降。

在同样的加工速度下，线密度小的成品丝其线密度增加率稍高于线密度大的丝。

在同一喷嘴、
丝道直径一定的条件下，线密度小的丝其各根单丝在气流作用下容易发生位移，而线密度大的丝因单丝根数较多，位移时受到空间的限制和单丝间的互相约束，因此每根单丝的位移、弯曲、交缠、成圈的过程较困难。

故原丝线密度愈高，加工速度应愈低。

通常，加工55～77dtex丝条时．速度取700m/min；167～330dtex．取500～600m/min；700dtex以上，取300m/min。

若加工两股330dtex丝条，其单丝线密度在3dtex以下时，加工速度为550m/min，如果稳定区设置了短纤化装置，加工速度在400m/min以下。

在拉伸倍数不变的情况下，加工速度升高，则拉伸张力下降，对拉伸产生不利影响。

故提高加工速度时，要相应调整拉伸倍数。

加工速度提高时，各区丝条张力相应降低。

有时张力降低较大，使生产无法继续进行，必须对有关工艺参数进行调整。

例如，丝速提高，稳定区的张力下降，使变形丝丝圈不稳定性增加；丝速提高，热定型时间缩短而不利于定型，但定型区张力降低又有利于定型。

为此有人做过实验，结果表明，随着加工速度的提高，丝条的热定型效果变差，表现为空气变形丝的沸水收缩率上升。

3．空气压力空气
压力的变化会引起气流状态的变化，使变形过程发生变化。

提高压缩空气压力，有利于毛圈形成，变形效果增强。

但实验结果表明，只需O．6～0．9MPa压力就能满足空气变形工艺和变形丝质量的要求，超过此压力对变形效果的影响不大。

4．定型温度和定型时间在定型加热器长度一定的前提下，定型效果取决于丝条的行走速度和加热器的温度。

由于随着定型温度的提高，纤维的内聚应变收缩加大，内应力松弛也愈彻底。

故在一定的范围内，定型温度愈高、时间愈长。

空气变形丝的毛圈结愈紧．变形丝结构稳定性愈好，沸水收缩率愈低。

由于空气变形丝的毛圈内充满空气，其传热效果比拉伸变形丝差，如果要求其丝芯能达到同样的毛至效果，就必须处长加热时间，因此，变形速度对空气变形丝的定型效果的影响尤为明显。

定型还能使空气变形丝的外露丝圈缩小，提高空气变形丝的稳定性，降低沸水收缩率，增加蓬松性，改善丝的加工工性能和织物手感。

随着定型温度的提高，空气变形丝的应变增加，定型张力明显升高，但变形丝的沸水收缩率下降，定型温度为190～230℃，随着温度升高，空气变形丝的强度略有下降。

定型对空气变形丝的相对强度的影响还与丝的线密度有关．单丝愈细，丝圈愈多，变形丝的相对强度下降愈多。

空气变形丝的弹性恢复率随着定型温度的提高丽略有下降。

5．张力空气变形加工时，丝条在各区的张力大小对成品的性质影响很大。

若原丝喂入张力过高，会引起POY线密度变化，导致条干不匀。

变形区的丝条张力取决于超喂率和给湿量，低张力有利于丝条在喷嘴中开松、卷曲成圈。

但原丝喂入张力过低会引起供丝状态不稳，造成拉伸不匀，且断头率提高，给丝条操作带来困难。

丝条张力宜控制在3.0cN左右。

稳定区的张力对毛圈的缠结牢度、毛圈形态、卷曲稳定性等均有影响．宜控制在5.5～8.0cN。

低张力定型有利于纤维内应力松弛，提高空气变形效果，降低空气变形丝的沸水收缩率。

卷绕张力要根据加工丝条线密度和筒子密度要求而定，过高会损坏空气变形丝表面的毛圈，过低会影响筒子成形。

6．给湿量丝条进入空气变形喷嘴前，先进行给水润湿，可明显增强变形效果，提高空气变形丝的均匀性和结构稳定性。

提高给水量，还可降低压缩空气压力和耗量。

因为空气湿
度的提高，可增强喷嘴内的湍流状态。

图13-21为给水与未给水的丝条张力随超喂率的变化。

由图可见，在同样的超喂率条件下，给水时丝条张力比未给水时高出许多，故变形效果好得多。

丝条给水量要均匀，否则会影响热定型效果，不仅使定型牢度变差，而且会造成染色不匀。

给水量由丝条张力、加工速度、丝条线密度、变形超喂率而定，张力要求高、线密度大、加工速度快、超喂率大，则给水量大。

但给水量过大会引起变形过程中丝条张力波动，且易将丝条表面的油剂冲洗掉，使丝条在热箱内产生静电，造成定型不匀，影响染色性能。

一般给水量宜控制在1.0～1.5L/h。

给水量过低，则变形效果差，线密度降低；给水量过高，不但对变形效果改善不大，而且增加用水成本。

7．丝条的单丝线密度变形丝的单丝线密度增大．则其弯曲刚度提高，丝条不易交缠起圈，空气变形丝结构不稳定性增大，空气变形丝的表面出现大丝圈和浮丝，从而空气变形丝的质量下降。

当单丝线密度超过2.8dtex时，加工困难；若单丝线密度超过3.9dtex，难以获得外观均匀、结构稳定、表面蓬松的变形丝。

对于总线密度在1000dtex以上的装饰用空气变形丝，单丝线密度则不受此限制。

单丝线密度增加，变形丝不稳定性增加，但线密度在2dtex以下时，不
稳定性有下降趋势。

这是由于线密度小的丝经变形后内部摩擦增强而降低了不稳定性。

随着丝条变粗，交缠和丝圈成形开始恶化，形成丝圈少和交缠差的丝，并降低稳定性。

单丝线密度为2dtex以下的长丝用于变形加工是最适宜的。

单丝线密度为1.67dtex以下的丝呈现较好的交缠芯和表面丝圈，单丝线密度为6.8dtex的丝上则几乎无丝圈。

8．原丝总线密度各种类型的喷嘴都有一个合适的线密度范围．当超过合适的总线密度时，变形效果不佳。

线密度增加时，气流进一步变成湍流，从而影响变形效果；另外，在多根单丝存在的条件下，由于丝圈数增加，施加张力时丝圈被抛出的可能性增大。

若使用Y-100型Hema喷嘴，单丝线密度1.67dtclxl适宜的单丝根数小于66根；而同样变形条件下，使用Y-341型喷嘴时，适宜的总线密度为333dtex，单丝根数是198根。

9．喷嘴类型喷嘴类型不同，其生产的变形丝的稳定性、线密度和强度的变化也不同。

standard—CoreHema喷嘴生产的ATY的稳定性好，而用Taslan X Ⅳ型喷嘴制成的变形丝稳定性较差。

Taslan XⅣ喷嘴生产的变形丝，其表面以大的丝圈和弧圈为主；但用Hema喷嘴生产的变形丝拥有较多数量的小型丝圈。

使用T-100型和T一341型Hema喷嘴变形的丝有相似的不稳定性，但变形丝的线密度和强度具有不同的特性。

由T-341型Hema 喷嘴变形的丝具有较高的线密度，增加值在17％左右。

这种喷嘴与其他喷嘴相比，压缩空气的消耗量虽然较大，但能得到令人满意的变形，因为这种喷嘴可得到较高的气流速度。

由T一341型喷嘴加工的变形丝，其强度下降最大可达到约50％。

几种变形喷嘴的变形效率依次为：Ts一411型Hema．Taslan XⅣ型，T一100型和standard—C0re Hema。

另外，卷绕超喂、卷绕筒子的卷绕角、原丝质量、加工车间的温湿度等均不同程度地影响空气变形丝的性能。

在制定空气变形工艺条件时，既要考虑产品用途，还要考虑原丝性质和工艺类型；既要考虑每个工艺因素的个性，又要考虑各个工艺条件问的相互联系。

例如，生产仿毛型机织服装面料用ATY，工艺要求采用两根丝并列进行加工，单丝线密度要求小于2．75dtex。

因仿毛织物对空气变形丝的沸水收缩率和卷曲稳定性要求较高，必须有足够的定型温度和定型
时间，但定型温度高会影响强力，能耗也增加。

五、空气变形丝的应用同假捻变形丝相比，空气变形丝具有短纤纱的外观，无假捻变形丝的极光和蜡感，覆盖效果和保温性与精纺纱相似。

采用不同变形加工条件，可使空气变形丝具有毛型、短纤纱型、麻型或丝型的外观及手感。

空气变形丝的类型有许多，归纳起来可分为三种。

1．单股空气变形丝是指将一股长丝喂入喷嘴进行空气变形，原丝线密度为78～333dtex。

根据超喂不同，可适当调节丝圈大小，蓬松度为20％左右。

2．并列空气变形丝是指将两股或两股以上的长丝以相同的超喂率平行喂入喷嘴，进行空气变形，原丝线密度为56～333dtex，成品线密度为111～999dtex。

可利用短纤化装置将ATY表面1/3左右的丝圈拉断形成绒毛，丝圈不外露，手感、光泽和外观很像短纤纱．389dtex左右的产品最具特色。

3．皮芯空气变形丝是指将两股及两股以上的长丝以不同的超喂率喂入喷嘴，超喂小的丝条充当芯丝，超喂大的丝条充当皮丝．成品丝的线密度为333～1221 dtex。

空气变形加工时．还可将不同的原丝进行混纤，形成各种花色丝。

原丝可以是不同种类的合纤，如涤锦、涤粘、涤氨等；也可采用规格不同的同一种纤维，如线密度、捻度、收缩率、截面形状、颜色不同：用空气变形丝织成花呢，织物的物理指标，除活泼率外，均可超过假捻变形的低弹丝织物。

为改善空气变形丝织物的活泼率，一般可采用空气变形丝与假捻变形的低弹丝或其他化纤长丝交织。

空气变形丝可制作衣料、汽车座垫铺饰布、家具用铺饰布、地毯、行李袋、袜子等。

尤其在衣料方面，近年来用途更广，可制薄型织物及厚型织物，用于男女西服、夹克、大衣、滑雪衣、风衣、外衣、礼服、运动服、衬衫、连衣裙、游泳衣、内衣等。

特别是用细特丝、异形丝、复合丝、阳离子改性涤纶长丝、母液或原液着色丝作为原丝时，经混纤生产出各种花色丝，由此开发的各种产品深受消费者的欢迎。

随着科学技术的发展、变形喷嘴的不断改进，将开发出性能更优异的特色空气变形丝，应用于服装、装饰和工业等领域。