转杯纺纱器专利技术综述

2020-08-26梁腾隆

科技视界 2020年24期

梁腾隆

转杯纺纱是通过高速回转的转杯及转杯内的负压完成纤维输送、凝聚、并合、加捻成纱的一种新型纺纱方法[1]。转杯纺纱器通过分梳辊将喂入的条子分梳成连续不断的单纤维并随气流均匀地输入转杯，通过转杯的高速回转实现加捻，再由引纱卷绕机构将转杯中的纱引出并卷绕成纱筒，加捻和卷绕分开，解决了高速和大卷装间的矛盾。

转杯纺纱机包含喂给装置、纺纱器以及卷绕装置三大部分，其中纺纱器则是纺纱机的核心部件，转杯纺纱过程中纤维输送、凝聚、并合、加捻都是由纺纱器完成，转杯纺纱器直接影响着成纱品质、纱线质量、纱线断头率、纱线稳定性等方面[2]。绝大多数转杯纺纱机的技术革新都是围绕纺纱器展开的，可以说一部转杯纺纱器的发展史就是转杯纺纱机的进步史。因此，有必要就国内外转杯纺纱器专利技术的发展情况进行探究，以了解转杯纺纱技术发展的过去和现在，指导生产实践。

1 纺纱器的技术分类

由于转杯纺纱器轴承的运转直接影响纺纱生产效率和纺纱质量，自从转杯纺纱技术诞生之日起，纺织企业和科研院校对其的研究从未间断，主要围绕提高转杯轴承的转速进行改进，其专利申请量最多，占申请总量的38.49%，涉及滚动轴承、空气静力轴承、磁性轴承等方面的优化设计，在提高转速的前提下，注重延长轴承的使用寿命、减少噪音以及降低能耗；涉及纺纱杯的申请量占总申请量的29.73%，主要包括纺纱杯凝聚槽槽型、凝聚槽数量、纺纱杯表面材料、纺纱杯的清洁等结构的改进，以提高纺纱质量和纺纱杯的使用寿命；涉及假捻盘的申请量占申请总量的3.05%，其用于增强剥离纺纱杯凝聚槽时纱线段的强力，主要围绕在不损伤纱条质量的前提下，提高盘面的摩擦性能而展开改进，由于其结构简单，变型较少，因此申请量较少。转杯纺纱器的具体分类参见表1。

表1技术分解及定义

2 技术发展概况

2.1 重要申请人分析

根据转杯纺纱器专利文献中申请人和申请量的统计结果，得到该领域全球范围内重要申请人申请量排名情况，如图1所示。排名前5位的申请人依次为STAHLECKER、RIETER INGOLSTADT（立达）、SCHLAFHORST（赐来福）、上海淳瑞机械科技有限公司、SCHUBERT & SALZER（舒伯特·萨尔泽）。STAHLECKER、RIETER INGOLSTADT（立达）、SCHLAFHORST（赐来福）和SCHUBERT & SALZER（舒伯特·萨尔泽）均为德国申请人，其中除STAHLECKER外，其余三家均为大型纺织设备制造企业，尤其是立达公司和赐来福公司生产的转杯纺纱器在全球市场广泛应用，为保护本公司转杯纺纱技术的知识产权，其在全球进行了大量的转杯纺纱器的专利申请。而从全球前5位的申请人中就有4席是德国申请人可知，德国在转杯纺纱器领域具有雄厚的技术实力。中国由于在该技术领域起步较晚，在全球前5位申请量较大的申请人中只占了1席，技术实力与世界水平还有一定的差距。

2.2 重要申请人专利技术分布

下面对STAHLECKER、RIETER INGOLSTADT（立达）、SCHLAFHORST（赐来福）、上海淳瑞机械科技有限公司、SCHUBERT & SALZER（舒伯特·萨尔泽）的基本情况进行简要分析：

（1）STAHLECKER：STAHLECKER为德国专利代理机构，代理发明人进行有关转杯纺纱器专利的申请，并且该代理机构也作为发明人申请转杯纺纱器相关专利，其主要的申请专利主要分布在转杯轴承的高速化和分梳辊锯齿表面材料的耐磨改进两方面。

（2）RIETER INGOLSTADT（立达）：其在发展过程中通过兼并捷克乌斯季公司和西德因果耳斯塔特公司而成为世界著名大型纺织机械企业，也体现了转杯纺纺机制造企业开始中心化和集聚效应，立达公司在转杯纺纱器技术上逐渐形成技术垄断，旨在通过专利申请使本公司独有的科研成果受到保护。

（3）SCHLAFHORST（赐来福）：德国传统的纺织机械公司，从上世纪80年代开始就已经有支撑盘支承转杯轴的相关技术的研发，其专利申请的分布重点还在于纺纱器分梳辊的表面除杂。

（4）上海淳瑞机械科技有限公司：尽管上海淳瑞的成立时间较晚（成立于2006年），但上海淳瑞较早将公司的发展规划布局在转杯纺技术方面，因此其转杯纺专利申请数量较多，致力于转杯纺研究的团队人数也较为突出，主要涉及转杯纺纱器轴承的减震、制动以及转杯纺纱器假捻盘的改进设计等。

图1全球申请量前5位申请人申请量分布图

（5）SCHUBERT & SALZER（舒伯特·萨尔泽）：德国纺织机械制造商，其申请的重点布局在纺纱器轴承密封和凝聚槽表面耐磨材料两方面。

2.3 技术演进路线

转杯纺纱器领域早期的专利申请集中在转杯中的凝聚槽和轴承两方面的改进，这主要是纺纱工业生产过程中对纺纱质量和产量的内在要求决定的，例如转杯表面材料的性能对纱条在转杯内摩擦具有重要影响，进而影响所纺纱线表面光洁程度，同时纱条始终与转杯表面高速摩擦，又对转杯表面材料的耐磨性提出了很高的要求，从而影响转杯的使用寿命。而其中专利申请量最多的是转杯的轴承，由于转杯纺纱技术就是应高产量、大卷装的要求而产生[3]，因此在围绕纺纱器的改进过程中，一条主线就是转杯轴承转速的不断提高，从最初的每分钟数千转到如今的最快16万转/min，围绕转子轴与轴承支承面之间的有无接触，开发设计出滚动轴承、空气静力轴承、磁性轴承，并且随着轴承转速的提高，噪声和能耗反而下降；而对于纺纱器分梳辊，由于其起到将纤维条梳理成单纤维的作用，因此，其改进点主要围绕分梳辊的锯齿齿形、锯齿表面硬度，以增强对纤维的梳理、除杂作用，并同时注重分梳辊自身耐磨性能，而设置更多的分梳辊则是为了利用转杯纺纺制多组分混纺纱，以拓宽转杯纺纱的产品品种；而在纺纱过程中，转杯凝聚槽内不可避免地会沉积短纤维以及杂质[4]，这就需要定期清理，围绕转杯的清洁，主要有三种方式，一种是利用转杯自身负压，在纱尾的搅动下，杂质会被吸出转杯进入收集装置，二是用正压空气将转杯内杂质吹离转杯底部的出口，三是外置的刮刀组件伸入转杯凝聚槽内进行旋转清除。