作为较为成熟的新型纺纱技术，转杯纺在近些年来得到了飞速发展，一方面取决于其不断尝试替代原有的环锭纺产品，同时也在积极探索各种新型品种及工艺，从而不断拓展或挖掘该型纺纱的应用潜力。但苦于转杯纺产量高，而产品难度小极易复制，直接导致其制品经济效益低，因此在当前越来越激烈的市场竞争环境下，充分提升产品质量/降低纺纱成本，提高其市场竞争力就势在必行。
同时国家也在大力支持节能减排，推动行业技术进步实现双碳落地，而通过工艺创新实现短流程工艺就是其中一项重要手段，而本身作为最短的纺纱流程，转杯纺能否进一步简化再一次引起业内的关注。有文献指出可以通过取消并条工序、缩短转杯纺生产流程，达到节能降耗的目的，同时立达公司等也在借助梳棉机RSB模块为载体大力推广转杯纺短流程或直接流程技术（简称短流程），在此背景下本文将从已有的应用案例入手，进行转杯纺短流程理论分析并设计相关试验进行验证，并分析其应用局限性及前景，以期全面剖析转杯纺短流程的理论与实践特点，为业界拓展转杯纺的实际应用等提供借鉴和指导。
一、纺纱短流程应用背景
整个棉纺系统经过几百年来的不断演化发展，逐渐形成了“清、钢、并、粗、细”的经典流程，而其中被俗称为“腰”的并条工序起着承上启下的重要作用，其要完成混和，改善纤维平行伸直度及条子不匀和除尘杂等重要任务。
到目前为止，所有关于纺纱流程的简化（缩短并条流程或是梳并联）基本都是围绕该环节展开的，因为其不仅制约了全流程自动化的实现，同时也极大影响了整个流程效率的提升。
1.1 转杯纺短流程应用案例
而关于转杯纺短流程，多年前早已有学者进行了相关研究，例如：孙正祺翻译的文献讨论了并条道数对转杯纱质量的影响，而R.Chattopadhyay等研究了并条道数对纺杯内纤维弯钩的影响。费青讨论了在转杯纺中弯钩方向性和纤维伸直度在很大程度上也影响着转杯纺纱的质量。王春燕、郁崇文和孙红卫通过对喂入转杯纺熟条的平行伸直度分析,结合转杯纺的纺纱机理，探讨缩短转杯纺工艺路线在生产实践中的可行性。
实际上，取消并条环节的转杯纺短流程技术在国外早已得到应用(如下图2和3所示)，并且已经经过长时间生产实践的检验。
1.2 喷气纺短流程应用案例
区别于立达，特吕茨勒的IDF模块则更多侧重于涡流纺方面的应用，其与村田合作推出涡流纺短流程IDF Vortex Spinning技术，不过遗憾的是尚未看到推广成功的案例，另据了解其牵伸模块出来的棉条定量控制还需加强。
二、转杯纺短流程理论分析与试验验证
一旦涉及到纺纱流程，梳棉机生条内纤维弯钩的特性就成为绕不开的话题。20世纪50年代，发现梳棉机生条内的纤维带有前、后弯钩，数量不等且具有方向性，对后部纺纱质量又明显影响，于是建立了普梳梳棉机与细纱机间的“奇数定则”，以保证多数纤维能以后弯钩方向喂入细纱机。精梳准备建立了“偶数定则”，以保证多数纤维能以前弯钩方向进入精梳机。后来的试验数据虽有出入，但后弯钩纤维占据多数的概念，至今都没有改变。而转杯纺因为有分梳辊开松的单纤化过程，是否对纤维弯钩不敏感呢？
答案是否定的，正如费青[6] 指出那样:分梳辊对喂入棉条中的前弯钩容易消除, 因而喂入棉条中的多数弯钩应作为前弯钩喂入, 这样有利于转杯纺的质量也即转杯纺纺如同环锭纺一样, 也应注意喂入棉条中多数弯钩的喂入方向问题。其根本原因是在于转杯纺的分梳辊开松方式借鉴于梳棉机刺辊开松方式，均属于一端握持一端自由的开松方式，其具有明显的方向性。
三、转杯纺短流程理论试验验证
为了验证上面所述的转杯纺分梳辊开松对喂入纤维弯钩的方向敏感性，设计如下试验进行验证。
3.1 试验设计
3.1.1原料性能
为了检验分梳辊开松的敏感性，本试验中采用100%美棉，
3.1.2 实验设备及测试仪器
文中所涉及的纺纱设备均来自于Rieter（立达）。
测试仪器：Uster公司AFIS PRO2单纤维测试仪、Uster公司UT5型条干均匀度仪和UTJ4及UTR4纱线强力仪等。
3.1.3 工艺流程
试验中设计了3种不同的工艺流程，用于进行比较：
3.2 试验结果分析
3种不同工艺流程所加工出的条子分别喂入R36（直接来自于梳棉机的生条，来自一道并条机的半熟条及来自两道并条机的熟条）后收集相应的纤维环并纺纱，下面将以这些样品为基础进行详尽分析。
3.2.1 利用AFIS验证转杯纺对纤维弯钩的敏感性
条子内纤维的弯钩情况较多的采用纤维伸直度来间接表示，尽管测试棉条中纤维伸直度的方法有很多，比如较多使用的林氏法以及后来改进的费青法等，但其易受操作手法干扰，且尚未取得业内的共识。在此引入纤维损伤频率差异分析[10]，以期通过纤维损伤的差异来揭示分梳辊开松方向的敏感性。
基于不同条子内纤维的弯钩主体方向及分布的不同，将上述3种条子分别按顺向和逆向的方式分别喂入R36转杯纺纱箱中，并收集纺杯内的纤维环用于AFIS对比测试。
从图中可以发现，相对于生条和熟条的逆向喂入纤维环长度要长于顺向喂入，半熟条正好相反，这与3种条子内的纤维弯钩主体方向存在对应关系，也佐证了分梳辊开松的方向性。同时需要注意的是以前弯钩为主体的条子喂入分梳辊后其纤维损伤程度要大于后弯钩为主体的条子，这正是分梳辊对纤维开松的方向敏感性的本质所在。
考虑到AFIS也是采用刺辊来分离纤维，其在分离纤维时对棉纤维的长度有一定的损伤，同时Uster可能采用某种算法进行了补偿[11]，因此为了排除AFIS测试的干扰，在上述分析的基础上将3种条子按对应喂入纺纱箱的方向进行AFIS测试，并与其生成的纤维环AFIS结果进行对比。
相对于生条和熟条的顺向喂入至形成纤维环所造成的损伤要明显高于逆向喂入，半熟条恰恰相反，同时可以比较发现，熟条其顺向与逆向喂入的差异已经很小了，这是由于通过两道并合之后条子内纤维的平行伸直度得到极大提高，从而使其弯钩倾向已不再明显所导致的，这也再一次验证了分梳辊对纤维开松方向的敏感性。还要说明的是相对于条子，喂入纺杯的纤维环均出现不同程度的纤维损伤，一方面是因为分梳辊开松对纤维的梳理损伤及纤维流与纺杯滑移面接触的摩擦损伤等造成的，同时可能还叠加了AFIS开松的二次损伤。
3.2.2 纱线质量比较
关于纱线质量的研究，在这里首先引用立达公司围绕转杯纺短流程所进行的內部试验，其中关于纱线条干均匀度的结果如图17所示。其中可以发现，以100%棉的Ne30为例，采用1道并条的传统转杯纺短流程的纱线条干和断裂强度均是最差，不仅要差于2道并条的传统转杯纺流程，更是差于直接来自于梳棉机的转杯纺短流程。
为了进一步验证该结论，现将上述的3种条子分别按顺向和逆向的方式喂入R36转杯机纺Ne30针织纱，结果可知，但逆向喂入的结果却正好相反。
结合到上述转杯纺对喂入纤维弯钩的敏感性，有必要将喂入纤维弯钩方向较一致的各组结果进行比较，也就是将以前弯钩喂入为主的生条顺向喂入、半熟条逆向喂入及熟条顺向喂入划为一组，而将以后弯钩喂入为主的生条逆向喂入、半熟条顺向喂入及熟条逆向喂入划为另一组进行比较，可以发现纤维以前弯钩为主喂入所纺纱线整体质量均要好于以后弯钩为主的喂入，同时随着并合道数的增加这种差异在逐渐收窄，这体现出了随着并合的深入条子内纤维平行伸直度不断得到改善，恰恰验证了分梳辊对纤维开松方向的敏感性。
四、转杯纺短流程的应用局限性及前景
从上述结论可知，采用转杯纺短流程技术具备理论基础，如能结合RSB牵伸模块成熟可靠的自调匀整技术进行生条长短片段定量的精确控制，则完全有可能省下并条环节。据了解，国内已有部分客户直接使用生条用于转杯纺纱线的生产，而且生条内纤维弯钩趋势越明显的品种，其对比效果越明显，特别是再生棉等。
但该流程是否放之四海皆准呢？在这里不得不提到并条工序的一项重要作用-并合，其能起到很重要的均匀效应，即通过几根条子一起喂入牵伸装置从而使所有细节、所有粗节等等疵点趋向于分散分布，并因此相互补偿且补偿大多以随机方式进行，从而使疵点得到某种程度的“稀释”。众所周知，梳棉机本就是极易产生台差的工序之一，再叠加可能的混和不匀，如若直接送至转杯纺纱机上将面临巨大的质量风险，为此国外的实践者多在原料的质量控制、清花的精细混棉以及梳棉机的精心保养上下足功夫，再结合相应产品的特点才保证了转杯纺短流程技术理论与实践上的统一。
最后，考虑到目前大部分转杯纺客户多采用一道并条的传统转杯纺短流程，考虑到混和以及质量提升等需求，在操作允许且规范的情况下可将一并后的半熟条倒置逆向喂入转杯纺纱机中，从而做到内外兼顾。 |
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