混纺纱是将两种或者两种以上的原料（或者组分）按照一定比例充分混和而纺成的纱线，如果混纺比例不准确，就会直接影响纱线性能。如果纺纱原料中至少有一种的原料（或者组分）是有色纤维，就被称为色纺纱。色纺纱的色彩也是混纺比例的一种外在表现，如果混纺比例出现偏差会出现色彩差异。因此混纺纱或色纺纱的混纺比例一旦出现偏差，就容易造成巨大的经济损失。
色纺纱和混纺纱的混和方式有多种，可以在清花、并条，甚至在细纱采用耦合等技术手段来实现。本文主要讨论色纺纱和混棉纱的原料在清花进行混和的技术方式。实现原料混和的技术现阶段主要有人工称重混和和自动称量机混和两种方式。色纺纱大多数还使用“人工称量+人工混和”和“人工称量+半自动机械化混和”的组合方式，混纺纱已经有很多领头企业开始采用自动称量设备进行原料精准充分混和。从我们国家纺织产业自动化、智能化、数字化的发展趋势看，自动称量技术和设备将会逐渐取代人工称重混棉方式。
一、人工称重混棉方式
传统的人工称重混棉方式分两步，首先要对不同组分的原料按混纺比进行人工称重，然后将称重好的原料进行投料混和，混和的方式主要有人工手扯混和、抓包机混和、专用机械混和三种。在实际生产过程中，由于要将各组分原料进行推包上称、称重、记录、排包，劳动强度大、工作枯燥，且在称重过程中不可避免地会出现计量偏差、记录偏差等问题，甚至有些记录的数字因书写潦草而被错认。另一方面，人工称重时称量重量从几十公斤到上百公斤，使用的电子秤或磅秤称量精度较低（一般为0.5公斤），长时间不进行校称，这些主观、客观因素都会影响混纺比的精准度和稳定性。
1.1 人工手扯混和
人工混和是由人工将称重好的不同颜色、不同组分的原料，通过手工撕扯成重量在50克左右的小纤维块，反复拌混后进入纺纱流程。这种混和方式效率低、工作强度大、环境差，混和的成本高，当其中某一组分的混纺比较小时，混和色泽的均匀性便难以保证，因此这种方式只适用于小批量的混和，无法适应大规模、大批量的生产，很多企业只是在给客户打小样时使用这种方式。
1.2 抓棉机混和
抓棉机混和首先由人工将不用颜色、不同组分的原料进行称重、配比，然后根据设计好的配包方案进行排包，最后通过“圆盘抓棉机→凝棉器→打包机”等机械设备完成原料的混和与打包。这种混和方式对技术人员的配包技术有较高的要求。因为抓棉机的打手在内圈与外圈、包头与包尾抓取的原料存在很大的差异，很容易出现混和不匀的问题。有经验的厂家和技术人员通常通过二次排包来修正各组分的混纺比例，消除因抓棉机抓取不匀造成的色差。在排包时通常要求掌握“纵向分散、横向看齐、削高填缝、低包松高、一唛到底”的工艺原则。
这是色纺企业使用最为广泛的一种混和方式，简单、方便、灵活，设备的一次性投资小，目前主要应用在麻灰纱和一些对混和均匀度要求不太高的色纺纱品种中。由于圆盘抓棉机抓取的精度较差，原料块的均匀性差异较大，各组分的纤维不能充分、均匀混和，纱线的色泽均匀性较差。在加工浅色或者深色色纺纱时，经常会出现因抓棉机在包头、包尾抓取不均匀而产生的“白纱黑点”、“黑纱白点”等质量问题。在加工一些色彩绚丽、多组分小比例混和的色纺纱时，一次混和很难满足用户对混和均匀度的要求，这就需要进行二次混和，即将混和后的原料包再经过一次“圆盘抓棉机→凝棉器→打包机”的工艺流程。
1.3 专用混棉机混和
专用机械混和是在抓棉机混和的基础上，再增加一道机械拌混工序，原料在拌花机内进行混和，使各组分纤维充分混和后再输送到打包机进行打包。一般流程是“抓棉机→凝棉器（或者风机）→专业拌花机械→凝棉器→打包机”。目前专用的拌花机有很多种，但混和方式基本上采用的是层差混和、程差混和、翻滚混和等几种。
这种混和方式各组分纤维之间的混和相对较为充分，用户可以根据自身的生产需求和对混和均匀度的要求，控制原料在“大仓”内的混和时间，混和更充分，解决了因抓棉机因抓取不匀、原料色差、包头与包尾等因素产生的色差问题。但这种混和方式也存在一些局限性：
（1）各组分原料仍然需要人工称重计量，准确性不够，批次与批次之间混纺比波动难以控制，可追溯性差。
（2）各组分原料在大仓内的混和均匀度依赖于混和时间、混和打击力度，在一定范围内混和效果与纤维损伤程度、棉结增长率呈正比，即混和时间越长，混和效果越好，纤维越容易产生“色结”。染色纤维本身经过化学染色剂的侵腐，纤维的物理特性下降，在大仓内的一系列混和动作，不可避免地会进一步加剧对纤维的损伤。
（3）专业拌混设备的针对性很强，不同设备的技术特点、混和效果、台时产量也不同，且专用拌混设备体积较大，价格较为昂贵，设备型号众多、用户很难准确定位。
1.4 小结
目前色纺纱行业应用最广泛的仍然是人工称重混棉方式。该方式具有投入小、适应范围广、品种变换灵活等优点。在我国江浙色纺产业集群有一大批色纺技术工人，把控色彩技术娴熟，能够在纺纱中间工序进行颜色调整和弥补等工作，从而满足色纺纱客户对色彩（混纺比例）的要求。还有相当数量的色纺企业依托龙头企业代加工色纺纱，混纺原料由龙头企业提供，生产过程不需要过多考虑混纺比例的问题。加之近几年由于新冠疫情、国际冲突等使国内外纱线市场大幅震荡，致使绝大多数色纺企业短时间内很难打破传统的“人工称重+混和”作业模式。
但从长远发展的角度来看，人工称量混和存在着几个难以克服的短板：
（1）称量精度不够精确，混纺比偏差较大、质量波动大。这其中既有电子称本身精度的误差，也有人工称重计量过程中人为因素产生的误差，这些误差很难避免。
（2）劳动环境差。随着社会的快速进步和发展，人工称重混和劳动强度大，工作环境恶略，色纺、混纺企业招工越来越困难，人力资源紧缺将成为采用传统人工称量混和的色纺企业无法绕过的难题。
（3）可追溯性差，很多色纺企业出现质量问题很难进行追溯、查找原因。
（4）无法完全实现设备的自动化、网络化，生产效率偏低。
二、自动称量混和方式
自动称量混和是一组机械设备。先由机械设备根据设定好的工作参数对原料（或者组分）进行称重计量，原料从称量单元（或者部件）按混纺比输出、依次叠加后，再输送到下一种工序。自动称量混和具有以下几个优势：
（1）由于称重计量单元对各组分原料是实时小定量称重、实时输出，各组分原料按混纺比进行叠加混和，最大程度地保证了各称量机组有效、充分地混和各种原料。
（2）机械设备计量单元最大程度地减少了人的因素，在降低员工劳动强度的同时，有效避免了人为因素导致的各种误差。
（3）通常机械计量单元（尤其是称量斗模式的机械设备）最大的称重重量≤5000克，最小的称量重量是1克，精确度高于磅秤和电子秤，能够有效保证称量重量的准确定和稳定性，各组分的称重计量数据还可自动存入数据库，具备可追溯性。
（4）自动称量机组的所有工作参数、实时工作动态等都可以接入现代化管理系统，有助于企业实现自动化、网络化管理，提高生产效率。
按照工作原理的不同，目前国内外市场自动称量混和技术大致可以分为两种：
（1）计量混棉系统，其核心是基于检测喂入棉层的计算重量.
（2）称棉斗混棉系统，其核心是对原料重量的称重。
2.1 计量混棉系统
该混棉系统基于立达自动称量技术，可以在线连续称量、连续生产。其原料重量的计量原理类似于梳棉机的自调匀整系统，在测量原料厚度变化的基础上，通过将纤维细度、长度等物理参数纳入内部运算，计算出输出棉层的实时重量，以控制给棉罗拉转速，调整输出的原料重量，达到称重混和的目的。
在一台设备内部配置有多组计量模块，每一组计量模块对应着一种原料（或者组分）。每个模块均配有独立的计量系统，分别控制原料储存仓和原料输出装置。
（1）模块计量系统控制原料储存仓内的原料，在储存仓内形成相对稳定的原料流。
（2）模块计量称重系统控制一组喂棉罗拉，一个是可移动的压棉罗拉，一个固定罗拉，计量系统通过检测原料密度的变化来控制喂棉罗拉速度，使该计量模块输出的原料重量与对应混和组分的比例相吻合，并使混纺比保持相对稳定。计量混棉系统的工作原理示意图见图1。
瑞士立达公司样本资料介绍，基于该计量控制系统混棉机的混和精确度偏差小于1 %，能向4条独立的梳棉线喂入不同混比的原料，最大产量可达1000公斤/小时。该系统依赖于强大的计算系统，对车间的温湿度环境、纤维的整齐度等都有较高的要求。
2.2 称棉斗混棉系统
称棉斗混棉控制系统是由多台自动称量机和一台帘子混棉机组成，属于在线半连续生产。每一台自动称量机对应一种原料(或者组分)，由电气控制系统根据设定的称重工艺参数对原料（或者组分）进行称重，每称完一斗原料(或者组分)后，等待帘子混棉机行走到指定位置后，自动称量机的称棉斗打开，原料下落在位于称量机下方的帘子混棉机上，然后自动称量机的称棉斗关闭，同时帘子混棉机的平帘向前移动一个工位。
不同组分的原料在帘子混棉机平帘上依次叠加混和，然后走到下一台自动称量机称量棉斗下方，等待另一种原料（或者组分）下落混和。称量混和结束后，叠加混和的原料在平帘作用下向前运动，经过帘子混棉机的均棉打手进入后道工序，目前一台帘子混棉机理论上最多可以配6台各种型号的自动称量机（如图所示），但在大多数的实际应用中，通常是一台帘子混棉机配3台自动称量机组成一套自动称量系统。自动称量系统的工作原理见图2。
从自动称量机的工作原理来分，大致可以分为平帘喂给式自动称量机、气流喂给式自动称量机两大类。
2.2.1 平帘喂给式自动称量机
平帘喂给式自动称量机，其原料喂给结构、混棉结构类似于传统的FA035型、FA017B型混棉机，在混棉机械出口下方配置有自动称量部件，其工作原理见图3。将需要混和的原料堆放在设备的平帘上，平帘自动缓慢将原料输送到设备内部，然后通过倾斜的角钉帘将原料提升，均棉打手将较大的原料块打击剥落，大的原料块不停地被角钉帘提升、被剥棉打手剥落，从上面翻滚下来与缓慢喂入的原料块形成夹层、翻滚混棉的效果。剥棉打手将被角钉帘带入的小原料块从角钉帘上剥取下来落入称量棉斗内，称棉斗实时称量棉斗内原料的重量，当称量重量接近设定重量时，控制系统及时关闭棉斗上方的活门，同时停止角钉帘喂给工作，从而尽可能保证称量斗称量的重量与设定重量一致。
这类自动称量机结构简单，具有一定储棉、开松与混和功能。配置机台少，价格相对便宜，工作时需要人工将原料堆放在平帘上，由于设备本身的开松、除杂、喂给相对粗放，喂入原料没有经过精细开松，纤维块的重量差异很大，因此在实际生产过程中每斗称量重量的偏差相对较大。目前特吕茨勒的B0－W型、郑州的W1001A型、JWF1064系列等自动称量机均采用这种结构。
2.2.2 气流喂入式自动称量
气流喂入式自动称量机在输棉风机的作用下通过气流将原料块从抓棉机（或者开棉机）输送到上部储棉箱内，并通过压力传感器（或者光电）控制喂给原料的数量，见图4。自动称量机进行称量工作时，上棉箱的棉层在双给棉罗拉（或者四给棉罗拉）的握持下均匀地向下输出，过均棉打手的打击，使喂给的棉层变成均匀度很高的小原料块落入称棉斗内，称棉斗实时称量棉斗内原料块的重量，当称量重量接近设定重量时，控制系统及时关闭棉斗上方的活门，同时停止给棉罗拉的喂给，从而保证称量斗称量的重量与设定重量一致。
这种结构的自动称量机在使用过程中需要搭配抓棉机、输棉风机（或者凝棉器），要求一台自动称量机必须配置一台输棉风机（或者凝棉器），组分相同的自动称量机可以共用一台抓棉机。为了保证自动称量机更加精准稳定地工作，推荐在抓棉机与自动称量机之间在配置一台开棉机，将抓棉机抓取的原料进一步开松成为小而均匀细小的原料块，可以根据生产需求选择是否配置开棉机或者配置何种结构的开棉机。近两年国内市场上的气流喂入式称量机，具体机械结构千差万别，但是称量的基本工作原理是相同的。
2.3 小结
从自动称量混和技术的工作原理和国内的应用情况来看，称量机组的称量精度从低到高依次是：计量单元式自动称量设备、平帘喂入式自动称量设备、气流喂入式自动称量设备。当然，这只是相对于称量工作原理而言的，在实际生产过程中，设备的称量精度不仅与其结构原理相关，还与设备的加工装配精度、运算模型和电气控制系统、设备使用情况、操作和维护保养水平、混和原料的物理特性、车间温湿度环境等因素有着密切的关联。
目前色纺、混纺企业生产在使用自动称量设备的过程中存在以下几方面的共性问题：
（1）设备一次性投资较大，缺乏相关的熟练工和技术管理人员，无法发挥自动称量机械设备的优势。
（2）更换品种不方便，更换品种前需要对设备和输送管道进行彻底的清理，不适合小批量、多品种、频繁更改品种的加工生产方式。
（3）混纺比受限于自动称量设备，配置三台自动称量机的称量线，只能同时混和两种或三种组分的原料，当用户需要混和的原料组分多于三种时，要先把小比例的两种组分预先混和成一种组分再使用。
（4）混纺比制约着自动称量设备的产量。自动称量机生产线的产量在很大程度取决于原料的混纺比，配置三台自动称量机的生产线，当三种组分原料在1：1：1（或者接近）时产量最高，其中一个组分混纺比例越小，称量机组的生产效率和产量就越低。
（未完待续）
来源：董志强 郑州宏大新型纺机有限责任公司
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