混紡比對(duì)芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗性能的影響

李向紅，馬 軍

（1.河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北省紡織服裝工程技術(shù)研究中心，河北石家莊 050018）

混紡比對(duì)芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗性能的影響

李向紅1，2，馬 軍1，2

（1.河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050018；2.河北省紡織服裝工程技術(shù)研究中心，河北石家莊 050018）

在國(guó)產(chǎn)設(shè)備上紡制不同比例的芳砜綸／芳綸1313混紡紗，成紗性能測(cè)試結(jié)果表明：混紡比例對(duì)混紡紗條干有一定影響，隨著芳砜綸纖維含量的增加，芳砜綸／芳綸1313混紡紗的條干得到改善，這種改善主要?dú)w因于2種纖維摩擦性能差異導(dǎo)致的附加不勻減小，由于混紡比改變?cè)斐傻睦w維數(shù)量變化和纖維直徑不勻變化對(duì)紗條隨機(jī)不勻的影響不明顯；芳砜綸／芳綸1313混紡紗的斷裂以斷裂滑脫為主，混紡比例對(duì)成紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響不顯著；混紡比例影響成紗截面內(nèi)的平均纖維根數(shù)，成紗毛羽隨著細(xì)度較大的芳砜綸纖維含量的增加而減少。采用加權(quán)Borda數(shù)法進(jìn)行模糊決策分析，在一定條件下，混紡質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比為80／20的芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗質(zhì)量最優(yōu)。

芳砜綸纖維；芳綸1313；混紡比；條干；斷裂強(qiáng)度；斷裂伸長(zhǎng)率；Borda數(shù)法

芳砜綸，學(xué)名“聚苯砜對(duì)苯二甲酰胺纖維”，屬于對(duì)位芳綸，分子結(jié)構(gòu)具有對(duì)苯結(jié)構(gòu)和砜基，化學(xué)結(jié)構(gòu)獨(dú)特穩(wěn)定，具有耐久的熱穩(wěn)定性和熱防護(hù)性。芳綸1313，學(xué)名 “間苯二甲酰間苯二胺”，屬于間位芳綸，分子排列呈規(guī)整的鋸齒形，具有持久的熱穩(wěn)定性，在350℃以下不會(huì)發(fā)生明顯的分解和碳化，阻燃性能優(yōu)良［1］。將具有本質(zhì)阻燃特性的2種纖維混紡，一方面提高芳砜綸纖維的可紡性能，同時(shí)改善芳綸1313纖維的染色性能。

1 原 料

采用上海特安綸公司生產(chǎn)的芳砜綸與煙臺(tái)氨綸股份有限公司生產(chǎn)的芳綸1313，通過(guò)賽絡(luò)紡紗技術(shù)，紡制芳砜綸纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為80%，75%，70%，60%，50%的42tex混紡紗，捻系數(shù)為319。

芳砜綸纖維性能指標(biāo)：細(xì)度2.22dtex，長(zhǎng)度38mm，斷裂強(qiáng)度2.47cN／dtex，斷裂伸長(zhǎng)率31.3%，極限氧指數(shù)33%；芳綸1313纖維性能指標(biāo)：細(xì)度1.67dtex，長(zhǎng)度38mm，斷裂強(qiáng)度3.61cN／dtex，斷裂伸長(zhǎng)率37.1%，極限氧指數(shù)29.33%。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及結(jié)果分析

采用YG1718-2型紗線毛羽測(cè)試儀測(cè)試1～9mm的毛羽指數(shù)。測(cè)試速度為30m／min，測(cè)試長(zhǎng)度為100m，每管紗測(cè)試1次。

采用YG020B型電子單紗強(qiáng)力儀測(cè)試單紗斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率。試樣夾距為500mm，拉伸速度為5m／min，每管紗測(cè)試30次。

采用YG136條干均勻度測(cè)試分析儀測(cè)試紗線條干CV值和每千米細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)指標(biāo)。走紗速度為400m／min，測(cè)試時(shí)間為1min，每管紗測(cè)試1次。

各項(xiàng)成紗質(zhì)量指標(biāo)，測(cè)試10管紗，計(jì)算平均值。

混紡紗性能指標(biāo)如表1所示。

表1 不同混紡比例的成紗性能指標(biāo)Tab.1 Properties of different polysulfone／meta-aramid blended yarns

2.1 混紡比與成紗條干的關(guān)系

根據(jù)成紗條干均勻度測(cè)試結(jié)果，擬合出混紡比與條干CV值關(guān)系曲線，如圖1所示，二次曲線關(guān)系式為F（x）＝－62.916 8x2＋78.985 3x－12.654 9。

圖1 成紗條干CV值與混紡比的關(guān)系曲線Fig.1 Relation between yarn evenness and polysulfone／meta-aramid blending ratio

圖1顯示，隨著芳砜綸纖維含量的增加，混紡紗條干有進(jìn)一步改善的趨勢(shì)。影響成紗條干均勻度的因素很多，如原料性能、半制品結(jié)構(gòu)以及紡紗工藝等。紗條不勻分為隨機(jī)不勻和附加不勻，由于原料性能差異造成的不勻是隨機(jī)不勻，纖維的長(zhǎng)度、細(xì)度、整齊度及細(xì)度不勻都影響到紗條的隨機(jī)不勻，在紡制一定細(xì)度的紗條時(shí)，纖維細(xì)度決定著成紗截面中的平均纖維根數(shù)，對(duì)在紡紗過(guò)程中因纖維隨機(jī)排列而引起的不勻率有較為顯著的影響［2］。

根據(jù)Martindale成紗不勻理論，成紗的理論極限不勻率的一般表達(dá)式［3］（不考慮纖維的細(xì)度不勻時(shí)）為

式中n為紗條某一截面內(nèi)纖維根數(shù)，截面內(nèi)纖維根數(shù)越多，則成紗不勻率越小。但如果考慮到纖維的細(xì)度不勻的影響，則成紗的極限率由Martindale公式表示為式中Cf為纖維的直徑不勻。由Martindale紗條極限不勻公式（2）可以看出，紗條極限不勻由成紗截面內(nèi)纖維根數(shù)和截面積不勻2部分決定，亦即纖維的細(xì)度及其不勻?qū)Τ杉啿粍蚨加兄苯拥挠绊憽?/p>

雙組份纖維混合，混紡比分別為k1，k2（k1＋k2＝1），2組份纖維線密度分別為T(mén)1，T2，直徑d1，d2，纖維密度ρ1，ρ2，纖維直徑不勻C1，C2，混合纖維的平均線密度T′，平均直徑d，直徑不勻率Cf，若成紗線密度為T(mén)，則成紗截面內(nèi)的纖維根數(shù)為［4］

雙組份混紡紗，混合纖維平均線密度T′按重量加權(quán)計(jì)算［5］，

即

混合纖維直徑不勻率

纖維直徑

式中ρ為各種成分纖維密度，由于2種纖維的密度接近，因而采用重量加權(quán)的方法計(jì)算混合纖維的平均直徑，即

通過(guò)式（3）—式（8）對(duì)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到如表2所示的計(jì)算結(jié)果。

表2 芳砜綸／芳綸1313混紡紗不勻率對(duì)比Tab.2 Difference of polysulfone／meta-aramid blended yarns irregularities

計(jì)算結(jié)果顯示，隨著芳砜綸纖維含量的增加，CA和CB呈現(xiàn)相同的微增長(zhǎng)趨勢(shì)，成紗截面中的平均纖維根數(shù)以較小幅度遞減，混合纖維直徑不勻率呈現(xiàn)微弱下降。當(dāng)成紗截面內(nèi)纖維根數(shù)少時(shí)，混合纖維的直徑不勻率減小，纖維根數(shù)變化和混合纖維直徑不勻率變化對(duì)成紗不勻的影響有互補(bǔ)的傾向。結(jié)果表明，纖維細(xì)度對(duì)紗條不勻的影響要稍大于纖維直徑不勻率對(duì)紗條條干的影響，由于兩者的變化都很微小，因此混紡比的改變對(duì)紗條隨機(jī)不勻的影響不明顯。

紡紗工藝不完善和機(jī)械狀態(tài)不穩(wěn)定造成紗條的附加不勻。喂入半制品粗細(xì)不勻和結(jié)構(gòu)不勻、紡紗工藝不合理等產(chǎn)生的牽伸波以及機(jī)械部件或傳動(dòng)齒輪狀態(tài)不良產(chǎn)生的機(jī)械波都會(huì)導(dǎo)致紗條附加不勻加劇。纖維的摩擦性能差異會(huì)改變摩擦力界分布，進(jìn)而影響到對(duì)運(yùn)動(dòng)纖維的控制。本實(shí)驗(yàn)中，2種纖維的摩擦性能存在差異，采用Y151型纖維摩擦系數(shù)測(cè)定儀測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 芳砜綸和芳綸1313纖維摩擦性能Tab.3 Friction property of polysulfone and meta-aramid fibers

表3數(shù)據(jù)說(shuō)明，芳砜綸和芳綸1313纖維的摩擦系數(shù)都很小，芳綸1313纖維的摩擦系數(shù)比芳砜綸纖維還小，隨著芳砜綸纖維比例的增大，纖維受到的摩擦力增大，摩擦力界增強(qiáng)，在牽伸過(guò)程中，對(duì)纖維的控制能力提高，不規(guī)則變速的纖維比例降低，因而紗條條干有了一定程度的改善。

2.2 混紡比與成紗強(qiáng)伸性能的關(guān)系

根據(jù)混紡紗強(qiáng)伸性能的測(cè)試結(jié)果，擬合出成紗斷裂強(qiáng)度與芳砜綸纖維含量（混紡比）的關(guān)系曲線，如圖2所示，二次曲線方程為F（x）＝－2x2＋5.16x＋18.851。圖3為成紗斷裂伸長(zhǎng)率與芳砜綸纖維含量（混紡比）的關(guān)系曲線，F(xiàn)（x）＝－15.823x2＋23.103 3x＋9.731 3。

由于芳砜綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的混紡紗采用的是經(jīng)二次處理過(guò)的原料，纖維強(qiáng)度有了一定程度的損傷，斷裂強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果僅作參考。圖2顯示，混紡紗的斷裂強(qiáng)度隨著芳砜綸纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加存在進(jìn)一步提高的趨勢(shì)，但變化幅度較小，絕對(duì)變化量在1.15cN／tex，這說(shuō)明混紡比例對(duì)成紗斷裂強(qiáng)度的影響并不顯著。原料性能、成紗結(jié)構(gòu)、成紗均勻度、成紗線密度等都會(huì)影響成紗強(qiáng)度，觀察紗線斷面，發(fā)現(xiàn)斷口呈現(xiàn)松散的毛筆頭形狀，這說(shuō)明芳砜綸／芳綸1313混紡紗斷裂，纖維滑脫現(xiàn)象嚴(yán)重。紗線在拉伸過(guò)程中，由于外層纖維的圓柱螺旋線長(zhǎng)，伸長(zhǎng)多，張力大，因而最容易斷裂。加捻時(shí)，2種原料的細(xì)度差異，使得纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移能力不同，細(xì)度小的芳綸1313纖維有優(yōu)先向紗中心分布的趨勢(shì)，細(xì)度大的芳砜綸纖維分布在紗的外層，因此，受到拉伸時(shí)，處于外層的斷裂伸長(zhǎng)能力小的芳砜綸纖維先斷裂，隨后中內(nèi)層的纖維逐漸斷裂滑脫。隨著芳砜綸纖維比例減小，芳綸1313纖維的比例逐漸增加，但芳砜綸纖維的含量一直高于芳綸1313纖維的含量，直到混紡比例達(dá)到50／50（質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比），因此，芳砜綸纖維在混紡紗的拉伸過(guò)程中主要承擔(dān)拉伸力。隨著芳綸1313纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，成紗截面內(nèi)纖維根數(shù)增多，增多的纖維大多處于紗的內(nèi)層，芳砜綸和芳綸1313纖維的摩擦系數(shù)較小，纖維間的抱合能力較弱，當(dāng)外層纖維斷裂或滑脫后，內(nèi)層的芳綸1313纖維將從紗中抽拔出來(lái)，形成滑脫，因此混紡紗的斷裂強(qiáng)度沒(méi)有隨著混紡比的改變發(fā)生明顯變化。

混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率與單纖維斷裂伸長(zhǎng)能力、成紗結(jié)構(gòu)、成紗線密度等因素有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中，由于2種纖維的細(xì)度不同，在成紗截面中分布的位置不同，隨著芳砜綸纖維含量的增加，成紗截面中纖維根數(shù)減少，由于纖維間的摩擦系數(shù)小，抱合能力差，導(dǎo)致混紡紗的拉伸斷裂以大部分的纖維滑脫為主，因此，混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率也沒(méi)有發(fā)生非常明顯的變化。

2.3 混紡比與成紗毛羽指數(shù)的關(guān)系

成紗毛羽指數(shù)與混紡比的關(guān)系曲線如圖4所示，F(xiàn)（x）＝－193.279 3x2＋235.972 5x－46.594 4。

圖4顯示，當(dāng)芳砜綸質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%時(shí)，混紡紗毛羽指數(shù)隨著芳砜綸纖維含量增加而降低。本研究中，采用賽絡(luò)紡紗技術(shù)減少成紗毛羽。紗線毛羽是指暴露在紗線主干外的纖維頭端或尾端，如果在加捻過(guò)程中，纖維的兩端沒(méi)有被捻合到紗的主體部分，外露的纖維端便形成了毛羽。纖維的物理特性、成紗線密度、紡紗工藝參數(shù)、機(jī)械條件和車(chē)間溫濕度都會(huì)影響到成紗毛羽。在本實(shí)驗(yàn)中，筆者認(rèn)為，成紗截面內(nèi)纖維根數(shù)的變化是導(dǎo)致混紡紗毛羽減少的主要原因。如前所述，隨著芳砜綸纖維含量的增加，成紗截面內(nèi)纖維總根數(shù)減少，在加捻過(guò)程中，纖維頭端暴露在紗線表面的機(jī)會(huì)減少。由于芳砜綸和芳綸1313纖維的摩擦系數(shù)都較小，纖維間抱合力很差，同時(shí)由于芳砜綸纖維的體積比電阻較高，在成紗過(guò)程中因纖維與纖維之間、纖維與機(jī)件之間的相互摩擦而產(chǎn)生較多的靜電。靜電作用使纖維之間相互排斥，容易使纖維之間相互翹離、分散，從而形成毛羽，這也是芳砜綸混紡紗毛羽較為嚴(yán)重的主要原因。

圖4 毛羽指數(shù)與混紡比的關(guān)系曲線Fig.4 Relation between yarn hairiness and polysulfone／meta-aramid blending ratio

3 不同混紡比的紗線性能模糊決策分析

為了對(duì)5種不同混紡比的紗線進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比，采用加權(quán)Borda數(shù)法進(jìn)行模糊決策分析。

3.1 加權(quán) Borda數(shù)法［6－7］

設(shè)U＝｛u1，u2，…，un｝為某個(gè)需要模糊綜合的集合，給出了元素k種排序意見(jiàn)L1，L2，…，Lk，按客觀情況給出相應(yīng)權(quán)數(shù)f1，f2，…，fk，令B（x）為L(zhǎng)i中排在x后的元素個(gè)數(shù)，其中x∈U，記

按B（x）從大到小對(duì)U中的元素進(jìn)行排序，得到新的模糊綜合意見(jiàn)。

3.2 結(jié)果分析

表4 不同混紡比的芳砜綸／芳綸1313混紡紗數(shù)Tab.4 Bordas of different polysulfone／meta-aramid blended yarns

根據(jù)Borda數(shù)的大小，排序如下：U1，U3，U5，U2，U4，不同比例混紡紗綜合性能的優(yōu)劣順序?yàn)镻80，P70，P50，P75，P60，即在本實(shí)驗(yàn)中，芳砜綸／芳綸1313混紡紗的成紗質(zhì)量從優(yōu)到劣對(duì)應(yīng)的混紡比依次為80／20，70／30，50／50，75／25，60／40。

4 結(jié) 論

不同細(xì)度的芳砜綸與芳綸1313纖維混紡，混紡比例對(duì)成紗性能有一定影響。

1）隨著芳砜綸纖維含量的增加，混紡紗條干得到改善。混紡比例的變化會(huì)改變成紗截面內(nèi)平均纖維根數(shù)和纖維直徑不勻率，但纖維數(shù)量變化和纖維間直徑不勻率變化對(duì)成紗隨機(jī)不勻的影響并不明顯。纖維的摩擦性能差異造成紗條附加不勻減小，是使混紡紗條干改善的主要原因。

2）芳砜綸／芳綸1313混紡紗的斷裂以斷裂滑脫為主，混紡比例對(duì)混紡紗斷裂強(qiáng)度的影響并不顯著，混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率變化不明顯。

3）芳砜綸和芳綸1313纖維的細(xì)度不同，混紡比的變化會(huì)改變成紗截面內(nèi)平均纖維根數(shù)，隨著芳砜綸纖維含量的增加，成紗截面內(nèi)平均纖維根數(shù)減少，混紡紗的毛羽指數(shù)降低。

4）經(jīng)過(guò)模糊決策分析，本實(shí)驗(yàn)中芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗質(zhì)量從優(yōu)到劣的順序是80／20，70／30，50／50，75／25，60／40。

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Effect of polysulfone／meta-aramid blending ratio on blended yarn property

LI Xiang-hong1，2，MA Jun1，2
（1.College of Textile and Garment，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2.Hebei Province Research Center of Engineering and Technology of Textile and Garment，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Polysulfone and meta-aramid fibers were blended to spin yarns on domestic equipment.The results show that blending ratio has some effect on yarn evenness.Polysulfone and meta-aramid blended yarn evenness gets better with the increasing polysulfone blending ratio.It results from the decrease of additional unevenness caused by the difference of the fibers friction property.Fiber linear density unevenness and the number of fibers have little effect on yarn evenness.When polysulfone and Meta-aramid blended yarn breaks，slippage occurs considerably，while yarn breaking strength and breaking elongation change slightly.The number of fibers in the section of the blended yarn varies with blending ratio.Yarn hairiness decreases when polysulfone blending ratio increases.Borda method was used to analyze the blended yarn quality.It shows that when the polysulfone ratio is 80percent，the blended yarn quality is the best.

polysulfone fiber；meta-aramid fiber；blending ratio；yarn evenness；breaking strength；breaking elongation；Borda method

TS106.8

A

1008-1542（2011）04-0391-06

2011-01-12；責(zé)任編輯:張 軍

石家莊市科技局科技計(jì)劃項(xiàng)目（10119391A）

李向紅（1970-），女，河北唐山人，副教授，主要從事紡織新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)及紡織材料性能方面的研究。