蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗紡紗工藝及其性能

邢肖平， 李 丹， 田 偉， 祝成炎

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院， 浙江 杭州 310018)

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蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗紡紗工藝及其性能

邢肖平， 李 丹， 田 偉， 祝成炎

(浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院， 浙江 杭州 310018)

為設(shè)計高質(zhì)量的蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗線，通過提高環(huán)境濕度，利用抗靜電劑對蜂窩光觸媒纖維進行預(yù)處理，紡出6組不同混紡比的蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗線，在此基礎(chǔ)上測試各組紗線斷裂強度、斷裂伸長率、毛羽指數(shù)和條干均勻度等指標(biāo)并分析不同混紡比對成紗質(zhì)量的影響，以探究最優(yōu)混紡比。結(jié)果表明：當(dāng)蜂窩光觸媒纖維比例增加至35%前，紗線的斷裂強力和斷裂伸長率將隨之增加，當(dāng)蜂窩光觸媒纖維比例大于35%時，斷裂強力下降，斷裂伸長率依然呈遞增趨勢；混紡紗條干均勻度和毛羽指數(shù)均呈先下降后增加的趨勢。

蜂窩光觸媒纖維； 拉伸性能； 毛羽指數(shù)； 條干均勻度

致病性微生物是影響人類健康的主要因素，霉腐性微生物在溫濕度適宜條件下能以驚人的繁殖速度污染工業(yè)材料和產(chǎn)品[1]；房屋裝修、裝潢產(chǎn)生的甲醛、苯等有害物質(zhì)直接威脅人體健康。蜂窩光觸媒纖維含有TiO2[2]，因此具有降解甲醛[3]、殺滅細菌[4-6]、消除卷煙味[7]、降解水中有機污染物[8]等獨特功能，是治理室內(nèi)環(huán)境污染的理想材料。該纖維以蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的聚酯改性切片為原料，通過特殊的紡絲工藝(即閃爆技術(shù))制成，但其導(dǎo)電性較差，在紡紗過程中易出現(xiàn)加工困難的問題。棉纖維大分子內(nèi)部含有大量親水基團，吸濕后具有一定導(dǎo)電性，以特定比例將蜂窩光觸媒纖維和棉纖維進行混紡，不僅能改善蜂窩光觸媒纖維可紡性，而且其產(chǎn)品在紫外線作用下同樣具有上述特性，可用于高檔家紡面料用紗。

基于此，本文通過設(shè)計梯度混紡比，探究具有相對最佳強伸性和外觀質(zhì)量的蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗線，在優(yōu)化紡紗工藝的同時探討不同蜂窩光觸媒纖維含量對紗線外觀質(zhì)量和力學(xué)性能的影響，對優(yōu)化蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗線的力學(xué)性能具有重要意義。

1 原料選配及紡前預(yù)處理

1．1 原料選配

原料選用了棉纖維及浙江上虞弘強彩色滌綸有限公司研發(fā)的蜂窩光觸媒纖維，2種纖維的各項性能指標(biāo)如表1所示。

表1 蜂窩光觸媒纖維及棉纖維的各項性能指標(biāo)Tab.1 Properties of photocatalyst fiber and cotton

1．2 紡前預(yù)處理

蜂窩光觸媒纖維導(dǎo)電性差，為使紡紗順利進行，對其進行抗靜電處理。

2 紡紗工藝流程

本文設(shè)計6組混紡紗線的紡紗工藝流程僅用于試紡，針對各道工序設(shè)計的主要工藝參數(shù)還不能用于規(guī)?；a(chǎn)。考慮到純紡蜂窩光觸媒纖維極易出現(xiàn)繞羅拉、繞皮輥等加工困難，且各組紗線中蜂窩光觸媒纖維含量應(yīng)大致呈梯度分布，因此各組取值分別定為0、20%、35%、50%、65%及80%。

為使2種纖維在混紡紗線的每個橫截面上都均勻分布，且在紗線橫截面上的含量都滿足實驗設(shè)計值的規(guī)定，本文采用在并條工序上對生條進行多道混并的方法均勻混合2種纖維。在前期試紡的基礎(chǔ)上確定的紡紗工藝流程如下。

蜂窩光觸媒纖維：DHu清梳聯(lián)合實驗機→DSDr- 01數(shù)字式小樣并條機(預(yù)并1道)→DSDr- 01數(shù)字式小樣并條機(與預(yù)并1道后的棉條混并5道)→DSRo- 01數(shù)字式小樣粗紗機→DSSp- 01數(shù)字式小樣細紗機。

棉纖維:DHu清梳聯(lián)合實驗機→DSDr- 01數(shù)字式小樣并條機(預(yù)并1道)→DSDr- 01數(shù)字式小樣并條機(與預(yù)并1道后的蜂窩光觸媒纖維條混并5道)→DSRo- 01數(shù)字式小樣粗紗機→DSSp- 01數(shù)字式小樣細紗機。

3 蜂窩光觸媒纖維/棉混紡工藝配置

3．1 開清棉及梳棉

棉纖維短絨率和含雜率高，而蜂窩光觸媒纖維呈緊密糾纏狀態(tài)，為有效降低棉短絨和含雜率，使2種纖維得到充分開松，本文分別對棉纖維和蜂窩光觸媒纖維進行3道開松處理后再進行梳棉。

3．2 并 條

考慮到經(jīng)梳棉處理后的2種生條內(nèi)仍存在大量彎鉤，若直接將二者混并，會使?fàn)可靺^(qū)的纖維變速點分布擴大，不利于提高成紗強度和條干均勻度，因此分別將2種生條預(yù)并1次，再進行混并，以保證纖維平行順直度。各組紗線的并合根數(shù)均為8，總牽伸倍數(shù)為8，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.35，羅拉隔距為13 mm×16 mm(前×后)，出條速度為12 m/min，定量為16 g/5 m。

3．3 粗 紗

采用“輕定量，大捻度”的工藝原則，由于2種纖維的主體長度差異大，且纖維的抱合力不夠好，熟條強力低，易發(fā)生意外牽伸，工藝上采用較大的捻系數(shù)。粗紗的主要工藝參數(shù)為：設(shè)計干態(tài)質(zhì)量4 g/10 m，總牽伸倍數(shù)8，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.2，捻度30.50 捻/m，捻系數(shù)61。

3．4 細 紗

為使紗線既具有柔軟手感，又有一定強力，設(shè)計捻度值為1 200 捻/m，捻向為Z捻，總牽伸倍數(shù)為30，錠速為6 000轉(zhuǎn)/min。

4 紗線性能測試和結(jié)果分析

4．1 儀器及試驗條件

紗線性能測試在標(biāo)準恒溫恒濕實驗室內(nèi)進行，所有紗線試樣在溫度為(20±2)℃，濕度為(65±5)%的條件下至少平衡24 h。

紗線強伸性能測試參照 GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，使用儀器為YG 061-1500型電子單紗強力儀，隔距為250 mm，速度為500 mm/min，測試次數(shù)為20次。

紗線條干均勻度檢測按照 GB/T 3292—1997《紡織品 紗條條干不勻試驗方法 電容法》的規(guī)定進行，使用YG 138條干均勻度儀，試驗速度為200 m/min，測試時間為2.5 min。

紗線毛羽指數(shù)檢測按照FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》的規(guī)定進行，使用YG 171B-2型紗線毛羽測試儀，走紗速度為30 m/min，片段長度為10 m，測試次數(shù)為10次。

4．2 混紡紗線強伸測試結(jié)果分析

利用萊州市電子儀器公司生產(chǎn)的YG 061-1500型電子單紗強力儀測試各組紗線的斷裂強力、斷裂強度及斷裂伸長率。用Origin軟件對斷裂強力、斷裂強度進行擬合，結(jié)果如圖1所示。

圖1 拉伸斷裂性能與蜂窩光觸媒纖維含量的關(guān)系Fig.1 Relationship between tensile property and photocatalyst fiber content.(a)Breaking force; (b) Breaking strength

由圖1(a)可知，隨著蜂窩光觸媒纖維含量的增加，紗線的斷裂強力增加，當(dāng)蜂窩光觸媒纖維含量為35%時，斷裂強力為244.15 cN，之后斷裂強力遞減。擬合曲線表達式為

Y=107.067+90.075X-21. 209X2+1. 495X3

R2=0.732

由圖1(b)知，6種混紡比中蜂窩光觸媒纖維含量為35%時的斷裂強度最好，隨著蜂窩光觸媒纖維比例增加，紗線斷裂強度先增加后減少。擬合曲線表達式為

Y=13.722+0.202X-0.003X2+(1.535×10-5)X3，

R2=0.681

由于棉纖維的斷裂強度高于蜂窩光觸媒纖維，當(dāng)蜂窩光觸媒纖維含量較低時，紗線的斷裂強度理論上應(yīng)較大，但因棉短絨較多，紗線抱合力低，導(dǎo)致斷裂強度偏低。隨著蜂窩光觸媒纖維比例的增加，棉短絨對紗線斷裂強度的影響逐漸減少，斷裂強度提高。當(dāng)蜂窩光觸媒纖維含量繼續(xù)增加時，斷裂強度反而降低。因為蜂窩光觸媒纖維的斷裂強度為2.78cN/dtex，低于棉纖維。用Origin軟件對斷裂伸長率進行處理，擬合曲線如圖2所示。

圖2 斷裂伸長率和蜂窩光觸媒纖維含量關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between breaking elongation and photocatalyst fiber content.

由圖2知，斷裂伸長率總體上隨蜂窩光觸媒纖維含量增加而呈遞增趨勢，蜂窩光觸媒纖維含量為0時的斷裂伸長率為3.96%，含量為65%時的斷裂伸長率為13.76%。擬合曲線表達式為

Y=3.497+0.047X+0.001X2

R2=0.924

蜂窩光觸媒纖維含量越高，纖維被拉至斷裂時的伸長變形能力越好。由于棉纖維的斷裂伸長率為13.25%時，蜂窩光觸媒纖維的斷裂伸長率高達34.18%，當(dāng)棉纖維為主要成分時，紗線的斷裂伸長率低，當(dāng)蜂窩光觸媒纖維比例高時，紗線的斷裂伸長率較高。

4．3 混紡紗線外觀質(zhì)量比較

利用寧波紡織儀器廠生產(chǎn)的YG 138條干均勻度儀測試紗線的條干均勻度指標(biāo)；紗線毛羽(3 mm及以上)指數(shù)用太倉市大明光電儀器廠生產(chǎn)的YG 171B-2型紗線毛羽測試儀測得，測試結(jié)果如表2所示。

表2 蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗外觀質(zhì)量Tab.2 Appearance qualities of photocatalyst fiber/cotton blended yarn

由表2可知，紗線條干均勻度值總體上隨蜂窩光觸媒纖維含量增加呈先下降后上升的趨勢。蜂窩光觸媒纖維含量為0時的條干均勻度最好，細節(jié)數(shù)僅為4個/km，粗節(jié)和棉結(jié)都最少，當(dāng)該纖維含量為20%時，細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)明顯增加，條干CV值由13.80%增加到18.30%。由于蜂窩光觸媒纖維和棉纖維主體長度相差大，牽伸時纖維變速點分布不集中，導(dǎo)致條干均勻度隨蜂窩光觸媒纖維比例增加而降低。當(dāng)蜂窩光觸媒纖維含量繼續(xù)增加時，條干均勻度總體上提高，棉結(jié)、細節(jié)和粗節(jié)相對減少。因為當(dāng)蜂窩光觸媒纖維比例不斷增加時，纖維長度差異對條干均勻度的影響逐漸減小，而纖維長度對條干均勻度的作用增強。蜂窩光觸媒纖維的平均長度為38 mm，棉纖維的平均長度為29.5 mm，纖維長度越長，越有利于獲得均勻度更好的條干。為對比6組紗線的毛羽指數(shù)，利用AHB-K1型萬能顯微鏡對紗線拍照，紗線外觀如圖3所示。

圖3 不同蜂窩光觸媒纖維含量的紗線外觀照片(×100)Fig.3 Photographs of yarns′ appearance with different contents of photocatalyst fibers (×100)

由表2和圖3可知，純棉紗的毛羽(3 mm及以上)指數(shù)最高，當(dāng)蜂窩光觸媒纖維比例為20%時，毛羽指數(shù)由4 542.60個/km減少到159.20個/km，并隨蜂窩光觸媒纖維的增加而下降，但當(dāng)該纖維含量增加到超過50%時，毛羽指數(shù)反而增加，當(dāng)蜂窩光觸媒纖維含量增加到80%時，毛羽指數(shù)迅速增加到1 873.10個/km。由于棉纖維的短絨率較高，長度整齊度差，使得純棉紗的毛羽最多，而蜂窩光觸媒纖維整齊度好，隨著蜂窩光觸媒纖維比例的增加，毛羽得到改善，但蜂窩光觸媒纖維抱合力差，當(dāng)其比例過大時，造成毛羽增加。在實際生產(chǎn)中可適當(dāng)提高捻系數(shù)或采用緊密紡[9-10]來改善紗線的毛羽，提高紗線的外觀質(zhì)量。

5 結(jié) 論

蜂窩光觸媒纖維的斷裂強度比棉纖維低，斷裂伸長率和平均長度遠高于棉纖維，隨著蜂窩光觸媒纖維比例的增加，斷裂伸長率逐漸增加，而紗線的斷裂強度因棉短絨影響呈先增加后減少的趨勢。紗線的條干不勻率總體上隨蜂窩光觸媒纖維含量的增加也呈先增加后減少的趨勢，3 mm及以上毛羽指數(shù)表現(xiàn)為先減少后增加。研究結(jié)果表明棉纖維與蜂窩光觸媒纖維混紡，總體上能夠提高蜂窩光觸媒纖維的可紡性，在一定程度上能改善蜂窩光觸媒纖維/棉混紡紗線的強伸性并賦予紗線柔軟的手感，蜂窩光觸媒纖維含量為35%的紗線斷裂強度最好，條干均勻度較好，毛羽較少。

FZXB

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Spinning process of cellular photocatalyst fiber/cotton blended yarns and properties thereof

XING Xiaoping, LI Dan, TIAN Wei, ZHU Chengyan

(CollegeofMaterialsandTextiles,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China)

In order to design a kind of high quality cellular photocatalyst fiber/cotton blended yarns, the pretreatment of the cellular photocatalyst fiber was performed by increasing the ambient humidity and using antistatic agent. And then six groups of cellular photocatalyst fiber/cotton blended yarns with different blending ratios were produced. The tensile strength, breaking elongation, hairiness index, yarn evenness, etc. of each group of the yarns were tested and the effect of blending ratio on the yarn quality was analyzed so as to investigate the optimized blending ratio. The results indicated that increasing the photocatalyst fiber content increases the tensile strength and breaking elongation of the yarns. However, when the photocatalyst fiber content is over 35%, the tensile strength drops while the breaking elongation continues to go upward; and yarn evenness and hairiness index first decrease and then increase.

cellular photocatalyst fiber; tensile property; hairiness index; yarn evenness

0253- 9721(2013)04- 0032- 05

2012-04-09

2012-10-11

國家國際科技合作專項項目(2011DFB51570)；浙江理工大學(xué)紡織工程實驗示范中心實驗教改項目(11112632311116)

邢肖平(1990—)，女，本科生。主要研究方向為紡織工藝。田偉，通信作者，E-mail:47151938@qq.com。

TS 104.53

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