集聚紡紗線結(jié)構(gòu)對成紗質(zhì)量的影響

楊 敏， 謝春萍， 劉新金

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

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集聚紡紗線結(jié)構(gòu)對成紗質(zhì)量的影響

楊 敏， 謝春萍， 劉新金

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

為探討集聚紡紗線的結(jié)構(gòu)對成紗質(zhì)量的影響，采用示蹤纖維法，在梳棉工序制得含有示蹤纖維的生條，然后通過后道工序紡制成需要的紗線。在視頻顯微鏡下通過觀察纖維在成紗中的轉(zhuǎn)移，來對比分析全聚紡與普通環(huán)錠紡、三羅拉網(wǎng)格圈集聚紡和四羅拉網(wǎng)格圈集聚紡4種紗線的結(jié)構(gòu)特點。結(jié)果表明：全聚紡紗線中纖維平均徑向位置最小，但纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)最大。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所得數(shù)據(jù)給出纖維的包絡(luò)線，并借助纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)等特征參數(shù)，從理論上分析了不同紡紗方式下紗線結(jié)構(gòu)對紗線強伸性能的影響。

全聚紡； 示蹤纖維； 內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)； 紗線強伸性

紗線結(jié)構(gòu)是決定紗線內(nèi)在性質(zhì)和外觀特征的主要因素。紗線結(jié)構(gòu)不僅與紗線的纖維性狀有關(guān)，而且與紗線成形加工方式有關(guān)。不同纖維及其成紗方式使紗線在結(jié)構(gòu)上存在較大差異，如紗的結(jié)構(gòu)松緊程度及均勻性、纖維在紗中的排列形式、纖維在紗中的移動軌跡以及紗線的外觀形態(tài)及毛羽等[1]。紗線結(jié)構(gòu)決定了紗線的性能，實際生產(chǎn)中可利用紗線結(jié)構(gòu)信息進一步改善紗線結(jié)構(gòu)，提高紗線質(zhì)量，為制定完善的紡紗工藝提供條件[2]。

全聚紡是一種新型窄槽式負(fù)壓空心羅拉集聚紡系統(tǒng)，與普通環(huán)錠紡裝置相比：在減少3 mm以上有害毛羽的同時保留了豐富的1、2 mm短毛羽，1、2 mm短毛羽的保留量接近于環(huán)錠紗，改善了成紗條干均勻度[3]。本文采用示蹤纖維法分析全聚紡紗線的內(nèi)外轉(zhuǎn)移等結(jié)構(gòu)特征，并與普通環(huán)錠紡、三羅拉網(wǎng)格圈集聚紡、四羅拉網(wǎng)格圈集聚紡紗線結(jié)構(gòu)進行對比分析，指出全聚紡成紗的特點。

1 實驗部分

1.1 棉纖維染色工藝

煮練工藝：為除去棉纖維上的伴生物，提高纖維的染色性，將一定量的棉散纖維放入氫氧化鈉質(zhì)量濃度為20 g/L、浴比為1∶30的煮練工作液中，升溫至100 ℃保持沸騰2 h，取出后充分水洗至無堿。

染色工藝：采用萬得活性染料，將2%(o.w.f)的染料放入燒杯中配成浴比為1∶50的染色溶液，60 ℃時入染15 min，加入純堿使得溶液中純堿的質(zhì)量濃度為10 g/L，固色30 min后將試樣取出，進行皂煮、水洗。

皂煮工藝：將染色后的纖維放入皂片質(zhì)量濃度為 2 g/L,純堿質(zhì)量濃度為2 g/L，浴比為1∶30的皂煮液中，升溫至95 ℃，保溫10 min。

1.2 紡紗工藝

采用A186G型梳棉機，在梳棉工序?qū)⒄荚腺|(zhì)量0.8%的示蹤纖維混入未染色纖維，制得含有示蹤纖維的生條[4]，再將生條通過FA320A高速并條機，經(jīng)2道并條工序后，使用FA421A型粗紗機紡得定量為4.0 g/10 m的粗紗。將所得粗紗在FA507B環(huán)錠細紗機上通過不同紡紗配件對機器進行改裝，分別紡得環(huán)錠紡、三羅拉網(wǎng)格圈集聚紡、四羅拉網(wǎng)格圈集聚紡和全聚紡紗線。為減少其他因素的影響，使紡紗參數(shù)盡量控制一致。紡紗工藝參數(shù)如表1所示。

表1 工藝參數(shù)Tab.1 Process parameter

1.3 顯微鏡觀察實驗

該方法是利用纖維折射率原理，不同顏色纖維對光的吸收能力不同。將混紡紗線浸入一種液體，使得纖維的折射率和液體相同，此時紗將變得透明[1]。將紡好的紗線放入由松節(jié)油和α-溴代萘調(diào)好的溶液中。在視頻顯微鏡下進行觀察，其中未染色的棉纖維折射率和所配制的溶液折射率接近，在顯微鏡下變得透明,因此在顯微鏡下可明顯地觀察到染色纖維在紗線中的排列狀態(tài)。按式(1)計算示蹤纖維觀察溶液的折射率。

(1)

式中:n為示蹤纖維觀察溶液的折射率；n1、n2分別為松節(jié)油和α-溴代萘的折射率；v1、v2分別為松節(jié)油與α-溴代萘溶液的體積(查閱資料可知：n1=1.472，n2=1.668，棉的折射率n=1.57)。

根據(jù)示蹤纖維觀察溶液折射率與棉纖維的折射率相近這一原則，算出松節(jié)油和α-溴代萘溶液的體積比為1∶1。將紗線浸泡在按此比例調(diào)配的溶液中，然后將紗線放在顯微鏡下進行拍照，紗線中示蹤纖維的圖像如圖1所示。

圖1 顯微鏡下紗線圖像 (×100)Fig.1 Yarn image containing tracer fiber(×100).(a) Ring spinning;(b) Three-roller lattice apron compact spinning;(c) Four-roller lattice apron compact spinning;(d) Complete condensing spinning

2 結(jié)果與討論

2.1 包絡(luò)線

描述纖維轉(zhuǎn)移的主要特征是纖維螺旋線的包絡(luò)線軌跡，即纖維螺旋軌跡投影曲線的峰值或谷值點的連線。按照Morton算法，將所有峰值點沿Z軸連接起來，得出纖維的螺旋軌跡包絡(luò)線[1]。圖2示出所觀察的紗線中，某一根示蹤纖維的包絡(luò)線。圖中：Z為沿紗線軸向；r為波形曲線的峰值距紗軸的距離。

圖2 包絡(luò)線軌跡Fig.2 Helix envelope orbit.(a) Ring spinning fiber; (b) Three-rooler lattice apron compact spinning fiber;(c) Four-roller lattice apron compact spinning fiber; (d) Complete condensing spinning fiber

由圖2(a)可知，環(huán)錠紡紗線中纖維上的波峰值主要接近紗線最大半徑處變化，即環(huán)錠紗中纖維波峰位置靠紗線外層。由圖2(b)可知，三羅拉網(wǎng)格圈紗線中纖維上的波峰值主要位于紗軸到紗線最大半徑處的中間位置變化，靠近紗軸處的波峰個數(shù)少，即三羅拉網(wǎng)格圈紗中纖維波峰位置接近紗線中層。由圖2(c)可知，四羅拉網(wǎng)格圈波峰值也主要接近紗線最大半徑處，即紗中纖維波峰位置靠近紗線外層。由圖2(d)可知，全聚紡紗中纖維存在部分波峰值較小，也有部分波峰值接近紗線最大半徑處，紗線波峰位置分布范圍廣，既有纖維靠近紗芯位置，也有纖維在紗線外層。綜上所述，不同紡紗方式的紗線中纖維包絡(luò)線不同，紗線中纖維的波峰變化亦有所不同，從而對紗線的某些性能造成一定的影響。

2.2 纖維的轉(zhuǎn)移程度

在對紗線中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度描述的方法各異，本文纖維轉(zhuǎn)移程度M采用式(2)～(4)計算。

(2)

其中，

(3)

(4)

式中：n為測量次數(shù)，即樣本量,本文實驗采用的樣本量n為400；ri為波形曲線的峰/(谷)距紗軸的距離；R為紗的半徑。轉(zhuǎn)移程度值越大，說明纖維在紗中轉(zhuǎn)移程度越大[5]。

由于篇幅所限，這里只給出最終的計算結(jié)果。采用上述計算方法得到的纖維轉(zhuǎn)移系數(shù)結(jié)果如表2所示。

由表2可知：傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線的纖維平均徑向位置比集聚紡紗線的要大，可能是由于環(huán)錠紡紗加捻三角區(qū)中內(nèi)外層纖維受力差異所致。環(huán)錠紡的加捻三角區(qū)比集聚紡大，使得環(huán)錠紡加捻三角區(qū)內(nèi)外側(cè)纖維之間的受力差異明顯大于集聚紡紗中纖維內(nèi)外側(cè)纖維之間的受力差異[6]。兩側(cè)邊緣纖維更傾向于紗線的外層，從而導(dǎo)致集聚紡紗線和普通環(huán)錠紡紗線中纖維平均徑向位置的差異。

表2 各種紗線中示蹤纖維的轉(zhuǎn)移系數(shù)Tab.2 Transfer coefficient of trace fiber migration in different types of yarn

全聚紡紗線的平均徑向位置最小，而轉(zhuǎn)移系數(shù)最大。這是因為須條在集聚區(qū)內(nèi)的集聚原理不同，使得紗線中纖維的排列不同。全聚紡須條在集聚時，可實現(xiàn)一種懷抱式進風(fēng)，纖維在集聚過程中無預(yù)加捻現(xiàn)象[7]，加上集聚紡紗加捻三角區(qū)的減小使得纖維內(nèi)外側(cè)之間的受力差異小，因此全聚紡紗線的平均徑向位置小。全聚紡須條在集聚時同一根纖維上的受力存在差異，同一橫截面內(nèi)的不同纖維受力也不同[8]，導(dǎo)致全聚紡紗線中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移大。

2.3 紗線中示蹤纖維不同徑向位置分布

紗線中纖維不同徑向位置(r/R)所占的比例如表3所示。

表3 示蹤纖維不同徑向位置所占比例Tab.3 Proportion of tracer fibers at different radial positions(r/R) %

由表3可知，纖維徑向位置所占百分比最小的為0.000～0.399段，最大的為0.400～0.790段，說明紗線成形過程中纖維發(fā)生轉(zhuǎn)移時偏離紗芯，僅小部分纖維接近紗芯位置。由0.000～0.399段可發(fā)現(xiàn)：在全聚紡紗線中示蹤纖維靠近紗芯的比例較大，說明全聚紡紗中纖維有更多機會在接觸紗線內(nèi)部的紗芯位置；雖然三羅拉集聚紡紗中纖維接近紗芯的概率小，但是纖維集中在0.400～0.799階段的比例高，說明纖維分布的集中性高。

2.4 紗線性能測試結(jié)果與分析

短纖紗的強度受紗線結(jié)構(gòu)的影響，而不同的紡紗方式對紗線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。紗線中不同徑向位置的纖維受力拉伸時伸長率不同，內(nèi)層纖維(半徑較小)在受到拉伸時其伸長率大，對于同層纖維來說，與軸線夾角越小，在縱向受到拉伸時纖維縱向伸長越多[9]。通過4種不同紡紗方式的強伸性能指標(biāo)比較，分析紗線中纖維轉(zhuǎn)移規(guī)律對紗線質(zhì)量的影響。紗線強伸性能測試結(jié)果如表4所示。

表4 紗線強伸性能測試結(jié)果Tab.4 Test results of yarn strength and elongation

由表4可知：1) 全聚紡紗線的強力比環(huán)錠紡紗線的高。從纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度知，全聚紡紗線中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)比環(huán)錠紡的高，較高的纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)使得紗線中纖維接觸點增多，纖維之間的糾纏勾結(jié)能力增強使得紗線的強力提高，而且全聚紡紗線中纖維的徑向位置比環(huán)錠紡的小，紗線的緊密度高，纖維都被束縛在紗體上[10]，所以全聚紡紗線的強力高于環(huán)錠紡紗線；2)全聚紡紗線的強力比網(wǎng)格圈紗線的強力要低。從纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移程度知，全聚紡紗線中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)比網(wǎng)格圈紗線的要高，較高的內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)使得紗線中纖維的順直程度受到影響，縱向受力拉伸時，同時受力纖維少，而且全聚紡紗線中靠近紗芯位置預(yù)伸長較小的纖維比例大，紗線中內(nèi)外層纖維伸長率差異大，使得紗線縱向受力拉伸時其纖維斷裂的不同時性增加，紗線的強力低；3)全聚紡紗線的斷裂伸長率較環(huán)錠紡和三羅拉網(wǎng)格圈的要小。由于全聚紡紗線中纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移系數(shù)大，纖維在紗體中排列紊亂，當(dāng)受到縱向力拉伸時，一根纖維上的受力不均勻，導(dǎo)致紗線斷裂不同時性增加，使得紗線的斷裂伸長率低。

3 結(jié) 論

1)采用不同紡紗方式紡得的紗線其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所不同:環(huán)錠紡和四羅拉網(wǎng)格圈紗線中纖維波峰靠近紗線外層的個數(shù)多，即紗線中纖維離紗芯位置較遠，纖維的平均徑向位置大；三羅網(wǎng)格圈紗線中纖維波峰位置靠近紗線內(nèi)層的個數(shù)少，靠近紗線中外層個數(shù)多，纖維排列集聚程度高，即紗線中纖維離紗芯位置有一定距離，纖維的平均徑向位置大；而全聚紡紗中纖維波峰位置分布比較分散，位于紗線內(nèi)層的波峰個數(shù)多，即紗線中存在部分纖維位于紗芯位置，纖維的平均徑向位置小。

2)不同的纖維徑向排列規(guī)律導(dǎo)致纖維的轉(zhuǎn)移系數(shù)不同：全聚紡紗線的纖維轉(zhuǎn)移系數(shù)最大；而三羅拉網(wǎng)格圈紗線的纖維轉(zhuǎn)移系數(shù)最低。

3)不同的纖維排列規(guī)律使得紗線表現(xiàn)出不同的性能：環(huán)錠紡紗線的強力明顯低于網(wǎng)格圈紗線和全聚紡紗線強力；全聚紡的斷裂伸長率低于普通環(huán)錠紡和三羅拉網(wǎng)格圈的紗線。

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Influence of compact spun yarns structure on yarn quality

YANG Min, XIE Chunping, LIU Xinjin

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

To discuss the influence of the structure of compact spun yarn on the yarn quality, the tracer fibers technique is used. The sliver containing tracer fibers were made in the carding process, and then desired yarns were spun by the following process. The fiber migration in the yarn body is observed by using a video microscope. Then, comparative analysis of the structure characteristics of 4 kinds of yarn from complete condensing spinning, ring spinning, three-roller lattice apron compact spinning and four-roller lattice apron compact spinning were made. The results show that the fibers spun in the complete condensing spinning have the minimum average radial position and the biggest transfer parameter of the fiber migration. Finally, according to the data obtained from helix envelope, the characteristic coefficient of the fiber migration, the influence of different spinning yarn structures on the yarn strength and the elongation properties are analyzed.

complete condensing spinning; tracer fiber; coefficient of fiber migration; yarn strength and elongation

10.13475/j.fzxb.20140702405

2014-07-14

2015-03-10

國家自然科學(xué)基金項目(11102072)；江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK2012254)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研項目(BY2014023-13，BY2012051，BY2013015-24)； 江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項目(BA2014080)；紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新項目(hnfz14002)

楊敏(1990—)，女，碩士生。主要研究方向為紡紗技術(shù)。謝春萍，通信作者，E-mail：wxxchp@vip.163.com。

TS 114.1

A