包覆紡紗技術發(fā)展、現(xiàn)狀及存在的問題

李保榮,朱樂樂,王軍慶,馬珮珮

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安710048)

隨著科技的發(fā)展,復合紗線也成為主流紗線,復合紗由于結構不同,所以在性能上與單一材料紗線有較大的區(qū)別。復合紗線可以將幾種纖維的性能進行優(yōu)勢互補,其織物也比單一材料織物表現(xiàn)出更優(yōu)質(zhì)的風格。包覆紗作為復合紗的一種,由于特殊的結構,紗線既能利用芯紗的優(yōu)良物理性能又具有外包纖維的表面特性,可充分發(fā)揮2種纖維的特點。

1 包覆紗

包覆紗又稱包纏紗,是一種新型結構的紗線,是將2種或2種以上纖維進行復合,在性能上,可以彌補單一組分纖維的缺陷、發(fā)揮復合纖維的優(yōu)勢。通過纖維的復合,可以使紡織面料表現(xiàn)出單一材料無法表現(xiàn)出的新風格、高彈性及特殊功能。

按照包覆紗的廣義概念,根據(jù)芯紗和外包纖維原料的不同可分為短纖維與短纖維包覆紗、化纖長絲與化纖長絲包覆紗、化纖長絲與短纖維包覆紗3大類。包覆紡紗的主要生產(chǎn)方式有空心錠包覆紡紗[1]、噴氣紡包覆紡紗、轉(zhuǎn)杯包覆紡紗、環(huán)錠包覆紡紗、自捻包覆紡紗等。

包覆紗具有雙層結構,其芯紗可以是無捻,也可以有捻,主要取決于芯紗本身[2]。

2 包覆紡紗的發(fā)展歷史

包覆紗最早出現(xiàn)在20世紀50年代,是由杜邦公司生產(chǎn)的,其紡紗原理與噴氣紡紗非常相似。利用渦流假捻對牽伸后的芯層纖維束進行加捻,加捻后的芯纖維束周圍存在自由纖維,當經(jīng)過噴嘴后,原先被加捻的芯層退捻,而自由纖維被施加了真捻包纏在芯纖維束周圍,從而形成了包覆紗[3]。

作為一種新型紡紗技術,由于其工藝簡單,生產(chǎn)效率高,所以受到了廣泛的重視。日本村田公司[4]和東麗公司[5]都利用各自的噴氣包覆紡紗技術紡制了包覆紗,并且對包纏紗的均勻性、密度、手感等特性進行了研究。

噴氣包覆紗是在氣流作用下進行紡紗,其外包纖維數(shù)量和紗線捻度都較難控制,所以造成紗線質(zhì)量不穩(wěn)定,并且噴氣紡紗強力低、剛度大、機器損耗大,生產(chǎn)成本比環(huán)錠紗高,所以導致噴氣包覆紗的發(fā)展受到了限制[6]。

1972年,Audiver[7]在細紗機上紡織了長絲/短纖維束包覆紗。隨后在1979年,Audi Ver[8-9]又在原先細紗機的基礎上,在牽伸羅拉之間安裝了假捻器,給芯紗施加一個假捻,紡制出包覆紗,再對紗線進行加捻,得到加捻包覆紗。

1974年,包纏紗進入了一個新的發(fā)展階段。Geor ge[10-11]發(fā)明了空心錠子,從此誕生了空心錠子包纏紡紗機。1983年11月,在米蘭國際紡織機械展覽會上,有4個國家5家公司展出了各種類型的包覆紡紗機,而且對包覆紗及其織物的研究也有了很大的進展。

80年代末90年代初,中國從國外引進了先進的包覆紡紗機,并對包覆紡紗工藝、包覆紗及其織物進行了一些學習研究,隨即研制出了國產(chǎn)空心錠子包覆紡紗機。

3 包覆紗技術及研究現(xiàn)狀

3.1 短纖維/短纖維包覆紗

國內(nèi)有學者對短纖維粗紗包覆進行了研究。在改裝的粗紗機上,紡制以滌綸為芯層,棉為皮層的包覆粗紗。分別制備2種不同材料的熟條,將2根熟條同時喂入粗紗機的同一根皮輥和羅拉控制的鉗口,經(jīng)牽伸從鉗口出來后,在托棉板的作用下,將2種纖維條分開,斜向進入假捻器,由于斜向進入時,2種纖維條移動的距離不同,在托棉板的作用下,使托棉板上面的棉纖維條包纏在滌纖維條上,形成了棉滌包覆粗紗[12-13],如圖1所示。

圖1 粗紗機上滌綸須條和棉纖維須條包覆過程

3.2 長絲/長絲包覆紗

長絲包長絲是利用空心錠子進行紡紗的,應用最為廣泛。它是將長絲或者短纖維條作為芯紗,外包長絲或者紗線。一般多為單包或者雙包2種工藝,如圖2所示,也有特殊的三包、多包的情況。包覆工藝不同,所包的包覆層數(shù)和外包層的單位長度的圈數(shù)不同,包覆層數(shù)越多,其包覆效果就越好。雙包覆2層包覆方向是相反的,如圖3所示。實際生產(chǎn)中以單包覆居多。

長絲/長絲包覆紗多以氨綸包覆紗為主,氨綸包覆紗是以氨綸為芯紗,另一種長絲按螺旋形的方式對伸長狀態(tài)的氨綸絲予以包覆而形成的彈力紗。

有學者研究了長絲/長絲包覆紗。毛雷[14]研究了滌綸氨綸包覆紗,以一定牽伸倍數(shù)的氨綸長絲為芯,通過包覆工藝,把滌綸長絲呈螺旋形包纏在芯絲外面而形成彈力復合紗線。該復合紗除具有外包纏絲滌綸的特性外,還兼有氨綸絲良好的彈性和回復性能,彌補了單一組分長絲的缺陷,廣泛應用于泳衣、襪子、休閑服等產(chǎn)品中。李丹等[15-16]研究用包覆絲機,紡制芯紗為滌綸長絲,外包鍍銀長絲的包覆紗,對包覆紗的各項性能進行了測試,并利用銀纖維及銀纖維包覆紗設計開發(fā)了不同密度、不同紗線配置的具有防輻射、抗靜電多種功能集一體的織物,對織物的物理性能和服用性能進行了探討和研究。張玉清等[17]以氨綸為芯,外包錦綸絲紡制成錦綸/萊卡包覆紗,把氨綸良好的彈性、恢復性能和外包錦綸絲的強力高、耐磨性好等特點揉為一體,彌補了單一組分長絲的缺陷,織成的經(jīng)編、緯編、梭織和其他織物,以其優(yōu)越的彈性、超細的紗支、緊身的感覺、透明的外觀廣泛用于內(nèi)衣、泳衣、長統(tǒng)襪、滑雪服、休閑服等產(chǎn)品中。馬秀鳳等[18-19]研究了黏膠/氨綸包覆紗,介紹了氨綸包覆紗的紡制方法、紡紗原理及紗線結構,對黏膠/氨綸包覆紗進行了紡制,并測試了成紗的性能,確定了較優(yōu)工藝配置,分析了影響成紗性能的因素。

圖2 雙包覆與單包覆2種工藝示意圖

圖3 氨綸單雙層包覆紗結構形態(tài)示意圖

3.3 長絲/短纖維包覆紗

李曉靜[20]研究了大豆纖維/氨綸包纏紗,在包覆機上紡制大豆纖維短纖紗、萊卡絲包覆紗,以不同包覆度、包覆方式和不同牽伸倍數(shù)進行紡紗,對所紡紗線的基本結構和性能進行測試分析,討論了大豆短纖紗的包覆度和包覆方式以及萊卡絲的牽伸倍數(shù)和細度對包覆紗強伸性和彈性的影響。

除了在包覆機上紡制包覆紗,還可以通過改裝環(huán)錠細紗機進行紡制,也就是所謂的包芯紗。短纖/長絲包芯復合紗生產(chǎn)工藝在目前來說相對比較成熟,包芯紡紗技術包括環(huán)錠紡、轉(zhuǎn)杯紡、靜電紡、摩擦紡等,環(huán)錠紡包芯紗技術是最為普遍的。

國際上有人研究了彈性復合紗,提供了制備具有絲芯的復合紗線的方法,所述絲芯具有至少一根彈性性能絲和至少一根無彈性對照絲。由短纖形成的纖維護套圍繞絲狀芯,基本上沿著其整個長度,至少一根彈性性能長絲最優(yōu)選包括斯潘德克斯彈性纖維和/或lastol長絲,至少一根無彈性的控制絲最優(yōu)選由聚酰胺、聚酯、聚烯烴及其混合物的膨化聚合物或共聚物形成。纖維護套由合成和/或天然短纖維,最優(yōu)選短棉纖維形成。彈性復合纖維特別適合用作梭織織物的組成部分,特別是用于彈力牛仔布[21-22]。國外用的創(chuàng)新紡絲方法紡萊卡纖維和羊毛的彈性紗被應用于更多工業(yè)的最終用途,這使得它有意義研究羊毛/氨綸包芯紗的力學性能[23-24]。復合彈性紗是眾所周知的,常規(guī)的復合紗線包括相對無彈性的纖維或絲狀外皮覆蓋芯的彈性絲或彈性纖維,特別是包括彈性復合紗線的彈力織物,由于其舒適、多功能和耐用性,在時裝和紡織品市場上越來越受歡迎[25]。

Hua Tao等[26]研究了雙組分包芯紗的性能,并與單組分性能進行了比較。Yilonu,Sait等[27]比較了在環(huán)錠細紗機上用不同原料生產(chǎn)的包芯紗的性能,并對其應用進行了分析。Duan Zaihua[28]利用碳墨處理彈性長絲,然后紡制包芯紗,研究其在應變傳感器上的應用。

近年來,國內(nèi)有學者對包芯紗紡紗技術、新材料等進行了研究和探討。

閆海江[29-30]探討了傳統(tǒng)環(huán)錠紡包芯紗與賽絡紡包芯紗,對2種包芯紗的工藝及質(zhì)量進行了對比。為解決棉包滌綸絲包芯紗的毛羽多、紗線結構較松散、耐磨性差、易起毛起球等問題,苗孟河、趙培等[31-32]對包芯紗的包覆量進行了研究。

周朝鋼等[33]研究了負離子/抗菌丙綸包覆紗的紡制技術。主要探討將竹漿纖維、負離子纖維、棉纖維以30/40/30的混紡比當作包覆紗的外包纖維,以5.56 tex抗菌丙綸長絲作為芯絲,紡得10.6 tex包覆率為47.5%包覆紗,并賦予紗線永久抗菌性能、負離子釋放功能以及更好的舒適性能等,并對紡制包覆紗的紡紗原理、紡紗方法等主要工藝參數(shù),以及預牽伸倍數(shù)、捻度、鋼絲圈型號對紗線質(zhì)量的影響進行了分析,最終得出了一套最優(yōu)參數(shù)設置,為今后此類保健型功能紗線提供了一定的研究基礎和生產(chǎn)經(jīng)驗。

楊藝丹[34]研究了以高強聚乙烯和高強滌綸做芯紗,以芳綸短纖作為外包纖維,經(jīng)過環(huán)錠紡紡制成2種不同纖維為芯紗的包覆紗,并對包覆紗及其織物的各項性能進行測試。

陳堅[35]對醋青纖維高仿真羊絨復合(包芯)紗進行了開發(fā)研究,依據(jù)不同的保暖性能和服用性能,以新型醋青纖維為主體,與棉、纖維素纖維、合成纖維、高支羊毛等進行2種或多種不同比例的組合混紡,紡制出以保暖功能為特色的高仿真羊絨系列復合包芯紗。

短纖維包覆紗可能受紡紗張力、接頭困難等因素的影響,對短纖維包覆的研究甚少。而對于短纖維/長絲和長絲/長絲包覆紗技術的研究一直是比較成熟的,但產(chǎn)品性能上仍然存在一個難以攻克的難關,即包芯紗的“露絲”現(xiàn)象。針對長纖維包覆紗的露絲問題,應該從工藝、原料等方面去進一步改進。而對于短纖維包覆紡紗,前人所做的研究比較少,需要進一步去充實。

4 結語

隨著社會進步和發(fā)展,人們消費觀念逐漸轉(zhuǎn)為注重產(chǎn)品的外觀、手感、舒適性、彈性等,促使紡織品向個性化、多樣化、功能化和安全舒適無害的方向發(fā)展。新型紡紗工藝技術與設備的不斷發(fā)展提出了開發(fā)紡織產(chǎn)品的新方法,各種新型的紡紗技術極大地推進了紡織產(chǎn)業(yè)的總體進步。由新工藝、新材料紡制的包覆紗,尤其是具有特殊功能和特殊手感的包覆紗織物將具有廣闊的市場前景。