經(jīng)編織造過程對短纖紗力學性能的影響

胡 瑜， 繆旭紅

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

經(jīng)編織造過程對短纖紗力學性能的影響

胡 瑜， 繆旭紅

(江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

為擴大短纖紗在經(jīng)編領域的應用以及經(jīng)編面料的研發(fā)，對短纖紗在經(jīng)編織造過程中的損傷因素進行了探討。以73.8 dtex緊密賽絡紡滌綸短纖紗為原料，測試不同導紗部件以及編織速度、織物組織延展線長度對短纖紗力學性能的影響。結果表明：紗線編織行進路徑中，經(jīng)過的每個器件都會使短纖紗斷裂強度和斷裂伸長率下降，經(jīng)過導紗梳后的紗線斷裂強度和斷裂伸長率的下降幅度明顯大于經(jīng)過分紗梳后的紗線；隨著機速的提升，短纖紗斷裂強度和斷裂伸長率不斷下降，并呈現(xiàn)明顯的線性關系；隨著織物組織延展線的增長，短纖紗斷裂強度和斷裂伸長率有增加的趨勢。

經(jīng)編； 短纖紗； 性能測試； 紗線損傷

經(jīng)編針織物由于具有延伸性小，防脫散性好，品種和花樣繁多，生產(chǎn)效率高等特性，使其在各個領域的應用越來越多。因為經(jīng)編機生產(chǎn)的高效率，所以當前使用的紗線一般都為滌綸、錦綸、氨綸等化纖長絲[1-2]。而棉等短纖紗由于強度低、伸長小、毛羽多等問題，在經(jīng)編過程中易斷紗，機速難以達到正常水平，生產(chǎn)效率低下，所以很少在經(jīng)編上使用，因而限制了經(jīng)編織物向多樣化、高檔化的發(fā)展[3-4]。

針對短纖紗在經(jīng)編編織上的問題，夏風林[5]等、朱新卯[6]等對棉紗的經(jīng)編編織工藝進行了探討；陳靜靜[7]對棉紗在經(jīng)編中的毛羽變化進行了研究；徐穎[8]則分析了編織過程中影響緊密紡高支棉紗強力和毛羽的各個因素。雖然目前已有學者對短纖紗在經(jīng)編上的應用進行了研究，但短纖紗在經(jīng)編編織上的難題依舊沒有得到很好的解決。而現(xiàn)在經(jīng)編產(chǎn)業(yè)正處于一個低迷期，急需在產(chǎn)品上進行創(chuàng)新，短纖紗如若能成為經(jīng)編產(chǎn)品的新原料，對推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著極大的幫助。

基于短纖紗在經(jīng)編編織上的一系列問題，本文通過分析不同導紗部件以及編織速度、織物組織延展線長度對短纖紗力學性能的影響，以期為擴大短纖紗在經(jīng)編上的應用提供一定的理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 實驗原料與儀器

采用3把梳進行編織，前2把梳采用73.8 dtex緊密賽絡紡滌綸短纖紗(吳江鷹翔集團公司)，第3把梳采用55.5 dtex/24 f滌綸全拉伸絲(FDY)。E28的KS4 EL型高速特里科經(jīng)編機；YG 020B電子單紗強力儀；SU1510掃描電子顯微鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 取樣方法

為了研究短纖紗在經(jīng)過不同導紗部件后的性能變化，取經(jīng)過分紗筘后和導紗針后的紗線進行強伸性測試。為研究機速與組織延展線長度對短纖紗力學性能的影響，選4種機速和3種組織，分別取經(jīng)過第1把梳導紗針后的紗線進行測試。取樣示意圖如圖1所示。

為了取到圖1(a)中經(jīng)過導紗針3后的紗線，在實驗時將取紗處的相應織針2去除，防止經(jīng)紗4織入織物中，從而取到經(jīng)過導紗針3后的經(jīng)紗4。由于實驗儀器有限，采取手動卷繞取紗，取樣時握住圖1(b)中紗管5的左右兩端，使紗線4均勻卷繞在紗管中間。保持卷繞速度恒定，且給予紗線一定的張力，使紗線伸直，但不至于過緊，不阻礙導紗針中經(jīng)紗的正常運動，卷繞過程中防止外物碰到紗線，減少其他因素對紗線的損傷。為了排除因取樣位置不同而帶來的實驗誤差，取樣時取樣位置始終不變。一種工藝條件下，取邊紗和中間紗各1根，分別卷繞，單根紗線卷繞長度為40 m。相同條件和位置下采集1個試樣進行測試，每個試樣測試20組斷裂強度和斷裂伸長率。測試完成后，將相同條件下邊紗和中間紗的測試數(shù)據(jù)綜合，取其平均值和CV值列表作圖。

1.2.2 測試方法

依據(jù)GB/T3916—1997《單根紗線斷裂強力和斷裂伸長的測定》對紗線進行強度和伸長率的測試。實驗速度為500 mm/min，定伸長為500 mm。測試溫度為20 ℃，濕度為40%。

1.3 測試工藝參數(shù)

實驗在E28的KS4 EL型高速特里科經(jīng)編機上進行，用3把梳進行編織，考慮到采樣的便利性，對GB1即前梳紗線進行采樣，有關參數(shù)變化見表1所示。所有采樣過程中，GB2采用1-2/1-0//，送經(jīng)量為1 400 mm/臘克)；GB3采用1-0/0-1//，送經(jīng)量為1 200 mm/臘克，牽拉密度為19橫列/cm，其他工藝參數(shù)如表1所示。

表1 測試工藝參數(shù)

2 結果與討論

2.1 紗線性能評估

在常規(guī)的E28高速特里科經(jīng)編機上，一般采用44～83.3 dtex的滌綸或錦綸長絲為原料。緊密賽絡紡作為一種新的紡紗技術，具有良好的紗線性能。緊密賽絡紡紗表面纖維排列整齊順直，毛羽少，尤其是3 mm以上的有害毛羽明顯減少，這是其最突出的優(yōu)勢；其斷裂強度、斷裂伸長率也都優(yōu)于普通環(huán)錠紡紗[9-10]。緊密賽絡紡紗線的優(yōu)良性能，較適合于經(jīng)編生產(chǎn)。表2示出73.8 dtex緊密賽絡紡滌綸短纖紗、118.1 dtex緊密賽絡紡棉紗(山東魯泰紡織股份有限公司)和55.5 dtex/24 f滌綸FDY(江蘇盛虹化纖有限公司)的性能。

表2 紗線力學性能比較

從表2可以看出，緊密賽絡紡短纖紗的強度已達到滌綸長絲強度的95%以上，在強度方面，緊密賽絡紡棉紗和滌綸短纖紗都已達到經(jīng)編要求。

通過比較73.8 dtex緊密賽絡紡滌綸短纖紗和118.1 dtex緊密賽絡紡棉紗的性能可以看到，73.8 dtex滌綸短纖紗的強度及斷裂伸長率均高于118.1 dtex緊密賽絡紡棉紗，相同線密度的滌綸短纖紗的價格只有棉紗價格的50%左右，而且能夠達到的線密度更低，更能滿足輕薄經(jīng)編織物的生產(chǎn)，因此滌綸短纖紗更適合于經(jīng)編織造。雖然滌綸短纖紗的力學性能優(yōu)于棉紗，但跟滌綸長絲相比還有一定的差距，特別是在斷裂伸長率方面，滌綸短纖紗的斷裂伸長率僅為滌綸長絲的52.7%，斷裂伸長率在一定程度上反映紗線在成圈過程中對張力變化的適應性。短纖紗在斷裂伸長率上的缺陷是導致其經(jīng)編編織困難的一大因素。圖2示出3種紗線掃描電鏡照片。由圖可看到，短纖紗的條干均勻性較差，毛羽多。短纖紗捻度的存在，也會造成紗線扭結斷紗，影響布面效果。

短纖紗相比長絲存在的不足，限制了其在經(jīng)編中的發(fā)展。因此對短纖紗在經(jīng)編中的損傷研究至關重要。

2.2 導紗部件對短纖紗力學性能的影響

經(jīng)紗線路圖如圖3所示。

在編織過程中，紗線從經(jīng)軸a上下來，需要經(jīng)過導紗桿b、分紗筘c、張力桿d、導紗梳e，最后墊到針鉤上成圈。在這個過程中，金屬導桿和張力桿表面摩擦因數(shù)較小，對紗線造成的損傷相對較小，可忽略不計[8]。 但紗線在經(jīng)過分紗筘、導紗梳和墊到針鉤上成圈時，會受到較大的拉伸、摩擦和彎曲作用，不能忽略不計。但因紗線經(jīng)過成圈后難以脫散，且脫散也會對紗線造成一定的損傷，因此本文主要研究經(jīng)過分紗筘后和導紗針后的紗線性能情況。

經(jīng)過分紗筘和導紗針后紗線的力學性能如表3所示。其中未經(jīng)編織的紗線為經(jīng)過整經(jīng)速度為90 m/min整經(jīng)后的紗線。

表3 經(jīng)過分紗筘和導紗針后紗線力學性能變化

在比較不同導紗部件對紗線強度和伸長率的影響時，需要考慮強度和伸長率的下降率，計算公式如式(1)、(2)所示，在比較不同機速和組織延展線長度對紗線的影響時也需用到這些公式。

(1)

(2)

式中：△F為斷裂強度的下降率，△L為斷裂伸長率的下降率，F(xiàn)1、L1分別為前一因素下紗線的斷裂強度和斷裂伸長率，F(xiàn)2、L2分別為后一因素下紗線的斷裂強度和斷裂伸長率。

從表3可以看出，隨著編織的不斷進行，紗線經(jīng)過分紗筘后由于受到底部和側邊的摩擦作用，強度和伸長率受到一定的損失。在經(jīng)過分紗筘后強度下降2.71%，斷裂伸長率下降1.30%。在經(jīng)過導紗針后時，紗線強度和伸長率進一步下降。強度從經(jīng)過分紗筘后的2.87 cN/dtex降低到2.73 cN/dtex，下降了4.88%；伸長率則下降15.38%。經(jīng)過導紗針后紗線斷裂強度和斷裂伸長率的下降幅度明顯大于經(jīng)過分紗筘后的，說明導紗梳對紗線的損傷作用更強。其原因在于分紗筘對紗線的作用時間較短，而導紗梳會帶著紗線前后擺動并進行左右橫移，使得紗線受到反復的拉伸作用。在導紗梳的運動過程中，紗線還會與導紗孔進行不斷的摩擦，使得紗線的強度和伸長率受到較大的損傷。

2.3 機速對短纖紗力學性能的影響

短纖紗的斷裂強度和斷裂伸長率隨著機速的提升而不斷下降。隨著機速的提升，紗線強度和伸長率的下降率如表4所示。圖4示出機速與紗線力學性能的關系。

表4 紗線強度和伸長率的下降率

從圖4可以看到，紗線斷裂強度、斷裂伸長率與機速呈顯著的一次線性關系，斷裂強度和機速的相關性方程為y=-0.000 6x+3.083 1(R2=0.993 9)，斷裂伸長率與機速的相關性方程為y=-0.001 9x+9.427 0(R2=0.964 0)。隨著機速的增加，紗線與各導紗部件的摩擦加劇，紗線抖動增加，使紗線強度和伸長率的損失增加。從強度和伸長率的下降率來看，雖然每次機速的提升，紗線強度和伸長率的下降率都較小，但隨著機速的提升，強度和伸長率始終在下降。本文測試的機速最高僅為700 r/min，而常規(guī)機速一般在1 000 r/min以上。通過上述的2個線性方程，可估計當機速為1 000 r/min時，紗線的斷裂強度約為2.48 cN/dtex，斷裂伸長率約為7.53%，與未經(jīng)整經(jīng)和織造的紗線相比，強度下降了19.7%，伸長率下降了30.1%，強度和伸長率的下降率非常顯著。而強度和伸長率的下降會加大編織難度，使斷頭增多，對最終的織物強度也會造成影響。因此為了使紗線既能順利編織又能盡可能地提高生產(chǎn)效率，在編織過程中需要采取一些合理的措施來減少紗線損傷，如在每次落布時需及時對編織區(qū)域進行清花和加油，從而減少編織機件對紗線的摩擦損傷，此外，在進行短纖紗的編織時，需合理選用張力片的材質(zhì)、數(shù)量和位置，從而使短纖紗得到更緩和的加工，減少因張力突變而造成的紗線損傷。

2.4 墊紗組織對短纖紗力學性能的影響

不同墊紗組織下，紗線的強伸性測試結果如表5所示。

表5 不同組織下紗線的力學性能變化

由表5可知，隨著延展線的增長，斷裂強度和斷裂伸長率有不斷增加的趨勢。這是因為在一個成圈過程中，經(jīng)紗有時需要送入，有時則需要反過來從成圈區(qū)域中拉出，經(jīng)紗相對于織針和導紗針會發(fā)生多次往復移動，在編織每個橫列時，紗線相對于導紗孔的往復移動次數(shù)相同；此外，由文獻[11]的研究知道，經(jīng)紗張力在1個成圈過程中呈現(xiàn)3次明顯的張力峰值。紗線相對導紗孔的反復摩擦以及張力峰值都會對紗線造成一定的損傷，因此從第1個經(jīng)軸上下來到導紗針的這1段紗線的損傷程度與能夠編織的橫列數(shù)息息相關。

設紗線從經(jīng)軸a點到導紗針e點的距離為A，單位為mm(如圖3所示)。經(jīng)測量，得到GB1的A段長度為1 854 mm，結合不同組織下的送經(jīng)量，從經(jīng)軸退繞下來紗線a點到進入導紗針e點能夠編織的橫列數(shù)S：

(3)

式中R為不同組織下的送經(jīng)量，mm/臘克。

通過式(3)計算可以得到，組織為1-0/1-2//時可以編織627個橫列，1-0/2-3//可以編織481個橫列，1-0/3-4//則可以編織387個橫列。從這個計算結果可以看到，隨著組織延展線的增長，從經(jīng)軸上下來的這段紗線可以編織的橫列數(shù)不斷減少。因此當編織的組織延展線越長時，從經(jīng)軸上下來的這段紗線與導紗孔的往復移動次數(shù)以及受到張力峰值的次數(shù)減少，使紗線的損傷減小。但在測試時，由于將經(jīng)過導紗孔后的紗線作為測試對象，而非成圈后的紗線，在取紗線時，握持張力無法準備模擬在經(jīng)編機上的狀態(tài)，且取樣時紗線與導紗針的角度與正常成圈時紗線與導紗針的角度不同，因此會有一定的誤差。

3 結 論

本文通過比較緊密賽絡紡滌綸短纖紗與滌綸長絲的性能，得出緊密賽絡紡滌綸短纖紗的強度接近滌綸長絲強度，但斷裂伸長率要比滌綸長絲小的多，且短纖紗的條干均勻性差，毛羽多，因此經(jīng)編過程困難。不同導紗部件以及編織速度、織物組織延展線長度都會影響滌綸短纖紗的斷裂強度和斷裂伸長率，從經(jīng)過分紗筘后和導紗針后的紗線來看，經(jīng)過導紗針后的紗線斷裂強度和斷裂伸長率的下降幅度明顯大于經(jīng)過分紗筘后的；從編織速度來看，隨著機速的提升，短纖紗斷裂強度和斷裂伸長率不斷下降，并呈現(xiàn)明顯的一次線性關系；從編織組織的延展線長度來看，隨著延展線的增長，短纖紗斷裂強度和斷裂伸長率有不斷增加的趨勢。

本文實驗測試了短纖紗在經(jīng)編過程中斷裂強度和斷裂伸長率的變化情況，而實際生產(chǎn)中短纖紗毛羽狀況也會對經(jīng)編編織產(chǎn)生較大的影響，但由于毛羽測試所需長度較長，受到取樣方法的限制，毛羽測試很難進行，因此，在以后的研究中需探索更合適的取樣方式，對短纖紗在經(jīng)編過程中的毛羽變化進行分析，得到更準確的短纖紗的損傷情況。

FZXB

[1] 陳靜靜, 蔣高明. 緊密紡純棉經(jīng)編產(chǎn)品的編織工藝探討[J]. 針織工業(yè),2005(8):1-3,68. CHEN Jingjing, JIANG Gaoming. A research on the knitting technology of tight-spun pure cotton yarn warp knitted fabrics[J]. Knitting Industries, 2005(8):1-3,68.

[2] 陳燕. 純棉經(jīng)編面料的生產(chǎn)工藝[J]. 針織工業(yè),2012(12):11-12. CHEN Yan. The producing technology of the pure cotton yarn warp knitted fabrics[J]. Knitting Industries, 2012(12):11-12.

[3] 徐穎, 蔣高明, 繆旭紅. 緊密紡高支棉紗的經(jīng)編編織工藝探討[J]. 針織工業(yè),2008(6):22-24. XU Yin, JIANG Gaoming, MIAO Xuhong. A research on the knitting technology of tight-spun high count cotton yarn warp knitted fabrics[J]. Knitting Industries, 2008(6):22-24.

[4] BLACK D H. Knitting with cotton and cotton blend open-end spun yarns[J]. Textile Research Journal, 1975, 45(1): 48-53.

[5] 夏風林, 蔣高明, 張帥, 等. 經(jīng)編棉蓋絲面料生產(chǎn)工藝探討[J]. 針織工業(yè),2006(12):11-13,70. XIA Fenglin, JIANG Gaoming, ZHANG Shuai, et al. A research on the producing technology of the warp knitted fabric with cotton face and polyester back[J]. Knitting Industries, 2006(12):11-13,70.

[6] 朱新卯, 劉云霞. 氨棉經(jīng)編內(nèi)衣面料的開發(fā)[J]. 針織工業(yè),2007(1):23-25. ZHU Xinmao, LIU Yunxia. Development of polyurethane/cotton warp knitted underwear fabrics[J]. Knitting Industries,2007(1):23-25.

[7] 陳靜靜. 高速經(jīng)編機編織時棉紗毛羽的研究[D].

無錫：江南大學,2006:23-46. CHEN Jingjing. A research on the changes of the hairiness of cotton yarn during the warp-knitting on the high-speed warp-knitting machine[D]. Wuxi: Jiangnan University,2006:23-46.

[8] 徐穎. 緊密紡高支棉紗的經(jīng)編編織特性研究[D]. 無錫: 江南大學,2008:22-32. XU Ying. Research on knitting characteristics of compact spinning high count cotton yarn on warp-knitting machine[D]. Wuxi: Jiangnan University,2008:22-32.

[9] 謝春萍, 楊麗麗, 蘇旭中, 等. 緊密賽絡紡集聚效果及紗線結構分析[J]. 紡織學報,2007,28(3):9-12. XIE Chunping, YANG Lili, SU Xuzhong, et al. Analysis of compact effect and yarn structure of compact siro spinning[J]. Journal of Textile Research,2007,28(3):9-12.

[10] SU X Z, GAO W D. Research on the compact-siro spun yarn structure[J]. Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2015, 23(3): 54-57.

[11] 馮勛偉. 經(jīng)編機經(jīng)紗張力分析及合理上機條件探討[J]. 紡織學報,1989,10(7):25-28. FENG Xunwei. Investigation on reasonable working condition and warp tension analyzing of warp knitting machine[J]. Journal of Textile Research,1989,10(7):25-28.

Effect of warp knitting on mechanical properties of spun yarn

HU Yu, MIAO Xuhong

(EngineeringResearchCenterofKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

For expanding the application of spun yarn in the warp knitting and promoting the development of warp knitted fabrics, the factors damaging spun yarn in warp knitting were discussed in this paper. Compact sirospun polyester yarn with 73.8 dtex was selected as raw materials, and the effect of guiding devices, knitting speed and length of underlap on the mechanical properties of spun yarn was tested. The research results showed that in the path of yarn knitting, the breaking strength and elongation at break of spun yarn decreas when passing every device. And after passing the guide bar, yarn breaking strength and elongation at break decrease significantly in comparison with that of yarn passing raddle. With the upgrading of knitting speed, yarn breaking strength and elongation decline, showing a significant linear relationship. With the longer underlap, yarn breaking strength and elongation at break have a rising trend.

warp knitting; spun yarn; performance test; yarn injury

10.13475/j.fzxb.20150706506

2015-07-28

2016-03-05

國家自然科學基金項目(11302085)；江蘇省產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新資金-前瞻性聯(lián)合研究項目(BY2015019-20，BY2015019-01)；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程資助項目(蘇政辦發(fā)(2014)37號)

胡瑜(1992—)，女，碩士生。研究方向為短纖紗在經(jīng)編中的應用。繆旭紅，通信作者，E-mail:miaoxuhong@163.com。

TS 182

A