一步法錦綸氨綸包覆絲的包覆工藝及性能研究*

劉海婷，白秀娥，趙廣兵，李海濤，管新海

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.吳江亞太化紡有限公司，江蘇 吳江 215231)

?

一步法錦綸氨綸包覆絲的包覆工藝及性能研究*

劉海婷1，白秀娥1，趙廣兵2，李海濤2，管新海1

(1.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021；2.吳江亞太化紡有限公司，江蘇 吳江 215231)

研究了錦綸氨綸拉伸假捻包覆一步法中錦綸6變形絲和氨綸拉伸絲同時(shí)輸入包覆噴嘴渦流腔內(nèi)、在超高速渦流空氣下形成錦綸氨綸包覆絲的試驗(yàn)方法，探討了不同包覆工藝條件對(duì)錦綸氨綸包覆絲性能的影響。試驗(yàn)表明：在不同包覆噴嘴孔徑、噴射空氣壓力、加工速度工藝條件時(shí)，其錦綸氨綸包覆絲的沸水熱收縮率及斷裂強(qiáng)伸度也隨之產(chǎn)生不同的變化。試驗(yàn)認(rèn)為：包覆工藝參數(shù)選擇在包覆噴嘴孔徑為0.9mm、空氣壓力為0.45MPa及加工速度為750m/min較為合理，從而使制成的錦綸氨綸包覆絲具有較好的熱收縮性能和強(qiáng)伸度特性。

錦綸6變形絲；氨綸拉伸絲；包覆絲；包覆工藝；性能

目前，國內(nèi)外市場上通常采用二步法或三步法生產(chǎn)包芯紗、包覆紗的加工方法及工藝技術(shù)路線，其整個(gè)加工設(shè)備通常需由包括錦綸6POY 拉伸假捻機(jī)、氨綸絲拉伸機(jī)、錦綸6DTY 與氨綸拉伸絲包覆機(jī)三種設(shè)備，該生產(chǎn)方法存在加工工序復(fù)雜、工藝流程長、加工速度低、能耗高、效率低、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量差等諸多缺點(diǎn)，其制得的產(chǎn)品易出現(xiàn)染色不勻，彈性差，易縮水、質(zhì)量不穩(wěn)定等問題。本研究主要針對(duì)上述包覆絲生產(chǎn)方法及工藝設(shè)備上存在的不足和亟需解決的缺陷，采用將錦綸6預(yù)取向絲(POY)與氨綸放在同一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行拉伸、假捻、包覆加工的生產(chǎn)方法及工藝設(shè)備技術(shù)。本試驗(yàn)著重研究經(jīng)拉伸假捻后的錦綸6變形絲(DTY)和氨綸拉伸絲同時(shí)輸入并絲器和包覆裝置，在包覆噴嘴渦流腔內(nèi)的超高速渦流空氣下形成錦氨包覆，經(jīng)上油和卷繞成型，制得錦氨綸包覆絲的研究方法，實(shí)現(xiàn)一步法生產(chǎn)錦綸6POY/氨綸拉伸假捻包覆絲的包覆工藝及設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)的突破，使錦氨綸包覆絲具有包覆卷縮細(xì)、膨松彈性好、彈性伸長率可控、質(zhì)量均勻、品質(zhì)好、附加值高等優(yōu)良特性，從而達(dá)到縮短生產(chǎn)工藝流程、降低能耗和生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量和高附加值的目的。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料

本試驗(yàn)產(chǎn)品規(guī)格為2040/34錦氨綸包覆絲,其中氨綸絲規(guī)格為22dtex，錦綸6拉伸假捻變形絲規(guī)格為44dtex。

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本研究試驗(yàn)選用經(jīng)柔性化技術(shù)改造后的一步法錦綸POY/氨綸拉伸假捻包覆機(jī)設(shè)備，它包括由錦綸POY拉伸假捻機(jī)裝置、氨綸絲拉伸機(jī)裝置、錦綸6變形絲與氨綸拉伸絲包覆機(jī)裝置三部分構(gòu)成。

1.3測試儀器及方法

1.3.1沸水收縮率的測定

用YG086型縷紗測長儀繞取一定數(shù)量的纖維，在預(yù)加張力(0.1cN/dtex)下測定纖維的原始長度l0，然后用紗布包好，放入沸水中煮30min，取出并自然冷卻，在相同預(yù)加張力下測定纖維長度l1，并用下式計(jì)算纖維的沸水收縮率。

(1)

1.3.2力學(xué)性能的測定

用Y741型纖維強(qiáng)力儀測定纖維強(qiáng)伸度等指標(biāo)。

1.4實(shí)驗(yàn)工藝

1.4.1工藝流程

試驗(yàn)采用錦氨綸拉伸假捻包覆一步法過程中將已經(jīng)拉伸假捻得到錦綸6變形絲與經(jīng)拉伸一定倍數(shù)的氨綸拉伸絲同時(shí)輸入并絲器、第二羅拉至包覆裝置進(jìn)行包覆后，再經(jīng)輔助羅拉、上油裝置和卷繞裝置進(jìn)行卷繞成型，制得錦氨綸包覆絲，其包覆工藝流程及技術(shù)路線如圖1所示。

圖1　錦氨綸包覆絲的包覆工藝流程圖

1.4.2工藝參數(shù)

表1　錦氨綸包覆絲的包覆工藝參數(shù)

2　結(jié)果與討論

在錦綸6變形絲與氨綸拉伸絲的包覆加工過程中，研究采用將拉伸假捻工序制成的錦綸6變形絲和已拉伸一定倍數(shù)的氨綸拉伸絲同時(shí)輸入包覆噴嘴裝置，在包覆噴嘴腔內(nèi)的渦流態(tài)噴射氣流下激烈地移動(dòng)和回轉(zhuǎn)，然后與噴射氣流一起連續(xù)地從渦流腔紊流區(qū)泄出，并在泄出的一瞬間沿絲條軸線方向上進(jìn)行纏結(jié)交絡(luò)包覆，形成有規(guī)則纏結(jié)交絡(luò)度及卷縮膨松狀態(tài)絲圈的錦氨綸包覆絲的試驗(yàn)方法，探討不同包覆工藝條件對(duì)錦氨綸包覆絲性能及包覆效果的影響[1]，尤其是所設(shè)包覆工藝條件中的噴嘴孔徑、噴射空氣壓力、加工速度變化與錦氨綸包覆絲熱收縮性能及斷裂強(qiáng)伸度之間的構(gòu)效關(guān)系。

2.1錦氨綸包覆噴嘴孔徑

由于一步法錦氨綸包覆絲的熱收縮性能是由錦綸和氨綸這兩種組分的分子結(jié)構(gòu)與分子熱運(yùn)動(dòng)所共同貢獻(xiàn)的[2]，它主要取決于拉伸假捻包覆工藝條件，尤其是所設(shè)包覆工藝對(duì)包覆絲熱收縮性能的影響更為明顯，不同的包覆工藝參數(shù)將制得不同的錦氨綸包覆絲熱收縮性能。圖2給出了在一定的噴射空氣壓力和加工速度條件下、不同噴嘴孔徑與100℃沸水處理后包覆絲熱收縮性能的變化趨勢。

(1)加工速度750m/min和空氣壓力0.30MPa(2)加工速度750m/min和空氣壓力0.45MPa圖2　不同噴嘴孔徑與100℃沸水熱收縮性能的關(guān)系

從圖2不同噴嘴孔徑與100℃沸水處理后包覆絲熱收縮性能變化曲線可以看出，在一定的加工速度為750m/min和噴射空氣壓力分別為0.30MPa和0.45MPa工藝條件下，設(shè)定不同的包覆噴嘴孔徑參數(shù)值，其包覆絲沸水熱收縮率的變化也不相同。當(dāng)噴射空氣壓力為0.30MPa時(shí)，隨著包覆噴嘴孔徑的增大，其包覆絲的沸水熱收縮率也隨之增加，而在噴射空氣壓力為0.45MPa時(shí)，其包覆絲的沸水熱收縮率則隨之增大而降低。其原因可能是由于在相同的噴射空氣壓力下，不同包覆噴嘴孔徑及渦流腔的大小會(huì)對(duì)噴射空氣渦流態(tài)的沖擊力產(chǎn)生不同的影響效果，從而使較小的包覆噴嘴孔徑及渦流腔相比較大的包覆噴嘴孔徑及渦流腔能在相同的噴射空氣壓力下產(chǎn)生相對(duì)較大的空氣渦流狀態(tài)的沖擊力，造成包覆加工過程中包覆絲的熱收縮性能的變化趨勢產(chǎn)生明顯的不同或差異。由此可知，在一定的加工速度、噴射空氣壓力為0.30MPa和0.45MPa時(shí)，不同包覆噴嘴孔徑將制得具有不同沸水熱收縮率特性的錦氨綸包覆絲。

2.2錦氨綸包覆噴射空氣壓力

本研究還對(duì)在一定包覆噴嘴孔徑和加工速度條件下，不同包覆噴射空氣壓力對(duì)錦氨綸包覆絲熱收縮性能的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，探討不同噴射空氣壓力與錦氨綸包覆絲熱收縮性能在100℃沸水熱處理時(shí)的內(nèi)在關(guān)系。

(1)加工速度750m/min和噴嘴孔徑0.90MPa(2)加工速度750m/min和噴嘴孔徑1.40MPa圖3　不同噴射空氣壓力與100℃沸水熱收縮性能的關(guān)系

由圖3中不同噴射空氣壓力與錦氨綸包覆絲熱收縮性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在一定包覆噴嘴孔徑和加工速度條件下，錦氨綸包覆絲的沸水熱收縮性能隨包覆噴射空氣壓力的增加而隨之出現(xiàn)不規(guī)則的變化。在相同加工速度為750m/min條件下，當(dāng)噴嘴孔徑0.90mm時(shí)，錦氨綸包覆絲在100℃沸水熱收縮率隨噴射空氣壓力的增加而增大；而當(dāng)噴嘴孔徑1.40mm時(shí)，其錦氨綸包覆絲在100℃沸水熱收縮率隨噴射空氣壓力的增加而下降；這是因?yàn)樵谙嗤陌矅娮炜讖胶图庸に俣葧r(shí)，不同的噴射空氣壓力在包覆噴嘴渦流腔內(nèi)形成的噴射空氣渦流態(tài)的沖擊力大小的影響明顯不同，從而導(dǎo)致包覆絲的熱收縮性能變化趨勢產(chǎn)生很大差異。另外，隨著包覆噴射渦流空氣壓力的增加，使包覆加工過程中噴射空氣的消耗量也隨之增加，從而造成生產(chǎn)成本的增大。因此，優(yōu)化包覆噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)置和包覆試驗(yàn)工藝參數(shù)的設(shè)定，降低空氣消耗量，從而達(dá)到降本增效的目的。

2.3錦氨綸包覆加工速度

在錦氨綸包覆試驗(yàn)中，由于錦氨綸包覆絲的纏結(jié)交絡(luò)包覆程度、卷縮膨松狀態(tài)及絲圈大小、熱收縮性能除了與包覆噴嘴孔徑和噴射空氣壓力參數(shù)值影響有關(guān)外，同時(shí)還與加工速度有很大的關(guān)系。圖4給出了在一定包覆噴嘴孔徑和噴射空氣壓力條件下，不同加工速度對(duì)錦氨綸包覆絲的熱收縮性能影響的變化關(guān)系。

(1)噴嘴孔徑1.40MPa和空氣壓力0.30MPa(2)噴嘴孔徑1.40MPa和空氣壓力0.45MPa圖4　不同加工速度與100℃沸水熱收縮性能的關(guān)系

從圖4不同加工速度對(duì)錦氨綸包覆絲的熱收縮性能影響的變化關(guān)系可以看出，錦氨綸包覆絲熱收縮性能隨不同加工速度的改變而發(fā)生不同的變化。在一定的包覆噴嘴孔徑為1.4mm條件下，當(dāng)噴射空氣壓力分別為0.30MPa時(shí)，包覆絲在100℃沸水熱收縮率隨包覆加工速度的增加而增加；而當(dāng)噴射空氣壓力分別為0.45MPa時(shí)，包覆絲在100℃沸水熱收縮率隨包覆加工速度的增加而降低。出現(xiàn)這種變化的原因是由于錦綸6POY/氨綸包覆絲熱收縮性能是由錦綸和氨綸這兩種組分的分子結(jié)構(gòu)與分子熱運(yùn)動(dòng)所共同體現(xiàn)[2]，而加工速度過高或過低將影響錦綸6絲束的熱塑性狀態(tài)及其變形效果[3]，從而影響錦氨綸包覆絲的包覆性能。

2.4錦氨綸包覆絲強(qiáng)伸度性能

在錦氨綸包覆絲的后加工織造過程中，通常用錦綸6變形絲/氨綸包覆絲的熱收縮性能、斷裂強(qiáng)伸度性能來衡量具有抵抗外力作用的能力，表征包覆絲微細(xì)結(jié)構(gòu)性能對(duì)后加工織造及其織物外觀、風(fēng)格、質(zhì)地和手感的影響。因此，在錦氨綸絲的包覆試驗(yàn)中，著重探討了包覆噴嘴孔徑、噴射空氣壓力、加工速度對(duì)錦氨綸包覆絲的斷裂強(qiáng)伸度性能的影響。表2給出了在加工速度為750m/min條件下，不同包覆噴嘴孔徑和噴射空氣壓力的工藝參數(shù)與錦氨綸包覆絲強(qiáng)伸度性能的關(guān)系。

表2　錦氨綸包覆工藝對(duì)包覆絲力學(xué)性能的影響

由表2試驗(yàn)表明，錦氨綸包覆絲的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率隨不同包覆噴嘴孔徑、空氣壓力工藝參數(shù)的改變而產(chǎn)生不同的變化，其中錦氨綸包覆絲的斷裂強(qiáng)伸度隨包覆噴嘴孔徑、噴射空氣壓力增加而使其變化的趨勢較為一致，但其斷

裂強(qiáng)度和斷裂伸長率變化趨勢的具體數(shù)值卻差異很大。在包覆噴嘴孔徑為0.90mm和1.40mm條件下，當(dāng)噴射空氣壓力從0.30MPa增加到0.45MPa時(shí)，錦氨綸包覆絲的斷裂強(qiáng)度隨噴射空氣壓力的增加而呈下降趨勢；而在噴射空氣壓力分別為0.30MPa和0.45MPa條件下，當(dāng)包覆噴嘴孔徑從0.90mm增大到1.40mm時(shí)，其錦氨綸包覆絲斷裂伸長率隨包覆噴嘴孔徑的增大而呈明顯的增加趨勢。其原因可能是由于不同的包覆工藝參數(shù)組合，使錦氨綸包覆絲在包覆過程中形成許多不同弱點(diǎn)而導(dǎo)致應(yīng)力分布的不均勻性因素增加，從而使錦氨綸包覆絲的斷裂強(qiáng)伸度發(fā)生不同的變化[4]。由此可知，試驗(yàn)中包覆工藝參數(shù)組合設(shè)定與錦氨綸包覆絲的強(qiáng)伸度性能有一定的內(nèi)在聯(lián)系，尤其是包覆噴嘴孔徑、空氣壓力工藝參數(shù)的組合優(yōu)化對(duì)錦氨綸包覆絲性能有較大的影響。

3　結(jié)論

本文研究了錦氨綸拉伸假捻包覆一步法過程中的錦氨綸包覆工藝條件對(duì)錦氨綸包覆絲性能的影響。試驗(yàn)表明：當(dāng)包覆噴射空氣壓力為0.30MPa時(shí)，包覆絲沸水熱收縮率隨噴嘴孔徑和加工速度的增大而增加，而當(dāng)噴射空氣壓力為0.45MPa時(shí)，其沸水熱收縮率則隨之增大而降低；在加工速度為750m/min時(shí)，當(dāng)包覆噴嘴孔徑為0.90mm時(shí)，包覆絲沸水熱收縮率隨噴射空氣壓力的增加而增大，而當(dāng)噴嘴孔徑為1.40mm時(shí)，其沸水熱收縮率隨之增加而下降；包覆絲的斷裂強(qiáng)度均隨包覆噴嘴孔徑和噴射空氣壓力的增大而下降，其斷裂伸長率則隨包覆噴嘴孔徑和噴射空氣壓力增大而增大。試驗(yàn)認(rèn)為：選擇錦氨綸包覆噴嘴孔徑為0.9mm、空氣壓力為0.45MPa和加工速度為750m/min的包覆工藝設(shè)定值較為合理，從而使制成的錦氨綸包覆絲具有較好的熱收縮性能和強(qiáng)伸度等特性。

[1] 張長樂,蔡韻梅.彈力包芯紗彈性與包覆效果的研究[J].棉紡織技術(shù).2009,9:517-521.

[2] 左保齊,周穎,閻四亞,等.生絲/氨綸包纏絲沸水收縮率的測定和分析[J].絲綢, 2002,3:41-43.

[3] W.Nolle.在變形機(jī)上采用聯(lián)合工藝生產(chǎn)彈性包芯紗[J].國際紡織導(dǎo)報(bào),2001,2:60-62.

[4] 姚瑞東,劉才容,陳南希,等.錦/氨包覆紗彈性伸長率影響因素的研究[J].江蘇紡織,2013(6):52-53.

江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金——前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(BY2014059-09)

2016-06-22