旋流噴嘴對(duì)大麻/棉混紡紗性能的影響

晏江　邱華

摘要：為改善麻纖維因自身性能缺陷與傳統(tǒng)紡織工藝局限性所導(dǎo)致的成紗毛羽問題，將新型減羽技術(shù)旋流噴嘴紡應(yīng)用于10%、20%和40%大麻含量的棉麻混紡紗成紗過程，選擇適當(dāng)?shù)募?xì)紗工藝參數(shù)并測(cè)試成紗后的主要性能指標(biāo)。結(jié)果表明：在適宜的入口氣壓作用下，旋流噴嘴可以顯著降低3種紗線的有害毛羽數(shù)量，其中對(duì)20%大麻含量的紗線減羽數(shù)量達(dá)到了88.5%，同時(shí)還輕微增加了3種紗線的短毛羽數(shù)量。旋流噴嘴輕微降低了3種紗線的斷裂強(qiáng)力，條干不勻率略有惡化，對(duì)40%大麻含量的紗線最為顯著。通過顯微鏡觀察紗線表面形態(tài)，旋流噴嘴作用后的紗線表面光潔，結(jié)構(gòu)緊密。

關(guān)鍵詞：大麻；混紡比；旋流噴嘴；壓強(qiáng)；毛羽

中圖分類號(hào)：TS121.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2017）06-0087-05

The Effect of Swirl Nozzle on the Performance of Hemp/Cotton Blended Yarn

YAN Jiang， QIU Hua

（Jiangnan University Key Laboratory of EcoTextiles， Ministry of Education， Wuxi 214122， China）

Abstract：In order to improve yarn hairiness caused by performance defect of hemp and the restriction of traditional textile technology， the novel swirl nozzle spinning technology was applied in the spinning process of 10%，20%，40%hemp/cotton blended yarns. Then， the proper spinning parameters were chose and the main performance indexes of the yarns were tested. The results show that the vortex nozzle can significantly reduce harmful hairiness of the three kinds of yarns under proper inlet pressure. It can effectively reduce 88.5% of hairiness for the yarns containing 20% hemp. Besides， the quantity of short hairiness increases slightly for the three kinds of yarns. The swirl nozzle slightly reduces breaking strength and deteriorates evenness of these yarns， especially for the yarns containing 40% hemp. By observing the yarn surface morphology with a microscope， the vortex nozzle makes yarns have clean surface and compact structure.

Key words：hemp； blended ratio； swirl nozzle； pressure； hairiness

大麻纖維是重要的紡織原料，具有優(yōu)良的吸濕導(dǎo)濕性、抗菌性、透氣性、可降解性、吸音消波性、抗紫外性等特點(diǎn)[15]，可用于服裝、家紡，汽車內(nèi)飾等諸多領(lǐng)域。然而大麻纖維存在粗、硬、整齊度差等缺點(diǎn)，單獨(dú)成紗不僅難度大，且表面毛羽多、手感粗糙，很多大麻生產(chǎn)廠家采用精細(xì)化加工處理的大麻，使其棉型化，以便能與棉、毛、絲、化纖等纖維混紡[68]，但成紗過程中的毛羽問題仍是制約其產(chǎn)品高端化、舒適化的一個(gè)重要原因。王美紅[9]、季萍等[10]和宋孝浜等[11]采用渦流紡技術(shù)開發(fā)大麻/棉混紡紗，在減少毛羽方面取得了一定效果，但對(duì)原料性能及工藝參數(shù)設(shè)置要求較嚴(yán)格；黃克華[12]采用賽絡(luò)紡工藝紡制Tencel/大麻/羊毛/絹絲混紡紗，所得到的紗線毛羽相對(duì)較低，紗線性能滿足針織紗要求；凌良仲等[13]采用嵌入式紡紗方法開發(fā)可紡性較差的大麻纖維多組分混紡紗產(chǎn)品，其毛羽指數(shù)低于集聚紡紗；唐萍[14]針對(duì)大麻整齊度差，可紡性不好的缺點(diǎn)采用緊密紡技術(shù)紡制大麻/微孔聚酯混紡紗，紗線各項(xiàng)性能較好，毛羽減少。旋流噴嘴是一種新型減羽技術(shù)，其減羽效果顯著，成本低，易安裝，但目前只用于純棉紗。本文選用結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)的旋流噴嘴[1517]，用以解決大麻/棉混紡紗成紗過程中的毛羽問題。

1旋流噴嘴減羽機(jī)理

旋流噴嘴是一種減少環(huán)錠紗毛羽的方法[18]，安裝于環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉和導(dǎo)紗鉤之間（圖1）。

旋流噴嘴氣流流域由一個(gè)氣道和一個(gè)紗道順時(shí)針相切而成，氣道直徑1.4 mm，長(zhǎng)度5 mm，紗道直徑2 mm，長(zhǎng)度21 mm，氣道將紗道分成兩部分，其中向紗道入口一端距離是向紗道出口一端距離的兩倍。氣道中通入的高速旋轉(zhuǎn)氣流在進(jìn)入紗道時(shí)分別向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)（圖2），一部分氣流順時(shí)針向紗道入口運(yùn)動(dòng)，與紗線運(yùn)動(dòng)及加捻方向相反，使紗線開松膨起，更多的纖維伸出紗線表面，也貼服了紗線表面產(chǎn)生的順向毛羽；另一部分氣流順時(shí)針向紗道出口運(yùn)動(dòng)，與紗線運(yùn)動(dòng)及加捻方向相同，包裹紗線表面長(zhǎng)毛羽并貼服逆向毛羽。由于旋流噴嘴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使得紗線在解捻區(qū)域和加捻區(qū)域的作用時(shí)間不同，解捻區(qū)域設(shè)計(jì)更長(zhǎng)是因?yàn)榧徏嗊^程中紗線本身存在加捻過程，因此開松紗線的過程更充分才能保證后續(xù)加捻過程對(duì)長(zhǎng)毛羽的包裹作用更有效，并且紗線表面的順向毛羽多于逆向毛羽[19]。之前的研究證明旋流噴嘴對(duì)棉紗減羽效果顯著[20]，但對(duì)于易產(chǎn)生有害毛羽的棉麻混紡紗的性能影響需要進(jìn)一步試驗(yàn)探究。

2紡紗試驗(yàn)

2.1原料

紡紗試驗(yàn)使用CZJF5型多功能細(xì)紗機(jī)，原料規(guī)格及細(xì)紗工藝參數(shù)設(shè)置如表1所示。

旋流噴嘴紡紗入口氣流壓強(qiáng)的設(shè)置對(duì)紗線性能影響顯著，因此試驗(yàn)需要確定適合的壓強(qiáng)值，旋流噴嘴所通氣壓較小，則達(dá)不到明顯效果；而過大，一是紗線斷頭較多，二是過大的氣流會(huì)吹散纖維結(jié)構(gòu)，使得較短的纖維經(jīng)受不住較大的氣流作用而被吹散出去，使得紗線中纖維散失嚴(yán)重。麻類纖維本身存在粗、硬、纖維間抱和力差等特點(diǎn)，氣流的作用也會(huì)對(duì)紗線的紗體結(jié)構(gòu)造成一定影響，因此要綜合考慮壓強(qiáng)值的優(yōu)選。不同大麻含量的紗線對(duì)壓強(qiáng)的適應(yīng)性也不同，試驗(yàn)選取0.5，0.1，0.15，0.2，0.25 MPa共5種壓強(qiáng)值。

2.2測(cè)試方法

2.2.1毛羽測(cè)定

采用YG172A型長(zhǎng)嶺紗線毛羽測(cè)試儀，參照FZ/T 01086—2000《紡織品毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》測(cè)試。測(cè)試速度為30 m/min，片段長(zhǎng)度為10 m，測(cè)試5管，每管5組。

2.2.2力學(xué)性能測(cè)定

采用YG020B型電子單紗強(qiáng)力機(jī)，參照GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》，測(cè)試條件：預(yù)加張力0.5 cN/tex，拉伸速度500 mm/min，間隔長(zhǎng)度0.2 m，測(cè)試5管，每管10次。

2.2.3條干性能測(cè)定

采用YG135G型條干儀檢測(cè)儀，參照GB/T 3292.1—2008《紗線條干不勻 紡織品紗線條干不勻試驗(yàn)方法 電容法》，測(cè)試速度400 m/min，時(shí)間1 min，測(cè)試5管，每管2次。

2.2.4表面形態(tài)觀察

采用YG002C型纖維檢測(cè)系統(tǒng)觀察各紗線的表面形態(tài)，均取放大十倍的紗線縱向圖片進(jìn)行對(duì)比觀察。

2.2.5測(cè)試條件

溫度19 ℃，相對(duì)濕度50%。

3結(jié)果與分析

3.1有害毛羽

麻混紡紗在生產(chǎn)過程中一個(gè)突出問題就是紗線毛羽多，特別是有害毛羽的數(shù)量較多，在后序織造過程中，有害毛羽會(huì)影響織造效率，造成布面織疵等，嚴(yán)重影響成品質(zhì)量。定義S3為每米紗線內(nèi)長(zhǎng)度大于或等于3 mm的紗線根數(shù)。試驗(yàn)所得紗線有害毛羽測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，旋流噴嘴氣流對(duì)于3種不同大麻含量的混紡紗均大幅度減少了其有害毛羽。通過對(duì)測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，試樣1經(jīng)過旋流噴嘴紡紗后紗線有害毛羽數(shù)量最高減少了85%，試樣2最高減少了88.5%，試樣3最高減少了87.5%，比較來說對(duì)于20%大麻含量的紗線減羽效果最為顯著。對(duì)于普通環(huán)錠紡紗線來說，大麻的含量越高，混紡紗有害毛羽數(shù)量越多，這跟大麻纖維本身粗、硬、整齊度差、抱合力差的特點(diǎn)有關(guān)。隨著噴嘴入口氣流壓強(qiáng)的增大，3種紗線的毛羽指數(shù)均呈現(xiàn)先降低后增加的過程，這是因?yàn)檩^大的氣流能夠使紗線開松充分并對(duì)長(zhǎng)毛羽施加足夠的包裹力，從而顯著減少表面長(zhǎng)毛羽數(shù)量。但過大的氣流對(duì)紗線結(jié)構(gòu)會(huì)造成較大的沖擊，容易吹散紗體結(jié)構(gòu)，使更多的自由端纖維伸出表面，對(duì)減羽效果不利。對(duì)于不同大麻含量的混紡紗來說，其最優(yōu)壓強(qiáng)值也不同，10%和20%大麻含量的紗線在壓強(qiáng)為0.2 MPa時(shí)有害毛羽數(shù)量減少量最多，40%大麻含量的紗線則在壓強(qiáng)值為0.15 MPa時(shí)減羽效果最好。這是由于大麻含量越高，纖維間抱合作用也稍弱，所能承受的壓強(qiáng)值較小。

3.2有益毛羽

由于噴嘴中所通入的氣流對(duì)紗線起到解捻重新伸直排列再加捻的作用，使得在解捻過程中，逆向運(yùn)動(dòng)的氣流會(huì)開松紗線結(jié)構(gòu)，使得紗體更加蓬松，不可避免地會(huì)增加紗體表面的短毛羽數(shù)量。后序織造過程中，短毛羽不僅不會(huì)造成不良影響，還使得成布具有較好的手感，定義S1和S2為每米紗線表面長(zhǎng)度小于3 mm的毛羽數(shù)量，稱為有益毛羽。

由圖4中的結(jié)果可以看出，旋流噴嘴氣流在減少紗線有害毛羽的同時(shí)，會(huì)輕微增加短毛羽的數(shù)量，這也是旋流噴嘴不同于其他減羽技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)。試樣1最多增加了8.6%，試樣2最多增加了7%，試樣3最多增加了5.8%。短毛羽的增加量不是越多越好，適當(dāng)?shù)卦黾佣堂鹉苁辜喚€及織物手感更加豐滿、舒適。有研究表明，與普通環(huán)錠紗相比，采用旋流噴嘴紗線所織棉織物手感更豐滿，更舒適，且變形回復(fù)性更好[21]，這跟短毛羽的數(shù)量有關(guān)。

3.3力學(xué)性能

紗線的強(qiáng)力在一定程度上決定了織物的強(qiáng)力，且在織造過程中對(duì)紗線強(qiáng)力也有一定要求。圖5為各試樣在最優(yōu)壓強(qiáng)條件下所紡紗線的斷裂強(qiáng)力測(cè)試結(jié)果。

如圖5所示，圖5中的3種紗線在使用旋流噴嘴后，斷裂強(qiáng)度有輕微下降的趨勢(shì)，尤其是40%大麻含量的紗線，其強(qiáng)力降低了11.9%，試樣2和試樣3分別降低了6.4%和0.9%。旋流紡紗線經(jīng)過解捻再加捻的過程使得紗線結(jié)構(gòu)包裹地更加緊密，纖維抱和作用更強(qiáng)，因此強(qiáng)力值應(yīng)該更大，但測(cè)試結(jié)果顯示斷裂強(qiáng)力有輕微降低，這是由于旋流噴嘴中通入的壓縮氣流在重塑紗線結(jié)構(gòu)的同時(shí)也會(huì)吹散小部分較短纖維，引起紗線中纖維數(shù)量的散失，即使結(jié)構(gòu)更加緊密，橫截面中纖維數(shù)量的減少也會(huì)造成強(qiáng)力的下降。

3.4條干

紗線的條干均勻度也是影響成布外觀質(zhì)量的重要因素，圖6為各試樣在最優(yōu)壓強(qiáng)條件下所紡紗線的條干CV值測(cè)試結(jié)果。從圖6中可以看出，使用旋流噴嘴所紡的紗線條干不勻稍有增加，試樣1條干不勻增加了14.2%，試樣2增加了11.02%，試樣3增加了3.5%，但差異并不明顯。原料精細(xì)化的效果、紡紗工藝參數(shù)設(shè)置及粗紗條干均勻度都會(huì)影響成紗的條干，調(diào)整適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)可使條干的惡化降到最低。

3.5形貌

通過光學(xué)顯微鏡觀察不同含量大麻混紡紗線放大10倍的縱向照片，如圖7所示。從圖7中明顯可以看出大麻混紡紗在使用旋流噴嘴后紗線表面形態(tài)的變化。圖7中（a）、（c）、（e）普通環(huán)錠紗線結(jié)構(gòu)松散、凌亂，表面毛羽多，尤其是長(zhǎng)毛羽較多。經(jīng)過環(huán)錠旋流噴嘴中的旋轉(zhuǎn)氣流作用后，紗線結(jié)構(gòu)更加緊密，如圖7中（b）、（d）、（f），纖維的抱和作用更強(qiáng)，且紗體表面光潔。試樣2可以明顯觀察到紗線表面的幾根黑色原液長(zhǎng)絲，旋流噴嘴紡紗線結(jié)構(gòu)緊密，長(zhǎng)絲均勻地包裹在紗體外側(cè)，使紗線色澤更加均勻。

4結(jié)論

采用旋流噴嘴紡紗技術(shù)對(duì)不同大麻含量的棉/大麻混紡紗進(jìn)行細(xì)紗實(shí)驗(yàn)，測(cè)試所紡紗線性能，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行處理分析，得出以下結(jié)論：

a）旋流噴嘴對(duì)于3種大麻含量的棉麻混紡紗均有顯著的減少有害毛羽的作用，其中對(duì)于20%大麻/80%棉混紡紗的減羽效果最為顯著。在不同的壓強(qiáng)作用下，對(duì)紗線減羽效果也不同，10%大麻/90%棉和20%大麻/80%棉混紡紗在0.2 MPa壓強(qiáng)作用下的減羽效果最好，40%大麻/60%棉混紡紗在0.15 MPa壓強(qiáng)條件下有害毛羽數(shù)量最低。

b）旋流噴嘴在減少紗線有害毛羽數(shù)量的同時(shí)，會(huì)輕微增加紗線表面的短毛羽數(shù)量，對(duì)40%含量大麻混紡紗的增加量要稍高于10%和20%含量的棉麻紗。短毛羽的適當(dāng)增加使得紗線及織物的手感更加豐滿舒適。

c）旋流噴嘴雖然減羽效果顯著，但由于在一定程度上沖擊了紗體結(jié)構(gòu)，造成了少量纖維散失，使得紗線強(qiáng)力和條干有輕微惡化，通過優(yōu)化原料的性能和紡紗工藝參數(shù)能適當(dāng)減少?gòu)?qiáng)力損失和條干不勻的增加。

d）顯微鏡下觀察紗線形貌，可以發(fā)現(xiàn)使用旋流噴嘴后紗線表面光潔，紗體結(jié)構(gòu)更加緊密，抱合作用更強(qiáng)。

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（責(zé)任編輯：陳和榜）