抗紫外短纖紗可紡性及紗線性能淺析

賈君君，李世君，路 廣，史利梅,2，雷青松

(1. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

應(yīng)用技術(shù)

抗紫外短纖紗可紡性及紗線性能淺析

賈君君1，李世君1，路 廣1，史利梅1,2，雷青松1

(1. 中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

采用合適的紡紗工藝，對抗紫外短纖產(chǎn)品進行了紡紗試驗研究。結(jié)果表明：抗紫外短纖具有優(yōu)良的可紡性；抗紫外紗線越粗，紗線的強度和毛羽值越高，斷裂伸長和摩擦系數(shù)無明顯變化；紗線纖維表面的粗糙程度會提高紗線的斷裂強度及摩擦系數(shù)，在此類產(chǎn)品紡紗時應(yīng)選用抗靜電和耐磨專件。

紡紗 抗紫外纖維 性能 纖維表面

紫外線是指波長100～400 nm的電磁波，人類接受適量的紫外線照射對身體是有益的，但過量的紫外線照射會使人皮膚過早老化，嚴(yán)重的會誘發(fā)皮膚癌甚至DNA損壞。近年來，由于地球大氣臭氧層遭到破壞，地球表面的紫外線輻射量大大增多，因此抗紫外紡織品的需求日益增加，這給紡織品的生產(chǎn)和開發(fā)帶來了機遇和挑戰(zhàn)[1-5]。本文主要基于儀化公司20K 1.33 dtex×38 mm抗紫外短纖產(chǎn)品(批次為Y2008Z1208)，采用紡紗設(shè)備對其進行了紡紗試驗，通過清梳聯(lián)、并條、粗紗和細(xì)紗工序紡制抗紫外紗線，并對抗紫外短纖可紡性能及紗線性能進行了探究。

1 試 驗

1.1 試驗材料

儀化公司20K抗紫外短纖產(chǎn)品，其纖維物理指標(biāo)如表1所示。

表1 20K抗紫外短纖纖維物理指標(biāo)

續(xù)表-1

1.2 試驗設(shè)備

梳棉機，TC5-1型，特呂茨施勒；

并條機，TD8型，特呂茨施勒；

粗紗機，DSro-01型數(shù)字式小樣粗紗機，天津嘉誠；

細(xì)紗機，DSSP型數(shù)字型小樣細(xì)紗機，天津嘉誠。

1.3 試驗過程

本試驗過程包括20K抗紫外短纖的紡紗、紗線性能測試分析兩部分。

1.3.1 抗紫外短纖紡紗

(1) 紡紗工藝流程：

抗紫外短纖→清梳聯(lián)工序→并條工序→粗紗工序→細(xì)紗工序

(2) 主要紡紗工藝

清梳聯(lián)工序中，控制試驗溫度在22～24 ℃，濕度為60%RH～68%RH；梳棉牽伸倍數(shù)設(shè)置為73，打手效率75%，輸出棉條定量為4.5 ktex，棉箱壓力為209～235 Pa，棉層厚度ICFD為0.91～0.97 mm[6-7]。

并條工序控制試驗溫度在22～24 ℃，濕度為58%RH～65%RH，共采用兩道并條，并合根數(shù)均為8根，出條速度400 m/min。其中一道并條牽伸倍數(shù)設(shè)置為8.25，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.8，棉條定量為4.4 ktex；一道并條棉條定量平均值為4.397 ktex，CV值為0.47%，牽伸效率為98.76%。二道并條牽伸倍數(shù)設(shè)置為8.28，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.23，棉條定量為4.3 ktex；二道并條過程中棉條定量平均值為4.317 ktex，CV值為0.45%，波動相對較小，牽伸效率為98.17%。

粗紗工序過程中，試驗溫度為26～28 ℃，濕度為60%RH～62%RH，粗條定量為480 tex，錠翼轉(zhuǎn)速控制在500 r/min，落紗速度為350 r/min，牽伸倍數(shù)為9.31，其中前區(qū)1.10，后區(qū)為1.30，捻系數(shù)為75，羅拉隔距塊為7 mm時，粗紗牽伸順利，成形良好。

細(xì)紗工序試驗控制溫度為28～30 ℃，濕度為55%RH～63%RH。細(xì)紗工序共紡出五種細(xì)度的細(xì)紗即：14.8 tex、16.9 tex、19.7 tex、21.1 tex、23.6 tex，捻系數(shù)控制在340～360，紡紗速度均控制在11 000 r/min左右。

1.3.2 紗線性能測試分析儀器與方法

在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度下，將紗線放置24 h進行預(yù)調(diào)濕[8]。

紗線線密度測試：采用YG086型縷紗測長機，測試紗線線密度，多次測量求平均值。

紗線強度測試：采用YG063T型全自動單紗強力儀測試紗線單紗強伸度,設(shè)置張力系數(shù)為0.5 cN/tex，拉伸速度為500 mm/min。

紗線條干與毛羽測試：采用ME100型USTER條干儀及毛羽模塊測試紗線和棉條條干均勻度及紗線毛羽指標(biāo)，選擇使用合適的烏斯特公報作為參照，測試速度設(shè)為50 m/min，測試時間5 min。

紗線摩擦系數(shù)測試：采用USTER ZWEIGLE摩擦儀5測試紗線摩擦系數(shù)，測試速度為200 m/min，測試時間30 s。

紗線表面電鏡分析：使用STEREOSCAN 440型掃描電子顯微鏡(SEM)對紗線纖維的表面結(jié)構(gòu)進行分析，截取一小段紗線進行解捻，分離出單根紗線，將纖維伸直放置于載玻片上，在載玻片上下兩端放置一定的導(dǎo)電膠，同時對纖維進行固定，對載玻片上的纖維進行噴金，試樣制成，將樣品放于載物臺上進行掃描、拍攝圖片。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗紫外短纖紡紗性能研究

清梳聯(lián)工序中，棉網(wǎng)清晰均勻，棉網(wǎng)動電壓(25～30 V)較小，牽伸倍數(shù)波動為±10%，生條條干均勻，成形良好；并條工序中，生頭較容易，棉條蓬松，牽伸力偏大，牽伸效率較常規(guī)滌綸低；粗紗工序中，生頭比較困難，紡紗過程中出現(xiàn)斷頭、纏輥、粗節(jié)、飄頭和牽不開現(xiàn)象，牽伸倍數(shù)由9.2調(diào)至9.31，調(diào)整后區(qū)牽伸倍數(shù)由1.28至1.40最終至1.30，調(diào)整錠翼速度由600 r/min至500 r/min，捻系數(shù)由65調(diào)至75，羅拉隔距塊由6 mm調(diào)至7 mm，調(diào)整溫度由23 ℃至26 ℃最終至28 ℃，調(diào)整后生頭容易，牽伸順利，成形良好；細(xì)紗工序過程中有白粉脫落物，飛花毛羽較多，但紡紗過程順利，無纏輥、斷頭現(xiàn)象。

表2、表3為抗紫外短纖和常規(guī)滌綸短纖紡紗過程中棉條、紗成形的主要質(zhì)量指標(biāo)，其中常規(guī)滌綸短纖采用與抗紫外短纖相近的紡紗工藝在相同的環(huán)境下進行紡紗。

表2 抗紫外短纖紡紗過程中成形質(zhì)量指標(biāo)

由表2可以看出，抗紫外短纖清梳聯(lián)、并條工序棉條和粗紗條干不勻均小于3%，條干不勻CV值均小于4%，這與常規(guī)滌綸紡紗過程中的成形質(zhì)量保持在相近水平；抗紫外短纖并條工序二并過程中棉條的條干不勻與CV值分別為1.54%與1.95%，成形質(zhì)量明顯高于常規(guī)滌綸短纖。

表3 抗紫外細(xì)紗成紗質(zhì)量指標(biāo)

從表3可知，抗紫外細(xì)紗的條干不勻率低于常規(guī)滌綸紗線，千米粗節(jié)數(shù)、細(xì)節(jié)數(shù)、棉結(jié)數(shù)明顯少于常規(guī)滌綸紗線，其中常規(guī)滌綸的-40%千米細(xì)節(jié)數(shù)是抗紫外紗線的2.12倍,因而抗紫外紗線的成紗質(zhì)量優(yōu)于常規(guī)滌綸紗線。

2.2 紗線性能分析

表4為抗紫外紗線和普通滌綸紗線的主要性能指標(biāo)值，其中常規(guī)紗線由常規(guī)滌綸短纖產(chǎn)品采用與抗紫外短纖相近的紡紗工藝紡制而成，紗線指標(biāo)也在相同測試環(huán)境中測得。

表4 紗線性能指標(biāo)值

從表4中可以看出抗紫外紗線的強度較常規(guī)滌綸紗線高，五種細(xì)度的紗線斷裂強度均在3.5以上，較常規(guī)滌綸高4%以上；成紗強度利用系數(shù)在0.61～0.66，比常規(guī)滌綸高20%左右；抗紫外紗線的斷裂伸長率在13.4%～13.9%,與常規(guī)滌綸紗線相比差別不大；紗線與金屬間的摩擦系數(shù)在0.36～0.37，比常規(guī)滌綸紗線高12%左右；紗線的毛羽值也明顯高于常規(guī)滌綸紗線。

圖1、圖2、圖3分別根據(jù)不同紗線細(xì)度的斷裂強度與CV值、不同細(xì)度紗線的斷裂伸長與CV值、不同細(xì)度紗線的毛羽與CV值繪制而成的折線圖。由圖1可以看出，抗紫外紗線越粗，紗線的強度越高，強力不勻率越低。紗線作為纖維的集合體，其拉伸斷裂過程中也取決于纖維的斷裂過程，所以纖維的長度、細(xì)度、強度、根數(shù)等都會影響紗線的拉伸斷裂強度。紗線越粗表明分布在紗線截面上的纖維根數(shù)越多，纖維之間的抱合力也就越大，在紗線拉伸斷裂過程中纖維之間越不容易滑脫，同時纖維在紗內(nèi)外層轉(zhuǎn)移的機會增加，各根纖維的受力比較均勻，共同承受拉力的纖維根數(shù)也越多，紗線越不容易被拉斷，因而成紗強度越高。

圖1 不同細(xì)度紗線的斷裂強度與CV值

圖2 不同細(xì)度紗線的斷裂伸長與CV值

從圖2可以發(fā)現(xiàn)，抗紫外紗線變粗，其斷裂伸長程度變化不大，伸長不勻率越??；紗線的斷裂伸長程度一般取決于纖維的斷裂伸長和紗線的結(jié)構(gòu)。對單紗而言，加捻使紗線的結(jié)構(gòu)緊密、紗線中纖維滑移的可能性減小、纖維伸長變形增加，當(dāng)捻系數(shù)增加時，紗線中纖維的傾斜變形程度增加，紗線被拉伸時有被拉直、變細(xì)的趨勢，從而紗線的斷裂伸長率增加?？棺贤饧喚€的紗線捻系數(shù)都控制在相近水平，所以其斷裂伸長率無明顯變化。

由圖3不難得出，隨著紗線粗細(xì)程度的增加，紗線毛羽值和毛羽不勻率都有所增加。紗線的毛羽多是在細(xì)紗工序牽伸和加捻過程中產(chǎn)生的，紗線毛羽值是指單位長度紗線表面超過一定長度的毛羽數(shù)量，紗線越粗，單位長度紗線的表面積也就越大，毛羽越多，因此紗線毛羽值也越大[9]。

2.3 紗線摩擦性能及纖維表面結(jié)構(gòu)分析

圖4是根據(jù)不同細(xì)度紗線的摩擦系數(shù)與CV值繪制而成的折線圖，不同細(xì)度紗線的摩擦系數(shù)基本相近且都在0.35以上，摩擦系數(shù)不勻率有所波動；纖維間的摩擦是纖維形成并維持纖維集合體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，紗線中纖維間的摩擦使纖維空間位置和紗線結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定，如果沒有纖維間的摩擦，整個紡織品體系將無法形成。紗線摩擦系數(shù)主要取決于纖維表面形態(tài)和紗線的加捻程度，抗紫外紗線所用纖維屬于同一品種且紗線加捻程度相近，從而其摩擦系數(shù)保持在相近水平。

圖4 不同細(xì)度紗線的摩擦系數(shù)與CV值

對纖維表面結(jié)構(gòu)做了掃描電鏡(SEM)分析，如圖5所示，a、b分別為放大1 000倍下的纖維表面電鏡圖。

從圖5電鏡圖可以發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)滌綸纖維相比，抗紫外纖維表面不是很光滑，具有細(xì)小的條紋。由于纖維的表面比較粗糙，纖維之間摩擦力比較大，從而纖維之間的抱合力較大，紗線在拉伸斷裂時不易發(fā)生形變和斷裂，即紗線的斷裂強度較大；紗線的表面由處于外層纖維組成，纖維表面較粗糙，從而紗線與金屬間的摩擦系數(shù)較大,明顯高于常規(guī)滌綸紗線。纖維表面粗糙，在紡紗過程中纖維與機件間的摩擦力也較大。

(a) 抗紫外纖維

(b) 常規(guī)滌綸纖維

并條工序中牽伸力大是由于纖維與并條機機件間的摩擦力較大，從而牽伸效率較常規(guī)滌綸低：抗紫外短纖并條工序中一并牽伸效率為98.76%，二并牽伸效率為98.17%，而常規(guī)滌綸短纖的牽伸效率均在99%以上。粗紗工序過程中出現(xiàn)斷頭纏輥的原因是由于纖維與皮輥間的摩擦力過大，牽伸過程中需要較大牽引力，所以粗紗工序中增大牽伸倍數(shù)，降低錠翼轉(zhuǎn)速，增加紗線的加捻系數(shù)后紡紗正常，粗紗過程中也產(chǎn)生了一定量的靜電。細(xì)紗工序過程中，抗紫外短纖產(chǎn)生的白粉狀脫落物較常規(guī)滌綸多，也是由于纖維表面粗糙，紗線與導(dǎo)紗鉤、鋼絲圈間的摩擦力較大，在高速紡紗時紗線表面的細(xì)小顆粒脫落形成的。在生產(chǎn)此類產(chǎn)品時應(yīng)選擇使用具有抗靜電功能和耐磨性好的紡紗專件，提高運行效率。

3 結(jié) 論

a) 對抗紫外短纖試紡，表明其具有良好的可紡性，與常規(guī)滌綸短纖相比處于相近水平。

b) 對抗紫外紗線進行了性能測試分析，抗紫外紗線斷裂強度、摩擦系數(shù)和毛羽值均顯著高于常規(guī)滌綸紗線，斷裂伸長程度與常規(guī)滌綸紗線差別不大。

c) 對紗線的表面形態(tài)進行了掃描電鏡分析，紗線纖維表面粗糙將提高紗線的斷裂強度和摩擦系數(shù)。

d) 在生產(chǎn)此類產(chǎn)品紡紗過程中，纖維和紗線與紡紗機件間的摩擦較大，易產(chǎn)生靜電，應(yīng)選擇使用具有抗靜電功能和耐磨性好的紡紗專件。

[1] 郭開華,馬小強.防紫外線輻射紡織品技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].染整技術(shù),2011,33(10):8-10.

[2] 張秀紅,姜連仁.抗紫外紡織品概述[J].中國科技信息,2006,5:70.

[3] Zhang W W, Zhang D S, Chen Y Y, et al. Hyperbranched polymer functional TiO2 nanoparticles: Synthesis and its application for the anti-UV finishing of silk fabric[J]. Fibers and Polymers,2015,16(3):503-509.

[4] 孫衛(wèi)國.抗紫外纖維及紡織品[J].棉紡織技術(shù),2001,19(5):285-287.

[5] Memo H, Yasin S, Khoso N, et al. Study of wrinkle resistant, breathable, anti-UV nanocoated woven polyester fabric[J].Surface Review & Letters,2016,23(3):8.

[6] 郁崇文.紡紗學(xué)[M].北京:中國紡織出版社,2009:112-114.

[7] 徐豐軍,趙云波,倪敬達.現(xiàn)代清梳聯(lián)的工藝優(yōu)勢及應(yīng)用[J].紡織器材,2016,43(6):28-32.

[8] 姚穆.紡織材料學(xué)[M].北京:中國紡織出版社,2009:26.

[9] 陳美玉,孫潤軍.紗線毛羽測試分析[J].毛紡科技,2004,4:57-59.

Studyonthespinnabilityandperformanceofanti-UVstaplefiberyarn

Jia Junjun1，Li Shijun1，Lu Guang1，Shi Limei1,2，Lei Qingsong1

(1.ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreCo.，Ltd.，YizhengJiangsu211900,China； 2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber，YizhengJiangsu211900,China)

Suitable spinning process was used by anti-UV staple fiber products to spinning in this experiment. The results show that anti-UV staple fiber have excellent spinnability; The thicker the anti-ultraviolet yarn, the higher the strength and hairiness of the yarn, but the degree of elongation at break and the friction coefficient of the yarn have no obvious changes; The roughness of the yarn fiber surface may improve the strength of the yarn and the friction coefficient of the yarn, anti-static and wearable special components would be a good choice in such products spinning.

spinning; anti-UV fiber; performance; fiber surface

TQ342

B

1006-334X(2017)04-0038-05

2017-08-09

賈君君(1989-)，女，河南周口人，碩士研究生，助理工程師，主要從事化纖應(yīng)用研究。