上漿前處理劑對經(jīng)編用棉紗性能的影響

張靈婕， 繆旭紅， 萬愛蘭， 蔣高明， 陳方芳

(1. 江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122 )

棉紗是應(yīng)用最廣的天然纖維，與化學(xué)長絲相比，其強(qiáng)力、斷裂伸長、毛羽、摩擦性能等相對較差[1]。機(jī)織生產(chǎn)過程中常通過對紗線上漿來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)、減摩、保伸和貼伏減少毛羽的目的，以提高經(jīng)紗織造性能[2]；而機(jī)織上漿量較大，漿料成膜可影響織物的彎曲性能，因此，傳統(tǒng)的機(jī)織上漿方法不適用于針織生產(chǎn)。緯編因編織時(shí)車速較低，紗線張力及波動均較小，對紗線要求較低，因而在不做前處理?xiàng)l件下一般紗線均可滿足生產(chǎn)要求[3]；但經(jīng)編因編織過程中車速高，紗線張力波動大等原因，短纖紗在生產(chǎn)中易發(fā)生斷紗現(xiàn)象[4]。

為實(shí)現(xiàn)棉紗的經(jīng)編高速生產(chǎn)，已有研究人員對棉紗經(jīng)編織造工藝、紗線損傷等進(jìn)行研究[5-6]發(fā)現(xiàn)，尋找一種合適的棉紗前處理方法，提高紗線的經(jīng)編可織性是實(shí)現(xiàn)短纖紗經(jīng)編高速生產(chǎn)的關(guān)鍵之一。為保證前處理后紗線可彎曲成圈，順利織造，經(jīng)編前處理上漿率應(yīng)盡量小，且應(yīng)減少滲透，因此，實(shí)驗(yàn)未采用浸壓上漿方法，而是依靠整經(jīng)機(jī)上漿輥回轉(zhuǎn)，紗線經(jīng)過上漿輥黏連前處理劑的方法對紗線進(jìn)行處理。經(jīng)編整經(jīng)時(shí)常采用液蠟、白油對紗線進(jìn)行前處理，但對處理結(jié)果的系統(tǒng)研究較少。目前，經(jīng)編整經(jīng)裝置沒有安裝加熱裝置，因此，基于現(xiàn)有裝備選擇常溫條件下即可使用的前處理劑。本文選擇4種棉紗作為前處理對象，并采用4種前處理劑對紗線進(jìn)行處理，對前處理前后紗線的毛羽、斷裂伸長和摩擦性能進(jìn)行測試，并對比分析出適合經(jīng)編使用的前處理方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

9.72 tex集聚賽絡(luò)紡棉紗，14.58 tex長絨棉精梳集聚紡棉紗，18.22 tex精梳集聚紡棉紗，18.22 tex環(huán)錠紡靛藍(lán)棉紗，市購。

1.2 處理劑選擇

低溫淀粉(羧甲基淀粉)：羧甲基淀粉因羧甲基化后，其結(jié)晶結(jié)構(gòu)和氫鍵受到破壞，相比普通淀粉漿料，在低溫下漿液無凝膠傾向且親水性降低，比普通淀粉更符合經(jīng)編常溫上漿要求，更易保存，并且對棉纖維有良好的黏附性[7]。

低溫聚乙烯醇(PVA，丙烯酸酰胺共聚改性PVA)：采用的PVA漿料是在常規(guī)PVA基礎(chǔ)上經(jīng)過丙烯酸酰胺共聚改性，得到的改性PVA，可在低溫條件下上漿，不易凝固，且含有—NH2、—OH等基團(tuán)，對棉紗具有良好的黏附性能[8]，相比常規(guī)PVA更適合經(jīng)編上漿要求。

液蠟：經(jīng)編整經(jīng)常用油劑，主要成分為飽和烴類，加入非離子型表面活性劑進(jìn)行乳化，并用水進(jìn)行調(diào)配。

白油：經(jīng)編整經(jīng)常用油劑，主要成分為飽和烴類。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

SGE318型拷貝型經(jīng)編整經(jīng)機(jī)(射陽縣杰力紡織機(jī)械有限公司)；YG172A型紗線毛羽測試儀(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司)；YG020B型單紗強(qiáng)力機(jī)(常州市第二紡織儀器廠)； YG086型縷紗測長機(jī)(寧波紡織儀器廠)；JA2003型上海精科天平；SU1 510 N 型掃描電子顯微鏡(日本日立株式會社)。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)前，將低溫淀粉和低溫PVA 2種處理劑原料配制成溶液：低溫淀粉在95 ℃條件下進(jìn)行攪拌溶解，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的前處理溶液；低溫PVA在95 ℃條件下攪拌溶解，制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的前處理溶液。將整經(jīng)機(jī)的大漿槽分割成2個(gè)小漿槽，為上漿實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

1.4.2紗線處理及取樣方法

在SGE318 拷貝型經(jīng)編整經(jīng)機(jī)上進(jìn)行紗線處理前及處理后的收集，整經(jīng)機(jī)速為100 m/min，上漿輥轉(zhuǎn)速為8 r/min，可通過調(diào)整上漿輥轉(zhuǎn)速改變上漿率。

將配好的前處理劑溶液或油劑倒入整經(jīng)機(jī)的一個(gè)小漿槽內(nèi)，另外一個(gè)小漿槽空置。準(zhǔn)備2個(gè)待處理紗筒，按照整經(jīng)路線進(jìn)行走紗。其中：1根經(jīng)紗經(jīng)過有處理液的上漿輥；1根經(jīng)紗經(jīng)過無處理液的上漿輥，這樣可以同時(shí)收集前處理前和前處理后2種紗線。將2根紗線繼續(xù)牽引到整經(jīng)機(jī)前的人字筘，根據(jù)收集使用的紗筒長度調(diào)整紗線在人字筘上位置，使得開機(jī)卷繞時(shí)能形成2段分開的紗層，方便后期分別對2段紗層退繞并進(jìn)行性能測試。上漿過程在室溫條件下進(jìn)行。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對漿槽進(jìn)行清理再換另1種處理溶液或油劑，防止溶液或油劑之間相互影響。

1.5 紗線性能測試

1.5.1上漿率及黏度測試

因上漿率較小，紗線無需經(jīng)過烘干，直接將整經(jīng)機(jī)收集到的前處理前后的紗線放置在溫度為25 ℃、濕度為65%的環(huán)境中自然放置24 h以上。采用YG086型縷紗測長機(jī)收集100 m紗線，稱量(精度為1 mg)。依據(jù)GB/T 2794—2013《膠黏劑黏度的測定 單圓筒旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)法》，測試4種前處理劑的黏度，測試溫度為 25 ℃，濕度為65%。

上漿率根據(jù)處理前、后紗線的質(zhì)量變化率計(jì)算，其公式為：

η=(m1-m2)/m2×100%

式中：η為上漿率,%；m1為處理后100 m長紗線的質(zhì)量,g；m2為處理前100 m長紗線的質(zhì)量,g。

1.5.2毛羽性能測試

依據(jù)FZ/T 01086—2000《織織品 紗線毛羽測定方法 投影計(jì)數(shù)法》對處理前和處理后紗線的毛羽性能進(jìn)行測試。測試片段長度為10 m，每個(gè)樣本測試10組，測試運(yùn)行速度為30 m/min，測試溫度為 25 ℃，濕度為65%。

對4種前處理前后紗線的毛羽性能進(jìn)行測試，并選取綜合指數(shù)[9]以及3 mm以上毛羽指數(shù)作為指標(biāo)進(jìn)行分析，計(jì)算公式為：

H6=H3+H4+H5

K=(K1-K2)/K2×100%

式中：H為綜合指數(shù)；H1為1 mm毛羽指數(shù)；H2為 2 mm毛羽指數(shù)；H3為3 mm毛羽指數(shù)；H4為4 mm毛羽指數(shù)；H5為5 mm及以上毛羽指數(shù)；H6為3 mm及以上毛羽指數(shù)；K為3 mm以上綜合指數(shù)減少率，%；K1為處理前3 mm以上綜合指數(shù)；K2為處理后3 mm以上綜合指數(shù)。

1.5.3拉伸性能測試

依據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定(cre法)》對處理前、后紗線進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)定長為50 mm，運(yùn)行速度為500 mm/min，測試溫度為25 ℃，濕度為65%，每個(gè)樣本測試20次，取平均值。

根據(jù)上述測試結(jié)果，并計(jì)算斷裂強(qiáng)度變化率及斷裂伸長變化率。計(jì)算公式為：

E=(E1-E2)/E2×100%

I=(I1-I2)/I2×100%

式中：E為斷裂強(qiáng)度變化率，%；E1為前處理后紗線斷裂強(qiáng)度；E2為前處理前紗線斷裂強(qiáng)度；I為斷裂伸長變化率；I1為前處理后紗線斷裂伸長；I2為前處理前紗線斷裂伸長。

2 結(jié)果與討論

2.1 上漿率及黏度分析

表1示出上漿率及黏度測試結(jié)果?？煽闯?，前處理后4種紗線上漿率因前處理劑的不同而表現(xiàn)出較大差異。另外，因前處理過程未采用浸壓方式，所以最終上漿率小于傳統(tǒng)機(jī)織上漿率，前處理劑主要以表面披覆浸潤為主。對前處理劑進(jìn)行了黏度測試可以看出，并非黏度越大上漿率越大。低溫淀粉、低溫PVA以及液蠟都含有水分，前處理后水分蒸發(fā)，干燥成膜，最終上漿率較小。白油不含水分，潤滑性較好，對纖維有一定浸潤作用，最終上漿率最大。

表1 上漿率及黏度測試結(jié)果Tab.1 Sizing rate and viscosity

2.2 毛羽性能分析

表2示出紗線毛羽綜合指數(shù)及3 mm以上毛羽指數(shù)。可看出，4種前處理劑都有減少毛羽的效果，但效果存在差異。綜合4種紗線前處理前后的毛羽指數(shù)結(jié)果認(rèn)為，低溫PVA對毛羽的減少效果最好，低溫淀粉及液蠟的效果相當(dāng)，白油對毛羽減少的效果最差。

表2 紗線毛羽綜合指數(shù)及3 mm以上毛羽指數(shù)

圖1示出紗線毛羽指數(shù)減少率?？梢钥闯?，4種紗線的3 mm以上毛羽指數(shù)減少率比綜合指數(shù)減少率大，說明4種前處理劑對減少有害毛羽有一定作用。

2.3 拉伸性能分析

表3示出拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長變化率?？煽闯觯?.72、14.58、18.22 tex集聚紡棉紗經(jīng)前處理后斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長變化程度存在差異，但變化趨勢一致，說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果并非偶然性；而18.22 tex環(huán)錠紡棉紗的測試結(jié)果與其他3種紗線表現(xiàn)出一定的差異性。低溫淀粉、低溫PVA及液蠟對除環(huán)錠紡棉紗外其他3種紗線的斷裂強(qiáng)力有一定增強(qiáng)作用，其中低溫淀粉增強(qiáng)效果最好。這是因?yàn)榻?jīng)前處理后處理劑在紗線表面形成漿膜，使紗線強(qiáng)度增大。對于環(huán)錠紡棉紗而言，由于經(jīng)靛藍(lán)染色后在纖維表面殘留染料顆粒，降低了前處理劑對紗線的附著能力，影響成膜，從而使低溫淀粉、低溫PVA及液蠟前處理對紗線斷裂強(qiáng)度幾乎沒有影響。經(jīng)白油前處理后所有紗線的斷裂強(qiáng)度都有降低趨勢，結(jié)合上漿率結(jié)果可知，由于白油有較好的潤滑及浸潤效果：一方面使上漿率最大；另一方面由于白油浸潤在紗線纖維之間，使得纖維間抱合力降低，易產(chǎn)生滑移造成斷裂。

圖1 紗線毛羽指數(shù)減少率Fig.1 Reduction ratio of hairiness index. (a) Total hairiness index; (b) Index of hairiness above 3 mm

表3 斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長變化率Tab.3 Change ratio of breaking strength and elongation

觀察表3結(jié)果可知，除環(huán)錠紡棉紗外，經(jīng)低溫淀粉及白油處理后紗線的斷裂伸長呈現(xiàn)下降趨勢，其中白油處理后下降率最大。低溫淀粉干燥后成膜比較硬脆，彈性較差，因而影響紗線斷裂伸長；而紗線經(jīng)白油前處理后，因受其潤滑作用使紗線纖維易產(chǎn)生滑移，容易產(chǎn)生斷裂，最終表現(xiàn)為斷裂伸長減小。經(jīng)低溫PVA及液蠟前處理后，4種紗線的斷裂伸長呈現(xiàn)不同程度的增大趨勢，其中液蠟前處理后增大程度更明顯。低溫PVA干燥后成膜彈性較好，斷裂伸長大[10]，有利于紗線斷裂伸長增大。液蠟因添加表面活性劑，干燥成膜后提高了紗線纖維間抱合力，使紗線不易因纖維滑移而造成斷裂，此外還改善了紗線的韌性，最終使斷裂伸長增加。

2.4 纖維表面形貌分析

前處理后環(huán)錠紡棉紗的斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長與另外3種棉紗存在差異，因此，選擇9.72 tex集聚紡棉紗及18.22 tex環(huán)錠紡棉紗進(jìn)行表面形貌觀察，結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 9.72 tex棉紗處理前后掃描電鏡照片F(xiàn)ig.2 SEM images of 9.72 tex cotton yarn before and after pretreatment. (a) Untreatment; (b) Treated with lowtemperature starch; (c) Treated with Low temperature PVA; (d) Treated with liquid-wax; (e) Treated with white oil

從圖2可以看出，未經(jīng)前處理的棉紗纖維表面存在機(jī)械損傷，這可能是由于紗線退繞、整經(jīng)等過程中造成的，使表面凹凸不平。而經(jīng)4種前處理劑處理后，纖維表面凹凸情況改善，且低溫淀粉溶液及低溫PVA溶液前處理后纖維表面雖仍有凹凸，但沒有明顯的顆粒狀或絮狀物；液蠟前處理后纖維表面殘留細(xì)小顆粒，影響了纖維表面的順滑性；經(jīng)白油前處理后，纖維表面可明顯看到覆蓋一層油劑，表面比較光滑。

由圖3可以看出：環(huán)錠紡棉紗因經(jīng)靛藍(lán)染料處理，纖維表面有很多染料顆粒；經(jīng)4種前處理劑處理后，纖維表面平滑情況有所改善，相比較而言，低溫淀粉溶液以及白油處理后，纖維表面平整程度較好，而低溫PVA溶液及液蠟前處理后，纖維表面有顆粒及絮狀物。

對比圖2、3可以看到，環(huán)錠紡棉紗因經(jīng)過靛藍(lán)染色后表面形態(tài)與普通棉紗不同，經(jīng)前處理后紗線表現(xiàn)出的性能也有所差異；因而環(huán)錠紡棉紗在前處理劑選擇上應(yīng)根據(jù)其特有性質(zhì)進(jìn)行針對性研究。

圖3 18.22 tex環(huán)錠紡棉紗處理前、后掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM images of 18.22 tex ring spun indigo dyed cotton yarn before and after treatment. (a) Untreatment; (b) Treated with low temperature starch; (c) Treated with low temperature PVA; (d) Treated with liquid-wax; (e) Treated with white oil

3 結(jié) 論

本文采用4種前處理劑對4種棉紗進(jìn)行處理，并對前處理前后紗線的性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明，前處理劑的合理使用可改善紗線的毛羽以及斷裂性能。

1) 低溫PVA及液蠟可改善棉紗毛羽，且也可在一定程度上提高紗線的斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長，有利于棉紗適應(yīng)高速經(jīng)編織造，減少斷紗。

2) 低溫淀粉雖然可改善毛羽，有效提高斷裂強(qiáng)力，但因漿膜韌性較差，影響紗線斷裂伸長，且經(jīng)低溫淀粉處理后，紗線彎曲剛度明顯增大，不利于紗線成圈，因此，不適合經(jīng)編棉紗前處理使用。

3) 白油作為傳統(tǒng)潤滑助劑，處理棉紗可造成紗線強(qiáng)力以及斷裂伸長下降，不適合作為經(jīng)編棉紗前處理劑使用。

4) 靛藍(lán)紗因經(jīng)靛藍(lán)染色后與普通棉紗性質(zhì)存在差異，因而前處理效果有所不同，需做進(jìn)一步針對性研究。

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