基于柔順光潔紡棉/麻紗線的研發(fā)

唐建東，倪春燕，夏治剛，張澤揚，王?；ǎ?平，鄧星剛

(1.際華三五四二紡織有限公司，湖北 襄陽 441002； 2.新型環(huán)保復合面料湖北省重點實驗室，湖北 襄陽 441002；3.武漢紡織大學，武漢 430073)

0 引言

在紡織產(chǎn)業(yè)鏈中，紡紗是第一道工序，紡紗質(zhì)量不但影響后道工序的加工生產(chǎn)，也直接影響面料的使用性能。目前，對紡紗技術(shù)的改進多圍繞傳統(tǒng)環(huán)錠紡進行，如包芯紡、賽絡(luò)菲爾紡、賽絡(luò)紡是通過改變傳統(tǒng)環(huán)錠紡的加捻三角區(qū)來改善紗線質(zhì)量；而噴氣紡、渦流紡則通過高速氣流對紗線進行加捻，存在所紡紗線捻回不足、強力較低的缺陷。

筆者提出了改善紡紗加工品質(zhì)的熱濕熨燙理論和方法，通過柔順裝置實現(xiàn)在線降低纖維剛度，有效提高成紗品質(zhì)。

1 實驗部分

1.1實驗原料

實驗選用定量為6.4 g/(10 m)的棉/麻 55/45混紡粗紗作為原料紡制紗線。

1.2紡紗設(shè)備

實驗時，預先對普通環(huán)錠紡細紗機進行改造，將普通環(huán)錠紡紗技術(shù)的優(yōu)缺點進行整理并分析，從纖維本身的性能著手，將高溫柔順設(shè)備安裝在環(huán)錠紡細紗機前羅拉鉗口前下方，加熱的陶瓷面與緊貼著的金屬片為柔順光潔紡棉/麻混紡紗工作面，對成紗纖維通過熱濕熨燙技術(shù)進行“柔潔”處理和施加額外紡紗握持力，大幅降低棉/麻混紡紗外露纖維頭端數(shù)量。增加纖維的握持點，把外露的纖維軟化后轉(zhuǎn)移到紗線中，使成紗毛羽大幅下降，改善了表面粗糙度，形成了柔潔棉紗。

本實驗在傳統(tǒng)環(huán)錠細紗機上增加了一組高溫柔順設(shè)備，包含6組陶瓷加熱部件，如圖1所示。每組部件上設(shè)置有陶瓷加熱片和調(diào)節(jié)陶瓷加熱片位置的幾組調(diào)節(jié)固定螺絲。柔順光潔紡紗裝置利用電熱陶瓷的加溫作用，在須條經(jīng)過熱陶瓷片時，紗條表面纖維被立刻加熱到纖維的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使紗線的彎曲剛度降低，再利用陶瓷片的握持作用，將紗線表面纖維柔化加捻到紗體上去。在實驗紡紗過程中，鋼領(lǐng)板的升降帶動細紗機上導紗鉤運動，使成紗部分也呈周期往復運動，因此，柔順光潔裝置的陶瓷片采用側(cè)板式安裝，陶瓷片可以前后左右進行調(diào)節(jié)以適應不同類型紗線所需的傾斜角度，從而使紗線須條最大化地與陶瓷片接觸，最后通過調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)固定螺絲固定柔潔紡裝置位置，提高成紗質(zhì)量。

圖1 加裝柔順裝置的環(huán)錠細紗機

1.3紡紗工藝參數(shù)的設(shè)計

用所選的棉/麻粗紗設(shè)計紡制3種不同線密度的紗線，分別標記為方案1、方案2和方案3。方案1為原紗，方案2為粗原紗，方案3為細原紗。在紗線線密度改變時，為保證其他參數(shù)不影響實驗結(jié)果，將各紗線的捻系數(shù)控制不變。3種方案紗線上機參數(shù)如表1所示。

表1 3種方案紗線上機參數(shù)

方案錠速/(r·min-1)總牽伸倍數(shù)捻度/(捻·m-1)1717012.42824257367.956593829716.61953 注:前羅拉線速度為8.7 m/min,捻向為Z捻。

1.4測試儀器及參數(shù)

為了評定柔潔紗的成紗質(zhì)量，我們對紗線的外觀進行觀察比較，測量紗線樣品的毛羽、條干與紗線強力等性能指標選用的測試儀器見表2。

表2 測試儀器及其型號

測試名稱儀器紗線毛羽指數(shù)紗線毛羽測試儀YG172A型紗線條干均勻度條干均勻度測試儀YG139B/A型紗線強力全自動單紗強力儀YG068C型紗線表面光學顯微鏡

2 實驗結(jié)果與討論

2.1紗線毛羽測試

采用YG172A型光電投影計數(shù)式紗線毛羽測試儀。試驗參數(shù)設(shè)定：調(diào)試48 h，溫度為22 ℃，相對濕度為63.6%，測試的紗線片段長度為10 m，不間斷測量10次，測量速度為30 m/min，測試結(jié)果對比見表3。

紗線毛羽可劃分為功能性毛羽和有害毛羽兩種。適量的功能性毛羽(長度不大于3mm)對織物的手感、透氣性等都有所提高，但是長度大于3 mm的有害毛羽，對紗線的質(zhì)量、后續(xù)紡織品的加工都會產(chǎn)生有害影響，直接影響到織造效率、布面風格和染色效果。

表3 紗線毛羽測試結(jié)果對比

實驗方案毛羽/[根·(10 m)-1]1 mm2 mm3 mm4 mm5 mm7 mm10 mm12 mm① 原紗889.60235.6049.8016.105.301.500.000.00② 柔潔紗345.4084.8024.306.002.100.300.200.10③ 粗原紗131 5.4351.70115.6033.7013.002.200.000.00④ 粗柔潔717.00213.3060.0024.707.601.200.100.00⑤ 細原紗816.40291.3079.4032.4012.32.600.200.20⑥ 細柔潔440.10108.9030.5011.805.602.100.500.70

表3結(jié)果對比表明，柔潔紡比普通環(huán)錠紡成紗有害毛羽大幅降低。

毛羽是因為纖維的頭端或尾端未被完全卷繞到紗體中造成的，很難和紗體中的其他部分進行加捻合并，須條從前羅拉鉗口出來后表現(xiàn)為不受張力，以放松的形態(tài)從紗線上裸露出去[6]。毛羽下降率為毛羽降低量與原有紗線毛羽總量的比值。計算分析表3結(jié)果表明：柔潔紡紗與普通環(huán)錠紡紗相比毛羽明顯減少，其3 mm毛羽下降率分別為51.2%，48.1%和61.56%。

這是因為在柔潔紡紗系統(tǒng)中，高溫陶瓷片對捻陷區(qū)的棉/麻纖維進行柔順處理，使其剛度減小，容易彎曲成型和加捻纏繞，貼合的陶瓷片給予棉/麻混紡紗額外的握持點，毛羽再次被卷繞進入紗體中，成紗毛羽大幅度減少。

通過分析表3數(shù)據(jù)，細原紗與細柔潔紗的毛羽降低比最大，其原因有兩個方面：一是在紡紗參數(shù)方面，細紗的捻度最大，造成同一段柔潔紗線在陶瓷加熱區(qū)域的扭轉(zhuǎn)次數(shù)增多，纖維在受到加持時的扭轉(zhuǎn)次數(shù)就增多，紗線的表面纖維被捻入紗體主干的纖維比增多，從而降低毛羽量最大；另一方面，比較細的紗線在經(jīng)過高溫區(qū)域時，帶有較高溫度的陶瓷片能給紗線傳遞熱量，紗線表面纖維被柔化、撫順在紗體上，當陶瓷發(fā)熱片產(chǎn)生的熱量一定時，紗線越細，升溫越快，纖維柔化的時間越短，越具有功能性。紗線表面的毛羽更易于纏繞到紗體中，成紗毛羽減少。

2.2紗線條干均勻度性能對比分析

采用YG139B/A型條干均勻度測試儀進行測試。試驗參數(shù)設(shè)定：溫度為21 ℃，相對濕度為65%，細紗退繞速度為200 m/min。紗條勻速經(jīng)過平板式電容器極板導致電容量改變，計算機后臺將信息分解轉(zhuǎn)化和計算，得到條干CV值、細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)等測試結(jié)果，見表4。

表4YG139B/A型條干均勻度測試儀測試結(jié)果對比

實驗方案條干CV/%細節(jié)粗節(jié)棉結(jié)個·km-1① 原紗9.5501010② 柔潔紗10.2103020③ 粗原紗13.5904030④ 粗柔潔15.1510500⑤ 細原紗13.9801030⑥ 細柔潔14.4820200 注:條干CV值、細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)均為平均值。

從紗線表面將這些毛羽柔順軟化后全部纏繞進紗線體內(nèi)是非常困難的，未被有效束縛進紗體內(nèi)的毛羽會重新彈出紗體，未能均勻分布，有些會聚在一起形成紗線粗節(jié)和細節(jié)，使條干均勻度變差；粗柔潔紗和細柔潔紗的棉結(jié)減少可能是因為在高溫條件下纖維水分散失，纖維間摩擦減小，導致難以形成糾纏著的團粒。

2.3紗線強伸性能對比分析

纖維在成紗的過程中，不可避免會受到外力作用產(chǎn)生形變，甚至被破壞，纖維在這些外力作用下表現(xiàn)的性能就是紗線的力學性能。紗線的強力在紡織品的加工過程中非常重要，它決定著成品的耐用性，是非常重要的質(zhì)量指標。研究如何提高成紗強力的方法是紡紗的重要內(nèi)容之一。斷裂強力是纖維在外力的作用下被拉斷所需要的力，也稱絕對強力，而強度是單位面積紗線上所能夠承受的最大負荷。

采用YG068C型全自動單紗強力儀測試。試驗參數(shù)設(shè)定：在標準大氣條件下，調(diào)試48 h，溫度為19 ℃，相對濕度為 63%；測試紗線片段長度為50 m，連續(xù)測量20次，測量時儀器的拉伸速度為3 m/min。測試結(jié)果如表5所示。

表5 單紗斷裂強力測試結(jié)果對比

實驗方案斷裂強力/cN斷裂強力CV/%斷裂強度/(cN·tex-1)伸長率/%斷裂時間/s斷裂功/(cN·cm)① 原紗828.594.6821.087.504.501 371.05② 柔潔紗803.706.9020.457.044.231 272.54③ 粗原紗547.806.6813.945.673.40746.70④ 粗柔潔552.796.5413.915.573.34742.35⑤ 細原紗547.788.7413.946.543.92823.05⑥ 細柔潔557.7510.3414.195.783.47777.50

由表5數(shù)據(jù)可知，每組紗線中柔潔紗線相對于原紗斷裂強力都會有所增加。這表明，在紗線原料、參數(shù)一定的條件下，采用柔潔紡技術(shù)的紗線拉伸斷裂強力會大于傳統(tǒng)紡紗線。

2.4紗線表觀結(jié)構(gòu)對比與分析

紗線的性能與紗線表觀結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。實驗中，采用不同工藝生產(chǎn)的兩種紗線其表觀結(jié)構(gòu)存在明顯差異。普通環(huán)錠紡紗線和柔順光潔紡紗線的表觀結(jié)構(gòu)在顯微鏡下對比如圖2所示，圖中a，A表示原紗與原柔潔紗線；b，B表示粗原紗與粗柔潔紗線；c，C表示細原紗與細柔潔紗線。

從圖2可以看出，普通環(huán)錠紡紗線表面纖維蓬松、不光滑，紗線表面的毛羽雜亂、長且多；而柔潔紡的紗線表面纖維致密，部分毛羽嵌入紗體內(nèi)部，部分貼伏在紗線表面，裸露在外的毛羽數(shù)量極少，紗線表面光滑。由于柔順光潔紗線增加了高溫撫順裝置，在加捻三角區(qū)內(nèi)把紗線表層纖維加熱到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使纖維的模量降低；且在紡紗過程中提供了多個握持點，在纖維柔化的同時將纖維撫順加捻到紗體上，表層纖維長度越長，纖維加熱柔化的剪切力越小，更易于撫順加捻，柔潔紗線表面更加光潔。

圖2 普通環(huán)錠紡紗線和柔潔紡紗線的表觀結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

3.1針對功能性高剛性纖維難以扭轉(zhuǎn)成紗的問題，分析其關(guān)鍵因素，引入在線降低纖維剛度裝置以提高纖維扭轉(zhuǎn)能力和包纏緊度，實現(xiàn)柔順光潔成紗的紡紗方法。介紹柔順光潔紡成紗機理，研究了柔順光潔紡紗工藝。結(jié)果表明：柔潔紡紗能夠改善棉/麻混紡成紗毛羽，且所紡紗號越細，紡紗運行的速度越慢，纖維紡制過程中受熱越充分，纖維模量降低幅度越大，紗線毛羽也大幅減小。

3.2基于理論分析和工藝試驗結(jié)果，改進柔順光潔紡紗裝置，用于功能性纖維的柔潔紗線生產(chǎn)。為增加對紗線成型過程中毛羽的握持作用，引入溝槽集聚器型集聚式紡紗系統(tǒng)，并對所紡紗線進行管紗、筒紗的表面結(jié)構(gòu)、毛羽指標、強伸性能以及條干均勻度指標對比研究。結(jié)果表明：紡制的功能性纖維原料柔順光潔，紗線表面結(jié)構(gòu)光潔、毛羽少、條干較好，纖維利用率高，強伸性能較好，手感柔軟順滑。設(shè)計加工出成熟的柔順光潔紡紗裝置使紗線毛羽大幅減小，并可進行大面積推廣，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

3.3柔潔紗線與普通紗線織物相比，其織物面料表觀結(jié)構(gòu)光潔，透氣性能增加，織物抗彎曲性能減小、柔性提高，耐磨性好，不容易起毛、起球和破損。