溢彩花色紗的紡制及性能研究

王 丹，付立凡，徐伯俊，劉新金，蘇旭中

(江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫 214122)

色紡花式紗起源于19世紀(jì)的歐洲，到20世紀(jì)90年代初才被引入中國(guó)[1]。近年來(lái)中國(guó)色紡企業(yè)不斷壯大，其中百隆公司和華孚色紡占據(jù)國(guó)內(nèi)色紡兩大龍頭。目前全國(guó)色紡紗線有300萬(wàn)錠左右的生產(chǎn)能力，產(chǎn)品附加值高，在市場(chǎng)上有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)。色紡紗線一般是用兩種或兩種以上的具有不同色澤或者不同性能的纖維紡制成紗，色紡紗采用“先染色，再紡紗”，紡紗前所用的纖維原料已經(jīng)經(jīng)過(guò)染色或者原液著色，因此用其織成的織物一般不需要再經(jīng)過(guò)染色加工，這樣既縮短了加工工序又減少了環(huán)境污染，符合綠色環(huán)保要求[2-3]。

傳統(tǒng)的花式紗線普遍采用花式捻線機(jī)、花式并條機(jī)或者在細(xì)紗工序采用新技術(shù)新方法生產(chǎn)[4]，很多企業(yè)通過(guò)改進(jìn)普通環(huán)錠細(xì)紗機(jī)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出各種新型花式紗線[5]。如通過(guò)將細(xì)紗機(jī)三羅拉牽伸裝置進(jìn)行改造，主體粗紗從細(xì)紗機(jī)中羅拉后喇叭口處連續(xù)喂入，輔助粗紗從細(xì)紗機(jī)后羅拉處間斷喂入(后羅拉間歇運(yùn)轉(zhuǎn))，輔助粗紗和主體粗紗在中羅拉混合，經(jīng)牽伸后形成段彩效果的段彩紗[6]；結(jié)合賽絡(luò)紡和賽絡(luò)菲爾紡紡紗方式，粗紗為基紗，顏色明顯區(qū)別于粗紗的有色細(xì)紗為飾紗，將基紗和飾紗一起喂入細(xì)紗機(jī)后羅拉，紡制出外觀斷斷續(xù)續(xù)具有“云斑狀花紋”的云紋紗[7-8]；根據(jù)其“節(jié)長(zhǎng)、節(jié)距、節(jié)粗”三大要素合理配置細(xì)紗工藝，由伺服電機(jī)控制各羅拉運(yùn)轉(zhuǎn)速度，通過(guò)加速中后羅拉的速度實(shí)現(xiàn)超喂，形成紗線上竹節(jié)紗段的竹節(jié)紗[9]。

為了突破傳統(tǒng)色紡紗的紡紗方式，并且不斷開(kāi)發(fā)新型花式紗線，本文將賽絡(luò)紡原理前移到粗紗工序上，改變將棉條單獨(dú)喂入粗紗機(jī)進(jìn)入牽伸區(qū)加捻成紗的現(xiàn)狀，采用條子與粗紗同時(shí)喂入粗紗機(jī)一同牽伸加捻得到溢彩粗紗，然后將溢彩粗紗直接喂入細(xì)紗機(jī)，開(kāi)發(fā)出具有強(qiáng)烈立體感、層次變化和朦朧效果的溢彩花色紗。為了提高成紗質(zhì)量，在細(xì)紗機(jī)上采用全聚紡紡紗方式進(jìn)行了多種線密度溢彩紗的紡制和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，并對(duì)溢彩紗進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和花色效果觀察。

1 溢彩紗的紡制

1.1 設(shè)備選擇及紡紗流程

本試驗(yàn)是在THC2015型全自動(dòng)落紗粗紗機(jī)(同和紡織機(jī)械制造有限公司)和QFA1528型細(xì)紗機(jī)(無(wú)錫第七紡織機(jī)械有限公司)上進(jìn)行。紡紗流程如圖1所示。

圖1 紡制流程Fig.1 Spinning flow chart

1.2 粗紗機(jī)的改造及其工藝

1.2.1 粗紗機(jī)改造

1)在粗紗機(jī)導(dǎo)條架上方加裝一定數(shù)量的粗紗吊錠，用來(lái)安放粗紗，確保粗紗穩(wěn)定退繞。

2)將粗紗機(jī)單喇叭口改為大小不一的雙喇叭口，選用兩種不同間距的雙喇叭口。如圖2所示，條子由喇叭口大口引出，粗紗由喇叭口小口引出。所述大喇叭口直徑為9.3 mm，小喇叭口直徑為4.0 mm，大小喇叭口間距分別為10.2 mm和6.2 mm。

圖2 喇叭口改造Fig.2 Trumpet transformation diagram

試驗(yàn)原理如圖3所示，即在粗紗機(jī)架上方相應(yīng)地增加1倍的粗紗吊錠，有色的粗紗1(飾紗)與無(wú)色的條子2(基紗)一同經(jīng)雙喇叭口3(條子由直徑較大的喂入)喂入粗紗機(jī)后羅拉4，經(jīng)過(guò)四羅拉雙短皮圈配彈簧搖架5加壓牽伸后，加捻卷繞成溢彩粗紗6。

1-有色粗紗；2-無(wú)色棉條；3-雙喇叭口；4-四羅拉雙短皮圈；5-彈簧搖架；6-溢彩粗紗圖3 溢彩粗紗紡紗原理Fig.3 Spinning principle of roving ambilight yarn

1.2.2 粗紗工藝

賽絡(luò)紡紗技術(shù)是在細(xì)紗機(jī)上喂入兩根保持一定間距的粗紗，經(jīng)牽伸加捻成類似股線的紗線。利用賽絡(luò)紡的紡紗方式可以生產(chǎn)出強(qiáng)力好、毛羽少、耐磨性較好的紗線[10]，本文將賽絡(luò)紡前移到粗紗工序中，利用粗紗機(jī)賽絡(luò)紡方法生產(chǎn)出溢彩花式粗紗，然后將溢彩粗紗直接喂入細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)出具有獨(dú)特花色效果的溢彩細(xì)紗。但考慮到在粗紗工序?qū)嶋H生產(chǎn)中，如果同時(shí)喂入兩根條子，經(jīng)牽伸區(qū)由前羅拉輸出后兩根須條的粗細(xì)差異比較大，承受的張力不一致從而導(dǎo)致形成的加捻三角區(qū)呈不等腰三角形狀，造成紗線上的色彩分布不均勻；其次，粗紗機(jī)的牽伸倍數(shù)一般在4.0～12.0倍，喂入的并條定量有限，粗紗機(jī)也要相應(yīng)地增加一倍的條筒，占地面積較大。因此本試驗(yàn)以本色或淺色棉條為基紗，顏色明顯區(qū)別于基紗的有色粗紗為飾紗，降低喂入定量，將基紗與飾紗同時(shí)從粗紗機(jī)后羅拉喂入，一起經(jīng)過(guò)牽伸區(qū)后加捻卷繞成溢彩粗紗，然后將溢彩粗紗直接喂入細(xì)紗機(jī)，紡制出具有強(qiáng)烈立體感、獨(dú)特彩霞效果般的溢彩花色紗。

本試驗(yàn)選用兩種不同顏色的粗紗和兩種相同大小喇叭口直徑但不同間距的雙喇叭口。溢彩粗紗的主要工藝參數(shù)配置為：白棉條16.2 g/5 m，有色粗紗4.4 g/10 m，溢彩粗紗定量6 g/10 m；牽伸倍數(shù)6.14倍，牽伸效率0.98；捻系數(shù)100，溢彩粗紗捻度4.09捻/10 cm。因?yàn)樾∫?guī)模試驗(yàn)性生產(chǎn)，所以選擇較小的錠速，設(shè)定為800 r/min，同時(shí)保證相同紡紗條件下紡制與溢彩粗紗相同定量的普通粗紗。

1.3 細(xì)紗工藝

為了保證溢彩細(xì)紗的成紗質(zhì)量，采用全聚紡紗方式，利用氣流有效減少加捻三角區(qū),加捻和集聚相分離，提高紗線強(qiáng)力，減少長(zhǎng)毛羽和飛花[11]。

將紡制的4種溢彩粗紗A、B、C、D分別在細(xì)紗機(jī)上紡制3種不同線密度的溢彩細(xì)紗，如表1所示。細(xì)紗工序采用較小的后區(qū)牽伸倍數(shù),保證紡紗條件一致的情況下，在同一錠子分別紡制線密度為29.5、14.7、9.8 tex，捻系數(shù)均為350的溢彩細(xì)紗和相同線密度的普通紗,主要紡紗工藝見(jiàn)表2。

表1 不同紡紗方式紡制的溢彩紗Tab.1 Ambilight yarns spun in different spinning modes

注：A表示通過(guò)6.2 mm間距的喇叭口紡制的紅色溢彩粗紗；B表示通過(guò)10.2 mm間距的喇叭口紡制的紅色溢彩粗紗；紗C表示通過(guò)6.2 mm間距的喇叭口紡制的黃色溢彩粗紗；D表示通過(guò)10.2 mm間距的喇叭口紡制的黃色溢彩粗紗。

表2 細(xì)紗工藝參數(shù)Tab.2 List of spinning process parameters

2 紗線性能測(cè)試

通過(guò)上述的紡紗工藝進(jìn)行試紡后，得到了3種不同線密度的溢彩細(xì)紗和普通紗，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的性能測(cè)試。測(cè)試時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件均為相對(duì)濕度65%±4%，溫度(20.0±2.0)℃。

2.1 紗線強(qiáng)力測(cè)試

紗線強(qiáng)力是紗線質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一[12]。本試驗(yàn)使用YG068C全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀(蘇州長(zhǎng)風(fēng)紡織機(jī)電科技有限公司)測(cè)試溢彩紗和同線密度普通紗強(qiáng)伸性能。試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為：試樣上下夾持(500±1)mm，拉伸速度為500 mm/min，預(yù)張力為0.50 cN/tex，每管紗測(cè)試20次，對(duì)測(cè)試結(jié)果平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

由表3分析可知，溢彩紗的強(qiáng)力、強(qiáng)度及斷裂功均稍低于同線密度的普通紗線，但是兩者的差異比較小。其中12管溢彩紗線強(qiáng)力變異系數(shù)都較大，說(shuō)明紗線強(qiáng)力不勻現(xiàn)象較嚴(yán)重，造成這種差異的主要原因經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為：一方面在紡制溢彩粗紗時(shí)，采用熟條和粗紗一同喂入的方法，喂入定量偏大，在適當(dāng)?shù)拇旨啝可毂稊?shù)下，條子與有色粗紗牽伸不均勻，導(dǎo)致強(qiáng)力變異較大；另一方面，有色粗紗纖維再經(jīng)過(guò)兩次牽伸，導(dǎo)致紗線中短纖維數(shù)量急劇增加，纖維之間接觸面積減小，抱和性差，拉伸時(shí)纖維間容易滑脫進(jìn)而導(dǎo)致溢彩紗成紗強(qiáng)力下降，紗線強(qiáng)力變異系數(shù)增加。另外，在雙喇叭口直徑相同但間距不同時(shí)，最終的成紗質(zhì)量會(huì)有一定的差異。由間距小的雙喇叭口喂入生產(chǎn)的紗A(A1、A2、A3)和C(C1、C2、C3)的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率及強(qiáng)度稍高于B(B1、B2、B3)和D(D1、D2、D3)，但隨著溢彩細(xì)紗線密度的減小，這種差異逐漸降低，強(qiáng)力變異系數(shù)反而增加。因此，為得到成紗質(zhì)量較優(yōu)的紗線，雙喇叭口應(yīng)選擇間距較小的。根據(jù)FZ/T 71005—2014《針織用棉本色紗》中的要求，3種不同線密度的溢彩紗和普通紗線的斷裂強(qiáng)度均滿足針織用紗標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)客戶要求進(jìn)行生產(chǎn)。

表3 5種紗線強(qiáng)力測(cè)試Tab.3 Strength test of five kinds of yarns

2.2 紗線條干毛羽測(cè)試

紗線條干均勻度影響紗線的質(zhì)量和銷售價(jià)格，條干不勻則使紗條上的粗細(xì)節(jié)增加，粗節(jié)部分加捻少，細(xì)節(jié)部分加捻多，從而造成紗線短片段的捻度不勻。細(xì)節(jié)處形成較多的弱環(huán)，紗線強(qiáng)力下降，織造過(guò)程中易斷頭，因此控制好成紗條干的均勻度至關(guān)重要[10]。

紗線毛羽是指當(dāng)紗條加捻成紗時(shí)，暴露在紗線主干之外的一些纖維端。紗線毛羽過(guò)多且長(zhǎng)度在3 mm以上時(shí)會(huì)使紗線耐磨性差，強(qiáng)力降低，產(chǎn)品等級(jí)下降[13]。

本試驗(yàn)使用USTER(TESTER5-S800全自動(dòng)紗線檢測(cè)儀(烏斯特(上海)貿(mào)易有限公司)測(cè)試溢彩紗和普通紗條干CV、毛羽等，測(cè)試速度為400 m/min，每管紗測(cè)試20次，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 5種紗線條干、毛羽測(cè)試統(tǒng)計(jì)Fig.4 Evenness and hairiness test statistics of five kinds of yarns

由圖4分析得出，溢彩紗條干均勻度比相同線密度的普通紗較差，毛羽相對(duì)增加。由于選用同一錠子及相同的紡紗條件，因此造成這種差異的原因主要是兩種紗線不同的紡紗方法：一方面，在粗紗工序的喂入階段，有色粗紗的加入改變了條子原有的纖維分布，基紗纖維與飾紗纖維相互融合重新排列，但部分纖維沒(méi)有完全分離仍抱纏在一起，纖維分離程度低，彎鉤纖維較多，伸直平行度差，牽伸過(guò)程會(huì)出現(xiàn)握持力大于牽伸力，細(xì)紗粗節(jié)增多，從而造成生產(chǎn)出來(lái)的溢彩紗條干不勻增加，毛羽增多；另一方面，由于有色飾紗在粗紗工序的再次牽伸，造成牽伸區(qū)中浮游短纖維增加，短纖維不能得到羅拉的有效控制，使得紡制出的溢彩粗紗中短纖維含量較多，從而惡化粗紗條干，再經(jīng)過(guò)細(xì)紗工序牽伸加捻時(shí)，短纖維之間抱合力相對(duì)較差，較多短纖維未能卷入紗體之中，造成紗線表面毛羽增多。所以這兩方面原因使得在細(xì)紗工序中生產(chǎn)出來(lái)的紗線毛羽和條干較差?？紤]到花式紗線生產(chǎn)中普遍存在毛羽較多的問(wèn)題，從而在細(xì)紗工序中采用了可以減少紗線毛羽的全聚紡紡紗方式。另外隨著線密度的減小，溢彩紗的CV值和粗細(xì)節(jié)有著一定程度的惡化。其中由間距小的雙喇叭口喂入生產(chǎn)的紗A(A1、A2、A3)和C(C1、C2、C3)較B(B1、B2、B3)和D(D1、D2、D3)條干均勻度好，紗線毛羽指數(shù)較低。根據(jù)FZ/T 71005—2014中的要求，3種不同線密度的溢彩紗的條干和毛羽指數(shù)均滿足針織用紗要求，并且為了紡制成紗質(zhì)量較好的溢彩紗線，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇間距較小的雙喇叭口。

2.3 溢彩紗縱向結(jié)構(gòu)

為了觀察溢彩紗特殊的成紗結(jié)構(gòu)和縱向纖維分布，采用超景深三維數(shù)碼顯微鏡VHX-5000(基恩士(中國(guó))有限公司)，使用全幅對(duì)焦對(duì)3種線密度紅色的溢彩細(xì)紗進(jìn)行觀察，如圖5所示。

圖5 3種線密度紗線的縱向色塊分布Fig.5 Longitudinal color block distribution of yarns with three kinds of linear density

由圖5可以看出，一方面在選擇相同捻系數(shù)的基礎(chǔ)上，隨著溢彩紗線密度的減小，捻度的增加使得在相同對(duì)焦情況下，相同的可視范圍內(nèi)，色塊分布逐漸增多，色塊間隔有所減小，并且色塊呈現(xiàn)規(guī)律性的均勻分布。利用超景深顯微鏡測(cè)得纖維縱向截面上有色纖維覆蓋長(zhǎng)度幾乎和基紗纖維覆蓋長(zhǎng)度相等，并且規(guī)律地交替出現(xiàn)，隨著溢彩紗線密度的減小，有色纖維和基紗纖維交替出現(xiàn)的變換周期長(zhǎng)度減小，并具有一定的周期規(guī)律；另一方面有色飾紗纖維和無(wú)色基紗纖維幾乎呈現(xiàn)出“半包纏”式，有色飾紗纖維若隱若現(xiàn)，從無(wú)到有再到飾紗纖維漸變到無(wú)，給人以朦朧感，色式新穎，并且呈現(xiàn)出彩霞般的視覺(jué)效果。同時(shí)，可以觀察到溢彩花色紗花色效果較好，飾紗纖維和基紗纖維色彩融合協(xié)調(diào)，溢彩紗結(jié)構(gòu)較為緊密，有色的飾紗纖維和無(wú)色的基紗纖維同捻向的包纏在一起，有色飾紗纖維的捻回角較基紗纖維的捻回角稍大，飾紗纖維伸直度較低，3種線密度的溢彩紗線表面均有露出的毛羽，在一定程度上影響了紗線外觀。因此在紡制溢彩紗時(shí)，可配置較重的鋼絲圈號(hào)數(shù)，控制紗線的氣圈，從而減少溢彩紗表面毛羽。

2.5 溢彩紗橫向截面

為了觀察溢彩細(xì)紗橫向截面纖維分布，采用Y172型哈式切片器(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)制作溢彩紗橫截面切片，CU-6型纖維橫截面取樣機(jī)(北京合眾視野科技有限公司)對(duì)3種不同線密度的溢彩細(xì)紗進(jìn)行采集，得到如圖6所示溢彩紗橫向截面纖維分布。

圖6 溢彩細(xì)紗橫截面纖維分布Fig.6 Fiber distribution on cross section of ambilight yarn

本試驗(yàn)采用深紅色羊毛纖維包裹一根溢彩細(xì)紗，其中外圈呈深紅色圓形狀為羊毛纖維，中間被包裹部分呈現(xiàn)腰圓形且?guī)в兄星粻畹臑橐绮始喞w維，玫紅色腰圓形為有色粗紗纖維。由圖6可以看出，一方面3種不同線密度的溢彩細(xì)紗橫截面中有色飾紗纖維既分布在紗線表面，也有一部分分布在紗線內(nèi)部，可見(jiàn)從粗紗工序再到細(xì)紗工序使得飾紗纖維和基紗纖維有效融合，飾紗纖維轉(zhuǎn)移度較高，內(nèi)層飾紗纖維與基紗纖維共同承擔(dān)紗線強(qiáng)力，外層飾紗纖維形成花色周期性的分布規(guī)律，色彩明顯且柔和，更加驗(yàn)證了其“彩霞般”流光溢彩的花色效應(yīng)；另一方面溢彩細(xì)紗線密度越高，橫截面內(nèi)所含有色飾紗纖維根數(shù)越多，纖維轉(zhuǎn)移較均勻。

3 結(jié) 論

1)將賽絡(luò)紡應(yīng)用于粗紗工序中，對(duì)THC2015型全自動(dòng)落紗粗紗機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，合理配置紡紗工藝參數(shù)，成功紡制出新型花式紗——溢彩紗。

2)粗紗工序中，由于飾紗的喂入影響了條子的正常牽伸，造成了溢彩粗紗毛羽的增多，所以在細(xì)紗工序中采用全聚紡紡紗方式提高成紗強(qiáng)力和條干均勻度，降低紗線毛羽。

3)實(shí)際生產(chǎn)中，溢彩紗線仍存在條干CV值較大，毛羽較多的問(wèn)題，所以后續(xù)需要對(duì)紡紗工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化與改善，從而提高成紗質(zhì)量。

4)溢彩紗色塊分布較均勻，花色效果柔和，主體上呈現(xiàn)一種“半包纏”式周期性分布規(guī)律，呈現(xiàn)出一種流光溢彩的彩霞般花式效果。