高保溫遠(yuǎn)紅外錦綸包芯紗的紡制和測(cè)試

秦智成，謝光銀，卓清良

(1.西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048；2.廈門(mén)夏紡紡織公司，福建廈門(mén) 361021 )

0 前言

隨著紡紗技術(shù)的發(fā)展，功能性紗線(xiàn)越來(lái)越受到重視，包芯紗是功能性紗線(xiàn)中尤為重要的一類(lèi)紗線(xiàn)，其特殊結(jié)構(gòu)決定了包芯紗可以同具備芯紗長(zhǎng)絲的優(yōu)良性能以及鞘紗短纖維優(yōu)秀的表觀(guān)性能。實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，研究了高保溫遠(yuǎn)紅外錦綸包芯紗在保溫材料選取過(guò)程中空滌綸短纖維和遠(yuǎn)紅外錦綸長(zhǎng)絲的復(fù)合保溫效果以及在紡紗過(guò)程中的錦綸芯絲預(yù)牽伸張力、細(xì)紗捻系數(shù)等紡紗工藝的變化和皮棍壓力、鋼絲圈重量、機(jī)器轉(zhuǎn)速等細(xì)紗過(guò)程中機(jī)械因素的變化對(duì)包芯紗的成紗質(zhì)量的影響，為企業(yè)生產(chǎn)和研發(fā)高保溫遠(yuǎn)紅外錦綸包芯紗提供一定的依據(jù)。

1 紗線(xiàn)設(shè)計(jì)

人體的熱量散失主要是通過(guò)對(duì)外界環(huán)境的熱輻射、熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)三種方式實(shí)現(xiàn)的，其中熱輻射占43.8%，熱對(duì)流占30.08%，熱傳導(dǎo)占20.70%。所以在研制保溫材料是主要應(yīng)考慮阻止或減少人體對(duì)外界環(huán)境的熱輻射、熱對(duì)流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的保溫。在減少或阻止熱輻射時(shí)應(yīng)考慮積極保溫材料(主動(dòng)保溫)，積極保溫材料如遠(yuǎn)紅外材料可以通過(guò)吸收外界熱量并儲(chǔ)存起來(lái)向人體放射，同時(shí)還具備反射人體本身熱輻射的功能從而使人體有溫?zé)岣械谋夭牧?；而在減少或阻止熱對(duì)流時(shí)應(yīng)考慮消極保溫材料(被動(dòng)保溫)，消極保溫材料是指通過(guò)增加不流動(dòng)的空氣層來(lái)單純的阻止或減少人體熱量向外散失的保溫材料，如羽絨，棉絮等。本次實(shí)驗(yàn)在選取材料時(shí)，芯絲采用遠(yuǎn)紅外錦綸長(zhǎng)絲通過(guò)吸收外界熱量并儲(chǔ)存起來(lái)向人體放射，同時(shí)反射人體本身熱輻射實(shí)現(xiàn)自發(fā)熱功能；外包粗紗選用中空滌綸短纖和原棉混紡，同時(shí)在紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)上采用低捻、包芯結(jié)構(gòu)，盡可能提高紗線(xiàn)的蓬松效果，增加纖維間空隙率保留不流動(dòng)的空氣層來(lái)減少人體熱量散失以提高其保溫效果。

2 材料選取及工藝流程

為提高保溫效果，粗紗中原棉選擇主體長(zhǎng)度長(zhǎng)、線(xiàn)密度較小的原棉。本次紡紗中所采用的阿克蘇原棉平均品級(jí)2.1級(jí)，主體長(zhǎng)度29.41 mm，品質(zhì)長(zhǎng)度30.28mm，短絨率12.56%，成熟度0.86，線(xiàn)密度1.6dtex，馬克隆值4.76，斷裂比強(qiáng)度28.27cN/tex，含雜率1.20%。粗紗中中空滌綸短纖維的規(guī)格為1.5D×38mm。中空滌綸短纖和原棉混紡比為55/45。

所采用的芯絲為遠(yuǎn)紅外錦綸長(zhǎng)絲，其線(xiàn)密度為40D/24F，其錦綸紡絲液中加入了納米氧化鈦粉體，能有效吸收外界能量并輻射與人體生物波波譜相同的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)。芯絲和外包纖維以45/55配比紡制包芯紗。

試紡高保溫遠(yuǎn)紅外錦綸包芯紗流程：

A002A型抓棉機(jī)→A036型開(kāi)棉機(jī)→A186F型梳棉機(jī)→FA306A型并條機(jī)(三道) →A454E型粗紗機(jī)→FA506S型細(xì)紗機(jī)(包芯紗改造)

3 工藝與措施

3.1 并粗工序

為避免棉纖維和滌綸中空短纖維在牽伸過(guò)程中受力變形，減小棉條內(nèi)部結(jié)構(gòu)的中空度，在加工過(guò)程中應(yīng)采取“輕定量，小牽伸，輕加壓”的工藝原則。

前道梳棉定量24g/5m，并條主要工藝參數(shù)：頭并采取5根合并，二并、末并均采用8根并合,頭并總牽伸7.26倍,二并總牽伸9.13倍,末并總牽伸9.66倍。頭并后區(qū)牽伸 1.884倍,二并后區(qū)牽伸 1.596倍，末并后區(qū)牽伸1.324倍。粗紗主要工藝參數(shù):定量設(shè)計(jì)1.92g/ 10m ,羅拉隔距 8 mm×25 mm ×35mm ,捻系數(shù)81.98。

3.2 細(xì)紗工序

為使紗線(xiàn)中的棉/滌綸中空短纖維鞘紗保持較多的中空結(jié)構(gòu)，要求細(xì)紗過(guò)程的捻系數(shù)不能過(guò)大以及鋼絲圈的重量較輕。由于較低細(xì)紗捻系數(shù)會(huì)產(chǎn)生棉/滌綸中空短纖維表面包覆量少及包覆牢度低的情況，針對(duì)這些現(xiàn)象，試紡采取的措施為：①增加芯絲張力，設(shè)計(jì)芯絲張力為0.2CN～0.8CN；②對(duì)芯絲進(jìn)行預(yù)牽伸，設(shè)計(jì)芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)1.03～1.08倍；③增加芯絲紡紗路徑。這樣即滿(mǎn)足了包芯紗的基本包覆條件即：①芯絲紡紗張力必須大于外包纖維紡紗張力；②外包纖維單位時(shí)間輸出速度比芯絲大[2]；同時(shí)也保證了棉/滌綸中空短纖維的表面包覆量。

為盡量避免包覆過(guò)程中露芯、偏芯、無(wú)芯的現(xiàn)象，在試紡過(guò)程中采用定位片對(duì)芯絲進(jìn)行定位，由于試紡包芯紗捻向?yàn)镾捻，則把芯絲定位在前羅拉鉗口須條中心偏右處保證了包覆效果。

設(shè)計(jì)成紗號(hào)數(shù)10.5tex，為保證紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)及成紗線(xiàn)密度設(shè)計(jì)細(xì)紗捻系數(shù)為300～370，細(xì)紗牽伸倍數(shù)32倍；由于紗線(xiàn)捻度小，強(qiáng)力低，為減少紡紗斷頭，設(shè)計(jì)錠子轉(zhuǎn)速為9000rpm。為了保證紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)及試紡過(guò)程中氣圈大小適中鋼絲圈選用型號(hào)為EMlfrNO.3/0。FA506S型細(xì)紗機(jī)包芯紗改造示意圖如圖1。

圖1 FA506S型細(xì)紗機(jī)包芯紗改造示意圖

3.3 細(xì)紗工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)分析

探究細(xì)紗工序芯絲張力、預(yù)牽伸倍數(shù)、捻系數(shù)對(duì)紗線(xiàn)質(zhì)量的影響。

設(shè)計(jì)芯絲張力為0.2CN～0.8CN，為保持試紡過(guò)程中單一變量，將長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)設(shè)為1.06倍，細(xì)紗捻系數(shù)設(shè)為340捻，采用長(zhǎng)絲張力調(diào)節(jié)器對(duì)芯絲張力在0.2CN～0.7CN范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，后采用AD6224紡紗張力數(shù)據(jù)采集器對(duì)紡紗過(guò)程中芯絲張力進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

圖2 長(zhǎng)絲張力與成紗質(zhì)量

圖2中可以看出，當(dāng)試紡時(shí)對(duì)長(zhǎng)絲施加張力為0.4CN時(shí)，紗線(xiàn)平均斷裂強(qiáng)力和條干CV值較好，斷裂伸長(zhǎng)率變化不大。但同時(shí)圖中可以看出，各項(xiàng)紗線(xiàn)質(zhì)量指標(biāo)值極差較小，說(shuō)明長(zhǎng)絲張力對(duì)成紗質(zhì)量影響不明顯。

設(shè)計(jì)長(zhǎng)絲預(yù)牽伸倍數(shù)為1.03～1.08倍，為保持試紡過(guò)程中的單一變量，將芯絲張力設(shè)為0.4CN，細(xì)紗捻系數(shù)設(shè)為340捻/m，進(jìn)行試紡。

圖3 長(zhǎng)絲預(yù)牽伸倍數(shù)與成紗質(zhì)量

圖3中可以看出，試紡時(shí)對(duì)長(zhǎng)絲施加的預(yù)牽伸倍數(shù)為1.06倍時(shí)，紗線(xiàn)平均斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率較好，條干CV 值變化不大。但同時(shí)圖中可以看出，各項(xiàng)紗線(xiàn)質(zhì)量指標(biāo)值極差較小，說(shuō)明長(zhǎng)絲牽伸倍數(shù)對(duì)成紗質(zhì)量影響不明顯。

設(shè)計(jì)細(xì)紗捻系數(shù)為300捻/m～370捻/m，為保持試紡過(guò)程中的單一變量，將芯絲張力設(shè)為0.4CN，長(zhǎng)絲預(yù)牽伸倍數(shù)設(shè)為1.06倍，進(jìn)行試紡。

圖4 細(xì)紗捻系數(shù)與成紗質(zhì)量

圖4中可以看出，試紡時(shí)細(xì)紗捻系數(shù)選擇340捻/m時(shí)，紗線(xiàn)平均斷裂強(qiáng)力，斷裂伸長(zhǎng)率和條干CV值明顯較好，同時(shí)圖中可以看出，各項(xiàng)紗線(xiàn)質(zhì)量指標(biāo)值極差較大，說(shuō)明細(xì)紗捻系數(shù)對(duì)成紗質(zhì)量影響明顯。

最終成紗選擇工藝參數(shù)為：芯絲張力0.4CN，長(zhǎng)絲預(yù)牽伸倍數(shù)1.06倍，細(xì)紗捻系數(shù)340捻/m。最終成紗質(zhì)量如表1。

表1 包芯紗成紗質(zhì)量

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)用中空滌綸短纖及天然棉短纖維紡制的粗紗(F/C 55/45)和遠(yuǎn)紅外錦綸長(zhǎng)絲(FC/CF 55/45)在環(huán)錠紡紗機(jī)上紡制了10.5tex高保溫遠(yuǎn)紅外錦綸包芯紗，并測(cè)試了成紗質(zhì)量，探究了幾個(gè)對(duì)包芯紗性能影響較大的因素，確定了最優(yōu)紡紗工藝：芯絲張力0.4CN，長(zhǎng)絲預(yù)牽伸倍數(shù)1.06倍，細(xì)紗捻系數(shù)340捻/m。盡管事先考慮到，細(xì)紗工序加捻三角區(qū)的擺動(dòng)會(huì)造成長(zhǎng)絲不能穩(wěn)定在紗線(xiàn)中心位置進(jìn)而影響包芯紗包覆效果的問(wèn)題，對(duì)細(xì)紗機(jī)進(jìn)行了設(shè)備改進(jìn)，加入長(zhǎng)絲張力調(diào)節(jié)裝置和長(zhǎng)絲定位器，在一定程度上改善了包芯紗的成紗質(zhì)量，但是通過(guò)最終的紗線(xiàn)質(zhì)量測(cè)試，仍然可以發(fā)現(xiàn)紗線(xiàn)CV值較大，平均斷裂強(qiáng)力較低，造成這種現(xiàn)象是因?yàn)殚L(zhǎng)絲在部分紗段位置偏離紗線(xiàn)主體中心位置所致，后續(xù)仍然需要進(jìn)一步進(jìn)行紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)方面的研究，以提高成紗質(zhì)量。紡紗的結(jié)果尚未達(dá)到最佳的效果，但基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)先設(shè)計(jì)要求，為今后的紗線(xiàn)質(zhì)量改進(jìn)提供了依據(jù)，積累了生產(chǎn)與技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)。