轉杯紡紡制純聚酰亞胺紗工藝研究

丁 倩 ，李俊玲 ，潘 濤 ，江 慧 ，張小云 ，汪 軍

(1.東華大學 紡織學院，上海 201620；2.中國紡織科學研究院 江南分院，浙江 紹興 312071)

0 引言

聚酰亞胺纖維因酰亞胺環(huán)特征結構的存在，其熱穩(wěn)定性、介電性能、生物相容性較高，具有耐高溫輻射、高強高模等優(yōu)異性能[1]。由于技術壟斷等因素使其價格較高，影響了聚酰亞胺纖維服用及裝飾用產品的開發(fā)[2]。陳培玉等曾采用環(huán)錠紡技術將聚酰亞胺纖維和粘膠纖維進行混紡，試織7種不同混紡比紗線的織物，通過對其進行熱學性能、力學性能和舒適性能等測試分析，得出粘膠纖維/聚酰亞胺纖維在30/70的混紡比例下模糊綜合評價指標較高的結論[3]；賀夢娟等曾以聚酰亞胺長絲為原料，采用空氣變形方法制備出聚酰亞胺空氣變形紗，并對不同超喂比的聚酰亞胺長絲空氣變形紗進行了力學性能分析、紗線結構形態(tài)觀察等研究，探索適合的加工參數(shù)[4]；付立凡曾采用賽絡紡技術紡制了聚酰亞胺紗線，為減少聚酰亞胺纖維的摩擦對其進行了噴油霧處理[5]，但由于細紗工序的影響因素眾多，因此成紗質量很難保證穩(wěn)定。

筆者利用轉杯紡技術開發(fā)棉型聚酰亞胺纖維的紗線產品，為探索其可紡性，擴大轉杯紡紗產品品種。在對假捻盤和分梳輥組合進行優(yōu)選的基礎上，使用正交試驗方法對轉杯紡工藝進行優(yōu)化，最終得到適合的紡紗工藝參數(shù)。

1 分梳輥和假捻盤組合優(yōu)選

1.1 原料性能

長春高崎聚酰亞胺材料有限公司棉型聚酰亞胺纖維，長度為38 mm，線密度為1.67 dtex，密度為1.44 g/cm3，斷裂強度為3.1 GPa，伸長率為2%。

1.2 紡紗條件

試驗選用DHU Z01型轉杯紡紗試驗機，轉杯直徑為54 mm，分梳輥直徑為65 mm，紡紗設計的線密度為36.4 tex，熟條定量為14.5 g/(5 m)，設計捻系數(shù)為330，轉杯轉速為40 kr/min，分梳輥轉速為4 kr/min，實驗室溫度為20 ℃。

1.3 分梳輥和假捻盤型式規(guī)格

選用3種分梳輥和2種假捻盤，組合得到6組試驗方案。分梳輥用齒條參數(shù)見圖1和表1，假捻盤參數(shù)見表2[6]。

表1 不同型號分梳輥參數(shù)

表2 不同類別假捻盤參數(shù)單位：mm

1.4 紡紗試驗設計與結果

試驗方案設計見表3，6個方案均在恒溫恒濕標準環(huán)境下進行測試。選取9項指標評定各方案成紗質量：3 mm毛羽根數(shù)、條干CV值、細節(jié)、粗節(jié)、棉結、斷裂強力、斷裂功、伸長率和伸長CV值[7]。

表3 試驗設計方案

采用YG172型毛羽測試儀，每管紗線測量10次，每次測量長度為10 m，取平均值。采用YG061-1500型電子單紗強力儀，測量長度為500 mm，測試速度為500 mm/min，每管測試10次，取平均值。采用YG135G型條干均勻度測試分析儀，測試長度為50 m，每管測試10次，取平均值。各方案測試結果見表4。

1.5 模糊決策排序

采用Borda數(shù)法[8]，論域U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}={A，B，C，D，E，F(xiàn)}；團體X={毛羽，條干，細節(jié)，粗節(jié)，棉結，斷裂強力，斷裂強力CV值，斷裂功，伸長率，伸長CV值}。根據(jù)對各指標的權重分配數(shù)據(jù)，得到各方案的Borda數(shù)為U1=1.46，U2=2.06，U3=3.32，U4=4.22，U5=2.62，U6=0.74，重新排序結果為U4，U3，U5，U2，U1，U6，即D組合的紡紗質量最優(yōu)。

表4 不同方案試紡紗線質量指標

2 正交試驗設計

2.1 試驗條件

利用轉杯紡紗優(yōu)選結果，選用OK40型分梳輥和陶瓷螺旋假捻盤進一步做紡紗試驗。

2.2 試驗設計

在轉杯紡紗工藝參數(shù)配置中，捻系數(shù)a、轉杯速度b及分梳輥速度c是影響成紗質量最重要的工藝參數(shù)[9]。故選擇此3者作為試驗因子，確定水平編碼表和實驗安排，見表5和表6。

表5 正交試驗水平編碼

表6 轉杯紡工藝參數(shù)正交試驗

采用正交表直觀分析法分析表6，可得出影響紗線指標的因素順序和最佳紡紗工藝，見表7。

表7 紗線指標影響因素排序和最佳工藝組合

由表7可知，影響紗線性能5個首要指標中a，b各占2組，c占1組；次要指標a占2組，c占2組，b占1組；綜合影響紗線性能的因素順序為a→b→c。最佳工藝組合中，a因素中水平2占3個指標，b因素的水平3占3個指標，c因素的水平2也占了3個指標；綜合考慮最佳紡紗工藝組合為a2b3c2，即捻系數(shù)為370，分梳輥轉速為6 kr/min，轉杯轉速為45 kr/min。

3 結論

3.1利用轉杯紡紡制棉型聚酰亞胺纖維純紡紗工藝可行，OK40型分梳輥和陶瓷螺旋假捻盤組合試紡出的紗線能達到相對優(yōu)良的質量水平。

3.2紡紗捻系數(shù)的選擇，分梳輥和轉杯轉速的合理搭配，對成紗質量有明顯影響。通過試驗對比，發(fā)現(xiàn)紡棉型聚酰亞胺纖維純紡紗時，影響紗線質量的因素順序為捻系數(shù)、分梳輥轉速和轉杯轉速，優(yōu)化后的工藝組合捻系數(shù)為370，分梳輥轉速為6 kr/min，轉杯轉速為45 kr/min。

3.3假捻盤、分梳輥等器材專件的類型也影響轉杯紡紗線質量，但各自對成紗質量的影響有側重。