阻燃黏膠纖維紡紗工藝與紗線性能分析

張喜昌，張海霞

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 451191)

隨著人們安全防護(hù)意識的增強(qiáng)，阻燃紡織品的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸由專用防護(hù)服向行業(yè)工作服甚至日常生活用服裝滲透，這就要求阻燃紡織品不僅要具有阻燃防護(hù)性能，還要具有良好的舒適性、透氣性、吸濕性和染色性能等[1-2]。目前，國內(nèi)外對阻燃紡織品的要求更加嚴(yán)格，制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)[3-5]。本研究以阻燃黏膠纖維為原料，設(shè)計生產(chǎn)了18.45 tex阻燃黏膠纖維紗線，同時選用市場上較為常見的18.45 tex普通黏膠紗線作為對比樣，測試分析了紗線的條干均勻度、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、毛羽、拉伸性能、耐磨性能和阻燃性能，以期為阻燃黏膠紗線及其織物的開發(fā)提供參考。

1 紡紗工藝與實驗方法

1.1 紡紗工藝流程

選用的阻燃黏膠纖維和普通黏膠纖維長度為38 mm，線密度為1.67 dtex，阻燃黏膠纖維的極限氧指數(shù)LOI值大于28%，普通黏膠纖維的極限氧指數(shù)LOI值為17%。18.45 tex阻燃黏膠紗線的紡紗工藝流程如下：

A002A型自動抓棉機(jī)→A006C型自動混棉機(jī)→A036C型豪豬開棉機(jī)→A092A型雙棉箱給棉機(jī)→A076C型單打手成卷機(jī)→FA201型梳棉機(jī)→FA305型并條機(jī)(二道)→FA425型粗紗機(jī)→FA506型細(xì)紗機(jī)。

1.2 紡紗工藝措施

1.2.1開清棉工序

在開清棉工序，由于阻燃黏膠纖維較細(xì)、較長，為減少纖維的損傷和扭結(jié)，在工藝設(shè)計時采用“大隔距、低速少打”的原則。豪豬開棉機(jī)的打手速度設(shè)計為475 r/min，綜合打手速度為860 r/min，綜合打手至天平羅拉的隔距放大至10 mm。由于黏膠纖維的吸濕性好、原料緊密，抓棉打手的間隙下降動程要偏小。

1.2.2梳棉工序

梳棉工序采用“重定量、低速度”的工藝原則。由于黏膠纖維的抱合力較差，生條定量宜偏大，設(shè)計為18.5 g/5 m，錫林轉(zhuǎn)速為300 r/min，刺輥轉(zhuǎn)速為670 r/min，道夫轉(zhuǎn)速為21 r/min，蓋板速度為88 mm/min，錫林與蓋板的五點(diǎn)隔距為0.27 mm×0.24 mm×0.24 mm×0.24 mm×0.27 mm，以減少黏膠纖維的損傷和棉結(jié)的產(chǎn)生。

1.2.3并條工序

并條工序應(yīng)體現(xiàn)“低速度、大隔距”的工藝原則。并條機(jī)隔距設(shè)計為11 mm×15 mm，前羅拉輸出速度為130 m/min，熟條定量為18.5 g/5 m，頭道并條后區(qū)牽伸倍數(shù)取1.75，末道并條后區(qū)牽伸倍數(shù)取1.35，以降低須條的條干不勻率。

1.2.4粗紗工序

粗紗工序采用“低速度、重加壓、大隔距”的工藝原則，錠翼轉(zhuǎn)速設(shè)計為760 r/min，粗紗定量為4.6 g/10 m，捻系數(shù)為75，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.22。

1.2.5細(xì)紗工序

細(xì)紗工序采用“低速度、小后區(qū)牽伸倍數(shù)、大隔距”的工藝原則。為減少斷頭，錠子速度宜采用低速，生產(chǎn)時設(shè)計為12 580 r/min，羅拉中心距為42.5 mm×70 mm，細(xì)紗的捻系數(shù)為318，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.21。

1.3 實驗方法與條件

以紡制得到的18.45 tex阻燃黏膠紗線為試樣，同時選用相同線密度的普通黏膠紗線作為對比樣進(jìn)行測試分析，實驗方法和條件如下：

(1)條干均勻度。采用YG135E型條干均勻度儀測試，測試速度為400 m/min，測試時間為1 min，細(xì)節(jié)-50%，粗節(jié)+50%，棉結(jié)+200%。

(2)毛羽。采用YG171L型毛羽測試儀測試，測試長度為10 m，測試速度為30 m/min，預(yù)加張力按0.5 cN/tex計算。

(3)拉伸性能。紗線強(qiáng)伸性能采用YG061型電子單紗強(qiáng)力儀測試，夾持長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，試樣預(yù)加張力按0.5 cN/tex計算。紗線彈性采用PC/YG061F型電子單紗強(qiáng)力機(jī)測試，夾持長度為500 mm，拉伸速度為50 mm/min，定伸長為5%(即伸長量為25 mm)，拉伸停置時間為60 s，回復(fù)停置時間為30 s，反復(fù)拉伸2次，試樣預(yù)加張力按0.5 cN/tex計算。

(4)耐磨性能。采用LFY-109B型電腦紗線耐磨儀和TK-C721EG型生物顯微鏡測試，砂紙型號為400號，張力重錘質(zhì)量為5 g和20 g，磨輥往復(fù)速度為60次/min，摩擦長度為55 mm，放大倍數(shù)為100。

(5)阻燃性能。采用LLY-07A型織物阻燃性能測試儀測試，紗線長度為10 cm，火焰高度為1 cm，點(diǎn)燃時間為0.5 s 左右。

2 結(jié)果與分析

2.1 紗線的條干均勻度

分別測試2種紗線的條干均勻度、紗疵等性能指標(biāo)，測試結(jié)果見表1。

由表1可知，阻燃黏膠紗線的條干不勻率較高，有粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)且數(shù)量較多，而普通黏膠紗線的條干不勻率較低，粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)的數(shù)量為0。原因主要是阻燃黏膠纖維的吸濕性較常規(guī)黏膠纖維差，質(zhì)量比電阻高，容易產(chǎn)生靜電。因此，在紡紗時要合理設(shè)置阻燃黏膠纖維的工藝參數(shù)，在加工前需要通過添加油劑來提升纖維的可紡性。

表1 紗線條干不勻率和紗疵測試結(jié)果Tab.1 Test results of yarn unevenness and faults

圖1 毛羽長度與毛羽指數(shù)的關(guān)系Fig.1 Relationship between the hairiness length and hairiness index

2.2 紗線毛羽

分別測試阻燃黏膠紗線和普通黏膠紗線的毛羽指數(shù)，毛羽長度與毛羽指數(shù)的關(guān)系如圖1所示。

由圖1可知，阻燃黏膠紗線的毛羽指數(shù)比普通黏膠紗線略大，尤其是毛羽長度在3 mm以下時增幅明顯。

2.3 紗線的拉伸性能

2.3.1強(qiáng)伸性能

分別測試阻燃黏膠紗線和普通黏膠紗線的斷裂強(qiáng)力、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和斷裂功，結(jié)果見表2。

表2 紗線強(qiáng)伸性能測試結(jié)果Tab.2 Test results of yarn strength & elongation

由表2可以看出，阻燃黏膠紗線的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和斷裂功都比普通黏膠紗線小，這是因為阻燃劑中加入黏膠纖維后，纖維的強(qiáng)度及伸長會有所降低。由于紗線的強(qiáng)度低，在織造時容易發(fā)生斷頭，導(dǎo)致織造不能順利進(jìn)行、織物疵點(diǎn)較多，所以在織造時應(yīng)注意工藝參數(shù)的合理選擇，避免紗線的強(qiáng)度過低而造成生產(chǎn)效率偏低。

2.3.2彈性

阻燃黏膠紗線和普通黏膠紗線的彈性測試結(jié)果如表3所示。

表3 紗線彈性測試結(jié)果Tab.3 Test results of yarn elasticity

由表3可知，阻燃黏膠紗線的塑性變形率比普通黏膠紗線稍大，彈性回復(fù)率和應(yīng)力松弛率比普通黏膠紗線稍小，說明阻燃黏膠紗線的彈性比普通黏膠紗線略差。因為紗線的彈性差，織物手感比較硬，尺寸穩(wěn)定性不好，容易起褶皺而影響服用性能，所以在紡紗時可以考慮和其他纖維混紡以提升紗線的彈性，在織造時可以考慮與其他彈性較好的紗線進(jìn)行交織來提升織物的拉伸性能。

2.4 紗線的耐磨性能

阻燃黏膠紗線和普通黏膠紗線在不同張力重錘下的耐磨性能測試結(jié)果如表4所示。

表4 紗線耐磨性測試結(jié)果Tab.4 Test results of yarn wear-resistance property

由表4可知：在同一張力重錘下，阻燃黏膠紗線的耐磨次數(shù)比普通黏膠紗線大，說明阻燃黏膠紗線的耐磨性能比普通黏膠紗線好；在不同張力重錘下，張力重錘為20 g時紗線的耐磨次數(shù)比張力重錘為5 g時小，故張力重錘越重，紗線的耐磨次數(shù)越小。

對普通黏膠紗線和阻燃黏膠紗線磨損一定次數(shù)后的表面形態(tài)用生物顯微鏡進(jìn)行觀察，普通黏膠紗線、阻燃黏膠紗線摩擦前后的表面形態(tài)分別如圖2和圖3所示。

圖2 普通黏膠紗線摩擦前后的表面形態(tài)Fig.2 Surface morphology of ordinary viscose yarns rubbed both before and after

圖3 阻燃黏膠紗線摩擦前后的表面形態(tài)Fig.3 Surface morphology of flame-retardant viscose yarns rubbed both before and after

從圖2和圖3可以看出：摩擦前，普通黏膠紗線和阻燃黏膠紗線結(jié)構(gòu)較緊密，表面有毛羽但不是特別多，毛羽長度較短；摩擦30次后，紗線結(jié)構(gòu)變得疏松，表面毛羽增多、變長且比較凌亂。

2.5 紗線的阻燃性能

阻燃黏膠紗線和普通黏膠紗線的阻燃性能測試結(jié)果如表5所示。

表5 紗線阻燃性能測試結(jié)果Tab.5 Test results of yarn flame-retardant property

由表5可知：阻燃黏膠紗線沒有續(xù)燃時間和陰燃時間，其損毀長度為5.16 cm；普通黏膠紗線沒有陰燃時間，續(xù)燃時間為1.19 s且全部損毀。這是因為阻燃劑的加入大大提升了阻燃黏膠纖維的阻燃效果，使阻燃黏膠紗線具有較好的阻燃性能。

3 結(jié)論

(1)阻燃黏膠紗線的條干均勻度、粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)比普通黏膠紗線差，毛羽數(shù)量比普通黏膠紗線略多。在紡紗過程中要合理設(shè)置工藝參數(shù)，宜采用低速、大隔距、小后區(qū)牽伸倍數(shù)的紡紗工藝。

(2)阻燃黏膠紗線的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率和斷裂功比普通黏膠紗線小，強(qiáng)伸性能較差，塑性變形率比普通黏膠紗線略大，彈性回復(fù)率和應(yīng)力松弛率比普通黏膠紗線略小，即彈性略差。

(3)阻燃黏膠紗線的耐磨次數(shù)比普通黏膠紗線大，在摩擦一定次數(shù)后，阻燃黏膠紗線和普通黏膠紗線結(jié)構(gòu)變得疏松，表面毛羽增多、變長且比較凌亂，阻燃黏膠紗線耐磨性比普通黏膠紗線略好。

(4)阻燃黏膠紗線與普通黏膠紗線相比，其阻燃性能優(yōu)勢明顯，可用來開發(fā)阻燃織物。