單紗漿紗機(jī)毛紗上漿工藝的研究

于 碩,沈艷琴,姚一軍,武海良

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710048)

0 引 言

輕薄化是毛織物的發(fā)展方向[1],單經(jīng)單緯精紡毛紗織造是生產(chǎn)輕薄型毛織物的方法之一。由于毛精紡單紗橫截面內(nèi)的纖維根數(shù)少,單紗強(qiáng)力低,毛羽多而長(zhǎng),在織造過(guò)程中無(wú)法承受反復(fù)的機(jī)械作用造成斷頭,故必須對(duì)毛精紡單紗進(jìn)行上漿處理,才能順利織造[2-3]。

羊毛纖維本身的油脂和紡紗過(guò)程中加入的和毛油,使羊毛潤(rùn)濕性差,降低了漿液中高聚物和毛纖維大分子間的親和力,易造成漿液滲透不足,漿膜脫落現(xiàn)象;另外，羊毛纖維彈性大,毛羽多而長(zhǎng),且不服帖;同時(shí)，羊毛纖維對(duì)高溫、堿及強(qiáng)烈的機(jī)械作用比較敏感,致使其上漿時(shí)不宜采用高溫長(zhǎng)時(shí)間浸煮、高強(qiáng)力軋壓的上漿方式。因此,漿紗工藝參數(shù)、漿料和上漿方式是毛紗上漿的難點(diǎn)[4-7]。

目前,毛紗上漿用漿料研究取得了顯著進(jìn)展。學(xué)者們研究了蛋白漿料[8]、復(fù)配漿料[9]等用于毛紗上漿。這些漿料應(yīng)用于毛紗上漿,漿紗毛羽服帖、耐磨性良好、斷裂強(qiáng)力增加。

當(dāng)前,毛紗上漿所采用的上漿方式主要是熱熔上漿[10-11]、軸經(jīng)上漿[12]、歇米蓋爾(CHIMGEL)冷上漿[13-15]、單紗上漿[16]等。最早提出的毛紗上漿方式是軸經(jīng)上漿。該工藝適應(yīng)大批量生產(chǎn)，具有上漿均勻等特點(diǎn),但上漿過(guò)程中易出現(xiàn)紗線黏連,導(dǎo)致紗線斷頭,降低生產(chǎn)效率。后來(lái),在改造后的國(guó)產(chǎn)漿紗機(jī)上進(jìn)行上漿實(shí)驗(yàn),初步探索毛紗熱熔上漿技術(shù)。該技術(shù)上漿后可增強(qiáng)紗線強(qiáng)力,改善紗線耐磨性,具備漿紗快干、上漿均勻等特點(diǎn)。但上漿操作復(fù)雜,熱熔上漿專(zhuān)用漿料價(jià)格昂貴,至今沒(méi)有得到推廣。歇米蓋爾(CHIMGEL)冷上漿是源于德國(guó)的毛紗上漿技術(shù),特點(diǎn)是在室溫下通過(guò)溶液上漿,但該方法易造成漿料黏附于毛紗表面,無(wú)法滲透到紗線內(nèi)部,織造時(shí)落漿現(xiàn)象嚴(yán)重。單紗上漿采用筒對(duì)筒的上漿方式,即單根紗線自動(dòng)上漿、烘干,卷繞成滿足后道工序要求的筒子紗。以前有在絡(luò)筒機(jī)上加裝上漿裝置和烘干機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單紗的上漿,但由于實(shí)際效果和其他原因,這種單紗上漿的方法并沒(méi)有推廣應(yīng)用。直到近幾年,單紗上漿才以一種單獨(dú)的機(jī)械形式——單紗漿紗機(jī)應(yīng)用于紡織行業(yè)中。單紗上漿機(jī)是針對(duì)毛織物多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn),毛紗浪費(fèi)少;且漿紗之間無(wú)黏連,不存在干分絞問(wèn)題,故毛羽伏貼好。

設(shè)定合理的漿紗工藝參數(shù),不僅能提高毛紗性能,還可節(jié)約漿紗成本,增加效益。根據(jù)紗線品種、漿紗機(jī)機(jī)型選擇合理的漿紗機(jī)工藝參數(shù)，一直以來(lái)都是漿紗工作者研究熱點(diǎn)。但是，對(duì)于毛紗漿紗工藝缺乏系統(tǒng)的研究,主要原因是毛紗上漿一直未有成熟的漿紗機(jī)。近年來(lái),單紗漿紗機(jī)有了顯著進(jìn)步,具有代表性的如GA392單紗漿紗機(jī)。本文采用GA392單紗漿紗機(jī),通過(guò)對(duì)壓漿力、漿液含固量、漿液溫度、漿紗速度等工藝參數(shù)與上漿毛紗拉伸性能、強(qiáng)力、耐磨性能、毛羽伏貼性及上漿率等性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)研究,探討GA392單紗漿紗機(jī)的毛紗上漿工藝參數(shù),為毛紗上漿提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 16.7 tex純毛精梳紗(江蘇申洲毛紡有限公司)；22.3 tex純毛精梳紗(江蘇申洲毛紡有限公司)；PVA1799(北京有機(jī)化工廠)；SPR酶化淀粉(荷蘭AVEBE公司)；105凈洗劑(泰興市恒源化學(xué)廠)；甘油(西安義信化工有限公司)。

1.1.2 儀器 NDJ-79旋轉(zhuǎn)式黏度儀(3#孔,同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠)；GA392單紗漿紗機(jī)(江陰市通源紡機(jī)有限公司)；HD021N型電子單紗強(qiáng)力儀(南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)；Y731D抱合力機(jī)(南通三思機(jī)電科技有限公司)；YG172A紗線毛羽測(cè)試儀(北京金洋萬(wàn)達(dá)科技有限公司)；Quanta 600 FEG 型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(美國(guó)FEI公司)。

1.2 上漿工藝

1.2.1 漿紗工藝參數(shù) 在GA392單紗漿紗機(jī)上對(duì)16.7 tex(JW16.7 tex)和22.3 tex(JW22.3 tex)純毛精梳紗進(jìn)行上漿,表1是漿紗工藝參數(shù)。

表 1 漿紗工藝參數(shù)Tab.1 Sizing process parameters

1.2.2 漿紗退漿 上漿率表示經(jīng)紗上漿后所附著漿料的多少。由于上漿率難以測(cè)量,以退漿率的大小粗略表示上漿率的大小。常用退漿方法有硫酸退漿法、氫氧化鈉退漿法、氯胺T退漿法和凈水退漿法等。采用凈水退漿法，將已烘干至恒重的紗線(5 g),浸入水中,煮沸10 min后,烘干稱(chēng)重。計(jì)算漿紗上漿率S(%)[17],即

(1)

式中:W0為漿紗退漿前干重,g;W1為漿紗退漿后干重,g;β為毛羽損失率,%。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 紗線形貌 使用掃描電子顯微鏡觀察上漿之后紗線的表面形貌及截面形態(tài)。首先對(duì)紗線進(jìn)行噴金處理,然后在放大1 000倍狀態(tài)下觀察。

1.3.2 拉伸性能 參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(CRE法)》,使用單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率,共測(cè)30組,取平均值。

1.3.3 耐磨性 參照J(rèn)JF(紡織)050—2015《紗線耐磨性能測(cè)試儀校準(zhǔn)規(guī)范》,在紗線抱合力機(jī)上測(cè)試紗線耐磨次數(shù),共測(cè)30組,取平均值。

1.3.4 紗線毛羽 參照FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測(cè)定方法：投影計(jì)數(shù)法》,在紗線毛羽測(cè)試儀上測(cè)試,共測(cè)30組,取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 壓漿力對(duì)漿液在紗線中分布的影響

原紗、無(wú)壓漿力漿紗和有壓漿8力(44 N)漿紗的掃描電鏡圖片如圖1所示。

(a) 原紗縱向 (b) 無(wú)壓漿紗縱向

(c) 有壓漿紗縱向 (d) 原紗截面

(e) 無(wú)壓漿紗截面 (f) 有壓漿紗截面圖 1 原紗及漿紗形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig.1 Morphological structure of original yarn and sized yarn

從圖1可以看出：原紗縱向表面纖維松散,集束性不好;無(wú)壓漿力時(shí)漿膜不完整,漿膜在紗線表面黏附不好,漿料僅僅附著于紗體表面,形成表面上漿;有壓漿力時(shí),漿膜在紗線表面伏貼牢固,漿膜光滑完整,紗身緊密。

從圖1還可以看出，原紗橫截面紗線結(jié)構(gòu)松散,纖維之間孔隙大。吸有漿液的紗線經(jīng)壓漿力擠壓后,漿液與纖維之間的分子距離更近。原因是分子間力與氫鍵結(jié)合力增強(qiáng),加速分子的相互擴(kuò)散,加上漿液對(duì)纖維的潤(rùn)濕性能，黏附強(qiáng)度得到提高。

傳統(tǒng)單紗漿紗機(jī)采用彈簧加壓,這種加壓方式壓漿力小,無(wú)法保證漿液在紗線中有足夠的浸透。GA392單紗漿紗機(jī)設(shè)計(jì)了氣動(dòng)壓漿裝置,可顯著提高漿液在紗線中的浸透性。壓漿力浸透作用的原理如圖2所示。

圖 2 壓漿裝置的工作機(jī)理Fig.2 Working mechanism of the pressure grouting device

紗線進(jìn)入上漿輥和壓漿輥形成的擠壓區(qū),與上漿輥帶進(jìn)來(lái)的漿液在擠壓區(qū)混合并參與壓漿。在擠壓區(qū)內(nèi),壓漿輥的壓漿力使?jié){液向紗線內(nèi)部浸透。根據(jù)Darcy定律,壓漿力越小,漿液的黏度越大,漿液對(duì)紗線的滲透率越小,漿液對(duì)紗線浸透不利。增大壓漿力,提高壓力梯度,可以增加漿液在紗線中的浸透。

2.2 壓漿力對(duì)上漿率的影響

圖3是在漿液含固量8%、室溫、漿紗速度65 m/min時(shí),壓漿力與上漿率的關(guān)系。

圖 3 壓漿力與上漿率關(guān)系Fig.3 The relation between squeezing pressure and sizing percentage

從圖3可以看出,當(dāng)壓漿力在40～44 N之間,隨著壓漿力增大,2種漿紗的上漿率不斷增大。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)壓漿力作用,漿液能夠有效滲透至紗線內(nèi)部,漿紗上漿率增大;但當(dāng)壓漿力大于44 N時(shí),上漿率隨之降低,這是因?yàn)閴簼{力過(guò)大,漿液被過(guò)度擠出,上漿率反而降低。

2.3 壓漿力對(duì)紗線拉伸性能的影響

圖4是JW16.7 tex漿紗和JW22.3 tex等2種漿紗的拉伸性能與壓漿力的關(guān)系。

(a) 壓漿力與斷裂強(qiáng)力關(guān)系

(b) 壓漿力與伸長(zhǎng)率關(guān)系圖 4 漿紗斷裂強(qiáng)力及伸長(zhǎng)率與壓漿力關(guān)系Fig.4 The relation between breaking strength, elongation of sizing yarn and squeezingpressure

從圖4可以看出,2種漿紗的斷裂強(qiáng)力及伸長(zhǎng)率隨壓漿力的增大呈先增后減的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诖诉^(guò)程中,在一定壓力作用下,漿液被覆效果均勻,漿液滲透于紗線內(nèi)部,使得紗線內(nèi)部纖維與纖維之間黏結(jié)力增強(qiáng),斷裂強(qiáng)力增加。當(dāng)壓漿力過(guò)大時(shí),漿液的動(dòng)態(tài)黏度有所增加,會(huì)產(chǎn)生降低浸透速率的反作用。綜合壓漿力對(duì)漿液在紗線中的分布、上漿率及紗線拉伸性能的影響,在GA392單紗漿紗機(jī)上采用44 N的壓漿力上漿較為合適。

2.4 漿液含固量對(duì)上漿率的影響

表2是漿液含固量與漿液黏度的關(guān)系,圖5是在壓漿力44 N、室溫、漿紗速度65 m/min時(shí),漿液含固量與上漿率的關(guān)系。

表 2 漿液含固量與漿液黏度關(guān)系Tab.2 The relation between solid content of slurry and viscosity

圖 5 漿液含固量與上漿率關(guān)系Fig.5 The relation between solid contentof slurry and sizing percentage

從表2和圖5可以看出,漿液黏度隨漿液含固量的增大而增大,漿液黏度會(huì)影響漿液在紗線中的浸透量,進(jìn)而影響上漿率。當(dāng)漿液含固量在6%～8%之間,隨著漿液含固量的增加,漿紗的上漿率不斷增大。當(dāng)漿液含固量超過(guò)8%時(shí),上漿率反而降低。漿液含固量過(guò)大時(shí),由于分子運(yùn)動(dòng)的各向異性,漿液流動(dòng)性較差,降低漿液的滲透性,致使?jié){液留在經(jīng)紗表面，很難滲透于紗線內(nèi)部。

2.5 漿液溫度的確定

GA392單紗漿紗機(jī)漿槽與軸經(jīng)漿紗機(jī)漿槽相比存在很大差異。軸經(jīng)漿紗機(jī)有大、小2個(gè)漿槽,小漿槽不斷向大漿槽補(bǔ)充漿液,2個(gè)漿槽之間的漿液不斷循環(huán),保證了大漿槽漿液液面和漿紗的浸漿長(zhǎng)度維持不變。GA392單紗漿紗機(jī)僅有1個(gè)漿槽,且漿槽非常小,體積只有800 cm3左右。如果采用高溫上漿,需要持續(xù)對(duì)漿槽漿液加熱,這樣就無(wú)法保證漿槽漿液液面高度和紗線浸漿長(zhǎng)度不變,造成上漿率波動(dòng)。

羊毛纖維特有的縮絨性同樣使上漿溫度不宜過(guò)高,否則會(huì)發(fā)生松弛現(xiàn)象。漿液溫度是單紗漿紗機(jī)上漿的關(guān)鍵因素之一。在壓漿力44 N、漿液含固量8%、漿紗速度60 m/min的條件下,分別將漿液溫度設(shè)定為室溫和70 ℃,對(duì)毛紗進(jìn)行上漿。表3對(duì)比了JW16.7 tex在不同漿液溫度下的紗線性能。

表 3 JW16.7 tex在不同漿液溫度下的紗線性能Tab.3 The properties of JW16.7 tex yarn at different temperatures

從表3可以看出,漿槽漿液溫度為室溫和70 ℃下,JW16.7 tex漿紗的紗線性能沒(méi)有大的差異。同樣,JW22.3 tex漿紗的紗線性能變化相似。這是因?yàn)闈{液在高溫時(shí),分子之間表現(xiàn)出無(wú)序狀態(tài),漿液溫度降低時(shí)分子由無(wú)序狀態(tài)轉(zhuǎn)為有序狀態(tài),直觀表現(xiàn)為漿液黏度增加,而漿液表面張力系數(shù)值降低對(duì)漿液有一定影響,但對(duì)紗線性能影響較小?？紤]到節(jié)能減排要求,可以采用室溫上漿。

2.6 漿紗速度的確定

在壓漿力44 N、漿液含固量8%、室溫的條件下,調(diào)整漿紗速度分別為45 m/min和65 m/min,比較2種速度下的漿紗性能。表4為JW16.7 tex在不同漿紗速度下的紗線性能。從表4可以看出，2種情況下的漿紗上漿率、紗線毛羽指數(shù)及耐磨性相差不大。JW22.3 tex紗線的上漿效果變化趨勢(shì)與JW16.7 tex相似,因此漿紗速度設(shè)為65 m/min。

表 4 不同漿紗速度下JW16.7 tex的紗線性能Tab.4 The properties of JW16.7 tex yarn at different speeds

3 結(jié) 論

1) 壓漿力對(duì)漿紗性能有顯著影響,加壓裝置使單紗漿紗機(jī)更適合于毛紗上漿。

2) 采用GA392單紗漿紗機(jī)對(duì)毛紗上漿,適宜的上漿工藝參數(shù)為:漿液含固量8%、室溫、壓漿力44 N、漿紗速度65 m/min。

3) 性能測(cè)試結(jié)果表明,漿紗斷裂強(qiáng)力、減伸率及耐磨性各項(xiàng)指標(biāo)都較原紗有了很大的提高,漿紗毛羽的降低非常明顯,提高了毛精紡單紗的可織性。