具有間隔色彩效果的紗線制備及性能研究

湯清倫 韋煒 陳軍 湯恒星 張瑜

摘?要：采用有色滌綸長絲與天然純棉纖維為原料，制備出一種具有間隔色彩效果的新型復合紗線。為探討該復合紗線的工藝優(yōu)化方案，研究了滌綸長絲預加張力、捻系數(shù)、后區(qū)牽伸倍數(shù)（E后）、滌綸長絲含量等工藝參數(shù)對紗線的性能影響。結果表明，有色滌綸長絲張力為15 cN、捻系數(shù)為380、后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.5、滌綸長絲含量為20%時，紗線的綜合性能較佳，且紗線色彩豐富、具有獨特的立體視覺效果。該紡紗方法科學地實現(xiàn)了纖維間色彩的調配，達到物理配色的目的，對提高色紗產品品質、促進色紗的實際生產應用等具有指導意義。

關鍵詞：紡紗工藝參數(shù);物理配色;間隔色彩;有色滌綸長絲;復合紗線

中圖分類號：TS104.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）02-0029-05

Abstract：A new-type of interal color composite yarns was manufactured with colored polyester filament and 100% natural cotton fiber. In order to explore the process optimization of the composite yarns， the effect of process parameters such as pre-tension of polyester filament， twist coefficient， draft multiple in back zone （Eback）， and the content of polyester filament on yarn properties were studied. The results show that the optimal overall performance can be achieved if the tension of colored polyester filament is 15 cN， twist coefficient is 380， draft multiple in back zone is 1.5， and the content of polyester filament is 20%. With such parameters， the composite yarns are colorful and have a unique three-dimensional visual effect. The spinning method has scientifically realized color matching of fibers and attained the purpose of physical color matching， which is of guiding significance to improving the quality of colored yarn products and promoting the real production and application of colored yarns.

Key words：spinning process parameters; physical color matching; interal color; colored polyester filament ; composite yarns

作者簡介：湯清倫（1995-），女，湖北黃岡人，碩士研究生，主要從事新型紡織材料開發(fā)及紡織品設計方面的研究。

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對紡織品的多樣性、時尚化的要求日益提高，色紡紗在紡織品中的運用也逐步廣泛，市場發(fā)展前景廣闊[1-2]。傳統(tǒng)色紡紗通常是將纖維先進行染色，再將兩種或兩種以上不同顏色的纖維混合，紡制成具有獨特混色效果的紗線。在染色過程中，本色纖維需經(jīng)受酸、堿、高溫等作用，在獲得色彩的同時，纖維中的蠟質、脂、膠等物質被去除或減少，導致染色之后纖維的聚合度下降、強力損失、可紡性下降[3-5]。且纖維染色環(huán)節(jié)中使用到的染料、助劑等種類繁雜，導致廢水中的污染物成分復雜，酸堿性波動大，相較于其他行業(yè)廢水水量大，處理難度高，環(huán)境污染大[6]。

針對上述問題，采用有色滌綸長絲與天然純棉纖維為原料，在現(xiàn)有環(huán)錠紡技術的基礎上，利用有色滌綸長絲與天然純棉纖維顏色的不同，調整紡紗工藝參數(shù)，制備出一種具有間隔色彩效果的新型紗線。該間隔色彩紗的色彩主要取決于滌綸長絲的顏色，通過改變在紡絲原料中色母粒顏色即可獲得不同顏色的滌綸長絲。而天然純棉纖維無須染色，從根本上解決了色紡紗因染色造成的可紡性降低等問題，真正做到了“零染色”。

1?實?驗

1.1?紗線制備與測試儀器

采用定量6.0 g/10.0 m的天然純棉粗紗與8.9 tex有色滌綸長絲為原料。如圖1所示，在環(huán)錠細紗機上加裝一個長絲喂入裝置，使有色滌綸長絲經(jīng)張力盤、導絲輪后，從前羅拉膠輥后方喂入，與牽伸后的原色棉纖維須條匯聚加捻。其中，長絲無須經(jīng)過牽伸，控制喂入的長絲位置始終保持位于粗紗須條中心。通過紡紗過程的工藝控制，調控有色滌綸長絲與原棉纖維的內外轉移運動，從而獲得具有間隔色彩效果的滌棉復合紗，紗線結構如圖2所示。間隔色彩紗在縱向結構上，呈現(xiàn)出均勻的色彩周期。該色彩周期由純色彩段和復合色彩段組成，純色彩段為有色滌綸長絲的顏色，復合色彩段由有色滌綸長絲與純棉纖維的顏色復合疊加呈現(xiàn)。

紡紗設備：DSSp-01A數(shù)字式小樣細紗機（天津市嘉誠機電設備有限公司）。

測試儀器：YG（B）086型縷紗測長機（溫州大榮紡織儀器有限公司）;SFY13單絲張力儀（紹興市杰聯(lián)儀器有限公司）;YG（B）021DX電子單紗強力機（溫州大榮紡織儀器有限公司）;YG173A紗線毛羽測試儀（蘇州長風有限責任公司）;YG133B/M條干均勻度測試儀（蘇州長風有限責任公司）;Y172型哈氏切片器（南通三思機電有限公司）;VHX-5000超景深三維數(shù)碼顯微鏡（基恩士（中國）有限公司）。

1.2?線密度偏差率

線密度偏差率（D）是衡量紗線質量的重要指標之一，據(jù)GB/T 398—2008《棉本色紗線》可知，優(yōu)等品棉紗所規(guī)定的線密度偏差率范圍為±2.0%。

式中：D為線密度偏差率，%;T為實際線密度，tex;T1為設計線密度，tex。

2?結果與分析

2.1?長絲預加張力對紗線性能的影響

長絲的預加張力直接影響成紗時加捻三角區(qū)纖維的內外轉移，一定范圍內，長絲張力越大，加捻時長絲的位置越容易被限制在須條中心，減少向外層轉移，當長絲預加張力較小，在紡紗過程中滌綸長絲將會反復發(fā)生內外層轉移[7]。由表1可知，隨著長絲預加張力的增大，紗線強力呈先增加后減小趨勢，條干CV呈先減小再增大趨勢，毛羽指數(shù)變化相差不大，呈波動狀態(tài)。有色滌綸長絲和經(jīng)過牽伸的棉粗紗須條同時由前羅拉鉗口喂入，此處棉粗紗須條經(jīng)前牽伸區(qū)變速，速度與前羅拉速度相同，有色滌綸長絲由于預加張力的作用，喂入前羅拉的速度略小于棉粗紗的喂入速度，兩者間形成一定的速度差。當長絲張力為5 cN以下時，長絲與須條間速度差較小，滌綸長絲與粗紗須條幾乎同時進行輸出加捻，紗線實際線密度較接近設計線密度，線密度偏差率也較小。同時，紗線條干相對較差、毛羽較多、強力較低。這是由于，長絲張力較小時，前鉗口處的棉纖維的向心壓力會使滌綸長絲更易由內層轉移向外層，使得棉纖維抱合不緊密，導致紗線質量較差。隨著長絲張力的增加，長絲與須條間的速度差增大，前鉗口處纖維的向心壓力與長絲的運動阻力相互作用增加，有利于纖維間的抱合。因此適當?shù)拈L絲張力，可改善紗線條干和毛羽質量，提高紗線強力。滌綸長絲預加張力為15 cN時，復合紗的斷裂強力最高。但隨著預加張力繼續(xù)增加，預加張力過大時，長絲運動速度太慢，進入前羅拉后會出現(xiàn)打頓問題，外包短纖維易屈曲纏結在長絲上而形成疵點，導致紗線的線密度偏差率增大、紗線條干及毛羽質量下降，強力降低。合理而穩(wěn)定的張力控制，對紗線性能至關重要，長絲張力15 cN時，長絲與須條間的速度差相對適中，線密度偏差率在優(yōu)品紗線誤差范圍內，同時，紗線毛羽、不勻率、強力均相對較優(yōu)。

2.2?捻系數(shù)對紗線性能的影響

在一定的范圍內，當捻系數(shù)增加時，更有利于前羅拉處的邊緣纖維的控制，同時提高了纖維間的摩擦力和抱合力，從而改善紗線性能[8]。由表2可見，隨著捻系數(shù)增加，紗線強力呈先增大后減小的趨勢，條干CV數(shù)值略微減小，毛羽H值呈波動狀態(tài)。這是由于加捻過程中，捻系數(shù)較小時，纖維間的摩擦力較小，纖維的抱合力較弱，前羅拉處對邊緣纖維的控制力較低，加之牽伸過程中尤其是長度較短的棉纖維散失，導致實際線密度略小于設計線密度，紗線強力較低以及紗線條干、毛羽較差，見方案7和8。隨著捻系數(shù)的增加，加捻作用使紗線中的外層纖維產生了向心壓力，纖維間的抱合力增大，纖維間摩擦力提高，纖維頭端被包裹在紗條內的幾率增加，紗線毛羽減少、結構緊密，有利于條干均勻度的改善，使成紗強力隨之增大，改善了紗線質量，見方案9。當捻系數(shù)過大時，被加捻的纖維所受到的加捻力矩過大，傳遞的捻度更靠近前羅拉鉗口，從而影響對輸出纖維的控制作用，導致纖維強力的有效利用能力降低，紗線斷裂強力下降，紗線線密度偏差率偏大，見方案10和11。并且，此時的紗線在自然狀態(tài)下容易發(fā)生捻縮、扭結，從而影響紗線的使用性能。經(jīng)過對比之后，當捻系數(shù)為380時，復合紗線的綜合性能相對較優(yōu)。

2.3?后區(qū)牽伸倍數(shù)對紗線性能的影響

后區(qū)牽伸倍數(shù)直接影響牽伸區(qū)對纖維須條的有效牽伸，合理的后區(qū)牽伸倍數(shù)有利于纖維運動的有效控制，實現(xiàn)變速點的集中與穩(wěn)定[9-10]。由表3可見，隨著后區(qū)牽伸倍數(shù)的增加，紗線強力呈先增大后減小的趨勢，條干CV數(shù)值呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢，并略有波動，毛羽H值呈增大趨勢。這是由于在后區(qū)牽伸倍數(shù)較小時，粗紗在后區(qū)未能經(jīng)過有效牽伸，而在前區(qū)分配的牽伸倍數(shù)較多，須條不勻將在前牽伸區(qū)積聚，導致成紗中粗節(jié)增多，條干較差，強力較低。此外，由于后區(qū)牽伸中纖維的擴散程度較低，進入前牽伸區(qū)的粗紗條集聚度較高，使得紗線毛羽較少，見方案12。隨著后區(qū)牽伸倍數(shù)的增加，粗紗條在后牽伸區(qū)的牽伸效率提高，紗條中的慢速浮游纖維將盡可能接近前鉗口變速，使浮游纖維運動的變速點相對集中，經(jīng)牽伸后須條中的纖維排列有序，使得細紗條干均勻性提高，強力增大;同時后區(qū)牽伸中的纖維擴散程度增加，浮游纖維所受的控制力與引導力減弱，使得紗線毛羽增多。當后區(qū)牽伸倍數(shù)過大時，浮游纖維所受的控制力與引導力過弱，將引起牽伸波，導致紗線強力降低、條干變差、毛羽增多，使成紗質量惡化，線密度偏差率過高，見方案18。適宜的后區(qū)牽伸倍數(shù)有利于改善紗線質量，當后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.5 時，復合紗線的綜合性能相對較優(yōu)。

2.4?滌綸長絲含量對紗線性能的影響

長絲含量為有色滌綸長絲在復合紗線中所占的質量分數(shù)，由于本文中所用有色滌綸長絲細度固定不變，因此復合紗線中長絲含量越小，棉纖維含量則越多，紗線線密度則越大。由表4可見，當長絲含量越少時，紗線線密度越大，紗線強力則越高，毛羽H值呈增大趨勢，紗線條干CV呈振蕩逐步增大趨勢。當長絲含量高于20%時，長絲外包棉纖維的含量較低，纖維間抱合力相應較小，外包纖維更容易被吸風管吸走，使得紗線實際線密度低于設計線密度，見方案19和20。隨著長絲含量的減少，周圍的外包棉纖維根數(shù)增多，棉纖維間的抱合力增強，纖維間的包裹更加緊密。但當長絲含量繼續(xù)減少時，則意味著紗線中所需棉纖維增多，需要更低的粗紗總牽伸倍數(shù)，然而過低的牽伸倍數(shù)將導致纖維須條牽伸不開，紗線毛羽增多，紗線條干不勻率增大。合適的滌綸長絲含量能使紗條在牽伸時受到均勻的牽伸力，綜合考慮，當滌綸長絲含量為20%時，復合紗線的綜合性能較優(yōu)。

2.5?紗線結構及外觀形態(tài)

為了更好地觀察具有間隔色彩效果的復合紗線外觀形態(tài)，以工藝方案21紡制的紗線為例，采用VHX-5000型超景深三維數(shù)碼顯微鏡拍下紗線縱向照片（圖3a）。同時紗線內部結構，使用纖維切片器制作紗線橫截面切片，并置于顯微鏡下觀察（圖3b和3c）。圖3b和3c中的白色線圈以外的區(qū)域為制作紗線切片樣品所用的染色滌綸，圖3中可明顯區(qū)分出所觀察紗線形狀與顏色。白色線圈以內的淺色部分為棉纖維，灰色線圈以內的黑色部分為滌綸纖維。由圖3中可以看出，紗線包纏較為緊密，表面較光潔，其中黑色滌綸長絲在復合紗中以螺旋線形式與棉纖維紗條互相包纏，呈現(xiàn)半包纏螺旋規(guī)律。紗線在縱向結構上呈現(xiàn)均勻色彩周期，色彩周期由黑色段和淺灰色段組成，顯現(xiàn)出一種間隔色彩效果，具有較強的立體感。在純色彩段紗線橫截面中，白色棉纖維沒有完全包裹黑色滌綸長絲，部分滌綸長絲裸露出來，使得此處紗線呈黑色外觀;在復合色彩段紗線橫截面中，黑色滌綸長絲由白色棉纖維完全包裹，但并未完全位于紗線中心，使得此處紗線呈淺灰色外觀。

圖4為不同滌綸長絲含量的紗線實物外觀與光譜反射率曲線。結合圖中紗線實物照片與紗線色度學性能可以看出，隨著間隔色彩紗中的滌綸長絲含量減小，棉纖維含量增加，紗線中的純色彩段減少，紗線的光譜反射率增加。反射率越大紗線顏色越淺，即隨著間隔色彩紗中的棉纖維含量增加，紗線顏色變淺變亮，由深灰變?yōu)闇\灰。

圖5為采用紡紗方案21，僅改變有色滌綸長絲顏色，制備出的2種不同間隔色彩紗實物照片，其中滌綸長絲分別為藍色和橙色?？梢钥闯觯摲椒ㄒ嗫芍苽涑霾煌伾拈g隔色彩紗，紗線外觀呈現(xiàn)出均勻的藍色段（橙色段）和淺藍色段（淺橙色段）組成色彩周期，色彩柔和且具有立體感。由此可見，在實際生產中，可通過調整滌綸長絲和棉纖維的顏色，實現(xiàn)纖維間色彩的調配，來達到物理配色的目的，從而獲得不同色彩效果的新型色彩紗線。

3?結?論

以有色滌綸長絲與原棉纖維為原料，通過紡紗過程的工藝調控，獲得具有間隔色彩效果的復合紗線。采用控制變量法探討紡紗條件，發(fā)現(xiàn)當長絲預加張力為15 cN、捻系數(shù)為380、后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.5、滌綸長絲含量為20%時，復合紗線的綜合性能較佳。各工藝參數(shù)對紗線性能具有一定影響，其中，滌綸長絲含量對復合紗線的斷裂強力影響較顯著，后區(qū)牽伸倍數(shù)對復合紗線的毛羽影響較為顯著。同時，可通過改變纖維原料顏色，使紗線具有不同色彩，從根本上解決了色紡紗因染色造成的可紡性降低等問題，實現(xiàn)“零染色”。該方法科學實現(xiàn)了纖維間色彩的可控調配，達到物理配色的目的，為今后的紗線質量改進提供理論參考依據(jù)與工藝指導。

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