高支全毛短竹節(jié)紗成形方法與成紗特征

劉 玲，位 麗

(1.鹽城工業(yè)職業(yè)技術學院 紡織服裝學院，江蘇 鹽城 224005； 2.江蘇省生物質(zhì)功能紡織纖維開發(fā)與應用工程研究中心，江蘇 鹽城 224005)

竹節(jié)紗是花式紗的一種，外形呈現(xiàn)等節(jié)距或不等節(jié)距的竹節(jié)式粗節(jié)，結構獨特新穎，材質(zhì)多以棉、麻、化纖為主，可用于機織物、針織物和裝飾物等領域，其布面由于竹節(jié)結構的存在呈現(xiàn)出有規(guī)律或無規(guī)律的波紋效果，有明顯凹凸立體感，顆粒飽滿、層次豐富。從1970年開始，國內(nèi)外相關學者開始研究傳統(tǒng)環(huán)錠紡細紗機改造以實現(xiàn)竹節(jié)紗這一新型花式紗線的紡制，如直流伺服電動機和交流伺服電動機等附加花式紗專用控制裝置。從1980年開始，國內(nèi)行業(yè)專家先后研發(fā)了牽引磁鐵、電磁離合器、牽伸羅拉速度切換等竹節(jié)紗紡紗裝置和方法[1-3]，雖然在一定程度上能夠成功紡制出較好成紗性能的竹節(jié)紗紗線品種，但是往往需要對細紗機進行機械化和控制單元的改造，改造成本較高，改造過程相對復雜，同時主要適紡于棉和化纖原料，對于以100%羊毛纖維為原料的短竹節(jié)紗線品種適紡性存在一定的問題，不便于靈活更換紗線品種。同時高支紗對羊毛纖維的豪特(Hm)長度要求是50～70 mm，在紡制短竹節(jié)紗的過程中牽伸控制精度較低，容易出現(xiàn)斷頭，短竹節(jié)紗的成紗性能存在較大波動，因此會較大程度地影響竹節(jié)紗的紡紗過程自動化水平[3-5]。當前，以全毛為主的產(chǎn)品品種豐富度、品質(zhì)滿意度急需注入越來越多的休閑元素和個性化風格[6-7]。

本文基于現(xiàn)階段全毛紡紗線、面料的生產(chǎn)設計要求，對環(huán)錠細紗機前羅拉膠輥進行異形化設計，試紡了不同竹節(jié)長度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率的高支全毛短竹節(jié)紗，分析成紗外觀特征和性能，優(yōu)化成紗參數(shù)，為指導工業(yè)生產(chǎn)和紗線性能優(yōu)化控制提供理論依據(jù)。

1 高支全毛竹節(jié)紗紡制原理

本文探討的高支全毛短竹節(jié)紗紡紗方法屬于毛精紡變牽伸型，對毛纖維長度的加工適應性較強，可紡制平均線密度在20～30 tex范圍內(nèi)，竹節(jié)長度在20～30 mm范圍內(nèi)的高支全毛短竹節(jié)花式紗，能夠滿足針織與機織物生產(chǎn)高檔輕薄面料的要求。

紡制工作原理如圖1所示。將粗紗1和粗紗2從細紗機后羅拉喂入，同時經(jīng)中羅拉喂入前羅拉鉗口，中羅拉和前羅拉間的前區(qū)牽伸倍數(shù)為20～80倍，后膠輥、中膠輥和皮圈對粗紗施加相同的作用。前膠輥配合前羅拉對粗紗實施不連續(xù)牽伸，在前膠輥凹槽處牽伸倍數(shù)變小，在紗線上形成粗節(jié)。左側粗紗和右側粗紗在前羅拉鉗口外聚集加捻，形成精毛紡短竹節(jié)紗。

圖1 高支全毛短竹節(jié)紗紡紗原理

后羅拉、中羅拉和前羅拉通過一臺主電動機由齒輪傳動而帶動，前膠輥在其母線方向分別沿著圓周方向設有2個凹槽，左右2個凹槽分別位于前膠輥的10%～40%和60%～90%段處，凹槽對應的圓周角α為10°～30°，凹槽形成的內(nèi)圓直徑r比前膠輥直徑R小1～3 mm，形成雙凹陷型異形膠輥。前膠輥結構示意圖如圖2所示。

圖2 前膠輥結構示意圖

2 高支全毛竹節(jié)紗的紡制

2.1 原料及紡紗設備

原料：100%澳大利亞羊毛(細度10.5～13.0 μm澳毛54%，細度14.5～18.0 μm澳毛27%，細度18.1～20.0 μm澳毛19%)，豪特長度為50～70 mm，長度不勻率為40%～45%，粗紗定量為5～10 g/(10 m)。

設備：EJ519型精紡細紗機(上海二紡機股份有限公司)。

2.2 細紗工藝參數(shù)設定

羅拉隔距應根據(jù)纖維長度確定。纖維長度長，隔距應選擇大，反之則應選擇小一些。由于總隔距在生產(chǎn)中調(diào)節(jié)不便，在一定范圍變動對細紗條干影響不大[11]，因此無特殊情況，其大小一般不改變，一般選擇200～220 mm。前隔距固定不變，通常是改變后隔距，即后羅拉到膠圈羅拉的中心距，一般調(diào)整范圍是90～120 mm。

后區(qū)張力牽伸是指膠圈與后羅拉之間的牽伸。工藝上要求膠圈速度稍快于后羅拉，使該區(qū)間的紗條處于張緊狀態(tài)。當總牽伸倍數(shù)較大時，后區(qū)張力牽伸倍數(shù)的增加會破壞條干[12]。因此，在總牽伸倍數(shù)20以上時，后區(qū)速比為1，即不需張力牽伸。

細紗捻系數(shù)的選擇主要依據(jù)原料情況、產(chǎn)品要求以及紗線用途。紡紗較細時，竹節(jié)紗織造要經(jīng)過的工序多，承受的摩擦多、張力大[13]，因此要求其強力高、耐磨，捻系數(shù)相應選大一些，捻度采用550～900 捻/m。

錠速與紡紗張力直接相關，錠速高，張力大，斷頭率相對較高。因此，錠速的確定要兼顧產(chǎn)量和斷頭率2個方面。并且，在保證斷頭率較低的前提下，應盡量提高錠速[14]。定速采用5 000～8 000 r/min。

為分析成紗性能的主要影響因素，保證較好的紗線強伸斷裂性能，降低紗線的成紗有害毛羽，設計高支全毛短竹節(jié)紗的規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 高支全毛短竹節(jié)紗的規(guī)格參數(shù)設計

3 高支全毛短竹節(jié)紗測試與分析

3.1 測試儀器

主要測試設備：KH-7700型數(shù)字式三維視頻顯微鏡(東莞市瀚碩機電科技有限公司)，YG-020B型全自動電子單紗強力機(常州第二紡織機械有限公司)，YG-172A型紗線毛羽測試儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)。

3.2 高支全毛短竹節(jié)紗結構

評價竹節(jié)紗的結構，首先要看其外觀竹節(jié)長度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率效果是否與試紡設計參數(shù)相一致。將方案1～7高支全毛短竹節(jié)樣紗均勻地繞在黑板上，置于KH-7700型數(shù)字式三維視頻顯微鏡下觀察測試，顯微鏡放大倍數(shù)為160，結合顯微鏡觀察和直尺測量紗線竹節(jié)外觀結構，如實際竹節(jié)長度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率。樣紗取不同機位處6管筒子紗，每管紗測試10次，測量與計算平均值如表2所示。

表2 高支全毛短竹節(jié)紗的結構對比

表2中，比較方案1～7高支全毛短竹節(jié)樣紗外觀結構的測試計算結果可以發(fā)現(xiàn)：

①高支全毛短竹節(jié)樣紗的實際竹節(jié)長度大于理論值，實際竹節(jié)間距小于理論值，且均在合理誤差范圍內(nèi)。主要是由于當前羅拉轉出凹槽位置后，實際喂入的小牽伸倍數(shù)粗紗中部分纖維頭端已進入前羅拉鉗口的粗紗會繼續(xù)隨著前羅拉的滾動，匯聚形成竹節(jié)過渡結構，使得實際竹節(jié)長度變大，實際竹節(jié)間距變小。竹節(jié)過渡長度與竹節(jié)長度、竹節(jié)間距、竹節(jié)倍率成正比，并且由于羊毛纖維長度較長，大于竹節(jié)設計長度，因此竹節(jié)過渡長度對竹節(jié)實際長度影響較大，使得實際節(jié)長偏差較高。

②高支全毛短竹節(jié)樣紗的實際竹節(jié)倍率小于理論值，但在合理誤差范圍內(nèi)。主要是因為前羅拉轉動到凹槽位置時，牽伸倍數(shù)由大變小，實際喂入的大牽伸倍數(shù)粗紗中部分纖維頭端已進入前羅拉鉗口的粗紗會繼續(xù)隨著前羅拉的滾動匯聚形成基紗過渡結構，中羅拉轉速不變，導致實際竹節(jié)部分線密度變小，實際竹節(jié)倍率減小。

3.3 高支全毛竹節(jié)紗強伸性能

采用YG-020B型全自動電子單紗強力機測試高支全毛短竹節(jié)紗強伸性能，根據(jù)GB/T 26382—2011《精梳毛織品》，預設高支全毛短竹節(jié)紗紗線細度范圍為16～25 tex，設置預加張力為(0.5±0.1) cN/tex，拉伸速度為400 mm/min，試樣夾持長度為500 mm，標準環(huán)境條件為溫度(21±2) ℃、相對濕度(65±2)%，樣紗取不同機位處6管筒子紗，每管筒子紗測試10次，取平均值如表3所示。

表3 高支全毛短竹節(jié)紗的強伸性能對比

表3中，比較方案1～7高支全毛短竹節(jié)樣紗強伸性能測試結果，在一定范圍內(nèi)，當基紗線密度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率一定時，短竹節(jié)紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功隨竹節(jié)長度的增大而增大；當基紗線密度、竹節(jié)長度和竹節(jié)倍率一定時，短竹節(jié)紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功隨竹節(jié)間距的減小而增大；當基紗線密度、竹節(jié)長度和竹節(jié)間距一定時，短竹節(jié)紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功隨竹節(jié)倍率的增大而增大。本文實驗設計短竹節(jié)長度范圍為20～30 mm，整體小于羊毛纖維的主體長度，竹節(jié)間距范圍為90～100 mm，整體大于羊毛纖維的主體長度，在這個范圍內(nèi)，紗線拉伸斷裂解體強力主要來自于竹節(jié)部分纖維斷裂強力和基紗部分纖維抱合力，隨著竹節(jié)長度和竹節(jié)倍率的增大，竹節(jié)間距的減小，對于高支紗線而言，竹節(jié)部分截面內(nèi)包含的纖維數(shù)量增多，紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功也就隨之而增大。另外，竹節(jié)紗具有固定位置的強力弱節(jié)，弱節(jié)一旦存在，竹節(jié)紗強度就與其余參數(shù)關系不大了。

在實際生產(chǎn)過程中，對于高支全毛短竹節(jié)紗而言，在竹節(jié)長度不超過羊毛纖維主體長度范圍內(nèi)偏大設計，在竹節(jié)間距超過羊毛纖維主體長度范圍內(nèi)偏小設計，竹節(jié)倍率在設計允許范圍內(nèi)偏大設計，這樣有利于降低捻度分布不勻，減少紗線弱環(huán)，提高紗線橫截面中包含的纖維數(shù)量，提高紗線的強伸性能，以滿足后道織造工藝對紗線強力指標的要求。

3.4 高支全毛竹節(jié)紗毛羽指標

采用YG-172A型紗線毛羽測試儀測試高支全毛竹節(jié)紗毛羽指標，根據(jù)GB/T 9996.2—2008《棉及化纖純紡、混紡紗線外觀質(zhì)量黑板檢驗方法》，預設高支全毛短竹節(jié)紗紗線細度范圍為16～25 tex，設置預加張力為(0.5±0.1)cN/tex，取樣時間間隔為3 min，拉伸速度為400 mm/min，標準環(huán)境條件為溫度(21±2) ℃、相對濕度(65±2)%，樣紗取不同機位處6管筒子紗，每管筒子紗測試10次，取平均值，毛羽指數(shù)H，毛羽指數(shù)標準差SH如表4所示。

表4 高支全毛短竹節(jié)紗的毛羽指標對比

表4中，比較方案1～7高支全毛短竹節(jié)樣紗毛羽指標測試結果可以發(fā)現(xiàn)：在一定范圍內(nèi)，當基紗線密度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率一定時，短竹節(jié)紗線的毛羽數(shù)量隨竹節(jié)長度的增大而增大；當基紗線密度、竹節(jié)長度和竹節(jié)倍率一定時，短竹節(jié)紗線的毛羽數(shù)量隨竹節(jié)間距的減小而增大；當基紗線密度、竹節(jié)長度和竹節(jié)間距一定時，短竹節(jié)紗線的毛羽數(shù)量隨竹節(jié)倍率的增大而增大。這主要是因為與基紗部分相比，竹節(jié)部分紗線獲得的捻度較少，使得纖維容易產(chǎn)生滑脫，纖維頭端易翹起或伸出紗體表面形成較多的紗線毛羽。另外氣圈凸形會隨著竹節(jié)部分線密度的增大呈逐漸變大的趨勢，當氣圈形態(tài)膨脹到一定程度時，會與隔紗板發(fā)生接觸和摩擦，導致毛羽數(shù)量增加。

因此，在實際生產(chǎn)過程中，高支全毛短竹節(jié)紗的竹節(jié)長度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率應根據(jù)織造工藝對紗強和毛羽指標的要求適中選擇。

4 結 論

本文對EJ519型精紡細紗機前羅拉膠輥進行異形化設計，對粗紗實施不連續(xù)牽伸，在紗線上形成粗節(jié)，通過實驗紡制不同竹節(jié)長度、竹節(jié)間距和竹節(jié)倍率的高支全毛短竹節(jié)紗，經(jīng)測試與分析可得出以下結論。

①在合理誤差范圍內(nèi)，使用該異形前羅拉膠輥紡制的高支全毛短竹節(jié)樣紗，實際竹節(jié)長度大于理論值，實際竹節(jié)間距小于理論值，實際竹節(jié)倍率小于理論值，竹節(jié)過渡長度與竹節(jié)長度、竹節(jié)間距、竹節(jié)倍率成正比。

②在一定范圍內(nèi)，基紗線密度一定時，短竹節(jié)紗線斷裂強度、伸長率、斷裂功和毛羽數(shù)量與竹節(jié)長度、竹節(jié)倍率成正比，與竹節(jié)間距成反比。竹節(jié)紗具有固定位置的強力弱節(jié)，弱節(jié)一旦存在，竹節(jié)參數(shù)對竹節(jié)紗強伸斷裂性能無明顯影響。

③實際生產(chǎn)中，短竹節(jié)參數(shù)應根據(jù)織造工藝對紗強和毛羽指標的要求適中選擇。