雙分梳轉(zhuǎn)杯紡棉麻混紡紗工藝優(yōu)化探析

汪飛宇，李立輕，江 慧，汪 軍

(東華大學 紡織學院，上海 201620)

大麻纖維吸濕排汗性能優(yōu)良，有天然的抑菌保健功能和良好的生態(tài)性能，可在微生物作用及光熱作用下自行降解[1]，這些特性使大麻纖維有廣闊的應用前景。轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)是諸多新型紡紗技術(shù)中最為成熟且應用最廣的[2]。傳統(tǒng)單分梳轉(zhuǎn)杯紡由于只有1個分梳輥，在加工紡制混紡紗尤其是為獲得特殊風格而使用兩種及以上性能差異較大的纖維混紡時，必然會面臨分梳效果不能兼顧的問題，使后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)的風格及質(zhì)量受限[3]。為克服單分梳轉(zhuǎn)杯紡這一先天不足，就要對轉(zhuǎn)杯紡的關(guān)鍵紡紗器材進行改造。即在原有轉(zhuǎn)杯紡紗機上增加1個可獨立控制轉(zhuǎn)速的分梳輥，可依據(jù)各種不同纖維原料的需求分別配置滿足其分梳要求的分梳輥型號，以雙分梳技術(shù)實現(xiàn)分梳效果與纖維損傷的平衡。

1 試驗

1.1 原料與設(shè)備

以大麻和棉纖維為原料。大麻纖維的測試線密度為2.9 dtex，斷裂強度為6.52 cN/dtex，斷裂伸長率較小,僅為3.09%，回潮率為9.84%，體積比電阻為2.5×108Ω·cm，質(zhì)量比電阻為3.9×108Ω·g/cm2。試驗用麻條定量為20.7 g/(5 m)，試驗用棉條定量為20.5 g/(5 m)。紡紗設(shè)備為東華大學實驗室提供的單頭雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗試驗機。

1.2 試驗方案

1.2.1 雙分梳轉(zhuǎn)杯紡棉麻混紡紗工藝優(yōu)化設(shè)計

研究雙分梳轉(zhuǎn)杯紡的最優(yōu)工藝組合，以紡制混紡比為70/30，捻度為800 捻/m的60 tex棉麻混紡紗為例，對雙分梳輥配置組合、左分梳輥轉(zhuǎn)速和右分梳輥轉(zhuǎn)速3個因素進行正交優(yōu)化設(shè)計試驗。正交試驗水平編碼表如表1所示。

表1 正交試驗水平編碼

1.2.2 棉麻混紡紗極限混紡比與極限紗號

在雙分梳最優(yōu)紡紗工藝條件組合下與單分梳技術(shù)對比，探索雙分梳技術(shù)開發(fā)紡制棉麻混紡紗的優(yōu)越性，以及在雙分梳紡制棉麻混紡紗時大麻纖維的極限混紡比與極限紗號。試驗方案如表2和表3所示。

表2 極限混紡比試驗方案

表3 極限紗線線密度試驗方案

其中，以10%為步長依次增大混紡紗中大麻的比例，至無法成紗或成紗過程連續(xù)性不能滿足生產(chǎn)需求；以10 tex為步長依次減小紡紗號數(shù)，至無法成紗或紡紗斷頭增多無法連續(xù)紡紗，再將紡紗號數(shù)在此基礎(chǔ)上增加5 tex。

1.3 評價指標

紗線的力學性能和外觀是評價紗線質(zhì)量的重要因素，因此選擇紗線的斷裂強度、斷裂伸長率、3 mm以上毛羽根數(shù)和條干不勻率作為評價紗線質(zhì)量的重要指標，以此結(jié)果分析轉(zhuǎn)杯紡紗機中分梳輥的配置組合與分梳輥轉(zhuǎn)速對棉麻混紡紗質(zhì)量的影響。

紗線和纖維的測試，均在標準溫濕度條件下平衡后測得。

2 試驗結(jié)果和分析

2.1 雙分梳轉(zhuǎn)杯紡對棉麻混紡紗工藝優(yōu)化設(shè)計

由于本試驗為三因素三水平正交試驗，故采用正交表L9(34)安排試驗，正交試驗方案如表4所示。

表4 正交試驗方案

正交試驗所紡紗線的測試結(jié)果如表5所示。

表5 正交試驗方案下的成紗質(zhì)量

成紗試驗結(jié)果的極差分析結(jié)果見表6。各質(zhì)量指標的影響因素分析與工藝優(yōu)化組合見表7。

表7 影響因素分析與工藝優(yōu)化組合

經(jīng)咨詢專家，并結(jié)合實際需求，將斷裂強度、斷裂伸長率、條干不勻率及毛羽指數(shù)各賦予0.3，0.1，0.3，0.3的權(quán)重，進而綜合分析各因素對紗線質(zhì)量的影響大小。同時將各因素的主次順序按3，2，1賦值，可得因素A，B，C對紗線整體影響值分別為2.2，2.0，1.8，即因素A，B，C對紗線質(zhì)量影響的重要程度依次為A→B→C。由此可得，左右分梳輥的型號組合對紗線質(zhì)量的總體影響較大，而左、右分梳輥的轉(zhuǎn)速對紗線質(zhì)量的綜合影響則相對較小。

按上述質(zhì)量指標權(quán)重分配方法及主次順序賦值,進行各因素水平對紗線質(zhì)量影響程度的計算，可得表8，據(jù)此選取各因素最佳水平并最終得到最佳參數(shù)組合。

表8 各因素水平對紗線質(zhì)量影響程度

由表8分析結(jié)果可知，雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗機紡制棉麻混紡紗的最佳紡紗工藝水平組合為A2B2C3，具體工藝組合為：左分梳輥用OK40型金屬針布齒條，右分梳輥用OK61型金屬針布齒條，左右分梳輥轉(zhuǎn)速均為7 kr/min。

A2B2C3即為正交試驗方案中5號試驗組合，由表5可知，紗線各質(zhì)量指標均處于較優(yōu)水平，因而所得優(yōu)化結(jié)果是可靠的。

2.2 棉麻混紡紗極限混紡比與極限紗號探索

在使用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)杯紡紗機紡制棉麻混紡紗時，大麻纖維的極限占比只能達到30%，高于30%會導致無法接頭成紗；紗線號數(shù)方面，在紡制低于60 tex的棉麻混紡紗時斷頭次數(shù)會急劇增多，也會因存在較多的粗細節(jié)導致紗線質(zhì)量不達標。為了更好地體現(xiàn)大麻纖維的優(yōu)良特性，開發(fā)出應用更廣的細號棉麻混紡紗，在此探究雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗機開發(fā)出更細號數(shù)及更高混紡比的棉麻混紡紗的可能性。

2.2.1 棉麻混紡紗極限混紡比

經(jīng)試驗，在雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗單頭試驗機上成功紡制出棉麻混紡比為70/30，60/40，50/50，40/60的混紡紗，而且相較于傳統(tǒng)單分梳紡制同規(guī)格混紡紗只能達到的30%大麻混紡比，雙分梳的大麻混紡比已經(jīng)翻了一番，完全能夠生產(chǎn)出大麻風格的混紡紗，對于服裝面料的開發(fā)也大有裨益。不同棉麻混紡比的紗線質(zhì)量指標如表9所示。

表9 不同棉麻混紡比的紗線質(zhì)量指標

2.2.2 棉麻混紡紗極限紗號

由于所紡混紡紗號數(shù)發(fā)生變化，部分紡紗參數(shù)也會發(fā)生變化，如捻度、張力系數(shù)等，因為這些參數(shù)的設(shè)置均需參考當時的紡紗狀態(tài)，以保證紡紗過程的順利及連續(xù)性。紗線號數(shù)與捻度對應如表10所示。不同號數(shù)的棉麻混紡紗質(zhì)量指標如表11所示。

表10 紗線號數(shù)與捻度

表11 不同號數(shù)棉麻混紡紗質(zhì)量指標

在雙分梳轉(zhuǎn)杯試驗機上繼續(xù)探索紡制棉麻混紡紗的極限混紡比與極限紗號。得到結(jié)論：在雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗試驗機上紡制60 tex、捻度為800 捻/m的混紡紗時，大麻比例可高達60%；在紡制棉麻混紡比為70/30的混紡紗時，極限紗號可達到30 tex，遠高于傳統(tǒng)單分梳轉(zhuǎn)杯紡所能達到的60 tex，這表明雙分梳轉(zhuǎn)杯紡紗機在開發(fā)細號、高混紡比棉麻紗線時性能遠優(yōu)于傳統(tǒng)單分梳技術(shù)。

3 結(jié)論

3.1與傳統(tǒng)單分梳輥轉(zhuǎn)杯紡紗機相比，雙分梳轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)對性能差異較大纖維組合的混紡紗梳理更充分。雙分梳轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)在紡制棉麻混紡比為70/30、捻度為800 捻/m、紗號為60 tex的棉麻混紡紗時，最優(yōu)工藝組合為OK40(梳棉)+OK61(梳麻)，分梳輥轉(zhuǎn)速均為7 kr/min。

3.2雙分梳棉麻混紡紗大麻纖維的極限混紡比為40/60，較單分梳大麻混紡比例提高100%，極限紗號為30 tex，較單分梳提高了1倍。這說明雙分梳技術(shù)生產(chǎn)性質(zhì)差異較大混紡紗的優(yōu)越性，因而應用前景廣闊。