內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)環(huán)錠紗的開發(fā)及性能研究

洪凌云 汪 軍 張玉澤 江 慧 劉洪玲

（東華大學(xué)，上海，201620）

分層結(jié)構(gòu)紗線是一種具有芯層和表層的復(fù)合紗線，其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)外包纖維與芯紗的結(jié)合，優(yōu)化成紗的結(jié)構(gòu)和特性，使紗線表現(xiàn)出常規(guī)環(huán)錠紗無(wú)法表現(xiàn)的特殊性能。目前噴氣渦流紡［1］、轉(zhuǎn)杯紡［2］以及摩擦紡［3］等紡制的紗線具有分層結(jié)構(gòu)特征，然而這些紡紗技術(shù)對(duì)于原料的選擇、紗線號(hào)數(shù)等都存在一定的局限性［4］。例如噴氣渦流紡對(duì)使用的配棉等級(jí)要求較高，要求減少喂入條纖維的彎鉤和棉結(jié)數(shù)，降低短絨率等。轉(zhuǎn)杯紡多以生產(chǎn)粗號(hào)紗為主，號(hào)數(shù)受限，且轉(zhuǎn)杯紡的分梳輥易造成纖維損傷，轉(zhuǎn)杯凝聚槽積雜易影響紡紗質(zhì)量。摩擦紡紡紗單元構(gòu)件較多，成本較高，且凝聚須條的纖維伸直度、均勻性很差，對(duì)原料以及紡制紗線號(hào)數(shù)都存在局限性［5］。

環(huán)錠紡作為紡織生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的紡紗方法，具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)產(chǎn)品范圍廣、成紗質(zhì)量好等諸多優(yōu)點(diǎn)［6］。然而環(huán)錠紡紗線不具有分層結(jié)構(gòu)，紗線中纖維呈螺旋狀一體化排列［7］。為此，本研究從紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，利用紗線內(nèi)外層的捻系數(shù)變化規(guī)律，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制出內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線，這種紗線兼具強(qiáng)力和柔軟特性，可為柔軟產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路。

1 分層結(jié)構(gòu)紗線試紡

1.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本試紡試驗(yàn)分層結(jié)構(gòu)紗線的芯層和表層均選用常規(guī)純棉粗紗作為原料，定量6.4 g/10 m，分層結(jié)構(gòu)紗線號(hào)數(shù)19.4 tex，由于期望達(dá)到紗線表層結(jié)構(gòu)松散手感柔軟的效果，故設(shè)計(jì)紗線成紗捻系數(shù)230；芯紗號(hào)數(shù)9.7 tex，捻系數(shù)360；芯層與表層比例50∶50。

首先將純棉粗紗在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制的細(xì)紗作為分層結(jié)構(gòu)紗的芯層；然后在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上按照常規(guī)包芯紗的紡制原理，如圖1 所示，將上述芯層管紗不經(jīng)過(guò)牽伸而直接通過(guò)導(dǎo)絲輪喂入前羅拉，而外包棉纖維則通過(guò)正常的牽伸加捻，緊密地包覆住芯紗得到分層結(jié)構(gòu)紗線。本試驗(yàn)芯層和表層纖維加捻都采用Z 捻。

圖1 分層結(jié)構(gòu)紗線紡制示意圖

1.2 紗線結(jié)構(gòu)表征

將本試驗(yàn)所紡制的19.4 tex 分層結(jié)構(gòu)紗線分別進(jìn)行解捻和液氮萃斷后放入掃描電子顯微鏡下觀察，可以得到紗線的縱向結(jié)構(gòu)如圖2 所示，其橫截面如圖3 所示。

由圖2 和圖3 可以看出，紗線分層結(jié)構(gòu)明顯，中間的芯紗捻度較高，排列緊密；外層纖維捻度低，結(jié)構(gòu)松散。這是由于本試驗(yàn)所紡制的分層結(jié)構(gòu)紗線中喂入的芯紗是提前紡制的環(huán)錠紗，其本身存在一個(gè)初始捻度，在包芯的過(guò)程中，芯紗捻度會(huì)隨整體的捻度變化以及芯層與表層比例的變化而變化。因此，分層結(jié)構(gòu)紗線的芯層與表層的捻度存在差異。

圖2 分層結(jié)構(gòu)紗線解捻后的縱向結(jié)構(gòu)圖

圖3 分層結(jié)構(gòu)紗線橫截面圖

2 分層結(jié)構(gòu)紗線的工藝探索

在內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線的試紡過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，表層纖維對(duì)芯層紗的包覆效果與芯紗的張力、芯紗在喂入時(shí)所處中心位置的穩(wěn)定性以及芯層與表層比例有關(guān)。為了使分層結(jié)構(gòu)紗線的包覆效果更好，后續(xù)試驗(yàn)方案中的芯層所占比例偏小設(shè)置；同時(shí)，為了更好的分析芯紗捻系數(shù)、成紗捻系數(shù)以及芯層與表層比例對(duì)內(nèi)緊外松結(jié)構(gòu)紗線性能的影響，將分層結(jié)構(gòu)紗線號(hào)數(shù)設(shè)置為58.3 tex 進(jìn)行工藝探索。

2.1 芯紗捻系數(shù)對(duì)成紗性能的影響及分析

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，將分層結(jié)構(gòu)紗線成紗捻系數(shù)設(shè)計(jì)為260，芯層與表層比例設(shè)計(jì)為20∶80（芯紗號(hào)數(shù)11.7 tex）時(shí)，分析不同的芯紗捻系數(shù)對(duì)成紗性能的影響，其測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

表1 芯紗捻系數(shù)對(duì)分層結(jié)構(gòu)紗線性能影響

由表1 可以看出，隨著芯紗捻系數(shù)的增加，斷裂強(qiáng)度先增大后減小，當(dāng)芯紗捻系數(shù)為290 時(shí)，斷裂強(qiáng)度最大。這是因?yàn)殡S著捻系數(shù)的增加，芯層紗線中纖維間的抱合力增大，紗線在受到拉伸時(shí)纖維之間不容易滑脫，斷裂強(qiáng)度增加；當(dāng)捻系數(shù)超過(guò)臨界值后，隨著捻系數(shù)的繼續(xù)增加，由于捻回角過(guò)大，纖維在紗軸線上的分力減小，抱合力的增加不能彌補(bǔ)在紗軸線上分力的減小，斷裂強(qiáng)度反而下降。

條干CV和粗細(xì)節(jié)指標(biāo)隨著芯紗捻系數(shù)的增加而惡化。究其原因，可能是由于芯紗在初始捻系數(shù)較大的情況下再包芯加捻，會(huì)使得纖維捻回角逐漸增大，芯層扭曲歪斜影響紗線質(zhì)量。

3 mm 毛羽數(shù)隨著芯紗捻系數(shù)的增加而變化不大。主要是由于成紗捻系數(shù)不變，毛羽變化也較小。

紗線的直徑隨著芯紗捻系數(shù)的增加變化不大，但當(dāng)芯紗捻系數(shù)為380 時(shí)增加明顯。這可能是由于此時(shí)芯層捻系數(shù)過(guò)大，芯層纖維發(fā)生歪斜，直徑增大。

2.2 成紗捻系數(shù)對(duì)紗線性能的影響

當(dāng)分層結(jié)構(gòu)紗線的芯層捻系數(shù)設(shè)計(jì)為290，芯層與表層比例為20∶80 時(shí)（分層結(jié)構(gòu)紗線的成紗號(hào)數(shù)58.3 tex，芯紗號(hào)數(shù)11.7 tex），分析不同的成紗捻系數(shù)對(duì)紗線性能的影響，其測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 成紗捻系數(shù)對(duì)分層結(jié)構(gòu)紗線性能的影響

由表2 可以看出，隨著成紗捻系數(shù)的增加，斷裂強(qiáng)度持續(xù)增加。這是由于隨著分層結(jié)構(gòu)紗線成紗捻系數(shù)的增加，表層纖維逐漸抱合緊密，抱合力增加，在受到拉伸時(shí)不易與芯層紗線發(fā)生滑脫，斷裂強(qiáng)度增加。

電子商務(wù)發(fā)展至今，受其經(jīng)營(yíng)方式、價(jià)格優(yōu)勢(shì)、投入產(chǎn)出比等巨大紅利影響，逐漸走上了零售產(chǎn)業(yè)的主流舞臺(tái)。雖然電子商務(wù)發(fā)展很快，但隨著互聯(lián)網(wǎng)流量帶來(lái)的紅利降低，流量成本猛增，電子商務(wù)獲客成本越來(lái)越高，加之假冒偽劣產(chǎn)品泛濫，服務(wù)質(zhì)量無(wú)法保障，用戶體驗(yàn)差等負(fù)面影響，也限制和阻礙了電子商務(wù)的繼續(xù)向前發(fā)展。根據(jù)《2017中國(guó)電商消費(fèi)行為報(bào)告》提供的數(shù)據(jù)我們可以看到，在社會(huì)總零售額中，電商只占到13.6%，絕大部分的流量和消費(fèi)仍然在線下。

條干CV、粗細(xì)節(jié)和3 mm 毛羽數(shù)均隨著分層結(jié)構(gòu)紗線成紗捻系數(shù)的增加而減小，這是由于成紗捻系數(shù)增加使得紗線表層纖維逐漸抱合緊密，進(jìn)而使得紗線整體結(jié)構(gòu)緊密，質(zhì)量變好。

紗線直徑隨著成紗捻系數(shù)的增加而減小。這是由于此時(shí)成紗捻系數(shù)增加使得紗線表層纖維逐漸抱合緊密，整體結(jié)構(gòu)也隨之緊密，紗線直徑減小。

2.3 芯層與表層比例對(duì)紗線性能的影響

當(dāng)分層結(jié)構(gòu)紗線的成紗號(hào)數(shù)為58.3 tex，其芯層捻系數(shù)設(shè)計(jì)為290，成紗捻系數(shù)設(shè)計(jì)為260時(shí)，分析不同的芯層與表層比例對(duì)紗線性能的影響，其測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 芯層與表層比例對(duì)分層結(jié)構(gòu)紗線性能影響

由表3 可以看出，斷裂強(qiáng)度隨著芯層所占比例的增加而增加。這是因?yàn)樾緦蛹喣硐禂?shù)高，抱合力大，承受主要的拉伸力，當(dāng)芯層所占比例增加時(shí)，斷裂強(qiáng)力也隨之增加。

條干CV和粗細(xì)節(jié)指標(biāo)隨著分層結(jié)構(gòu)紗線芯層所占比例的增加而變差。究其原因，可能是由于芯層所占比例增加，芯層在紗線中所處的中心位置易不穩(wěn)定所致。

3 mm 毛羽數(shù)隨著分層結(jié)構(gòu)紗線芯層所占比例的增加而減小，主要是由于結(jié)構(gòu)較為松散的表層比例減小，毛羽數(shù)減小。

紗線直徑隨著分層結(jié)構(gòu)紗線芯層所占的比例的增加而減小，這是由于分層結(jié)構(gòu)紗線的表層結(jié)構(gòu)松散，表層比例越小，直徑也會(huì)相應(yīng)變小。

3 分層結(jié)構(gòu)紗工藝優(yōu)化及對(duì)比分析

為了得到各項(xiàng)性能均較優(yōu)的分層結(jié)構(gòu)紗線，本研究進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)。綜合考慮紗線直徑（松散程度）和斷裂強(qiáng)度，選擇芯紗捻系數(shù)（因素A）、成紗捻系數(shù)（因素B）、芯層與表層比例（因素C）3 個(gè)因素，各因素選擇3 個(gè)水平進(jìn)行正交優(yōu)選試驗(yàn)，其因素水平如表4 所示。將紡制出的成紗號(hào)數(shù)58.3 tex 分層結(jié)構(gòu)紗線作為緯紗，經(jīng)紗選用同一號(hào)數(shù)普通環(huán)錠紗線進(jìn)行織造，以織物的柔軟度作為參考指標(biāo)反饋紗線的柔軟度。

表4 正交試驗(yàn)水平表

織物柔軟度測(cè)試：在SGA598 型半自動(dòng)小樣織機(jī)上織制10 個(gè)樣品（正交試驗(yàn)樣品9 個(gè)，對(duì)照樣品1 個(gè)），在恒溫恒壓室中靜置24 h 后進(jìn)行測(cè)試，溫度20 ℃，相對(duì)濕度62%。由于目前缺乏對(duì)內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線的表面柔軟手感測(cè)試較為精確的儀器，本試驗(yàn)柔軟度測(cè)試方法采用主觀評(píng)價(jià)法。選取20 位紡織工程專業(yè)的碩士研究生對(duì)9塊織物進(jìn)行柔軟度排序評(píng)分，滿分為10 分，求取平均值計(jì)算柔軟度，所得結(jié)果如表5 和表6 所示。

表5 正交試驗(yàn)方案結(jié)果

其中，對(duì)照樣品為相同號(hào)數(shù)（58.3 tex）、捻系數(shù)360 的常規(guī)環(huán)錠紗，其測(cè)試結(jié)果：成紗斷裂強(qiáng)度19.93 cN/tex，對(duì)應(yīng)織物柔軟度評(píng)分為1.50 分。結(jié)合表5 和表6 可以看出，試驗(yàn)所紡制的9 種內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線的織物柔軟度均好于相同號(hào)數(shù)、捻系數(shù)360 的常規(guī)環(huán)錠紗；而其斷裂強(qiáng)度均較差，但都已達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

表6 極差分析

由表6 極差分析可以判斷柔軟度影響因素的主次順序：成紗捻系數(shù)＞芯層與表層比例＞芯紗捻系數(shù)，且當(dāng)工藝參數(shù)選擇A1（A2）B1C1（C2）時(shí)，紗線手感柔軟。通過(guò)極差分析可以判斷斷裂強(qiáng)度影響因素的主次順序：成紗捻系數(shù)＞芯紗捻系數(shù)＞芯層與表層比例，且當(dāng)工藝參數(shù)選擇A3（A2）B3C3時(shí)，紗線斷裂強(qiáng)度最高。

為了判斷各因素對(duì)指標(biāo)的重要程度，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。在顯著性水平α=0.05 時(shí)，成紗捻系數(shù)對(duì)內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線柔軟度影響顯著；芯紗捻系數(shù)和成紗捻系數(shù)對(duì)內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線斷裂強(qiáng)度影響顯著。

結(jié)合極差分析和方差分析，綜合考慮紗線的斷裂強(qiáng)度和織物的手感柔軟性能，最終確定最優(yōu)工藝參數(shù)A2B1C1，即芯紗捻系數(shù)為290，成紗捻系數(shù)為230，芯層與表層比例為15∶85（分層結(jié)構(gòu)紗線號(hào)數(shù)58.3 tex，芯紗號(hào)數(shù)8.7 tex）。

按照上述所優(yōu)選的工藝進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，對(duì)所得分層結(jié)構(gòu)紗線與相同號(hào)數(shù)和捻系數(shù)的常規(guī)環(huán)錠紗線進(jìn)行質(zhì)量指標(biāo)對(duì)比，測(cè)試結(jié)果如表7 所示。

由表7 可以看出，相同號(hào)數(shù)和捻系數(shù)的分層結(jié)構(gòu)紗線斷裂強(qiáng)度優(yōu)于常規(guī)環(huán)錠紡紗線，其他指標(biāo)雖略差，但也都能夠滿足后道加工對(duì)紗線斷裂強(qiáng)度的要求。

表7 分層結(jié)構(gòu)紗線與常規(guī)環(huán)錠紗線性能對(duì)比

4 結(jié)論

為了開發(fā)柔軟產(chǎn)品，本研究利用紗線內(nèi)外層的捻系數(shù)變化規(guī)律，在環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上紡制出內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線，并對(duì)這種紗線性能和織物柔軟度進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

（1）紡制的內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線，其芯層結(jié)構(gòu)緊密，表層結(jié)構(gòu)松散，利用這種特性可以進(jìn)行柔軟織物的開發(fā)。

（2）當(dāng)芯紗捻系數(shù)為290、成紗捻系數(shù)為230、芯層與表層比例為15∶85 時(shí)，所紡制58.3 tex 內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線在滿足斷裂強(qiáng)度、條干CV等質(zhì)量要求的前提下，織物柔軟效果相對(duì)最佳。

（3）采用優(yōu)選工藝紡制內(nèi)緊外松分層結(jié)構(gòu)紗線的斷裂強(qiáng)度優(yōu)于相同號(hào)數(shù)和捻系數(shù)的常規(guī)環(huán)錠紗線，而其織物手感柔軟度則明顯優(yōu)于相同號(hào)數(shù)、捻系數(shù)為360 的常規(guī)環(huán)錠紗線織物。