毛巾織物毛經(jīng)筒紗上漿工藝研究

王 耀 楊 倩 白 樺 姚一軍 武海良

（1.中國(guó)棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì)，北京， 100018；2.西安工程大學(xué)，陜西西安， 710048）

毛巾織物由地經(jīng)紗和毛經(jīng)紗與緯紗交織而成，地經(jīng)紗在織造時(shí)所承受的張力一般比毛經(jīng)紗大數(shù)倍［1］，織造時(shí)毛經(jīng)紗只要滿足開口清晰、便于織造即可［2?3］。毛經(jīng)紗上漿率低，采用筒紗染色機(jī)上漿效率高、浴比小、回絲少［4?7］，具有較好的可行性。昝汝戰(zhàn)等人用K1150 高性能漿料及帶有網(wǎng)眼紗管在筒紗染色機(jī)上實(shí)現(xiàn)了毛經(jīng)紗的上漿，解決了紗線黏連卡斷、上漿率低及筒紗張力不勻問題［8］。王金徽研究了筒紗循環(huán)上漿新工藝［9］。崔燕研究了采用多缸上漿的方法，以提高毛經(jīng)紗的上漿率［10］。這些研究為采用筒子染色機(jī)對(duì)毛經(jīng)紗漿紗提供了重要參考。但筒紗上漿工藝存在諸多問題，如筒紗上漿率只能達(dá)到1%左右、筒紗內(nèi)外上漿不勻、烘干后紗線出現(xiàn)漿皮以及返筒時(shí)紗線黏連卡斷問題依然存在。棉纖維含有棉蠟等多種天然共生物，紡紗過程中也存在油劑使用或油污等［11］，這些因素阻礙了漿液的滲透和對(duì)經(jīng)紗的黏附［12?13］，通過前處理工藝去除這些雜質(zhì)，提高漿液在經(jīng)紗中的滲透和對(duì)經(jīng)紗的黏附性，是解決用筒紗染色機(jī)對(duì)毛經(jīng)紗上漿的有效途徑。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料：27.8 tex 純棉筒紗，聚丙烯酸漿料，蠟片，SC 馬鈴薯淀粉。

儀器：JA2003 型電子天平，JJ?1 型電動(dòng)攪拌器，DK?98?11A 型電熱恒溫水浴鍋，GZX?GF101?MBS 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，HDO21N+型單紗強(qiáng)力儀，Y731D 型抱合力機(jī)，Y171B?1 型毛羽測(cè)試儀，LH?T32 型手持式糖度儀，HWS?250 型恒溫恒濕箱，ST?1510 型界面張力儀，NDJ?79 型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，Quanta250 型掃描電鏡。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1漿液對(duì)棉紗黏附力測(cè)試

本研究按參考文獻(xiàn)［14］的方法進(jìn)行粗紗黏附力測(cè)試。

1.2.2漿紗試驗(yàn)

松筒：用松式絡(luò)筒機(jī)對(duì)純棉筒紗進(jìn)行松筒，筒管采用空心管，松筒后筒紗的卷繞密度為

0.3 g/cm3～0.4 g/cm3。

上漿：采用最優(yōu)前處理工藝對(duì)松筒后的棉紗在染缸中進(jìn)行前處理，選擇兩種配方漿料進(jìn)行漿紗。配方1 為淀粉65 kg，聚丙烯酸漿料35 kg，蠟片0.15 kg；配方2 則不含蠟片，其余與配方1 相同。將兩種配方分別配制含固量為1%的漿液，95 ℃保溫30 min 后，將漿液放入筒紗染色機(jī)，上漿30 min 后，筒紗出缸。

烘燥：使用離心甩干機(jī)脫去多余水分，再采用烘干機(jī)對(duì)筒紗進(jìn)行烘燥制得漿紗備用。

1.2.3漿紗性能測(cè)試

依據(jù)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）》，測(cè)試漿紗的強(qiáng)伸性能；采用往復(fù)磨輥法測(cè)試紗線耐磨性能；參照FZ/T 01086—2020《紡織品紗線毛羽測(cè)定方法投影計(jì)數(shù)法》測(cè)試漿紗的毛羽數(shù)；采用氫氧化鈉退漿法測(cè)試上漿率［15］。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理工藝條件的優(yōu)化

2.1.1因素交互作用的響應(yīng)面分析

前期已通過單因素試驗(yàn)法，確定影響因素及范圍，分別為氫氧化鈉質(zhì)量濃度2 g/L～6 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度2 g/L～6 g/L，處理溫度85 ℃～95 ℃，處理時(shí)間25 min～35 min［16］。但是這個(gè)范圍過大，生產(chǎn)中不易把握，為此我們根據(jù)Box?Benhnken 中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)了以氫氧化鈉質(zhì)量濃度X1、表面活性劑質(zhì)量濃度X2、處理溫度X3和處理時(shí)間X4為因素，芯吸高度Y為響應(yīng)值的四因素三水平試驗(yàn)，建立的數(shù)學(xué)模型如下。

根據(jù)該模型，采用Design Expert 軟件繪制各參數(shù)等高線圖以及與之對(duì)應(yīng)的三維響應(yīng)面圖。等高線圖可以直觀地反映各因素對(duì)響應(yīng)值的影響，變化越快表示坡度越大，即等高線越密對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響更顯著。響應(yīng)面圖中曲面的傾斜度反映兩者對(duì)響應(yīng)值的影響程度，傾斜度越大，即坡度越陡，兩者交互作用越顯著［17］。

氫氧化鈉質(zhì)量濃度與表面活性劑質(zhì)量濃度、處理溫度、處理時(shí)間相互作用的等高線和響應(yīng)面圖如圖1、圖2、圖3 所示。

由圖1（a）等高線的形狀和疏密程度可知，氫氧化鈉質(zhì)量濃度與表面活性劑質(zhì)量濃度相互作用明顯，且表面活性劑質(zhì)量濃度對(duì)芯吸高度的影響大于氫氧化鈉質(zhì)量濃度；由圖1（b）響應(yīng)面圖可看出，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度一定時(shí)，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后緩慢減小的趨勢(shì)，在表面活性劑質(zhì)量濃度為4 g/L時(shí)芯吸高度達(dá)到了響應(yīng)面的最大值，此時(shí)響應(yīng)面凹凸?fàn)蠲黠@，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度與表面活性劑質(zhì)量濃度對(duì)棉紗的芯吸高度影響顯著。

圖1 X1與X2相互作用效果

由圖2（a）等高線圖可以看出氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理溫度兩者存在交互作用，氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度；由圖2（b）響應(yīng)面圖看出，當(dāng)固定處理溫度時(shí)，棉紗的芯吸高度隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，響應(yīng)面的凹凸不明顯，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理溫度對(duì)棉紗芯吸高度影響不顯著。

圖2 X1與X3相互作用效果

由圖3（a）可知，氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理時(shí)間兩者之間存在交互作用，氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)棉紗芯吸高度的影響大于處理時(shí)間；由圖3（b）響應(yīng)面圖看出，當(dāng)固定處理時(shí)間時(shí)，棉紗的芯吸高度隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加先升高后降低的趨勢(shì)，響應(yīng)面的凹凸不明顯，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理時(shí)間兩者交互作用對(duì)棉紗芯吸高度影響不顯著。

圖3 X1與X4相互作用效果

表面活性劑質(zhì)量濃度與處理溫度、處理時(shí)間相互作用的等高線和響應(yīng)面圖如圖4、圖5 所示。

圖4 X2與X3相互作用效果

圖5 X2與X4相互作用效果

由圖4（a）等高線圖疏密看出表面活性劑質(zhì)量濃度和處理溫度兩者存在交互作用，當(dāng)處理溫度一定時(shí)，隨著表面活性劑質(zhì)量濃度的升高，棉紗芯吸高度變化明顯。因此，表面活性劑濃度對(duì)棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度。由圖4（b）響應(yīng)面圖看出，當(dāng)固定處理溫度時(shí)，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到4 g/L 時(shí)，芯吸高度達(dá)到峰值，響應(yīng)面整體凹凸明顯，即表面活性劑質(zhì)量濃度和處理溫度兩者交互作用對(duì)棉紗芯吸高度影響顯著。

由圖5（a）等高線圖疏密看出表面活性劑質(zhì)量濃度和處理時(shí)間兩者之間存在交互作用，表面活性劑質(zhì)量濃度對(duì)棉紗芯吸高度的影響大于處理時(shí)間；再由圖5（b）響應(yīng)面圖可得，當(dāng)處理時(shí)間不變時(shí)，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑濃度的增加呈現(xiàn)出先迅速升高后緩慢降低的趨勢(shì)，當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到4 g/L 時(shí)，芯吸高度達(dá)到峰值，響應(yīng)面整體凹凸明顯，即表面活性劑質(zhì)量濃度和處理時(shí)間兩者交互作用對(duì)棉紗芯吸高度影響顯著。

處理時(shí)間與處理溫度相互作用的等高線和響應(yīng)面圖如圖6 所示。

圖6 X4與X3相互作用效果

由圖6（a）等高線圖形狀和疏密看出處理溫度和處理時(shí)間兩者的交互作用并不明顯，處理時(shí)間對(duì)棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度；再由圖6（b）響應(yīng)面圖看出，響應(yīng)面圖的整體凹凸感不明顯，即處理溫度和處理時(shí)間兩者交互作用對(duì)棉紗芯吸高度的影響并不十分顯著。

2.1.2前處理工藝最優(yōu)條件的確定

采用軟件Design Expert 8.0.6 對(duì)前處理工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到影響前處理工藝的主次順序?yàn)楸砻婊钚詣┵|(zhì)量濃度、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、處理時(shí)間及處理溫度。通過響應(yīng)面分析進(jìn)行優(yōu)化，擬合得到的最佳前處理工藝參數(shù)為氫氧化鈉質(zhì)量濃度4 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時(shí)間32 min。

2.2 前處理工藝對(duì)棉紗黏附力的影響

分別將660 tex 原棉粗紗和前處理粗紗采用兩種配方進(jìn)行粗紗黏附力測(cè)試，每組測(cè)量30 次取平均值。采用配方1 對(duì)原棉粗紗和前處理粗紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為試樣1 和試樣2，采用配方2 對(duì)原棉粗紗和前處理粗紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為試樣3 和試樣4，測(cè)試結(jié)果見表1。

由表1 可以看出，未經(jīng)處理的原棉粗紗上漿率和黏附力都較小，但經(jīng)過氫氧化鈉協(xié)同表面活性劑在高溫下處理后，粗紗的上漿率和黏附力都有較大幅度的提升。這是由于淀粉以及聚丙烯類混合漿料本身含有大量羥基、羧基等極性較高的基團(tuán)，能夠?qū)O性材料表現(xiàn)出良好的黏附性。另一方面，棉纖維表面連續(xù)分布的非纖維素共生物形成的疏水性屏障，嚴(yán)重阻礙了漿液的滲透與黏附，當(dāng)前處理工藝去除了這層天然壁壘后，棉纖維表面變得粗糙，就使得漿料分子易于黏附。因此，棉纖維表面的天然雜質(zhì)對(duì)漿料分子和紗線的黏附性能有負(fù)面影響，在上漿工藝前應(yīng)該將其去除。此外，由于配方1 含有蠟片，阻礙了黏著劑與紗線的黏附，故采用配方1 的漿紗表現(xiàn)出較低的黏附力。

表1 原棉粗紗和前處理粗紗黏附力測(cè)試結(jié)果

2.3 前處理工藝對(duì)漿紗性能的影響

按照氫氧化鈉質(zhì)量濃度4 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時(shí)間32 min的最佳前處理工藝對(duì)C 27.8 tex 棉紗進(jìn)行處理，原紗與經(jīng)過前處理后紗線的性能如下。

相較于原紗，經(jīng)過前處理后紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均略有增加，這是由于棉纖維與氫氧化鈉溶液作用時(shí)發(fā)生溶脹，纖維表面不勻降低，纖維弱環(huán)減小，減少了因?yàn)閼?yīng)力集中引起斷裂的可能，耐磨性、毛羽數(shù)以及回潮率差別則不是很大。

采用含固量為1% 的配方1 分別對(duì)C 27.8 tex 原紗和前處理紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為漿紗1 和漿紗2；采用含固量為1%的配方2 分別對(duì)C 27.8 tex 原紗和前處理紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為漿紗3 和漿紗4，對(duì)漿紗性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表2。

表2 漿紗性能測(cè)試結(jié)果

由表2 可知，經(jīng)前處理的紗線上漿后的各項(xiàng)性能均優(yōu)于未經(jīng)處理的原棉漿紗，上漿率和耐磨性都得到改善，增強(qiáng)率提升明顯，減伸率不超過25%。這是由于經(jīng)前處理工藝后，原本附著在棉纖維表層的非纖維素共生物溶解去除，而纖維素大分子內(nèi)本身就具有大量親水性基團(tuán)—OH，最外層的疏水性屏障消失，棉纖維表現(xiàn)出極強(qiáng)的親水性，漿液能黏附于纖維表面，滲透進(jìn)纖維內(nèi)部阻力減小，漿紗質(zhì)量得到提高。

2.4 漿料配方對(duì)漿紗性能的影響

從表2 的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，不同配方對(duì)漿紗效果有一定的影響。加入蠟片的配方1 對(duì)原紗和前處理紗線上漿后的上漿率、耐磨等各項(xiàng)性能均低于配方2，強(qiáng)伸性能也具有顯著差異。采用配方2上漿后漿紗斷裂強(qiáng)力相比原紗強(qiáng)力增大了42.47%；配方2 漿紗的耐磨性能約為配方1 的1.56 倍，這是由于蠟片阻礙了黏著劑與紗線的黏附，漿紗時(shí)要謹(jǐn)慎使用蠟片。

3 結(jié)論

（1）采用Design Expert 對(duì)Box?Benhnken 中心組合試驗(yàn)結(jié)果分析表明，影響紗線前處理工藝的主次因素依次為表面活性劑質(zhì)量濃度、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、處理時(shí)間及處理溫度。合理的紗線前處理工藝參數(shù)為氫氧化鈉質(zhì)量濃度4 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時(shí)間32 min。

（2）經(jīng)氫氧化鈉協(xié)同表面活性劑在92 ℃下對(duì)棉紗處理，能有效提升粗紗的上漿率和黏附力。

（3）氫氧化鈉與表面活性劑協(xié)同作用后，去除了棉纖維表面的纖維素共生物，利于漿液黏附于纖維表面和滲透到紗線內(nèi)部，改善漿紗質(zhì)量。