賽絡(luò)紡包芯紗用單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能研究

王冰爽，陳 文，邱海斌，曹膨莉，黃莉茜，4

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620；2.福建新華源紡織集團(tuán)有限公司，福建 福州 350212；3.浙江鑫海紡織有限公司，浙江 金華 321104；4.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620)

0 引言

包芯紗由外包纖維和芯絲復(fù)合而成，通常以強(qiáng)力或彈性較好的合成纖維長(zhǎng)絲為芯絲，外包棉、毛、粘膠纖維等短纖維，成紗兼具芯絲和外包短纖維特性[1]。相比于普通環(huán)錠紡包芯紗，賽絡(luò)紡包芯紗采取雙粗紗包覆長(zhǎng)絲的方式，制得的包芯紗強(qiáng)伸性能、條干均勻度和包覆效果都更好，是目前重要的包芯紗制備方法之一[2-4]。

近年來(lái)隨著我國(guó)錦綸纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，錦綸纖維在各類新型紗線中的應(yīng)用不斷增加[5-6]。錦綸長(zhǎng)絲具有質(zhì)輕高強(qiáng)、彈性好、耐磨性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，以錦綸長(zhǎng)絲為芯制成的包芯紗在強(qiáng)度、耐磨等性能方面明顯優(yōu)于目前應(yīng)用最廣泛的氨綸包芯紗，是近年來(lái)包芯紗新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的一個(gè)熱點(diǎn)[7-8]。單孔錦綸6長(zhǎng)絲作為一種差別化錦綸纖維，以單絲形式加工使用，其包芯紗織物風(fēng)格獨(dú)特，具有良好的應(yīng)用前景。但是以單孔錦綸6長(zhǎng)絲作為芯絲制備賽絡(luò)紡包芯紗時(shí)，長(zhǎng)絲張力控制和芯絲定位難度較大，易出現(xiàn)空芯、偏絲、露絲等問(wèn)題，嚴(yán)重影響成紗質(zhì)量和后道布面效果。因此，有必要結(jié)合賽絡(luò)紡包芯紗加工工藝，從單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能角度入手分析產(chǎn)生以上問(wèn)題的原因，相關(guān)研究目前還未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。

1 賽絡(luò)紡單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗加工工藝

本文采用的賽絡(luò)紡包芯紗加工過(guò)程如下頁(yè)圖1所示:單孔錦綸6長(zhǎng)絲從水平放置的絲管上退繞后依次經(jīng)第一導(dǎo)絲桿、第二導(dǎo)絲桿、導(dǎo)絲鉤、第三導(dǎo)絲桿、第四導(dǎo)絲桿、后導(dǎo)絲輪、前導(dǎo)絲輪喂入；粘膠纖維雙粗紗經(jīng)喇叭口喂入進(jìn)入后羅拉、中羅拉、前羅拉進(jìn)行牽伸，然后在前羅拉鉗口處與從前導(dǎo)絲輪輸出的單孔錦綸長(zhǎng)絲匯合，經(jīng)導(dǎo)紗鉤后合并加捻制得單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗。

圖1 賽絡(luò)紡單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗加工流程示意圖

芯絲喂入張力是影響包芯紗包覆結(jié)構(gòu)和成紗質(zhì)量的重要因素[9-10]。在以上賽絡(luò)紡包芯紗加工過(guò)程中，長(zhǎng)絲與各個(gè)導(dǎo)絲桿之間積累的摩擦力即為長(zhǎng)絲喂入張力，當(dāng)長(zhǎng)絲喂入張力大小合適并保持穩(wěn)定，則可形成良好的包芯包覆效果。但是對(duì)于單孔錦綸6長(zhǎng)絲，實(shí)際生產(chǎn)表明:其在以上包芯紗加工過(guò)程中喂入張力波動(dòng)大、成紗紗線質(zhì)量控制困難。因此，本文擬從單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能及其影響因素的角度出發(fā)，重點(diǎn)對(duì)單孔錦綸6長(zhǎng)絲的回彈性、彎曲剛度、摩擦性能、比電阻進(jìn)行測(cè)試，分析單絲孔數(shù)、油劑含量、摩擦輥材質(zhì)對(duì)錦綸6長(zhǎng)絲性能和包芯紗加工的影響，為高質(zhì)量單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗的制備和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

2 單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)選用16.7dtex/1F的單孔錦綸6長(zhǎng)絲樣品(編號(hào)記作F-1)以及16.7dtex/6F和16.7dtex/12F兩種總線密度相同、不同孔數(shù)的錦綸6復(fù)絲樣品(編號(hào)分別記作F-2和F-3)作為對(duì)比。

2.1 拉伸性能

根據(jù)GB/T14344-2008《化學(xué)纖維長(zhǎng)絲拉伸性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量?jī)x器為L(zhǎng)LY-06E電子纖維強(qiáng)伸度儀，拉伸隔距20mm，拉伸速度20mm/min，每種試樣測(cè)試20次取平均值。

2.2 彈性回復(fù)率

長(zhǎng)絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h，在LLY-06E電子纖維強(qiáng)力儀上采用定伸長(zhǎng)拉伸回復(fù)模式進(jìn)行彈性回復(fù)率測(cè)試:分別設(shè)置長(zhǎng)絲定伸長(zhǎng)率為5%、10%、20%進(jìn)行拉伸回復(fù)測(cè)試，拉伸速度20mm/min，返回速度100mm/min，拉伸停置和回復(fù)停置時(shí)間均為10s，5個(gè)拉伸回復(fù)循環(huán)為1次測(cè)量，測(cè)試10次求平均值。長(zhǎng)絲彈性回復(fù)率計(jì)算公式為:

其中L為定伸長(zhǎng)度(mm)、L1為拉伸至定伸長(zhǎng)值后的長(zhǎng)度(mm)、L2為試樣復(fù)位后的長(zhǎng)度(mm)。

2.3 抗彎剛度

因研究所用的長(zhǎng)絲細(xì)度小，抗彎剛度測(cè)量困難，因此本文采用理論計(jì)算方法進(jìn)行分析[11]。根據(jù)材料力學(xué)知識(shí)可知，纖維的抗彎剛度Rf＝EI，其中E為纖維的彈性模量(cN/cm2)，I為纖維截面慣性矩(cm4)。本文所用的三種錦綸長(zhǎng)絲均為截面為圓形的纖維，因此，纖維截面慣性矩，帶入前式得:。對(duì)于由多根單絲合并、未加捻的復(fù)絲絲束，其抗彎剛度為:

其中Ry為復(fù)絲絲束抗彎剛度，N為單絲根數(shù)，Rf為單絲抗彎剛度。

2.4 摩擦系數(shù)

去除油劑后的長(zhǎng)絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h，采用XCF-1A纖維摩擦系數(shù)測(cè)量?jī)x分別測(cè)量長(zhǎng)絲的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)絲預(yù)加張力為0.1cN，摩擦金屬輥轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/min，測(cè)試時(shí)間15s，每個(gè)樣品測(cè)試十次取平均值。為考察油劑含量對(duì)長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)的影響，分別對(duì)油劑含量為0、0.3%、0.6%的單孔錦綸6長(zhǎng)絲進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)試；為考察摩擦輥材料對(duì)長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)的影響，分別對(duì)單孔錦綸6長(zhǎng)絲采用金屬輥、塑料輥、橡膠輥、纖維輥進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)試。

2.5 比電阻

去除油劑后的長(zhǎng)絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h，采用XR-1A纖維比電阻儀進(jìn)行測(cè)試，連接附加裝置進(jìn)行錦綸6長(zhǎng)絲比電阻測(cè)試，測(cè)試長(zhǎng)度為10cm，每種長(zhǎng)絲測(cè)試30次取平均值，得纖維比電阻值(Ω/cm)。為考察油劑對(duì)長(zhǎng)絲比電阻的影響，分別對(duì)油劑含量為0、0.3%、0.6%的單孔錦綸6長(zhǎng)絲樣品進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)果與分析

3.1 單絲孔數(shù)對(duì)錦綸6長(zhǎng)絲性能的影響

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的單孔錦綸6長(zhǎng)絲和多孔錦綸6復(fù)絲的性能結(jié)果如表1所示?？箯潉偠鹊挠?jì)算得到的結(jié)果如表1所示:

從表1看出，三種錦綸長(zhǎng)絲均具有較高的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，但隨著單絲孔數(shù)增加，長(zhǎng)絲斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率略有下降，這是因?yàn)镕-2和F-3長(zhǎng)絲樣品在拉伸中存在纖維斷裂不同時(shí)性，導(dǎo)致其斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率有所下降。另外，從表1可以看出，三個(gè)樣品中，單孔錦綸長(zhǎng)絲的初始模量最低，隨著單絲根數(shù)增加，長(zhǎng)絲初始模量有所增加，這可能和長(zhǎng)絲制備過(guò)程中，單孔錦綸長(zhǎng)絲線密度大，直徑粗，絲條冷卻不完全，導(dǎo)致其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與多孔長(zhǎng)絲有所不同造成的。

表1 長(zhǎng)絲樣品性能測(cè)試結(jié)果

從表1可知，隨著測(cè)試時(shí)定伸長(zhǎng)率增加，三種長(zhǎng)絲的彈性回復(fù)率均呈下降趨勢(shì)；隨著單絲孔數(shù)增加，長(zhǎng)絲的彈性回復(fù)率下降，單孔錦綸6長(zhǎng)絲的彈性回復(fù)率最高。從表2看出，隨著單絲孔數(shù)增加，長(zhǎng)絲的抗彎剛度減小，即相同線密度情況下，單孔長(zhǎng)絲的抗彎剛度最大，比兩種多孔復(fù)絲的抗彎剛度大4～10倍左右。在賽絡(luò)紡包芯紗加工過(guò)程中，長(zhǎng)絲在一定張力作用下喂入，與外包纖維須條同軸合并后加捻，形成以長(zhǎng)絲為芯、外層包覆短纖維的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合紗，其中長(zhǎng)絲的張力控制對(duì)包芯紗的加工質(zhì)量和包芯效果影響很大。以上測(cè)試和計(jì)算結(jié)果表明，相比于多孔錦綸復(fù)絲，單孔錦綸6長(zhǎng)絲的彈性回復(fù)性和抗彎剛度均明顯大于同纖度的多孔復(fù)絲。因此，為了控制包芯紗加工過(guò)程中芯絲張力和芯絲位置穩(wěn)定，減小偏絲、露芯等現(xiàn)象，單孔錦綸6長(zhǎng)絲在加工過(guò)程中應(yīng)施加較大的加工張力，才能更好地保證紗線加工質(zhì)量。

表2 長(zhǎng)絲抗彎剛度計(jì)算參數(shù)與結(jié)果

根據(jù)表1中的長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)和比電阻測(cè)試結(jié)果可以看出:(1)多孔錦綸長(zhǎng)絲的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)略大于單孔錦綸長(zhǎng)絲，但三個(gè)樣品差異不大，說(shuō)明當(dāng)長(zhǎng)絲去除油劑后，單絲根數(shù)對(duì)長(zhǎng)絲的摩擦性能影響不大；(2)三種去油劑長(zhǎng)絲測(cè)得的比電阻值均較高，在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)纖維靜電繞輥、粘附飛花等現(xiàn)象；多孔錦綸長(zhǎng)絲的比電阻略低于單孔錦綸長(zhǎng)絲，但三個(gè)樣品差異不大，說(shuō)明當(dāng)長(zhǎng)絲去除油劑后，單絲根數(shù)對(duì)長(zhǎng)絲的比電阻影響不大。

3.2 油劑含量對(duì)單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能的影響

油劑含量對(duì)單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能的影響如表3所示:

表3 不同油劑含量下單孔錦綸6長(zhǎng)絲的摩擦系數(shù)與比電阻

從表3看出，隨著單孔錦綸6長(zhǎng)絲油劑含量增加，長(zhǎng)絲的靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，尤其當(dāng)油劑含量為0.6%時(shí)，纖維摩擦系數(shù)下降明顯。在賽絡(luò)紡包芯紗加工工藝中，長(zhǎng)絲的喂入張力本質(zhì)上是通過(guò)長(zhǎng)絲與導(dǎo)絲桿間的摩擦作用形成。另根據(jù)前面纖維力學(xué)性能測(cè)試與分析知道，單孔錦綸6長(zhǎng)絲因回彈和剛度較大，在喂入過(guò)程中需要施加較大的加工張力保持絲條穩(wěn)定，因此，纖維和導(dǎo)絲張力桿間的摩擦系數(shù)應(yīng)較大為好。

根據(jù)表3比電阻測(cè)試結(jié)果看出，隨著油劑含量增加，單孔錦綸6長(zhǎng)絲的比電阻下降，有利于減少生產(chǎn)中長(zhǎng)絲因靜電產(chǎn)生的繞輥、粘附飛花等現(xiàn)象。

綜合以上測(cè)試結(jié)果，我們認(rèn)為，在單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗加工中，一方面需要通過(guò)添加油劑減小紗線加工過(guò)程中的靜電現(xiàn)象，另一方面應(yīng)適當(dāng)控制長(zhǎng)絲油劑含量，避免長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)下降過(guò)大，造成長(zhǎng)絲喂入張力不夠、長(zhǎng)絲定位困難等問(wèn)題。

3.3 摩擦輥材質(zhì)對(duì)單孔錦綸6長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)的影響

摩擦輥材質(zhì)對(duì)單孔錦綸6長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)的影響如表4所示:

表4 不同摩擦輥材質(zhì)下的單孔錦綸6長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)

從表4看出，在相同測(cè)試條件下，單孔錦綸6長(zhǎng)絲與橡膠輥的靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)最大，塑料輥次之，金屬輥?zhàn)钚?。根?jù)摩擦理論知道，當(dāng)兩個(gè)物體表面接觸并發(fā)生摩擦?xí)r，易于變形的材料，在正壓力作用下產(chǎn)生變形，接觸面積增大，摩擦系數(shù)增大。相對(duì)金屬而言，橡膠和塑料的硬度較小，在外力作用下容易產(chǎn)生變形，因此測(cè)得的纖維摩擦系數(shù)更大。因此，在單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗制備過(guò)程中，為保證導(dǎo)絲順利、提高長(zhǎng)絲喂入張力，可選用摩擦系數(shù)較大的塑料或橡膠導(dǎo)絲裝置。

4 賽絡(luò)紡單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗試紡結(jié)果

在以上長(zhǎng)絲性能研究基礎(chǔ)上，以16.7dtex/1F的單孔錦綸6長(zhǎng)絲為芯絲，以粘膠纖維為外包短纖維采用前述賽絡(luò)紡工藝進(jìn)行11.8tex包芯紗的試紡，并對(duì)長(zhǎng)絲油劑含量和導(dǎo)絲桿材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，得到的包芯紗質(zhì)量指標(biāo)如表5所示:

從表5看出，通過(guò)控制長(zhǎng)絲油劑含量和改變導(dǎo)絲桿材質(zhì)，單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗的條干CV值，斷裂強(qiáng)度、千米棉結(jié)、毛羽、空芯紗疵、露芯紗疵等質(zhì)量指標(biāo)均得到明顯提高，紗線加工過(guò)程中，芯絲自由退繞、斷絲現(xiàn)象也得到明顯改善，紗線加工效率大幅提高。

表5 賽絡(luò)紡單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗主要質(zhì)量指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

本文從單孔錦綸6長(zhǎng)絲性能角度出發(fā)，結(jié)合賽絡(luò)紡包芯紗加工工藝特點(diǎn)，分析了單孔錦綸長(zhǎng)絲性能特點(diǎn)對(duì)包芯紗加工的影響，并對(duì)制得的包芯紗結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了測(cè)試分析，主要結(jié)論如下:

(1)單孔錦綸6長(zhǎng)絲的回彈性和抗彎剛度大于同纖度的多孔錦綸6復(fù)絲，在加工過(guò)程中應(yīng)施加較大的加工張力，以保證紗線順利加工。

(2)油劑含量對(duì)錦綸長(zhǎng)絲摩擦系數(shù)和比電阻的影響大于單絲根數(shù)的影響，在單孔錦綸長(zhǎng)絲包芯紗加工中應(yīng)注意油劑含量的控制。

(3)單孔錦綸6長(zhǎng)絲與橡膠輥的靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)最大，塑料輥次之，金屬輥?zhàn)钚?，在單孔錦綸6長(zhǎng)絲包芯紗制備過(guò)程中，為保證導(dǎo)絲順利、提高長(zhǎng)絲喂入張力，可選用摩擦系數(shù)較大的塑料或橡膠導(dǎo)絲裝置。

(4)試紡結(jié)果表明，當(dāng)單孔錦綸6長(zhǎng)絲油劑含量控制在0.3%～0.5%，導(dǎo)絲桿采用PVC材質(zhì)時(shí)，制得的紗線質(zhì)量明顯提高。