不同滌粘紗線的結(jié)構(gòu)與性能

李 瑤，陳 超，李 杰，王 強(qiáng)，孔冬青，韓慶帥，王永生，王 妮

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620；2.山東如意科技集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000；3.中國棉紡織行業(yè)協(xié)會，北京 100020；4.中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會，北京 100020)

滌綸具有斷裂強(qiáng)度高、彈性好、抗皺等優(yōu)點(diǎn)，但同時存在染色性差和吸濕性差等缺點(diǎn)；粘膠作為一種再生纖維素纖維，具有與棉纖維相同的化學(xué)組成，但其聚合度、結(jié)晶度、取向度都比棉纖維低，使得粘膠纖維吸濕性好、易染色，但斷裂強(qiáng)度低、彈性差[1]。不同特點(diǎn)的纖維進(jìn)行組合搭配，不僅可以彌補(bǔ)單一纖維的缺陷、發(fā)揮各自纖維的優(yōu)勢，還可以使得復(fù)合紗線及織物表現(xiàn)出新的風(fēng)格及功能[2]。將粘膠纖維與滌綸纖維進(jìn)行組合搭配的復(fù)合紗線既有滌綸良好的力學(xué)性能，又有粘膠良好的吸濕性。

不同結(jié)構(gòu)的滌粘紗線具有不同的性能，常見的滌粘紗線有滌粘混紡紗、滌粘短纖維/短纖維包芯紗及滌粘長絲/短纖維包芯紗。通過參數(shù)優(yōu)化以及改變混紡纖維在紗線中的比例可改善混紡紗線的性能。孫振國等[3]通過增加梳棉的生條定量，在并條工序中加大牽伸倍數(shù)，調(diào)整熟條定量，優(yōu)化相關(guān)工序，降低了熟條不勻率，提高了滌粘混紡紗線的綜合質(zhì)量；通過對粗紗機(jī)進(jìn)行改造、參數(shù)優(yōu)化以及改變皮、芯紗的比例來探究短纖維/短纖維包芯紗性能的變化，如郭明瑞等[4]將粗紗機(jī)后區(qū)集束器替換為上表面橫向中心位置帶孔的喇叭口，實現(xiàn)了滌綸和棉纖維在粗紗機(jī)上的同時喂入，研究了皮芯粗紗紡紗工藝、粗紗定量、粗紗捻度以及芯纖維含量等因素對滌棉短纖維/短纖維包芯紗的芯纖維外露比例和紗線性能的影響規(guī)律；對細(xì)紗機(jī)進(jìn)行改造、改變長絲的喂入位置等來探究長絲/短纖維包芯紗性能的變化，如祝慶利等[5]通過合理選配原料、優(yōu)化配置工藝參數(shù)等方法提高了所紡制賽絡(luò)紡棉/氨綸包芯紗的單紗斷裂強(qiáng)度,降低了紗線的條干CV值，并解決了因包覆效果不良產(chǎn)生偏絲、斷頭等問題。

目前，每種結(jié)構(gòu)紗線的研究較為獨(dú)立，缺少同纖維組成、不同結(jié)構(gòu)紗線的系統(tǒng)對比研究，本文對滌粘混紡紗、滌粘短纖維/短纖維包芯紗以及滌粘長絲/短纖維包芯紗的相關(guān)性能進(jìn)行了初步分析，以期為后續(xù)新產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)和借鑒經(jīng)驗。

1 紗線的制備

1.1 原料選擇及配比

原料選擇：深灰色粘膠1.33 dtex×38mm；淺灰色滌綸短纖1.56 dtex×38mm；淺灰色滌綸長絲25 D(2.78 tex)/18 f，滌綸與粘膠比例均為15∶85。

1.2 紗線選擇結(jié)構(gòu)

紗線結(jié)構(gòu)：混紡紗、短纖維/短纖維包芯紗、長絲/短纖維包芯紗。紗線線密度均為14.6 tex。

1.3 紡紗流程

滌粘混紡紗的紡紗流程：

滌粘短纖維/短纖維包芯紗的紡紗流程：

染色粘膠→開松→梳理→預(yù)并→并條(自調(diào)勻整)→熟條。

滌綸短纖維→開松→梳理→預(yù)并→并條(自調(diào)勻整)→粗紗。

滌粘長絲/短纖維包芯紗的紡紗流程：

2 性能測試

2.1 紗線結(jié)構(gòu)形態(tài)

在紗線外包覆羊毛纖維，用Y172型哈氏切片器(米恩檢測儀器(上海)有限公司)制作切片，噴金處理后，放置到TM3000型臺式掃描電子顯微鏡(HITACHI公司)下觀察紗線橫截面。

截取適當(dāng)長度的紗線并將其置于載玻片上放置到ECLIPES LV 100N POL型偏光顯微鏡(Nikon公司)下觀察紗線縱向形態(tài)結(jié)構(gòu)。

2.2 紗線條干

選用CT3000型條干均勻度測試分析儀(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司)測試紗線條干，測試速度800 m/min,測試時間30 s,測試次數(shù)4次。

2.3 紗線捻度

選用Y331N型紗線捻度儀(南通宏大實驗儀器有限公司)，參照GB/T 2543.2—2001《紡織品 紗線捻度的測定 第2部分：退捻加捻法》，采用一次退捻加捻法測試紗線的實際捻度，試樣長度500mm，預(yù)加張力0.5 cN/tex，速度1 000 r/min，限位為其允許伸長的25%，每種紗線測試次數(shù)為10次。

2.4 紗線毛羽

選用YG172A型紗線毛羽測定儀(陜西長嶺紡織機(jī)電科技有限公司)測試紗線毛羽，紗線測試張力0.5 cN/tex，測試速度30 m/min，片段長度10 m，測試次數(shù)5次。

2.5 紗線芯吸性能

選用YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測定儀(溫州方圓儀器有限公司)，取30 cm紗線放入染液池中，每隔10 s記錄紗線的芯吸高度，3種類型紗線各進(jìn)行6次重復(fù)試驗，結(jié)果取平均值。

2.6 紗線拉伸性能

選用YG061F型電子單紗強(qiáng)力儀(上海祈工儀器設(shè)備有限公司)，參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》，測試紗線拉伸性能，試樣夾持距離500mm,預(yù)加張力0.5 cN/tex,速度500mm/min,拉伸次數(shù)為20次。

2.7 紗線抗彎性能

選用XCB-1AN纖維抗彎力測試儀(上海新纖儀器有限公司)，測試紗線抗彎性能，夾持距離5mm，上升速度10mm/min，測試次數(shù)15次。

以上所有實驗均在標(biāo)準(zhǔn)大氣下進(jìn)行，且試樣在標(biāo)準(zhǔn)相對溫濕度環(huán)境條件下經(jīng)過24 h的調(diào)濕。

3 結(jié)果與分析

3.1 紗線截面

不同結(jié)構(gòu)滌粘纖維混合紗線橫截面見圖1。如圖1(a)所示，滌綸短纖維隨機(jī)分布在粘膠中。圖1(b)中，作為芯紗的滌綸短纖維被皮層的粘膠短纖維包覆，部分滌綸短纖維發(fā)生了向粘膠短纖維中的轉(zhuǎn)移，纖維的轉(zhuǎn)移使得紗線截面變得更為復(fù)雜，滌綸短纖維與粘膠短纖維既不是完全呈皮芯結(jié)構(gòu)分布，也不是隨機(jī)分布。這是因為作為芯紗的滌綸粗紗捻向與短纖維/短纖維包芯紗粗紗捻向相同，對于滌綸粗紗來說相當(dāng)于2次加捻，加捻作用使紗線中纖維間產(chǎn)生了向心壓力，增大了纖維間的摩擦力。此時，在皮層紗向心力的擠壓下，芯紗中外層纖維開始向芯紗內(nèi)部轉(zhuǎn)移，芯紗內(nèi)部纖維被擠出芯紗表面，轉(zhuǎn)移到皮層紗內(nèi)側(cè)，由于芯紗與皮層紗均由短纖維構(gòu)成，皮芯紗交界處的纖維會進(jìn)一步發(fā)生交叉糾纏。如圖1(c)所示，滌綸長絲抱合比較緊密，沒有發(fā)生向粘膠短纖維中的轉(zhuǎn)移，且粘膠短纖維沒有完全包覆住滌綸長絲，滌綸長絲裸露在紗線表面，即發(fā)生了“露絲”現(xiàn)象。

不同結(jié)構(gòu)滌粘紗線縱向形態(tài)見圖2。由圖2可見，混紡紗毛羽較多；短纖維/短纖維包芯紗毛羽數(shù)居中；長絲/短纖維包芯紗毛羽數(shù)稍少。

圖1 不同結(jié)構(gòu)滌粘紗線橫截面Fig.1 Cross section of polyester viscose yarns with different structures.(a)Blended yarn；(b)Staple fiber/staple fiber core-spun yarn；(c)Filament/staple fiber core-spun yarn

圖2 不同結(jié)構(gòu)滌粘紗線縱向形態(tài)(×40)Fig.2 Longitudinal morphology of polyester viscose yarns with different structure(×40).(a)Blended yarn；(b)Staple fiber/staple fiber core-spun yarn;(c)Filament/staple fiber core-spun yarn

3.2 紗線條干

條干CV值是表征條干均勻程度最基本的指標(biāo)，數(shù)值越小，條干均勻度越好。紗線條干測試結(jié)果見表1?？梢?，短纖維/短纖維包芯紗條干CV值最大，有最多的細(xì)節(jié)、粗節(jié)以及較多的棉結(jié)；混紡紗與長絲/短纖維包芯紗的條干CV值相差不大，但長絲/短纖維包芯紗的粗節(jié)、棉結(jié)數(shù)都多于混紡紗。這可能是因為在成紗過程中，紗線中內(nèi)外層纖維相互轉(zhuǎn)移、穿插以及糾纏，產(chǎn)生了纖維相互握持的自鎖結(jié)構(gòu)[7]。短纖維/短纖維包芯紗在加捻三角區(qū)存在滌綸短纖維與粘膠短纖維之間的轉(zhuǎn)移，紗線中滌綸、粘膠纖維的分布既不是完全的皮芯分布，也不是完全的隨機(jī)分布，纖維在紗線徑向分布不是完全均勻(見圖1(b))，使得紗線結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，容易產(chǎn)生細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)，影響紗線的條干均勻度。長絲/短纖維包芯紗的芯紗為光滑的滌綸長絲，很難與外層的粘膠短纖維發(fā)生交叉、糾纏，在加捻三角區(qū)中幾乎沒有滌綸長絲與粘膠短纖維之間的轉(zhuǎn)移，滌綸長絲與粘膠短纖維各自較為集中地分布，故其條干均勻度優(yōu)于短纖維/短纖維包芯紗。而混紡紗中滌綸短纖維與粘膠采用料混的方式進(jìn)行均勻混合，并且2種纖維長度、細(xì)度相仿，故紗線的均勻性好，有較少的細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)。

表1 紗線條干測試結(jié)果Tab.1 Test results of yarn evenness

3.3 紗線捻度

紗線捻度測試結(jié)果見表2。如表2所示，3種不同結(jié)構(gòu)紗線的實際捻度均大于其各自的設(shè)計捻度，相差并不大，但捻度不勻率有些差異。在紗線加工過程中，除紗線中的細(xì)節(jié)、粗節(jié)數(shù)量會對捻度均勻性造成影響外[8]，紡紗機(jī)設(shè)備老舊程度、錠子的機(jī)械性能也是紗線捻度均勻度的重要影響因素。本文實驗所用3種結(jié)構(gòu)紗線是在3臺紡紗機(jī)上分別紡制所得，故3種結(jié)構(gòu)紗線的捻度不勻率有所差異。

表2 紗線捻度測試結(jié)果Tab.2 Test results of yarn twist

3.4 紗線毛羽

紗線毛羽測試結(jié)果見表3。由表3可知，混紡紗的毛羽數(shù)量最多、短纖維/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量居中、長絲/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量最少，與圖2結(jié)構(gòu)一致。這可能是因為在滌粘混紡紗中滌綸短纖維與粘膠短纖維隨機(jī)分布，2種纖維動、靜摩擦因數(shù)存在差異[9-10]，盡管滌綸短纖維與粘膠短纖維長度、細(xì)度相仿，但在加捻作用下，表面性能的差異使得滌粘混紡紗中2種纖維容易露出紗體表面形成毛羽[11]，故其毛羽數(shù)量多于其他2種芯鞘型結(jié)構(gòu)紗線；而滌粘短纖維/短纖維包芯紗中的滌綸芯紗在整個紡紗過程中有3次加捻，滌綸短纖維因受到較大扭矩力而向外轉(zhuǎn)移并與粘膠短纖維進(jìn)行交叉、糾纏，在此過程中有些纖維會被擠出紗體表面，形成毛羽，使得短纖維/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量高于滌粘長絲/短纖維包芯紗。另外，由于3種紗線是在不同紡紗機(jī)上紡得，也造成其毛羽數(shù)量CV值存在些許差異。

表3 紗線毛羽測試結(jié)果Tab.3 Test results of yarn hairiness

3.5 紗線芯吸性能

紗線的芯吸性能是影響其導(dǎo)濕性能的重要因素，作為一種纖維集合體，紗線芯吸性能不僅與纖維中親水基團(tuán)的含量有關(guān)，還與紗線中纖維間孔隙的形態(tài)與含量有關(guān)[10]。紗線存在一個最合適的毛細(xì)管孔徑，可以使得液體進(jìn)入紗線的速率最快，孔隙過大或過小都會影響液體進(jìn)入紗線的速率，進(jìn)而導(dǎo)致芯吸高度降低[12]。

紗線芯吸高度測試結(jié)果見圖3?？芍?種不同結(jié)構(gòu)的滌粘紗線都表現(xiàn)出相似的規(guī)律，隨著時間的延長，紗線的芯吸高度不斷增加，直至逐漸達(dá)到平衡，接近一個固定值，其中紗線的芯吸高度在初始階段隨時間變化很快，后來逐漸減緩。此外滌粘混紡紗具有最大的芯吸高度，滌粘短纖維/短纖維包芯紗的芯吸高度居中，滌粘長絲/短纖維包芯紗的芯吸高度最小。這可能是因為滌粘短纖維/短纖維包芯紗與滌粘長絲/短纖維包芯紗都是以粘膠短纖維做皮層、滌綸纖維做芯層的芯鞘結(jié)構(gòu)，2種包芯紗中的滌綸都被粘膠包覆，滌綸纖維間的孔隙過小產(chǎn)生阻力，減緩液體在紗線中的上升，導(dǎo)致包芯紗結(jié)構(gòu)紗線的芯吸高度小于混紡紗。滌綸長絲較滌綸短纖維有較大的纖維長度及較好的排列性，但滌綸長絲表面過于光滑，很難與外層粘膠短纖維發(fā)生交叉、糾纏，粘膠短纖維與滌綸長絲連接處結(jié)構(gòu)較為松散不緊密，進(jìn)而導(dǎo)致該部分紗線孔隙較大，毛細(xì)管數(shù)量減少，增大了水分子在紗線中的傳遞阻力[13]，影響液體進(jìn)入紗線；滌粘長絲/短纖維包芯紗的“露絲”現(xiàn)象也會影響液體進(jìn)入紗線及最終的芯吸高度；此外，長絲/短纖維包芯紗是一種長絲在中間、短纖維在外的類似分層或者容易分層的結(jié)構(gòu)，過于緊密的中間長絲和分層也會影響紗線的芯吸，故滌粘長絲/短纖維包芯紗有最小的芯吸高度。

圖3 紗線芯吸高度測試結(jié)果Fig.3 Test results of yarn wicking height

3.6 紗線拉伸性能

紗線拉伸性能測試結(jié)果見圖4。滌粘長絲/短纖維包芯紗有最大的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率，滌粘混紡紗居中，滌粘短纖維/短纖維包芯紗的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率最小。這可能是因為包芯紗中粘膠短纖維在外層，滌綸短纖維在內(nèi)層，斷裂伸長相近的纖維相對集中，減少了單纖維斷裂的不同時性[14]；相同條件下，滌綸長絲斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長均大于滌綸短纖維，故長絲/短纖維包芯紗的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長最大；由3.2和3.4節(jié)可知，短纖維/短纖維包芯紗有最大的短毛羽數(shù)量以及最大的條干不勻，在很大程度上影響了短纖維/短纖維包芯紗的斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長，以至于其斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長小于混紡紗。

圖4 紗線拉伸性能測試結(jié)果Fig.4 Test results of yarn tensile property

3.7 紗線抗彎性能

粘膠纖維的初始模量和抗彎剛度均較滌綸小。在紡紗條件相同、紗線線密度和捻系數(shù)相同的情況下，滌綸纖維的含量越多，復(fù)合紗的抗彎剛度越高[15]，紗線的最大抗彎力越大。在相同的滌綸、粘膠比例的情況下，紗線糾纏結(jié)構(gòu)越大、越穩(wěn)定，紗線的抗彎剛度越大[16]，最大抗彎力也越大。

紗線抗彎力測試結(jié)果見圖5。滌粘混紡紗的最大抗彎力為1.35 mN，在3種不同結(jié)構(gòu)紗線中最大，短纖維/短纖維包芯紗的最大抗彎力稍高于長絲/短纖維包芯紗。這可能是因為混紡紗中滌綸短纖維隨機(jī)分布在粘膠短纖維中，紗線中纖維分布較為復(fù)雜且穩(wěn)定，所以最大抗彎力在三者中最大；在長絲/短纖維包芯紗中，滌綸長絲作為芯層被粘膠短纖維包覆，在成紗過程中很少發(fā)生滌綸長絲與粘膠短纖維的穿插糾纏，二者各自有較好的聚集，結(jié)構(gòu)簡單，所以最大抗彎力最??；而對于短纖維/短纖維包芯紗來說，由于滌綸和粘膠都是短纖維，在成紗過程中會發(fā)生皮層纖維與芯層纖維，即粘膠與滌綸的穿插糾纏，使得紗線結(jié)構(gòu)復(fù)雜起來，故其最大抗彎力居中。

圖5 3種紗線的抗彎力測試結(jié)果Fig.5 Test results of yarn bending property

4 結(jié) 論

本文對相同纖維比例的滌粘混紡紗、滌粘短纖維/短纖維包芯紗、滌粘長絲/短纖維包芯紗的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了實驗探究，主要結(jié)論如下：

①混紡紗中的滌綸短纖維隨機(jī)地分布在粘膠短纖維中，滌粘短纖維/短纖維包芯紗包覆效果良好，且芯層滌綸短纖維會向皮層粘膠短纖維中發(fā)生一定程度的轉(zhuǎn)移，而滌粘長絲/短纖維包芯紗中滌綸長絲抱合緊密且有部分“露絲”現(xiàn)象。

②滌粘短纖維/短纖維包芯紗條干CV值最大，捻度變異系數(shù)和不勻率最小。

③滌粘混紡紗的毛羽數(shù)量最多，芯吸高度和抗彎力最大。

④滌粘長絲/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量最少，斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率最大。