捻度對(duì)錦綸/棉混紡紗質(zhì)量指標(biāo)的影響

于學(xué)智，張明光，曹繼鵬，張 月，王曉燕

(遼東學(xué)院 服裝與紡織學(xué)院，遼寧 丹東 118003)

加捻是將纖維束、長(zhǎng)絲或單紗聚集在一起的工藝過程，對(duì)紗線結(jié)構(gòu)、物理性能有直接影響。捻度是紗線產(chǎn)品的固有質(zhì)量特性，影響著成紗的外觀和性能，從根本上影響著織物的最終性能[1-2]，一直受到業(yè)內(nèi)專業(yè)技術(shù)人員的關(guān)注。例如：吳寧等[3]通過三維輪廓分析法對(duì)縫合線的表面形貌進(jìn)行表征,針對(duì)不同捻度石英纖維縫合線的輪廓形貌結(jié)構(gòu)對(duì)其磨損行為的影響進(jìn)行了探究；倪潔等[4]探索了不同規(guī)格的粘膠單紗反向加捻為雙股線時(shí)，捻系數(shù)比對(duì)股線性能的影響；文獻(xiàn)[5-6]分別就捻度對(duì)新型環(huán)錠紡紗、聚酰亞胺納米纖維紗線性能的影響進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[7-8]則主要討論了捻度對(duì)織物性能的影響。

上述研究主要集中在捻度對(duì)紗線和織物性能的影響，而準(zhǔn)確測(cè)試捻度是保證其整體質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[9-10]對(duì)紗線捻度常用的測(cè)試方法和測(cè)試參數(shù)進(jìn)行了分析對(duì)比，探討如何充分發(fā)揮各自特點(diǎn)，保證捻度測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性，減少測(cè)試的不確定性。武銀飛等[11]采用數(shù)字圖像處理技術(shù)采集單根股線彩色圖像，實(shí)現(xiàn)了股線捻度的自動(dòng)識(shí)別，但未涉及對(duì)單紗捻度的自動(dòng)識(shí)別，該方法存在一定的局限性。此外，鐘智麗等[12]采用主成分分析法對(duì)所紡制的聚丙烯長(zhǎng)絲/芳綸包纏紗捻度進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)捻度；Chattopadhyay等[13]采用混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析法對(duì)所紡制棉纖維與聚乳酸纖維混紡紗的混紡比和捻度進(jìn)行優(yōu)化組合，確定出最優(yōu)的參數(shù)組合方案。上述研究均未探討捻度與錦綸/棉混紡紗質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系，且大都采用主成分分析法和混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析法等，使用擬合回歸分析法來分析捻度與紗線多個(gè)質(zhì)量指標(biāo)關(guān)系的研究鮮有報(bào)道。

為此，本文紡制了16種不同捻度的錦綸/棉混紡紗，通過SPSS軟件對(duì)其強(qiáng)伸性能、條干及毛羽指標(biāo)與捻度的關(guān)系進(jìn)行擬合回歸分析，并且建立了回歸預(yù)測(cè)模型，以期為錦綸/棉混紡紗生產(chǎn)中捻度設(shè)計(jì)和快速調(diào)整提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣制備

采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紡制線密度為27.9 tex，混紡比為50:50的錦綸/棉混紡紗。其中：線密度為1.67 dtex×38 mm的錦綸66由遼陽市順興化工有限公司生產(chǎn)；線密度為1.64 dtex的棉纖維229由新疆沃普農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)。在FA506細(xì)紗機(jī)上通過改變捻度齒輪設(shè)置16檔捻度，在其它工藝參數(shù)和紡紗流程相同的條件下紡制了16種錦綸/棉混紡紗，每種樣品紡出10個(gè)紗管，作為測(cè)試試樣。具體工藝流程：在清梳工序采用微型清梳聯(lián)聯(lián)合機(jī)組，錦綸和棉各自獨(dú)立加工成生條，在并條工序采用三道混并工藝，再經(jīng)過粗紗、細(xì)紗加工工序。

1.2 主要紡紗工藝參數(shù)

1)原料預(yù)處理。錦綸吸濕性能較差，纖維間不易抱合，易產(chǎn)生靜電繞皮輥、羅拉，加工困難，紡紗前需在溫度為27 ℃，相對(duì)濕度為70%～75%的環(huán)境中放置48～72 h，以改善其吸濕導(dǎo)電性能，提高錦綸的可紡性。

2)清梳聯(lián)。錦綸/棉采用棉條進(jìn)行混紡，清梳工序各自獨(dú)立加工。采用FA203C型梳棉機(jī)，在梳理過程中，錦綸以 “輕分梳”為原則，棉條和錦綸條的生條定量均為23.5 g/(5 m)，錫林轉(zhuǎn)速為310 r/min，刺輥轉(zhuǎn)速為760 r/min，出條速度為120 m/min，生條長(zhǎng)片段不勻率應(yīng)小于4%。

3)并條。采用FA306A型并條機(jī)，條子并合根數(shù)為6；采用三道混并工藝，頭道混并總牽伸倍數(shù)為5.7，二道混并為7.1倍，三道混并為5.7倍；前牽伸區(qū)羅拉中心距為53 mm，后牽伸區(qū)為55 mm；頭道混并條子定量為24.7 g/(5 m)，二道為20.9 g/(5 m)，三道為22 g/(5 m)；出條速度為200 m/min。

4)粗紗。采用FA494型懸錠式粗紗機(jī)，錦綸/棉粗紗定量為7.63 g/(10 m)；總牽伸倍數(shù)為5.77；集束羅拉與前羅拉間中心距為40 mm，前羅拉與中羅拉間為59 mm，中羅拉與后羅拉間為64 mm；羅拉輸出速度為282 r/min;粗紗捻系數(shù)為75。

5)細(xì)紗。采用FA506型細(xì)紗機(jī)，錦綸/棉細(xì)紗定量為2.61 g/(100 m)；總牽伸倍數(shù)為29.27；前牽伸區(qū)羅拉中心距為49 mm，后牽伸區(qū)為55 mm。

1.3 性能測(cè)試

對(duì)所紡錦綸/棉混紡紗強(qiáng)力、條干、毛羽質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試環(huán)境溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(65±4)%。

采用溫州市大榮紡織儀器有限公司的YG(B)021DX型單紗強(qiáng)力儀，根據(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)試錦綸/棉混紡紗的強(qiáng)力。試樣有效測(cè)試長(zhǎng)度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，預(yù)加張力為0.5 cN/tex，每種樣品測(cè)10個(gè)紗管，每個(gè)紗管測(cè)20次。

采用烏斯特公司的Uster ME100條干儀，根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗條條干不勻試驗(yàn)方法 第1部分 電容法》測(cè)試錦綸/棉混紡紗的條干。試樣有效測(cè)試長(zhǎng)度為400 m，測(cè)試速度為400 m/min，每種樣品測(cè)10個(gè)紗管，每個(gè)紗管測(cè)1次。

采用烏斯特公司的Uster Zweigle HL400毛羽儀，根據(jù)UTM08《紡織品紗條毛羽烏斯特測(cè)試方法》測(cè)試錦綸/棉混紡紗的毛羽。測(cè)試速度為400 m/min，測(cè)試時(shí)間為1 min，每種樣品測(cè)10個(gè)紗管，每個(gè)紗管測(cè)1次；試驗(yàn)結(jié)果均為多次測(cè)試的平均值。

2 結(jié)果與分析

不同捻度錦綸/棉混紡紗的強(qiáng)度、條干和毛羽指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同捻度錦綸/棉混紡紗質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

2.1 捻度與混紡紗質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)性分析

通過SPSS軟件對(duì)捻度與錦綸/棉混紡紗強(qiáng)度、條干和毛羽測(cè)試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

表2 錦綸/棉混紡紗質(zhì)量指標(biāo)與捻度的相關(guān)性分析

從表2可以看出：捻度與混紡紗的斷裂強(qiáng)度和粗節(jié)指標(biāo)在95%置信區(qū)間內(nèi)顯著相關(guān)；捻度與混紡紗斷裂強(qiáng)度CV值、斷裂伸長(zhǎng)率、細(xì)節(jié)及毛羽指標(biāo)在99%置信區(qū)間內(nèi)顯著相關(guān)，且捻度與其相關(guān)關(guān)系非常緊密(相關(guān)系數(shù)在0.7以上);捻度與混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率CV值、條干CV值和棉結(jié)指標(biāo)不存在顯著相關(guān)性。

2.2 捻度與混紡紗質(zhì)量指標(biāo)的回歸分析

2.2.1 散點(diǎn)圖趨勢(shì)分析及模型建立

由于捻度與錦綸/棉混紡紗斷裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度CV值、斷裂伸長(zhǎng)率、粗節(jié)、細(xì)節(jié)及毛羽6個(gè)質(zhì)量指標(biāo)顯著相關(guān)，因此通過SPSS軟件，選取捻度為橫坐標(biāo)，斷裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度CV值、斷裂伸長(zhǎng)率、粗節(jié)、細(xì)節(jié)和毛羽指標(biāo)為縱坐標(biāo)，繪制其原始數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖，并根據(jù)散點(diǎn)圖上各散點(diǎn)的分布情況，做出回歸曲線，如圖1、2所示，很好地反映了捻度與混紡紗強(qiáng)伸性能、粗細(xì)節(jié)和毛羽指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系。

圖1 捻度與強(qiáng)伸性能回歸曲線

由圖1、2可以看出，錦綸/棉混紡紗的斷裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度CV值、斷裂伸長(zhǎng)率、粗節(jié)、細(xì)節(jié)及毛羽6個(gè)質(zhì)量指標(biāo)隨捻度變化趨勢(shì)不是線性分布，故通過 SPSS軟件回歸分析中曲線估算分析的方法，分別擬合出捻度與該6個(gè)質(zhì)量指標(biāo)之間的最佳回歸模型，回歸方程及其判定系數(shù)、顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。

2.2.2 強(qiáng)伸性能指標(biāo)與捻度間回歸分析

從圖1(a)和表3看出：錦綸/棉混紡紗的斷裂強(qiáng)度隨著捻度的增大而增加，當(dāng)捻度增大到一定值后，斷裂強(qiáng)度隨著捻度的增大反而呈下降趨勢(shì)。這是由于捻度增大使得紗線截面壓力增大，從而增加了纖維間相互滑移的摩擦力，所以在一定范圍內(nèi)增加捻度可以增加紗線的強(qiáng)力，但過大的捻度可能對(duì)纖維造成損傷，從而使紗線強(qiáng)力減小[14]。

表3 錦綸/棉混紡紗質(zhì)量指標(biāo)與捻度的回歸方程

錦綸/棉混紡紗斷裂強(qiáng)度與捻度間關(guān)系符合二次曲線模型，判定系數(shù)R2為0.919的變異,說明捻度可以解釋因變量斷裂強(qiáng)度91.9%的變異，回歸方程顯著性檢驗(yàn)P值為0.000<0.05，表明模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)使用意義。按回歸方程計(jì)算，當(dāng)臨界捻度為1 228 捻/m時(shí)，相應(yīng)的斷裂強(qiáng)度為8.1 cN/tex。

圖1(b)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗的斷裂強(qiáng)度CV值與捻度的回歸方程為三次曲線模型，判定系數(shù)R2為0.653，說明捻度可以解釋因變量斷裂強(qiáng)度不勻65.3%的變異，回歸方程顯著性檢驗(yàn)P值為0.001<0.05，表明模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)使用意義。混紡紗斷裂強(qiáng)度CV值隨捻度增大先是上升，然后下降。按回歸方程計(jì)算，當(dāng)捻度為1 307 捻/m時(shí)，曲線模型有極大值。

圖1(c)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率隨捻度增大而增加。擬合的S型曲線回歸方程判定系數(shù)R2為0.627，說明捻度可以解釋因變量斷裂伸長(zhǎng)率62.7%的變異，回歸方程顯著性檢驗(yàn)P值為0.000<0.05，表明模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)使用意義。

2.2.3 粗細(xì)節(jié)及毛羽指標(biāo)與捻度間回歸分析

圖2(a)、(b)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗粗細(xì)節(jié)均隨捻度增大而減少，當(dāng)減少到一定程度時(shí)又隨著捻度的增大而增加，擬合方程均符合三次曲線模型，判定系數(shù)R2分別為0.790和0.748，擬合曲線比較接近，說明捻度分別可以解釋因變量粗節(jié)和細(xì)節(jié)79%和74.8%的變異，回歸方程顯著性檢驗(yàn)P值為0.000<0.05，表明模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)使用意義。按回歸方程計(jì)算，當(dāng)捻度為1 259和1 407 捻/m時(shí)，粗節(jié)和細(xì)節(jié)擬合曲線分別出現(xiàn)極小值。

圖2 捻度與粗細(xì)節(jié)、毛羽回歸曲線

圖2(c)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗毛羽隨捻度增大先減小后趨于平緩。這是因?yàn)槟矶仍礁?，纖維抱合越好，紗線橫截面上纖維越緊密，使得伸出紗線基干表面的毛羽減少，擬合的S型曲線判定系數(shù)R2為0.971，說明捻度可以解釋因變量毛羽97.1%的變異，回歸方程顯著性檢驗(yàn)P值為0.000<0.05，表明模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)使用意義。

2.2.4 模型的驗(yàn)證

利用測(cè)試組數(shù)據(jù)對(duì)表3中的模型進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)試組數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值間殘差結(jié)果如表4所示?？梢钥闯?，混紡紗的強(qiáng)伸性能、粗細(xì)節(jié)和毛羽指標(biāo)的測(cè)試組數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值間殘差絕對(duì)值均在3倍殘差標(biāo)準(zhǔn)差以內(nèi)，并無異常點(diǎn)，驗(yàn)證了表3中回歸模型的有效性。

表4 測(cè)試組數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值間殘差結(jié)果

3 結(jié) 論

本文在其它工藝參數(shù)相同的條件下，采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紡制了16種不同捻度的錦綸/棉混紡紗，通過SPSS軟件建立了捻度與錦綸/棉混紡紗強(qiáng)伸性能、粗細(xì)節(jié)和毛羽指標(biāo)的回歸模型，主要得出以下結(jié)論。

1)錦綸/棉混紡紗的斷裂強(qiáng)度與捻度擬合模型為二次擬合曲線，判定系數(shù)R2為0.919，臨界捻度為1 228捻/m，斷裂強(qiáng)度達(dá)到最高8.1 cN/tex。斷裂強(qiáng)度CV值與捻度擬合曲線為三次擬合曲線，斷裂強(qiáng)度CV值隨捻度增大先是上升后下降，模型判定系數(shù)R2為0.653，捻度為1 307 捻/m時(shí)，曲線模型有極大值?；旒徏喌臄嗔焉扉L(zhǎng)率隨捻度的增大而增加，S型擬合曲線判定系數(shù)R2為0.627。

2)錦綸/棉混紡紗粗細(xì)節(jié)均隨捻度的增加而減小，當(dāng)減到一定程度時(shí)又隨著捻度的增大而增加，三次擬合曲線判定系數(shù)R2分別為0.790和0.748，擬合曲線出現(xiàn)極小值時(shí)，捻度分別為1 259、1 407 捻/m?；旒徏喢痣S捻度的增大先減少后趨于平緩，S型擬合曲線判定系數(shù)R2為0.971。

3)通過本文建立的模型可以依據(jù)錦綸/棉混紡紗紡紗過程中的捻度實(shí)現(xiàn)對(duì)其強(qiáng)伸性能、粗細(xì)節(jié)和毛羽各質(zhì)量指標(biāo)的預(yù)測(cè)和控制，也可以根據(jù)客戶對(duì)紗線質(zhì)量指標(biāo)的要求，快速設(shè)計(jì)和調(diào)整紡紗過程中紗線的捻度，減少對(duì)測(cè)試人員和檢測(cè)設(shè)備投入及其測(cè)試原料的浪費(fèi)，達(dá)到高效節(jié)能的目的。