不同混紡比和紡紗方式對棉/絲光羊毛混紡紗性能影響的分析

徐夢夢,吉宜軍,崔益懷,蘇旭中

(1.江南大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 無錫 214122; 2.南通雙弘紡織有限公司,江蘇 南通 226661)

棉和羊毛都屬于天然纖維,棉作為四大天然纖維之首,具有良好的親水透氣、舒適輕柔等特點(diǎn),在紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛[1],但棉織物不挺括且彈性較差。羊毛纖維作為紡織領(lǐng)域重要原料之一,其手感豐滿、彈性好,具有良好的保暖性和光澤,常用于制作針織毛衫、風(fēng)衣和毛毯等,羊毛織物價格偏高,易起毛起球,常與其他纖維混紡[2]。

王超等[3]將羊毛和滌綸混紡,使織物具有良好的挺括性、耐磨性、抗皺性和保型性;王明芳[4]將羊毛/滌綸分別與桑蠶絲和Lyocell混紡并織制成織物,織物的服用性能測試結(jié)果表明羊毛/滌綸/Lyocell混紡織物的服用性能最好;譚郭婷等[5]將羊毛纖維與高強(qiáng)錦綸6短纖維混紡,通過測試分析面料的力學(xué)性能和熱濕舒適性能,開發(fā)出綜合性能較好的輕薄型緯平針運(yùn)動面料。

棉和羊毛混紡可以賦予紗線新的特點(diǎn),使織物既具有棉纖維的透氣性和舒適性,又具有羊毛纖維的毛型手感,增加織物的保暖性和抗皺性,是高檔貼身針織面料用紗的優(yōu)選對象。為了進(jìn)一步提高混紡紗線的品質(zhì),本文采用絲光羊毛,絲光處理破壞羊毛表層的毛鱗片,使羊毛具有絲一般的光澤、羊絨般的手感,減少鱗片刺癢感,提高防縮水和抗起球性能。采用棉(JC)/絲光羊毛(W)(90/10)、JC/W(85/15)、JC/W(80/20)3種混紡比以及集聚紡和集聚賽絡(luò)紡2種紡紗方式紡制了6種線密度為22 tex紗線,分別對6種紗線的強(qiáng)伸性、條干毛羽以及紗線耐磨性和芯吸性等進(jìn)行測試分析,以期為棉/絲光羊毛混紡紗的開發(fā)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與設(shè)備

1.1.1 纖維原料

采用長絨棉精梳條(無錫四棉紡織有限公司)和絲光牽切精梳毛條(昆山市恒一毛條廠)進(jìn)行條混來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所需混紡比。棉條和毛條的干定量均為22.5 g/(5 m),其中長絨棉纖維線密度為3.08 dtex,平均長度為34 mm,斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為4.77 cN/dtex、6.4%;為了使羊毛纖維達(dá)到棉紡設(shè)備對適紡長度的要求,對羊毛纖維進(jìn)行牽切處理,羊毛纖維細(xì)度為17.8 μm,長度為36.5 mm,斷裂強(qiáng)度為1.56 cN/dtex,斷裂伸長率為38.5%。

1.1.2 儀器設(shè)備

儀器設(shè)備及相應(yīng)廠家如表1所示。

表1 相關(guān)儀器設(shè)備和生產(chǎn)廠家Tab.1 Related equipment and manufacturers

1.2 紡紗工藝及要點(diǎn)

為了保證單一變量,實(shí)驗(yàn)中所有紗線線密度均設(shè)定為22 tex。紡紗工藝流程為三道并條→粗紗→細(xì)紗。

①并條:采用三道并合,保證棉毛混合均勻,降低質(zhì)量不勻率。為了達(dá)到設(shè)定的混紡比例,實(shí)驗(yàn)采用條混方式,其中JC/W(80/20)采用“4JC+1W”混合,即采用4根棉條和1根毛條進(jìn)行頭道混合,二并和三并均采用6根并合;JC/W(85/15)先將棉條制成干態(tài)質(zhì)量為25.5g/(5 m)的預(yù)并條,然后采用“5JC+1W”完成頭道混合,二道和三道均采用6根并合;JC/W(90/10)采用“4JC+1W”制得預(yù)并混合條,頭道并合為5根預(yù)并混合條與1根棉條6根混并,而后二道、三道采用6根并合。實(shí)驗(yàn)中羅拉隔距10 mm×10 mm×18 mm,中區(qū)牽伸倍數(shù)為1.018,具體的工藝參數(shù)如表2所示。

表2 并條工藝參數(shù)Tab.2 Parameters of drawing process

②粗紗:粗紗捻系數(shù)取120,增大粗紗捻度以減少意外牽伸[6]。粗紗定量設(shè)定為5 g/(10 m),羅拉隔距12 mm×25 mm×30 mm,牽伸倍數(shù)為7.91。實(shí)驗(yàn)中為確保粗紗回潮、防止羊毛纖維產(chǎn)生靜電,對粗紗進(jìn)行48 h回潮平衡,同時消除前紡梳理和牽伸時產(chǎn)生的纖維內(nèi)應(yīng)力,使粗紗達(dá)到自然分離狀態(tài)[7]。

③細(xì)紗:細(xì)紗線密度設(shè)計為22 tex,后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.18,捻系數(shù)選取330,錠子轉(zhuǎn)速7 000 r/min,即“較大捻系數(shù),低車速”,以提高紗線條干均勻度。實(shí)驗(yàn)采用集聚紡和集聚賽絡(luò)紡2種紡紗方式,其中負(fù)壓吸風(fēng)裝置要保證充足的壓力,增大纖維的集聚程度,集聚紡負(fù)壓吸風(fēng)裝置壓力2 600 Pa、集聚賽絡(luò)紡負(fù)壓吸風(fēng)裝置壓力2 300 Pa;集聚賽絡(luò)紡選取8 mm中心距的雙喇叭口,以保證纖維束混合均勻。

采用3種棉/毛混紡比(90/10、85/15、80/20)和2種紡紗方式(集聚紡、集聚賽絡(luò)紡)紡制6種紗線,分別為集聚紡JC/W(90/10)、集聚紡JC/W(85/15)、集聚紡JC/W(80/20)、集聚賽絡(luò)紡JC/W(90/10)、集聚賽絡(luò)紡JC/W(85/15)、集聚賽絡(luò)紡JC/W(80/20),依次編號為1#、2#、3#、4#、5#、6#。

1.3 紗線性能測試

1.3.1 橫截面形態(tài)

利用哈氏切片器對6種紗線進(jìn)行切片,用超景深顯微鏡觀察紗線橫截面內(nèi)纖維分布。

1.3.2 強(qiáng)伸性能

參照GB/T 3916—2013《單根紗線斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長的測定》,采用YG068C全自動單紗強(qiáng)力儀測試紗線強(qiáng)伸性,設(shè)置拉伸速度500 mm/min,夾試長度500 mm,測試30次,取平均值。

1.3.3 毛羽

采用ZWEIGLE HL400烏斯特毛羽儀測試紗線毛羽,單次測試長度為100 m,測試速度為400 m/min,每種紗線測試5次,取平均值。

1.3.4 條干均勻度

參照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻?qū)嶒?yàn)方法 第1部分:電容法》,采用USTER條干儀測試紗線條干均勻度,儀器預(yù)熱30 min,管紗預(yù)調(diào)濕24 h,單次測試長度為400 m,測試速度400 m/min,每種紗線測試5次,取平均值。

1.3.5 耐磨性能

參照J(rèn)J/F(紡織)050—2015《紗線耐磨性能測試儀校準(zhǔn)規(guī)范》,采用LFY-109電腦紗線耐磨儀測試紗線的耐磨性能,在溫度(20±2)℃,相對濕度(65±5)%的環(huán)境下進(jìn)行測試,選用10 g的懸掛重錘,分別測試10次,取平均值。

1.3.6 芯吸性能

參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)方法》,采用YG(B)871型毛細(xì)管效應(yīng)測試儀在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下測試紗線芯吸性能,選用質(zhì)量為3 g的張力夾和適量的品紅溶液,樣品長度設(shè)定為200 mm,每種試樣測試3次,取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 橫截面形態(tài)分析

通過對紗線進(jìn)行切片,觀察紗線橫截面內(nèi)纖維分布情況,如圖1所示。

圖1 紗線橫截面纖維分布顯微圖(×500)Fig.1 Fiber distribution microscope of yarn cross section (×500)

由圖1可以看出,羊毛纖維比棉纖維粗,故當(dāng)紗線線密度相同時,羊毛纖維含量越高,紗線截面內(nèi)包含的纖維根數(shù)越少,這會對纖維間的抱合能力產(chǎn)生影響,從而影響紗線質(zhì)量。

2.2 強(qiáng)伸性能分析

紗線斷裂是指紗線受到外力作用時,纖維發(fā)生斷裂和滑移的過程,紗線斷裂的主要原因是纖維斷裂,纖維混紡比是影響紗線斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率的主要因素之一[8]。6種混紡紗的強(qiáng)伸性指標(biāo)如圖2所示。

圖2 紗線強(qiáng)伸性指標(biāo)Fig.2 Strength and elongation index of yarn

由圖2可以看出,在2種紡紗方式下,隨著混紡紗中羊毛纖維含量的增加,紗線的斷裂強(qiáng)度逐漸降低,其原因是羊毛纖維的拉伸強(qiáng)度低,且羊毛纖維較粗,隨著羊毛含量的增加,混紡紗中纖維根數(shù)減少,纖維間的接觸面積變小,使得纖維間抱合力減弱,容易產(chǎn)生“滑脫”現(xiàn)象,從而降低紗線強(qiáng)力[9]。同理,紗線的斷裂伸長率也因羊毛纖維含量的增加和紗線強(qiáng)力的下降而降低,從而使斷裂功減小。紗線斷裂功和織造時紗線張力所做功的差值對經(jīng)編織造工序具有影響[10],紗線的斷裂功越大,織造工藝紗線斷頭率越低,有利于提高織物性能和織造效率。因此,當(dāng)采用高比例羊毛纖維織造時,應(yīng)適當(dāng)控制織造速度,減少紗線斷頭。如圖2所示,集聚賽絡(luò)紡紗強(qiáng)伸性能比集聚紡紗好,因?yàn)榧圪惤j(luò)紡具有“部分股線”特征,受到外力作用時,2根須條相互擠壓,增大纖維間抱合力,紗線結(jié)構(gòu)緊密不易“滑脫”,從而使紗線強(qiáng)伸性能得到改善,JC/W(80/20)集聚賽絡(luò)紡紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為12.47 CN/tex和6.53%。

2.3 毛羽分析

利用超景深顯微鏡對紗線表觀形態(tài)進(jìn)行觀察,紗線表面毛羽分布如圖3所示。隨著羊毛纖維含量的增加,紗線表面露出的毛羽增多,且集聚賽絡(luò)紡紗比集聚紡紗的毛羽短少,紗線均勻度更好。

毛羽不僅會影響成紗條干和紗線光潔度,還會對后續(xù)的織造效率和織物的風(fēng)格特征產(chǎn)生影響。一般3 mm以下的毛羽能增加織物的毛型手感,增強(qiáng)保暖性;3 mm以上的毛羽大都屬于有害毛羽,對成紗條干和織物織造過程都具有影響,會導(dǎo)致開口不清、斷紗等。6種棉/絲光羊毛混紡紗的毛羽根數(shù)見表3。

表3 紗線毛羽根數(shù)Tab.3 Number of yarn hairiness

由表3可知,當(dāng)棉/毛混紡比為90/10(1#和4#)時,紗線毛羽數(shù)較少,隨著羊毛含量的增加,紗線毛羽根數(shù)呈現(xiàn)增多趨勢,其中S1+2毛羽的增加量比較明顯,有利于改善織物的手感,增加毛絨感和保暖性,3 mm以上的毛羽也有少量增加。這是由于羊毛纖維線密度大,整齊度差,與棉混紡后紗截面內(nèi)纖維根數(shù)減少,導(dǎo)致纖維間抱合不緊密,容易露出紗體表面形成毛羽。2種紡紗方式下,集聚賽絡(luò)紡紗的毛羽根數(shù)比集聚紡紗少,因?yàn)榧圪惤j(luò)紡采用“先弱捻,后強(qiáng)捻”工藝,2束單紗的捻幅大幅度增加,單紗上部分毛羽被包裹進(jìn)紗線內(nèi)部[11],因此毛羽量大大減少。

2.4 條干均勻度分析

條干均勻度對紗線的外觀質(zhì)量和織造過程具有影響,紗線條干不勻會導(dǎo)致織造過程中停機(jī)和紗線斷頭,因此控制條干均勻度極為重要。6種混紡紗的條干均勻度如圖4所示。隨著羊毛纖維含量的增加,紗線條干不勻逐漸增大。因?yàn)檠蛎w維比棉纖維粗,二者混紡后,紗線橫截面內(nèi)的纖維根數(shù)減少,纖維抱合力小,從而導(dǎo)致成紗條干差;其次,棉、毛纖維長度和細(xì)度差異大,對纖維的排列會產(chǎn)生影響,紡紗過程中會造成纖維的失控和浮游,從而惡化條干。因?yàn)榧圪惤j(luò)紡紗是雙根粗紗喂入,在吸風(fēng)負(fù)壓作用下紗線結(jié)合更緊密,條干和粗細(xì)節(jié)會得到改善。

圖4 不同混紡比紗線條干均勻度Fig.4 Evenness of yarns with different blending ratios

2.5 耐磨性能分析

紗線耐磨性是紗線品質(zhì)的重要表征指標(biāo)之一,耐磨性的好壞直接決定織物的耐用性,耐磨性高的紗線可減少織造過程中紗線斷頭現(xiàn)象,提高產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率。6種紗線紗線的耐磨次數(shù)如圖5所示。

圖5 不同混紡比紗線耐磨次數(shù)Fig.5 Wear resistance times of yarns with different blending ratios

由圖5可以看出,紗線的耐磨次數(shù)隨著混紡紗線中羊毛纖維含量的增加而減少,其原因是羊毛纖維含量增加,紗線內(nèi)纖維根數(shù)減少,纖維間束縛小,紗體結(jié)構(gòu)不勻,受到摩擦?xí)r纖維快速分離,且羊毛纖維的斷裂強(qiáng)度低,混紡后會加速紗線的斷裂。紗線斷裂時所做的功與紗線耐磨性成正相關(guān)[12],由2.2節(jié)可知,紗線的斷裂功隨羊毛含量的增加而減小,因此紗線的耐磨性降低。此外,紗線條干對紗線耐磨性也有影響,隨著條干不勻現(xiàn)象的惡化,紗線在粗細(xì)節(jié)處的捻回數(shù)也會產(chǎn)生差異,粗節(jié)處捻回數(shù)少,纖維間抱合不緊密,紗線受到摩擦?xí)r,該部分會較早斷裂。

2.6 芯吸性能分析

紗線芯吸性能直接反映織物吸濕快干性以及對水分子擴(kuò)散能力,芯吸高度越高,說明織物的親水性能越好。由于羊毛纖維表面具有鱗片層結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出極強(qiáng)的“拒水”性,紗線浸潤困難,但經(jīng)過絲光處理的羊毛克服了這一弊端。對棉/絲光羊毛混紡紗進(jìn)行了毛細(xì)管效應(yīng)測試,得到的紗線芯吸高度如圖6所示。

圖6 不同混紡比紗線芯吸高度Fig.6 Wicking height of yarns with different blending ratios

由圖6可以看出,混紡紗的芯吸高度變化趨勢大體一致,隨著實(shí)驗(yàn)時間的增加,紗線的芯吸高度先快速升高然后緩慢增加,最后慢慢趨于平穩(wěn),這與棉纖維吸濕后膨脹堵塞毛細(xì)管有關(guān)。在相同紡紗方式下,隨著羊毛纖維含量的增加,紗線的芯吸高度逐漸升高,集聚賽絡(luò)紗:6#>5#>4#,集聚紗:3#>2#>1#,并且集聚賽絡(luò)紡紗的芯吸高度高于集聚紡紗,其中JC/W(80/20)集聚賽絡(luò)紡紗線的芯吸高度達(dá)到98 mm。影響紗線芯吸性能的因素,一是纖維原料本身的吸水性[13],羊毛纖維的吸濕性在天然纖維最好,所以隨著羊毛纖維含量的增加,紗線的吸濕性增大;二是紗體內(nèi)纖維的緊密程度,集聚賽絡(luò)紡紗的捻幅大,纖維間抱合程度大,紗體更為緊密,所以吸濕性更好。

3 結(jié) 論

通過對不同混紡比和不同紡紗方式的棉/絲光羊毛混紡紗強(qiáng)伸性、毛羽、成紗條干、耐磨性、吸濕性等性能對比分析,發(fā)現(xiàn)集聚賽絡(luò)紡紗線主要性能指標(biāo)均優(yōu)于集聚紡紗線指標(biāo),且2種紗線的性能指標(biāo)隨羊毛纖維含量變化的規(guī)律基本一致。

隨著紗線中羊毛纖維含量的增加:①紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率降低,在JC/W(80/20)時,集聚賽絡(luò)紡紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率分別為12.47 cN/tex、6.53%;②在集聚賽絡(luò)紡JC/W(80/20)時,1 mm和2 mm毛羽根數(shù)之和為7 632 根/(100 m),可以增加紗線毛絨感,但3 mm毛羽增多會對織造不利;③紗線條干不勻逐漸增大,紗線耐磨性減小,對織物布面效果及耐用性產(chǎn)生影響;④紗線的芯吸性增強(qiáng),在絲光羊毛含量為20%時,集聚賽絡(luò)紡紗線芯吸高度達(dá)到98 mm,有利于提高織物的吸濕性。因此,可以根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)際利用需求選擇合適的混紡比和紡紗方式,從而獲得高質(zhì)量紗線。