滌綸/棉/苧麻賽絡(luò)包芯紗的紡制及其性能測(cè)試

王曉梅,何巧英,溫南華

(五邑大學(xué) 紡織材料與工程院,廣東 江門 529020)

苧麻纖維具有強(qiáng)度高、抗菌抑菌以及良好的吸放濕和透氣性能,其吸濕透氣性能是棉纖維的3倍及以上,用其制作的夏季衣物、襪子和鞋墊等紡織品深受大家的喜愛。但是苧麻纖維初始模量大、硬挺,成紗毛羽多,用其制作的貼身面料有較強(qiáng)的刺癢感,且苧麻纖維斷裂伸長(zhǎng)率低,斷裂功小,彈性回復(fù)性差,使得苧麻織物的耐磨性和抗皺性也較差。

為降低純苧麻產(chǎn)品的刺癢感,提高其服用性能,部分研究人員通過燒毛、柔軟劑處理、纖維素酶減量處理、包纏、包芯、混紡等方法研究苧麻織物的毛羽問題[1]。其中化學(xué)整理方法一定程度上會(huì)破壞苧麻纖維的強(qiáng)力且處理過程會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生消極的影響[2-4],相較之下包纏、包芯和混紡等物理方法能有效避免這些問題,但目前的相關(guān)研究中大都未考慮采用超細(xì)紗芯,也未考慮成紗的花式外觀[5-6]。

賽絡(luò)紡紡紗方法有助于減少成紗的毛羽,提高成紗條干均勻度和成紗強(qiáng)度[7-8],使用2種不同顏色的粗紗進(jìn)行賽絡(luò)紡可以使成紗具有特殊的外觀風(fēng)格。因此,本文以熱水溶解苧麻/維綸混紡紗得到的超細(xì)苧麻紗為紗芯,1根有色滌綸粗紗和1根本色棉粗紗為外包纖維,采用賽絡(luò)紡的方式在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制滌綸/棉/苧麻包芯紗,以覆蓋苧麻紗的毛羽,改善苧麻產(chǎn)品觸感粗糙的缺點(diǎn),并通過外包纖維中的滌綸改善后期織造織物的抗皺性,棉纖維保持后期織造織物的吸濕透氣性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和設(shè)備儀器

材料:苧麻/維綸(55/45)混紡紗(本色,Z捻,18.2 tex,退維后10 tex,江西恩達(dá)麻世紀(jì)科技股份有限公司);棉粗紗(本色,705 tex,自制);滌綸粗紗(藍(lán)色及紅色,723 tex,自制)。

儀器:CMY-310三目正置透反射金相顯微鏡(北京世紀(jì)科信科學(xué)儀器有限公司);切片器(自制);HFX-A4小型棉紡細(xì)紗機(jī)(蘇州市華飛紡織科技有限公司);ZXB63高速并紗機(jī)(嵊州市宗鑫紡織機(jī)械有限公司);YG155A紗線捻度機(jī)(南通三思機(jī)電科技有限公司);Y731D抱合力機(jī)(寧波紡織儀器廠);YG172A紗線毛羽測(cè)試儀(陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司);YG136電容式條干均勻度儀(陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司);紗線強(qiáng)伸度儀XL-2(上海新纖儀器有限公司)。

1.2 紗芯的制備

直接紡制的純苧麻紗通常直徑較粗,作為紗芯紡制包芯紗不僅容易露芯,而且最終成品包芯紗也較粗,因此本文將苧麻/維綸混紡紗中的維綸溶解退維,獲得超細(xì)苧麻紗作為紗芯。

實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),直接退維后得到的超細(xì)苧麻紗毛羽糾纏現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致后續(xù)絡(luò)筒(紗芯卷裝需為筒子紗或管紗)時(shí)斷頭頻繁,無法順利操作。為解決該問題,先在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上對(duì)苧麻/維綸混紡紗初步包覆少量滌綸短纖維,然后再進(jìn)行退維處理,外包的滌綸可覆蓋苧麻毛羽,解決糾纏問題。包覆滌綸的參數(shù)為前羅拉線速度12 min/min、中羅拉線速度0.230 m/min、后羅拉線速度0.188 m/min、隔距塊厚度7 mm,錠子轉(zhuǎn)速5 700 r/min。退維處理時(shí)將包覆滌綸的苧麻/維綸混紡紗以絞紗形式先置于高壓鍋中蒸煮10 min,然后用90 ℃以上熱水洗滌2 min,反復(fù)洗滌3次,最后烘干并絡(luò)筒。

1.3 賽絡(luò)包芯紗的紡制

1.3.1 不同捻度的包芯紗的紡制

1根滌綸粗紗和1根棉纖維粗紗作為外包纖維從后羅拉逐一向前喂入,1.2節(jié)中獲得的1根紗芯不經(jīng)過牽伸裝置而是經(jīng)過前羅拉和中羅拉間的固定導(dǎo)紗器與牽伸后的2種外包纖維須條匯集后從前羅拉輸出,經(jīng)加捻卷繞成紗。

紡紗時(shí)分別采用同向加捻(紗芯Z捻、包芯Z捻)和異向加捻(紗芯Z捻、包芯S捻)進(jìn)行紡制,為獲得更好的包覆效果,Z捻紡紗時(shí)導(dǎo)紗器偏左放置,S捻時(shí)偏右放置[6]。

滌綸/棉/苧麻包芯紗的紡制工藝為:前羅拉線速度15 m/min、中羅拉線速度0.230 m/min、后羅拉線速度0.188 m/min、粗紗間隔為1.5 mm,通過改變錠子轉(zhuǎn)速(分別設(shè)為4 800、5 700、5 900、6 100、6 300 r/min),紡制出5種捻度不同但苧麻含量相同的滌綸/棉/苧麻賽絡(luò)包芯紗(成紗線密度分別為43.7、45.4、44.8、46.5、44.5 tex)。

1.3.2 不同苧麻含量的包芯紗的紡制

因苧麻紗芯僅有一種,實(shí)驗(yàn)中通過細(xì)紗機(jī)前羅拉的線速度不同(其他羅拉線速度不變)來改變外包纖維含量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)苧麻纖維含量的改變,前羅拉線速度越快,外包纖維量越少,成紗中苧麻纖維的含量越高。但在前羅拉線速度改變的情況下,即使同樣的錠子轉(zhuǎn)速,所紡得的紗線的捻度也不同,捻系數(shù)亦可能不同,進(jìn)而苧麻含量對(duì)紗線性質(zhì)的影響也就沒有可比性。為此,本文先進(jìn)行了4組預(yù)實(shí)驗(yàn)紡紗(對(duì)應(yīng)4種苧麻含量的紗),確定不同苧麻含量對(duì)應(yīng)的錠子轉(zhuǎn)速,以保證紗線的捻系數(shù)相同。

預(yù)實(shí)驗(yàn)中,后羅拉線速度固定為0.188 m/min,前羅拉速度設(shè)為6、9、12、15 m/min(得到4種含量的苧麻紗)。每種前羅拉線速度,分別紡出5種不同錠子轉(zhuǎn)速下的紗線。使用量角器測(cè)量?jī)x軟件測(cè)試所紡紗線捻回角β,如圖1所示。非連續(xù)性測(cè)試100個(gè)捻回角,取平均值。以錠子轉(zhuǎn)速n為因變量,捻回角β為自變量,對(duì)預(yù)實(shí)驗(yàn)中4種前羅拉線速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。根據(jù)擬合方程將捻回角β定為30°,計(jì)算出紡各類紗線應(yīng)設(shè)置的錠子轉(zhuǎn)速,如表1所示。

表1 捻回角為30°時(shí)紗線的錠速Tab.1 Spinning speed calculated in the pre-test with twist angle of 30°

圖1 紗線捻回角測(cè)試Fig.1 Test method for twist angle of core-spun yarn

根據(jù)表1計(jì)算出的錠子轉(zhuǎn)速,正式實(shí)驗(yàn)紡制前羅拉線速度分別為6、9、12、15 m/min、錠子轉(zhuǎn)速分別對(duì)應(yīng)為2 958、4 029、 5 885、7 290 r/min的4種賽絡(luò)包芯紗(其他工藝參數(shù)不變,即中羅拉線速度0.230 m/min、后羅拉線速度0.188 m/min),成紗捻回角β為30°、線密度經(jīng)測(cè)試分別為86.2、63.4、53.8、44.4 tex。

1.4 測(cè)試與表征

1.4.1 外觀測(cè)試

紗線外觀通過智能手機(jī)HUAWEI P30(華為技術(shù)有限公司)的超級(jí)微距攝像功能進(jìn)行觀察并拍攝照片。

1.4.2 微觀形貌測(cè)試

為了解滌綸的包覆是否會(huì)影響維綸的煮退效果,根據(jù)維綸和苧麻橫截面的不同,采用數(shù)字式金相體視顯微鏡對(duì)退維苧麻紗進(jìn)行切片觀察[9]。實(shí)驗(yàn)時(shí),用普通粘膠纖維包覆樣品紗線,然后使用自制切片器進(jìn)行切片,最后將載有切片的切片器放置于無限遠(yuǎn)光路系統(tǒng)的CMY-310三目正置透反射金相顯微鏡載物臺(tái)上觀察。

1.4.3 捻度測(cè)試與捻系數(shù)計(jì)算

采用一次退捻加捻法,使用YG155A紗線捻度機(jī)測(cè)試紗線的捻度,設(shè)置試樣長(zhǎng)度250 mm,轉(zhuǎn)速800 r/min,非連續(xù)性測(cè)試7次,去除最大、最小值后取平均值。紗線捻系數(shù)的計(jì)算公式如下:

式中:αt為捻系數(shù);Ttex為紗線的捻度,捻/(10 cm);Tt為線密度,tex。

1.4.4 苧麻纖維含量測(cè)試

拆解出滌綸/棉/苧麻紗線中的苧麻,稱量后計(jì)算苧麻纖維的含量。

1.4.5 強(qiáng)伸性測(cè)試

使用紗線強(qiáng)伸度儀測(cè)試試樣的斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)力,設(shè)置夾持距離為250 mm、拉伸速度為250 mm/min,每組試樣測(cè)試20次,取平均值。

1.4.6 耐磨性測(cè)試

將試樣在Y731D抱合力機(jī)上“之”字型回繞10次(即抱合力儀器中有10段紗),測(cè)試時(shí)以10段紗有5段開始露出紗芯時(shí)對(duì)應(yīng)的摩擦次數(shù)作為耐磨次數(shù),每個(gè)樣品測(cè)試7次,去除最大、最小值后取平均值。

1.4.7 毛羽測(cè)試

采用YG172A紗線毛羽儀對(duì)試樣進(jìn)行毛羽測(cè)試,測(cè)試片段長(zhǎng)度10 m、測(cè)試速度30 m/min,每組試樣測(cè)試5次,取平均值。

1.4.8 條干均勻度測(cè)試

使用YG136電容式條干均勻度儀,進(jìn)行條干均勻度的測(cè)試,測(cè)試速度25 m/min,測(cè)試時(shí)間1 min。

2 結(jié)果與討論

2.1 預(yù)包滌綸對(duì)維綸煮退效果的影響

苧麻/維綸混紡紗直接蒸煮退維和包覆滌綸后退維獲得的紗芯整體外觀如圖2所示?？梢钥闯?包覆滌綸后獲得的紗芯無較長(zhǎng)的毛羽,有利于后續(xù)絡(luò)筒和包芯紗的紡制。

圖2 直接退維和包覆滌綸后退維的苧麻紗Fig.2 Ramie yarn with directly dissolving the vinylon(a) and dissolving vinylon in the ramie/vinylon yarn coated with polyester (b)

苧麻/維綸混紡紗直接蒸煮退維和包覆滌綸后退維獲得的紗芯橫截面如圖3所示。從圖3(a)可看到鋸齒形橫截面的粘膠、啞鈴形橫截面的維綸和胞壁上有裂紋的苧麻;而圖3(b)中僅可以觀察到粘膠、苧麻和橫截面為圓形的滌綸,說明苧麻/維綸混紡紗先包覆滌綸再退維處理仍能將維綸完全退除。高壓蒸煮溶解維綸時(shí),熱水容易滲透到紗體內(nèi)部,使內(nèi)部的維綸得以溶解,因此苧麻/維混紡紗預(yù)先包覆滌綸,并不影響維綸的退維效果。

圖3 紗線橫截面SEM照片`(× 400)Fig.3 SEM images of cross section structure of the ramie/vinylon blended yarn (a) and ramie yarn obtained by dissolving vinylon after coating polyester(b)

2.2 捻向?qū)Π炯喭庥^的影響

為便于觀察包芯紗紡制時(shí)的捻向?qū)Τ杉喭庥^的影響,試紡時(shí)采用藍(lán)色和紅色2種顏色的滌綸粗紗。同向捻和異向捻的成紗外觀如圖4所示。

圖4 不同捻向的賽絡(luò)包芯紗Fig.4 Siro core-spun yarn with different twist direction.(a) Counter-twist core-spun yarn ; (b) Co-twist core-spun yarn

從圖4可以看出,異向加捻得到的包芯紗紗芯(白色部分)裸露較多,且表面凹凸不平;而同向加捻所獲包芯紗的外觀比較平整、紗芯裸露較少,可見同向加捻效果更好。因此,后文研究中的包芯紗均采用同向加捻紡制。

2.3 加捻對(duì)賽絡(luò)包芯紗性能的影響

保持其他工藝參數(shù)不變,通過調(diào)節(jié)錠子轉(zhuǎn)速來改變成紗的捻度時(shí),由于捻縮不同最終成紗的線密度也不同,故本文通過討論捻系數(shù)對(duì)賽絡(luò)包芯紗主要性能的影響間接研究不同捻度的影響。將1.3.1節(jié)所紡賽絡(luò)包芯紗(苧麻含量相同)進(jìn)行捻度測(cè)試后,根據(jù)捻系數(shù)的計(jì)算公式計(jì)算各紗線的捻系數(shù)。

2.3.1 捻系數(shù)對(duì)條干均勻度的影響

捻系數(shù)對(duì)成紗條干均勻度的影響如圖5所示。紗線條干CV值隨著捻系數(shù)的增加先增加后下降。捻系數(shù)增加即紡紗時(shí)的錠子轉(zhuǎn)速增加,紡紗張力隨著增加,成紗細(xì)節(jié)部分因纖維少而總摩擦力小,更易抽長(zhǎng)拉細(xì),最終導(dǎo)致條干均勻度隨捻系數(shù)的增加而變差(CV值增加),但當(dāng)加捻達(dá)到一定程度時(shí),捻度較大的細(xì)節(jié)部分產(chǎn)生更大的捻縮,同樣長(zhǎng)度紗線片段內(nèi)的纖維根數(shù)增加,紗線條干均勻度有所改善,條干CV值變小。

圖5 捻系數(shù)對(duì)成紗條干均勻度的影響Fig.5 Effect of twist coefficient on yarn evenness

2.3.2 捻系數(shù)對(duì)強(qiáng)度的影響

捻系數(shù)對(duì)成紗拉伸斷裂強(qiáng)度的影響如圖6所示。隨著加捻的增加,滌綸/棉/苧麻賽絡(luò)包芯紗的斷裂強(qiáng)度先增加后減小,即存在臨界捻系數(shù),這與加捻對(duì)普通紗線的影響相似。隨著加捻的進(jìn)行,紗線中的纖維間摩擦力增加、紗線強(qiáng)度均勻度提高,紗線強(qiáng)力增加,但紗線中纖維預(yù)應(yīng)力隨之增加、纖維強(qiáng)度在紗軸向分力隨之減小,紗線強(qiáng)力降低,綜合作用使得紗線存在臨界捻系數(shù)。

圖6 捻系數(shù)對(duì)包芯紗斷裂強(qiáng)度的影響Fig.6 Effect of twist coefficient on breaking strength of core-spun yarn

2.3.3 捻系數(shù)對(duì)耐磨性的影響

捻系數(shù)對(duì)賽絡(luò)包芯紗耐磨性的影響如圖7所示。隨著加捻程度的增加,賽絡(luò)包芯紗耐磨次數(shù)大體上呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),當(dāng)捻系數(shù)在430左右時(shí),包芯紗的耐磨性最好,當(dāng)捻系數(shù)持續(xù)增加,表面纖維與紗線軸向夾角更大,而耐磨測(cè)試時(shí)的摩擦方向與紗線軸向一致,纖維易于摩擦脫落,且外包纖維可能因扭轉(zhuǎn)過度產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力,因此導(dǎo)致耐磨性下降。

圖7 捻系數(shù)對(duì)紗線耐磨性的影響Fig.7 Effect of twist factor on abrasion resistance of yarns

2.4 苧麻纖維含量對(duì)包芯紗性能的影響

包芯紗紡制的關(guān)鍵是不露紗芯,但紗芯含量越高越容易露芯紗,在保證不露芯紗的條件下,本文紡制了4種含量的苧麻賽絡(luò)包芯紗,并對(duì)主要的性質(zhì)進(jìn)行了測(cè)試。苧麻纖維含量對(duì)包芯紗性能的影響如表2所示。

表2 苧麻含量對(duì)紗線性能的影響Tab.2 Effect of ramie content on yarn properities

由表2可以看出,苧麻賽絡(luò)紡包芯紗的斷裂強(qiáng)度隨苧麻含量的增加先減小后增加,當(dāng)苧麻含量為16.7%時(shí),紗線強(qiáng)度最小,即存在臨界混紡比[10]。賽絡(luò)紡包芯紗在拉伸斷裂過程中存在纖維分階段斷裂的情況,因紗芯為短纖維有捻紗,成紗拉斷時(shí)紗芯承受較大的力最先斷裂,隨后外包滌綸和棉斷裂,但外包纖維數(shù)量較多,總體強(qiáng)度大,因此賽絡(luò)包芯紗的強(qiáng)度取決于外包纖維的量,隨著苧麻纖維含量的增加,外包纖維減少,紗線強(qiáng)力下降,當(dāng)苧麻纖維含量超過16.7%時(shí),苧麻紗芯的強(qiáng)力占主導(dǎo)地位,紗線強(qiáng)力隨苧麻含量的增加而增加,曲線呈上升趨勢(shì)。

表2中的數(shù)據(jù)表明,隨著苧麻纖維在紗線內(nèi)相對(duì)含量的增加,紗線的斷裂伸長(zhǎng)率逐漸下降。一方面是因?yàn)槠r麻纖維本身屬于高強(qiáng)低伸型纖維,故隨苧麻含量的增加,賽絡(luò)包芯紗的斷裂伸長(zhǎng)率下降;另一方面,紗線的斷裂伸長(zhǎng)和拉伸時(shí)纖維間發(fā)生的滑移有關(guān),當(dāng)苧麻紗芯含量高時(shí),外包纖維含量少,斷裂伸長(zhǎng)主要取決于紗線紗芯,因此紗線的斷裂伸長(zhǎng)降低。

由表2還可知,隨著苧麻纖維含量的增加,紗線耐磨性呈下降趨勢(shì),這是因?yàn)榧喰颈壤黾?外包纖維變少,更容易被磨掉而露出紗芯。

3 結(jié) 論

本文通過先溶解掉苧麻/維綸混紡紗中的維綸獲取超細(xì)苧麻紗作為紗芯,在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上成功制備了滌綸/棉/苧麻賽絡(luò)包芯紗,并分析了加捻和苧麻含量對(duì)包芯紗性能的影響,得出以下結(jié)論:

①苧麻/維綸混紡紗表面先包覆少許滌綸再進(jìn)行蒸煮,以溶退維綸,可以解決直接將苧麻/維綸混紡紗退維時(shí)的苧麻毛羽過長(zhǎng)、易于糾纏的問題,且不影響退維效果。

②賽絡(luò)包芯紗的捻向與紗芯的捻向相同時(shí),包芯紗的外觀平滑、紗芯包覆效果較好。

③滌綸/棉/苧麻賽絡(luò)包芯紗的條干均勻度CV值、拉伸斷裂強(qiáng)度和耐磨性都隨捻系數(shù)的增加呈先增加后減小趨勢(shì),但各指標(biāo)的較優(yōu)值所對(duì)應(yīng)的捻系數(shù)并不統(tǒng)一,紗線的耐磨性最好時(shí)(捻系數(shù)430左右),紗線的條干均勻度CV值較大(即紗線最不均勻),此時(shí)紗線的強(qiáng)力也較低。在強(qiáng)力臨界捻系數(shù)為360時(shí),紗線綜合性能相對(duì)較好。

④滌綸/棉/苧麻賽絡(luò)包芯紗的拉伸斷裂強(qiáng)度存在臨界混紡比;耐磨次數(shù)和斷裂伸長(zhǎng)隨苧麻紗含量的增加而降低。