武文正，張玉澤，萬(wàn)賢福，汪 軍

(東華大學(xué)，上海 201620)

1 牛角瓜纖維性能

牛角瓜纖維是一種冠毛纖維，從牛角瓜果實(shí)中脫籽所得，主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等組成。該纖維與木棉纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)相似，擁有圓柱狀的縱向外觀，表面十分光滑，無(wú)明顯轉(zhuǎn)曲，纖維間橫向聯(lián)系少，抱合作用弱；此外，該纖維梢端偏細(xì)，頂端封閉，中段偏粗，末端開(kāi)口，纖維橫截面為圓形或橢圓形,為中空度高達(dá)80%～90%的管壁結(jié)構(gòu)，保暖性良好[1]。該纖維強(qiáng)度較棉纖維低，但比木棉纖維高，剛性大，易脆斷；回潮率較棉纖維和木棉纖維高，吸濕性好；結(jié)晶度較木棉纖維高，但比棉纖維低[2]。牛角瓜纖維光澤柔和，手感滑糯柔軟，抗菌性良好，可生產(chǎn)口罩、手術(shù)服、內(nèi)衣內(nèi)褲和醫(yī)用紗布等紡織品；由于其相對(duì)密度小、中空度高，也適合開(kāi)發(fā)輕薄且保暖性好的服裝面料[3]。

牛角瓜纖維性能指標(biāo)：線密度為1.06 dtex，斷裂強(qiáng)度為3.29 cN/dtex，平均長(zhǎng)度為32.88 mm，斷裂伸長(zhǎng)率為2.39%，回潮率為13.75%。該纖維相關(guān)性能測(cè)試方法可參照文獻(xiàn)[4]。

2 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗工藝

牛角瓜纖維剛性大，易脆斷，在開(kāi)松、混和過(guò)程中機(jī)械打手使其物理性能受到較大損傷，因此預(yù)先采用手工除雜和開(kāi)松，以減少牛角瓜纖維因機(jī)械開(kāi)松而造成的損傷。由于牛角瓜纖維無(wú)轉(zhuǎn)曲，表面過(guò)于光滑，使得纖維間扭轉(zhuǎn)抱合力小，可采用轉(zhuǎn)杯并合凝聚工藝，制得一定量的纖維條，再進(jìn)入下道工序。具體工藝流程如下：SX01型試驗(yàn)纖維成條儀→DHU型并條試驗(yàn)機(jī)→DHU-C01型粗紗試驗(yàn)機(jī)→DHU-X01型多功能細(xì)紗試驗(yàn)機(jī)。

2.1 梳理工序

牛角瓜纖維易脆斷，纖維間抱合力小，采用普通梳棉機(jī)梳理時(shí)飛花、落塵嚴(yán)重，纖維網(wǎng)易破裂。選用利用轉(zhuǎn)杯紡原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的SX01型試驗(yàn)纖維成條儀，喂入機(jī)構(gòu)將纖維喂入刺輥后轉(zhuǎn)移到分梳腔內(nèi)，分梳輥將其分梳成單纖維，通過(guò)離心力作用排除纖維雜質(zhì)，在負(fù)壓作用下纖維排列、拉直并被輸送到大轉(zhuǎn)杯的凝聚槽內(nèi)，轉(zhuǎn)杯高速旋轉(zhuǎn)使纖維并合凝聚，形成長(zhǎng)度為1 m的纖維條。在此過(guò)程中，纖維始終處于封閉環(huán)境內(nèi)，減少了飛花落塵，且生條條干均勻，不易出現(xiàn)爛條。轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速越快，纖維的并合凝聚效果越好，但較小的分梳輥轉(zhuǎn)速能減小纖維損傷，因此宜采用“分梳輥小轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)杯大轉(zhuǎn)速”的工藝原則。梳理工序主要工藝配置：喂入速度為0.25 m/min，刺輥轉(zhuǎn)速為30 r/min，分梳輥轉(zhuǎn)速為2 kr/min，轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速為4 kr/min，工藝負(fù)壓為0.7 kPa，生條定量為20 g/(5 m)。

2.2 并條工序

牛角瓜纖維表面摩擦因數(shù)低，纖維間抱合差，牽伸時(shí)纖維難以控制，牽伸次數(shù)過(guò)多易造成熟條條干惡化，因此采用順牽伸2道并合，以提高纖維的伸直度，改善成紗強(qiáng)力[5]。在并條工序中纖維纏繞膠輥和羅拉的問(wèn)題較為突出，這可能是由于纖維間摩擦作用弱，纖維回潮率和含糖量高，生條本身比較蓬松所致；通過(guò)降低牽伸倍數(shù)和并條速度，調(diào)整車(chē)間溫、濕度，使得生條纏膠輥和羅拉問(wèn)題明顯減少。調(diào)整后并條工序的工藝配置見(jiàn)表1。

表1 并條工序的工藝配置

項(xiàng)目工藝參數(shù)頭道并條末道并條并合數(shù)/根33總牽伸倍數(shù)2.703.66后區(qū)牽伸倍數(shù)1.081.22并條速度/(m·min-1)180180羅拉中心距/mm55×5955×59輸出定量/[g·(5 m)-1]22.218.2

2.3 粗紗工序

牛角瓜纖維之間抱合力較差，粗紗工序應(yīng)遵循“低速度、輕定量、大捻度”的工藝原則[6]。降低錠翼速度，可有效降低卷繞成形時(shí)的粗紗張力，減少粗紗斷頭；粗紗定量應(yīng)適當(dāng)，以減小細(xì)紗工序的牽伸負(fù)荷。粗紗工序主要工藝配置：粗紗捻系數(shù)為135，粗紗定量為5 g/(10 m)，錠速為300 r/min，羅拉中心距為40 mm×55 mm×52 mm，總牽伸倍數(shù)為7.3。

2.4 細(xì)紗工序

細(xì)紗工序應(yīng)遵循“低速度、大捻度、小牽伸”的工藝原則，有利于減少細(xì)紗斷頭，提高成紗條干質(zhì)量，保持紗線性能的穩(wěn)定。細(xì)紗工序主要工藝配置：細(xì)紗捻系數(shù)為365，錠速為4 kr/min，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.05，上下銷(xiāo)鉗口隔距為4.5 mm，羅拉中心距為45 mm×55 mm，細(xì)紗號(hào)數(shù)為36.4 tex。

3 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗性能測(cè)試

將牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗置于恒溫恒濕環(huán)境下，調(diào)濕平衡24 h后進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試環(huán)境溫度為20 ℃±2 ℃，相對(duì)濕度為65%±3%。紗線強(qiáng)伸試驗(yàn)使用XL-1A型紗線強(qiáng)伸度儀，夾持長(zhǎng)度為500 mm，拉伸速度為250 mm/min，預(yù)加張力為18.2 cN，測(cè)試50次，結(jié)果取平均值；紗線條干不勻測(cè)試采用YG135G型條干均勻度測(cè)試分析儀，測(cè)試時(shí)間為1 min，測(cè)試速度為100 m/min，測(cè)試3次，取平均值；紗線毛羽試驗(yàn)使用YG172A型紗線毛羽測(cè)試儀，片段長(zhǎng)度為10 m，測(cè)試速度為30 m/min，預(yù)加張力為18.2 cN，測(cè)試10次，取3 mm以上毛羽指數(shù)的算術(shù)平均值。表2為牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗性能測(cè)試結(jié)果。

表2 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗性能測(cè)試結(jié)果

項(xiàng)目斷裂強(qiáng)度/(cN·tex-1)斷裂強(qiáng)度CV/%斷裂伸長(zhǎng)率/%條干CV/%細(xì)節(jié)/(個(gè)·km-1)粗節(jié)/(個(gè)·km-1)毛羽/(根·m-1)測(cè)值10.811.404.621.2624010062.78

從表2可以看出：① 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗斷裂強(qiáng)度低，主要是因?yàn)榕＝枪侠w維本身斷裂強(qiáng)度低，纖維表面光滑，摩擦因數(shù)小，紗線斷裂時(shí)纖維滑移的比例高、斷裂的比例?。虎?牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗條干CV值較大，是因?yàn)榕＝枪侠w維之間摩擦作用弱，牽伸區(qū)中的纖維運(yùn)動(dòng)難以控制，導(dǎo)致?tīng)可鞎r(shí)纖維變速點(diǎn)分散，易形成較多粗節(jié)和細(xì)節(jié)；③ 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗毛羽較多，主要是因?yàn)榕＝枪侠w維剛性大，伸直度高，易脆斷形成短絨，不易被包纏在紗線里。

4 基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡工藝

針對(duì)牛角瓜纖維純紡紗斷裂強(qiáng)度偏低、條干均勻度差、毛羽較多等問(wèn)題，筆者采用賽絡(luò)紡、集聚紡、集聚賽絡(luò)紡等多種新型紡紗方法，對(duì)紡紗工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以改善其成紗性能。

4.1 賽絡(luò)紡

賽絡(luò)紡是將兩根粗紗按照一定距離平行連續(xù)地喂入環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的牽伸區(qū)，經(jīng)牽伸后由前羅拉輸出兩根單紗須條，分別初步加捻后匯聚進(jìn)一步加捻形成紗線。由于賽絡(luò)紡是兩根粗紗同時(shí)被牽伸后匯聚加捻為一根紗線，根據(jù)并合理論，賽絡(luò)紡工藝的成紗條干得到改善，粗細(xì)節(jié)明顯減少。為減小細(xì)紗工序牽伸負(fù)荷，梳理工序生條定量改為10 g/(5 m)，并條、粗紗工序與環(huán)錠紡相同，粗紗定量為環(huán)錠紡粗紗定量的1/2，即2.5 g/(10 m)，喂入喇叭口中心距為5 mm。

4.2 集聚紡

集聚紡是在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉鉗口前增加一個(gè)纖維集聚裝置，通過(guò)對(duì)須條的收縮和聚合作用，使得紡紗加捻三角區(qū)基本消除。纖維須條由前羅拉鉗口輸出后，先通過(guò)套在異形吸風(fēng)管(表面有雙槽)外面的網(wǎng)眼膠圈，在異形吸風(fēng)管氣流的作用下，使須條收縮、聚合、轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸從扁平狀匯聚為圓柱體；紗體中的纖維頭端均被捻入紗線內(nèi)，紗線表面光潔、毛羽指數(shù)明顯減少，紗線結(jié)構(gòu)更加緊密。異形吸風(fēng)管負(fù)壓為2 kPa，其它工序的工藝參數(shù)與環(huán)錠紡相同。

4.3 集聚賽絡(luò)紡

集聚賽絡(luò)紡是一種結(jié)合集聚紡與賽絡(luò)紡技術(shù)的新型紡紗方法[7]。在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，兩根粗紗按照一定的距離經(jīng)雙喇叭口平行、連續(xù)喂入牽伸區(qū)，纖維須條從前羅拉鉗口通過(guò)套在異形吸風(fēng)管(表面有雙槽)外面的網(wǎng)眼膠圈后，受異形吸風(fēng)管中負(fù)壓氣流的作用，兩根須條被吸附在網(wǎng)眼膠圈表面對(duì)應(yīng)雙槽的位置，同時(shí)在氣流的作用下收縮集聚，之后須條經(jīng)過(guò)加捻，成為類(lèi)似股線結(jié)構(gòu)、表面光潔的緊密賽絡(luò)紗[8]。其工藝配置：生條定量為10 g/(5 m)，粗紗定量為2.5 g/(10 m)，喂入喇叭口中心距為5 mm，異形吸風(fēng)管負(fù)壓為2 kPa，其它工序的工藝參數(shù)與環(huán)錠紡相同。

5 基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡紗性能測(cè)試

基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡36.4 tex紗性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表3。對(duì)比表2與表3可以看出：

表3 基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡36.4 tex紗測(cè)試結(jié)果對(duì)比

紡紗方法斷裂強(qiáng)度/(cN·tex-1)斷裂強(qiáng)度CV/%斷裂伸長(zhǎng)率/%條干CV/%細(xì)節(jié)/(個(gè)·km-1)粗節(jié)/(個(gè)·km-1)毛羽/(根·m-1)賽絡(luò)紡10.97.304.618.745011045.62集聚紡10.98.907.121.921601409.62集聚賽絡(luò)紡11.17.106.816.4410207.40

a) 與環(huán)錠紗相比，新型紡紗方法所紡紗線斷裂強(qiáng)度略有提高，這是因?yàn)橘惤j(luò)紡加捻過(guò)程中纖維內(nèi)、外轉(zhuǎn)移程度小，成紗后纖維排列規(guī)律；賽絡(luò)紗細(xì)節(jié)少有利于增加紗線強(qiáng)力。緊密紗中纖維的伸直平行度優(yōu)于環(huán)錠紗，受外力拉伸時(shí)紗線中纖維受力方向一致性更好，且纖維排列緊密，相互間抱合作用增強(qiáng)，紗線強(qiáng)力比環(huán)錠紗略高。而緊密賽絡(luò)紗則結(jié)合了緊密紗與賽絡(luò)紗的優(yōu)點(diǎn)。

b) 與環(huán)錠紗相比，賽絡(luò)紗和緊密賽絡(luò)紗的條干不勻指標(biāo)得到改善，粗、細(xì)節(jié)大幅減少，條干不勻指標(biāo)無(wú)明顯改善。

c) 3種新型紡紗方法所紡紗線毛羽均有所減少，其中緊密紗和緊密賽絡(luò)紗的毛羽大幅減少，這是由于加捻前須條受負(fù)壓氣流的作用而集聚、轉(zhuǎn)動(dòng)，紗線中單纖維得到充分伸直、排列更加緊密，纖維間平行度提高，毛羽伸出紗條主體的數(shù)量大幅減少，所以成紗毛羽很少，特別是3 mm以上的有害毛羽極少。賽絡(luò)紡紗條從前羅拉鉗口輸出后，兩根弱捻紗條相互為中心，卷繞加捻成一根紗，在卷繞過(guò)程中伸出紗條主體的毛羽被卷進(jìn)紗線主體中，所以賽絡(luò)紗的毛羽量也有所減少。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)牛角瓜纖維純紡紗工藝的探索和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)利用轉(zhuǎn)杯紡原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的SX01型試驗(yàn)纖維成條儀并合凝聚牛角瓜纖維，可使牛角瓜纖維順利成條，改善牛角瓜纖維的可紡性；通過(guò)降低車(chē)速，調(diào)整車(chē)間溫、濕度，纖維繞膠輥和羅拉問(wèn)題明顯減少；通過(guò)環(huán)錠紗、賽絡(luò)紗、緊密紗、緊密賽絡(luò)紗性能對(duì)比發(fā)現(xiàn)，賽絡(luò)紡可以明顯改善紗線條干，集聚紡有效減少紗線毛羽，集聚賽絡(luò)紡對(duì)紗線毛羽和條干都有明顯地改善，且賽絡(luò)紡、集聚紡和賽絡(luò)集聚紡都可使紗線斷裂強(qiáng)度略有提高。