蠶絲/夜光滌綸混紡紗的紡紗工藝與性能研究

倪海燕　李永貴　江志威

摘要：蓄能型夜光滌綸纖維是一種功能性環(huán)保新材料，其在市場(chǎng)上的應(yīng)用越來(lái)越廣。為了進(jìn)一步提升夜光滌綸纖維的性能，拓寬其市場(chǎng)應(yīng)用性，文章對(duì)夜光滌綸短纖采用蠶絲短纖與其進(jìn)行混紡。通過(guò)發(fā)揮蠶絲纖維的優(yōu)點(diǎn)，提高了夜光滌綸的余輝強(qiáng)度和力學(xué)性能，并改善了夜光滌綸短纖紗的外觀效果。將蠶絲按不同添加比例與夜光短纖進(jìn)行混紡，經(jīng)過(guò)清梳聯(lián)、二道并條、粗紗、細(xì)紗等工序紡制成混紡紗線(xiàn)。通過(guò)對(duì)蠶絲與夜光滌綸混紡紗工藝和紗線(xiàn)性能的分析，結(jié)果表明：蠶絲短纖混紡量低于8%時(shí)，對(duì)夜光混紡紗的發(fā)光強(qiáng)度、力學(xué)性能及紗線(xiàn)條干均勻性均有提高。

關(guān)鍵詞：夜光滌綸;蠶絲纖維;紡紗工藝;發(fā)光強(qiáng)度;力學(xué)性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TS106.84

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：10017003（2021）04000604

Abstract：Energystorageluminouspolyesterfiberisanewfunctionalandenvironmentallyfriendlymaterial，whoseapplicationinthemarketisbecomingwiderandwider.Inordertofurtherimprovetheperformanceofluminouspolyesterfiberandbroadenitsmarketapplicability，luminouspolyesterstaplefiberisblendedwithsilkstaplefiberinthisstudy.Bygivingfullplaytotheadvantagesofsilkfiber，weenhancetheafterglowstrengthandmechanicalpropertiesofluminouspolyester，andimprovetheappearanceeffectofluminouspolyesterstapleyarn.Thesilkisblendedwithluminousstaplefiber，accordingtodifferentadditionratios，andthenspunintoblendedyarnthroughtheprocessesofblowing-carding，intermediatedrawing，roving，andspinning.Afterananalysisoftheprocessandpropertiesofblendedsilkandluminouspolyesteryarn，theresultsindicatethatwhenthecontentofsilkstaplefiberintheblendedyarnislessthan8%，theluminousintensity，mechanicalpropertiesandevennessoftheluminousstaplefiberyarnareimproved.

Keywords：luminouspolyester;silkfiber;spinningprocess;luminousintensity;mechanicalproperties

作者簡(jiǎn)介：倪海燕（1980），女，副教授，主要從事紡織新材料與針織技術(shù)的研究。

夜光紗是夜光纖維通過(guò)一系列的紡紗過(guò)程紡制而成的。夜光纖維根據(jù)自身內(nèi)部發(fā)光材料所發(fā)射光的形式分為自發(fā)光型和蓄能型[1]，自發(fā)光型纖維因?yàn)樗褂玫牟牧暇哂蟹派湫?，不符合?dāng)今環(huán)保的主題，所以現(xiàn)在很少使用;而蓄能型纖維是以PET、PP、PA為基體，添加稀土鋁酸鹽和納米級(jí)助劑，經(jīng)過(guò)特種紡絲工藝制成的具有夜光性能的蓄能纖維。該纖維具有在受光照射時(shí)捕集激發(fā)態(tài)電子，在停止照射后進(jìn)行持續(xù)發(fā)光躍遷的功能。熒光纖維只要吸收任何可見(jiàn)光，便能將光能儲(chǔ)蓄在纖維中，在黑暗中持續(xù)發(fā)光且可無(wú)限次循環(huán)使用。

蓄能型夜光纖維從最初的硫化物體系逐漸發(fā)展到鋁酸鹽體系、硅酸鹽體系，再到最新的在鋁酸鹽體系中加入不同的光色轉(zhuǎn)換劑來(lái)產(chǎn)生不同的發(fā)光顏色[2]。這極大地豐富了夜光纖維的發(fā)光種類(lèi)及效果，可滿(mǎn)足現(xiàn)在社會(huì)人們?cè)絹?lái)越追求自我個(gè)性的需求。但夜光短纖維因采用紡絲基體中添加發(fā)光材質(zhì)進(jìn)行熔融紡絲，纖維強(qiáng)力受影響，故與常規(guī)紗線(xiàn)相比，夜光短纖紗普遍存在強(qiáng)力低等問(wèn)題，這嚴(yán)重影響了夜光短纖紗的應(yīng)用前景[3-4]。本文為了提高夜光短纖紗的物理性能和余輝強(qiáng)度，通過(guò)摻雜蠶絲纖維，采用環(huán)錠法紡紗工藝，合理設(shè)置各道工序的上機(jī)參數(shù)，制備了不同比例的蠶絲/夜光滌綸短纖紗。并與純紡的夜光滌綸短纖紗進(jìn)行對(duì)比，探討蠶絲纖維的摻雜對(duì)夜光短纖紗的發(fā)光強(qiáng)度、力學(xué)性能及紗線(xiàn)質(zhì)量的影響。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所選材料為經(jīng)過(guò)切斷處理的纖維，纖維均長(zhǎng)為38mm，屬棉型纖維。其來(lái)源和性能指標(biāo)為：夜光滌綸采用實(shí)驗(yàn)室自制的纖維原料，纖維線(xiàn)密度為2.22dtex，斷裂強(qiáng)度205cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率26.40%;桑蠶絲（吳江市倪氏絹紡廠）為短纖維，平均線(xiàn)密度為2.85dtex，纖維斷裂強(qiáng)度3.17cN/dtex，斷裂伸長(zhǎng)率21.70%。

1.2 紡紗工藝

工藝流程：開(kāi)清棉→梳棉→并條→粗紗→細(xì)紗[5]。通過(guò)添加0（純夜光短纖維紗）、2%、4%、6%、8%、10%不同比例的蠶絲纖維，分別紡制出蠶絲/夜光滌綸短纖混紡紗，混紡紗線(xiàn)線(xiàn)密度為27.82tex。

1.2.1 開(kāi)清棉工序

開(kāi)清棉采用DSOp-02小樣開(kāi)松機(jī)（天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司），喂入方式為手動(dòng)鋪層，開(kāi)松輥轉(zhuǎn)速為280r/min，開(kāi)松速比為369倍，傳動(dòng)方式為V帶、齒輪及鏈條傳動(dòng)，并具有三臺(tái)獨(dú)立工作的電機(jī)分別用來(lái)控制三個(gè)不同的部分，簡(jiǎn)化了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，操作方便，有利于提高開(kāi)松質(zhì)量。

1.2.2 梳棉工序

梳棉采用DSCa-01數(shù)字式小樣梳棉機(jī)（天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司），因不像棉纖維含有多種雜質(zhì)，本試驗(yàn)中的蠶絲短纖和夜光滌綸短纖在梳理工序中，主要側(cè)重于提高單纖維梳理程度，因此在制定梳棉工藝參數(shù)時(shí)，遵循“輕定量、慢速度、快轉(zhuǎn)移、中隔距”的工藝原則[6]，以減小對(duì)纖維的損傷。梳棉主要工藝參數(shù)為：梳棉時(shí)給棉羅拉速度0.28r/min，刺輥轉(zhuǎn)速260r/min，錫林轉(zhuǎn)速500r/min，道夫轉(zhuǎn)速5.96r/min。梳理后得到的棉網(wǎng)定量為28g/5m，如果出來(lái)的棉網(wǎng)容易附著在羅拉上，可以在羅拉上涂抹滑石粉減小纖維和羅拉之間的靜電現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)可對(duì)纖維進(jìn)行放靜電預(yù)處理。

1.2.3 并條工序

蠶絲和滌綸纖維經(jīng)清、梳工序制成的生條已成為連續(xù)的條狀半成品，但生條中纖維還存在彎鉤去屈曲狀態(tài)，不能滿(mǎn)足后續(xù)工序的需要。本試驗(yàn)采用DSDr-01數(shù)字式小樣并條機(jī)（天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司），將生條抽長(zhǎng)拉細(xì)，使纖維充分混合均勻，此工序?qū)喚€(xiàn)的成紗質(zhì)量具有很大的影響[7]。為了使其充分牽伸，可以適當(dāng)增大握持隔距或提高總牽伸倍數(shù)使其牽伸開(kāi)，DSDr-01型數(shù)字式小樣并條機(jī)采用的牽伸形式為四上四下附導(dǎo)向輥、壓力棒式雙區(qū)曲線(xiàn)牽伸。為了更好地得到混合均勻的紗線(xiàn)，采用二道并條工序[8]，并條并合根數(shù)均采用6根。頭并主要工藝參數(shù)為：出條速度10m/min，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.45，牽伸隔距45×50mm，定量23.0g/5m;二并主要工藝參數(shù)為：出條速度10m/min，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.40，牽伸隔距45×50mm，定量21.2g/5m。

1.2.4 粗紗工序

在粗紗工序中為防止意外牽伸而帶來(lái)的條干惡化，采用“大隔距、重加壓”的工藝原則，同時(shí)適當(dāng)加大粗紗的捻系數(shù)，這樣既可保證粗紗形成于細(xì)紗退繞時(shí)不至于產(chǎn)生意外牽伸，又有利于細(xì)紗后區(qū)牽伸中纖維的控制。本試驗(yàn)采用DSRo-11數(shù)字式小樣粗紗機(jī)（天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司），其有七臺(tái)伺服電機(jī)獨(dú)立傳動(dòng)方案，錠翼形式為懸錠，喂入裝置為高架式單列導(dǎo)條輥，傳動(dòng)方式為齒形帶及齒輪傳動(dòng)，牽伸形式為四羅拉雙短皮圈牽伸形式，其中有四臺(tái)電機(jī)專(zhuān)門(mén)用于控制紡紗速度，可以通過(guò)調(diào)節(jié)這四臺(tái)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整紡紗工藝，改變紗線(xiàn)粗細(xì)及牽伸倍數(shù)。工藝參數(shù)為：條子單重21.2g/5m，捻系數(shù)90，捻度40.25T/m，總牽伸倍數(shù)7.38，前區(qū)牽伸倍數(shù)1.23，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.05，錠翼轉(zhuǎn)速300r/min，膠圈鉗口偏大掌握，羅拉加壓較棉紡偏大。

1.2.5 細(xì)紗工序

細(xì)紗工序采用DSSp-01數(shù)字式小樣細(xì)紗機(jī)（天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司）進(jìn)行細(xì)紗試驗(yàn)。在細(xì)紗牽伸過(guò)程中，設(shè)計(jì)合理的上機(jī)參數(shù)，保持牽伸力和握持力兩者之間的平衡，使纖維有規(guī)律地向前運(yùn)動(dòng)，均勻地抽長(zhǎng)拉細(xì)，同時(shí)給牽伸后的須條進(jìn)行加捻，提高其強(qiáng)度。由于前區(qū)牽伸控制較強(qiáng)[9]，即設(shè)定總牽伸倍數(shù)為18.50;為了有效控制后區(qū)纖維的運(yùn)動(dòng)，降低牽伸不勻率，減少成紗細(xì)節(jié)，提高紗線(xiàn)條干均勻度，設(shè)定較小的后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.20。在細(xì)紗試驗(yàn)過(guò)程中適當(dāng)降低錠速和前羅拉轉(zhuǎn)速，有利于牽伸穩(wěn)定，降低細(xì)紗斷頭。細(xì)紗試驗(yàn)具體工藝參數(shù)為：前、中羅拉隔距55mm，中、后羅拉隔距63mm，鋼絲圈型號(hào)C型4/0，牽伸倍數(shù)18.50，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.20，加捻系數(shù)350，羅拉加壓比棉紡大，捻度66T/m，錠速8000r/min。

1.3 性能表征

1.3.1 斷裂強(qiáng)力測(cè)試

參照GB/T3916—1997《紡織品卷裝紗單根紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》。選擇電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（美國(guó)英斯特朗公司）的模式為單根紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力，預(yù)載荷2cN/tex，標(biāo)距500mm，速度500mm/min[10]對(duì)紗線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2 余輝特性測(cè)試

采用的PR-305長(zhǎng)余輝熒光粉測(cè)試儀（杭州浙大三色儀器有限公司）對(duì)紗線(xiàn)的余輝特性進(jìn)行測(cè)量。設(shè)置測(cè)試參數(shù)：激發(fā)時(shí)間15min，等待時(shí)間10s，余輝采樣時(shí)間60min，激發(fā)照度1000lx，采樣間隔1s[11]。

1.3.3 沸水收縮率測(cè)試

沸水收縮率采用YG（B）086縷紗測(cè)長(zhǎng)儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）和HH-4恒溫水浴鍋（常州市金壇友聯(lián)儀器研究所），按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3291.1—1997《紡織紡織材料性能和試驗(yàn)術(shù)語(yǔ)第1部分：纖維和紗線(xiàn)》進(jìn)行測(cè)試。

1.3.4 條干均勻度測(cè)試

參照GB/T3292.1—2008《紡織品紗線(xiàn)條干不勻試驗(yàn)方法第1部分：電容法》進(jìn)行測(cè)試。采用YG136型電容式紗線(xiàn)條干儀（常州金松紡織儀器有限公司）測(cè)試紗線(xiàn)條干CV值和細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)的指標(biāo)。紗線(xiàn)退繞速度400m/min，時(shí)間1min，量程±100%。試驗(yàn)和測(cè)試環(huán)境溫度（20±2）%，相對(duì)濕度（65±3）%。

2 結(jié)果與分析

2.1 紗線(xiàn)力學(xué)性能

各混紡比紗線(xiàn)試樣的拉伸性能結(jié)果如表1所示。通過(guò)與純紡夜光紗線(xiàn)最大斷裂強(qiáng)度比較可知，隨著蠶絲摻雜量的增加，混紡夜光滌綸紗的斷裂強(qiáng)力要稍稍?xún)?yōu)于純紡的紗線(xiàn)，這說(shuō)明摻雜蠶絲可以提高夜光短纖紗的力學(xué)性能;而隨著蠶絲混紡比例上升，夜光短纖紗力學(xué)性能會(huì)下降，分析認(rèn)為是蠶絲纖維的斷裂強(qiáng)度大于夜光短纖紗，少量的蠶絲會(huì)提升紗線(xiàn)的強(qiáng)度，但是隨著蠶絲混紡量的增加，纖維間的抱合力降低，則會(huì)出現(xiàn)隨著蠶絲纖維添加比例的增加，夜光短纖紗的斷裂強(qiáng)力反而降低的現(xiàn)象。

2.2 紗線(xiàn)余輝性能

觀察圖1可以看出，添加蠶絲短纖可以提高夜光滌綸紗的余輝強(qiáng)度，當(dāng)蠶絲比例為6%時(shí)，其余輝強(qiáng)度達(dá)到最高，之后開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。通過(guò)分析，這是因?yàn)樾Q絲短纖的橫截面呈扁平多棱三角形，如同鉆石的結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的折光性，故添加少量的蠶絲短纖可以提高夜光短纖紗的余輝強(qiáng)度。隨著蠶絲短纖添加比例的增加，紗線(xiàn)中夜光短纖的含量減少，故混紡紗的余輝強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

2.3 沸水收縮率

各混紡比紗線(xiàn)沸水收縮率如表2所示。

通過(guò)表2可知，純紡夜光滌綸短纖紗沸水收縮率較高，而隨著蠶絲短纖維添加比例的增加其沸水收縮率呈上升趨勢(shì)。分析認(rèn)為，這是由于蠶絲短纖維的耐熱性較滌綸差，在100℃的溫度下煮沸30min，蠶絲表面的絲膠在高溫下被熔化，纖維變形嚴(yán)重，則會(huì)出現(xiàn)隨著蠶絲短纖比例的增加沸水收縮率上升的現(xiàn)象。

2.4 紗線(xiàn)條干均勻性

紗線(xiàn)的條干不勻是指紗線(xiàn)的線(xiàn)密度不勻，本試驗(yàn)不同混紡比紗線(xiàn)的紗線(xiàn)條干均勻度測(cè)試結(jié)果如表3所示。整體來(lái)看，紗線(xiàn)的條干不勻性變異系數(shù)不明顯，隨著蠶絲混紡量的增加，紗線(xiàn)的不勻指標(biāo)稍有差異。分析認(rèn)為是由于混紡纖維存在長(zhǎng)度和線(xiàn)密度的差異，在環(huán)錠紡紗過(guò)程中，纖維在加捻三角區(qū)因受張力和紗線(xiàn)加捻的作用發(fā)生轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，纖維會(huì)從內(nèi)到外、再?gòu)耐獾絻?nèi)發(fā)生移動(dòng)，使纖維在紗線(xiàn)中分布更均勻，進(jìn)一步提高混紡紗的條干均勻性。

3 結(jié) 論

蓄能型夜光滌綸纖維是一種功能性環(huán)保材料，社會(huì)需求越來(lái)越廣泛。本文通過(guò)滌綸短纖和蠶絲短纖進(jìn)行混紡，提高夜光紗的綜合性能。研究了該混紡紗的紡紗工藝，并對(duì)紗線(xiàn)的性能進(jìn)行測(cè)試分析，得出了對(duì)該混紡紗實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用具有指導(dǎo)意義的結(jié)論。

1）采用蠶絲短纖維與滌綸短纖維進(jìn)行混紡，在紡紗過(guò)程中纖維的靜電現(xiàn)象比較嚴(yán)重，對(duì)纖維要采用抗靜電預(yù)處理;在并條、粗紗階段，要注意對(duì)羅拉、膠棍進(jìn)行酸處理，以保證紡紗的順利進(jìn)行。紡紗中最主要的是要控制好車(chē)間的溫濕度和紡紗過(guò)程纖維纏羅拉的現(xiàn)象。

2）對(duì)夜光混紡短纖紗進(jìn)行力學(xué)和發(fā)光性能測(cè)試，結(jié)果表明通過(guò)摻雜蠶絲短纖可提高混紡紗的力學(xué)性能和發(fā)光性能。隨著蠶絲含量的增加，紗線(xiàn)的力學(xué)性能有所提高，但蠶絲添加量不宜超過(guò)8%。同時(shí)，蠶絲的摻入會(huì)對(duì)紗線(xiàn)發(fā)光性能產(chǎn)生影響，當(dāng)蠶絲短纖以6%的比例添加時(shí)，混紡紗的余輝強(qiáng)度最高。

3）通過(guò)對(duì)夜光混紡紗進(jìn)行沸水收縮率試驗(yàn)和紗線(xiàn)條干均勻性試驗(yàn)，得知夜光滌綸短纖紗隨著摻雜蠶絲纖維量的增加，沸水收縮率會(huì)微微增大。紗線(xiàn)的條干均勻性隨著蠶絲含量的增加有逐漸改善，蠶絲纖維的混紡可提高夜光滌綸短纖紗的條干性能。

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