倪 潔， 楊建平， 郁崇文,3

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 上海 201620； 3. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室， 上海 201620)

隨著日常工作中勞動強度的提高，人們對于紡織品的持久耐用性提出了更高的要求。細紗機生產(chǎn)的單紗因其結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，很難滿足人們對于紗線力學(xué)性能的高要求。將幾根單紗并合并賦予其一定的捻度，不僅增加了紗線中纖維的抱合力，還可提高紗線強度，改善其條干均勻度、毛羽性能，增加耐磨性。

目前，對于股線的研究著重于捻幅、捻系數(shù)比、捻向幾個方面。韓祖耀[1]用捻幅衡量紗線中纖維的傾斜狀態(tài)，建立了纖維變形模型，并將股線的捻系數(shù)與其光澤、捻伸性、手感、強力聯(lián)系起來，得到了在不同性能要求下，股線捻系數(shù)與單紗捻系數(shù)配置的條件，計算得到的捻系數(shù)配置與實際生產(chǎn)大致相同。宋均燕等[2]以集聚紡棉紗為原料，設(shè)定捻系數(shù)比在0.6～1.8的范圍內(nèi)，得到捻系數(shù)比在1.48～1.58之間時股線強度達到最大值。對于純羊絨單紗來說，捻系數(shù)比需達到約2.5時，才可使股線強力值最大[3]，該值與紡紗理論中的臨界捻系數(shù)比1.414有一定的差距[4]。對于線密度和捻度均相同的2根單紗，Gourkar等[5]研究得到ZZ捻雙股線比ZS捻雙股線強力提高36.2%， Narkhedkar等[6]研究得到ZZ捻雙股線比SZ捻雙股線強力提高5.6%。Gourkar和Narkhedkar研究不足之處在于：股線捻度設(shè)定值單一，未能體現(xiàn)出股線捻度的配置與成紗的力學(xué)性能密切相關(guān)。

為改變紗線結(jié)構(gòu)提高紗線內(nèi)在品質(zhì)，復(fù)合紡紗技術(shù)應(yīng)運而生。安降龍[7]以不同線密度的2根粗紗為原料，采用賽絡(luò)紡紗方式研究組分比例對于成紗強力的影響；陶麗珍等[8]用短纖紗代替賽絡(luò)菲爾紡紗中的長絲，結(jié)果表明該紡紗方式可滿足后續(xù)加工的要求，具有一定的可行性。捻線加工后的產(chǎn)品可具有與復(fù)合紗類似的特征。而在賽絡(luò)菲爾紡、長絲與單紗的交捻等應(yīng)用中，已經(jīng)出現(xiàn)了不同組分單紗的合股，在紡織品多用途開發(fā)中，不同規(guī)格的單紗進行合股的需求也會越來越多。為此，本文以2根不同規(guī)格單紗合股加捻成雙股線為研究對象，采用2根線密度相同但捻度不同的單紗、2根線密度不同但捻度相同的單紗、2根線密度和捻度均不相同的單紗進行合股，賦予雙股線不同的捻度，探討了雙股線強伸性、毛羽及耐磨性與單紗規(guī)格和股線捻度之間的關(guān)系。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

相較于天然纖維，化學(xué)纖維性質(zhì)均一，長度整齊度好。為減少纖維長度、線密度不勻等纖維本身的性能對實驗結(jié)果的影響，選擇粘膠纖維為原料，其性能參數(shù)見表1。其中:普通粘膠粗紗的線密度為360 tex，捻度為5捻/(10 cm);莫代爾粗紗的線密度為500 tex，捻度為3.8捻/(10 cm)。原料均來自于山東聯(lián)潤新材料科技有限公司。

表1 纖維性能參數(shù)Tab.1 Fiber performance parameters

1.2 實驗方案

采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗方式，將粗紗紡成捻向為Z捻的單紗，然后將2根單紗反向加捻為S捻股線。細紗機器采用DHU X01棉型細紗試驗機，錠子轉(zhuǎn)速設(shè)定為10 000 r/min；捻線機采用DHU-N01型捻線機，錠子轉(zhuǎn)速設(shè)定為8 000 r/min。

實驗設(shè)計時，細紗捻系數(shù)按《棉紡手冊》取值在280～450之間[9]，設(shè)計的單紗規(guī)格及合股方式見表2。另外，由于本文研究的是2根不同線密度和捻度的單紗合股而成的股線，所以捻系數(shù)比(k)為股線捻系數(shù)(αt0)與2根單紗捻系數(shù)(αt1、αt2)平均值的比值，具體計算見式(1)～(4)。實驗中設(shè)計捻系數(shù)比范圍為0～2.3。

(1)

(2)

(3)

k=αt0/[0.5(αt1+αt2)]

(4)

式中：Nt1為單紗1的線密度，tex；Tt1為單紗1的捻度，捻/(10 cm)；Nt2為單紗2的線密度，tex；Tt2為單紗2的捻度，捻/(10 cm)；Nt0為股線的線密度，tex；Tt0為股線的捻度，捻/(10 cm)。

表2 設(shè)計單紗規(guī)格及合股方式Tab.2 Designed single yarn specification and ply method

1.3 實驗測試與表征

首先，將紡好的紗線放在溫度為20 ℃、相對濕度為65%的標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境中調(diào)濕至少24 h后，再對紗線進行性能測試。

紗線線密度測試：參考GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗 絞紗法線密度的測定》，在YG086型縷紗測長儀上測試紗線的線密度。每個試樣測試3次，取平均值。

單紗捻度測試：參考GB/T 2543.2—2001《紡織品 紗線捻度的測定 第2部分：退捻加捻法》，在Y331 N型捻度儀上測試單紗捻度。每個試樣測試5次，取平均值。

股線捻度測試：參考GB/T 2543.1—2001《紡織品 紗線捻度的測定 第1部分：直接計數(shù)法》，在Y331 N型捻度儀上測試股線捻度。每個試樣測試5次，取平均值。

紗線強伸性測試：參考GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，在YG061F型電子單紗強力儀上測試紗線的強伸性。每個試樣測試30次，取平均值。

紗線毛羽測試：參考FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測定方法 投影計數(shù)法》，在YG-172型紗線毛羽測試儀上測試紗線毛羽。每個試樣測試3次，取平均值。

紗線耐磨性測試：在Y731型抱合力機上測試紗線的耐磨性，每個試樣測試15次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 紗線強伸性能分析

2.1.1 單紗強伸性能

在YG061F型電子單紗強力儀上測得12種單紗的強伸性能數(shù)據(jù)，結(jié)果如表3所示。可看出，莫代爾單紗力學(xué)性能明顯優(yōu)于普通粘膠單紗，這主要是因為莫代爾纖維的芯層結(jié)構(gòu)和分子間的微晶物理交聯(lián)作用，使紗線的力學(xué)性能得到增強[10]。

表3 單紗強伸性能測試結(jié)果Tab.3 Single yarn tensile test results

2.1.2 股線強伸性能分析

將實測股線線密度、捻度代入式(3)計算得到實際股線捻系數(shù)，再根據(jù)表3中實際單紗捻系數(shù)和式(4)，得到實際捻系數(shù)比，如表4所示。單紗組合A1+A2、A3+A4分別紡制了11管股線，單紗組合B1+B2、B3+B4、C1+C2、C3+C4分別紡制了9管股線。

表4 實際股線捻系數(shù)及捻系數(shù)比Tab.4 Actual strand twist coefficient and twist coefficient ratio

圖1示出6種股線強伸性隨捻系數(shù)比的變化?？煽闯觯瑹o論2種單紗線密度、捻度是否相同，股線均存在2個臨界捻系數(shù)比分別位于0.7和1.5左右。圖1(a)～(f)中，第1臨界捻系數(shù)比分別為0.71、0.58、0.72、0.73、0.76、0.77，第2臨界捻系數(shù)比分別為1.33、1.43、1.50、1.50、1.47、1.53。由圖1(a)、(b)、(e)、(f)可知，當(dāng)2根單紗線密度差異不大時，第1、2臨界捻系數(shù)比對應(yīng)的股線強力值相近。B1、B2單紗線密度相差15 tex，B3、B4單紗線密度相差10 tex，合股加捻后股線的2個臨界捻系數(shù)比對應(yīng)的強力值差異較大。此外，當(dāng)2種單紗規(guī)格差異不大時，由圖1(a)、(b)、(e)、(f)可知，當(dāng)捻系數(shù)比為0～1.6時，股線的斷裂伸長率與斷裂強力隨捻系數(shù)比變化趨勢較為接近，孫晶等[11]在單紗規(guī)格相同的雙股線實驗中也得到了類似的結(jié)論。

圖1 股線強伸性與捻系數(shù)比關(guān)系Fig.1 Relationship between strand strength and twist ratio

由于2根單紗是反向加捻，剛開始加捻時股線中的單紗會發(fā)生退捻，單紗中纖維的扭曲程度有所緩和，纖維與紗線軸向間的夾角減小，纖維軸向有效分力增加，有利于承受負荷，股線強力增加；隨著捻系數(shù)比進一步增大，2根單紗間產(chǎn)生徑向壓力，纖維抱合緊密，滑脫纖維數(shù)量減少，摩擦阻力增大，進而導(dǎo)致第2臨界捻系數(shù)比的出現(xiàn)。

2.2 紗線毛羽分析

選取A1+A2(2根單紗線密度、捻度均相同)、B1+B2(2根單紗線密度不同但捻度相同)、C3+C4(2根單紗線密度、捻度均不相同)組合的股線，測試其毛羽，探究單紗結(jié)構(gòu)參數(shù)對股線毛羽的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 3 mm以上股線毛羽測試結(jié)果Fig.2 Test results of hairiness of strands over 3 mm

當(dāng)紗線毛羽長度大于3 mm時，將對后續(xù)織造過程產(chǎn)生不利的影響。由圖2可知，隨著捻系數(shù)比的增加，股線上有害毛羽數(shù)呈指數(shù)級下降。對于A1+A2組合股線，2根單紗大于3 mm的毛羽指數(shù)分別為0.89、0.37，當(dāng)捻系數(shù)比小于0.71時，股線表面有害毛羽數(shù)甚至比單紗還多；對于B1+B2組合股線，2根單紗大于3 mm的毛羽指數(shù)分別為1.23、1.20，當(dāng)其捻系數(shù)比大于0.89后，股線表面的有害毛羽數(shù)比單紗少；對于C3+C4組合股線，2根單紗大于3 mm的毛羽指數(shù)分別為1.03、1.06，當(dāng)其捻系數(shù)比大于0.77后，股線表面的有害毛羽數(shù)明顯比單紗少。這是因為股線剛開始反向加捻時，單紗退捻，致使單紗中的纖維松散，毛羽增多，但當(dāng)股線加捻程度大時，2根單紗相互捻接，使單紗中的纖維抱合緊密，從而降低了毛羽數(shù)。總體來看，3組單紗組合為股線的捻系數(shù)比大于1時，有害毛羽數(shù)趨于0，且臨界捻系數(shù)比為1.5時的股線表面有害毛羽數(shù)明顯少于臨界捻系數(shù)比為0.7時的股線表面有害毛羽數(shù)。

2.3 股線耐磨性能分析

選取A3+A4(2根單紗線密度相同但捻度不同)、B3+B4(2根單紗線密度不同但捻度相同)組合的股線，測試其耐磨性，結(jié)果如圖3所示。

圖3 股線耐磨性測試結(jié)果Fig.3 Test results of abrasion resistance of strands

由圖3可知，隨著捻系數(shù)比的增加，股線可承受的耐磨次數(shù)先緩慢增加，后急速增加，且臨界捻系數(shù)比為1.5時的股線耐磨性明顯優(yōu)于臨界捻系數(shù)比0.7時的股線耐磨性。A3、A4單紗的斷裂強度約為12 cN/tex，而B3、B4單紗的斷裂強度約為17 cN/tex，以莫代爾纖維為原料的單紗強度值比普通粘膠高，有助于提升莫代爾股線的強力。此外，由B3+B4組合成股線的線密度也比A3+A4并合加捻為股線的線密度大10 tex。故B3+B4組合成股線的耐磨性明顯優(yōu)于A3+A4組合的股線。這也表明，紗線斷裂強度高，紗線較粗，尤其是捻系數(shù)大的紗線，其耐磨性也越好。

3 結(jié) 論

本文初步探索了不同規(guī)格的粘膠單紗反向加捻為雙股線時，捻系數(shù)比對股線性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)：隨捻系數(shù)比的增加，股線強力并非只有一個極大值點，本文研究中的臨界捻系數(shù)比有2處，分別為0.7和1.5左右；相比較第1臨界捻系數(shù)比0.7，第2臨界捻系數(shù)比1.5時的股線具有更少的毛羽，耐磨性也較好，綜合性能更優(yōu)越；不同規(guī)格的單紗反向合股加捻時，股線綜合性能最優(yōu)捻系數(shù)比為1.5，與紡紗理論中同規(guī)格單紗合股最優(yōu)捻系數(shù)比1.414接近。