半精紡羊毛/滌綸長絲包芯竹節(jié)紗的結(jié)構(gòu)與性能

葛陳鵬

(江蘇格羅瑞節(jié)能科技有限公司，江蘇 無錫 214000)

半精紡工藝是一種基于纖維原料特性和原料種類組合形式將毛紡工藝和棉紡工藝有機(jī)組合的紡紗技術(shù)[1-3]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，半精紡發(fā)展迅速，我國的半精紡紗線產(chǎn)地主要集中在山東、浙江、江蘇等地，目前全國半精紡紗線產(chǎn)能約50多萬錠。半精紡的快速發(fā)展要?dú)w功于其對絨類纖維和含毛混紡類纖維的加工適應(yīng)性[4]，以及其所紡紗線手感、外觀接近精梳毛紡紗線。

隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，人們對紡織品的服用性能有更高要求，同時對外觀也有更多個性化需求。包芯紗技術(shù)對改善紗線性能具有重要作用，通過在短纖維紗線中引入長絲改善紗線強(qiáng)度和手感，并保留短纖維紗的外觀風(fēng)格[5]。竹節(jié)紗作為花式紗線的典型品種，其粗細(xì)不勻的外觀效果可使服裝具有立體感和層次感，符合市場的個性化需求[6-8]。目前，針對半精紡羊毛包芯竹節(jié)紗的研究主要集中在產(chǎn)品開發(fā)和紡紗工藝方面[9-11]，針對具體的紗線結(jié)構(gòu)和性能研究仍需進(jìn)一步推進(jìn)。

本文旨在探討半精紡羊毛/滌綸長絲包芯竹節(jié)紗的主要結(jié)構(gòu)和性能，以及部分紡紗工藝參數(shù)對其影響規(guī)律，通過改變竹節(jié)長度、竹節(jié)倍率和紗線捻度，分析紗線捻度分布、竹節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)、紗線強(qiáng)力和耐磨性能變化規(guī)律。

1 包芯竹節(jié)紗紡制原理

竹節(jié)紗是在紡紗過程中使紗線粗細(xì)沿長度方向發(fā)生規(guī)律或者不規(guī)律的變化明顯的粗細(xì)節(jié)。常用的竹節(jié)紗裝置可分為兩大類：一類是前羅拉變速產(chǎn)生竹節(jié)；另一類是中、后羅拉變速產(chǎn)生竹節(jié)。目前，在實(shí)際生產(chǎn)中采用最多的是中、后羅拉變速竹節(jié)紗裝置，將中、后羅拉的傳動與前羅拉分離，采用伺服電動機(jī)驅(qū)動中、后羅拉，由可編程控制器程序化控制，在紡紗過程中改變中、后羅拉轉(zhuǎn)速，紡制竹節(jié)紗。其控制精度高、反應(yīng)速度快。在細(xì)紗機(jī)上紡制非彈性長絲包芯紗的方法已經(jīng)比較成熟，對于包芯竹節(jié)紗的生產(chǎn)，是在竹節(jié)紗的紡紗方法基礎(chǔ)上，通過在前羅拉處加入長絲，紡制成包芯竹節(jié)紗。包芯竹節(jié)紗紡制機(jī)制見圖1。

圖1 包芯竹節(jié)紗紡制機(jī)制

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料選擇

本次實(shí)驗(yàn)選擇的羊毛粗紗干定量為0.8 g/m，為半精梳羊毛粗紗，原料為未染色國產(chǎn)羊毛，平均長度35.6 mm，平均細(xì)度20.3 μm；滌綸長絲線密度為3.33 tex、噴絲孔為18 F的全牽伸絲。

2.2 紡紗實(shí)驗(yàn)方案

紡紗實(shí)驗(yàn)在CCZ-X型多功能數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行，所紡包芯竹節(jié)紗的基紗線密度25 tex，芯絲張力牽伸1.06倍，基紗總牽伸為32.0，后區(qū)牽伸1.2，紡紗錠速8 000 r/min，具體紡紗實(shí)驗(yàn)方案見表1、2，其中表1中的實(shí)驗(yàn)方案一中的試樣用于研究包芯竹節(jié)紗的竹節(jié)形態(tài)和竹節(jié)質(zhì)量，表2中的實(shí)驗(yàn)方案二中的試樣用于研究包芯竹節(jié)紗的捻度分布、紗線耐磨性和拉伸斷裂強(qiáng)力。

表2 紡紗實(shí)驗(yàn)方案二

2.3 紗線結(jié)構(gòu)與性能測試

2.3.1 竹節(jié)形態(tài)測試

采用YG381型手搖黑板機(jī)以最大間距將紗線纏繞在鋁合金鏤空黑板框上，以免掃描紗線圖像是紗線被壓扁影響被測紗線直徑結(jié)果，用佳能CanoScan 9000F Mark II掃描儀掃描紗線圖像，圖片分辨率4 800 dpi并標(biāo)定圖像尺寸，使用Image Pro Plus圖像分析軟件測量紗線竹節(jié)直徑變化規(guī)律以及基紗平均直徑，試樣1#～6#各測試10次取平均值。

2.3.2 竹節(jié)質(zhì)量測試

竹節(jié)質(zhì)量測試采用切斷稱重法，選用梅特勒-托利多ME55十萬分之一天平(可讀性0.01 mg)，人工剪取50和100 mm的竹節(jié)以及100 mm基紗，分別稱取質(zhì)量。

2.3.3 紗線捻度分布測試

采用Y331LN數(shù)字式紗線捻度儀，根據(jù)竹節(jié)和基紗的特點(diǎn)分別選取測試長度。根據(jù)竹節(jié)長度分別選取50和100 mm的竹節(jié)長度作為竹節(jié)捻度的測試長度，由于竹節(jié)長度較短，在退捻過程中可以人工觀察到完全解捻時纖維的伸直形態(tài)，所以竹節(jié)捻度測試采用直接計數(shù)法；而基紗長度較長，選取測試長度250 mm采用退捻加捻法測試基紗捻度。

2.3.4 紗線耐磨性能測試

采用LFY-109B型紗線耐磨儀，測試用砂紙目數(shù)600，張力砝碼10 g。試樣7#～15#各測試10次取平均值，由于樣品紗線為包芯竹節(jié)紗，人工記錄外包纖維與長絲發(fā)生滑移露出芯絲時的耐磨次數(shù)。

2.3.5 紗線拉伸斷裂強(qiáng)力測試

采用YG020A型電子單紗強(qiáng)力儀，拉伸速度500 mm/min。根據(jù)竹節(jié)和基紗的特點(diǎn)分別選取測試長度。根據(jù)竹節(jié)長度分別選取50和100 mm的竹節(jié)長度作為拉伸斷裂強(qiáng)力的測試長度；而基紗長度較長，選取測試長度250 mm。

3 結(jié)果與討論

3.1 竹節(jié)形態(tài)與質(zhì)量分析

包芯竹節(jié)紗成紗過程為動態(tài)過程，通過在線改變羅拉牽伸倍數(shù)調(diào)整成紗直徑，但是紗線由短纖維構(gòu)成，隨著牽伸的變化，具有一定長度的纖維改變排列間距時會有延續(xù)，所以竹節(jié)形態(tài)并不能達(dá)到理想狀態(tài)。紗線直徑尺度一般在幾百微米級，直接測量難度較大，本文采用掃描儀以高分辨率掃描竹節(jié)紗形態(tài)，借助Image Pro Plus軟件分別對竹節(jié)和基紗等間距取樣測量該位置紗線直徑，測量結(jié)果如圖2、3所示，由圖示出整段竹節(jié)的直徑變化呈拋物線狀，竹節(jié)部分直徑變化整體呈先上升后下降趨勢，且竹節(jié)中間部分有一段相對比較穩(wěn)定的片段。竹節(jié)長度為50 mm的竹節(jié)紗，其基紗平均直徑為0.21 mm，設(shè)定竹節(jié)倍率分別為1.5、2.0和2.5倍時，其所對應(yīng)竹節(jié)直徑峰值分別為基紗直徑的1.33、1.76和1.95倍。對于竹節(jié)長度為100 mm的竹節(jié)紗，基紗平均直徑為0.21 mm，設(shè)定竹節(jié)倍率分別為1.5、2.0和2.5倍時，其所對應(yīng)竹節(jié)直徑峰值分別為基紗直徑的1.43、1.81和2.00倍。對于同一竹節(jié)倍率的竹節(jié)紗，所紡竹節(jié)長度越長，其最大直徑越大，即實(shí)際竹節(jié)倍率更接近設(shè)計竹節(jié)倍率。

圖2 50 mm長竹節(jié)直徑變化

圖3 100 mm長竹節(jié)直徑變化

竹節(jié)和基紗片段紗線的質(zhì)量測試結(jié)果見表3。100 mm基紗平均質(zhì)量為2.85 mg，50 mm竹節(jié)的質(zhì)量是等長基紗質(zhì)量的1.15倍(竹節(jié)倍率1.5倍)、1.38倍(竹節(jié)倍率2.0倍)、1.73倍(竹節(jié)倍率2.5倍)，100 mm竹節(jié)的質(zhì)量是等長基紗質(zhì)量的1.25倍(竹節(jié)倍率1.5倍)、1.46倍(竹節(jié)倍率2.0倍)、1.85倍(竹節(jié)倍率2.5倍)。測試結(jié)果表明所紡竹節(jié)紗符合設(shè)計竹節(jié)的長度，其竹節(jié)平均線密度低于設(shè)計竹節(jié)倍率所對應(yīng)的線密度。

表3 竹節(jié)與基紗片段質(zhì)量

3.2 竹節(jié)紗捻度分布與紗線性能分析

竹節(jié)紗中竹節(jié)與基紗片段的捻度分布由紗線內(nèi)扭矩決定，而紗線扭矩受纖維拉伸模量、纖維扭轉(zhuǎn)剛度、纖維抗彎剛度、紗線捻度和紗線直徑影響，竹節(jié)紗上紗線直徑是變化的，所以在相同扭矩下，竹節(jié)片段與基紗片段的紗線捻度不同。不同竹節(jié)倍率和捻系數(shù)下所紡紗線竹節(jié)捻度和基紗捻度的分布見表4，由表示出，同捻系數(shù)下隨著竹節(jié)倍率的增大，竹節(jié)捻度降低，基紗捻度增大；同竹節(jié)倍率下隨著捻系數(shù)的增大，竹節(jié)和基紗捻度均增大。

表4 竹節(jié)與基紗片段捻度

對于短纖維紗線拉伸斷裂時存在纖維的斷裂和纖維的滑移，而竹節(jié)紗中隨著竹節(jié)倍率和竹節(jié)長度的變化，紗線捻度分布也跟隨變化，導(dǎo)致基紗和竹節(jié)強(qiáng)力變化。不同竹節(jié)倍率和捻系數(shù)時的竹節(jié)強(qiáng)力和紗線強(qiáng)力見表5，示出在同一竹節(jié)倍率下，基紗強(qiáng)力和竹節(jié)強(qiáng)力都隨捻系數(shù)的增大而增大，這是由于在一定范圍內(nèi)增加紗線捻度，基紗和竹節(jié)捻度都會增大，隨著紗線內(nèi)纖維抱合力的增大，拉伸斷裂過程中紗線中纖維的斷裂和滑移也會減少，紗線強(qiáng)力增大。基紗強(qiáng)力幾乎不受竹節(jié)倍率變化的影響，同一捻系數(shù)下，不同竹節(jié)倍率時，基紗強(qiáng)力差異很小。竹節(jié)強(qiáng)力隨竹節(jié)倍率的變化非常明顯，且變化規(guī)律較為復(fù)雜，在竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時，竹節(jié)強(qiáng)力隨著捻系數(shù)增大而增大，相同捻系數(shù)下竹節(jié)倍率大且其對應(yīng)的竹節(jié)強(qiáng)力也較大，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時，竹節(jié)強(qiáng)力明顯下降，明顯低于竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時的竹節(jié)強(qiáng)力。這是由于竹節(jié)捻度隨竹節(jié)倍率變化，而竹節(jié)強(qiáng)力受捻度和竹節(jié)內(nèi)纖維根數(shù)雙重影響。竹節(jié)倍率由1.5倍增加至2.0倍時，竹節(jié)截面內(nèi)纖維根數(shù)增加，雖然竹節(jié)捻度略有減少，此時纖維根數(shù)的增加對竹節(jié)強(qiáng)力增大起主導(dǎo)作用，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時，竹節(jié)捻度明顯減小，雖然此時竹節(jié)截面內(nèi)纖維根數(shù)仍然增多，但是捻度的明顯減少導(dǎo)致了纖維間抱合力明顯降低和竹節(jié)強(qiáng)力降低。

表5 竹節(jié)與基紗片段強(qiáng)力

半精紡工藝雖然具有一定優(yōu)勢，但半精紡紗織物抗起毛起球性較差、易掉毛。紗線耐磨性是羊毛/滌綸包芯竹節(jié)紗的重要性能，紗線中滌綸長絲作為芯絲被羊毛纖維包裹在紗線內(nèi)部，因此在受到外力摩擦?xí)r，羊毛纖維先解體滑脫，緊接著芯絲繼續(xù)受到外力摩擦，滌綸長絲慢慢被磨斷，紗線最終斷裂。當(dāng)羊毛纖維從芯絲上滑脫，紗線外觀已經(jīng)明顯受損，幾乎失去使用價值，所以本文測試了外包羊毛纖維從芯絲上完全滑脫時的紗線摩擦次數(shù)作為衡量紗線耐磨性的指標(biāo)。

表6示出竹節(jié)倍率和捻系數(shù)不同時紗線耐磨性能的變化規(guī)律，可知在同一竹節(jié)倍率下，基紗耐磨次數(shù)和竹節(jié)耐磨次數(shù)都隨捻系數(shù)的增大而增多，這是由于增加紗線捻度，基紗和竹節(jié)捻度都增大，隨著紗線內(nèi)纖維抱合力的增大，紗線與物體摩擦過程中其表面纖維不容易被抽出紗體，而是纖維本身被物體磨損，紗線耐磨次數(shù)增多；與強(qiáng)力類似，基紗耐磨次數(shù)幾乎不受竹節(jié)倍率變化的影響，同一捻系數(shù)下，不同竹節(jié)倍率時，基紗耐磨次數(shù)差異較??；竹節(jié)耐磨次數(shù)隨竹節(jié)倍率的變化規(guī)律較為復(fù)雜，在竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時，竹節(jié)耐磨次數(shù)隨著捻系數(shù)增大而增大，相同捻系數(shù)下竹節(jié)倍率大對應(yīng)竹節(jié)耐磨次數(shù)也較大，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時，竹節(jié)耐磨次數(shù)明顯下降，明顯低于竹節(jié)倍率為1.5倍和2.0倍時的竹節(jié)耐磨次數(shù)。對于包芯竹節(jié)紗，紗線耐磨性變化規(guī)律與紗線強(qiáng)力變化規(guī)律比較類似。

表6 竹節(jié)與基紗片段耐磨性

4 結(jié) 論

本文從半精紡羊毛包芯竹節(jié)紗的結(jié)構(gòu)和性能方面，采用圖像法和切段稱重法對竹節(jié)形態(tài)和竹節(jié)質(zhì)量進(jìn)行研究，并對竹節(jié)紗捻度分布、強(qiáng)力和耐磨性進(jìn)行測試分析，得出以下主要結(jié)論：

對于半精紡羊毛/滌綸長絲包芯竹節(jié)紗，同一竹節(jié)倍率竹節(jié)紗，所紡竹節(jié)長度越長，其最大直徑越大，即實(shí)際竹節(jié)倍率更接近設(shè)計竹節(jié)倍率；所紡竹節(jié)紗符合設(shè)計竹節(jié)長度，其竹節(jié)平均線密度低于設(shè)計竹節(jié)倍率所對應(yīng)的線密度；同一捻系數(shù)，不同竹節(jié)倍率時，基紗強(qiáng)力差異很?。辉谥窆?jié)倍率為1.5和2.0倍時，竹節(jié)強(qiáng)力隨著捻系數(shù)增大而增大，相同捻系數(shù)下竹節(jié)倍率大對應(yīng)竹節(jié)強(qiáng)力也較大，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時，竹節(jié)強(qiáng)力明顯下降，明顯低于竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時的竹節(jié)強(qiáng)力。對于包芯竹節(jié)紗，紗線耐磨性變化規(guī)律與紗線強(qiáng)力變化規(guī)律相似。