朱凡凡， 盧雨正， 王 洋， 高衛(wèi)東

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122；2. 江賽紡織科技有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)濕性能

朱凡凡1， 盧雨正1， 王 洋2， 高衛(wèi)東1

(1. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122；2. 江賽紡織科技有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

為改善集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗的導(dǎo)濕性能，將其與賽絡(luò)紡純滌綸紗和集聚紡純滌綸紗的導(dǎo)濕性能進(jìn)行對比分析。以相同的紡紗工藝參數(shù)分別紡制14.6、9.7、7.3 tex 3種規(guī)格的賽絡(luò)紡、集聚紡和集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗，并采用毛細(xì)芯吸法對3種紗線的導(dǎo)濕性能進(jìn)行測試。結(jié)果表明：當(dāng)紡紗方法不同而紗線線密度相同時，集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗的導(dǎo)濕性最好，紗線表面較光潔，毛羽也最少，條干均勻度最好；集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗的橫截面形態(tài)更加接近于圓形，紗中纖維緊密捻合，紗線結(jié)構(gòu)緊密。由此可認(rèn)為，集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗特殊的紗線結(jié)構(gòu)使其具有較好的導(dǎo)濕性能，這為提高滌綸織物的導(dǎo)濕性能提供了可能。

集聚賽絡(luò)紡； 純滌綸紗； 紗線結(jié)構(gòu)； 導(dǎo)濕性

滌綸具有強力高、彈性回復(fù)性能好等優(yōu)良特性，在服裝和家紡領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1]，但由于滌綸本身不具有親水基團(tuán)，造成其導(dǎo)濕性差。在濕熱環(huán)境下穿著時，滌綸織物傳遞液態(tài)水的能力差，人體易產(chǎn)生悶熱感。隨著消費水平的不斷提升，人們對織物穿著舒適性的要求也越來越高，滌綸的這個缺點限制了其更廣泛的應(yīng)用，因此需要進(jìn)一步得到改善。

集聚賽絡(luò)紡作為一種新型紡紗技術(shù)，是在傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗機上將集聚紡與賽絡(luò)紡技術(shù)結(jié)合起來的紡紗方法，具有集聚紗及合股紗2方面的優(yōu)點，可直接紡出類似于股線結(jié)構(gòu)的集聚賽絡(luò)紗。集聚賽絡(luò)紡常用做免漿織造，具有減少后道工序成本，降低能耗及原料成本等優(yōu)良性能，常用于開發(fā)棉及棉型化纖紗，但目前對集聚賽絡(luò)紡改善滌綸紗線成紗結(jié)構(gòu)及導(dǎo)濕性方面的研究還未見報道，因此本文利用集聚賽絡(luò)紡技術(shù)開發(fā)高支滌綸紗線以改善其導(dǎo)濕性能，從而達(dá)到改善其服用舒適性能的目的。滌綸紗市場需求大且價格低，利用集聚賽絡(luò)紡技術(shù)開發(fā)高支滌綸紗線，適合高品質(zhì)高檔次的要求。

影響織物服用舒適性的因素有很多，其中紗線導(dǎo)濕性是決定服用舒適性的重要因素之一。紗線的導(dǎo)濕性越好，對液態(tài)水的傳導(dǎo)能力越強，能更加快速地排走人體排出的汗液，使皮膚達(dá)到舒適的狀態(tài)。目前評價紗線導(dǎo)濕性能最主要的方法是毛細(xì)芯吸法，國內(nèi)外學(xué)者對于紗線芯吸性能的關(guān)注和研究也越來越多。查安霞等[2]研究了捻度對不同截面形狀和加工方式滌綸長絲芯吸高度的影響，表明捻度對芯吸性能的影響呈現(xiàn)出一定的規(guī)律；Chattopadhyay[3]對比研究了集聚紡和環(huán)錠紡細(xì)紗及其織物的芯吸性能；Brojeswari等[4]利用數(shù)學(xué)模型預(yù)測紗線的垂直芯吸性，表明理論模型和實驗結(jié)果具有很大的相關(guān)性。賽絡(luò)紡、集聚紡及集聚賽絡(luò)紡都是紡紗行業(yè)中的新型紡紗技術(shù)，因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，利用毛細(xì)芯吸法對賽絡(luò)紗、集聚紗和集聚賽絡(luò)紗的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)濕性進(jìn)行對比研究。

1 毛細(xì)現(xiàn)象與芯吸

1.1 毛細(xì)現(xiàn)象

毛細(xì)管現(xiàn)象是指當(dāng)毛細(xì)管一端垂直浸入某液體時，毛細(xì)管中的液面會上升或下降的現(xiàn)象。根據(jù)拉普拉斯方程[5-6]，有：

(1)

式中：p為附加壓力；a為液-氣界面張力；r為毛細(xì)管等效半徑；θ為前進(jìn)接觸角。毛細(xì)管垂直狀態(tài)下，當(dāng)液-氣界面張力一定時，毛細(xì)管中月牙弧曲面的附加壓力隨毛細(xì)管等效半徑的減小而增大。當(dāng)紗線表面接觸角小于90°時，毛細(xì)壓力為正值，致使水面上升到一定的高度。當(dāng)接觸角大于90°時，毛細(xì)壓力為負(fù)值，將阻礙液面上升。

1.2 芯吸性

芯吸性是指維持液體在毛細(xì)管內(nèi)遷移的性能，即液態(tài)水沿纖維表面的毛細(xì)管上升并且從另一端析出水珠的性能[7]。根據(jù)Hagon-poiseuille方程，多孔介質(zhì)中液體毛細(xì)管上升速率[8]為

(2)

式中：h為t時刻的毛效高度；η為液體黏度；△p為壓力差。

垂直芯吸并且考慮重力作用時，壓力差為

(3)

式中：ρ為液體密度；g為重力加速度。

將△p代入式(1)，可得Wash-burn方程：

(4)

若忽略重力的影響，并且對方程進(jìn)行積分可得毛效高度隨時間的變化規(guī)律：

(5)

Wash-burn方程只適用于紗線的初始芯吸階段，紗線的最大毛效高度hmax可由式(6)[9]表示為

(6)

式中d為空隙等效直徑。由式(6)可知，纖維集合體越緊密，則纖維間空隙的等效孔徑越小，纖維集合體的芯吸效果越好。

2 實驗部分

2.1 試樣準(zhǔn)備

在加裝四羅拉網(wǎng)格圈裝置的EJMl28K-SM型環(huán)錠紡細(xì)紗機上，以相同的工藝參數(shù)分別紡制14.6、9.7、7.3 tex的賽絡(luò)紗、集聚紗和集聚賽絡(luò)紗，粗紗均為定量相同的純滌綸紗。紡紗主要工藝參數(shù)如表1所示。

2.2 結(jié)構(gòu)與性能測試

紗線性能主要受纖維性能以及紗線結(jié)構(gòu)的影響，為充分了解和預(yù)測紗線的導(dǎo)濕性能，本文在觀察3種不同紡紗方法時紗線成紗結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對所紡紗線的導(dǎo)濕性進(jìn)行測試。

2.2.1 紗線縱向結(jié)構(gòu)

用SU1510掃描電鏡觀察紗線縱向結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為200。

2.2.2 紗線橫截面

用YG002C型纖維檢測系統(tǒng)觀察紗線橫截面結(jié)構(gòu)。首先將相同線密度的賽絡(luò)紡滌綸紗、集聚紡滌綸紗和集聚賽絡(luò)紡滌綸紗分別外包紅色羊毛纖維，然后用Y172型哈氏切片器制作切片，并用顯微鏡拍攝纖維照片，放大倍數(shù)為500。為預(yù)防紗線在羊毛纖維的擠壓作用下產(chǎn)生變形，在將紗線放入切片器前先用火棉膠對其進(jìn)行預(yù)處理。

為表示紗線橫截面的形態(tài)特征，利用MatLab軟件中的圖像處理技術(shù)對紗線截面的圓整度進(jìn)行測試，圓整度的計算公式[10]如下：

(7)

式中：C為圓整度；A為截面面積；P為截面周長。從同一種紗線的橫截面照片中，隨機選取10組進(jìn)行圓整度測試，結(jié)果取平均值。

2.2.3 紗線毛羽及條干測試

為更好地了解紗線的表觀結(jié)構(gòu)特征，采用YG173A型紗線毛羽測試儀測試紗線毛羽，測試次數(shù)為10管×1次，測試長度為10 m，采用烏斯特條干儀測試紗線條干，測量時間為1 min，測試速度為100 m/min。

2.2.4 紗線導(dǎo)濕性測試

采用毛細(xì)芯吸法測試紗線的導(dǎo)濕性，即通過觀察和測量有色液體在一定時間內(nèi)沿紗線上升的高度來評價紗線的導(dǎo)濕性能。

采用YG(B)871型毛細(xì)效應(yīng)測試儀，參照FZ/T 01071—2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗方法》進(jìn)行。測試條件為：紗線取樣長度300 mm；張力夾質(zhì)量200 mg；測試液蒸餾水加0.5%的KMnO4；測試液溫度保持在(27±2)℃；測試時間30 min，蜂鳴器響時立刻量取每根紗線的滲液高度，測試5次，結(jié)果取平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 成紗結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 紗線縱向結(jié)構(gòu)分析

9.7 tex 3種不同紡紗方法所得紗線的縱向結(jié)構(gòu)如圖1所示。為更好地觀察紗線的表面特征，用3種不同紡紗方法所得紗線的毛羽及條干測試結(jié)果如表2所示。

圖1 紗線縱向結(jié)構(gòu)(×200)Fig.1 Longitudinal structures of yarns(×200).(a) Siro yarn; (b) Compact yarn; (c) Compact-siro spun yarn

紡紗方式線密度/tex毛羽/(根·(10m)-1)1～2mm3～12mm條干CV值/%1468147260139賽絡(luò)紡9750002371497330172171591466399223116集聚紡9773872301477341971931591463310186114集聚賽絡(luò)紡9720179012673132080143

由圖1可見，集聚賽絡(luò)紗表面最為光潔，紗體中纖維緊密捻合，紗線結(jié)構(gòu)緊密。由表2可知，相同線密度條件下，集聚賽絡(luò)紗的毛羽顯著減少，紗線的條干均勻度好。

由于集聚賽絡(luò)紡經(jīng)集聚區(qū)的集聚作用，沒有紡紗三角區(qū)，集聚后的2束纖維結(jié)構(gòu)緊密，纖維不易從紗體中分離或嵌入到另一根紗體中，因此集聚賽絡(luò)紡紗表面平滑整齊，紗中纖維的伸直平行度好。此外，加捻過程中由于加捻三角區(qū)的減小，使得加捻點處單紗的捻回可順利地加到2根紗股中，即集聚賽絡(luò)紡紗自身加捻與股線加捻同時進(jìn)行，2根單紗在加捻點以上存在低捻，所以紗體中纖維包纏緊密，受控程度高。集聚后的纖維分別經(jīng)初次加捻后，2根纖維結(jié)合，然后再被加強捻，紗條中纖維包纏緊密，邊緣纖維也受到了良好的集聚作用，因此集聚賽絡(luò)紗表觀結(jié)構(gòu)最為整齊均勻，毛羽最少。

3.1.2 紗線橫向結(jié)構(gòu)分析

在相同線密度(9.7 tex)條件下，賽絡(luò)紗、集聚紗及集聚賽絡(luò)紗的橫截面形態(tài)如圖2所示。利用圖像法得到的相對應(yīng)紗線截面的圓整度如表3所示。

圖2 紗線橫向結(jié)構(gòu)(×500)Fig.2 Transverse structures of yarns(×500).(a) Siro yarn; (b) Compact yarn; (c) Compact-siro spun yarn

紡紗方式圓整度賽絡(luò)紡0679集聚紡0715集聚賽絡(luò)紡0746

由圖2可知，相同線密度3種紡紗方法所得紗線的橫截面形態(tài)不同。從纖維截面照片中可直觀看到，集聚賽絡(luò)紗和集聚紗的緊密度較大，賽絡(luò)紗的緊密度最小。由表3可知，紗線截面圓整度大小的排序為集聚賽絡(luò)紗>集聚紗>賽絡(luò)紗，集聚賽絡(luò)紗的橫截面更加接近于圓形。

賽絡(luò)紡和集聚賽絡(luò)紡都有類似于股線的紗線結(jié)構(gòu)，但與股線不同，2根單紗須條在合股前所加的捻度很小，紗中纖維易重新分布，加捻時纖維之間相互擠壓，紗線橫截面也較接近于圓形。

集聚賽絡(luò)紡具有集聚紡與賽絡(luò)紡的優(yōu)點，紡紗過程中集聚區(qū)負(fù)壓吸風(fēng)的集聚作用使紗條緊密捻合，紗條中纖維緊密包纏在一起，不易發(fā)生纖維轉(zhuǎn)移，紗體中纖維的摩擦力和抱合力大，不易發(fā)生纖維之間的滑脫，因此集聚賽絡(luò)紡滌綸紗不易發(fā)生邊緣纖維的相互嵌入，紗線截面圓整，纖維分布均勻。

3.2 紗線的導(dǎo)濕性

紗線的導(dǎo)濕性除與單纖維自身吸水作用有關(guān)外，還受纖維間隙的影響。滌綸纖維本身不吸水，紗線的導(dǎo)濕性主要依靠纖維間的芯吸作用完成，導(dǎo)濕程度以毛效高度表示。

3.2.1 紡紗方法對紗線毛效高度的影響

相同線密度條件下，不同紡紗方法紗線的毛效高度如圖3所示。

圖3 不同紡紗方法紗線的毛效高度Fig.3 Heights of capillary effect of yarn by different spinning methods

由圖3可知，不同紡紗方法相同線密度紗線之間相比較，集聚賽絡(luò)紡滌綸紗的毛效高度最高，集聚紡滌綸紗的毛效高度最低，賽絡(luò)紡滌綸紗的毛效高度居于二者之間。9.7 tex集聚賽絡(luò)紗的毛效高度比同線密度的賽絡(luò)紗高14.7%，比集聚紗高20%，毛效高度的增加幅度較14.6 tex和7.3 tex高。相比于其他2種紡紗方法，集聚賽絡(luò)紗的毛效高度最高，主要是由于集聚賽絡(luò)紗集集聚與合股2方面的優(yōu)勢于一身，紗中纖維集合體結(jié)構(gòu)緊密，纖維間的等效孔徑小，由式(1)可得，毛細(xì)管等效半徑減小，毛細(xì)管壓力增加，促使水分子進(jìn)入毛細(xì)管中，纖維集合體的芯吸作用增強。另外由毛效高度表達(dá)式(6)可知，毛細(xì)管等效半徑減小，即纖維間空隙變小，紗線的毛效高度隨之增大。

在加工較細(xì)集聚賽絡(luò)紡紗過程中，集聚賽絡(luò)紡工藝可將纖維的聚集程度顯著提升，使得纖維間空隙半徑減小，這在一定程度上改善了紗線的芯吸效果。

集聚紗和賽絡(luò)紗相比，集聚紗的毛效高度低于賽絡(luò)紗。一方面集聚紗中纖維伸直平行度好，紗線的毛細(xì)效應(yīng)增加，但另一方面細(xì)小的毛細(xì)管會產(chǎn)生阻力而影響毛效高度的上升，這在一定程度上限制了紗線的芯吸效果，因此集聚紗的毛效高度比賽絡(luò)紗低。

集聚賽絡(luò)紗和集聚紗的緊密度均較高，但集聚紗的芯吸效果最差，這是由于紗線的毛效高度受纖維間空隙的等效孔徑影響，等效孔徑過大或過小，都不利于液體的芯吸，紗線空隙的毛細(xì)尺寸達(dá)到最佳時最有利于水分的傳遞，芯吸效果最好。集聚賽絡(luò)紡紗過程中，集聚賽絡(luò)紡工藝可顯著地提高纖維的聚集程度，但集聚賽絡(luò)紡紗線有類似于股線的紗線結(jié)構(gòu)，使得集聚賽絡(luò)紡紗線的緊密程度不如集聚紡紗線，因而不會因毛細(xì)管孔徑過小而阻礙液體的芯吸，從而導(dǎo)濕性比集聚紗好。

3.2.2 線密度對紗線毛效高度的影響

圖4 不同線密度紗線的毛效高度Fig.4 Height of capillary effect of yarns with different linear density

3種不同紡紗方法所得紗線的毛效高度隨線密度的變化規(guī)律如圖4所示。由圖可知，隨著紗線線密度的減小，3種不同紡紗方法紗線的毛效高度均呈下降趨勢。這主要是由于紗線的導(dǎo)濕性受紗中毛細(xì)管的尺寸和排列的影響，而紗中毛細(xì)管的尺寸和排列取決于紗線中纖維的尺寸以及紗線軸向上纖維的排列程度。隨著紗線線密度的降低，一方面紗線毛細(xì)管效應(yīng)增強，但另一方面紗線截面內(nèi)纖維根數(shù)減少，紗線中毛細(xì)管的尺寸受到限制，并且當(dāng)紗中纖維的密集程度過大時，纖維與纖維之間的進(jìn)一步靠攏造成纖維之間的間隙減小，纖維間毛細(xì)管的尺寸變小，可能會使一些毛細(xì)管孔徑受到堵塞，液態(tài)水在毛細(xì)管內(nèi)的輸送變得困難，從而毛細(xì)效應(yīng)受到阻礙。另外，在相同捻系數(shù)條件下，隨著紗線線密度的減小，紗線捻度相對較高，此時纖維扭轉(zhuǎn)彎曲度大，纖維間毛細(xì)管貫通性差，對水分子遷移阻力也較大，導(dǎo)致紗線芯吸效果較差。

4 結(jié) 論

1)對比3種紡紗方法所得紗線的縱向結(jié)構(gòu)及紗線毛羽條干測試結(jié)果可知，集聚賽絡(luò)紡滌綸紗線結(jié)構(gòu)緊密，表面光潔，毛羽少，條干均勻度好。

2)相同線密度不同紡紗方法紗線的圓整度相比較，集聚賽絡(luò)紗的圓整度相對較大，這從紗線橫截面照片中也可直觀地觀察到。

3)相同線密度條件下，集聚賽絡(luò)紡純滌綸紗線的導(dǎo)濕性因毛細(xì)效應(yīng)的提升而得到改善，說明改變紡紗方法可在一定程度上改善滌綸紗線的導(dǎo)濕性能，這為提高滌綸織物的穿著舒適性提供了可能，對此需要進(jìn)一步研究。

集聚賽絡(luò)紡可擴(kuò)大品種適應(yīng)性，提高紗線質(zhì)量，改善紗線結(jié)構(gòu)及紗線導(dǎo)濕性能，利用其開發(fā)高品質(zhì)的滌綸紗線具有較好的發(fā)展前景。

FZXB

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Structure and moisture conductivity of compact-siro spinningpure polyester yarns

ZHU Fanfan1, LU Yuzheng1, WANG Yang2, GAO Weidong1

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China；2.JiangsaiTextileTechnologyCo.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu215000,China)

In order to improve the moisture conductivities of compact-siro spinning pure polyester yarn, moisture conductivities of compact-siro spun yarn, siro spun yarn and compact spun yarn were analyzed and compared. Three kinds of linear density (14.6 tex, 9.7 tex and 7.3 tex) of siro spun, compact spun, compact-siro spun pure polyester yarn with the same yarn parameters setting were spun, and the moisture conductivity was tested by capillary wicking. The results show that the compact-siro spun yarn obtain the optimum moisture conductivity compared with the other two kinds of yarn with different yarn parameters setting, but the same yarn linear density. The compact-siro spun yarn has smoother surface, the least yarn hairiness, and the best yarn evenness. The cross-sectional shape of compact-siro spun yarn is close to a circle and fibers of yarn body are twisted tightly, so the yarn structure is more closely. Therefore, the moisture conductivity of compact-siro spinning pure polyester yarn is excellent because of its special yarn structure, which offers possibility to improve the moisture conductivity of polyester fabrics.

compact-siro spinning; pure polyester yarn; yarn structure; moisture conductivity

2016-01-28

2016-06-15

國家自然科學(xué)基金項目(51403085)；江蘇省自然科學(xué)基金項目(BK20130148)

朱凡凡(1992—)，女，碩士生。主要研究方向為紗線性能測試與比較。高衛(wèi)東，通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。

10.13475/j.fzxb.20160106006

TS 104.79

A