王元峰， 馮艷飛， 夏治剛,2

(1. 武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院， 湖北 武漢 430200； 2. 武漢紡織大學(xué) 新材料及其先進(jìn)加工技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 湖北 武漢 430200)

復(fù)合紗體中長(zhǎng)絲分布形態(tài)對(duì)紗線性能的影響

王元峰1， 馮艷飛1， 夏治剛1,2

(1. 武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院， 湖北 武漢 430200； 2. 武漢紡織大學(xué) 新材料及其先進(jìn)加工技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 湖北 武漢 430200)

為研究長(zhǎng)絲復(fù)合紡紗過(guò)程中由長(zhǎng)絲與短纖維須條復(fù)合產(chǎn)生的不同紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)紗線性能的影響，設(shè)計(jì)并建立了6種長(zhǎng)絲復(fù)合紡紗線結(jié)構(gòu)模型，分析和預(yù)測(cè)了模型對(duì)應(yīng)的成紗性能，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)比分析了各復(fù)合紡紗形式所得紗線的毛羽、條干、強(qiáng)伸性能。結(jié)果表明：相比單獨(dú)的包芯結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)絲單側(cè)包纏結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)絲由兩側(cè)對(duì)須條進(jìn)行包纏優(yōu)化了紗線結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出更佳的復(fù)合紗拉伸和成紗條干性能；同時(shí)擁有長(zhǎng)絲雙側(cè)包纏和包芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合紗，表現(xiàn)出最優(yōu)的成紗強(qiáng)力和條干；較大的長(zhǎng)絲與須條隔距與張力更有利于長(zhǎng)絲束縛和控制纖維外露，有效降低成紗毛羽。

長(zhǎng)絲復(fù)合紡紗； 紗線結(jié)構(gòu)模型； 紗線性能； 長(zhǎng)絲分布； 雙包纏結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)絲/短纖復(fù)合紡紗技術(shù)可使紗線同時(shí)擁有天然短纖的風(fēng)格、手感、吸濕性能以及長(zhǎng)絲自身強(qiáng)伸性所提供的挺括、保型性，這種優(yōu)異的紗線品質(zhì)和獨(dú)特的紗線結(jié)構(gòu)使其在近年來(lái)得到了越來(lái)越多的關(guān)注，并快速發(fā)展成為滿(mǎn)足紡織品性能多樣性的重要方法。目前，可生產(chǎn)長(zhǎng)絲復(fù)合紗的紡紗方法主要有環(huán)錠紡、噴氣紡、轉(zhuǎn)杯紡、空心錠紡等，其中最為成熟、應(yīng)用最廣泛的是環(huán)錠復(fù)合紡紗技術(shù)[1]，因此，關(guān)于其成紗方式及紗線性能的研究也層出不窮。包芯紗在加捻作用下通過(guò)外層短纖維包纏紗體中心長(zhǎng)絲，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)絲與短纖維的復(fù)合，形成獨(dú)特的芯/鞘結(jié)構(gòu)[2]。然而，由于長(zhǎng)絲與短纖維間的抱合力不足，2種組分纖維間易發(fā)生滑移，導(dǎo)致部分長(zhǎng)絲外露于紗體表面，這不但影響紗線外觀，最終還會(huì)導(dǎo)致成紗的抗彎、耐磨性等力學(xué)性能變差[3-4]。針對(duì)上述問(wèn)題，已有大量研究通過(guò)不同的途徑改善包芯紗的成紗質(zhì)量。Pourahmad等[5]設(shè)計(jì)并紡制出3組分復(fù)合包芯紗(TSMM)，即同時(shí)喂入3根短纖維須條和對(duì)應(yīng)的3根長(zhǎng)絲作為芯絲，有效改善了纖維包覆率，且減少了短纖維滑移[6]。Gharahaghaji等[7]利用索羅紡(Solo Spun)原理，通過(guò)改造長(zhǎng)絲喂入裝置，使用類(lèi)似索羅紡的帶溝槽分束羅拉，開(kāi)發(fā)出新型長(zhǎng)絲集束紡(Cluster-Spun)。由于長(zhǎng)絲在被喂入短纖須條前經(jīng)過(guò)分束羅拉，呈多根單絲平行排列的扁平帶狀，更有利于長(zhǎng)絲與短纖維在紡紗三角區(qū)的加捻抱合，加強(qiáng)了2種組分間的摩擦力，最終獲得一種全新結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)絲分束紡紗線。類(lèi)似地，Naeem等[8]使用一個(gè)微型帶溝槽的羅拉對(duì)長(zhǎng)絲進(jìn)行分束，以增強(qiáng)長(zhǎng)絲對(duì)紗線中心短纖須條的包纏效果，最終達(dá)到增強(qiáng)紗線耐磨性能的目的。所有上述復(fù)合紡紗方法都有效增加了長(zhǎng)絲短纖維間的摩擦力，更有利于2種組分間充分復(fù)合。此外，由于長(zhǎng)絲的伴紡作用，紡紗過(guò)程中斷頭率降低，長(zhǎng)絲的包纏作用實(shí)現(xiàn)了對(duì)須條外部短纖維的捕捉，提高了短纖維的利用率，最終提升成紗品質(zhì)。

紗線性能取決于紗線結(jié)構(gòu)，不同的復(fù)合紡紗方法產(chǎn)生不同的紗線結(jié)構(gòu)，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了基礎(chǔ)性研究。吳雄英等[9]對(duì)滌長(zhǎng)絲與毛短纖維紡制的賽絡(luò)菲爾(Sirofil)雙組分復(fù)合紗、并捻復(fù)合線及與毛短纖維合股線的結(jié)構(gòu)和基本力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究。Yang等[10]建立了高性能長(zhǎng)絲包芯紗理論模型，并通過(guò)芳綸、玄武巖纖維長(zhǎng)絲和棉短纖維的包芯復(fù)合紗紡制，得出高性能長(zhǎng)絲包芯紗的拉伸性能主要取決于長(zhǎng)絲與短纖維的幾何構(gòu)象及紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的結(jié)論。Pourahmad等[11]對(duì)比了由環(huán)錠紡、賽絡(luò)紡、索羅紡等不同紡紗方式制成的復(fù)合包芯紗性能，通過(guò)對(duì)紡紗工藝及紗線物理力學(xué)性能的研究分析，得出賽絡(luò)紡包芯紗性能最優(yōu)的結(jié)論。 Kakvan等[12]研究了彈力絲喂入張力與喂入位置對(duì)毛/滌復(fù)合紗物理性能的影響，確定了最佳彈力絲喂入比。Liu等[13]進(jìn)一步從理論上分析了賽絡(luò)菲爾紡中長(zhǎng)絲與短纖維須條在前鉗口形成三角區(qū)的角度、長(zhǎng)絲和粗紗的張力、扭矩等因素對(duì)成紗性能的影響，并通過(guò)調(diào)節(jié)粗紗與長(zhǎng)絲間相對(duì)位置改變?nèi)菂^(qū)形態(tài)的紡紗實(shí)踐，以及對(duì)紗線各項(xiàng)性能的測(cè)試分析，驗(yàn)證了其理論分析的正確性。紗線的性能取決于紗線結(jié)構(gòu)，在復(fù)合紡紗線中，短纖維與長(zhǎng)絲間的排列分布及二者間的協(xié)同構(gòu)象對(duì)成紗性能起決定性作用。上述研究都從理論和實(shí)際上對(duì)復(fù)合紗結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了積極有意義的探索，但僅局限于單一復(fù)合紡紗方式所紡紗線性能的研究，對(duì)于復(fù)合紗結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的系統(tǒng)研究不足。

本文旨在建立多種長(zhǎng)絲在復(fù)合紗體中不同分布的紗線結(jié)構(gòu)模型，分析和預(yù)測(cè)紗線結(jié)構(gòu)模型對(duì)應(yīng)的成紗性能，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和對(duì)比分析各復(fù)合紡成紗性能，比較和評(píng)價(jià)各種不同長(zhǎng)絲分布形態(tài)引起的復(fù)合紗成紗性能的優(yōu)劣。這些研究對(duì)于更深入了解環(huán)錠紡包芯包纏紗紡紗系統(tǒng)，掌握紗線結(jié)構(gòu)和性能，完善環(huán)錠紡體系研究，從而更有效指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，降低生產(chǎn)消耗和成本，增加產(chǎn)品附加值，都具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)方案及紗線模型

傳統(tǒng)的長(zhǎng)絲/短纖維復(fù)合紡?fù)ǔＪ褂?根長(zhǎng)絲與1根短纖維須條進(jìn)行復(fù)合，即使改變長(zhǎng)絲與短纖維須條的相對(duì)位置也只能獲得包芯和包纏2種不同的紗線結(jié)構(gòu)，缺乏多樣性，不利于系統(tǒng)地研究復(fù)合紗內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)其成紗性能的影響，因此，本文實(shí)驗(yàn)將使用3根長(zhǎng)絲與1根短纖維須條進(jìn)行復(fù)合，通過(guò)改變長(zhǎng)絲喂入位置，使長(zhǎng)絲與短纖維間有多種不同的協(xié)同構(gòu)象，獲得不同紗體結(jié)構(gòu)，從而可系統(tǒng)地研究長(zhǎng)絲短纖維復(fù)合紗紗體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)成紗性能的影響。

1.1實(shí)驗(yàn)方法

要滿(mǎn)足紡制出多種紗線結(jié)構(gòu)復(fù)合紗的要求，長(zhǎng)絲的喂入位置必須可精確定位和調(diào)節(jié)，為此對(duì)環(huán)錠細(xì)紗小樣機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)改造。圖1示出復(fù)合紗紡制示意圖[7]，在傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)的基礎(chǔ)上添加了長(zhǎng)絲喂入裝置，3根長(zhǎng)絲依次通過(guò)張力器和可精確定位的導(dǎo)絲輪后，于前羅拉后部喂入，最終在前鉗口與短纖維須條加捻抱合，紡制成紗。

圖1 復(fù)合紗紡制示意圖Fig.1 Schematic of composite yarn production

在本文實(shí)驗(yàn)采用的紡紗方式中，3根長(zhǎng)絲分別退繞后，受導(dǎo)絲輪的控制，可精確定位到實(shí)驗(yàn)所需位置，然后平行喂入前羅拉后方，與短纖維須條接觸并在紡紗三角區(qū)受到加捻作用與短纖維相互轉(zhuǎn)移，加捻抱合，成紗內(nèi)部結(jié)構(gòu)各異，具有2種組分間不同協(xié)同構(gòu)象的復(fù)合紗。

1.2實(shí)驗(yàn)方案

圖2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的復(fù)合紗成紗三角區(qū)Fig.2 Simulated diagram of different composite yarns formation zone. (a) Plan A; (b) Plan B; (c) Plan C; (d) Plan D; (e) Plan E; (f) Plan F

在長(zhǎng)絲/短纖維復(fù)合紡紗中，不同的長(zhǎng)絲與短纖維須條相對(duì)位置會(huì)形成不同的紗線結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)絲喂入短纖維須條中心的情況下，加捻三角區(qū)中的短纖維發(fā)生內(nèi)外轉(zhuǎn)移，但受到位于中心長(zhǎng)絲的阻滯，逐漸向上轉(zhuǎn)移，將長(zhǎng)絲包裹住，形成長(zhǎng)絲位于紗體中心短纖維在外層的包芯紗；而當(dāng)長(zhǎng)絲喂入位置與短纖維須條保持一定距離時(shí)，在加捻三角區(qū)由于捻度的傳遞，長(zhǎng)絲纏繞在短纖須條表面，將短纖維包纏在紗體中，形成賽絡(luò)菲爾紗。為系統(tǒng)全面地分析研究各種長(zhǎng)絲短纖維復(fù)合紗紗體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)成紗性能的影響，綜合考慮到包芯與包纏2種長(zhǎng)絲短纖維復(fù)合方式，本文通過(guò)調(diào)節(jié)長(zhǎng)絲喂入位置，改變紡紗三角區(qū)中長(zhǎng)絲與短纖維須條的相對(duì)位置，使得紗線擁有不同長(zhǎng)絲與短纖維協(xié)同構(gòu)象，建立了6種不同包芯與包纏復(fù)合紗的理論模型，具體方案如表1所示。 采用方案A、B、C、D、E、F紡制的復(fù)合紗分別命名為復(fù)合紗A、B、C、D、E、F。

表1 復(fù)合紗的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)Tab.1 Experiment design of composite yarns

圖2示出根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的6種復(fù)合紗長(zhǎng)絲及短纖須條相對(duì)喂入位置模擬出其在紡紗三角區(qū)受到加捻作用時(shí)的形態(tài)?？梢?jiàn)：方案A的復(fù)合紗成紗三角區(qū)總體幾何形態(tài)為短纖維須條構(gòu)成的傳統(tǒng)紡紗三角區(qū)形狀，長(zhǎng)絲位于該三角區(qū)芯部；方案B的復(fù)合紗三角區(qū)總體形狀由短纖維的小三角區(qū)和兩側(cè)的長(zhǎng)絲形成的大三角區(qū)所構(gòu)成，左右兩側(cè)長(zhǎng)絲對(duì)須條的包纏作用力均衡，因此，兩側(cè)由長(zhǎng)絲構(gòu)成的大三角區(qū)基本對(duì)稱(chēng)；C，D復(fù)合紗三角區(qū)幾何形狀由短纖維的小三角區(qū)和兩側(cè)的長(zhǎng)絲形成的大三角區(qū)所構(gòu)成，由于兩側(cè)喂入長(zhǎng)絲根數(shù)的差異，導(dǎo)致兩側(cè)長(zhǎng)絲構(gòu)成的大三角區(qū)不對(duì)稱(chēng)，2根長(zhǎng)絲一側(cè)的長(zhǎng)絲與加捻匯合點(diǎn)形成的角度略大于單根長(zhǎng)絲一側(cè)的此角度；E復(fù)合紗總體幾何形狀由短纖維的三角區(qū)和位于左側(cè)長(zhǎng)絲的三角區(qū)所構(gòu)成，長(zhǎng)絲位于三角區(qū)左側(cè)，包纏在紗體的外側(cè)；F復(fù)合紗總體幾何形狀由短纖維的三角區(qū)和位于右側(cè)長(zhǎng)絲所形成的三角區(qū)構(gòu)成，長(zhǎng)絲位于三角區(qū)右側(cè)，包纏在紗體的外側(cè)。

1.3紗線結(jié)構(gòu)模型的對(duì)比性預(yù)測(cè)

根據(jù)上述復(fù)合紗長(zhǎng)絲與短纖維須條在紡紗三角區(qū)的不同幾何分布以及纖維在成紗段內(nèi)外轉(zhuǎn)移理論[14]，可進(jìn)一步推測(cè)出各種復(fù)合紗成紗穩(wěn)定后長(zhǎng)絲與短纖維在紗體中的幾何分布狀況，即紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)。長(zhǎng)絲與短纖維在經(jīng)過(guò)前鉗口后受到加捻作用，2種組分在圖2所示的三角區(qū)加捻抱合，達(dá)到初步復(fù)合，再經(jīng)過(guò)一系列纖維與長(zhǎng)絲的內(nèi)外轉(zhuǎn)移，形成具有穩(wěn)定包芯、包纏等復(fù)合結(jié)構(gòu)的環(huán)錠紡復(fù)合紗。圖3示出根據(jù)方案A～F長(zhǎng)絲與短纖維須條相對(duì)位置及其加捻后形態(tài)預(yù)測(cè)繪制出的復(fù)合紗結(jié)構(gòu)模型。如圖所示，圓柱體代表復(fù)合紗的主體，圓柱體內(nèi)和表面的線條代表3根長(zhǎng)絲，以此表示短纖維與長(zhǎng)絲間的協(xié)同構(gòu)象。在方案A中，3根長(zhǎng)絲由紗線中心喂入后經(jīng)過(guò)加捻作用，長(zhǎng)絲間相互抱合，與短纖維之間發(fā)生少量?jī)?nèi)外轉(zhuǎn)移，成紗穩(wěn)定后呈相互抱合狀基本位于紗線中心位置，形成包芯紗的結(jié)構(gòu)；方案B中1根長(zhǎng)絲位于紗線中心，2根長(zhǎng)絲分別均勻地包纏在紗體表面，充分結(jié)合了包芯與包纏2種復(fù)合方式；方案C中2根長(zhǎng)絲先加捻抱合成類(lèi)似股線結(jié)構(gòu)，后包纏在紗體表面，另外1根長(zhǎng)絲單獨(dú)包纏于紗體表面，短纖維須條在加捻三角區(qū)受長(zhǎng)絲影響較小，可完成原本環(huán)錠紡紗線的纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移，最終形成紗線層結(jié)構(gòu)由于受包纏作用較緊密，內(nèi)層短纖維類(lèi)似環(huán)錠紗的長(zhǎng)絲包纏復(fù)合紗；方案D與方案C類(lèi)似，但2根長(zhǎng)絲喂入的方向相反，在加捻三角區(qū)由短纖維須條構(gòu)成的小三角區(qū)會(huì)發(fā)生與方案C方向相反的傾斜，導(dǎo)致成紗質(zhì)量的差異；方案E中3根長(zhǎng)絲先受到加捻作用，抱合后包纏于短纖維表面，由于長(zhǎng)絲喂入位置距離短纖維須條較遠(yuǎn)，長(zhǎng)絲對(duì)短纖須條的包纏作用比上述方案更緊密，即長(zhǎng)絲在紗體表面的螺旋結(jié)構(gòu)更密集；方案F與方案E也僅存在喂入位置左右的區(qū)別，而由于二者間隔距增大，導(dǎo)致短纖維小三角區(qū)傾向更明顯，因此，紗線中短纖維與長(zhǎng)絲的協(xié)同構(gòu)象亦有區(qū)別于方案E。

圖3 不同方案紡制的復(fù)合紗結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Diagram of composite yarn structure spun by plan A (a), plan B (b), plan C (c), plan D (d), plan E (e), and plan F(f)

1.4復(fù)合紗線性能的對(duì)比性預(yù)測(cè)和分析

復(fù)合紗的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了其紗線質(zhì)量，因此，根據(jù)紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型可推測(cè)出其紗線性能。由短纖維紗拉伸斷裂機(jī)制可知，紗線的斷裂過(guò)程就是紗中纖維的斷裂和相互滑移的過(guò)程，當(dāng)復(fù)合紗受拉伸至某個(gè)點(diǎn)時(shí)短纖維已全部滑移，紗中的長(zhǎng)絲將繼續(xù)受拉伸直至長(zhǎng)絲斷裂，而長(zhǎng)絲斷裂過(guò)程占據(jù)了復(fù)合紗拉伸斷裂過(guò)程的一大部分，因此，長(zhǎng)絲為長(zhǎng)絲/短纖復(fù)合紗提供了主要的力學(xué)性能。通過(guò)對(duì)6種方案中長(zhǎng)絲在紗體中分布狀況的研究分析可推測(cè)出對(duì)應(yīng)紗線的力學(xué)性能。方案A和B中，紗體存在包芯結(jié)構(gòu)，有穩(wěn)定位于紗體中心的長(zhǎng)絲，在紗線整體受到拉伸作用時(shí)，位于紗線中心的長(zhǎng)絲不會(huì)因張力作用與短纖維相互擠壓發(fā)生位移，可一直穩(wěn)定承受拉伸力，因此，方案A和B紗線的強(qiáng)伸性能應(yīng)優(yōu)于其他方案，而方案B中紗線有2根長(zhǎng)絲均勻包纏在紗體表面，受到拉伸作用力時(shí)向內(nèi)擠壓短纖維須條，使短纖維間摩擦力增大，可減少纖維間相互滑移，提高紗線強(qiáng)伸性能，因此，推測(cè)方案B的力學(xué)性能會(huì)比方案C和D更佳。方案C和D中，短纖維紗體由2根質(zhì)量不同的長(zhǎng)絲包纏，在拉伸過(guò)程中，長(zhǎng)絲同樣對(duì)紗體中心的短纖維有擠壓作用，提高了短纖維須條的強(qiáng)伸性能，加上長(zhǎng)絲自身優(yōu)良的力學(xué)性能，可使得C和D方案中紗線擁有僅次于方案B的力學(xué)性能。最后2個(gè)方案中，由于長(zhǎng)絲全部由須條的一側(cè)喂入，加捻成紗后長(zhǎng)絲全部集中在表面的一點(diǎn)，即從紗線橫截面看，長(zhǎng)絲位于短纖維構(gòu)成的圓上的一個(gè)點(diǎn)，這使得紗線受到拉伸時(shí)長(zhǎng)絲只從一個(gè)方向擠壓短纖維，對(duì)短纖紗的力學(xué)性能沒(méi)有提高，同時(shí)由于長(zhǎng)絲呈螺旋狀纏繞在紗體表面，對(duì)復(fù)合紗整體的力學(xué)性能貢獻(xiàn)較差，因此，可推測(cè)方案E、F的復(fù)合紗力學(xué)性能為6種方案中最差的。

同樣地，根據(jù)捻度傳遞理論以及長(zhǎng)絲對(duì)短纖維須條毛羽的捕捉作用，可預(yù)測(cè)出成紗毛羽情況。方案A中長(zhǎng)絲全部位于紗體中心，不能改變紗線外層結(jié)構(gòu)，因此，可推測(cè)方案A對(duì)成紗毛羽沒(méi)有改善作用。方案B、C、D中長(zhǎng)絲從兩側(cè)對(duì)須條進(jìn)行包纏，可有效地將須條外層露出的纖維束縛于紗體內(nèi)，減少成紗毛羽，但由于長(zhǎng)絲與須條隔距僅為1 mm，短纖維須條在匯聚點(diǎn)前獲得的捻度有限，纖維排列較松散，自身外露于紗體的毛羽多，因此，可推測(cè)這3種方案對(duì)毛羽減少的效果不及隔距較大的方案。方案E、F中，短纖維須條從前羅拉到匯聚點(diǎn)的距離較大，須條有足夠時(shí)間獲取適量的輕捻，須條內(nèi)的單纖維不會(huì)因受到扭轉(zhuǎn)力的較大影響而橫出紗體形成毛羽，隨后經(jīng)過(guò)匯聚點(diǎn)受到長(zhǎng)絲較緊密的包纏作用，使得部分毛羽被長(zhǎng)絲覆蓋，因此，可推測(cè)這2組方案的成紗毛羽最少。

2 實(shí)驗(yàn)部分

根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)方案及紗線模型，在經(jīng)過(guò)改造后的HFX-A4型環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行紡制，并通過(guò)紗線性能測(cè)試，驗(yàn)證對(duì)6種紗線模型成紗性能的預(yù)測(cè)。

2.1實(shí)驗(yàn)材料

采用定量為5.20 g/10 m的棉粗紗作為外包短纖維須條，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中滌綸(2.44 tex/12 f)長(zhǎng)絲的6種不同喂入位置進(jìn)行環(huán)錠復(fù)合紗實(shí)驗(yàn)，為使長(zhǎng)絲喂入位置精確，達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求，對(duì)原長(zhǎng)絲喂入裝置進(jìn)行改造，使用梳針間隔為1 mm的鋼梳對(duì)長(zhǎng)絲進(jìn)行精確定位，如圖4所示，通過(guò)改變長(zhǎng)絲在梳齒上的位置來(lái)調(diào)整長(zhǎng)絲喂入位置，完成不同方案的實(shí)驗(yàn)，具體紡紗工藝為：細(xì)紗定量55.8 tex；牽伸倍數(shù)10.7；錠速8 000 r/min；前羅拉轉(zhuǎn)速14.3 m/min；捻系數(shù)380。

圖4 長(zhǎng)絲喂入裝置Fig.4 Filament feeding device

2.2紗線測(cè)試

復(fù)合紗紡制完成后在標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室(溫度為(20±2)℃，濕度為(65±2)%)放置48 h進(jìn)行預(yù)調(diào)濕，隨后在此溫濕度條件下對(duì)紗線各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。

采用菲利浦飛納型桌面掃描電子顯微鏡對(duì)紗線表面拍照，以觀察紗線表層結(jié)構(gòu)，放大倍數(shù)為125。

根據(jù)GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定》，使用YG068C全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)試成紗強(qiáng)伸性能。拉伸速度為500 mm /min，夾持距離為500 mm，每管紗測(cè)量20次，最后取平均值。

根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗(yàn)方法 第1部分 電容法》，使用YG133B/M型條干均勻度儀測(cè)試成紗條干，測(cè)試速度為400 m/min，測(cè)試時(shí)間為1 min。

根據(jù)FZ/T 01086—2000《紡織品 紗線毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》，采用YG172A型紗線毛羽測(cè)試儀，測(cè)試片段長(zhǎng)度為10 m，測(cè)試速度為30 m/min。每管紗測(cè)5次，取平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1紗線表觀

紗線表面掃描電鏡照片如圖5所示。由于棉纖維呈帶狀且自帶轉(zhuǎn)曲，長(zhǎng)絲表面光滑細(xì)度均勻，據(jù)此可從電鏡圖上區(qū)分2種組分，以確定長(zhǎng)絲和短纖維在紗體表面的分布。由圖5可見(jiàn)，在復(fù)合紗A表面只存在棉短纖維，未發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)絲，可判斷長(zhǎng)絲被短纖維包覆于其中，符合之前對(duì)方案A紗線結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。在復(fù)合紗B表面可觀察到均勻包纏在短纖維須條表面的長(zhǎng)絲束，相鄰長(zhǎng)絲間距一定，可反映出從左右兩側(cè)相同隔距喂入的長(zhǎng)絲依次包纏在短纖維紗體表面。復(fù)合紗A的表面可看到比復(fù)合紗B單絲數(shù)量更多的絲束，即為實(shí)驗(yàn)方案中從單側(cè)喂入的2根長(zhǎng)絲，包纏的效果好于前者，但長(zhǎng)絲束在紗體表面排列的規(guī)律性差于復(fù)合紗B，復(fù)合紗D的紗線表觀效果與復(fù)合紗C類(lèi)似，在此不再贅述。復(fù)合紗E表面只能觀察到1根較粗的絲束與短纖維須條相互抱合，短纖維數(shù)量少于前面幾種復(fù)合紗，這是由于長(zhǎng)絲喂入隔距較大，部分短纖維未到達(dá)聚合點(diǎn)前被吸風(fēng)口吸走，導(dǎo)致成紗后短纖維較少，同時(shí)3根長(zhǎng)絲抱合后張力較大，此時(shí)再與短纖維加捻抱合，形成了長(zhǎng)絲與短纖維須條相互抱合的紗線結(jié)構(gòu)，使得紗線實(shí)際結(jié)構(gòu)與預(yù)測(cè)略有不同。復(fù)合紗F也呈現(xiàn)同樣結(jié)構(gòu)。

圖5 復(fù)合紗表觀形貌照片F(xiàn)ig.5 SEM images of composite yarns

3.2紗線強(qiáng)力

對(duì)6種復(fù)合紗的強(qiáng)伸性能測(cè)試后取平均值，結(jié)果如表2所示。其中強(qiáng)力最大的為復(fù)合紗B，即1根長(zhǎng)絲作為芯絲，2根分別從2個(gè)方向?qū)Χ汤w維須條進(jìn)行包纏，結(jié)果符合此前對(duì)紗線結(jié)構(gòu)分析及其對(duì)力學(xué)性能的推斷，說(shuō)明同時(shí)擁有包芯和包纏結(jié)構(gòu)可為紗線提供優(yōu)良的力學(xué)性能。復(fù)合紗C、D強(qiáng)力僅次于復(fù)合紗B，好于復(fù)合紗A，可證明長(zhǎng)絲對(duì)短纖維的包纏作用增加了短纖維間的摩擦力，使紗體結(jié)構(gòu)更緊密，進(jìn)而增強(qiáng)了紗線的力學(xué)性能，說(shuō)明在同樣條件下長(zhǎng)絲與短纖維復(fù)合時(shí)，包纏結(jié)構(gòu)可比包芯結(jié)構(gòu)提供更好的強(qiáng)伸性能。復(fù)合紗E、F的強(qiáng)力比預(yù)期值差，為6種方案中最差的，主要原因在于須條與長(zhǎng)絲間距的增大導(dǎo)致部分短纖維被吸走流失，同時(shí)長(zhǎng)絲與短纖維須條呈相互抱合狀態(tài)，而不是此前預(yù)測(cè)的長(zhǎng)絲包纏短纖維須條狀態(tài)，使得短纖維在成紗力學(xué)性能方面貢獻(xiàn)有限，主要由長(zhǎng)絲提供強(qiáng)伸性，最終導(dǎo)致成紗力學(xué)性能較其他方案差。

3.3紗線條干

復(fù)合紗條干測(cè)試結(jié)果如表3所示，其中紗線外層有長(zhǎng)絲從不同位置對(duì)須條進(jìn)行全方位包纏的復(fù)合紗B、C、D條干CV值較小，這主要是因?yàn)槎汤w維須條外面包纏了更細(xì)、更均勻的長(zhǎng)絲，改善了須條條干，復(fù)合紗B、C、D中長(zhǎng)絲均勻包纏的B方案條干最佳，非均勻包纏的C、D次之。復(fù)合紗E、F由于短纖維須條在到達(dá)匯聚點(diǎn)前出現(xiàn)部分纖維流失，而纖維被吸離須條具有不可控性，因此，成紗后出現(xiàn)比其他方案較多的細(xì)節(jié)與棉結(jié)。同時(shí)短纖維須條與長(zhǎng)絲呈抱合狀而非包纏狀，不利于短纖維間的相互轉(zhuǎn)移以形成穩(wěn)定的紗體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致短纖維須條不勻率增大，最終影響成紗條干。復(fù)合紗A表面沒(méi)有長(zhǎng)絲包纏，因此，條干差于紗體表面有長(zhǎng)絲包纏的方案。由于其紗線呈正常的包芯結(jié)構(gòu)，外層短纖維間發(fā)生內(nèi)外轉(zhuǎn)移，加捻抱合，因此，短纖維須條條干狀況正常，略?xún)?yōu)于方案E、F，條干不勻率為6種方案的中間水平。

表2 不同復(fù)合紗強(qiáng)伸性能指標(biāo)Tab.2 Tensile properties of different composite yarns

3.4紗線毛羽

對(duì)6種復(fù)合紗的毛羽測(cè)試后取平均值，結(jié)果如表4所示。從表可見(jiàn)，復(fù)合紗A的總毛羽最多，1～2 mm的短毛羽數(shù)量也為6種復(fù)合紗之最，主要原因?yàn)榧嗴w表面沒(méi)有外部包纏的長(zhǎng)絲，對(duì)紗體表面的毛羽沒(méi)有束縛，使得短纖維在三角區(qū)內(nèi)外轉(zhuǎn)移時(shí)露出紗表面，形成大量毛羽。復(fù)合紗B、C、D的毛羽總量接近，由于外部長(zhǎng)絲的包纏，使得這3個(gè)方案的紗線毛羽都少于方案A，符合此前的預(yù)測(cè)，其中方案B的長(zhǎng)毛羽明顯較其他方案多，是由于長(zhǎng)絲均勻的包纏對(duì)短纖維須條有橫向擠壓作用力，使得在長(zhǎng)絲包纏間隙的短纖維受力后被擠出紗體表面，形成較長(zhǎng)的毛羽，導(dǎo)致方案B的大于或等于3 mm的毛羽數(shù)大于另外2個(gè)方案。復(fù)合紗E、F的毛羽明顯少于其他復(fù)合紗，符合之前對(duì)其毛羽情況的預(yù)測(cè)，但導(dǎo)致其毛羽少的主要原因是長(zhǎng)絲與短纖維須條相互抱合，呈股線狀態(tài)，紗體表面裸露的長(zhǎng)絲面積大于其他復(fù)合紗方案，而長(zhǎng)絲表面光潔，同時(shí)短纖維須條與長(zhǎng)絲匯聚時(shí)的加捻程度也大于其他組復(fù)合紗，須條自身毛羽較少，最終共同導(dǎo)致此方案的毛羽明顯少于其他方案。

表3 復(fù)合紗條干性能Tab.3 Evenness of different composite yarns

表4 復(fù)合紗毛羽指標(biāo)Tab.4 Hairiness of composite yarns 根/10 m

紗線3 mm及以上的毛羽為有害毛羽，因此，一般情況下，以3 mm毛羽根數(shù)為紗線毛羽質(zhì)量主要考量指標(biāo)。從表4可看出，只有包芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合紗A的3 mm毛羽最多，紗體表面有長(zhǎng)絲包纏的復(fù)合紗B、C、D的3 mm毛羽少于方案A，說(shuō)明外部長(zhǎng)絲包纏作用可以束縛紗線外層短纖維，減少紗線表面的有害毛羽。而復(fù)合紗E、F的3 mm毛羽最少，充分說(shuō)明了長(zhǎng)絲與須條間適當(dāng)?shù)母艟嘁约伴L(zhǎng)絲合適的張力更有利于長(zhǎng)絲對(duì)短纖維須條的控制，進(jìn)一步減少了復(fù)合紗的有害毛羽。

4 結(jié) 論

1)當(dāng)長(zhǎng)絲與短纖維復(fù)合方式為長(zhǎng)絲包纏短纖維須條時(shí)，由須條左右兩側(cè)同時(shí)喂入的長(zhǎng)絲比單側(cè)喂入的包纏更能有效束縛短纖維成紗，減少纖維流失，使紗線結(jié)構(gòu)更緊密。當(dāng)長(zhǎng)絲由單側(cè)喂入時(shí)，隨著長(zhǎng)絲與須條隔距增大，以及長(zhǎng)絲張力變大，2種組分間的結(jié)合方式會(huì)由長(zhǎng)絲包纏短纖維向長(zhǎng)絲與短纖維須條相互抱合轉(zhuǎn)變。

2)相比于包芯結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)絲由兩側(cè)對(duì)須條進(jìn)行包纏的紗線結(jié)構(gòu)可為復(fù)合紗提供更好的拉伸性能，同時(shí)改善成紗條干，特別是包芯與兩側(cè)包纏相結(jié)合的復(fù)合紗，在力學(xué)性能與條干指標(biāo)上表現(xiàn)最為突出。而長(zhǎng)絲單側(cè)包纏以及張力過(guò)大則對(duì)成紗力學(xué)性能和條干有不利影響。

3)長(zhǎng)絲與須條間適當(dāng)?shù)奈谷敫艟嘁约伴L(zhǎng)絲合適的張力更有利于長(zhǎng)絲對(duì)短纖維須條的控制，從而減少?gòu)?fù)合紗的有害毛羽。當(dāng)長(zhǎng)絲與須條喂入隔距過(guò)小時(shí)，長(zhǎng)絲雖然從多角度全面包纏短纖維須條，但對(duì)紗線表面毛羽的控制依然不足，成紗后有害毛羽為前者1倍左右。

FZXB

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Influenceoffilamentdistributionpatternonpropertiesofcompositeyarns

WANG Yuanfeng1， FENG Yanfei1， XIA Zhigang1,2

(1.CollegeofTextileScienceandEngineering,WuhanTextileUniversity,Wuhan,Hubei430200，China; 2.StateKeyLaboratoryBaseofNewMaterialsandAdvancedProcessingTechnology,WuhanTextileUniversity,Wuhan，Hubei430200,China)

To analyze the influence of inner structural changes on composite yarn properties during the varied filament composite spinning by changing the filaments and the roving positions, six different structures of composite yarn models were systematically designed and built to analyze and predict the properties of the corresponding yarns. Different structural composite yarns were produced experimentally to verify the composite yarn models. Different composite yarn properties including hairiness, evenness and tensile properties were compared and analyzed. The results show that the composite yarn with filaments wrapping from both sides of the strand has better evenness and higher tenacity than that of yarns with single core-filament spun structure. When the composite yarns has both bilateral wrapping and core-filament structures, an optimized yarn strength and evenness are owned.The increased filament tension and filament-strand spacing could effectively enhance the short fiber control and reduce composite yarn hairiness.

filament composite spinning; yarn structure model; yarn property; filament distribution; bothbilateral wrapping structure

TS 104.7

：A

10.13475/j.fzxb.20160805308

2016-08-24

：2017-03-30

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(51403161)；國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金項(xiàng)目(51325306)

王元峰(1991—)，男，碩士生。主要研究方向?yàn)樾滦图徏喖庸ぜ夹g(shù)。夏治剛，通信作者，E-mail:zhigang_xia1983@hotmail.com。