晏 江， 邱 華

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

環(huán)錠旋流噴嘴紡麻混紡紗的性能

晏 江， 邱 華

(生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122)

為改善麻纖維因自身性能缺陷與傳統(tǒng)紡織工藝局限性所導致的成紗毛羽問題,將旋流噴嘴紡紗技術應用于精細化亞麻/長絨棉/天絲和大麻/棉/粘膠2種混紡紗的紡制，選擇適當?shù)募毤喒に噮?shù)并測試成紗后的主要性能指標。結(jié)果表明：當旋流噴嘴中通入的氣流壓強為0.1 MPa時，亞麻混紡紗的有害毛羽數(shù)量相對于傳統(tǒng)環(huán)錠細紗降低了89.9%，壓強為0.05 MPa時，大麻混紡紗的有害毛羽數(shù)量降低了99%；顯微鏡下2種混紡紗線的紗體結(jié)構(gòu)緊密，纖維排列整齊，紗線表面光潔，大麻混紡紗中的黑色粘膠長絲均勻包裹在紗體表面，使得紗線色澤更為均勻；紗線斷裂強力與條干不勻率稍有降低，但變化不明顯。

亞麻； 大麻； 混紡紗； 旋流噴嘴紡； 毛羽

我國麻類資源豐富，種植地域廣闊，品種繁多，有亞麻、大麻、苧麻、黃麻、紅麻、羅布麻等。亞麻纖維具有吸濕透氣、天然抑菌及抗紫外線等優(yōu)點，其應用涉及許多領域[1-2]。大麻纖維作為重要的紡織原料，具有良好的吸濕性、抑菌性和防紫外線等功能[3]。

國內(nèi)麻類紡紗以濕紡為主，其流程長，對設備要求高，且難以與其他纖維混紡。近年來，有不少研究者用精細化處理后的麻纖維進行棉型化加工，與其他纖維混紡，已得到質(zhì)量較好的高支紗[3-5]，但麻纖維本身存在粗、硬、纖維間不易抱合等缺點，在與其他纖維的混紡過程中，紗線產(chǎn)生毛羽較多，這不僅影響后續(xù)織造效率，也影響最終產(chǎn)品的外觀、手感及舒適性。旋流噴嘴紡紗技術在純棉紗方面的應用已較為成熟，所紡棉紗毛羽少，紗線結(jié)構(gòu)緊密，織物手感豐滿、挺括[6]。旋流噴嘴技術在麻類紗線方面的應用很少，本文研究將其試用于大麻和亞麻混紡紗，運用噴嘴中所通入的壓縮氣流作用重塑紗體結(jié)構(gòu)，改善紗線表面毛羽，一方面提高麻類混紡紗的質(zhì)量，提升產(chǎn)品檔次；另一方面也擴大旋流噴嘴紡紗技術的應用范圍。

1 實驗部分

1.1 原料性能及指標

麻纖維的精細化加工是針對麻類纖維采用棉紡工藝時對纖維可紡性的要求而進行的。通過精細化加工，對麻纖維本身的理化性能進行改進，從多方面提高纖維的紡織加工性能。

亞麻和大麻纖維精細化工藝：先對麻纖維進行除雜和浸酸預處理，接著用高濃度堿(燒堿和純堿)去膠質(zhì)，再做雙氧水漂白，最后用生物酶和化學助劑將膠質(zhì)殘渣處理干凈，將纖維進行開松梳理即可得到精細化亞麻及大麻纖維。

對精細化處理后大麻纖維的性能測試，纖維長度的測量采用手扯法測量單纖維長度100根，取平均數(shù)。纖維線密度采用YG002C型纖維檢測系統(tǒng)測量纖維直徑，通過公式計算纖維線密度

Ntex=ρπ(d/2)2×104

式中：ρ為大麻纖維密度，1.458 g/cm3[7]；d為纖維直徑,cm。纖維斷裂強度和斷裂伸長的測量采用YG001B型單纖維強力測試儀進行測試，預加張力為0.5 cN/tex，夾持距離為20 mm，拉伸速度為 10 mm/min，亞麻和大麻纖維各測試20組，取平均值。精細化大麻及大麻物理性能指標見表1所示。

表1 精細化亞麻和大麻的物理性能Tab.1 Physical properties of refined flax and hemp

1.2 紗線的紡制

1.2.1旋流噴嘴的安裝

前期研發(fā)設計的旋流噴嘴(外觀如圖1所示)，由紗道和氣流通道組成，安裝在CZJF-5型多功能細紗機的前羅拉與導紗鉤之間；紗道平行于紗線運動方向，氣流通道中可通入不同壓強的壓縮空氣[8]。

圖1 旋流噴嘴安裝示意圖Fig.1 Swirl nozzle installation schematic diagram

旋流噴嘴減少毛羽的機制如圖2[8]所示。氣流從氣道CO進入紗道AB，進入紗道后氣流分成2部分分別向紗道的2個出口方向運動，且運動方向均為順時針旋轉(zhuǎn)(從紗線入口方向看)。沿OA運動的部分氣流與紗道軸向運動方向及捻向均相反，對紗體起到一定的開松作用，該區(qū)域稱為解捻區(qū)；另一部分沿OB運動的氣流其軸向運動與旋轉(zhuǎn)運動與紗線運動方向及捻向一致，對紗線起到包裹表面長毛羽作用，稱為加捻區(qū)。

圖2 旋流噴嘴減少毛羽機制圖Fig.2 Mechanism diagram of swirl nozzle on reducing hairiness

解捻區(qū)與加捻區(qū)的共同作用使得紗線表面毛羽減少了[9]。這里需要明確的是解捻區(qū)長度小于加捻區(qū)，因此氣流所起到的解捻作用并非是對紗線完全解捻，而是部分解捻使得紗線中較為雜亂和露出紗體表面較長的纖維充分伸直，以便于在相對較長的重新加捻區(qū)被卷入紗體中重新排列，改善紗體結(jié)構(gòu)。同時，氣流的作用也會吹散少量的短纖維，尤其是壓強較大時會造成紗線中纖維的散失，其散失量與紗線中短纖維含量及所通氣壓值有關，根據(jù)此前對棉紗的實驗，散失量相對較小，但也會影響成紗的強力等性能。

1.2.2紡紗過程中的技術要素

1)旋流噴嘴壓強的選擇。對亞麻和大麻混紡紗分別進行細紗紡紗實驗，紗線成分及規(guī)格如表2所示。所得旋流紡紗線標記為試樣1#和試樣2#，并與普通紡紗線(試樣1與試樣2)作對比，但在實驗前需要確定適合的壓強值，旋流噴嘴所通氣壓較小，則達不到明顯效果；而壓強過大，一是紗線斷頭較多，二是過大的氣流會吹散纖維結(jié)構(gòu)，使得較短的纖維經(jīng)受不住較大的壓強而被吹散出去，造成紗線中纖維損失嚴重。麻類纖維本身存在粗、硬、纖維間抱和力差等特點，氣流的作用也會對紗線的紗體結(jié)構(gòu)造成一定影響，因此要綜合考慮壓強值的優(yōu)選。選取不同壓強作用于試樣1和試樣2，分別測試毛羽指數(shù)，計算有害毛羽(長度大于或等于3 mm的毛羽數(shù)量)指數(shù)，并測試紗線斷裂強力及條干性能。不同壓強下有害毛羽指數(shù)實驗結(jié)果如圖3所示。在確保紗線強力和條干性能符合FZ/T 32004—2009《亞麻棉混紡本色紗線》和FZ/T 32018—2014《精梳大麻棉混紡本色紗》標準中棉/麻混紡紗一等品質(zhì)量要求的條件下，確定2種紗線的最優(yōu)壓強值(壓強值大于0.20 MPa時細紗斷頭率較高，因此只比較小于0.20 MPa的壓強值)，在本文中試樣1#的壓強優(yōu)選為0.10 MPa，試樣2#的壓強優(yōu)選為0.05 MPa。

表2 試樣規(guī)格及參數(shù)Tab.2 Sample specifications and parameters

注：細紗實驗環(huán)境條件為溫度23.6 ℃，相對濕度65%。

圖3 不同壓力下2種紗線的有害毛羽指數(shù)Fig.3 Two kinds of yarn harmful hairinessindex under different pressure

2)適當提高紗線捻系數(shù)。據(jù)以往紡麻類混紡紗的經(jīng)驗，以比同品種純棉紗捻系數(shù)提高 20～30為宜 (具體以實驗條件及紗線線密度而定)，有助于提高紗線強力，減少細紗斷頭。

3)實驗室溫濕度的控制。麻纖維普遍具有吸濕、導濕、散濕快的特點，對溫濕度變化敏感，且強力隨回潮率波動較大，濕度過高或過低時，纖維都容易纏繞羅拉和皮輥，不利于紡紗的順利進行[10]，因此要嚴格控制車間的相對濕度。由于麻纖維強力在濕狀態(tài)下比干狀態(tài)下高，利用空調(diào)和加濕器，調(diào)節(jié)較高的相對濕度，控制在60%～70%較為理想[11]。

1.3 紗線性能測試

1.3.1表面形貌觀察

采用YG002C型纖維檢測系統(tǒng)觀察各紗線的表面形貌，均取放大10倍的紗線縱向圖片進行對比觀察。

1.3.2毛羽測定

采用YG172A型長嶺紗線毛羽測試儀，參照FZ/T 01086—2000 《紡織品毛羽測定方法 投影計數(shù)法》測試。速度設置為30 m/min，片段長度為10 m，測試5管，每管5組。測試條件為：溫度 19 ℃，相對濕度50%。

1.3.3力學性能測定

參照GB/T 3916—1997 《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，采用YG020B型電子單紗強力機，預加張力為0.5 cN/tex，拉伸速度設置為500 mm/min，間隔長度為0.2 m，測試 5管，每管10次。測試：溫度為 19 ℃，相對濕度為50%。

1.3.4條干性能測定

參照GB/T 3292.1—2008《紗線條干不勻 紡織品紗線條干不勻試驗方法 電容法》，采用YG135G型條干儀檢測分機，測試速度設置為400 m/min，時間為1 min，測試5管，每管2次。測試溫度為19 ℃，相對濕度為50%。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 紗線表面形貌

通過光學顯微鏡觀察4種紗線均放大10倍的縱向照片(如圖4所示)。從圖中明顯可看出亞麻及大麻混紡紗在使用旋流噴嘴后紗線表面形貌的變化。

圖4 亞麻及大麻混紡紗的縱向顯微鏡照片(×10)Fig.4 Microscopic photos of flax and hemp blended yarns(×10) (a) Sample 1; (b) Sample 1#; (c) Sample 2; (d) Sample 2#

圖4(a)、(b)分別為普通亞麻混紡紗及經(jīng)過旋流噴嘴作用后的亞麻混紡紗縱向照片。從中可看出，試樣1的普通紗線結(jié)構(gòu)松散、凌亂，表面毛羽多，尤其是長毛羽較多。經(jīng)過環(huán)錠旋流噴嘴中通入的旋轉(zhuǎn)氣流作用后，紗線結(jié)構(gòu)更加緊密，纖維的抱和作用更強，使得紗線稍細于環(huán)錠紗，且紗體表面光潔，無序毛羽較少，紗線線密度均勻度較好。圖4(c)、(d)分別為普通大麻混紡紗及經(jīng)過旋流噴嘴作用后的大麻混紡紗縱向形貌照。除了經(jīng)過旋流噴嘴氣流作用使得紗線結(jié)構(gòu)更加緊密有序，纖維抱和作用更強外，還可以明顯觀察到紗線結(jié)構(gòu)內(nèi)部有幾根浸有黑色原液的粘膠長絲，正由于這幾根有色粘膠長絲的存在使得紗線呈現(xiàn)淺灰色，因此黑色粘膠長絲是否均勻地分布也影響著大麻混紡紗線色澤的均勻性。從圖中可明顯看到，使用旋流噴嘴所紡的紗線結(jié)構(gòu)緊密，黑色粘膠長絲均勻地包裹在紗體外側(cè)，使紗線色澤更加均勻，紗線結(jié)構(gòu)緊密，表面更加光滑，而普通紗體中黑色粘膠長絲凌亂地分布在紗線表面，毛羽較多，紗體結(jié)構(gòu)松散。

2.2 毛羽指數(shù)

實驗所得紗線毛羽測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 亞麻及大麻混紡紗的毛羽指數(shù)Fig.5 Hairiness index of flax(a)and hemp (b) blended yarn

從圖5可看出，使用環(huán)錠旋流噴嘴所紡紗線的有害毛羽指數(shù)大有改善。普通紗中試樣1、2毛羽數(shù)量較多，尤其是試樣2的中長毛羽的數(shù)量。使用旋流噴嘴紡后試樣的有害毛羽數(shù)量明顯減少，通過對測試結(jié)果的統(tǒng)計，試樣1#經(jīng)過旋流噴嘴紡紗后紗線有害毛羽數(shù)量減少了89.9%，試樣2#減少了99%。這是由于噴嘴中所通入的壓縮空氣氣流對紗線起到解捻—重新伸直排列—再加捻的作用，這一作用也使得部分較短的纖維被吹散出去，剩下的較長纖維重新包裹在紗體中，使紗線結(jié)構(gòu)更加緊密，抱和力更強，而表面短絨則較少。試樣1#對于有害毛羽的去除效果明顯，但輕微增多了1 mm長的毛羽數(shù)量，這是由于試樣1#比試樣2#所選用的壓強值更大，在對紗線進行再加捻的過程中，較大的壓強雖能更好地將長毛羽包裹在紗體里，但也易使紗體表面部分短纖維豎起。后序織造過程中，短毛羽不僅不會造成不良影響，還使得成布具有較好的手感。試樣2#相較于試樣2則大大降低了各長度毛羽指數(shù)。

2.3 條干與力學性能

紗線在紡織品加工及使用過程中會承受外力作用，這就要求紗線具有一定的力學性能，以保證后續(xù)織造及紡織成品使用過程的順利。紗線的條干均勻度也是影響成布外觀質(zhì)量的重要因素。表3示出混紡紗的CV值及力學性能測試結(jié)果。

表3 亞麻及大麻混紡紗的CV值及拉伸力學性能Tab.3 CV value and mechanical properties of flax and hemp blended yarns

從表3可看出，對于試樣1#及試樣2#，使用環(huán)錠旋流噴嘴技術所紡的紗線輕微增加了原紗線的條干不勻并降低了紗線的斷裂強力，但差異并不明顯，仍然符合FZ/T 32004—2009和FZ/T 32018—2014標準中棉麻混紡紗一等品質(zhì)量要求。原料精細化的效果、前織工藝參數(shù)設置及粗紗條干均勻度都會影響成紗的條干，調(diào)整適當?shù)墓に噮?shù)可使條干的惡化降到最低。由圖4可知，旋流紡紗線的結(jié)構(gòu)更加緊密，纖維抱和作用更強，因此強力值應該更大，而測試結(jié)果顯示斷裂強力及伸長均有輕微降低，這是由于旋流噴嘴中通入的壓縮氣流在重塑紗線結(jié)構(gòu)的同時也會吹散小部分較短纖維，引起紗線中纖維數(shù)量的散失，即使結(jié)構(gòu)更加緊密，橫截面中纖維數(shù)量的減少也會造成強力的下降。由于紗線的線密度有所降低，因此紗線強力也稍有降低，紗線強度的變化還有待研究。斷裂伸長的降低是因為紗線結(jié)構(gòu)更加緊密，使得纖維的相對滑移較為困難，但差異不明顯，沒有太大影響，通過實驗參數(shù)的優(yōu)化可使力學性能損失降到最低。

3 結(jié) 論

將亞麻與大麻纖維經(jīng)過精細化加工后，與棉、粘膠纖維混紡，在安裝旋流噴嘴的環(huán)錠細紗機設備上進行實驗，測試所得混紡紗性能，得到如下結(jié)論。

1)經(jīng)過旋流噴嘴作用，亞麻/棉和大麻/棉混紡紗線的表面更加光潔，紗體結(jié)構(gòu)更加緊密，纖維抱和作用更強。對于大麻/棉混紡紗而言，黑色粘膠長絲的分布更加均勻，使紗線呈色更好。

2)經(jīng)過旋流噴嘴作用，亞麻/棉和大麻/棉混紡紗的毛羽指數(shù)均大大降低，特別是3 mm以上的有害毛羽數(shù)量，分別減少了89.9%和99%。

3)經(jīng)過旋流噴嘴作用，亞麻/棉和大麻/棉混紡紗的條干與斷裂強力稍有惡化，但仍達到棉麻一等品的性能要求，且差異并不明顯，可以通過調(diào)整工藝參數(shù)使強力及條干損失降到最低。

運用旋流噴嘴紡紗技術所生產(chǎn)的亞麻及大麻混紡紗線性能優(yōu)異，短絨率低，紗線結(jié)構(gòu)緊密，通過嚴格控制車間溫濕度，合理調(diào)整工藝參數(shù)，可使旋流噴嘴紡紗技術更好地發(fā)揮優(yōu)勢；擴大了麻纖維的應用范圍，提升了產(chǎn)品檔次，同時也使得旋流噴嘴紡紗技術的應用更加廣泛。然而所造成的纖維散失問題還有待進一步解決。

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Performanceofflaxandhempblendedyarnbasedonswirlnozzlespinning

YAN Jiang， QIU Hua

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to solve the problem on yarn hairiness caused by hemp′s and flax′s self performance and the restriction of conventional textile technology, this paper applied swirl nozzle spinning technology in the spinning process of refined flax/long stapled cotton/tencel and refined hemp/cotton/viscose blended yarns, then chose the proper spinning parameters and tested the main performance of the yarns. The results show that the hairiness index of swirl nozzle flax blended yarn is reduced by 89.9% when the air pressure in the vortex nozzle is 0.01 MPa, and the hairiness index of hemp blended yarn is reduced by 99% when the air pressure is 0.05 MPa. Two kinds of blended yarns have closer body, neat rows of fibers and cleaning surface, the yarns are wrapped by black viscose filaments uniformly, which makes the yarn color more even. Yarn breaking strength and the uneven value slightly lower, but the change is not obvious.

flax; hemp; blended yarn; swirl nozzle spinning; hairiness

TS 114

A

10.13475/j.fzxb.20161002306

2016-10-11

2017-06-09

教育部自主科研重點項目(JUSRP51301A)；江蘇省產(chǎn)學研項目(BY2016022-14)

晏江(1992—)女，碩士生。主要研究方向為麻纖維的加工技術及其織物的性能。邱華，通信作者，E-amil: qiuhua@jiangnan.edu.cn。