武文正，張玉澤，萬賢福，汪 軍

(東華大學，上海 201620)

1 牛角瓜纖維性能

牛角瓜纖維是一種冠毛纖維，從牛角瓜果實中脫籽所得，主要由纖維素、半纖維素和木質素等組成。該纖維與木棉纖維形態(tài)結構相似，擁有圓柱狀的縱向外觀，表面十分光滑，無明顯轉曲，纖維間橫向聯(lián)系少，抱合作用弱；此外，該纖維梢端偏細，頂端封閉，中段偏粗，末端開口，纖維橫截面為圓形或橢圓形,為中空度高達80%～90%的管壁結構，保暖性良好[1]。該纖維強度較棉纖維低，但比木棉纖維高，剛性大，易脆斷；回潮率較棉纖維和木棉纖維高，吸濕性好；結晶度較木棉纖維高，但比棉纖維低[2]。牛角瓜纖維光澤柔和，手感滑糯柔軟，抗菌性良好，可生產口罩、手術服、內衣內褲和醫(yī)用紗布等紡織品；由于其相對密度小、中空度高，也適合開發(fā)輕薄且保暖性好的服裝面料[3]。

牛角瓜纖維性能指標：線密度為1.06 dtex，斷裂強度為3.29 cN/dtex，平均長度為32.88 mm，斷裂伸長率為2.39%，回潮率為13.75%。該纖維相關性能測試方法可參照文獻[4]。

2 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗工藝

牛角瓜纖維剛性大，易脆斷，在開松、混和過程中機械打手使其物理性能受到較大損傷，因此預先采用手工除雜和開松，以減少牛角瓜纖維因機械開松而造成的損傷。由于牛角瓜纖維無轉曲，表面過于光滑，使得纖維間扭轉抱合力小，可采用轉杯并合凝聚工藝，制得一定量的纖維條，再進入下道工序。具體工藝流程如下：SX01型試驗纖維成條儀→DHU型并條試驗機→DHU-C01型粗紗試驗機→DHU-X01型多功能細紗試驗機。

2.1 梳理工序

牛角瓜纖維易脆斷，纖維間抱合力小，采用普通梳棉機梳理時飛花、落塵嚴重，纖維網易破裂。選用利用轉杯紡原理和結構設計的SX01型試驗纖維成條儀，喂入機構將纖維喂入刺輥后轉移到分梳腔內，分梳輥將其分梳成單纖維，通過離心力作用排除纖維雜質，在負壓作用下纖維排列、拉直并被輸送到大轉杯的凝聚槽內，轉杯高速旋轉使纖維并合凝聚，形成長度為1 m的纖維條。在此過程中，纖維始終處于封閉環(huán)境內，減少了飛花落塵，且生條條干均勻，不易出現(xiàn)爛條。轉杯轉速越快，纖維的并合凝聚效果越好，但較小的分梳輥轉速能減小纖維損傷，因此宜采用“分梳輥小轉速、轉杯大轉速”的工藝原則。梳理工序主要工藝配置：喂入速度為0.25 m/min，刺輥轉速為30 r/min，分梳輥轉速為2 kr/min，轉杯轉速為4 kr/min，工藝負壓為0.7 kPa，生條定量為20 g/(5 m)。

2.2 并條工序

牛角瓜纖維表面摩擦因數(shù)低，纖維間抱合差，牽伸時纖維難以控制，牽伸次數(shù)過多易造成熟條條干惡化，因此采用順牽伸2道并合，以提高纖維的伸直度，改善成紗強力[5]。在并條工序中纖維纏繞膠輥和羅拉的問題較為突出，這可能是由于纖維間摩擦作用弱，纖維回潮率和含糖量高，生條本身比較蓬松所致；通過降低牽伸倍數(shù)和并條速度，調整車間溫、濕度，使得生條纏膠輥和羅拉問題明顯減少。調整后并條工序的工藝配置見表1。

表1 并條工序的工藝配置

項目工藝參數(shù)頭道并條末道并條并合數(shù)/根33總牽伸倍數(shù)2.703.66后區(qū)牽伸倍數(shù)1.081.22并條速度/(m·min-1)180180羅拉中心距/mm55×5955×59輸出定量/[g·(5 m)-1]22.218.2

2.3 粗紗工序

牛角瓜纖維之間抱合力較差，粗紗工序應遵循“低速度、輕定量、大捻度”的工藝原則[6]。降低錠翼速度，可有效降低卷繞成形時的粗紗張力，減少粗紗斷頭；粗紗定量應適當，以減小細紗工序的牽伸負荷。粗紗工序主要工藝配置：粗紗捻系數(shù)為135，粗紗定量為5 g/(10 m)，錠速為300 r/min，羅拉中心距為40 mm×55 mm×52 mm，總牽伸倍數(shù)為7.3。

2.4 細紗工序

細紗工序應遵循“低速度、大捻度、小牽伸”的工藝原則，有利于減少細紗斷頭，提高成紗條干質量，保持紗線性能的穩(wěn)定。細紗工序主要工藝配置：細紗捻系數(shù)為365，錠速為4 kr/min，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.05，上下銷鉗口隔距為4.5 mm，羅拉中心距為45 mm×55 mm，細紗號數(shù)為36.4 tex。

3 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗性能測試

將牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗置于恒溫恒濕環(huán)境下，調濕平衡24 h后進行性能測試，測試環(huán)境溫度為20 ℃±2 ℃，相對濕度為65%±3%。紗線強伸試驗使用XL-1A型紗線強伸度儀，夾持長度為500 mm，拉伸速度為250 mm/min，預加張力為18.2 cN，測試50次，結果取平均值；紗線條干不勻測試采用YG135G型條干均勻度測試分析儀，測試時間為1 min，測試速度為100 m/min，測試3次，取平均值；紗線毛羽試驗使用YG172A型紗線毛羽測試儀，片段長度為10 m，測試速度為30 m/min，預加張力為18.2 cN，測試10次，取3 mm以上毛羽指數(shù)的算術平均值。表2為牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗性能測試結果。

表2 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗性能測試結果

項目斷裂強度/(cN·tex-1)斷裂強度CV/%斷裂伸長率/%條干CV/%細節(jié)/(個·km-1)粗節(jié)/(個·km-1)毛羽/(根·m-1)測值10.811.404.621.2624010062.78

從表2可以看出：① 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗斷裂強度低，主要是因為牛角瓜纖維本身斷裂強度低，纖維表面光滑，摩擦因數(shù)小，紗線斷裂時纖維滑移的比例高、斷裂的比例??；② 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗條干CV值較大，是因為牛角瓜纖維之間摩擦作用弱，牽伸區(qū)中的纖維運動難以控制，導致牽伸時纖維變速點分散，易形成較多粗節(jié)和細節(jié)；③ 牛角瓜纖維純紡環(huán)錠紗毛羽較多，主要是因為牛角瓜纖維剛性大，伸直度高，易脆斷形成短絨，不易被包纏在紗線里。

4 基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡工藝

針對牛角瓜纖維純紡紗斷裂強度偏低、條干均勻度差、毛羽較多等問題，筆者采用賽絡紡、集聚紡、集聚賽絡紡等多種新型紡紗方法，對紡紗工藝進行優(yōu)化改進，以改善其成紗性能。

4.1 賽絡紡

賽絡紡是將兩根粗紗按照一定距離平行連續(xù)地喂入環(huán)錠細紗機的牽伸區(qū)，經牽伸后由前羅拉輸出兩根單紗須條，分別初步加捻后匯聚進一步加捻形成紗線。由于賽絡紡是兩根粗紗同時被牽伸后匯聚加捻為一根紗線，根據(jù)并合理論，賽絡紡工藝的成紗條干得到改善，粗細節(jié)明顯減少。為減小細紗工序牽伸負荷，梳理工序生條定量改為10 g/(5 m)，并條、粗紗工序與環(huán)錠紡相同，粗紗定量為環(huán)錠紡粗紗定量的1/2，即2.5 g/(10 m)，喂入喇叭口中心距為5 mm。

4.2 集聚紡

集聚紡是在環(huán)錠細紗機前羅拉鉗口前增加一個纖維集聚裝置，通過對須條的收縮和聚合作用，使得紡紗加捻三角區(qū)基本消除。纖維須條由前羅拉鉗口輸出后，先通過套在異形吸風管(表面有雙槽)外面的網眼膠圈，在異形吸風管氣流的作用下，使須條收縮、聚合、轉動，逐漸從扁平狀匯聚為圓柱體；紗體中的纖維頭端均被捻入紗線內，紗線表面光潔、毛羽指數(shù)明顯減少，紗線結構更加緊密。異形吸風管負壓為2 kPa，其它工序的工藝參數(shù)與環(huán)錠紡相同。

4.3 集聚賽絡紡

集聚賽絡紡是一種結合集聚紡與賽絡紡技術的新型紡紗方法[7]。在環(huán)錠細紗機上，兩根粗紗按照一定的距離經雙喇叭口平行、連續(xù)喂入牽伸區(qū)，纖維須條從前羅拉鉗口通過套在異形吸風管(表面有雙槽)外面的網眼膠圈后，受異形吸風管中負壓氣流的作用，兩根須條被吸附在網眼膠圈表面對應雙槽的位置，同時在氣流的作用下收縮集聚，之后須條經過加捻，成為類似股線結構、表面光潔的緊密賽絡紗[8]。其工藝配置：生條定量為10 g/(5 m)，粗紗定量為2.5 g/(10 m)，喂入喇叭口中心距為5 mm，異形吸風管負壓為2 kPa，其它工序的工藝參數(shù)與環(huán)錠紡相同。

5 基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡紗性能測試

基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡36.4 tex紗性能測試結果對比見表3。對比表2與表3可以看出：

表3 基于新型紡紗方法的牛角瓜纖維純紡36.4 tex紗測試結果對比

紡紗方法斷裂強度/(cN·tex-1)斷裂強度CV/%斷裂伸長率/%條干CV/%細節(jié)/(個·km-1)粗節(jié)/(個·km-1)毛羽/(根·m-1)賽絡紡10.97.304.618.745011045.62集聚紡10.98.907.121.921601409.62集聚賽絡紡11.17.106.816.4410207.40

a) 與環(huán)錠紗相比，新型紡紗方法所紡紗線斷裂強度略有提高，這是因為賽絡紡加捻過程中纖維內、外轉移程度小，成紗后纖維排列規(guī)律；賽絡紗細節(jié)少有利于增加紗線強力。緊密紗中纖維的伸直平行度優(yōu)于環(huán)錠紗，受外力拉伸時紗線中纖維受力方向一致性更好，且纖維排列緊密，相互間抱合作用增強，紗線強力比環(huán)錠紗略高。而緊密賽絡紗則結合了緊密紗與賽絡紗的優(yōu)點。

b) 與環(huán)錠紗相比，賽絡紗和緊密賽絡紗的條干不勻指標得到改善，粗、細節(jié)大幅減少，條干不勻指標無明顯改善。

c) 3種新型紡紗方法所紡紗線毛羽均有所減少，其中緊密紗和緊密賽絡紗的毛羽大幅減少，這是由于加捻前須條受負壓氣流的作用而集聚、轉動，紗線中單纖維得到充分伸直、排列更加緊密，纖維間平行度提高，毛羽伸出紗條主體的數(shù)量大幅減少，所以成紗毛羽很少，特別是3 mm以上的有害毛羽極少。賽絡紡紗條從前羅拉鉗口輸出后，兩根弱捻紗條相互為中心，卷繞加捻成一根紗，在卷繞過程中伸出紗條主體的毛羽被卷進紗線主體中，所以賽絡紗的毛羽量也有所減少。

6 結語

通過對牛角瓜纖維純紡紗工藝的探索和優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)利用轉杯紡原理和結構設計的SX01型試驗纖維成條儀并合凝聚牛角瓜纖維，可使牛角瓜纖維順利成條，改善牛角瓜纖維的可紡性；通過降低車速，調整車間溫、濕度，纖維繞膠輥和羅拉問題明顯減少；通過環(huán)錠紗、賽絡紗、緊密紗、緊密賽絡紗性能對比發(fā)現(xiàn)，賽絡紡可以明顯改善紗線條干，集聚紡有效減少紗線毛羽，集聚賽絡紡對紗線毛羽和條干都有明顯地改善，且賽絡紡、集聚紡和賽絡集聚紡都可使紗線斷裂強度略有提高。