許 多， 衛(wèi) 江， 梅劍香， 張心伶， 張又青， 徐衛(wèi)林， 劉可帥

(1. 武漢紡織大學 新型紡織材料綠色加工及其功能化教育部重點實驗室， 湖北 武漢 430073； 2. 武漢裕大華紡織服裝集團有限公司， 湖北 武漢 430415； 3. 湖北省纖維檢驗局， 湖北 武漢 433100；4. 香港德永佳集團有限公司， 廣東 東莞 523138)

粘膠纖維是一種再生纖維素纖維，其紡制的紗線和織物由于價格便宜、服用性能良好受到人們的普遍歡迎[1]。粘膠強捻紗在粘膠纖維吸濕性強、舒適性好的基礎上，通過加強捻的方式來提高粘膠纖維紗線的強力，解決織造困難的問題，但在環(huán)錠紡粘膠強捻紗實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)毛羽過多、條干不勻，捻縮過大等問題，均會嚴重影響后期織造[2]。粘膠纖維織造時產(chǎn)生紗線糾纏，開口不清，易斷頭等問題，使得到的織物強力差，密度不勻，透氣透濕性不良，起毛起球差等。張紅梅[3]探討了粘膠強捻紗的關(guān)鍵工藝，認為粘膠強捻紗存在紗線需要定捻，其織物疵點易暴露的問題；陳玉峰[4]發(fā)現(xiàn)粘膠強捻紗紡制時易吸濕引起纖維損傷，從而導致紗線不勻，其織物出現(xiàn)疵點；楊敏等[5]在生產(chǎn)線密度為19.6 tex粘膠強捻紗時發(fā)現(xiàn)紗線存在強力低、易脆斷的現(xiàn)象。

為得到質(zhì)量更好的紗線以及性能更優(yōu)良的面料，研究者通過不同的紡紗技術(shù)來探究紗線和面料性能的改善：馬芹等[6]通過對比緊密紡織物和環(huán)錠紡織物的拉伸性、耐磨性、透氣性、抗皺性、抗起毛起球性發(fā)現(xiàn)，緊密紡織物除吸濕性較差外，其他服用性能均明顯優(yōu)于普通環(huán)錠紡織物；申美麗等[7]探究了全聚紡紗線及其織物的性能，包括紗線的毛羽、條干和單紗強力，以及織物的斷裂強力、耐磨性、透氣性、芯吸性、抗起毛起球性等，全聚紡紗線可有效改善紗線質(zhì)量，其機織物的各項性能也優(yōu)于環(huán)錠紡織物；胡革明等[8]對比了噴氣渦流紡與環(huán)錠紡紗線及織物性能認為，噴氣渦流紡織物毛羽較少，織物光滑整潔，綜合性能優(yōu)良，但其織物強力遠不及環(huán)錠紡織物。這幾種紡紗方法還不能有效處理當前粘膠強捻紗和其織物存在的問題。

針對傳統(tǒng)環(huán)錠紗所紡的粘膠強捻紗的毛羽、條干和強力，以及后期織造的織物拉伸強力、透氣透濕、抗起毛起球等存在的一系列問題，本文提出采用改善纖維成紗性能的柔潔紡技術(shù)，采取對照性紡紗實驗對比其成紗質(zhì)量，基于紡出的紗線進行織造，且對織物進行了測試與分析，探究其對粘膠強捻紗紗線及織物性能的改善。

1 柔潔紡粘膠纖維成紗理論

柔潔紡模型圖如圖1所示。柔潔紡加工技術(shù)的關(guān)鍵是在紗線的加捻三角區(qū)位置安裝1個柔順光潔裝置。

圖1 柔潔紡模型圖

柔順光潔裝置表面具有高溫熨燙區(qū)，對高速轉(zhuǎn)移狀態(tài)下的紗條在線加熱熨燙，同時柔順光潔裝置還對紗條產(chǎn)生一個握持力[9]。粘膠纖維在與柔順光潔高溫熨燙面接觸時，粘膠纖維達到玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，纖維剛性大大降低，柔性增加使纖維在加捻時受控能力增強，減少了不受控制區(qū)域中纖維毛羽的產(chǎn)生。同時柔度的增加減少了纖維間的相對滑移，保證了粘膠纖維紗條之間的抱合[10]。柔順光潔裝置對紗條的撫順式握持也改善了紗線的結(jié)構(gòu)，未能卷入紗線本體而裸露在外的纖維因為熨燙軟化，并在新握持點加持下通過加捻扭力重新卷入紗線本體，使紗線內(nèi)部纖維充分轉(zhuǎn)移，有效減少紗線毛羽的產(chǎn)生[11]。

柔潔紡截面模型受力分析如圖2所示。柔潔紡光滑熨燙面上，紗條受熨燙面積公式為

式中：S為紗條受熨燙面積，mm2；rf為紗條在熨燙面的接觸面寬度，mm；rs為光滑熨燙面半徑，mm；θ為光滑熨燙面夾角，(°)。

圖2 柔潔紡截面模型受力分析圖

紗線半徑越大所受熨燙面積越大，對紗線的柔順處理效果越明顯。其中紗線的力學方程可以得到[12-13]：

式中：M0為纖維的最大彎曲動量，N·m2；L為伸出紗線主干的纖維長度，mm；Fs為熨燙表面壓力，N；σmax為纖維彎曲支點O的最大彎曲應力，Pa；Wz為纖維彎曲模量，Pa。

整理上述方程可得：

2 實驗部分

2.1 粘膠強捻紗紗線制備

為初步探究與分析柔潔紡對粘膠強捻紗線性能的改善，將柔潔紡粘膠強捻紗和傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠強捻紗性能進行對比。實驗中的粘膠粗紗由長度為38 mm，線密度為1.2 dtex，強度為2.29 cN/dtex的粘膠纖維制成。

在JWFA1520型細紗機上選取相同6錠分別紡制線密度為19.7 tex的柔潔紡和傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠強捻紗紗線，每錠紡制5組管紗。再由No21C-S型絡筒機絡紗得到筒紗。其中細紗機工藝參數(shù)設置為：錠速16 000 r/min，粗紗線密度 800 tex，細紗線密度19.7 tex，前羅拉速度 130 r/min，隔矩塊3.0 mm，捻度150捻/(10 cm)，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.13。絡筒機參數(shù)設置為：絡筒速度 1 200 m/min，鋼絲圈型號W321-40，鋼領型號PG1-4054。

2.2 粘膠強捻紗紗線性能測試

2.2.1 紗線毛羽測試

根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗 線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，使用YG172型毛羽測試儀測試紗線毛羽，測試速度為30 m/min，測試片段長度為10 m。每種試樣測試10組，取平均值。

2.2.2 紗線條干測試

根據(jù) GB/T 3292. 1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法 第1部分:電容法》，使用USTER TESTER5型烏斯特條干儀測試紗線條干，測試速度為400 m/min，測試時間為1 min，每種試樣測試 5組，取平均值。

2.2.3 紗線強力測試

根據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗 線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，使用YG063c型單紗強力儀測試單紗強力，拉伸速度為 500 mm/min，測試時間為1 min，每種試樣測試 20組，取平均值。

2.2.4 紗線表觀結(jié)構(gòu)測試

使用JEOL JSM-5800型掃描電鏡儀對粘膠纖維紗線的表觀形態(tài)結(jié)構(gòu)進行拍攝記錄，根據(jù)SEM圖像計算毛羽化指數(shù)。其纖維毛羽化公式為

式中：H為纖維毛羽化百分比，%；nh為伸出紗線主干的纖維根數(shù)；nt為紗線中纖維總根數(shù)。

2.2.5 紗線捻縮率測試

使用Y331 N型紗線捻度儀，采用直接退捻法，設置紗線間距為250 mm，測試紗線的退捻長度，計算其捻縮率，每塊試樣測試5組，取平均值。捻縮率計算公式為

式中：μ為捻縮率，%；L1為紗線加捻前長度，mm；L2為紗線加捻后長度，mm。

2.2.6 紗線化學結(jié)構(gòu)測試

采用Nicolet NEXUS670型傅里葉紅外光譜儀測試紗線的化學結(jié)構(gòu)，測量范圍為4 000～500 cm-1，掃描次數(shù)為64。

2.3 粘膠強捻紗機織物制備

粘膠強捻紗織物采用機織方式，該品種織物經(jīng)紗采用線密度為133.3 dtex粘膠長絲，緯紗采用線密度為19.7 tex的粘膠強捻紗，采用Z型引緯方式。由于機織物的紗線質(zhì)量決定了其織物面料的性能優(yōu)劣，因此，分別采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡和柔潔紡紡制的粘膠強捻紗紗線在K88型劍桿織機上進行織造，織物采用平紋組織結(jié)構(gòu)，平紋組織可更好地判斷2種紡紗技術(shù)對其織物性能的影響。其中織物的規(guī)格如表1所示。

表1 粘膠強捻紗機織物工藝參數(shù)

2.4 粘膠強捻紗機織物性能測試

2.4.1 織物強力測試

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，采用YG(B)026-250型電子織物強力機測試織物強力，拉伸速度為200 mm/min，測試時間為1 min。每組樣品緯向各測試5組，取平均值。

2.4.2 織物撕破性能測試

根據(jù)GB/T 3917.1—2009《紡織品織物撕破性能 第1部分：沖擊擺錘法撕破強力的測定》，采用YG033 A型落錘式撕裂儀測試織物撕破性能。撕裂強力范圍選擇B級(32 N)砝碼，每種織物沿經(jīng)向各測10次，取其平均值。

2.4.3 織物頂破性能測試

根據(jù)GB/T19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》，采用YG02011型彈子式頂破儀測試織物頂破性能。選用球型頂桿的直徑為25 mm，以300 mm/min速度測試1 min。同一樣品織物取其不同部位重復測試10組，取平均值。

2.4.4 織物透氣性測試

根據(jù) GB/T 5453—1997《紡織品 織物透氣性的測定》，采用YG461E-III型全自動透氣量儀測試織物透氣性。測試壓差為100 Pa，試樣面積為20 cm2。每組織物取不同位置測試10次，取平均值。

2.4.5 織物透濕性測試

根據(jù)GB/T 12704.1—2009《紡織品 織物透濕性試驗方法 第1部分:吸濕法》，采用YG601H型電腦型織物透濕儀測試各織物的透濕性。采用蒸發(fā)法，溫度為38 ℃，相對濕度為50%，氣流速度為 0.5 m/s，將6個透濕杯放置織物不同部位進行測試，取6組實驗結(jié)果平均值。

2.4.6 織物毛細效應測試

參照 FZ/T 01071—2008《紡織品毛細效應試驗方法》，采用YG(B)871型毛細管效應測試儀測試織物毛細效應。沿緯向剪成寬為2.5 cm、長為25 cm的布條，記錄15和30 min時水跡沿布條潤濕上升的高度。相同溫濕度條件下，同一織物取不同位置重復測試 3組，取平均值。其中最大芯吸高度h計算公式[14]為：

式中：d為空隙等效直徑，mm；p為溶液的密度，g/mL；g為重力加速度，m/s2；a為界面之間張力，mN/m；θ為織物與液面之間接觸角，(°)。

2.4.7 織物厚度測試

根據(jù)GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》，采用YG141 L型織物厚度儀測量織物厚度。取相同織物的不同部分進行測量，測試5組數(shù)據(jù)取平均值。

2.4.8 織物硬挺度測試

按照GB/T 18318—2001 《紡織品 織物彎曲長度的測定》，采用YG207型電子硬挺度儀測試織物硬挺度。設置傾斜角度為41.5°，試樣尺寸為長 250 mm、寬 25 mm。同一織物選緯向不同部位測試5次，取平均值?？椢飭挝粚挾鹊目箯澢鷦偠菺(cN·cm) 的計算公式為

式中：Lc為彎曲長度，mm；Ls為伸出長度，mm；a為織物面密度，g/m2。

2.4.9 織物抗起毛起球性測試

參照 GB/T 4802. 2—2008《紡織品 織物起球試驗 馬丁代爾法》，采用YG401型平磨儀和起毛起球評級箱測試織物抗起毛起球性。設定實驗參數(shù)為：磨臺轉(zhuǎn)動次數(shù)5 000次，試樣直徑30 mm，重錘質(zhì)量 395 g。實驗完畢后將式樣取下放入評級箱內(nèi)進行評級。以最相近的0.5級標準來確定試樣的起球等級，記錄5塊試樣的平均值。

3 結(jié)果分析

3.1 強捻紗紗線性能及其結(jié)構(gòu)分析

表2示出粘膠強捻紗線基本性能?？梢?，柔潔紡粘膠強捻紗管紗毛羽較傳統(tǒng)環(huán)錠紡減少了73.9%，其筒紗毛羽較傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠強捻紗降低50.2%，柔潔紡毛羽CV值偏大，其原因在于實驗中6錠間紗線穿過熨燙面的張力存在差異，導致其接觸面對毛羽降低的效果有所不同，毛羽改善幅度有所波動，整體看柔潔紡對粘膠強捻紗毛羽改善是顯著的。同時筒紗的毛羽降低率不及管紗，可能是由于絡筒時紗線摩擦再次產(chǎn)生毛羽[15]。

表2 粘膠強捻紗線基本性能

較傳統(tǒng)環(huán)錠紡，柔潔紡粘膠強捻紗管紗強力提高8.6%，伸長率提高10.0%，其筒紗強力提高6.0%，伸長率提高2.4%。柔潔紡對紗線強力及伸長性能提升顯著，但經(jīng)過絡筒后提升效果有所降低。條干方面性能的提升也很顯著，柔潔紡粘膠筒紗條干不勻率較傳統(tǒng)環(huán)錠紡降低6.6%，筒紗條干降低4.2%，柔潔紡粘膠棉結(jié)方面性能改善也顯著。證實了柔潔紡技術(shù)對粘膠強捻紗毛羽、斷裂強力、伸長率和條干均勻度有明顯改善。

粘膠強捻紗表觀結(jié)構(gòu)如圖3所示?？梢钥闯觯谙嗤婄R倍數(shù)下，柔潔紡粘膠強捻紗較傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠強捻紗主體部分稍細，并且周圍的毛羽較傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線明顯減少，紗線排列更加緊密，伸出紗線主體部分少，柔潔紡粘膠紗線中纖維抱合力強，纖維間的相互滑移減少，因此可判斷，柔潔紡處理后的紗線結(jié)構(gòu)更加緊密，排列有序，紗線表面更加光潔柔順。

根據(jù)SEM圖像和纖維毛羽化百分比公式可得：傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠強捻紗纖維毛羽化百分比為24.5%，柔潔紡粘膠強捻紗纖維毛羽化百分比為3.1%。柔潔紡粘膠強捻紗紗線主干緊密，幾乎未有纖維毛羽伸出，紗體表面光滑致密。

圖4示出環(huán)錠紡和柔潔紡粘膠強捻紗紅外光譜圖?？芍釢嵓徴衬z強捻紗在3 500～3 300 cm-1處有明顯的吸收波峰強度減小，此處波峰對應著粘膠纖維中的水分，可見柔潔紡紗線經(jīng)高溫熨燙后粘膠纖維水分減少，纖維大分子間氫鍵的結(jié)合力反而增強，單根纖維間的結(jié)合力增強也對紗線的性能有著微妙的提升[13]。

圖4 環(huán)錠紡和柔潔紡粘膠強捻紗紅外光譜

圖5示出環(huán)錠紡與柔潔紡粘膠強捻紗捻縮性能?？芍?，經(jīng)柔潔紡高溫熨燙撫順握持后，粘膠強捻紗的捻縮率有明顯降低，由6.7%降到了3.8%，說明柔潔紡處理對粘膠強捻紗可起到定捻的作用。由于強捻紗捻度高，捻縮要明顯高于普通捻度的粘膠紗線，因此，環(huán)錠紡粘膠紗線成紗后還要經(jīng)過蒸紗定捻的工序來減少捻縮。然而柔潔紡技術(shù)可通過裝置的熱濕處理從而達到對紗線的直接定捻，減少了蒸紗工序，節(jié)省了成本提升提高了工作效率。

圖5 環(huán)錠紡與柔潔紡粘膠強捻紗退捻長度測試結(jié)果

3.2 織物強伸性能分析

表3示出不同粘膠織物拉伸強力、撕裂強力和頂破強力測試結(jié)果。可知，柔潔紡粘膠強捻紗織物的強力性能優(yōu)于環(huán)錠紡粘膠織物。柔潔紡所紡的粘膠纖維紗線經(jīng)柔順光潔裝置處理及握持點紗線聚合使纖維間相互滑移減小，紗線抱合緊密，單紗纖維強力利用率提高。同時柔潔紡粘膠織物的伸長率也高于環(huán)錠紡粘膠織物，說明柔潔紡粘膠紗線高溫熨燙軟化使織物有更好的拉伸性。

表3 織物拉伸強力、撕裂強力和頂破強力測試結(jié)果

柔潔紡粘膠織物的撕裂強力大于環(huán)錠紡粘膠織物，表明了柔潔紡紗線的抱合緊密，使織物撕破性能顯著提高。同時柔潔紡織物的頂破強力性能要強于傳統(tǒng)環(huán)錠紡織物，環(huán)錠紡粘膠織物頂破強力為286.4 N，柔潔紡粘膠織物則達到313.9 N。柔潔紡紗線抱合緊密、毛羽少，織物之間的結(jié)合度高，在高強度頂力下依舊能保持織物完整性[16]。

3.3 織物厚度與硬挺度性能分析

表4示出織物厚度及硬挺度測試結(jié)果?？梢钥闯?，環(huán)錠紡粘膠強捻紗織物的彎曲剛度大于柔潔紡粘膠強捻紗織物，說明柔潔紡的高溫加熱裝置使纖維在紗線內(nèi)充分內(nèi)外轉(zhuǎn)移，織物比傳統(tǒng)環(huán)錠紡織物更柔軟，彎曲剛度小。這是由于傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線毛羽較多機織物相互交叉，毛羽之間相互糾纏形成織物內(nèi)摩擦力阻礙纖維在紗線間的運動。而柔潔紡強捻紗受高溫熨燙后軟化，纖維易形變，織造時不會產(chǎn)生毛羽糾纏，可運動性大。厚度方面?zhèn)鹘y(tǒng)環(huán)錠紡粘膠織物比柔潔紡織物厚0.01 mm，是因為柔潔裝置軟化聚合使纖維抱合更緊密，紗線直徑相對減小，這也體現(xiàn)在織物厚度上。

表4 織物厚度及硬挺度測試結(jié)果

3.4 織物透氣透濕性與毛細管效應分析

柔潔紡粘膠織物的透氣率為1 245 mm/s，略大于環(huán)錠紡粘膠織物1 228 mm/s。這說明柔潔紡粘膠織物內(nèi)部結(jié)構(gòu)柔軟，對透氣性方面有良好改善[17]。在經(jīng)緯密相同情況下，紗線柔軟且毛羽減少，從而使柔潔紡織物間結(jié)構(gòu)更松散，產(chǎn)生的阻力減少，從而改善了織物的透氣性，毛羽多的紗線所織的織物由于有毛羽的糾纏阻礙了透氣性。同時環(huán)錠紡粘膠織物的透濕量為3 600 mm3/s，小于柔潔紡的 3 780 mm3/s?？椢锏耐笣窳亢艽蟪潭扔杉喚€纖維的毛羽化系數(shù)決定，紗線毛羽化系數(shù)低的織物導濕性強，織物透濕性好[18]。

環(huán)錠紡和柔潔紡粘膠強捻紗織物毛細效果如圖6所示?？梢钥闯?，柔潔紡強捻紗織物的毛細管作用效果要弱于環(huán)錠紡粘膠強捻紗織物。毛細作用 15 min 時，環(huán)錠紡強捻紗織物吸濕高度達到 5.8 cm，柔潔紡強捻紗織物為5.6 cm；當毛細作用 30 min 時，環(huán)錠紡粘膠強捻紗織物芯吸高度達到 7.0 cm，柔潔紡粘膠強捻紗織物僅為6.7 cm。

圖6 不同時間時環(huán)錠紡與柔潔紡粘膠強捻紗織物毛細效果

根據(jù)芯吸高度計算公式可以發(fā)現(xiàn)，當織物之間纖維結(jié)合緊密，抱合力強，孔隙直徑越小，纖維的芯吸效果越差[19]，因此，由于柔潔紡粘膠強捻紗中抱合緊密，毛羽數(shù)量少，孔隙率低，其織物的吸濕性能低于環(huán)錠紡織物。

3.5 織物抗起毛起球性分析

環(huán)錠紡和柔潔紡粘膠強捻紗織物抗起毛起球性如圖7所示。可以看出，柔潔紡粘膠強捻紗織物的抗起毛起球性能要好于環(huán)錠紡粘膠強捻紗織物，柔潔紡織物抗起毛起球等級達到4級，環(huán)錠紡織物為3級，紗線經(jīng)柔潔紡高溫處理后毛羽減少、光潔柔順，所以柔潔紡粘膠強捻紗織物與磨料相互摩擦時，纖維不易從紗線中分散，紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密不易解體或從中抽撥而出，而外部結(jié)構(gòu)柔軟易形變更不易起毛[20]。起球則是在起毛的基礎上更進一步摩擦，因此，起毛較少的織物起球同樣也會較少。

圖7 環(huán)錠紡與柔潔紡粘膠強捻紗織物抗起毛起球性測試結(jié)果

4 結(jié) 論

1)柔潔紡高溫熨燙軟化以及新握持點聚合可使粘膠紗線毛羽減少，管紗3 mm毛羽減少約74%。同時纖維間抱合力增強，粘膠紗線條干均勻度、強力有所提升，粘膠紗線表面光潔柔順，并且柔順光潔處理更可有效縮短強捻紗的蒸紗定捻工序。

2)在高質(zhì)量粘膠紗線基礎下，柔潔紡粘膠強捻紗織物的性能良好，其強伸性、撕破性能、頂破性能、柔軟性以及透氣透濕性都優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠強捻紗織物且柔潔紡粘膠強捻紗織物的抗起毛起球達到4級，但吸濕性不如環(huán)錠紡織物。

綜上所述，柔潔紡技術(shù)對粘膠強捻紗線及織物上有很大的性能改善及優(yōu)化，對未來的高檔粘膠纖維機織物市場提供技術(shù)支持。