夏睿奇 王 倩 朱立成

（武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200）

1 問題的提出

在紡制超細(xì)棉紗的過程中，由于原料及現(xiàn)有技術(shù)的限制，主要存在原料要求高、成紗截面纖維數(shù)過少、成紗強(qiáng)度低及成紗結(jié)構(gòu)配置復(fù)雜等4個(gè)方面的問題[1]。針對(duì)這些問題，前人提出了采用載體紡紗技術(shù)[2]、采用雙精梳工藝[3]、改進(jìn)環(huán)錠紡設(shè)備[4]、采用集聚紡[5-6]等措施。

載體紡紗技術(shù)主要是針對(duì)成紗截面纖維數(shù)過少的問題，保證單紗截面纖維根數(shù)達(dá)到35根以上，如崔玉梅等人在紡制1.9 tex棉紗時(shí)在原料中混入了33%的水溶性維綸短纖維，保證了紡紗過程中紗線的強(qiáng)度。但這樣也帶來需要另外準(zhǔn)備水溶性纖維以及成紗還需要進(jìn)行水浴處理工藝的問題，使得生產(chǎn)過程較為繁瑣。

雙精梳工藝主要是針對(duì)一次精梳后成紗棉結(jié)及斷裂強(qiáng)力仍不理想的問題。二次精梳能排出大量短絨和棉結(jié)雜質(zhì)，同時(shí)也能夠使須條內(nèi)的纖維分布更平行整齊，如莊文英等人在紡制3.64 tex×2特細(xì)股線時(shí)采用雙精梳工序?qū)﹂L(zhǎng)絨棉原料進(jìn)行梳理，減少了棉結(jié)及毛羽。但雙精梳工藝對(duì)原料的要求比較高，同時(shí)為了改善纖維排布順序，多次精梳對(duì)設(shè)備也有一定要求，增加了生產(chǎn)成本。

目前，環(huán)錠紡是紡制超細(xì)紗線的主要方法，通過較大的牽伸倍數(shù)來獲得超細(xì)紗線，這也是纖維損傷及紗線條干惡化的原因[7-8]。傳統(tǒng)牽伸方式為三羅拉雙膠圈兩區(qū)牽伸，為了適應(yīng)超細(xì)紗線的紡制，先后出現(xiàn)了三羅拉四膠圈兩區(qū)超大牽伸[9]、四羅拉四膠圈三區(qū)超大牽伸等[10-11]，總牽伸可達(dá)200多倍，如張洪等人在紡制2.9 tex的棉單紗時(shí)采用了四羅拉四膠圈三區(qū)的方式，總牽伸180倍，成紗質(zhì)量相對(duì)于三羅拉雙膠圈兩區(qū)牽伸的方式有較大提高。雖然采用多組羅拉膠圈多區(qū)牽伸的方式能夠加強(qiáng)對(duì)紗線條干的控制，提高成紗質(zhì)量，但是過多的羅拉與膠圈組合方式使得牽伸效率較低，同時(shí)對(duì)設(shè)備的改進(jìn)較多，不利于操作。

集聚紡則是在傳統(tǒng)環(huán)錠紡的基礎(chǔ)上增加了對(duì)紗線的集聚作用，改善成紗的毛羽及條干等性能[12]。但在牽伸配置上與環(huán)錠紡存在相似的問題。

因此，本文以降低對(duì)原料的需求及簡(jiǎn)化生產(chǎn)設(shè)備的目的重新設(shè)計(jì)了核心紡紗裝置，研究解捻程度和牽伸倍數(shù)對(duì)成紗性能的影響，探索超細(xì)紗線加工的新方法。捻度的大小反映了紗條沿軸向的扭轉(zhuǎn)程度[13]，但不能準(zhǔn)確反映加工過程中紗線的解捻程度。因此我們引入了滑移捻度的概念。采用直接計(jì)數(shù)法測(cè)試紗線捻度時(shí)，隨著捻回?cái)?shù)退去，紗條的主體逐漸散開，棉纖維間的抱合力下降，伴隨著測(cè)試儀器的外加張力，紗條會(huì)階躍式伸長(zhǎng)甚至滑脫，此時(shí)已退去的捻回?cái)?shù)稱為滑移捻度。本文以該數(shù)值為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)采用退捻加捻法加工紗線時(shí)紗線的極限解捻程度。

2 試驗(yàn)方法

2.1 紡紗設(shè)備

試驗(yàn)中采用的設(shè)備為自制細(xì)紗小樣機(jī)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

紗線從左端喇叭口1喂入，穿過后羅拉9與后膠輥3，經(jīng)過假捻器4后再穿過前羅拉8與前膠輥5，最后成紗經(jīng)過槽筒7回轉(zhuǎn)卷繞到紗筒6上。通過二次加工的方法，使用假捻器對(duì)紗線一邊退捻加捻一邊牽伸，使得紗線處于有一定捻回的狀況下接受牽伸，然后迅速加捻成紗。

圖1 細(xì)紗小樣機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以棉纖維平均手扯長(zhǎng)度為35 mm的JC 28.1 tex紗為原料。由于試驗(yàn)中采用定隔距（前后隔距均為1.5倍棉纖維平均長(zhǎng)度，防止棉纖維牽伸不開），主要考慮解捻程度和牽伸倍數(shù)2個(gè)影響因素。考慮到設(shè)備牽伸效率，將牽伸控制在20倍以內(nèi)，又由于小倍數(shù)牽伸（10倍以內(nèi)）成紗質(zhì)量較好且易于控制，故牽伸設(shè)置了5倍、10倍、20倍共3個(gè)因子，與此對(duì)應(yīng)解捻程度也設(shè)置了3個(gè)因子。具體設(shè)置見表1。

表1 解捻程度與牽伸倍數(shù)試驗(yàn)水平表

用正交設(shè)計(jì)法設(shè)置樣品的工藝參數(shù)。試驗(yàn)中有兩個(gè)因素：解捻程度（A）、牽伸倍數(shù)（B）。每個(gè)因素都有3個(gè)水平。同時(shí)考慮到因素的交互作用（A×B）及誤差（E）。通過以上條件，采用L9（34）正交表列出了9種樣品的具體設(shè)置，見表2。

表2 樣品工藝設(shè)計(jì)表

2.3 性能測(cè)試方法

所有樣品在測(cè)試前至少在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下[溫度（22±2）℃、相對(duì)濕度（65±3）%]平衡24 h以上。樣品細(xì)度由YG086型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)取100 m長(zhǎng)度的樣品稱重后計(jì)算得出，每種紗線測(cè)10次取平均值。樣品毛羽根據(jù)FZ/T 01086—2000《紡織品紗線毛羽測(cè)定方法投影計(jì)數(shù)法》進(jìn)行測(cè)試，由YG173A型紗線毛羽測(cè)試儀測(cè)得樣品的毛羽數(shù)據(jù)，測(cè)試速度30 m/min，每種紗線每次取不同的10 m長(zhǎng)片段，測(cè)10次取平均值。樣品條干根據(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》進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試設(shè)備為YG133B型條干均勻度測(cè)試儀，測(cè)試速度100 m/min，測(cè)試時(shí)間1 min，每種紗線測(cè)10次取平均值。樣品的斷裂強(qiáng)力根據(jù)GB/T 3916—2013《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（CRE法）》進(jìn)行測(cè)定，由YG068C型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測(cè)得樣品的斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)率，紗線夾持長(zhǎng)度500 mm，拉伸速度500 mm/min，每種紗線測(cè)20次取平均值。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

成紗質(zhì)量指標(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 成紗質(zhì)量指標(biāo)正交試驗(yàn)結(jié)果

3.1 成紗細(xì)度

成紗細(xì)度指標(biāo)的極差分析見表4。

表4 成紗細(xì)度指標(biāo)極差分析結(jié)果

由表4得到因素主次為B＞A＞A×B＞E，即牽伸倍數(shù)的影響最大，解捻程度次之，而兩者的交互作用影響較小。即組合A2B3能得到最細(xì)的紗線。為了驗(yàn)證其正確性，顯著性檢驗(yàn)見表5。

各因素的均方差（MS）與誤差的均方差之比服從F分布，P值為F值對(duì)應(yīng)的概率，當(dāng)P≤0.05時(shí)，影響效果顯著。由表5可以得到，牽伸倍數(shù)對(duì)成紗細(xì)度的影響效果顯著，與均值檢驗(yàn)相同。

成紗細(xì)度的均值主效應(yīng)圖如圖2所示。

表5 成紗細(xì)度影響因素方差分析表

圖2 成紗細(xì)度的均值主效應(yīng)圖

從圖2中可以看到，當(dāng)解捻程度超過2/3滑移捻度后會(huì)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，紗線細(xì)度增大，因此假捻器的轉(zhuǎn)速不應(yīng)超過2/3滑移捻度與紡紗線速度的乘積。雖然增大牽伸倍數(shù)能一直降低成紗細(xì)度，但大牽伸倍數(shù)會(huì)惡化紗線的毛羽、條干及強(qiáng)力指標(biāo)，因此牽伸倍數(shù)的選擇范圍要結(jié)合其他性能指標(biāo)來確定。解捻程度與牽伸倍數(shù)的交互作用及誤差的均值曲線的斜率較小，說明這兩個(gè)因素未對(duì)成紗細(xì)度有顯著影響。

3.2 毛羽

經(jīng)測(cè)試，原紗及樣品1～樣品9的3 mm毛羽數(shù)分別為 234.20根 /10 m、41.70根/10 m、54.10根/10 m、80.80根/10 m、48.80根/10 m、69.00根/10 m、68.70根/10 m、54.60根/10 m、53.30根/10 m、68.70根/10 m?？梢钥吹?，樣品的毛羽性能均較原紗有較大提升。這是由于假捻牽伸工藝對(duì)浮游纖維有較好的控制，又對(duì)紗線須條有一定程度的改善[14-15]，有效減少了二次成紗的毛羽。但隨著解捻程度及牽伸倍數(shù)進(jìn)一步增大，成紗毛羽性能逐步惡化。紗線毛羽成因有很多，可以分為加捻毛羽與過程毛羽[16]。加捻毛羽是在成紗點(diǎn)處形成，而過程毛羽主要是成紗點(diǎn)后及后續(xù)工序中形成。在本試驗(yàn)中加捻毛羽主要產(chǎn)生于假捻器與前羅拉這段，紗線在后羅拉與假捻器之間通過假捻器回轉(zhuǎn)退捻，然后在假捻器與前羅拉之間加捻。隨著牽伸倍數(shù)的增大，解捻段紗線捻度降低，纖維間的抱合力下降，前、后羅拉轉(zhuǎn)速不同產(chǎn)生的牽伸作用使得紗體內(nèi)纖維具有不同速度[17]。牽伸倍數(shù)越大，纖維的速度變化越快。由于紗體表面無外界約束，一部分慢速纖維在快速纖維的擠壓下，加上纖維自身的彈性影響，使得慢速纖維的端部發(fā)生翹起。在回捻段，假捻器重新給紗線加捻時(shí)，翹起的纖維端部就容易伸出紗體形成毛羽[18]。3 mm毛羽數(shù)指標(biāo)的極差分析見表6。

表6 3 mm毛羽數(shù)指標(biāo)極差分析結(jié)果

由表6得到因素主次為B＞A×B＞A＞E，即牽伸倍數(shù)的影響最大，牽伸倍數(shù)與解捻程度的交互作用次之，然后是解捻程度。即組合A1B1的3 mm毛羽數(shù)最少。為了驗(yàn)證其正確性，顯著性檢驗(yàn)見表7。

表7 3 mm毛羽數(shù)影響因素方差分析表

由表7可以得到，牽伸倍數(shù)對(duì)毛羽的影響效果顯著，說明牽伸倍數(shù)是影響成紗毛羽的主要因素。綜合以上分析，因素B以較小的牽伸倍數(shù)來減少毛羽。對(duì)于因素A×B取1水平為最小值，由于因素A的影響程度低于A×B，故因素A取1水平，即組合A1B1能得到的紗線3 mm毛羽最少。

成紗3 mm毛羽數(shù)的均值主效應(yīng)圖如圖3所示。

圖3 成紗3 mm毛羽數(shù)的均值主效應(yīng)圖

從圖3可以看到，隨著牽伸倍數(shù)及解捻程度增大，成紗毛羽逐漸增多。當(dāng)各因素超過2水平時(shí)，3 mm毛羽數(shù)的增長(zhǎng)更為明顯。同時(shí)，對(duì)比9種樣品與原紗的毛羽數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，將牽伸倍數(shù)和解捻程度均控制在1水平以內(nèi)，成紗的毛羽水平呈下降趨勢(shì)，組合A1B1為最小值。故要保證較好的毛羽水平，牽伸應(yīng)小于5倍，解捻程度小于1/3滑移捻度。

3.3 條干均勻度

條干均勻度是紗線性能的重要指標(biāo)，條干是否均勻影響到紗線的外觀、斷裂強(qiáng)力，以及后續(xù)織造。樣品條干CV值指標(biāo)的極差分析結(jié)果見表8。

表8 條干CV值指標(biāo)極差分析結(jié)果

由表8可以得到因素主次為A＞B＞E＞A×B，即解捻程度的影響最大，牽伸倍數(shù)次之，而牽伸倍數(shù)與解捻程度的交互作用影響較小甚至低于誤差。故因素A應(yīng)選1水平，因素B選2水平，即組合A1B2的條干均勻度最佳。為了驗(yàn)證其正確性，顯著性檢驗(yàn)見表9。

表9 成紗條干CV值影響因素方差分析表

從表9的計(jì)算結(jié)果來看，解捻程度對(duì)成紗條干均勻度影響效果顯著，而牽伸倍數(shù)對(duì)成紗條干均勻度無顯著影響，驗(yàn)證了均值分析的判斷。綜合上述分析，組合A1B2的條干均勻度最佳。

成紗條干CV值的均值主效應(yīng)圖如圖4所示。

從圖4中可看到，隨著解捻程度增大，紗線的條干均勻度是在下降的。牽伸倍數(shù)則對(duì)條干均勻度無持續(xù)性效應(yīng)。綜合考慮，解捻程度不超過1/3滑移捻度，牽伸不大于10倍時(shí)，成紗的條干均勻度優(yōu)于原紗。

圖4 成紗條干CV值的均值主效應(yīng)圖

3.4 斷裂強(qiáng)度

影響紗線斷裂強(qiáng)度性能的因素有很多，大的分類有原料的纖維細(xì)度和紡紗時(shí)的工藝條件兩類[19]。在本試驗(yàn)中，主要的工藝參數(shù)為假捻器轉(zhuǎn)速與前后羅拉的牽伸倍數(shù)。斷裂強(qiáng)度指標(biāo)的極差分析見表10。

表10 樣品斷裂強(qiáng)度指標(biāo)極差分析結(jié)果

由表10可以得到因素主次為B＞A＞A×B＞E，即牽伸倍數(shù)的影響最大，解捻程度次之，而牽伸倍數(shù)與解捻程度的交互作用影響較小。即A1B2組合的斷裂強(qiáng)力最佳。為了驗(yàn)證其正確性，顯著性檢驗(yàn)見表11。

表11 成紗斷裂強(qiáng)度影響因素方差分析表

從表11的計(jì)算結(jié)果來看，牽伸倍數(shù)對(duì)成紗強(qiáng)度影響效果顯著，而解捻程度對(duì)成紗斷裂強(qiáng)度無顯著影響，驗(yàn)證了均值分析的結(jié)論。綜合上述分析，組合A1B2的斷裂強(qiáng)力性能最好。

成紗斷裂強(qiáng)度的均值主效應(yīng)圖如圖5所示。由圖5可以看到，因素A對(duì)成紗斷裂強(qiáng)度表現(xiàn)為持續(xù)性負(fù)效應(yīng)，當(dāng)因素A超過2水平后表現(xiàn)更明顯，因此解捻程度不宜超過1/3滑移捻度。因素B在2水平之前有提高紗線斷裂強(qiáng)度的正效應(yīng)，但超過2水平后紗線斷裂強(qiáng)度急劇降低，說明牽伸應(yīng)控制在10倍以內(nèi)。綜合考慮，要提高成紗的強(qiáng)力性能，假捻器轉(zhuǎn)速應(yīng)小于1/3滑移捻度與紡紗線速度的乘積，牽伸不超過10倍。

圖5 成紗斷裂強(qiáng)度的均值主效應(yīng)圖

4 結(jié)論

采用本文方法加工紗線時(shí)，滑移捻度能夠很好地衡量設(shè)備在牽伸過程中對(duì)紗線的解捻程度。當(dāng)牽伸倍數(shù)一定時(shí)，隨著解捻程度的提高，成紗的細(xì)度變細(xì)，但成紗的毛羽、條干均勻度及強(qiáng)力性能會(huì)不斷惡化。當(dāng)解捻程度一定，增大牽伸倍數(shù)時(shí)，成紗細(xì)度有較大提高，但其他性能會(huì)惡化。通過正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：解捻程度是條干均勻度的顯著影響因素，而牽伸倍數(shù)是細(xì)度、毛羽及斷裂強(qiáng)度的顯著影響因素。解捻程度與牽伸倍數(shù)的交互作用較弱。因此，在紡紗過程中對(duì)牽伸倍數(shù)的選擇要更加重視。假捻器轉(zhuǎn)速小于1/3紗線滑移捻度與紡紗線速度的乘積，且牽伸不超過10倍時(shí)，成紗的各項(xiàng)性能指標(biāo)相對(duì)于原紗都有較好的提升。因此，該方法能夠提高紗線細(xì)度的同時(shí)保證紗線的其他性能，其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，有利于以較小的成本生產(chǎn)超細(xì)紗線。當(dāng)然，該紡紗方法及設(shè)備目前還不夠成熟，仍需要進(jìn)一步優(yōu)化。