胡元元 呂治家

（魏橋紡織股份有限公司，山東濱州，256200）

服用織物的整體發(fā)展趨勢是輕薄、舒適、保暖涼爽、四季皆宜，織物的輕量化、功能性設(shè)計(jì)受到越來越多的關(guān)注［1］。中空結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)紡織品的輕量化，使織物手感更加蓬松柔軟。中空棉紗制成的織物具有輕柔舒適、吸水速干、保暖性好等特點(diǎn)，可以用于生產(chǎn)高檔針織內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衣、家居服、高檔毛巾等產(chǎn)品，向消費(fèi)者提供舒適的穿著體驗(yàn)，特別適合老人、兒童和病人貼身使用。

目前中空棉紗的生產(chǎn)方式主要是采用棉纖維或混紡纖維作為鞘部，水溶性維綸長絲作為芯部，織成織物后通過一定溫度的染整加工，溶解掉水溶性維綸，使織物中的紗線成為中空結(jié)構(gòu)［2］。此種中空棉紗生產(chǎn)方式遇到的主要問題是成本較高，因水溶性維綸長絲還未完全國產(chǎn)化，大部分依賴進(jìn)口，其價(jià)格相對昂貴，影響了中空棉類紡織品的市場應(yīng)用空間。而國內(nèi)維綸短纖的生產(chǎn)相對成熟，價(jià)格優(yōu)勢也非常明顯，其每噸售價(jià)只相當(dāng)于進(jìn)口維綸長絲的1/5到1/10，因此國內(nèi)部分高校和企業(yè)相繼加大了對中空棉紗不同紡紗技術(shù)的研究，嘗試使用價(jià)格更便宜的水溶性維綸短纖來生產(chǎn)中空棉紗，以期獲得性價(jià)比更好的中空棉產(chǎn)品，擴(kuò)大其市場應(yīng)用前景。

1 幾類常用的中空棉紗紡紗方式

1.1 棉纖維包水溶性維綸長絲

這是目前中空棉紗最常見的生產(chǎn)方式，在環(huán)錠紡紗機(jī)上，應(yīng)用短纖包長絲紡紗裝置，使棉纖維純紡或與其他短纖混紡的粗紗經(jīng)過牽伸裝置，在成紗三角區(qū)區(qū)域完整包住水溶性維綸長絲，形成以棉纖維或棉與其他短纖混紡材質(zhì)為鞘部、水溶性維綸長絲為芯部的包芯結(jié)構(gòu)紗線，將此紗線織成織物后通過一定溫度的染整加工，把芯部的水溶性維綸長絲溶解掉，使織物中的紗線成為中空結(jié)構(gòu)，該紡紗方式優(yōu)勢是中空成形效果好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不足之處是受水溶性維綸長絲價(jià)格影響，成本較高。

1.2 棉纖維包水溶性維綸紗

該方式是以水溶性維綸純紡紗為芯紗，以棉纖維或棉與其他短纖混紡材質(zhì)為鞘部，在配置有包芯裝置的環(huán)錠紡紗機(jī)上紡制包芯紗。由于該方式成紗芯部為水溶性維綸紗，即需要先將水溶性維綸短纖紡制成特?cái)?shù)較小的水溶性維綸紗，再進(jìn)行包芯紡紗［3］。本項(xiàng)目目前可紡制4.9 tex的水溶性維綸短纖紗，棉纖維包芯后可達(dá)到14.7 tex，且不露芯。該方式與常規(guī)的長絲包芯方式相比增加了一次紡紗程序，但此種方式所采用的水溶性維綸短纖原料價(jià)格相對低廉，兩種方式在生產(chǎn)成本上相差不大，可以根據(jù)不同品種的紡紗加工成本優(yōu)選方案。

1.3 棉紗與水溶性維綸紗包纏

該方式是由1根水溶性維綸紗或水溶性維綸長絲被1根至2根棉紗以螺旋狀包纏的形式生產(chǎn)的中空棉紗或無捻紗［4］。水溶性維綸紗或水溶性維綸長絲為芯紗，在染整過程中被溶掉，所得織物也同樣具有蓬松、輕量化、輕柔舒適，高吸水性特征，但面料尺寸不穩(wěn)定，強(qiáng)伸性能較差，且紡紗生產(chǎn)成本較高。

1.4 棉纖維與水溶性維綸短纖混紡

這種方式是棉纖維與水溶性維綸短纖按照不同的混紡比紡制混紡紗［5］。此方式可一次性紡制紗線，成本較低，制得的織物具有中空織物的一些相似特征，也能夠改善一部分粗厚面料手感硬挺死板的問題，但該紗本質(zhì)上并不是中空皮芯結(jié)構(gòu)，其關(guān)鍵性能效果與皮芯結(jié)構(gòu)的中空棉紗還存在一定差距。此類紗線目前主要應(yīng)用在毛巾織物上，線密度一般在25 tex以上，用以改善手感。

2 短纖包短纖的中空棉紗生產(chǎn)方式

上述幾種用于生產(chǎn)中空棉紗的紡紗方式各有利弊，為實(shí)現(xiàn)良好的產(chǎn)品性能并兼顧突出的性價(jià)比，本項(xiàng)目重點(diǎn)攻關(guān)了短纖包短纖的新型中空棉紗生產(chǎn)方式［6］。此種方式也是以水溶性維綸短纖為芯紗材料，以棉纖維為外包材料，應(yīng)用環(huán)錠紡設(shè)備一次性直接紡制包芯紗。該中空棉紗的新型生產(chǎn)方式關(guān)鍵技術(shù)措施之一是粗紗設(shè)備改造，通過在傳統(tǒng)粗紗機(jī)上改造加裝粗紗包芯裝置，使得兩種材質(zhì)在粗紗階段就形成皮芯結(jié)構(gòu)。與常規(guī)的棉長絲包芯紗相比，可以顯著降低包芯紗的生產(chǎn)成本，填補(bǔ)了中空棉紗紡紗方式的一個(gè)技術(shù)空白，提供了一種新的開發(fā)中空棉高檔面料的紡紗形式。其生產(chǎn)方式如圖1所示。

圖1 短纖包短纖中空棉紗生產(chǎn)方式

該方式對全流程生產(chǎn)工藝、設(shè)備、操作都有特殊要求［7-8］，主要區(qū)別是在并條、粗紗和細(xì)紗工序。在并條工序，維綸定量要偏輕控制，采用較低的并條車速，以防止出現(xiàn)堵圈條盤現(xiàn)象。在粗紗工序，加裝兩組將兩道須條隔開一定距離的集束器，加裝特制的粗紗包芯裝置，棉條和維綸條分別從機(jī)后平行排列喂入牽伸區(qū)域，兩道須條平行牽伸，通過調(diào)整膠輥、集束器位置，確保纖維在牽伸區(qū)域內(nèi)保持規(guī)定間隔并得到有效握持控制。在加捻（假捻）區(qū)域，需要采用較大的粗紗捻系數(shù)，以獲得較好的包芯效果，通過調(diào)整粗紗包芯裝置托板和維綸集束器的位置，確保維綸纖維束保持在棉纖維束的中間位置。

3 測試方案設(shè)計(jì)

為了對比驗(yàn)證各類中空棉紗紡紗方式所得產(chǎn)品的性能，我們將棉與水溶性維綸短纖包短纖、棉與水溶性維綸混紡、棉與水溶性維綸長絲包芯3種方式的中空棉紗分別織布，對各所織織物進(jìn)行性能對比，并以普通純棉織物作為參照。

考慮到中空棉紗細(xì)特化發(fā)展趨勢，本項(xiàng)目重點(diǎn)測試驗(yàn)證了線密度19.4 tex以下的中空棉紗紡織品，該類紗線可以紡制更加輕薄、吸濕速干的針織面料。

3.1 原料及中空棉紗規(guī)格選擇

棉花原料采用國產(chǎn)新疆棉，水溶性維綸短纖規(guī)格為1.47 dtex×38 mm，水溶性維綸長絲規(guī)格為38.9 dtex，各對比測試紗線規(guī)格見表1。

表1 各類中空棉紗紡紗方式的紗線規(guī)格

3.2 針織面料試樣條件

在34英寸26 G針織大圓機(jī)上生產(chǎn)，為確保對比指標(biāo)的準(zhǔn)確性，應(yīng)盡量保證14.7 tex紗與19.4 tex紗所織面料克重盡量一致，將19.4 tex所織面料的紗圈盡量調(diào)長。具體針織織布工藝：19.4 tex中空棉紗紗長為340 mm/100圈，14.7 tex中空棉紗紗長為295 mm/100圈，14.7 tex純棉紗紗長為300 mm/100圈。

3.3 染整試樣條件

3類中空棉紗紡紗所織針織布與普通純棉針織布同時(shí)入缸，采用相同的染整加工工藝。前處理具體工藝：片堿0.9 g/L，雙氧水4 g/L，升溫至95℃保溫60 min，再降溫洗水，10 min過酸，10 min脫氧。染色工藝：升溫至60℃，保溫30 min，洗水。皂洗工藝：先10 min過酸洗水，再加皂洗劑升溫至95℃，保溫10 min，洗水出缸。拉幅定形工藝：定形溫度150℃，拉幅速度50 m/min。

4 性能測試與分析

4.1 成紗指標(biāo)

6個(gè)方案的成紗指標(biāo)測試對比結(jié)果見表2。測試結(jié)果表明：單紗強(qiáng)力與線密度呈正比，試樣1強(qiáng)力最高。線密度相同的情況下，短纖包短纖方式比混紡方式所生產(chǎn)的中空棉紗單紗強(qiáng)力更高，條干均勻度更好。分析原因認(rèn)為，短纖包短纖方式的兩種纖維按照皮芯結(jié)構(gòu)規(guī)律分布，外包纖維紗將芯紗纖維緊密抱合，受力集中，而混紡紗兩種纖維隨機(jī)分布，紗線內(nèi)纖維受力不集中，影響了成紗強(qiáng)力，也影響到條干均勻度。

表2 成紗指標(biāo)

4.2 上染率測試

將按照不同針織工藝生產(chǎn)的試樣1～試樣6按照3.3的染整工藝同時(shí)入缸進(jìn)行前處理、染色，出缸后觀察樣品顏色深度，通過在D65光源、自然光下對比，確認(rèn)各類中空棉紗針織布的顏色深度要比普通純棉針織布的顏色深度高出10%～20%。其上染深度隨水溶性維綸含量增加而提高。以普通精梳純棉14.7 tex針織布為標(biāo)準(zhǔn)樣，D65光源下，電腦測色配色儀測得試樣1～試樣5的DL*值依次為-0.38、-1.41、-0.85、-0.36、-0.44，均為負(fù)值，表示測試樣比標(biāo)準(zhǔn)樣上色深。上染深度為調(diào)色師在D65光源、自然光下，肉眼評定顏色深度。試樣1～試樣5上染深度依次為10%、20%、15%、10%、10%。結(jié)果表明：各類中空棉紗針織面料均上色較深、較飽和，尤其以短纖包短纖方式最為明顯，該結(jié)果與電腦測色配色儀測的結(jié)果得到互相印證。

4.3 減重測試

中空棉面料經(jīng)高溫加工后，水溶性維綸溶解，中空棉紗內(nèi)部空隙增大，更加蓬松，從成品布面外觀風(fēng)格上來看，中空棉紗針織面料的紋理更加清晰，蓬松度高。我們將各類中空棉紗針織面料和普通純棉面料比較，得到減重百分比，來衡量減重程度，測試結(jié)果見表3。測試結(jié)果表明：3類中空棉紗針織面料與普通純棉面料相比，克重輕量化明顯，減重百分比與水溶性維綸的含量呈正比，水溶性維綸含量最少的試樣1減重百分比也最小。

表3 減重對比測試

4.4 強(qiáng)力損失測試

中空棉紗經(jīng)染整加工后，水溶性維綸溶解掉，會影響棉紗及面料的強(qiáng)力指標(biāo)。本次強(qiáng)力測試按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測定鋼球法》標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，測試結(jié)果見表4。由表4可以看出以下幾點(diǎn)：一是與普通純棉面料相比，各類中空棉面料強(qiáng)力有不同程度的降低，其中短纖包短纖方式所織面料的強(qiáng)力降低最明顯，洗后強(qiáng)力比洗前降低更明顯；二是短纖包短纖方式與混紡方式相比，混紡方式面料強(qiáng)力較高，這表明中空結(jié)構(gòu)會降低面料的強(qiáng)力；三是棉與維綸短纖混紡方式中，線密度較大的19.4 tex紗強(qiáng)力反而比14.7 tex紗差，這說明水溶性維綸含量占比影響了中空棉面料的強(qiáng)力，水溶性維綸含量比例越高，其面料強(qiáng)力越差。長絲包芯方式面料的強(qiáng)力降低最少，除了與線密度較高有關(guān)，也與其水溶性維綸含量較低有關(guān)。

表4 強(qiáng)力損失對比測試

因此可以得出結(jié)論：一是混紡方式及長絲包芯方式生產(chǎn)的中空棉紗及面料能夠保留較好的強(qiáng)力，對面料的服用性能影響較??；二是紡制中空棉紗時(shí)可通過控制水溶性維綸含量來調(diào)整強(qiáng)力范圍；三是短纖包短纖方式及混紡方式生產(chǎn)的中空棉面料強(qiáng)力數(shù)值均符合FZ/T 72004.2—2000《針織成品布》優(yōu)等品要求（不低于180 N），其強(qiáng)力可以滿足最終面料的服用性能。

4.5 吸濕速干性測試

中空棉紗面料中的水溶性維綸溶解后，棉紗內(nèi)部呈現(xiàn)中空結(jié)構(gòu)，棉紗中纖維間的空隙增大，與普通純棉產(chǎn)品相比，理論上中空棉系列產(chǎn)品的吸水性、速干性都會提升。本次吸濕性速干性測試采用GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定第1部分：單項(xiàng)組合試驗(yàn)法》，測試結(jié)果見表5。其中：芯吸高度以縱向或橫向中較大者考核。

表5 吸濕速干性對比測試

結(jié)果表明：各類中空棉產(chǎn)品的吸水率、滴水?dāng)U散時(shí)間、芯吸高度、蒸發(fā)速率與普通純棉產(chǎn)品相比均有所提高。洗前、洗后指標(biāo)對比可知，洗后的吸水率、滴水?dāng)U散時(shí)間、芯吸高度指標(biāo)更優(yōu)異，洗前的蒸發(fā)速率指標(biāo)更優(yōu)異。通過對比各試驗(yàn)數(shù)據(jù)，上述3類中空棉與普通純棉產(chǎn)品均可評定為吸濕產(chǎn)品（吸水率≥200%，滴水?dāng)U散時(shí)間≤3 s，芯吸高度≥100 mm），但不能評定為速干產(chǎn)品［蒸發(fā)速率≥0.18 g/h，透濕量≥10 000 g/（㎡·d）］。對比3類中空棉紗面料，混紡方式的面料吸水率要好于長絲包芯方式和短纖包短纖方式的面料，短纖包短纖方式的面料蒸發(fā)速率要好于混紡方式和長絲包芯方式產(chǎn)品，滴水?dāng)U散時(shí)間、芯吸高度的指標(biāo)對比不明顯。

5 結(jié)論

本文測試結(jié)果表明：棉與水溶性維綸短纖包短纖、棉與水溶性維綸混紡、棉與水溶性維綸長絲包芯3種方式制得的中空棉紗，均可改善所織面料的部分性能，所織面料輕柔舒適、吸水速干等相應(yīng)指標(biāo)性能均優(yōu)于普通純棉產(chǎn)品?？紤]到水溶性維綸長絲的高成本因素，棉與水溶性維綸短纖包短纖、棉與水溶性維綸混紡方式生產(chǎn)的中空棉紗產(chǎn)品同樣具有相似的產(chǎn)品性能，但生產(chǎn)成本大幅降低，并且可以實(shí)現(xiàn)棉纖維與水溶性維綸成紗組分靈活配比，可針對實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行混紡比及生產(chǎn)方式的調(diào)整，具有更顯著的推廣價(jià)值和更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。