李保榮,朱樂(lè)樂(lè),王軍慶,馬珮珮

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安710048)

隨著科技的發(fā)展,復(fù)合紗線也成為主流紗線,復(fù)合紗由于結(jié)構(gòu)不同,所以在性能上與單一材料紗線有較大的區(qū)別。復(fù)合紗線可以將幾種纖維的性能進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),其織物也比單一材料織物表現(xiàn)出更優(yōu)質(zhì)的風(fēng)格。包覆紗作為復(fù)合紗的一種,由于特殊的結(jié)構(gòu),紗線既能利用芯紗的優(yōu)良物理性能又具有外包纖維的表面特性,可充分發(fā)揮2種纖維的特點(diǎn)。

1 包覆紗

包覆紗又稱包纏紗,是一種新型結(jié)構(gòu)的紗線,是將2種或2種以上纖維進(jìn)行復(fù)合,在性能上,可以彌補(bǔ)單一組分纖維的缺陷、發(fā)揮復(fù)合纖維的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)纖維的復(fù)合,可以使紡織面料表現(xiàn)出單一材料無(wú)法表現(xiàn)出的新風(fēng)格、高彈性及特殊功能。

按照包覆紗的廣義概念,根據(jù)芯紗和外包纖維原料的不同可分為短纖維與短纖維包覆紗、化纖長(zhǎng)絲與化纖長(zhǎng)絲包覆紗、化纖長(zhǎng)絲與短纖維包覆紗3大類。包覆紡紗的主要生產(chǎn)方式有空心錠包覆紡紗[1]、噴氣紡包覆紡紗、轉(zhuǎn)杯包覆紡紗、環(huán)錠包覆紡紗、自捻包覆紡紗等。

包覆紗具有雙層結(jié)構(gòu),其芯紗可以是無(wú)捻,也可以有捻,主要取決于芯紗本身[2]。

2 包覆紡紗的發(fā)展歷史

包覆紗最早出現(xiàn)在20世紀(jì)50年代,是由杜邦公司生產(chǎn)的,其紡紗原理與噴氣紡紗非常相似。利用渦流假捻對(duì)牽伸后的芯層纖維束進(jìn)行加捻,加捻后的芯纖維束周圍存在自由纖維,當(dāng)經(jīng)過(guò)噴嘴后,原先被加捻的芯層退捻,而自由纖維被施加了真捻包纏在芯纖維束周圍,從而形成了包覆紗[3]。

作為一種新型紡紗技術(shù),由于其工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高,所以受到了廣泛的重視。日本村田公司[4]和東麗公司[5]都利用各自的噴氣包覆紡紗技術(shù)紡制了包覆紗,并且對(duì)包纏紗的均勻性、密度、手感等特性進(jìn)行了研究。

噴氣包覆紗是在氣流作用下進(jìn)行紡紗,其外包纖維數(shù)量和紗線捻度都較難控制,所以造成紗線質(zhì)量不穩(wěn)定,并且噴氣紡紗強(qiáng)力低、剛度大、機(jī)器損耗大,生產(chǎn)成本比環(huán)錠紗高,所以導(dǎo)致噴氣包覆紗的發(fā)展受到了限制[6]。

1972年,Audiver[7]在細(xì)紗機(jī)上紡織了長(zhǎng)絲/短纖維束包覆紗。隨后在1979年,Audi Ver[8-9]又在原先細(xì)紗機(jī)的基礎(chǔ)上,在牽伸羅拉之間安裝了假捻器,給芯紗施加一個(gè)假捻,紡制出包覆紗,再對(duì)紗線進(jìn)行加捻,得到加捻包覆紗。

1974年,包纏紗進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。Geor ge[10-11]發(fā)明了空心錠子,從此誕生了空心錠子包纏紡紗機(jī)。1983年11月,在米蘭國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)上,有4個(gè)國(guó)家5家公司展出了各種類型的包覆紡紗機(jī),而且對(duì)包覆紗及其織物的研究也有了很大的進(jìn)展。

80年代末90年代初,中國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了先進(jìn)的包覆紡紗機(jī),并對(duì)包覆紡紗工藝、包覆紗及其織物進(jìn)行了一些學(xué)習(xí)研究,隨即研制出了國(guó)產(chǎn)空心錠子包覆紡紗機(jī)。

3 包覆紗技術(shù)及研究現(xiàn)狀

3.1 短纖維/短纖維包覆紗

國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)短纖維粗紗包覆進(jìn)行了研究。在改裝的粗紗機(jī)上,紡制以滌綸為芯層,棉為皮層的包覆粗紗。分別制備2種不同材料的熟條,將2根熟條同時(shí)喂入粗紗機(jī)的同一根皮輥和羅拉控制的鉗口,經(jīng)牽伸從鉗口出來(lái)后,在托棉板的作用下,將2種纖維條分開,斜向進(jìn)入假捻器,由于斜向進(jìn)入時(shí),2種纖維條移動(dòng)的距離不同,在托棉板的作用下,使托棉板上面的棉纖維條包纏在滌纖維條上,形成了棉滌包覆粗紗[12-13],如圖1所示。

圖1 粗紗機(jī)上滌綸須條和棉纖維須條包覆過(guò)程

3.2 長(zhǎng)絲/長(zhǎng)絲包覆紗

長(zhǎng)絲包長(zhǎng)絲是利用空心錠子進(jìn)行紡紗的,應(yīng)用最為廣泛。它是將長(zhǎng)絲或者短纖維條作為芯紗,外包長(zhǎng)絲或者紗線。一般多為單包或者雙包2種工藝,如圖2所示,也有特殊的三包、多包的情況。包覆工藝不同,所包的包覆層數(shù)和外包層的單位長(zhǎng)度的圈數(shù)不同,包覆層數(shù)越多,其包覆效果就越好。雙包覆2層包覆方向是相反的,如圖3所示。實(shí)際生產(chǎn)中以單包覆居多。

長(zhǎng)絲/長(zhǎng)絲包覆紗多以氨綸包覆紗為主,氨綸包覆紗是以氨綸為芯紗,另一種長(zhǎng)絲按螺旋形的方式對(duì)伸長(zhǎng)狀態(tài)的氨綸絲予以包覆而形成的彈力紗。

有學(xué)者研究了長(zhǎng)絲/長(zhǎng)絲包覆紗。毛雷[14]研究了滌綸氨綸包覆紗,以一定牽伸倍數(shù)的氨綸長(zhǎng)絲為芯,通過(guò)包覆工藝,把滌綸長(zhǎng)絲呈螺旋形包纏在芯絲外面而形成彈力復(fù)合紗線。該復(fù)合紗除具有外包纏絲滌綸的特性外,還兼有氨綸絲良好的彈性和回復(fù)性能,彌補(bǔ)了單一組分長(zhǎng)絲的缺陷,廣泛應(yīng)用于泳衣、襪子、休閑服等產(chǎn)品中。李丹等[15-16]研究用包覆絲機(jī),紡制芯紗為滌綸長(zhǎng)絲,外包鍍銀長(zhǎng)絲的包覆紗,對(duì)包覆紗的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測(cè)試,并利用銀纖維及銀纖維包覆紗設(shè)計(jì)開發(fā)了不同密度、不同紗線配置的具有防輻射、抗靜電多種功能集一體的織物,對(duì)織物的物理性能和服用性能進(jìn)行了探討和研究。張玉清等[17]以氨綸為芯,外包錦綸絲紡制成錦綸/萊卡包覆紗,把氨綸良好的彈性、恢復(fù)性能和外包錦綸絲的強(qiáng)力高、耐磨性好等特點(diǎn)揉為一體,彌補(bǔ)了單一組分長(zhǎng)絲的缺陷,織成的經(jīng)編、緯編、梭織和其他織物,以其優(yōu)越的彈性、超細(xì)的紗支、緊身的感覺、透明的外觀廣泛用于內(nèi)衣、泳衣、長(zhǎng)統(tǒng)襪、滑雪服、休閑服等產(chǎn)品中。馬秀鳳等[18-19]研究了黏膠/氨綸包覆紗,介紹了氨綸包覆紗的紡制方法、紡紗原理及紗線結(jié)構(gòu),對(duì)黏膠/氨綸包覆紗進(jìn)行了紡制,并測(cè)試了成紗的性能,確定了較優(yōu)工藝配置,分析了影響成紗性能的因素。

圖2 雙包覆與單包覆2種工藝示意圖

圖3 氨綸單雙層包覆紗結(jié)構(gòu)形態(tài)示意圖

3.3 長(zhǎng)絲/短纖維包覆紗

李曉靜[20]研究了大豆纖維/氨綸包纏紗,在包覆機(jī)上紡制大豆纖維短纖紗、萊卡絲包覆紗,以不同包覆度、包覆方式和不同牽伸倍數(shù)進(jìn)行紡紗,對(duì)所紡紗線的基本結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行測(cè)試分析,討論了大豆短纖紗的包覆度和包覆方式以及萊卡絲的牽伸倍數(shù)和細(xì)度對(duì)包覆紗強(qiáng)伸性和彈性的影響。

除了在包覆機(jī)上紡制包覆紗,還可以通過(guò)改裝環(huán)錠細(xì)紗機(jī)進(jìn)行紡制,也就是所謂的包芯紗。短纖/長(zhǎng)絲包芯復(fù)合紗生產(chǎn)工藝在目前來(lái)說(shuō)相對(duì)比較成熟,包芯紡紗技術(shù)包括環(huán)錠紡、轉(zhuǎn)杯紡、靜電紡、摩擦紡等,環(huán)錠紡包芯紗技術(shù)是最為普遍的。

國(guó)際上有人研究了彈性復(fù)合紗,提供了制備具有絲芯的復(fù)合紗線的方法,所述絲芯具有至少一根彈性性能絲和至少一根無(wú)彈性對(duì)照絲。由短纖形成的纖維護(hù)套圍繞絲狀芯,基本上沿著其整個(gè)長(zhǎng)度,至少一根彈性性能長(zhǎng)絲最優(yōu)選包括斯潘德克斯彈性纖維和/或lastol長(zhǎng)絲,至少一根無(wú)彈性的控制絲最優(yōu)選由聚酰胺、聚酯、聚烯烴及其混合物的膨化聚合物或共聚物形成。纖維護(hù)套由合成和/或天然短纖維,最優(yōu)選短棉纖維形成。彈性復(fù)合纖維特別適合用作梭織織物的組成部分,特別是用于彈力牛仔布[21-22]。國(guó)外用的創(chuàng)新紡絲方法紡萊卡纖維和羊毛的彈性紗被應(yīng)用于更多工業(yè)的最終用途,這使得它有意義研究羊毛/氨綸包芯紗的力學(xué)性能[23-24]。復(fù)合彈性紗是眾所周知的,常規(guī)的復(fù)合紗線包括相對(duì)無(wú)彈性的纖維或絲狀外皮覆蓋芯的彈性絲或彈性纖維,特別是包括彈性復(fù)合紗線的彈力織物,由于其舒適、多功能和耐用性,在時(shí)裝和紡織品市場(chǎng)上越來(lái)越受歡迎[25]。

Hua Tao等[26]研究了雙組分包芯紗的性能,并與單組分性能進(jìn)行了比較。Yilonu,Sait等[27]比較了在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上用不同原料生產(chǎn)的包芯紗的性能,并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了分析。Duan Zaihua[28]利用碳墨處理彈性長(zhǎng)絲,然后紡制包芯紗,研究其在應(yīng)變傳感器上的應(yīng)用。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì)包芯紗紡紗技術(shù)、新材料等進(jìn)行了研究和探討。

閆海江[29-30]探討了傳統(tǒng)環(huán)錠紡包芯紗與賽絡(luò)紡包芯紗,對(duì)2種包芯紗的工藝及質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比。為解決棉包滌綸絲包芯紗的毛羽多、紗線結(jié)構(gòu)較松散、耐磨性差、易起毛起球等問(wèn)題,苗孟河、趙培等[31-32]對(duì)包芯紗的包覆量進(jìn)行了研究。

周朝鋼等[33]研究了負(fù)離子/抗菌丙綸包覆紗的紡制技術(shù)。主要探討將竹漿纖維、負(fù)離子纖維、棉纖維以30/40/30的混紡比當(dāng)作包覆紗的外包纖維,以5.56 tex抗菌丙綸長(zhǎng)絲作為芯絲,紡得10.6 tex包覆率為47.5%包覆紗,并賦予紗線永久抗菌性能、負(fù)離子釋放功能以及更好的舒適性能等,并對(duì)紡制包覆紗的紡紗原理、紡紗方法等主要工藝參數(shù),以及預(yù)牽伸倍數(shù)、捻度、鋼絲圈型號(hào)對(duì)紗線質(zhì)量的影響進(jìn)行了分析,最終得出了一套最優(yōu)參數(shù)設(shè)置,為今后此類保健型功能紗線提供了一定的研究基礎(chǔ)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

楊藝丹[34]研究了以高強(qiáng)聚乙烯和高強(qiáng)滌綸做芯紗,以芳綸短纖作為外包纖維,經(jīng)過(guò)環(huán)錠紡紡制成2種不同纖維為芯紗的包覆紗,并對(duì)包覆紗及其織物的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試。

陳堅(jiān)[35]對(duì)醋青纖維高仿真羊絨復(fù)合(包芯)紗進(jìn)行了開發(fā)研究,依據(jù)不同的保暖性能和服用性能,以新型醋青纖維為主體,與棉、纖維素纖維、合成纖維、高支羊毛等進(jìn)行2種或多種不同比例的組合混紡,紡制出以保暖功能為特色的高仿真羊絨系列復(fù)合包芯紗。

短纖維包覆紗可能受紡紗張力、接頭困難等因素的影響,對(duì)短纖維包覆的研究甚少。而對(duì)于短纖維/長(zhǎng)絲和長(zhǎng)絲/長(zhǎng)絲包覆紗技術(shù)的研究一直是比較成熟的,但產(chǎn)品性能上仍然存在一個(gè)難以攻克的難關(guān),即包芯紗的“露絲”現(xiàn)象。針對(duì)長(zhǎng)纖維包覆紗的露絲問(wèn)題,應(yīng)該從工藝、原料等方面去進(jìn)一步改進(jìn)。而對(duì)于短纖維包覆紡紗,前人所做的研究比較少,需要進(jìn)一步去充實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展,人們消費(fèi)觀念逐漸轉(zhuǎn)為注重產(chǎn)品的外觀、手感、舒適性、彈性等,促使紡織品向個(gè)性化、多樣化、功能化和安全舒適無(wú)害的方向發(fā)展。新型紡紗工藝技術(shù)與設(shè)備的不斷發(fā)展提出了開發(fā)紡織產(chǎn)品的新方法,各種新型的紡紗技術(shù)極大地推進(jìn)了紡織產(chǎn)業(yè)的總體進(jìn)步。由新工藝、新材料紡制的包覆紗,尤其是具有特殊功能和特殊手感的包覆紗織物將具有廣闊的市場(chǎng)前景。