聞秀銀，陳海燕，路 廣，嚴(yán) 巖

(中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇 儀征 211900)

聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)纖維是由精對(duì)苯二甲酸和1，4-丁二醇通過(guò)縮聚，再經(jīng)熔融紡絲而制得的一種芳香族聚酯纖維[1-2]，其最突出的性能是具有優(yōu)良的彈性和彎曲回復(fù)性，彈性回復(fù)率優(yōu)于滌綸，其織物可隨外力大小的變化而發(fā)生膨脹和收縮，特別適用于制作游泳衣、連襪褲、訓(xùn)練服、體操服等高彈性紡織品[3]。另外，PBT纖維在干、濕態(tài)條件下均具有特殊的伸縮性，且彈性不受周?chē)h(huán)境溫度變化的影響，價(jià)格遠(yuǎn)低于氨綸。

PBT大分子鏈上的柔性部分較長(zhǎng)，因而PBT纖維的回彈性高且蓬松度好[4]，這使得PBT短纖維紡紗較為困難。通常，彈性紗線(xiàn)是通過(guò)滌綸包覆氨綸來(lái)生產(chǎn)，但氨綸價(jià)格高，且多一道包覆工序的加工成本。目前采用PBT彈性短纖維紡紗成功的研究報(bào)道很少，公開(kāi)的文獻(xiàn)以紗線(xiàn)的性能和織造研究較多。作者以1.56 dtex×38 mm PBT短纖維為原料，經(jīng)開(kāi)棉、梳棉、并條、粗紗和細(xì)紗工序制備線(xiàn)密度為155.7 dtex的紗線(xiàn)，研究了紡紗各工序的工藝參數(shù)對(duì)紗線(xiàn)性能的影響，這對(duì)于開(kāi)發(fā)其他彈性短纖維紗線(xiàn)具有重要的借鑒意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

PBT短纖維：產(chǎn)品規(guī)格1.56 dtex×38 mm，主要質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1，中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

表1 PBT短纖維主要質(zhì)量指標(biāo)Tab.1 Main quality indexes of PBT staple fiber

1.2 設(shè)備與儀器

TC5型清梳聯(lián)設(shè)備：特呂茨施勒紡織機(jī)械有限公司制；TD8型并條機(jī)：特呂茨施勒紡織機(jī)械有限公司制；JWF1415型粗紗機(jī)：經(jīng)緯紡織機(jī)械股份公司制；JWF1516型細(xì)紗機(jī)：經(jīng)緯紡織機(jī)械股份公司制；YG063T型單紗強(qiáng)力儀：陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司制；ME100型條干儀：烏斯特技術(shù)有限公司制；YG172A型毛羽儀：陜西長(zhǎng)嶺紡織機(jī)電科技有限公司制；LR10Kplus型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：威訊科技集團(tuán)有限公司制。

1.3 PBT彈性短纖維紗線(xiàn)的制備

紡制PBT彈性短纖維紗線(xiàn)采用滌綸紡紗的基本工藝流程。首先將PBT彈性短纖維經(jīng)清梳聯(lián)制成生條；再將生條進(jìn)行一級(jí)并條、二級(jí)并條，充分拉伸消除生條中的彎鉤和卷曲，制得棉條；然后將棉條經(jīng)拉伸、加捻紡制成合適捻系數(shù)和支數(shù)的粗紗，粗紗再經(jīng)拉伸、加捻紡制成線(xiàn)密度為155.7 dtex的細(xì)紗，供下游用戶(hù)使用。

清梳聯(lián)工序主要工藝參數(shù)：出條速度100 m/min，額定壓力135 Pa，拉伸倍數(shù)103，定量4.5 ktex，錫林速度300 r/min，刺輥速度 700 r/min。

并條工序主要工藝參數(shù)：采用兩道并合，并合根數(shù)均為8根；一級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)1.70，定量4.3 ktex；二級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)1.35，定量4.2 ktex；一級(jí)并條和二級(jí)并條的羅拉輸出速度均為300 m/min。

粗紗工序主要工藝參數(shù)：捻系數(shù)85，錠翼理論轉(zhuǎn)速800 m/min，后區(qū)拉伸倍數(shù)1.25，粗紗線(xiàn)密度為420 dtex。

細(xì)紗工序主要工藝參數(shù)：理論錠速9 000 m/min，捻系數(shù)430，后區(qū)拉伸倍數(shù)1.15，2#鋼絲圈，定量148 dtex。

1.4 分析與測(cè)試

力學(xué)性能：按照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定(CRE法)》，采用YG063T型單紗強(qiáng)力儀測(cè)試紗線(xiàn)的斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力。

條干不勻率：采用ME100型條干儀測(cè)試棉條、粗紗和細(xì)紗的條干均勻度；棉條和粗紗的測(cè)試速度50 m/min，測(cè)試時(shí)間5 min；細(xì)紗的測(cè)試速度400 m/min，測(cè)試時(shí)間1 min。

1 mm毛羽數(shù)量：采用YG172A型毛羽儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試速度30 m/min，片段長(zhǎng)度10 m，計(jì)算其1 mm毛羽根數(shù)。

沸水收縮率：按照GB/T 6505—2008《化學(xué)纖維 長(zhǎng)絲熱收縮率試驗(yàn)方法》測(cè)試。

彈性回復(fù)率：采用LR10Kplus型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，測(cè)試條件為彈性紗的夾持長(zhǎng)度50 cm、拉伸速度50 mm/min、停留時(shí)間10 s、定伸長(zhǎng)20%、循環(huán)拉伸60次。

2 結(jié)果與討論

2.1 清梳聯(lián)工藝

清梳聯(lián)機(jī)組由喂棉機(jī)、精開(kāi)棉機(jī)和梳棉機(jī)組成。喂棉機(jī)對(duì)纖維初步混合并開(kāi)松后輸送到精開(kāi)棉機(jī)；精開(kāi)棉機(jī)對(duì)纖維開(kāi)松、去除大雜質(zhì)；梳棉機(jī)對(duì)纖維進(jìn)行梳理、去除小雜質(zhì)并均勻混合后，制成符合要求的生條[5]。最初參照滌綸紡紗工藝，在額定壓力為170 Pa、輸出速度為120 m/min、拉伸倍數(shù)為80等工藝條件下進(jìn)行試紡，但因棉網(wǎng)直徑(1.31 mm)較大，棉網(wǎng)太厚，無(wú)法生頭。棉網(wǎng)太厚是由于PBT短纖維比較蓬松，相同質(zhì)量下，體積較大。由表2可知，通過(guò)工藝參數(shù)調(diào)整，在其他工藝條件不變的前提下，提高拉伸倍數(shù)至103，降低額定壓力至135 Pa，降低輸出速度至100 m/min，從而減小單位時(shí)間的輸送量，棉網(wǎng)直徑減小到正常值(0.97 mm)，同時(shí)降低輸出速度，制備生條時(shí)生頭由較難變易，直至穩(wěn)定生產(chǎn)，得到質(zhì)量較好的生條。

表2 清梳聯(lián)工藝參數(shù)及棉條質(zhì)量Tab.2 Technological parameters of blowing carding unit and sliver quality

2.2 并條工藝

纖維經(jīng)過(guò)清梳聯(lián)工序制成的生條已成為連續(xù)的半制品，但生條中有很多彎鉤和卷曲，且有部分纖維互相纏連，這樣的生條如果直接用來(lái)紡紗，會(huì)影響成紗的質(zhì)量。并條是將多根棉條并合成一根棉條，主要作用是改善棉條的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因PBT短纖維具有回彈性，容易纏輥，并條過(guò)程中棉條輸出速度不宜高，當(dāng)輸出速度設(shè)定為400 m/min時(shí)(滌綸短纖維一般輸出速度為400～450 m/min)，纏輥1次、斷頭2次；當(dāng)輸出速度降低到300 m/min時(shí)，生頭容易且運(yùn)行穩(wěn)定。因此，在確定輸出速度為300 m/min的條件下，選擇一級(jí)并條和二級(jí)并條的后區(qū)拉伸倍數(shù)。

一級(jí)并條采用8根棉條喂入方式，在設(shè)定輸出速度為300 m/min、總拉伸倍數(shù)為8.61、定量為4.3 ktex的條件下，一級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)紡紗性能的影響見(jiàn)表3。

表3 一級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)紡紗工況及棉條質(zhì)量的影響Tab.3 Effect of draw ratio in back zone of primary drawing on spinning condition and sliver quality

由表3可知，一級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)越大，棉條條干不勻率越小、棉條斷裂強(qiáng)度越大。因?yàn)樵龃蠛髤^(qū)拉伸倍數(shù)可消除生條的后彎鉤更多，較大地改善生條的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，所以選擇一級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)為1.70的棉條進(jìn)入二級(jí)并條工序。

二級(jí)并條采用前區(qū)拉伸倍數(shù)大、后區(qū)拉伸倍數(shù)小的分配方案，可以有效地加強(qiáng)主拉伸區(qū)壓力棒對(duì)慢速纖維的控制，提升纖維的伸直平行度及棉條的均勻性，但后區(qū)拉伸倍數(shù)不宜太小[6]。二級(jí)并條也采用8根棉條喂入，在設(shè)定輸出速度300 m/min、總拉伸倍數(shù)8.35、定量4.2 ktex的條件下，二級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)紡紗性能的影響見(jiàn)表4。從表4可知:當(dāng)后區(qū)拉伸倍數(shù)取1.35時(shí)并條工況及棉條質(zhì)量較佳，二級(jí)并條后的棉條的條干不勻率為2.17%；后區(qū)拉伸倍數(shù)為1.17和1.53時(shí)棉條的條干不勻率分別為2.20%和2.28%，棉條質(zhì)量較差。

表4 二級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)紡紗工況及棉條質(zhì)量的影響 Tab.4 Effect of draw ratio in back zone of secondary drawing on spinning condition and sliver quality

綜合考察，一級(jí)并條采用大的后區(qū)拉伸倍數(shù)、二級(jí)并條采用小的后區(qū)拉伸倍數(shù)，這樣的分配方案利于棉條充分地拉伸，提高纖維的伸直平行度和部分單纖維的分離度。

2.3 粗紗紡制工藝

粗紗工序是將棉條紡制成合適捻系數(shù)和支數(shù)的粗紗，供細(xì)紗工序使用。

2.3.1 總拉伸倍數(shù)對(duì)粗紗性能的影響

使用規(guī)格為4.2 ktex的棉條作為原料，在粗紗機(jī)上進(jìn)行拉伸紡制粗紗，在設(shè)定錠翼理論轉(zhuǎn)速800 r/min、捻系數(shù)75、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.20的條件下，討論了總拉伸倍數(shù)對(duì)粗紗性能的影響。從表5可知，粗紗線(xiàn)密度與總拉伸倍數(shù)成反比關(guān)系， 470 tex的粗紗質(zhì)量最好，條干不勻率為3.97%，320 tex的粗紗質(zhì)量最差，條干不勻率為4.67%?？紤]后面細(xì)紗規(guī)格152 dtex(約為38支)，參照滌綸紗粗紗線(xiàn)密度，選擇總拉伸倍數(shù)10.46紡制粗紗(線(xiàn)密度420 tex、條干不勻率4.21%)較為合適。

表5 總拉伸倍數(shù)對(duì)粗紗性能的影響Tab.5 Effect of total draw ratio on roving performance

2.3.2 后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)粗紗性能的影響

粗紗經(jīng)過(guò)后區(qū)拉伸后，紗條緊密，纖維間抱合力大，在拉伸區(qū)纖維變速點(diǎn)前移并集中而穩(wěn)定、紗線(xiàn)條干好、細(xì)節(jié)少。在設(shè)定粗紗線(xiàn)密度420 tex、錠翼理論轉(zhuǎn)速800 r/min、捻系數(shù)75、總拉伸倍數(shù)10.46的條件下，討論了后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)紡紗工況及粗紗性能的影響。從表6可知，后區(qū)拉伸倍數(shù)為1.15～1.30時(shí)，其對(duì)成紗性能影響較小。從條干不勻率指標(biāo)看，后區(qū)拉伸倍數(shù)較小即1.15～1.25時(shí)粗紗質(zhì)量較好。后區(qū)拉伸倍數(shù)較小時(shí)可以有效地加強(qiáng)前區(qū)主拉伸對(duì)纖維的控制，提升纖維的伸直平行度及棉條的均勻性[7]。

表6 后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)紡紗工況及粗紗性能的影響Tab.6 Effect of draw ratio in back zone on spinning condition and roving performance

2.3.3 粗紗捻系數(shù)對(duì)成紗性能的影響

粗紗捻系數(shù)影響紗條的緊密度和成形。粗紗的捻系數(shù)越大，紗條緊密程度越高，纖維間抱合力越大，粗紗內(nèi)部結(jié)構(gòu)越完善、質(zhì)量越均勻[8]。在設(shè)定粗紗線(xiàn)密度420 tex、錠翼理論轉(zhuǎn)速800 r/min、總拉伸倍數(shù)10.46、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.25的條件下，討論了粗紗捻系數(shù)對(duì)其成紗性能的影響。從表7可知，隨著粗紗捻系數(shù)的增大，其成紗性能逐漸提高，條干不勻率逐漸下降，當(dāng)捻系數(shù)為85時(shí)，粗紗條干不勻率4.12%，質(zhì)量最佳。捻系數(shù)小，不利于粗紗成形和細(xì)紗工序中的拉伸控制；粗紗捻系數(shù)大，可提高粗紗的強(qiáng)度，改善條干均勻度，在細(xì)紗后區(qū)拉伸時(shí)減小細(xì)節(jié)段的伸長(zhǎng)，還有利于減少成紗毛羽。因此，在粗紗紡制時(shí)選擇粗紗捻系數(shù)為85較好。

表7 粗紗捻系數(shù)對(duì)成紗性能的影響Tab.7 Effect of roving twist coefficient on yarn forming performance

2.4 細(xì)紗紡制工藝

紡紗中的最后一道工序是細(xì)紗工序，即將粗紗工序生產(chǎn)的半制品紡制成一定粗細(xì)且滿(mǎn)足用戶(hù)質(zhì)量需求的細(xì)紗，供下游用戶(hù)使用。

2.4.1 總拉伸倍數(shù)對(duì)細(xì)紗性能的影響

使用試制的質(zhì)量最佳的粗紗，在緊密紡條件下紡制細(xì)紗，設(shè)定理論錠速10 000 r/min、捻系數(shù)430、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.15，不同總拉伸倍數(shù)下成品細(xì)紗主要性能見(jiàn)表8。由表8可知，總拉伸倍數(shù)大，紗線(xiàn)細(xì)，斷裂強(qiáng)度明顯小，條干不勻率明顯大，1 mm毛羽明顯增多，彈性回復(fù)率稍小。通過(guò)此組試驗(yàn)可知，總拉伸倍數(shù)越小，成紗質(zhì)量越好，反之則成紗質(zhì)量越差。這是因?yàn)槔毂稊?shù)越小、拉伸不勻程度越小，粗紗經(jīng)過(guò)細(xì)紗后區(qū)拉伸后仍能保持較好的須條結(jié)構(gòu)，成紗條干好、粗細(xì)節(jié)少，所以成紗斷裂強(qiáng)度和彈性回復(fù)率也高。斷裂伸長(zhǎng)與強(qiáng)度有關(guān)聯(lián)，成紗強(qiáng)度越大，成紗斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)越大；反之亦然[5]。本實(shí)驗(yàn)為了制備155.7 dtex細(xì)支紗，需選擇較高的總拉伸倍數(shù)即30.3。在一定范圍內(nèi)，斷裂伸長(zhǎng)越大，彈性回復(fù)率也越大。

表8 總拉伸倍數(shù)對(duì)細(xì)紗主要性能的影響Tab.8 Effect of total draw ratio on main properties of spun yarn

2.4.2 理論錠速對(duì)細(xì)紗性能的影響

使用質(zhì)量最佳的粗紗紡制細(xì)紗，設(shè)定捻系數(shù)430、總拉伸倍數(shù)30.3、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.15，不同理論錠速下成品細(xì)紗主要性能見(jiàn)表9。

表9 理論錠速對(duì)細(xì)紗主要性能的影響Tab.9 Effect of theoretical spindle speed on main properties of spun yarn

由表9可知，隨著理論錠速的提高，細(xì)紗斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率減小，條干不勻率、沸水收縮率逐漸增大。細(xì)線(xiàn)斷裂伸長(zhǎng)率與紡紗錠速有關(guān)，錠速提高，紡紗張力隨著提高，細(xì)線(xiàn)的斷裂伸長(zhǎng)率也隨之下降。在細(xì)紗線(xiàn)密度一定的前提下，錠速過(guò)高后1 mm毛羽增加，因?yàn)殄V速提高，紗線(xiàn)與導(dǎo)紗鉤、鋼絲圈的接觸壓力增加，摩擦力增加，而且鋼絲圈的速度也隨之提高，使得鋼絲圈運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)、紗線(xiàn)的離心力提高，纖維的尾端易從紗體中甩出來(lái)形成毛羽[9]。綜合考慮，理論錠速取9 000 r/min時(shí)細(xì)紗性能較佳。

2.4.3 捻系數(shù)對(duì)細(xì)紗性能的影響

使用質(zhì)量最佳的粗紗紡制細(xì)紗，設(shè)定理論錠速9 000 r/min、總拉伸倍數(shù)30.3、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.15，捻系數(shù)對(duì)細(xì)紗主要性能的影響見(jiàn)表10。由表10可知，隨著細(xì)紗捻系數(shù)的提高，紗線(xiàn)的條干不勻率及1 mm毛羽數(shù)都有減小的趨勢(shì)，在一定的拉伸條件下彈性回復(fù)率有升高趨勢(shì)。在生產(chǎn)實(shí)踐中，提高細(xì)紗的捻系數(shù)是有利于減少粗節(jié)、細(xì)節(jié)、小棉結(jié)和毛羽，但細(xì)紗捻系數(shù)的選擇最終取決于細(xì)紗品質(zhì)和生產(chǎn)效率。因?yàn)槟硐禂?shù)過(guò)小，紗線(xiàn)容易產(chǎn)生毛羽、粗節(jié)、細(xì)節(jié)、棉結(jié)；捻系數(shù)過(guò)大，細(xì)紗手感發(fā)硬，細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)效率降低。因此，兼顧細(xì)紗品質(zhì)和生產(chǎn)效率，可適當(dāng)提高細(xì)紗的捻系數(shù)，當(dāng)捻系數(shù)達(dá)到430時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量已滿(mǎn)足要求，如果繼續(xù)提高捻系數(shù)勢(shì)必嚴(yán)重影響產(chǎn)量。

表10 捻系數(shù)對(duì)細(xì)紗主要性能的影響Tab.10 Effect of twist factor on main properties of spun yarn

2.4.4 后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)細(xì)紗性能的影響

使用質(zhì)量最佳的粗紗紡制細(xì)紗，設(shè)定理論錠速9 000 r/min、總拉伸倍數(shù)30.3、捻系數(shù)430，后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)細(xì)紗主要性能的影響見(jiàn)表11。

表11 后區(qū)拉伸倍數(shù)對(duì)細(xì)紗主要性能的影響Tab.11 Effect of draw ratio in back zone on main properties of spun yarn

由表11可知，隨著細(xì)紗工序中后區(qū)拉伸倍數(shù)的增大，細(xì)紗條干不勻率及1 mm毛羽數(shù)均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，沸水收縮率逐漸增大，彈性回復(fù)率變化趨勢(shì)不明顯。在細(xì)紗工序中，有許多毛羽在紗條離開(kāi)前羅拉的時(shí)候就已經(jīng)存在，因此要加強(qiáng)纖維在拉伸區(qū)的凝聚作用，減少拉伸對(duì)纖維的擴(kuò)散作用，從而減少毛羽。一般情況下適當(dāng)減小后區(qū)拉伸倍數(shù)，讓紗條留有一定的捻回進(jìn)入前拉伸區(qū)，有利于防止纖維的過(guò)分?jǐn)U散從而減少毛羽、細(xì)節(jié)、粗節(jié)及條干不勻率，但后區(qū)拉伸倍數(shù)太小使得前區(qū)拉伸倍數(shù)太大，造成拉伸不勻大，從而使得紗線(xiàn)質(zhì)量下降。綜合考慮，后區(qū)拉伸倍數(shù)取1.15，細(xì)紗綜合性能較好。

3 結(jié)論

a.采用滌綸紡紗的基本工藝流程，以1.56 dtex×38 mm PBT彈性短纖維為原料，通過(guò)開(kāi)棉、梳棉、并條、紡粗紗和紡細(xì)紗制備了線(xiàn)密度為155.7 dtex的PBT紗線(xiàn)。

b.在清梳聯(lián)工序其他工藝條件不變的前提下，提高拉伸倍數(shù)至103，降低額定壓力至135 Pa，降低輸出速度至100 m/min，棉網(wǎng)直徑減小到正常值0.97 mm，可得到質(zhì)量較好的生條。

c.一級(jí)并條采用大的后區(qū)拉伸倍數(shù)，二級(jí)并條采用小的后區(qū)拉伸倍數(shù)，并條工況及棉條質(zhì)量較佳。在一級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)為1.70、二級(jí)并條后區(qū)拉伸倍數(shù)為1.35時(shí)，棉條的條干不勻率為2.17%。

d.在紡粗紗過(guò)程中，錠翼理論轉(zhuǎn)速800 r/min、總拉伸倍數(shù)10.46、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.25、捻系數(shù)85時(shí)，生頭容易，無(wú)纏輥、斷頭，成形良好，粗紗質(zhì)量最佳，條干不勻率為4.12%。

e.在紡細(xì)紗過(guò)程中，理論錠速9 000 r/min、總拉伸倍數(shù)30.3、捻系數(shù)430、后區(qū)拉伸倍數(shù)1.15時(shí)，細(xì)紗綜合性能較好，紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)度2.66 cN/dtex、斷裂伸長(zhǎng)23.4%、條干不勻率13.97%、沸水收縮率2.93%、1 mm毛羽100.0根、彈性回復(fù)率37.86%。