葛陳鵬

(江蘇格羅瑞節(jié)能科技有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000)

半精紡工藝是一種基于纖維原料特性和原料種類(lèi)組合形式將毛紡工藝和棉紡工藝有機(jī)組合的紡紗技術(shù)[1-3]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，半精紡發(fā)展迅速，我國(guó)的半精紡紗線(xiàn)產(chǎn)地主要集中在山東、浙江、江蘇等地，目前全國(guó)半精紡紗線(xiàn)產(chǎn)能約50多萬(wàn)錠。半精紡的快速發(fā)展要?dú)w功于其對(duì)絨類(lèi)纖維和含毛混紡類(lèi)纖維的加工適應(yīng)性[4]，以及其所紡紗線(xiàn)手感、外觀(guān)接近精梳毛紡紗線(xiàn)。

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們對(duì)紡織品的服用性能有更高要求，同時(shí)對(duì)外觀(guān)也有更多個(gè)性化需求。包芯紗技術(shù)對(duì)改善紗線(xiàn)性能具有重要作用，通過(guò)在短纖維紗線(xiàn)中引入長(zhǎng)絲改善紗線(xiàn)強(qiáng)度和手感，并保留短纖維紗的外觀(guān)風(fēng)格[5]。竹節(jié)紗作為花式紗線(xiàn)的典型品種，其粗細(xì)不勻的外觀(guān)效果可使服裝具有立體感和層次感，符合市場(chǎng)的個(gè)性化需求[6-8]。目前，針對(duì)半精紡羊毛包芯竹節(jié)紗的研究主要集中在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和紡紗工藝方面[9-11]，針對(duì)具體的紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能研究仍需進(jìn)一步推進(jìn)。

本文旨在探討半精紡羊毛/滌綸長(zhǎng)絲包芯竹節(jié)紗的主要結(jié)構(gòu)和性能，以及部分紡紗工藝參數(shù)對(duì)其影響規(guī)律，通過(guò)改變竹節(jié)長(zhǎng)度、竹節(jié)倍率和紗線(xiàn)捻度，分析紗線(xiàn)捻度分布、竹節(jié)形態(tài)結(jié)構(gòu)、紗線(xiàn)強(qiáng)力和耐磨性能變化規(guī)律。

1 包芯竹節(jié)紗紡制原理

竹節(jié)紗是在紡紗過(guò)程中使紗線(xiàn)粗細(xì)沿長(zhǎng)度方向發(fā)生規(guī)律或者不規(guī)律的變化明顯的粗細(xì)節(jié)。常用的竹節(jié)紗裝置可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是前羅拉變速產(chǎn)生竹節(jié)；另一類(lèi)是中、后羅拉變速產(chǎn)生竹節(jié)。目前，在實(shí)際生產(chǎn)中采用最多的是中、后羅拉變速竹節(jié)紗裝置，將中、后羅拉的傳動(dòng)與前羅拉分離，采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中、后羅拉，由可編程控制器程序化控制，在紡紗過(guò)程中改變中、后羅拉轉(zhuǎn)速，紡制竹節(jié)紗。其控制精度高、反應(yīng)速度快。在細(xì)紗機(jī)上紡制非彈性長(zhǎng)絲包芯紗的方法已經(jīng)比較成熟，對(duì)于包芯竹節(jié)紗的生產(chǎn)，是在竹節(jié)紗的紡紗方法基礎(chǔ)上，通過(guò)在前羅拉處加入長(zhǎng)絲，紡制成包芯竹節(jié)紗。包芯竹節(jié)紗紡制機(jī)制見(jiàn)圖1。

圖1 包芯竹節(jié)紗紡制機(jī)制

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原料選擇

本次實(shí)驗(yàn)選擇的羊毛粗紗干定量為0.8 g/m，為半精梳羊毛粗紗，原料為未染色國(guó)產(chǎn)羊毛，平均長(zhǎng)度35.6 mm，平均細(xì)度20.3 μm；滌綸長(zhǎng)絲線(xiàn)密度為3.33 tex、噴絲孔為18 F的全牽伸絲。

2.2 紡紗實(shí)驗(yàn)方案

紡紗實(shí)驗(yàn)在CCZ-X型多功能數(shù)控環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行，所紡包芯竹節(jié)紗的基紗線(xiàn)密度25 tex，芯絲張力牽伸1.06倍，基紗總牽伸為32.0，后區(qū)牽伸1.2，紡紗錠速8 000 r/min，具體紡紗實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1、2，其中表1中的實(shí)驗(yàn)方案一中的試樣用于研究包芯竹節(jié)紗的竹節(jié)形態(tài)和竹節(jié)質(zhì)量，表2中的實(shí)驗(yàn)方案二中的試樣用于研究包芯竹節(jié)紗的捻度分布、紗線(xiàn)耐磨性和拉伸斷裂強(qiáng)力。

表2 紡紗實(shí)驗(yàn)方案二

2.3 紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試

2.3.1 竹節(jié)形態(tài)測(cè)試

采用YG381型手搖黑板機(jī)以最大間距將紗線(xiàn)纏繞在鋁合金鏤空黑板框上，以免掃描紗線(xiàn)圖像是紗線(xiàn)被壓扁影響被測(cè)紗線(xiàn)直徑結(jié)果，用佳能CanoScan 9000F Mark II掃描儀掃描紗線(xiàn)圖像，圖片分辨率4 800 dpi并標(biāo)定圖像尺寸，使用Image Pro Plus圖像分析軟件測(cè)量紗線(xiàn)竹節(jié)直徑變化規(guī)律以及基紗平均直徑，試樣1#～6#各測(cè)試10次取平均值。

2.3.2 竹節(jié)質(zhì)量測(cè)試

竹節(jié)質(zhì)量測(cè)試采用切斷稱(chēng)重法，選用梅特勒-托利多ME55十萬(wàn)分之一天平(可讀性0.01 mg)，人工剪取50和100 mm的竹節(jié)以及100 mm基紗，分別稱(chēng)取質(zhì)量。

2.3.3 紗線(xiàn)捻度分布測(cè)試

采用Y331LN數(shù)字式紗線(xiàn)捻度儀，根據(jù)竹節(jié)和基紗的特點(diǎn)分別選取測(cè)試長(zhǎng)度。根據(jù)竹節(jié)長(zhǎng)度分別選取50和100 mm的竹節(jié)長(zhǎng)度作為竹節(jié)捻度的測(cè)試長(zhǎng)度，由于竹節(jié)長(zhǎng)度較短，在退捻過(guò)程中可以人工觀(guān)察到完全解捻時(shí)纖維的伸直形態(tài)，所以竹節(jié)捻度測(cè)試采用直接計(jì)數(shù)法；而基紗長(zhǎng)度較長(zhǎng)，選取測(cè)試長(zhǎng)度250 mm采用退捻加捻法測(cè)試基紗捻度。

2.3.4 紗線(xiàn)耐磨性能測(cè)試

采用LFY-109B型紗線(xiàn)耐磨儀，測(cè)試用砂紙目數(shù)600，張力砝碼10 g。試樣7#～15#各測(cè)試10次取平均值，由于樣品紗線(xiàn)為包芯竹節(jié)紗，人工記錄外包纖維與長(zhǎng)絲發(fā)生滑移露出芯絲時(shí)的耐磨次數(shù)。

2.3.5 紗線(xiàn)拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試

采用YG020A型電子單紗強(qiáng)力儀，拉伸速度500 mm/min。根據(jù)竹節(jié)和基紗的特點(diǎn)分別選取測(cè)試長(zhǎng)度。根據(jù)竹節(jié)長(zhǎng)度分別選取50和100 mm的竹節(jié)長(zhǎng)度作為拉伸斷裂強(qiáng)力的測(cè)試長(zhǎng)度；而基紗長(zhǎng)度較長(zhǎng)，選取測(cè)試長(zhǎng)度250 mm。

3 結(jié)果與討論

3.1 竹節(jié)形態(tài)與質(zhì)量分析

包芯竹節(jié)紗成紗過(guò)程為動(dòng)態(tài)過(guò)程，通過(guò)在線(xiàn)改變羅拉牽伸倍數(shù)調(diào)整成紗直徑，但是紗線(xiàn)由短纖維構(gòu)成，隨著牽伸的變化，具有一定長(zhǎng)度的纖維改變排列間距時(shí)會(huì)有延續(xù)，所以竹節(jié)形態(tài)并不能達(dá)到理想狀態(tài)。紗線(xiàn)直徑尺度一般在幾百微米級(jí)，直接測(cè)量難度較大，本文采用掃描儀以高分辨率掃描竹節(jié)紗形態(tài)，借助Image Pro Plus軟件分別對(duì)竹節(jié)和基紗等間距取樣測(cè)量該位置紗線(xiàn)直徑，測(cè)量結(jié)果如圖2、3所示，由圖示出整段竹節(jié)的直徑變化呈拋物線(xiàn)狀，竹節(jié)部分直徑變化整體呈先上升后下降趨勢(shì)，且竹節(jié)中間部分有一段相對(duì)比較穩(wěn)定的片段。竹節(jié)長(zhǎng)度為50 mm的竹節(jié)紗，其基紗平均直徑為0.21 mm，設(shè)定竹節(jié)倍率分別為1.5、2.0和2.5倍時(shí)，其所對(duì)應(yīng)竹節(jié)直徑峰值分別為基紗直徑的1.33、1.76和1.95倍。對(duì)于竹節(jié)長(zhǎng)度為100 mm的竹節(jié)紗，基紗平均直徑為0.21 mm，設(shè)定竹節(jié)倍率分別為1.5、2.0和2.5倍時(shí)，其所對(duì)應(yīng)竹節(jié)直徑峰值分別為基紗直徑的1.43、1.81和2.00倍。對(duì)于同一竹節(jié)倍率的竹節(jié)紗，所紡竹節(jié)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其最大直徑越大，即實(shí)際竹節(jié)倍率更接近設(shè)計(jì)竹節(jié)倍率。

圖2 50 mm長(zhǎng)竹節(jié)直徑變化

圖3 100 mm長(zhǎng)竹節(jié)直徑變化

竹節(jié)和基紗片段紗線(xiàn)的質(zhì)量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。100 mm基紗平均質(zhì)量為2.85 mg，50 mm竹節(jié)的質(zhì)量是等長(zhǎng)基紗質(zhì)量的1.15倍(竹節(jié)倍率1.5倍)、1.38倍(竹節(jié)倍率2.0倍)、1.73倍(竹節(jié)倍率2.5倍)，100 mm竹節(jié)的質(zhì)量是等長(zhǎng)基紗質(zhì)量的1.25倍(竹節(jié)倍率1.5倍)、1.46倍(竹節(jié)倍率2.0倍)、1.85倍(竹節(jié)倍率2.5倍)。測(cè)試結(jié)果表明所紡竹節(jié)紗符合設(shè)計(jì)竹節(jié)的長(zhǎng)度，其竹節(jié)平均線(xiàn)密度低于設(shè)計(jì)竹節(jié)倍率所對(duì)應(yīng)的線(xiàn)密度。

表3 竹節(jié)與基紗片段質(zhì)量

3.2 竹節(jié)紗捻度分布與紗線(xiàn)性能分析

竹節(jié)紗中竹節(jié)與基紗片段的捻度分布由紗線(xiàn)內(nèi)扭矩決定，而紗線(xiàn)扭矩受纖維拉伸模量、纖維扭轉(zhuǎn)剛度、纖維抗彎剛度、紗線(xiàn)捻度和紗線(xiàn)直徑影響，竹節(jié)紗上紗線(xiàn)直徑是變化的，所以在相同扭矩下，竹節(jié)片段與基紗片段的紗線(xiàn)捻度不同。不同竹節(jié)倍率和捻系數(shù)下所紡紗線(xiàn)竹節(jié)捻度和基紗捻度的分布見(jiàn)表4，由表示出，同捻系數(shù)下隨著竹節(jié)倍率的增大，竹節(jié)捻度降低，基紗捻度增大；同竹節(jié)倍率下隨著捻系數(shù)的增大，竹節(jié)和基紗捻度均增大。

表4 竹節(jié)與基紗片段捻度

對(duì)于短纖維紗線(xiàn)拉伸斷裂時(shí)存在纖維的斷裂和纖維的滑移，而竹節(jié)紗中隨著竹節(jié)倍率和竹節(jié)長(zhǎng)度的變化，紗線(xiàn)捻度分布也跟隨變化，導(dǎo)致基紗和竹節(jié)強(qiáng)力變化。不同竹節(jié)倍率和捻系數(shù)時(shí)的竹節(jié)強(qiáng)力和紗線(xiàn)強(qiáng)力見(jiàn)表5，示出在同一竹節(jié)倍率下，基紗強(qiáng)力和竹節(jié)強(qiáng)力都隨捻系數(shù)的增大而增大，這是由于在一定范圍內(nèi)增加紗線(xiàn)捻度，基紗和竹節(jié)捻度都會(huì)增大，隨著紗線(xiàn)內(nèi)纖維抱合力的增大，拉伸斷裂過(guò)程中紗線(xiàn)中纖維的斷裂和滑移也會(huì)減少，紗線(xiàn)強(qiáng)力增大?；啅?qiáng)力幾乎不受竹節(jié)倍率變化的影響，同一捻系數(shù)下，不同竹節(jié)倍率時(shí)，基紗強(qiáng)力差異很小。竹節(jié)強(qiáng)力隨竹節(jié)倍率的變化非常明顯，且變化規(guī)律較為復(fù)雜，在竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時(shí)，竹節(jié)強(qiáng)力隨著捻系數(shù)增大而增大，相同捻系數(shù)下竹節(jié)倍率大且其對(duì)應(yīng)的竹節(jié)強(qiáng)力也較大，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時(shí)，竹節(jié)強(qiáng)力明顯下降，明顯低于竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時(shí)的竹節(jié)強(qiáng)力。這是由于竹節(jié)捻度隨竹節(jié)倍率變化，而竹節(jié)強(qiáng)力受捻度和竹節(jié)內(nèi)纖維根數(shù)雙重影響。竹節(jié)倍率由1.5倍增加至2.0倍時(shí)，竹節(jié)截面內(nèi)纖維根數(shù)增加，雖然竹節(jié)捻度略有減少，此時(shí)纖維根數(shù)的增加對(duì)竹節(jié)強(qiáng)力增大起主導(dǎo)作用，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時(shí)，竹節(jié)捻度明顯減小，雖然此時(shí)竹節(jié)截面內(nèi)纖維根數(shù)仍然增多，但是捻度的明顯減少導(dǎo)致了纖維間抱合力明顯降低和竹節(jié)強(qiáng)力降低。

表5 竹節(jié)與基紗片段強(qiáng)力

半精紡工藝雖然具有一定優(yōu)勢(shì)，但半精紡紗織物抗起毛起球性較差、易掉毛。紗線(xiàn)耐磨性是羊毛/滌綸包芯竹節(jié)紗的重要性能，紗線(xiàn)中滌綸長(zhǎng)絲作為芯絲被羊毛纖維包裹在紗線(xiàn)內(nèi)部，因此在受到外力摩擦?xí)r，羊毛纖維先解體滑脫，緊接著芯絲繼續(xù)受到外力摩擦，滌綸長(zhǎng)絲慢慢被磨斷，紗線(xiàn)最終斷裂。當(dāng)羊毛纖維從芯絲上滑脫，紗線(xiàn)外觀(guān)已經(jīng)明顯受損，幾乎失去使用價(jià)值，所以本文測(cè)試了外包羊毛纖維從芯絲上完全滑脫時(shí)的紗線(xiàn)摩擦次數(shù)作為衡量紗線(xiàn)耐磨性的指標(biāo)。

表6示出竹節(jié)倍率和捻系數(shù)不同時(shí)紗線(xiàn)耐磨性能的變化規(guī)律，可知在同一竹節(jié)倍率下，基紗耐磨次數(shù)和竹節(jié)耐磨次數(shù)都隨捻系數(shù)的增大而增多，這是由于增加紗線(xiàn)捻度，基紗和竹節(jié)捻度都增大，隨著紗線(xiàn)內(nèi)纖維抱合力的增大，紗線(xiàn)與物體摩擦過(guò)程中其表面纖維不容易被抽出紗體，而是纖維本身被物體磨損，紗線(xiàn)耐磨次數(shù)增多；與強(qiáng)力類(lèi)似，基紗耐磨次數(shù)幾乎不受竹節(jié)倍率變化的影響，同一捻系數(shù)下，不同竹節(jié)倍率時(shí)，基紗耐磨次數(shù)差異較?。恢窆?jié)耐磨次數(shù)隨竹節(jié)倍率的變化規(guī)律較為復(fù)雜，在竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時(shí)，竹節(jié)耐磨次數(shù)隨著捻系數(shù)增大而增大，相同捻系數(shù)下竹節(jié)倍率大對(duì)應(yīng)竹節(jié)耐磨次數(shù)也較大，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時(shí)，竹節(jié)耐磨次數(shù)明顯下降，明顯低于竹節(jié)倍率為1.5倍和2.0倍時(shí)的竹節(jié)耐磨次數(shù)。對(duì)于包芯竹節(jié)紗，紗線(xiàn)耐磨性變化規(guī)律與紗線(xiàn)強(qiáng)力變化規(guī)律比較類(lèi)似。

表6 竹節(jié)與基紗片段耐磨性

4 結(jié) 論

本文從半精紡羊毛包芯竹節(jié)紗的結(jié)構(gòu)和性能方面，采用圖像法和切段稱(chēng)重法對(duì)竹節(jié)形態(tài)和竹節(jié)質(zhì)量進(jìn)行研究，并對(duì)竹節(jié)紗捻度分布、強(qiáng)力和耐磨性進(jìn)行測(cè)試分析，得出以下主要結(jié)論：

對(duì)于半精紡羊毛/滌綸長(zhǎng)絲包芯竹節(jié)紗，同一竹節(jié)倍率竹節(jié)紗，所紡竹節(jié)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其最大直徑越大，即實(shí)際竹節(jié)倍率更接近設(shè)計(jì)竹節(jié)倍率；所紡竹節(jié)紗符合設(shè)計(jì)竹節(jié)長(zhǎng)度，其竹節(jié)平均線(xiàn)密度低于設(shè)計(jì)竹節(jié)倍率所對(duì)應(yīng)的線(xiàn)密度；同一捻系數(shù)，不同竹節(jié)倍率時(shí)，基紗強(qiáng)力差異很?。辉谥窆?jié)倍率為1.5和2.0倍時(shí)，竹節(jié)強(qiáng)力隨著捻系數(shù)增大而增大，相同捻系數(shù)下竹節(jié)倍率大對(duì)應(yīng)竹節(jié)強(qiáng)力也較大，當(dāng)竹節(jié)倍率增大至2.5倍時(shí)，竹節(jié)強(qiáng)力明顯下降，明顯低于竹節(jié)倍率為1.5和2.0倍時(shí)的竹節(jié)強(qiáng)力。對(duì)于包芯竹節(jié)紗，紗線(xiàn)耐磨性變化規(guī)律與紗線(xiàn)強(qiáng)力變化規(guī)律相似。