王 耀 楊 倩 白 樺 姚一軍 武海良

（1.中國棉紡織行業(yè)協(xié)會，北京， 100018；2.西安工程大學(xué)，陜西西安， 710048）

毛巾織物由地經(jīng)紗和毛經(jīng)紗與緯紗交織而成，地經(jīng)紗在織造時所承受的張力一般比毛經(jīng)紗大數(shù)倍［1］，織造時毛經(jīng)紗只要滿足開口清晰、便于織造即可［2?3］。毛經(jīng)紗上漿率低，采用筒紗染色機(jī)上漿效率高、浴比小、回絲少［4?7］，具有較好的可行性。昝汝戰(zhàn)等人用K1150 高性能漿料及帶有網(wǎng)眼紗管在筒紗染色機(jī)上實現(xiàn)了毛經(jīng)紗的上漿，解決了紗線黏連卡斷、上漿率低及筒紗張力不勻問題［8］。王金徽研究了筒紗循環(huán)上漿新工藝［9］。崔燕研究了采用多缸上漿的方法，以提高毛經(jīng)紗的上漿率［10］。這些研究為采用筒子染色機(jī)對毛經(jīng)紗漿紗提供了重要參考。但筒紗上漿工藝存在諸多問題，如筒紗上漿率只能達(dá)到1%左右、筒紗內(nèi)外上漿不勻、烘干后紗線出現(xiàn)漿皮以及返筒時紗線黏連卡斷問題依然存在。棉纖維含有棉蠟等多種天然共生物，紡紗過程中也存在油劑使用或油污等［11］，這些因素阻礙了漿液的滲透和對經(jīng)紗的黏附［12?13］，通過前處理工藝去除這些雜質(zhì)，提高漿液在經(jīng)紗中的滲透和對經(jīng)紗的黏附性，是解決用筒紗染色機(jī)對毛經(jīng)紗上漿的有效途徑。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

材料：27.8 tex 純棉筒紗，聚丙烯酸漿料，蠟片，SC 馬鈴薯淀粉。

儀器：JA2003 型電子天平，JJ?1 型電動攪拌器，DK?98?11A 型電熱恒溫水浴鍋，GZX?GF101?MBS 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，HDO21N+型單紗強(qiáng)力儀，Y731D 型抱合力機(jī)，Y171B?1 型毛羽測試儀，LH?T32 型手持式糖度儀，HWS?250 型恒溫恒濕箱，ST?1510 型界面張力儀，NDJ?79 型旋轉(zhuǎn)式黏度計，Quanta250 型掃描電鏡。

1.2 試驗方法

1.2.1漿液對棉紗黏附力測試

本研究按參考文獻(xiàn)［14］的方法進(jìn)行粗紗黏附力測試。

1.2.2漿紗試驗

松筒：用松式絡(luò)筒機(jī)對純棉筒紗進(jìn)行松筒，筒管采用空心管，松筒后筒紗的卷繞密度為

0.3 g/cm3～0.4 g/cm3。

上漿：采用最優(yōu)前處理工藝對松筒后的棉紗在染缸中進(jìn)行前處理，選擇兩種配方漿料進(jìn)行漿紗。配方1 為淀粉65 kg，聚丙烯酸漿料35 kg，蠟片0.15 kg；配方2 則不含蠟片，其余與配方1 相同。將兩種配方分別配制含固量為1%的漿液，95 ℃保溫30 min 后，將漿液放入筒紗染色機(jī)，上漿30 min 后，筒紗出缸。

烘燥：使用離心甩干機(jī)脫去多余水分，再采用烘干機(jī)對筒紗進(jìn)行烘燥制得漿紗備用。

1.2.3漿紗性能測試

依據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定（CRE法）》，測試漿紗的強(qiáng)伸性能；采用往復(fù)磨輥法測試紗線耐磨性能；參照FZ/T 01086—2020《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》測試漿紗的毛羽數(shù)；采用氫氧化鈉退漿法測試上漿率［15］。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理工藝條件的優(yōu)化

2.1.1因素交互作用的響應(yīng)面分析

前期已通過單因素試驗法，確定影響因素及范圍，分別為氫氧化鈉質(zhì)量濃度2 g/L～6 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度2 g/L～6 g/L，處理溫度85 ℃～95 ℃，處理時間25 min～35 min［16］。但是這個范圍過大，生產(chǎn)中不易把握，為此我們根據(jù)Box?Benhnken 中心組合試驗設(shè)計原理，設(shè)計了以氫氧化鈉質(zhì)量濃度X1、表面活性劑質(zhì)量濃度X2、處理溫度X3和處理時間X4為因素，芯吸高度Y為響應(yīng)值的四因素三水平試驗，建立的數(shù)學(xué)模型如下。

根據(jù)該模型，采用Design Expert 軟件繪制各參數(shù)等高線圖以及與之對應(yīng)的三維響應(yīng)面圖。等高線圖可以直觀地反映各因素對響應(yīng)值的影響，變化越快表示坡度越大，即等高線越密對試驗結(jié)果的影響更顯著。響應(yīng)面圖中曲面的傾斜度反映兩者對響應(yīng)值的影響程度，傾斜度越大，即坡度越陡，兩者交互作用越顯著［17］。

氫氧化鈉質(zhì)量濃度與表面活性劑質(zhì)量濃度、處理溫度、處理時間相互作用的等高線和響應(yīng)面圖如圖1、圖2、圖3 所示。

由圖1（a）等高線的形狀和疏密程度可知，氫氧化鈉質(zhì)量濃度與表面活性劑質(zhì)量濃度相互作用明顯，且表面活性劑質(zhì)量濃度對芯吸高度的影響大于氫氧化鈉質(zhì)量濃度；由圖1（b）響應(yīng)面圖可看出，當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度一定時，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)出先增加后緩慢減小的趨勢，在表面活性劑質(zhì)量濃度為4 g/L時芯吸高度達(dá)到了響應(yīng)面的最大值，此時響應(yīng)面凹凸?fàn)蠲黠@，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度與表面活性劑質(zhì)量濃度對棉紗的芯吸高度影響顯著。

圖1 X1與X2相互作用效果

由圖2（a）等高線圖可以看出氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理溫度兩者存在交互作用，氫氧化鈉質(zhì)量濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度；由圖2（b）響應(yīng)面圖看出，當(dāng)固定處理溫度時，棉紗的芯吸高度隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，響應(yīng)面的凹凸不明顯，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理溫度對棉紗芯吸高度影響不顯著。

圖2 X1與X3相互作用效果

由圖3（a）可知，氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理時間兩者之間存在交互作用，氫氧化鈉質(zhì)量濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理時間；由圖3（b）響應(yīng)面圖看出，當(dāng)固定處理時間時，棉紗的芯吸高度隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加先升高后降低的趨勢，響應(yīng)面的凹凸不明顯，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度和處理時間兩者交互作用對棉紗芯吸高度影響不顯著。

圖3 X1與X4相互作用效果

表面活性劑質(zhì)量濃度與處理溫度、處理時間相互作用的等高線和響應(yīng)面圖如圖4、圖5 所示。

圖4 X2與X3相互作用效果

圖5 X2與X4相互作用效果

由圖4（a）等高線圖疏密看出表面活性劑質(zhì)量濃度和處理溫度兩者存在交互作用，當(dāng)處理溫度一定時，隨著表面活性劑質(zhì)量濃度的升高，棉紗芯吸高度變化明顯。因此，表面活性劑濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度。由圖4（b）響應(yīng)面圖看出，當(dāng)固定處理溫度時，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到4 g/L 時，芯吸高度達(dá)到峰值，響應(yīng)面整體凹凸明顯，即表面活性劑質(zhì)量濃度和處理溫度兩者交互作用對棉紗芯吸高度影響顯著。

由圖5（a）等高線圖疏密看出表面活性劑質(zhì)量濃度和處理時間兩者之間存在交互作用，表面活性劑質(zhì)量濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理時間；再由圖5（b）響應(yīng)面圖可得，當(dāng)處理時間不變時，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑濃度的增加呈現(xiàn)出先迅速升高后緩慢降低的趨勢，當(dāng)表面活性劑濃度達(dá)到4 g/L 時，芯吸高度達(dá)到峰值，響應(yīng)面整體凹凸明顯，即表面活性劑質(zhì)量濃度和處理時間兩者交互作用對棉紗芯吸高度影響顯著。

處理時間與處理溫度相互作用的等高線和響應(yīng)面圖如圖6 所示。

圖6 X4與X3相互作用效果

由圖6（a）等高線圖形狀和疏密看出處理溫度和處理時間兩者的交互作用并不明顯，處理時間對棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度；再由圖6（b）響應(yīng)面圖看出，響應(yīng)面圖的整體凹凸感不明顯，即處理溫度和處理時間兩者交互作用對棉紗芯吸高度的影響并不十分顯著。

2.1.2前處理工藝最優(yōu)條件的確定

采用軟件Design Expert 8.0.6 對前處理工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到影響前處理工藝的主次順序為表面活性劑質(zhì)量濃度、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、處理時間及處理溫度。通過響應(yīng)面分析進(jìn)行優(yōu)化，擬合得到的最佳前處理工藝參數(shù)為氫氧化鈉質(zhì)量濃度4 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時間32 min。

2.2 前處理工藝對棉紗黏附力的影響

分別將660 tex 原棉粗紗和前處理粗紗采用兩種配方進(jìn)行粗紗黏附力測試，每組測量30 次取平均值。采用配方1 對原棉粗紗和前處理粗紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為試樣1 和試樣2，采用配方2 對原棉粗紗和前處理粗紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為試樣3 和試樣4，測試結(jié)果見表1。

由表1 可以看出，未經(jīng)處理的原棉粗紗上漿率和黏附力都較小，但經(jīng)過氫氧化鈉協(xié)同表面活性劑在高溫下處理后，粗紗的上漿率和黏附力都有較大幅度的提升。這是由于淀粉以及聚丙烯類混合漿料本身含有大量羥基、羧基等極性較高的基團(tuán)，能夠?qū)O性材料表現(xiàn)出良好的黏附性。另一方面，棉纖維表面連續(xù)分布的非纖維素共生物形成的疏水性屏障，嚴(yán)重阻礙了漿液的滲透與黏附，當(dāng)前處理工藝去除了這層天然壁壘后，棉纖維表面變得粗糙，就使得漿料分子易于黏附。因此，棉纖維表面的天然雜質(zhì)對漿料分子和紗線的黏附性能有負(fù)面影響，在上漿工藝前應(yīng)該將其去除。此外，由于配方1 含有蠟片，阻礙了黏著劑與紗線的黏附，故采用配方1 的漿紗表現(xiàn)出較低的黏附力。

表1 原棉粗紗和前處理粗紗黏附力測試結(jié)果

2.3 前處理工藝對漿紗性能的影響

按照氫氧化鈉質(zhì)量濃度4 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時間32 min的最佳前處理工藝對C 27.8 tex 棉紗進(jìn)行處理，原紗與經(jīng)過前處理后紗線的性能如下。

相較于原紗，經(jīng)過前處理后紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率均略有增加，這是由于棉纖維與氫氧化鈉溶液作用時發(fā)生溶脹，纖維表面不勻降低，纖維弱環(huán)減小，減少了因為應(yīng)力集中引起斷裂的可能，耐磨性、毛羽數(shù)以及回潮率差別則不是很大。

采用含固量為1% 的配方1 分別對C 27.8 tex 原紗和前處理紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為漿紗1 和漿紗2；采用含固量為1%的配方2 分別對C 27.8 tex 原紗和前處理紗進(jìn)行漿紗，所得樣品分別記為漿紗3 和漿紗4，對漿紗性能進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2 漿紗性能測試結(jié)果

由表2 可知，經(jīng)前處理的紗線上漿后的各項性能均優(yōu)于未經(jīng)處理的原棉漿紗，上漿率和耐磨性都得到改善，增強(qiáng)率提升明顯，減伸率不超過25%。這是由于經(jīng)前處理工藝后，原本附著在棉纖維表層的非纖維素共生物溶解去除，而纖維素大分子內(nèi)本身就具有大量親水性基團(tuán)—OH，最外層的疏水性屏障消失，棉纖維表現(xiàn)出極強(qiáng)的親水性，漿液能黏附于纖維表面，滲透進(jìn)纖維內(nèi)部阻力減小，漿紗質(zhì)量得到提高。

2.4 漿料配方對漿紗性能的影響

從表2 的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，不同配方對漿紗效果有一定的影響。加入蠟片的配方1 對原紗和前處理紗線上漿后的上漿率、耐磨等各項性能均低于配方2，強(qiáng)伸性能也具有顯著差異。采用配方2上漿后漿紗斷裂強(qiáng)力相比原紗強(qiáng)力增大了42.47%；配方2 漿紗的耐磨性能約為配方1 的1.56 倍，這是由于蠟片阻礙了黏著劑與紗線的黏附，漿紗時要謹(jǐn)慎使用蠟片。

3 結(jié)論

（1）采用Design Expert 對Box?Benhnken 中心組合試驗結(jié)果分析表明，影響紗線前處理工藝的主次因素依次為表面活性劑質(zhì)量濃度、氫氧化鈉質(zhì)量濃度、處理時間及處理溫度。合理的紗線前處理工藝參數(shù)為氫氧化鈉質(zhì)量濃度4 g/L，表面活性劑質(zhì)量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時間32 min。

（2）經(jīng)氫氧化鈉協(xié)同表面活性劑在92 ℃下對棉紗處理，能有效提升粗紗的上漿率和黏附力。

（3）氫氧化鈉與表面活性劑協(xié)同作用后，去除了棉纖維表面的纖維素共生物，利于漿液黏附于纖維表面和滲透到紗線內(nèi)部，改善漿紗質(zhì)量。