張喜昌

(河南工程學院 紡織工程學院，河南 鄭州 450007)

天然彩棉是棉纖維成熟時自身具有棕、綠等色彩棉花的統(tǒng)稱[1]。天然彩棉纖維長度較短、線密度較小、強度較低，故可紡性較差，且天然彩棉顏色比較單一，色彩相對暗淡，難以滿足消費者的需求[2]。隨著現(xiàn)代科技的進步，紡織纖維材料開始向功能化、智能化、化學纖維環(huán)保化、天然纖維無害化方向發(fā)展，且天然彩棉纖維在紡織過程中省去了印染工序，減少了對環(huán)境的污染，有利于人體健康，產品具有色澤自然柔和、質地柔軟等優(yōu)點，深受消費者好評，市場發(fā)展?jié)摿σ搽S之增大[3-4]。蔣麗云等[5]對彩棉的性能進行了測試，對棕色彩棉、綠色彩棉和白棉純紡紗線的紡紗與織造工藝，以及純紡紗線和織物的性能進行了分析。溫海永等[6]對棕色彩棉和白棉的主體長度、短絨率等進行了測試，并對棕色彩棉/白棉30/70混紡紗線的紡紗工藝進行了探討。以上研究認為，由于彩棉細度細、成熟度較差，在紡紗工藝參數(shù)設計時打手、刺輥、錫林、道夫等回轉機件均應采用低速。但是，目前對不同混紡比、不同彩棉與白棉混紡及紗線力學性能的研究較少。本研究采用不同彩棉種類、不同混紡比與普通白棉纖維進行混紡，生產出3種純紡紗線和4種混紡紗線，并對這7種紗線的主要力學性能進行了測試與對比分析，以期更好地指導彩棉的生產實踐。

1 彩棉纖維性能測試與分析

1.1 彩棉纖維性能

為進一步了解不同類型彩棉與白棉纖維的性能差異，合理設計紡紗工藝，對棕色彩棉、綠色彩棉和普通白棉纖維的主要性能進行了測試。棕色彩棉、綠色彩棉和白棉纖維的主體長度、品質長度和質量加權平均長度測試結果如表1所示。從表1可以看出，在3種纖維試樣中，白棉纖維的主體長度、品質長度和質量加權平均長度均大于2種彩棉纖維。彩棉纖維較短，不適合紡制細特紗線，而且紗線的強力、條干不勻率和毛羽等質量指標也會受其影響。

棕色彩棉、綠色彩棉和白棉纖維線密度測試結果見表2。從表2可以看出，白棉纖維的線密度大于彩棉纖維，其中綠色彩棉纖維的線密度是3種纖維中最小的。綠色彩棉纖維的線密度較小，纖維較細，紡紗過程中容易拉斷，但纖維之間接觸面積較大，摩擦力較大，不易滑脫，成紗強力比較高。

表1 纖維主體長度、品質長度和質量加權平均長度測試結果Tab.1 Test results of modal length, mean length and weighted average length of fibers

表2 纖維線密度測試結果Tab.2 Test results of linear density of fibers

棕色彩棉、綠色彩棉和白棉纖維的拉伸性能測試結果如表3所示。

表3 纖維拉伸性能測試結果Tab.3 Test results of tensile property of fibers

從表3可以看出，白棉纖維的斷裂強度大于2種彩棉纖維，3種纖維試樣的斷裂強度變異系數(shù)中，棕色彩棉數(shù)值最小，說明棕色彩棉的斷裂強度波動較小，纖維整體的斷裂強力比較均衡。等同的試紡條件下，斷裂強度較大的纖維紡制出的紗線斷裂強度也會較大。棕色彩棉纖維的斷裂伸長率平均值大于白棉纖維和綠色彩棉纖維，且斷裂伸長率的CV值最小，說明棕色彩棉的斷裂伸長率波動較小，纖維整體的斷裂伸長率比較均勻。綠色彩棉纖維的斷裂功最小，棕色彩棉纖維的斷裂功與白棉纖維較接近，且斷裂功變異系數(shù)是3種纖維中最小的，表明棕色彩棉斷裂功數(shù)據(jù)的離散程度較低、均勻程度較高。

1.2 彩棉纖維形態(tài)結構

棕色彩棉、綠色彩棉與白棉纖維的掃描電鏡圖如圖1所示。

圖1 纖維掃描電鏡圖Fig.1 Scanned electron microscopy of fibers

由圖1可以看出，棕色彩棉、綠色彩棉與白棉纖維的縱向形態(tài)相似，呈現(xiàn)出細長、扁平帶狀的特點。

2 紗線的制備

2.1 紡紗方案

由于紗線品種較多，紡紗時使用紡紗樣機，工藝流程如下：清梳聯(lián)→并條(一道)→并條(二道)→粗紗→細紗。設計的紗線種類有白棉紗線、棕色彩棉紗線、綠色彩棉紗線3種純紡紗線和30/70棕色彩棉/白棉混紡紗線、70/30棕色彩棉/白棉混紡紗線、30/70綠色彩棉/白棉混紡紗線和70/30綠色彩棉/白棉4種混紡紗線。

2.2 紡紗工藝設計

2.2.1清梳聯(lián)

清梳聯(lián)使用DHUA202型清梳試驗機。將原料用手扯松，均勻鋪在給棉羅拉前的傳送帶上，通過儲棉倉、給棉羅拉、刺輥、錫林和蓋板，由道夫輸出棉網，經喇叭口匯聚形成棉條，生條定量設計為22.5 g/5 m。

2.2.2并條

并條使用DHUA301型并條試驗機。采用二道并條，8根棉條并合，牽伸倍數(shù)為8，出條速度為10 m/min，條子定量為15 g/5 m。

2.2.3粗紗

粗紗紡制用的是DHUC01型棉型粗紗試驗機，錠翼轉速為300 r/min，粗紗捻度為55 捻/m，粗紗定量為5.5 g/10 m。

2.2.4細紗

細紗紡制用的是DHUX01型棉型細紗試驗機，紗線的線密度為28 tex，捻度為728捻/m，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.2，錠子轉速為8 000 r/min。

3 紗線性能測試與分析

為便于分析，用A～G對7種不同類型的紗線進行編號，A代表純白棉紗線，B代表30/70棕色彩棉/白棉混紡紗線，C代表70/30棕色彩棉/白棉混紡紗線，D代表純棕色彩棉紗線，E代表30/70綠色彩棉/白棉混紡紗線，F(xiàn)代表70/30綠色彩棉/白棉混紡紗線，G代表純綠色彩棉紗線。

使用YG029型全自動電子單紗強力機對紗線力學性能進行測試，夾持長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，張力系數(shù)為0.5，最大強力為1 000 cN，最小強力為100 cN，定伸長為200 mm。紗線的斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率和斷裂功等拉伸性能測試結果如表4所示。

表4 紗線拉伸性能測試結果Tab.4 Test results of tensile properties of yarns

由表4可以看出：7種紗線試樣中，純綠色彩棉紗線的斷裂強力和斷裂強度最大，純白棉紗線的斷裂強力和斷裂強度最小，混紡比相同時綠色彩棉混紡紗線的斷裂強力和斷裂強度大于棕色彩棉混紡紗線，同一品種彩棉混紡紗線的斷裂強力和斷裂強度隨著彩棉混紡比的增大而增大。這是因為綠色彩棉纖維的線密度較小，纖維較細，纖維之間的抱合力大，不易滑脫。白棉紗線的斷裂伸長率低于彩棉紗線和彩棉/白棉混紡紗線，純棕色彩棉紗線的斷裂伸長率低于純綠色彩棉紗線，30/70棕色彩棉/白棉混紡紗線的斷裂伸長率低于70/30棕色彩棉/白棉混紡紗線，30/70綠色彩棉/白棉混紡紗線的斷裂伸長率平均值低于70/30綠色彩棉/白棉混紡紗線，純棕色彩棉紗線斷裂伸長率的CV值最小，表明其斷裂伸長率數(shù)據(jù)離散程度較低，斷裂伸長率變化比較均勻。白棉紗線的斷裂功低于彩棉紗線和彩棉/白棉混紡紗線，棕色彩棉紗線和棕色彩棉/白棉混紡紗線的斷裂功低于綠色彩棉紗線和綠色彩棉紗線/白棉混紡紗線，30/70棕色彩棉/白棉混紡紗線的斷裂功低于70/30棕色彩棉/白棉混紡紗線，30/70綠色彩棉/白棉混紡紗線的斷裂功平均值低于70/30綠色彩棉/白棉混紡紗線。

以上分析表明，彩棉纖維雖然長度較短，斷裂強度較小，但其線密度小，纖維較細，等同條件下紡制出的彩棉紗線和彩棉/白棉混紡紗線的斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂功都要高于純白棉紗線，有較好的力學性能。

4 結論

(1)彩棉纖維和普通白棉纖維外觀一致，呈天然轉曲的細長、扁平帶狀結構；白棉纖維的線密度和長度大于彩棉纖維；白棉纖維的斷裂強度和斷裂功高于彩棉纖維，而斷裂伸長率低于彩棉纖維。因此，在紡紗工藝參數(shù)設計時，應根據(jù)纖維性能合理選擇工藝參數(shù)。

(2)彩棉紗線和彩棉/白棉混紡紗線的斷裂強力、斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂功都要高于純白棉紗線，有較好的力學性能。彩棉與白棉纖維混紡可改善其可紡性能，增加彩棉紗線的花色品種。