王冰爽,陳 文,邱海斌,曹膨莉,黃莉茜,4
(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 201620;2.福建新華源紡織集團(tuán)有限公司,福建 福州 350212;3.浙江鑫海紡織有限公司,浙江 金華 321104;4.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室,上海 201620)
包芯紗由外包纖維和芯絲復(fù)合而成,通常以強(qiáng)力或彈性較好的合成纖維長絲為芯絲,外包棉、毛、粘膠纖維等短纖維,成紗兼具芯絲和外包短纖維特性[1]。相比于普通環(huán)錠紡包芯紗,賽絡(luò)紡包芯紗采取雙粗紗包覆長絲的方式,制得的包芯紗強(qiáng)伸性能、條干均勻度和包覆效果都更好,是目前重要的包芯紗制備方法之一[2-4]。
近年來隨著我國錦綸纖維產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,錦綸纖維在各類新型紗線中的應(yīng)用不斷增加[5-6]。錦綸長絲具有質(zhì)輕高強(qiáng)、彈性好、耐磨性優(yōu)異等優(yōu)點,以錦綸長絲為芯制成的包芯紗在強(qiáng)度、耐磨等性能方面明顯優(yōu)于目前應(yīng)用最廣泛的氨綸包芯紗,是近年來包芯紗新產(chǎn)品開發(fā)中的一個熱點[7-8]。單孔錦綸6長絲作為一種差別化錦綸纖維,以單絲形式加工使用,其包芯紗織物風(fēng)格獨特,具有良好的應(yīng)用前景。但是以單孔錦綸6長絲作為芯絲制備賽絡(luò)紡包芯紗時,長絲張力控制和芯絲定位難度較大,易出現(xiàn)空芯、偏絲、露絲等問題,嚴(yán)重影響成紗質(zhì)量和后道布面效果。因此,有必要結(jié)合賽絡(luò)紡包芯紗加工工藝,從單孔錦綸6長絲性能角度入手分析產(chǎn)生以上問題的原因,相關(guān)研究目前還未見公開報道。
本文采用的賽絡(luò)紡包芯紗加工過程如下頁圖1所示:單孔錦綸6長絲從水平放置的絲管上退繞后依次經(jīng)第一導(dǎo)絲桿、第二導(dǎo)絲桿、導(dǎo)絲鉤、第三導(dǎo)絲桿、第四導(dǎo)絲桿、后導(dǎo)絲輪、前導(dǎo)絲輪喂入;粘膠纖維雙粗紗經(jīng)喇叭口喂入進(jìn)入后羅拉、中羅拉、前羅拉進(jìn)行牽伸,然后在前羅拉鉗口處與從前導(dǎo)絲輪輸出的單孔錦綸長絲匯合,經(jīng)導(dǎo)紗鉤后合并加捻制得單孔錦綸6長絲包芯紗。
圖1 賽絡(luò)紡單孔錦綸6長絲包芯紗加工流程示意圖
芯絲喂入張力是影響包芯紗包覆結(jié)構(gòu)和成紗質(zhì)量的重要因素[9-10]。在以上賽絡(luò)紡包芯紗加工過程中,長絲與各個導(dǎo)絲桿之間積累的摩擦力即為長絲喂入張力,當(dāng)長絲喂入張力大小合適并保持穩(wěn)定,則可形成良好的包芯包覆效果。但是對于單孔錦綸6長絲,實際生產(chǎn)表明:其在以上包芯紗加工過程中喂入張力波動大、成紗紗線質(zhì)量控制困難。因此,本文擬從單孔錦綸6長絲性能及其影響因素的角度出發(fā),重點對單孔錦綸6長絲的回彈性、彎曲剛度、摩擦性能、比電阻進(jìn)行測試,分析單絲孔數(shù)、油劑含量、摩擦輥材質(zhì)對錦綸6長絲性能和包芯紗加工的影響,為高質(zhì)量單孔錦綸6長絲包芯紗的制備和應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。
實驗選用16.7dtex/1F的單孔錦綸6長絲樣品(編號記作F-1)以及16.7dtex/6F和16.7dtex/12F兩種總線密度相同、不同孔數(shù)的錦綸6復(fù)絲樣品(編號分別記作F-2和F-3)作為對比。
根據(jù)GB/T14344-2008《化學(xué)纖維長絲拉伸性能試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試,測量儀器為LLY-06E電子纖維強(qiáng)伸度儀,拉伸隔距20mm,拉伸速度20mm/min,每種試樣測試20次取平均值。
長絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h,在LLY-06E電子纖維強(qiáng)力儀上采用定伸長拉伸回復(fù)模式進(jìn)行彈性回復(fù)率測試:分別設(shè)置長絲定伸長率為5%、10%、20%進(jìn)行拉伸回復(fù)測試,拉伸速度20mm/min,返回速度100mm/min,拉伸停置和回復(fù)停置時間均為10s,5個拉伸回復(fù)循環(huán)為1次測量,測試10次求平均值。長絲彈性回復(fù)率計算公式為:
其中L為定伸長度(mm)、L1為拉伸至定伸長值后的長度(mm)、L2為試樣復(fù)位后的長度(mm)。
因研究所用的長絲細(xì)度小,抗彎剛度測量困難,因此本文采用理論計算方法進(jìn)行分析[11]。根據(jù)材料力學(xué)知識可知,纖維的抗彎剛度Rf=EI,其中E為纖維的彈性模量(cN/cm2),I為纖維截面慣性矩(cm4)。本文所用的三種錦綸長絲均為截面為圓形的纖維,因此,纖維截面慣性矩,帶入前式得:。對于由多根單絲合并、未加捻的復(fù)絲絲束,其抗彎剛度為:
其中Ry為復(fù)絲絲束抗彎剛度,N為單絲根數(shù),Rf為單絲抗彎剛度。
去除油劑后的長絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h,采用XCF-1A纖維摩擦系數(shù)測量儀分別測量長絲的動、靜摩擦系數(shù),測試時長絲預(yù)加張力為0.1cN,摩擦金屬輥轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/min,測試時間15s,每個樣品測試十次取平均值。為考察油劑含量對長絲摩擦系數(shù)的影響,分別對油劑含量為0、0.3%、0.6%的單孔錦綸6長絲進(jìn)行摩擦系數(shù)測試;為考察摩擦輥材料對長絲摩擦系數(shù)的影響,分別對單孔錦綸6長絲采用金屬輥、塑料輥、橡膠輥、纖維輥進(jìn)行摩擦系數(shù)測試。
去除油劑后的長絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h,采用XR-1A纖維比電阻儀進(jìn)行測試,連接附加裝置進(jìn)行錦綸6長絲比電阻測試,測試長度為10cm,每種長絲測試30次取平均值,得纖維比電阻值(Ω/cm)。為考察油劑對長絲比電阻的影響,分別對油劑含量為0、0.3%、0.6%的單孔錦綸6長絲樣品進(jìn)行測試。
實驗測得的單孔錦綸6長絲和多孔錦綸6復(fù)絲的性能結(jié)果如表1所示??箯潉偠鹊挠嬎愕玫降慕Y(jié)果如表1所示:
從表1看出,三種錦綸長絲均具有較高的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率,但隨著單絲孔數(shù)增加,長絲斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率略有下降,這是因為F-2和F-3長絲樣品在拉伸中存在纖維斷裂不同時性,導(dǎo)致其斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率有所下降。另外,從表1可以看出,三個樣品中,單孔錦綸長絲的初始模量最低,隨著單絲根數(shù)增加,長絲初始模量有所增加,這可能和長絲制備過程中,單孔錦綸長絲線密度大,直徑粗,絲條冷卻不完全,導(dǎo)致其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與多孔長絲有所不同造成的。
表1 長絲樣品性能測試結(jié)果
從表1可知,隨著測試時定伸長率增加,三種長絲的彈性回復(fù)率均呈下降趨勢;隨著單絲孔數(shù)增加,長絲的彈性回復(fù)率下降,單孔錦綸6長絲的彈性回復(fù)率最高。從表2看出,隨著單絲孔數(shù)增加,長絲的抗彎剛度減小,即相同線密度情況下,單孔長絲的抗彎剛度最大,比兩種多孔復(fù)絲的抗彎剛度大4~10倍左右。在賽絡(luò)紡包芯紗加工過程中,長絲在一定張力作用下喂入,與外包纖維須條同軸合并后加捻,形成以長絲為芯、外層包覆短纖維的皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合紗,其中長絲的張力控制對包芯紗的加工質(zhì)量和包芯效果影響很大。以上測試和計算結(jié)果表明,相比于多孔錦綸復(fù)絲,單孔錦綸6長絲的彈性回復(fù)性和抗彎剛度均明顯大于同纖度的多孔復(fù)絲。因此,為了控制包芯紗加工過程中芯絲張力和芯絲位置穩(wěn)定,減小偏絲、露芯等現(xiàn)象,單孔錦綸6長絲在加工過程中應(yīng)施加較大的加工張力,才能更好地保證紗線加工質(zhì)量。
表2 長絲抗彎剛度計算參數(shù)與結(jié)果
根據(jù)表1中的長絲摩擦系數(shù)和比電阻測試結(jié)果可以看出:(1)多孔錦綸長絲的靜、動摩擦系數(shù)略大于單孔錦綸長絲,但三個樣品差異不大,說明當(dāng)長絲去除油劑后,單絲根數(shù)對長絲的摩擦性能影響不大;(2)三種去油劑長絲測得的比電阻值均較高,在加工過程中容易出現(xiàn)纖維靜電繞輥、粘附飛花等現(xiàn)象;多孔錦綸長絲的比電阻略低于單孔錦綸長絲,但三個樣品差異不大,說明當(dāng)長絲去除油劑后,單絲根數(shù)對長絲的比電阻影響不大。
油劑含量對單孔錦綸6長絲性能的影響如表3所示:
表3 不同油劑含量下單孔錦綸6長絲的摩擦系數(shù)與比電阻
從表3看出,隨著單孔錦綸6長絲油劑含量增加,長絲的靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢,尤其當(dāng)油劑含量為0.6%時,纖維摩擦系數(shù)下降明顯。在賽絡(luò)紡包芯紗加工工藝中,長絲的喂入張力本質(zhì)上是通過長絲與導(dǎo)絲桿間的摩擦作用形成。另根據(jù)前面纖維力學(xué)性能測試與分析知道,單孔錦綸6長絲因回彈和剛度較大,在喂入過程中需要施加較大的加工張力保持絲條穩(wěn)定,因此,纖維和導(dǎo)絲張力桿間的摩擦系數(shù)應(yīng)較大為好。
根據(jù)表3比電阻測試結(jié)果看出,隨著油劑含量增加,單孔錦綸6長絲的比電阻下降,有利于減少生產(chǎn)中長絲因靜電產(chǎn)生的繞輥、粘附飛花等現(xiàn)象。
綜合以上測試結(jié)果,我們認(rèn)為,在單孔錦綸6長絲包芯紗加工中,一方面需要通過添加油劑減小紗線加工過程中的靜電現(xiàn)象,另一方面應(yīng)適當(dāng)控制長絲油劑含量,避免長絲摩擦系數(shù)下降過大,造成長絲喂入張力不夠、長絲定位困難等問題。
摩擦輥材質(zhì)對單孔錦綸6長絲摩擦系數(shù)的影響如表4所示:
表4 不同摩擦輥材質(zhì)下的單孔錦綸6長絲摩擦系數(shù)
從表4看出,在相同測試條件下,單孔錦綸6長絲與橡膠輥的靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)最大,塑料輥次之,金屬輥最小。根據(jù)摩擦理論知道,當(dāng)兩個物體表面接觸并發(fā)生摩擦?xí)r,易于變形的材料,在正壓力作用下產(chǎn)生變形,接觸面積增大,摩擦系數(shù)增大。相對金屬而言,橡膠和塑料的硬度較小,在外力作用下容易產(chǎn)生變形,因此測得的纖維摩擦系數(shù)更大。因此,在單孔錦綸6長絲包芯紗制備過程中,為保證導(dǎo)絲順利、提高長絲喂入張力,可選用摩擦系數(shù)較大的塑料或橡膠導(dǎo)絲裝置。
在以上長絲性能研究基礎(chǔ)上,以16.7dtex/1F的單孔錦綸6長絲為芯絲,以粘膠纖維為外包短纖維采用前述賽絡(luò)紡工藝進(jìn)行11.8tex包芯紗的試紡,并對長絲油劑含量和導(dǎo)絲桿材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,得到的包芯紗質(zhì)量指標(biāo)如表5所示:
從表5看出,通過控制長絲油劑含量和改變導(dǎo)絲桿材質(zhì),單孔錦綸6長絲包芯紗的條干CV值,斷裂強(qiáng)度、千米棉結(jié)、毛羽、空芯紗疵、露芯紗疵等質(zhì)量指標(biāo)均得到明顯提高,紗線加工過程中,芯絲自由退繞、斷絲現(xiàn)象也得到明顯改善,紗線加工效率大幅提高。
表5 賽絡(luò)紡單孔錦綸6長絲包芯紗主要質(zhì)量指標(biāo)
本文從單孔錦綸6長絲性能角度出發(fā),結(jié)合賽絡(luò)紡包芯紗加工工藝特點,分析了單孔錦綸長絲性能特點對包芯紗加工的影響,并對制得的包芯紗結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了測試分析,主要結(jié)論如下:
(1)單孔錦綸6長絲的回彈性和抗彎剛度大于同纖度的多孔錦綸6復(fù)絲,在加工過程中應(yīng)施加較大的加工張力,以保證紗線順利加工。
(2)油劑含量對錦綸長絲摩擦系數(shù)和比電阻的影響大于單絲根數(shù)的影響,在單孔錦綸長絲包芯紗加工中應(yīng)注意油劑含量的控制。
(3)單孔錦綸6長絲與橡膠輥的靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)最大,塑料輥次之,金屬輥最小,在單孔錦綸6長絲包芯紗制備過程中,為保證導(dǎo)絲順利、提高長絲喂入張力,可選用摩擦系數(shù)較大的塑料或橡膠導(dǎo)絲裝置。
(4)試紡結(jié)果表明,當(dāng)單孔錦綸6長絲油劑含量控制在0.3%~0.5%,導(dǎo)絲桿采用PVC材質(zhì)時,制得的紗線質(zhì)量明顯提高。