聚乳酸纖維/氨綸彈力包芯紗的開發(fā)

張瑞云，郭建生

(東華大學(xué)， 上海 201620)

聚乳酸纖維(polylactic acid, 以下簡稱PLA纖維)，是一種新型的生態(tài)環(huán)保型纖維，它以玉米淀粉、秸稈等為原料，先將其發(fā)酵制得乳酸，然后經(jīng)縮合，聚合反應(yīng)制成聚乳酸，再利用耦合劑制成具有良好機械性的較高分子量聚乳酸，最后經(jīng)過化學(xué)改性，將其強度、保水性提升并將其紡制成纖維[1]。由于乳酸很容易在大自然間降解，聚乳酸纖維廢棄物在土壤和海水中的微生物作用下，可分解成二氧化碳和水，完成了自然循環(huán)，不會污染環(huán)境，被譽為2l世紀(jì)新一代生態(tài)環(huán)保型纖維。PLA具有舒適的手感和抗皺防縮性、滑爽性,還具有抗紫外線、耐日照、優(yōu)越的抗菌性、防霉性等功能,且具有親膚性[2]。由于彈力包芯紗結(jié)構(gòu)較一般短纖紗具有更好的彈性、耐磨性及優(yōu)良的手感,并能一定程度上增強紗線的芯吸導(dǎo)濕性能,由其制成的面料穿著更加舒適、柔滑且具有抗菌、吸濕排汗等功能特點,具有廣闊的市場發(fā)展前景[3]。為此,我們試制了以氨綸彈力絲做芯紗、外包纖維為聚乳酸纖維的彈力包芯紗。此種聚乳酸纖維/氨綸彈力包芯紗能明顯提高產(chǎn)品的質(zhì)感和檔次，本文結(jié)合生產(chǎn)實踐對聚乳酸纖維/氨綸彈力包芯紗的生產(chǎn)最優(yōu)工藝進(jìn)行探討。

1 原料及紡紗品種

試驗選用氨綸長絲為芯絲,細(xì)度為77 dtex,斷裂強力48.92 cN，斷裂強度63.15 cN/tex, 伸長率390.36%；外包聚乳酸纖維的規(guī)格為1.66 dtex×38 mm, 斷裂強度36.9 cN/tex, 伸長率29.3%。芯絲在包芯紗中的含量對包芯紗的性能有較大影響。若芯絲在包芯紗中的含量很小,則同細(xì)度條件下其包覆層厚度就大,包芯紗包覆效果就越好,但是氨綸芯絲含量少了,包芯紗織物的彈性、抗皺、保型性好等特點就不突出。若芯絲含量很大，則可能出現(xiàn)因包覆不良而露芯或外包纖維抱合力不夠而容易滑脫等現(xiàn)象，影響成紗質(zhì)量。本次試紡中的外包纖維的特數(shù)為36.9 tex,芯絲特數(shù)為77 dtex,設(shè)計包芯紗號數(shù)為39.21 tex(77 dtex)。實際紡出包芯紗號數(shù)為40.13 tex(77 dtex)。

2 紡紗工藝流程

試驗采用FA-001棉紡型環(huán)錠紡細(xì)紗實驗機。氨綸長絲通過送絲托輥經(jīng)預(yù)牽伸后由前羅拉的集合器喂入,而PLA粗紗按傳統(tǒng)方法從后羅拉喂入,在前羅拉與芯絲匯合包覆成紗。PLA纖維的包芯紗進(jìn)行紡制時，其紡紗工藝流程與普通化纖的工藝流程相差不大。整個工藝流程類似棉型纖維紡紗，為：開清棉→梳棉→并條→粗紗→細(xì)紗。

3 各工序工藝配置與技術(shù)措施

3.1 開清棉和梳棉工序

PLA纖維的開清棉工序應(yīng)遵循“多梳少打、低速度、大隔距、微束抓取、逐漸開松”的工藝原則,在確保纖維充分開松的前提下,減少纖維損傷[4]。在梳棉工序中為確保棉網(wǎng)清晰、均勻,減少纖維損傷,遵循“輕定量、小張力、輕打多梳、低速度、快轉(zhuǎn)移、中隔距”的工藝原則,以減少對纖維的損傷。實驗得出，PLA纖維梳棉工藝最優(yōu)方案為：錫林轉(zhuǎn)速340 rpm，刺輥速度取720 rpm，道夫速度取15 rpm。

3.2 并條工序

由于PLA 纖維本身具有較大的強力,因此在并條工序應(yīng)首先保證熟條條干。在頭道并條時應(yīng)采用較小的牽伸倍數(shù),有利于前彎鉤伸直,在二道并條的主牽伸區(qū)采用較大的牽伸倍數(shù),有利于后彎鉤的伸直。因此本實驗采用二道并條,牽伸配置為頭道小二道大,有利于消除纖維中后彎鉤,提高纖維的平行伸直度及熟條條干均勻度；另外由于PLA 纖維質(zhì)量比電阻較高,回潮率低,纖維帶有輕微靜電,纖維蓬松,膠輥表面要進(jìn)行抗靜電處理,適當(dāng)減低車速,避免纖維纏繞膠輥或羅拉。本實驗中，第一次并條時，并條根數(shù)為6根，牽伸倍數(shù)為5.1，粗紗定量為4.5 g/10m；第二次并條時，并條根數(shù)為6根，牽伸倍數(shù)為5.4，粗紗定量為5.0 g/10m。

3.3 粗紗工序

在粗紗工序,后區(qū)牽伸倍數(shù)偏小掌握,后區(qū)羅拉隔距偏大控制,有利于提高粗紗條干水平;在保證加壓充分的前提下,主牽伸區(qū)羅拉隔距應(yīng)偏小掌握,以改善牽伸質(zhì)量,提高粗紗條干均勻度；粗紗張力偏小控制,以減小意外伸長,提高粗紗條干水平。本實驗中，粗紗捻度設(shè)定在10 捻/m，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.25，錠速為800 rpm。

3.4 芯絲含量與預(yù)牽伸倍數(shù)的確定[5]

氨綸包芯紗的單紗斷裂強力隨紗號的變細(xì)而降低,其原因是紗號變細(xì)后,氨綸長絲含量就相對增加,尤其是氨綸長絲的含量在10%以上時,單紗強力就會大幅度下降,因此在設(shè)計氨綸包芯紗時,對不同紗號應(yīng)選用適當(dāng)?shù)陌本]長絲含量和預(yù)牽伸倍數(shù)。經(jīng)測試,本實驗所紡制包芯紗的芯絲占包芯紗的含量約5.658%,此時，成紗具有良好的包覆效果和彈性。

氨綸絲如果不經(jīng)過牽伸就不會有彈性,氨綸絲的預(yù)牽伸一般3～5倍內(nèi),過低不宜發(fā)揮彈性的優(yōu)勢,過高則必然引起斷頭等技術(shù)難題,使紡紗困難[6]。對不同規(guī)格的氨綸絲的預(yù)牽伸都有不同的要求，并不是越大越好。氨綸絲預(yù)牽伸倍數(shù)低時不能充分發(fā)揮氨綸的潛在彈性,成紗強力低,氨綸含量也高,成本必然增加；而氨綸絲預(yù)牽伸較高時,紗的斷裂伸長率及強力下降。因此,氨綸絲的預(yù)牽伸倍數(shù)至關(guān)重要,不僅影響彈性,還影響成本。紡制氨綸包芯紗時,一般情況下氨綸長絲的預(yù)牽伸倍數(shù)為3.8倍左右,此時彈力織物的彈性可掌握在25%～35%之間。一般情況下，氨綸長絲的預(yù)牽伸倍數(shù)：154 dtex選用4～5倍；77 dtex選用3.5～4倍；44 dtex選用3～4倍。氨綸芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)的計算如下所示：

其中送絲托輥和過橋齒輪齒數(shù)的選取與芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)的關(guān)系如表1所示：

表1 芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)與各齒數(shù)間的關(guān)系

3.5 細(xì)紗工序

細(xì)紗捻向為“Z”捻,為使包覆效果良好,氨綸長絲輸入前膠輥需略微靠向PLA短纖維須條中心左側(cè)[7]。通過送絲托輥和過橋齒輪的配合來調(diào)節(jié)芯絲氨綸的預(yù)牽伸倍數(shù),使長絲張力大于PLA短纖維須條張力,提高包覆質(zhì)量。影響包芯紗彈性和強力的主要因素有紡紗捻度、芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)和后區(qū)牽伸倍數(shù)等。加捻作用使紗線中纖維間產(chǎn)生了向心壓力,增大了纖維間的摩擦力。在一定的捻度范圍內(nèi),捻系數(shù)增加,外包纖維的向心壓力大,纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移多,纖維間的摩擦力、抱合力增大,外包纖維對芯絲包纏得更加緊密牢固,包芯紗的抗剝離性能越強,紗線的毛羽越少[8]。為此,設(shè)計了以紗線捻度A和芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)B為因素的2因素3水平正交試驗方案，進(jìn)行正交試驗優(yōu)選。紗線捻度A的3個水平分別為:580捻/m、680捻/m、780捻/m；芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)B的3個水平分別為:3.49倍、3.63倍、3.91倍。長絲通過送絲托輥獲得一定的預(yù)牽伸。通過對各方案所紡制的PLA/氨綸彈力包芯紗的不同性能測試得到紗線捻度和芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)的最優(yōu)工藝配置。正交試驗方案及結(jié)果見表2。

表2 正交試驗方案及結(jié)果

根據(jù)正交試驗方案指標(biāo)測試結(jié)果,計算測試指標(biāo)各因素各水平間的極差,結(jié)果如表3所示。

由表2和表3可看出，根據(jù)極差計算結(jié)果,PLA包70 dtex氨綸長絲的包芯紗斷裂強力受捻度影響大于預(yù)牽伸倍數(shù),而條干均勻度和3 mm及以上毛羽指數(shù)受預(yù)牽伸倍數(shù)影響較捻度大。試驗數(shù)據(jù)表明,方案6，即紗線捻度取680捻/m,芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)取3.91倍時，成紗的斷裂強力、斷裂伸長均最高,條干較好，故確定最優(yōu)實驗方案為方案6。另外,錠速增加,紗線離心力增大,會把纖維甩出紗線表面,氣圈過大也易碰撞擋板或?qū)Ъ嗐^,且鋼絲圈加速,刮擦作用增強,此時,紡紗張力增大,紗線毛羽增多,斷頭率增加。此外,應(yīng)保持鋼領(lǐng)與鋼絲圈之間的良好配合,否則紡紗時,自前羅拉經(jīng)過鋼絲圈到紗管會產(chǎn)生不同的張力牽伸,造成包芯紗彈力不勻,且毛羽增加；在紡紗過程中,應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制車間溫濕度,以減少毛羽的產(chǎn)生[9]。應(yīng)加強設(shè)備的維修保養(yǎng)工作,紡紗各通道應(yīng)保持光滑無毛刺,鋼絲圈不允許有毛刺和溝槽,避免芯絲掛斷，產(chǎn)生“缺芯”現(xiàn)象。綜合考慮成紗質(zhì)量與產(chǎn)量,選用的細(xì)紗主要工藝參數(shù)如表4所示。

表3 測試指標(biāo)各因素各水平間極差計算表

表4 細(xì)紗主要工藝參數(shù)

3.6 定捻工序

包芯紗的捻系數(shù)較大,由于成紗后的張力小于紡紗時的張力,放置一定時間就容易引起包芯紗的收縮,引起部分捻度的損失，在紗線后道加工退繞過程中會產(chǎn)生回捻纏繞,形成卷縮疵點。另外,PLA纖維耐熱性不好,過高的溫度會使纖維強力明顯下降[11],本試驗采用浸漬法對紗線定捻,定捻的溫度和時間需合理選擇。水溫控制在70～80℃,浸漬時間為1～3 min。處理后的紗管取出后放置于通風(fēng)處至干燥后即可使用。

4 成紗質(zhì)量

采取以上工藝技術(shù)措施后,順利紡制出40.13 tex(77 dtex)聚乳酸纖維與氨綸彈力包芯紗。經(jīng)檢測,重量CV 1.9%,單紗強力547.8 cN,斷裂強度15.703 cN/tex,強力CV 5.776%,斷裂伸長43.607%，條干CV 17.32%,細(xì)節(jié)8個/km,粗節(jié)11 個/km,棉結(jié)64個/km, 3 mm毛羽18根/10 m, 毛羽CV 23.47%，質(zhì)量達(dá)到了較好水平,滿足了產(chǎn)品開發(fā)的要求。

5 結(jié)束語

選擇氨綸長絲做芯絲,PLA短纖做外包纖維,紡制包芯紗，可獲得具有比一般短纖紗更好的彈性、耐磨性及優(yōu)良手感的PLA纖維/氨綸彈力包芯紗。本實驗所選氨綸芯絲細(xì)度為77 dtex,經(jīng)過紡紗實踐,當(dāng)芯絲含量占包芯紗比例為5.658%，芯絲預(yù)牽伸倍數(shù)取3.91倍，紗線捻度取680捻/m時，成紗的斷裂強力、斷裂伸長均最高,條干較好[12]，可獲得理想的包覆效果和彈性。

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