纖維的長度特征對成紗的影響

郁崇文，匡雪琴，黃 晶

(東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620)

纖維的幾何特征對紡紗加工及紗線質(zhì)量有直接影響。在纖維的幾何特征中，細度和長度對紡紗加工過程和成紗質(zhì)量影響最顯著。合理選擇長度適當(dāng)?shù)睦w維可以兼顧紡紗和成紗綜合質(zhì)量。本文就纖維長度對紡紗的影響進行探討。

1 纖維長度對紡紗加工過程影響

從成紗原理［1］來看，纖維經(jīng)過開松、梳理、牽伸使其逐步且相互伸直平行排列，通過加捻形成具有一定強度的紗。顯然，在開松、梳理和牽伸過程中，纖維的長度、細度影響著加工過程。纖維短，有利于纖維的梳理、伸直，因此，紡紗加工流程中，加工短纖維的棉紡流程最短，而加工長纖維的毛、麻和絹的紡紗流程都很長。棉、毛、苧麻的精梳紡紗流程如下。

棉(長度30～37 mm)：開清→梳棉→預(yù)并→條并卷→精梳→并條(1～2道)→粗紗→細紗。

毛(長度70～85 mm)：和毛→梳毛→針梳(并條，3道)→精梳→針梳(4道)→粗紗→細紗。

苧麻(長度100～110 mm)：開松→梳麻→預(yù)并→針梳→精梳→并條→復(fù)精梳→針梳(4道)→粗紗(1～2道)→細紗。

可見，由于毛、麻等纖維較長，在開松、梳理過程中容易彎曲纏繞而產(chǎn)生較多的彎鉤乃至結(jié)粒，伸直纖維或排除結(jié)粒均需要更多的工序，因此，必須經(jīng)過針梳(相當(dāng)于棉的并條)工序完成纖維伸直和排列成紗，且整個紡紗加工的速度也比棉纖維的低很多。由于苧麻纖維比毛纖維更長，所以，盡管其紡紗設(shè)備類似于毛紡，但并不能直接采用毛紡設(shè)備進行紡紗，而其本身由于規(guī)模小，設(shè)備陳舊，更新幾乎停滯，生產(chǎn)效率遠比毛紡低。

2 纖維長度對成紗質(zhì)量的影響

大量的短纖維在加工過程中，其在紗中的排列有一定的隨機性(見圖1)，排列受到纖維幾何特征長度和細度的影響。

圖1 纖維在紗中的排列Fig.1 Arrangement of fibers in yarn

一般認為，短纖維的長度對成紗質(zhì)量是正相關(guān)的，即纖維的長度長，則成紗質(zhì)量好，但這都是有前提的，即纖維的長度在一定范圍內(nèi)時，適當(dāng)?shù)拈L度有助于纖維間的結(jié)合。因此，棉紡對纖維長度遠比苧麻、毛和絹紡重視得多。

2.1 纖維長度對成紗均勻度的影響

纖維長度對成紗不勻的影響直接取決于纖維的排列分布，也引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。Martindale［2-4］的基于截面內(nèi)纖維根數(shù)及纖維細度變異的成紗極限不勻公式得到廣泛應(yīng)用，該公式在假設(shè)纖維等長和伸直的情況下，提出了各成紗截面不勻的極限值：

式中：n為紗條截面內(nèi)纖維根數(shù);Cd為纖維直徑不勻。

顯然，纖維的細度越細，成紗的不勻越小。該式由于只反映了紗條各截面的不勻，因此，與實際紗條片段長度的不勻有一定的差異，也無法反映纖維長度對成紗不勻的影響，但此公式仍在紡織行業(yè)實際生產(chǎn)及理論研究中得到廣泛應(yīng)用。

Moon Won Suh［4-5］考慮了紗條的片段長度不勻，從而引入了纖維長度的因素，提出了基于纖維長度推演的紗線條干理論不勻的表征模型，采用紗條片段內(nèi)所有纖維長度總和的不勻來表征紗條片段間的理論不勻。一定長度的紗條片段間的纖維總長度不勻，即成紗理論不勻為

式中：ST(L)為設(shè)定片段長L的紗條內(nèi)所有纖維的長度總和，等價1根長度為x的纖維在任意設(shè)定的紗條片段長度L內(nèi)所截得纖維段長度;n為紗條截面內(nèi)纖維平均根數(shù);N(L)為L片段紗條內(nèi)截得的纖維總根數(shù)，當(dāng)片段長度 L→0計算紗條各截面的不勻時，該式與Martindale(不考慮纖維線密度不勻)的表達式相同。

由于上式中綜合考慮了纖維長度、截取紗條片段長度L和截面內(nèi)纖維平均根數(shù)n這3個變量，將成紗條干理論不勻的表征向前推進了一步。按照該式，在纖維等長情況下，成紗條干均勻度隨纖維長度的變化規(guī)律如圖 2［3］所示。

圖2 纖維長度與成紗不勻的關(guān)系Fig.2 Relationship between fiber length and yarn unevenness

由圖2可見，當(dāng)纖維長度增加時，成紗的條干不勻也相應(yīng)增加，但當(dāng)長度達到一定程度后，長度對均勻度的影響就不顯著了。文獻［6-7］基于實驗也得出了類似的結(jié)論。賈博深等［6］用不同切斷長度的苧麻精干麻在棉紡設(shè)備上紡苧麻/棉(55/45)的52 tex紗時，得到纖維長度與成紗條干均勻度的關(guān) 系見表1。

表1 不同切斷長度的苧麻纖維對成紗均勻度的影響Tab.1 Influence of different cut ramie fiber lengths on yarn evenness

上海紡織研究院［8-9］用不同切斷長度的苧麻分別與相同的中長滌綸纖維混合后，成紗質(zhì)量如表2所示。

表2 不同混合原料(末并條)的纖維長度對成紗質(zhì)量的影響Tab.2 Influence of different fiber lengths with blended materials on yarn quality

從表1、2的結(jié)果來看，影響成紗均勻度的長度因素有短纖維率和長度不勻率等，但總的看來，還是體現(xiàn)了纖維長度短則成紗均勻度好的趨勢，這與前面的理論分析是一致的。

楊秀峰等［7］采用不同長度的1.57 dtex滌綸分別紡制13.1 tex的紗，得出以下結(jié)論：當(dāng)纖維長度在32～51 mm時，成紗條干較好;而隨著纖維長度的增加，當(dāng)纖維過長(64mm以上)時，成紗條干顯著惡化。

董澤文［9］、鄒成路［10］等采用不同長度的芳砜綸分別在棉型和毛型設(shè)備上進行紡紗，得出的結(jié)果如圖3、4所示。

圖3 芳砜綸長度對成紗均勻度的影響Fig.3 Influence of polysulfonamide fiber length on yarn evenness

圖4 捻系數(shù)對成紗均勻度的影響Fig.4 Influence on yarn evenness with different twist factors

總的看來，纖維長度過長，成紗的條干不勻大，說明長度太長會影響纖維在紗條中的均勻排列，進而影響成紗的均勻度。

2.2 纖維長度對成紗強度的影響

有研究表明，棉纖維長度對成紗強度有關(guān)鍵的影響［11-12］，纖維長，則成紗強力高。但是，這些討論并沒有考慮纖維的其他長度性能(如長度不勻和短纖維率等)，一些文獻也認為，當(dāng)長度長到一定程度后，纖維長度的增加對成紗強力的影響不再顯著，也有文獻表明，棉纖維的長度整齊度比纖維長度對強度的影響更大［13-16］，如表3所示。

表3 纖維長度及其整齊度對成紗質(zhì)量的影響Tab.3 Influence of fiber length and its uniformity on yarn quality

從表3可看出，棉纖維的長度對成紗強力的影響并非簡單正相關(guān)，這可能是由于長度整齊度乃至其他性能如細度、強度的影響所致。由于化學(xué)纖維的各方面性能遠比天然纖維的均勻，因此，化學(xué)纖維的實驗結(jié)果應(yīng)該比棉纖維的更能準(zhǔn)確反映長度對成紗強力的影響。

楊秀峰［7］等采用不同長度的1.57 dtex滌綸分別紡制13.1 tex紗，得到以下結(jié)論：當(dāng)纖維長度在32～51 mm時(這里指等長纖維)，其成紗強力隨著纖維長度的增加而增加;當(dāng)纖維過長(64 mm以上)時，成紗強力顯著下降。董澤文［9］、鄒成路［10］等采用不同長度的芳砜綸分別在棉型和毛型設(shè)備上進行紡紗，得出的成紗強度如圖5、6所示。

圖5 芳砜綸長度對成紗強度的影響Fig.5 Influence of polysulfonamide fiber length on yarn strength

圖6 捻系數(shù)對成紗強度的影響Fig.6 Influence on yarn strength with different twist factors

總的來說，過長的纖維長度反而會使成紗的強力降低。這可能是由于過長的纖維影響紡紗，導(dǎo)致成紗強力降低。

3 縮短纖維長度的紡紗實踐

根據(jù)上面的實驗與分析，可知適當(dāng)降低纖維長度對成紗影響很小。文獻［17］提出，如能適當(dāng)縮短苧麻纖維的長度，則有望不僅改善紡紗過程，還能直接利用現(xiàn)有的毛紡設(shè)備以提升苧麻紡紗的裝備水平。有關(guān)苧麻牽切技術(shù)的研究［18-19］表明，利用牽切可以有效控制苧麻纖維長度，并在一定程度上改善其長度特性(降低長度不勻和短纖維率等)。不同牽切長度的苧麻纖維精梳條性能如表4［20］所示，其在現(xiàn)有常規(guī)苧麻細紗工藝下的成紗質(zhì)量如表5［20］所示。

表4 苧麻常規(guī)及牽切纖維的精梳條長度特性Tab.4 Length characteristics of combing strips，using conventional ramie fiber and stretch-breaking fiber as raw materials

表5 苧麻常規(guī)紗和牽切紗(均為27.8 tex)的質(zhì)量對比Tab.5 Quality comparison between conventional ramie yarn and stretch-breaking yarn

表中結(jié)果顯示，即使將苧麻纖維牽切到毛纖維的長度，其成紗質(zhì)量仍普遍優(yōu)于常規(guī)苧麻紗。由于苧麻的紡紗設(shè)備與毛紡類似(主要因長度不同而在有關(guān)隔距上有所不同)，但相對落后很多，這也說明了合適長度的苧麻纖維有望在毛紡設(shè)備上進行紡紗。

4 結(jié)論

從理論分析和實驗結(jié)果來看，過長的纖維對紡紗過程有一定影響，導(dǎo)致加工流程長和生產(chǎn)效率低，纖維達到一定的長度后，長度的變化對成紗強力和均勻度的影響已經(jīng)不顯著。因此，可以認為，適當(dāng)縮短纖維長度有利于簡化紡紗過程。如將苧麻纖維長度控制在毛纖維長度的范圍內(nèi)，有望利用毛紡設(shè)備來改造和提升苧麻紡紗。

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