高支純亞麻嵌入式復(fù)合紗的工藝探討

王亞梅，徐珍珍，陳 軍，徐衛(wèi)林，許德生

(1.安徽工程大學(xué)紡織工程系，安徽蕪湖241000;2.武漢紡織大學(xué)紡織工程系，湖北武漢430073)

目前，由于干紡的支數(shù)偏低，國內(nèi)亞麻純高支紗的紡紗方式還是以濕紡和半濕紡為主，在很大程度上制約了亞麻產(chǎn)品向高檔化發(fā)展的趨勢［1］.而濕紡的紡紗工藝流程長、成本高，不符合現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)高度集成，高效率、短流程、節(jié)能降耗的要求.因此，研究如何采用新型的紡紗方法生產(chǎn)亞麻纖維高支紗線進而加工成高檔產(chǎn)品具有很大的經(jīng)濟和社會意義.嵌入式復(fù)合紡紗技術(shù)的紡紗系統(tǒng)可使傳統(tǒng)紡紗難以利用的原料可紡，為開發(fā)高檔亞麻類面料提供了新的途徑［2］.

1 原料的選取和處理

1.1 亞麻纖維化學(xué)脫膠

實驗采用的亞麻纖維經(jīng)雨露漚麻加工之后以工藝?yán)w維的形式存在，其化學(xué)成分除纖維素之外，還含有大量的果膠、木質(zhì)素、半纖維素和脂蠟質(zhì)等雜質(zhì)，對成紗不利，而且初加工的亞麻纖維細(xì)度大、長度長，給紡高支紗帶來困難［3］.為了提高可紡性，對亞麻纖維進一步化學(xué)脫膠.脫膠方法采用堿氧一?。?］，工藝流程為浸酸→水洗→堿氧一浴→酸洗→水洗→自然晾干.其中，NaOH的用量為10 g/L，H2O2的用量為3 g/L，時間為90 min，溫度為100℃.

1.2 原料選取

經(jīng)化學(xué)脫膠后的亞麻纖維很長，在棉紡設(shè)備上很難成條，故采用人工的方法將其剪切為38 mm長的纖維段備用.水溶性維綸短纖長度為38 mm，細(xì)度為1.4 dtex;水溶性維綸長絲兩根，細(xì)度為33.3 dtex.

1.3 實驗儀器及測試條件

1.3.1 實驗儀器

DHU流梳聯(lián)合機，東華大學(xué);DHUA301并條機，東華大學(xué);DHUC-02棉型粗紗實驗機，東華大學(xué);HF41-01-4多功能紡紗小樣機，蘇州華飛紡織科技有限公司;YG135E電子單紗強力測試分析儀，陜西長嶺紡織機電科技有限公司;YG172紗線毛羽測試儀，陜西長嶺紡織機電科技有限公司;YG029-I條干均勻度測試分析儀，陜西長嶺紡織機電科技有限公司;DT2235A接觸式轉(zhuǎn)速、線速儀，深圳寶瑞儀器有限公司;SFY13單絲張力儀，上海第十二絲織廠.

1.3.2 紗線性能測試條件和方法

紗線相關(guān)性能測試，在標(biāo)準(zhǔn)條件下進行，溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±2)%.紗線強伸性測試條件:夾持長度為50 cm，拉伸速度為500 mm/min，預(yù)加張力為(紗線線密度×0.5)cN/tex 0.1 cN/tex，實驗次數(shù)30次，然后取其平均值.紗線毛羽的測試條件:測試速度為30 m/min，每管紗共測試100 m，分成10段，每段10 m，然后取其平均值，毛羽對比取3 mm.紗線條干均勻度的測試條件:測試速度為200 m/min，測試時間為0.5 min，每管紗實驗次數(shù)5次，取平均值.

2 紡紗工藝流程與工藝

2.1 紡紗工藝流程

DHU清梳聯(lián)合實驗機→DHUA301并條機→DHUC-02粗紗實驗機→改造后的多功能紡紗小樣機.

2.2 工藝技術(shù)措施

按照70/30的比例將剪切好的亞麻纖維和38 mm的水溶性維綸短纖維充分混合，喂入清梳聯(lián)合實驗機，經(jīng)開清和梳理后制成混合條.并合數(shù)6根，總牽伸倍數(shù)為6.3倍.粗紗總牽伸倍數(shù)為11.4，捻度為5捻/10 m，亞麻/水溶性維綸粗紗混紡比70/30，粗紗定量為3.0 g/10 m.

3 紡紗工藝參數(shù)對成紗質(zhì)量的影響

3.1 實驗設(shè)計

本實驗設(shè)計亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗設(shè)計特數(shù)為20.7 tex，錠速為7 199 r/min，細(xì)紗總牽伸為41.4倍.

3.1.1 捻系數(shù)的最佳值

在長絲間距10 mm、長粗間距1 mm、長絲張力為10.0 cN的條件下，捻系數(shù)分別取410，420，430，440，450和460進行試紡，測試成紗性能并進行比較分析，得出嵌入式復(fù)合紡紗捻系數(shù)的最佳值.

3.1.2 長絲預(yù)加張力最佳值

在捻系數(shù)440、長絲間距10 mm、長絲與粗紗間距1 mm的條件下，長絲張力分別取5.0 cN，7.5 cN，10.0 cN，12.5 cN，15.0 cN和17.5 cN進行試紡，測試成紗性能并進行分析比較，得出嵌入式復(fù)合紡紗長絲張力的最佳值.

3.1.3 長絲間距的最佳值

在捻系數(shù)440、長絲與粗紗間距1 mm、長絲張力10.0 cN的條件下，長絲間距分別取6 mm，8 mm，10 mm，12 mm和14 mm進行試紡，測試成紗性能并進行比較分析，得出嵌入式復(fù)合紡紗長絲間距的最佳值.

3.1.4 長粗間距的最佳值

在捻系數(shù)440、長絲間距10 mm、長絲張力為10.0 cN的條件下，長粗間距分別取0.5 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm和2.5 mm進行試紡，測試成紗性能并進行比較分析，得出嵌入式復(fù)合紡紗長粗間距的最佳值.

3.2 測試結(jié)果與分析

3.2.1 捻系數(shù)對成紗質(zhì)量的影響見表1至表3.

表1 捻系數(shù)對成紗強伸性的影響Tab.1 Influence on yarn strength and elongation of the twist factors

表2 捻系數(shù)對紗線毛羽的影響Tab.2 Influence on yarn hairiness of the twist factors

表3 捻系數(shù)對成紗條干均勻度的影響Tab.3 Influence on yarn evenness of the twist factors

從表1可知，當(dāng)其他條件不變，捻系數(shù)從410變化到460時，紗線斷裂強力大體上呈先增大后變小的趨勢，并且當(dāng)捻系數(shù)取420時，成紗強力最大.復(fù)合紗斷裂伸長的趨勢是先減小后增大再變小，沒有明顯的規(guī)律，在捻系數(shù)為420時，斷裂伸長最小.這是由于捻系數(shù)的增大驅(qū)使加捻三角區(qū)中三個匯聚點向上移動，三角區(qū)高度變短，成紗螺旋角變大，紗體緊密度增加，致使紗線的斷裂強力也增大.當(dāng)捻系數(shù)達到一定值后，纖維的利用率降低，進而使紗線力學(xué)性能變差.

鑒于3 mm以下的毛羽對紗線織造性能影響不顯著，所以只比較3 mm以上的毛羽根數(shù).從表2可以看出，捻系數(shù)從410變化到460的過程中，毛羽指數(shù)先變小后變大再變小，并不呈現(xiàn)明顯的單調(diào)性，當(dāng)捻系數(shù)為420時，紗線的毛羽最少.

由表3可知，紗線條干CV值整體呈現(xiàn)先變小后增大的趨勢，當(dāng)捻系數(shù)為430時，紗線的條干均勻度最好.這是因為當(dāng)捻系數(shù)較低時，紗線加捻的力矩不能夠克服紗條之間的捻陷作用，影響紗線條干.捻度增加到一定程度后，紗線加捻的力矩才能夠克服紗條之間的捻陷作用，從而改善紗線的條干，使條干CV值降低，當(dāng)捻系數(shù)低時，紗線的捻陷作用被克服之前，紗線的條干會受到影響［5］.

當(dāng)捻系數(shù)為430時，雖然紗線的條干均勻度最好，但是強力毛羽都不是最優(yōu)的數(shù)值，綜合考慮，選取最佳捻系數(shù)為420.

3.2.2 長絲預(yù)加張力對成紗質(zhì)量的影響見表4至表6.

表4 長絲預(yù)加張力對成紗強伸性的影響Tab.4 Influence on yarn strength and elongation of pre-tension

由表4可知，當(dāng)長絲預(yù)加張力從5.0 cN增加到17.5 cN的時候，成紗強力大致呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)張力取7.5 cN時，紗線斷裂伸長沒有明顯單調(diào)規(guī)律，斷裂強力最大且斷裂伸長最小.這是因為長絲預(yù)加張力增大時，可加大長絲周圍包裹著的短纖維的約束力，使長絲和短纖維的纏繞復(fù)合更加緊密，進而增大復(fù)合紗的強力，但是當(dāng)張力到達一定值后，長絲本身拉伸性質(zhì)改變，使復(fù)合紗的強力降低.

表5 長絲預(yù)加張力對紗線毛羽的影響Tab.5 Influence on yarn hairiness of pre-tension

表5中紗線的毛羽指數(shù)整體呈現(xiàn)先增大后變小，主要原因是長絲張力過大時，長絲本身拉伸性質(zhì)容易發(fā)生改變，復(fù)合須條的能力變?nèi)酰瑏喡槎汤w不能很好地包纏在維綸長絲表面，從而使毛羽增多.當(dāng)長絲張力取7.5 cN時，紗線毛羽最少.

表6 長絲預(yù)加張力對成紗條干均勻度的影響Tab.6 Influence on yarn evenness of pre-tension

從表6可以看出，當(dāng)長絲張力為5.0 cN時，紗線的條干均勻度最好，不過此時的紗線強力比較小，毛羽也較多，綜合考慮，選取7.5 cN為長絲預(yù)加張力最佳值.

3.2.3 長絲間距對成紗質(zhì)量的影響見表7至表9.

表7 長絲間距對成紗強伸性的影響Tab.7 Influence on yarn strength and elongation of space between filaments

從表7可知，兩根維綸長絲間距從6 mm變化到14 mm的過程中，紗線強力先增大后變小，當(dāng)長絲間距為8 mm時，成紗強力最大.這是因為長絲間距小時，加捻三角區(qū)小，紗線內(nèi)外轉(zhuǎn)移少，成紗的強力低，當(dāng)長絲間距增大時，加捻三角區(qū)趨于穩(wěn)定，成紗結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，斷裂強力增大，當(dāng)間距再增大時，須條中短纖維不容易包纏在長絲上，從而使紗線強力降低［6］.

表8 長絲間距對紗線毛羽的影響Tab.8 Influence on yarn hairiness of space between filaments

表8中線紗毛羽指數(shù)先變小后增大再變小，當(dāng)長絲間距為8 mm時，長絲間距為3 mm的紗線毛羽指數(shù)最小.當(dāng)長絲間距為14 mm時，紗線毛羽指數(shù)也很小，這是因為長絲間距過大時，長絲上包纏纖維總根數(shù)少，纖維末端露出根數(shù)減少，使毛羽也減少.

表9 長絲間距對成紗條干均勻度的影響Tab.9 Influence on yarn evenness of space between filaments

從表9可以看出，成紗條干CV值先變小后增大，當(dāng)長絲間距為8 mm時，紗線條干均勻度最好.

綜上可知，兩根水溶性維綸長絲間距最佳值為8 mm.

3.2.4 長絲與粗紗間距對成紗質(zhì)量的影響見表10至表12.

表10 長絲與粗紗間距對成紗強力的影響Tab.10 Influence on yarn strength and elongation of space between filament and roving

從表10可知，當(dāng)長絲與粗紗間距從0.5 mm變化到2.5 mm時，紗線強力先增大后變小，斷裂伸長規(guī)律相同.不過復(fù)合紗的斷裂強力總體波動不是很大，這說明長絲與粗紗間距對成紗強力影響不是很大.當(dāng)長絲與粗紗間距為1.5 mm時，紗線的斷裂強力最大.

表11 長絲與粗紗間距對紗線毛羽的影響Tab.11 Influence on yarn hairiness of space between filament and roving

從表11可以看出，紗線毛羽數(shù)先減少后增大，當(dāng)長絲與粗紗間距為1.5 mm時，紗線毛羽指數(shù)最小.這是因為間距太小時，類似于兩根包芯紗以一定間距輸出后加強捻，而間距太大時，須條中短纖維轉(zhuǎn)移很少，易形成毛羽［7］.

表12 長絲與粗紗間距對成紗條干均勻度的影響Tab.12 Influence on yarn evenness of space between filament and roving

從表12可以看出，條干CV值先變小后增大，當(dāng)長絲與粗紗間距為1.5 mm時，紗線條干均勻度最好.

綜上可知，長絲與粗紗間距最佳值為1.5 mm.

3.3 優(yōu)化工藝紗線試紡

在捻系數(shù)420，長絲預(yù)加張力7.5 g，長絲與長絲間距8 mm，長絲與粗紗間距1.5 mm的條件下試紡亞麻維綸嵌入式復(fù)合紗線.其他工藝參數(shù):設(shè)計號數(shù)為20.7 tex，錠速為7 199 r/min，細(xì)紗總牽伸為41.4倍.所得紗線性能指標(biāo)和單因素最優(yōu)水平下各紗線性能指標(biāo)見表13，由于測試指標(biāo)較多，這里只比較斷裂強力、斷裂伸長、3 mm以上毛羽指數(shù)、條干CV值等幾個重要指標(biāo).為了便于列表，把最佳捻系數(shù)420、最佳長絲預(yù)加張力7.5 cN、最佳長絲與長絲間距8 mm、最佳長絲與粗紗間距1.5 mm條件下的紗線分別標(biāo)記為1，2，3，4號，把優(yōu)化工藝下試紡的復(fù)合紗線標(biāo)記為0號，對此優(yōu)化工藝紗線和單因素最優(yōu)水平下各紗線的性能，如表13所示.

表13 優(yōu)化工藝紗線和單因素最優(yōu)水平下各紗線性能對比Tab.13 Yarn performance comparison between optimized parameters and single factor under optimal level

由表13可以看出，經(jīng)優(yōu)化工藝試紡的純亞麻紗線強力達到265.4 cN，斷裂伸長為40.1 mm，3 mm以上毛羽為7.05根/m，條干CV值為25.87%，這和單因素最優(yōu)水平下各復(fù)合紗線性能進行對比，性能上總體表現(xiàn)優(yōu)異.

4 亞麻嵌入式復(fù)合紗退維工藝

由于本實驗采用的水溶性維綸退維條件為水溫90℃，為了防止退維不徹底，采用100℃水溫進行退維.具體步驟為先將質(zhì)量4.14 g，200 m長的亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗放入烘箱烘干1 h，質(zhì)量為3.88 g，再經(jīng)100℃水中煮10 min，最后經(jīng)烘箱烘干后質(zhì)量為1.79 g.亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗定量為20.7 tex，理論上亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗退維后定量為8.9 tex.一般用亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗先直接制成織物，再進行退維處理，織物退維后，其中紗線的定量與亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗直接退維后的定量一致.

5 結(jié)語

(1)針對亞麻纖維單纖維較短、成紗較難、傳統(tǒng)濕紡工藝流程較長、干紡紗支數(shù)偏低的特點，采用了嵌入式復(fù)合紡紗技術(shù)紡制細(xì)號亞麻紗.

(2)綜合考慮成紗強力、毛羽指數(shù)和條干均勻度等各項性能，在其他工藝參數(shù)相同的條件下，紡制2 tex亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗的工藝最佳值分別為捻系數(shù)420、長絲預(yù)加張力7.5 cN、長絲與長絲間距8 mm、長絲與粗紗間距1.5 mm.

(3)經(jīng)優(yōu)化工藝試紡的20.7 tex亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗，經(jīng)退維處理后的紗線細(xì)度為8.9 tex;亞麻水溶性維綸嵌入式復(fù)合紗結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強力較高、條干均勻、毛羽少，這種利用嵌入式復(fù)合紡紗技術(shù)紡制高支純亞麻產(chǎn)品的工藝為開發(fā)高檔亞麻類面料提供了新的途徑.

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［3］賈麗華，陳朝暉，高潔，等.亞麻纖維及應(yīng)用［M］.1版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007:8.

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［5］徐巧林.嵌入式復(fù)合紡紡制滌綸縫紉線的探討及應(yīng)用［D］.武漢:武漢紡織大學(xué)，2011.

［6］陳軍，徐巧林，葉汶祥，等.輸出間距對嵌入式復(fù)合紡紗線結(jié)構(gòu)和性能的影響［J］.上海紡織科技，2009(10):1-6.

［7］Kalyanraman A R.A process to control hairiness in yarn［J］.J Text Inst，1997(3):407-413.