滌/棉、錦/棉混紡紗線的性能優(yōu)化研究

秦雅偉+周永凱+張華

摘要：文章以高強滌綸、高強錦綸、棉為原料，通過滌/棉、錦/棉混紡試驗，分析其混紡紗的工藝流程和技術(shù)參數(shù)，確定滌/棉75/25、錦/棉75/25的混紡紗性能優(yōu)異。通過對優(yōu)異混紡單紗的二合股線進行臨界捻度測試，確定滌/棉股線和錦/棉股線分別在850、900捻/m時，其強力最大。

關(guān)鍵詞：高強滌綸；高強錦綸；混紡；紡紗工藝；臨界捻度

中圖分類號：TS106 文獻標(biāo)志碼：B

Research on Optimizing the Properties of Polyester/ Cotton and Polyamide/Cotton Blended Yarns

Abstract： Based on the trial spinning of polyester/cotton （75/25） and polyamide/cotton （75/25） blended yarns with high-tenacity polyester fiber， high-tenacity polyamide fiber and cotton， the paper analyzed the spinning process and related technical parameters and decided the optimum properties of the blended yarn. By testing the critical twist of the ply yarn result from the optimal blended single yarn， it draws the conclusion that the tenacity reaches the maximum when the twist of the polyester/cotton ply yarn and the polyamide/cotton ply yarn is at 850 twists/m and 900 twists/m respectively.

Key words： high-tenacity polyester fiber； high-tenacity polyamide fiber； blending； spinning process； critical twist

21世紀軍用迷彩面料的主要原料由純棉纖維變?yōu)槊夼c一種或多種合成纖維的混紡，天然纖維和合成纖維的混紡能使其面料舒適且耐用。以往對一定混紡比的滌/棉、錦/棉混紡研究較多，且注重對強力的要求，對于不同混紡比的紗線以及不同紗線的對比研究較少，而現(xiàn)代對于面料舒適性的要求越來越高，現(xiàn)提出采用高強滌綸、高強錦綸分別和棉以不同混紡比成紗，通過研究紗線性能和臨界捻度的測試，較為全面地確定紗線混紡比和股線捻度。

棉纖維為纖維素纖維，其吸濕透氣性和保暖性優(yōu)良，有很好的服用舒適性，且來源豐富，價格低廉。高強滌綸與棉混紡織物的特點是不僅擁有優(yōu)異的抗皺性和保形性，又可以使織物吸濕保暖，且熱穩(wěn)定性好。高強錦綸與棉混紡織物不僅擁有棉織物的舒適、柔軟吸濕，又有錦綸織物的抗皺與耐磨性，且輕巧富有彈性。

文章通過不同的原料和同種原料不同混紡比的對比，確定適合軍用迷彩面料用紗線的工藝加工過程和參數(shù)，對成品單紗的性能進行測試分析得到舒適耐用的混紡單紗。然后，通過對優(yōu)化單紗臨界捻度的測試，確定其股線捻度，為軍用迷彩面料用紗線提供依據(jù)。

1試驗部分

1.1滌/棉、錦/棉混紡紗線的設(shè)計與開發(fā)

1.1.1原料

原料中采用的棉為新疆原棉，馬克隆值適中，為標(biāo)準級（B級），成熟度適中；含糖量低，可紡性好；棉、高強滌綸和高強錦綸相較于同種纖維的強度較大，其中選取的低特滌綸，其混紡紗條干好、強度高、手感柔軟，均有利于紡紗工序的進行。

棉纖維主要性能指標(biāo)：馬克隆值4.53，主體長度24.13mm，品質(zhì)長度29.06mm，整齊度83%，斷裂強度2.87cN/dtex，斷裂伸長率7.5%，成熟度0.86。高強滌綸和高強錦綸的主要性能指標(biāo)見表1。

1.1.2混紡紗工藝設(shè)計與流程

滌/棉、錦/棉的混紡比設(shè)計如表2所示。

棉和化纖的混紡一般可以選擇兩種混合方法：第一種方法是棉和化纖分別制條，在并條機上混合，高強滌綸和棉可按照第一種方法進行混紡；第二種方法是棉和化纖在開清棉階段進行混合，由于錦綸的彎曲程度較大，蓬松程度大，在開清棉工序不易成卷，故在開清棉階段混入25%的棉，之后再按照第一種方法進行。此外，棉必須經(jīng)過精梳制條后，再與化纖混合。其工藝流程為：

棉：清花→梳棉→預(yù)并→條卷→精梳

滌：清花→梳棉→預(yù)并→三道并條→粗紗→細紗→絡(luò)筒。

棉：清花→梳棉→預(yù)并→條卷→精梳

錦：清花（錦+棉）→梳棉→預(yù)并→三道并條→粗紗→細紗→絡(luò)筒。

采用的設(shè)備及型號為：清花：FA002A型自動抓棉機→FA121型除金屬雜質(zhì)裝置→A035D型混開棉機→FA106A型梳針輥筒開棉機→FA046A型振動棉箱給棉機→A076E型單打手成卷機（鄭州市滎陽紡織機械廠），A186G型梳棉機（青島紡織機械股份有限公司），A191B型條卷機（上海第一紡織機械廠），A201E型精梳機（上海紡織機械總廠），F(xiàn)A306A型并條機（中國紡織集團），F(xiàn)A506型緊密紡細紗機（江陰市華方新技術(shù)科研有限公司），ESPERO-M型自動絡(luò)筒機。

1.1.3紡紗及其主要工藝參數(shù)

（1）原料預(yù)處理

由于錦綸的導(dǎo)電性能差，比電阻（1.6×107/Ω·cm）較大，回潮率較小，故易產(chǎn)生靜電，在生產(chǎn)過程中易繞皮輥、羅拉；彎曲程度較大，蓬松度大，不易成卷。故需在錦綸短纖中加入10%左右的水，密閉放置48h，增加一定的回潮率，以利于后續(xù)工藝。

紡紗過程中控制環(huán)境條件為溫度25℃，相對濕度70%。（2）開清棉

對于滌/棉混紡，其混合是在并條工序，開清棉工序各自進行。而由于錦綸不易成卷，靜電積聚易引起牽伸纏繞，故在清花工序混入25%的棉。高強滌綸混卷定量400g/m，高強錦綸定量為350g/m。

（3）梳棉

為強化纖維的均勻混合，采用A186G型梳棉機，主要工藝參數(shù)為：刺輥轉(zhuǎn)速830r/min，錫林轉(zhuǎn)速330r/min，道夫速度22r/min，出條速度65m/min，生條定量為17g/5m。需控制棉卷重量不均，保證梳棉機生條的均勻度良好，生條重量不勻率控制在4%以下。

（4）精梳棉

對于要混紡的棉需要經(jīng)過精梳工序。經(jīng)過梳棉機成條后，經(jīng)過條卷機成卷，之后進入精梳機，棉條定重17g/5m。采用和A201E型精梳機，主要工藝參數(shù)為：成卷羅拉轉(zhuǎn)速25.87m/min，羅拉中心距46×50，精梳機牽伸羅拉隔距41.5mm。

（5）并條

采用FA306A型并條機，滌/棉采用6并，定重為18～19g/5m，牽伸倍數(shù)為6，車速320r/min，頭并總牽伸倍數(shù)×后牽伸倍數(shù)7×1.7，末并總牽伸倍數(shù)×后牽伸倍數(shù)6.5×1.5，羅拉隔距47×51，出條速度200m/min。

（6）粗紗

采用THFA4421型懸錠式粗紗機，滌/棉粗紗定重5.5g/10m，總牽伸×后牽伸倍數(shù)7×1.3，羅拉隔距12×22×35，羅拉速度160r/min，粗紗捻系數(shù)110。

（7）細紗

采用FA506型緊密紡細紗機，滌/棉定重1.64g/100m，羅拉隔距18×36，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.35，羅拉速度170r/min，錠速12400r/min，前羅拉速度141r/min，捻度系數(shù)413。

（8）絡(luò)筒采用ESPERO-M型自動絡(luò)筒機，絡(luò)筒速度1000m/min。經(jīng)過紡紗工序得到成品紗線線密度為16.3tex，捻度為110捻/10cm，捻向為Z捻。

1.1.4二合股線的制備

（1）并紗

采用浙江日發(fā)紡織機械有限公司生產(chǎn)的RF231B型并紗機，其中車速為260m/min。

（2）倍捻

采用浙江日發(fā)紡織機械有限公司生產(chǎn)的RF310G型倍捻機，錠子轉(zhuǎn)數(shù)為7000m/min。

1.2紗線的性能測試

1.2.1紗線條干均勻度測試

在溫度（20±2）℃、相對濕度65%±3%的條件下進行調(diào)濕24h，采用陜西長嶺紡織機電科技有限公司生產(chǎn)的YG136型條干均勻度測試分析儀，參照GB/T3292—1997《紡織品紗條條干不勻試驗方法（電容法）》對紗線進行測試。將調(diào)濕后的單紗置于檢測槽中，測試速度為100m/min，測試時間為2.5min，測試次數(shù)為10次，調(diào)整張力，穩(wěn)定后得出數(shù)據(jù)曲線。

1.2.2紗線強度測試

在溫度（20±2）℃、相對濕度65%±3%的條件下調(diào)濕24h，采用北京正開儀器有限公司生產(chǎn)的YG029Z型全自動單紗強力儀，根據(jù)GB/T3916—1997《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》測定。設(shè)定隔距為500mm，拉伸速度為500mm/min。

1.2.3紗線回潮率測試

在溫度（20±2）℃、相對濕度65%±3%的條件下調(diào)濕24h，采用南通宏大實驗儀器有限公司生產(chǎn)的YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱，根據(jù)GB/T9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定烘箱干燥法》測定。

1.2.4紗線橫截面形態(tài)測試

選取的不同混紡比的橫截面形態(tài)，其中直接染料染色的滌/棉單紗。利用GE-5型愛國者數(shù)碼觀測王和采用JEOLJSM-6360LV型X射線能譜儀拍攝橫截面形態(tài)圖。

1.2.5股線臨界捻度的測試

股線捻度分別定為800、850、900、950、1000捻/m，捻向為ZS。對股線進行強力的測試，繪出強力-捻度曲線，選取使強力最大時的捻度值作為股線的捻度。進而對紗線以臨界捻度和相同的工藝得到二合股線。

2結(jié)果與討論

2.1紗線條干均勻度

由測試結(jié)果可知紗線整體均勻性較好，滌/棉混紡紗中滌綸含量越多，紗線條干均勻度越好；錦/棉混紡紗中，錦綸或棉含量差別較大時（例如100%棉、錦/棉85/15、100%錦綸），紗線條干均勻度稍微有所下降；相同混紡比的滌/棉、錦/棉紗線中，滌/棉混紡紗的條干均勻度均高于錦/棉紗。這是因為滌綸大分子基本為剛性分子，結(jié)晶度和取向度高，故滌/棉單紗的條干均勻度較好；錦/棉單紗因棉纖維的天然卷曲、錦綸的卷曲率和蓬松度較大，使得純棉紗和含錦綸混紡紗的條干均勻度不高。

2.2紗線強度

由表3可見，隨著合成纖維的增加，紗線強力逐漸增加；純滌綸、純錦綸紗的強力明顯高于棉紗，相同混紡比的滌/棉紗線較錦/棉紗線的強力高。高強滌綸強力可達到7.17cN/dtex，初始模量高為1107.4cN/tex，剛性好；高強錦綸強力可達6.40cN/dtex，斷裂伸長率高，紗線柔軟舒適，使得混紡紗線強度和舒適性普遍提高。

2.3紗線回潮率

由表4可見，紗線回潮率與合成纖維含量呈反比。因天然纖維棉和錦綸大分子中的親水基，棉和錦綸吸濕性好，故錦/棉混紡紗的回潮率較大；滌綸因大分子中疏水基團的存在，滌/棉混紡紗的回潮率較小。

2.4紗線的橫截面形態(tài)

圖1是滌/棉混紡紗的橫截面形態(tài)圖。左側(cè)為GE-5型愛國者數(shù)碼觀測王500倍下的橫截面，右側(cè)為JEOLJSM-6360LV型X射線能譜儀在1000倍下的橫截面形態(tài)。藍色部分為棉，白色部分為化纖。由圖1可見，隨著化纖含量的增加，橫截面從全部為藍色到逐漸減少至全部為白色。可以看出紗線的混合較為均勻，并且按照比例分布合理，其中化纖的橫截面為圓形，棉纖維有中腔。

綜上所述，混紡紗為ZS捻向，110捻/10cm，16.3tex，混紡比在滌/棉（75/25）左右、錦/棉（75/25）時，強力較高，條干較好，回潮率適中，適合軍用面料的開發(fā)。為得到兩種紗線的股線，對以上性能優(yōu)異的兩種紗線進行臨界捻度的測試，進而確定強力最大的捻度，得到優(yōu)良的股線。

2.5股線臨界捻度

股線在一定范圍內(nèi)隨著捻度的增加，強力不斷增加，但到某一臨界值，捻度增加導(dǎo)致強力下降，故選取臨界值才能使合成股線的強力達到最大，得到的股線性能越好。

二者強度在75/25左右增加較多，故綜合考慮選擇混紡比75/25的單紗合成股線，表5、圖2及圖3分別為滌/棉（75/25）、錦/棉（75/25）股線在不同捻度下的強力值和曲線。由圖2和圖3可見，滌/棉在850捻/m處、錦/棉在900捻/m處達到峰值，強力值達到高峰，即滌/棉的臨界捻度為850捻/m、錦/棉的臨界捻度為900捻/m。

通過對滌/棉、錦/棉單紗性質(zhì)測試和股線捻度的確定可以得出，滌綸因其分子高結(jié)晶度和取向度，其與棉混紡后的條干均勻度良好，強度高，且隨著滌綸混紡含量的增加二者性質(zhì)越好；滌綸分子中較少的極性基團，導(dǎo)致其親水性很差，與棉混紡得到一定的改善，且隨棉含量的增加回潮率越好。錦綸分子也有較好的結(jié)晶度，強度較高，隨著錦綸含量增加強度增大，但較滌綸略差；錦綸分子因較弱的范德華力，部分分子鏈卷曲度較大，取向度較差，其纖維蓬松度大，導(dǎo)致混紡紗的條干均勻度較滌/棉混紡稍差，且隨著錦綸增加均勻度更差；錦綸分子中易形成氫鍵，吸濕性能較好，故其含量越高回潮率越高。綜合耐用性和舒適性綜合考慮，選擇合適混紡比的單紗進行股線的合成。

通過對二者臨界捻度的測試，在實際操作中保證不產(chǎn)生捻縮的情況下，使得股線性能最好，以此滿足軍用面料的要求。

3結(jié)論

（1）紡紗過程中須對錦綸加入一定比例的水進行預(yù)處理，在清花過程中混入25%的棉以利于后續(xù)工藝。紡紗工藝中保證一定的溫濕度，對于控制棉結(jié)和靜電問題尤其重要。

（2）通過對紗線基本性質(zhì)的檢測可以得出紗線強力與合成纖維所占比例成正比，滌/棉（75/25）左右、錦/棉（75/25）的混紡紗強力高、混紡條干均勻性良好、回潮率適中，紗線綜合品質(zhì)較高。故確定滌/棉（75/25）、錦/棉（75/25）、紗支為16.3tex、Z捻向、110捻/10cm混紡紗的性能優(yōu)良。

（3）通過臨界捻度的測試，確定滌/棉75/25、錦/棉75/25股線分別在850、900捻/m時強力達到最大，股線捻向為ZS，且捻縮不明顯，利于后期加工使用，較適合軍用面料的開發(fā)和利用。

作者簡介：秦雅偉，女，1989年生，碩士在讀。

通訊作者：周永凱，e-mail：jwczyk@bift.edu.cn。

作者單位：秦雅偉、周永凱，北京服裝學(xué)院服裝藝術(shù)與工程；張華，總后勤部裝備研究所。

基金項目：總后勤部軍需裝備研究所“夏作訓(xùn)服”項目。