低比例海島纖維混紡紗性能及混紡比的優(yōu)化研究

李 楊，謝光銀

(1.江蘇悅達(dá)家紡有限公司，江蘇鹽城 224000；2.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048)

低比例海島纖維混紡紗性能及混紡比的優(yōu)化研究

李 楊1，謝光銀2

(1.江蘇悅達(dá)家紡有限公司，江蘇鹽城 224000；2.西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，陜西西安 710048)

探討低比例海島纖維混紡紗性能及混紡比的優(yōu)化。通過(guò)測(cè)試多種混紡比的海島纖維混紡紗的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、毛羽、條干、摩擦系數(shù)等指標(biāo)，分析海島纖維含量與紗線性能之間的關(guān)系，得出擬合關(guān)系式。利用模糊數(shù)學(xué)工具，得出當(dāng)權(quán)重系數(shù)為[0.35，0.10，0.25，0.25，0.05]時(shí)，低比例海島纖維棉纖維混紡紗的適宜混紡比15：85。

PA6/LDPE海島纖維 混紡紗 混紡比 模糊數(shù)學(xué) 權(quán)重系數(shù)

近些年來(lái)，隨著紡織新產(chǎn)品的開發(fā)與應(yīng)用，越來(lái)越多的新型纖維成為當(dāng)今及未來(lái)紡織面料的發(fā)展趨勢(shì)之一[1]。海島纖維是一種高附加值、高技術(shù)的新型復(fù)合纖維[2-5]。在棉纖維中混入海島纖維，不僅可降低棉制品中棉纖維的用量，而且充分利用海島纖維的特殊性能改善傳統(tǒng)棉布的服用性能，使其具有手感柔軟、觸感滋潤(rùn)、光澤豐盈的外觀風(fēng)格，并降低織物的水洗收縮率、提高彈性及洗可穿性。本文利用海島纖維與棉纖維混紡，對(duì)不同混紡比的混紡紗性能進(jìn)行分析并優(yōu)化混紡比，為海島纖維棉混紡紗產(chǎn)品的生產(chǎn)與開發(fā)提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原料特性

本文采用海島纖維與棉纖維混紡，海島纖維與棉的主要物理指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 海島纖維及棉纖維的主要物理性能

由以上數(shù)據(jù)可知，與棉纖維相比，海島纖維線密度較大、強(qiáng)度較高，伸長(zhǎng)率較大，因此在紡紗過(guò)程中海島纖維抱合力差，容易產(chǎn)生滑脫，從而造成紡紗困難，成紗質(zhì)量變差。同時(shí)，海島纖維具有較低的回潮率，因此在紡紗過(guò)程中需要注意車間內(nèi)相對(duì)濕度的變化與控制。本次試驗(yàn)在溫度25±2℃，相對(duì)濕度55±5%的條件下進(jìn)行。

本文主要研究低比例海島纖維的引入對(duì)混紡紗性能的影響，為紗線混紡比較優(yōu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。海島纖維棉纖維混紡紗的混紡比設(shè)計(jì)分別為0/100、5/95、10/90、15/85、25/75。混紡紗的設(shè)計(jì)成紗規(guī)格均為：細(xì)度29tex，捻系數(shù)330。

1.2 性能測(cè)試

對(duì)5種混紡比的海島纖維/棉混紡紗進(jìn)行如下性能測(cè)試：(1)強(qiáng)伸性能：YG020A型電子單紗強(qiáng)力儀。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3916-1997《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率》，夾距500mm，拉伸速度500mm/min，測(cè)試50次，結(jié)果取其平均值；(2)毛羽：YG173型紗線毛羽測(cè)試儀。測(cè)試長(zhǎng)度10m，測(cè)試速度30m/min，測(cè)試10次，結(jié)果取其平均值；(3) 條干均勻度：YG136型條干均勻度測(cè)試分析儀。測(cè)試長(zhǎng)度500m，測(cè)試速度200m/min；(4) 摩擦系數(shù)：LFY-110紗線動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)測(cè)定儀。采用絞盤法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試速度20m/min。測(cè)試30次，結(jié)果取其平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 混紡比對(duì)成紗強(qiáng)伸性能的影響

不同混紡比的混紡紗的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 不同混紡比的混紡紗強(qiáng)伸性能

將海島纖維含量作為單獨(dú)變量，紗線斷裂強(qiáng)力與海島纖維含量的擬合關(guān)系式為：y1=313-6.067x+2.0203x2-0.0777x3+0.0009x4，紗線斷裂伸長(zhǎng)率與海島纖維含量的擬合關(guān)系式為：y2=5.8+0.1234x-0.0381x2+0.0044x3-0.0001x4。式中：y1為混紡紗斷裂強(qiáng)力(cN)，y2為混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率(%)，x為海島纖維含量(%)。

圖1 混紡紗強(qiáng)伸性能與海島纖維含量的關(guān)系

從圖1可以看出，當(dāng)海島/棉混紡比為0/100時(shí)，紗線的斷裂強(qiáng)力最低。隨著海島纖維含量的增加，混紡紗的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率均隨著增加。當(dāng)混紡比達(dá)到20/80左右時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)稍微下降。

依據(jù)成紗轉(zhuǎn)移理論，因棉纖維較海島纖維細(xì)，優(yōu)先向中心分布，即紗的里層多為棉纖維，外層多為海島纖維。在海島/棉混紡紗中，海島纖維斷裂伸長(zhǎng)較大，單紗受拉伸時(shí)，海島纖維突然承載全部的拉伸力，繼而產(chǎn)生形變、斷裂。在海島/棉混紡紗的拉伸斷裂過(guò)程中，由于采用的均是低比例海島纖維與高比例的棉纖維混紡，海島纖維的含量最高只達(dá)到25%，單紗的最終強(qiáng)力取決于紗線斷裂時(shí)棉纖維所承受的拉伸負(fù)荷，但由于海島纖維理論上排列在紗線外層，故海島纖維也會(huì)對(duì)主體的棉纖維在強(qiáng)力上給予支持，因此，單紗強(qiáng)力隨著海島纖維的增加而有所上升。當(dāng)混紡比達(dá)到20/80左右時(shí)，由于海島纖維產(chǎn)生纖維間滑移的緣故，致使斷裂伸長(zhǎng)稍微下降。

2.2 混紡比對(duì)成紗毛羽的影響

不同混紡比的混紡紗的毛羽值測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 不同混紡比的混紡紗毛羽值

由于1mm以下毛羽太短及7mm以上較少，對(duì)紗線性能影響較小，可以忽略[6]。根據(jù)上述數(shù)據(jù)得到擬合關(guān)系式：y3=3052.7+11.755x-7.0132x2+0.1667x3。式中：y3為混紡紗毛羽值(根·10m-1)，x為海島纖維含量(%)。

圖2 混紡紗毛羽數(shù)與海島纖維含量的關(guān)系

從圖2可以看出，隨著海島纖維含量的增加，混紡紗的毛羽值逐漸減少，當(dāng)混紡比為25/75時(shí)，混紡紗的毛羽值最少。

在加捻時(shí)，纖維在紗線內(nèi)外層轉(zhuǎn)移過(guò)程中，較棉纖維粗的海島纖維受到較小的張力和向心壓力，易被棉纖維擠向紗線外表層成為毛羽，雖然較長(zhǎng)的海島纖維理論上會(huì)增加紗線的毛羽數(shù)，但因海島纖維較粗使紗線單位長(zhǎng)度內(nèi)所含纖維數(shù)減少，且受加捻扭矩和纖維摩擦作用使可能伸出的纖維端的長(zhǎng)度減小，因此，紗線毛羽值隨著海島纖維所占混紡比的增大而降低。海島/棉混紡比為0/100時(shí)紗線毛羽值較大，主要是由于棉纖維長(zhǎng)度較短，紗線單位長(zhǎng)度內(nèi)纖維數(shù)增加而使毛羽數(shù)增加。

2.3 混紡比對(duì)成紗條干CV的影響

不同混紡比的混紡紗的成紗條干CV測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 不同混紡比的成紗條干CV

以海島纖維含量作為單獨(dú)變量，得出混紡紗的條干CV與海島纖維含量的擬合關(guān)系式為：y4=18.35+1.7022x-0.2073x2+0.0122x3-0.0002x4。式中：y4為混紡紗的條干CV(%)，x為海島纖維含量(%)。

圖3 混紡紗條干CV與海島纖維含量的關(guān)系

由圖3可知，隨著海島纖維含量的增加，混紡紗的條干CV逐漸增加。當(dāng)海島纖維含量較少時(shí)增加幅度較快，后逐漸緩慢。

纖維的特性會(huì)影響成紗條干CV。海島纖維線密度較大，造成海島纖維與棉纖維不能充分均勻混合，從而在紡紗過(guò)程中產(chǎn)生較多的細(xì)節(jié)粗節(jié)等紗疵。此外，紡紗工藝也會(huì)影響成紗的條干。在紡紗過(guò)程中，當(dāng)纖維長(zhǎng)度不同時(shí)，各紡紗機(jī)械的羅拉牽伸機(jī)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行有效控制，短纖維失去控制，浮游纖維的變速點(diǎn)不統(tǒng)一，增大紗線條干不勻CV值[7]。

2.4 混紡比對(duì)成紗摩擦系數(shù)的影響

不同混紡比的混紡紗的摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 不同混紡比的混紡紗摩擦系數(shù)

由圖4看出，當(dāng)海島/棉混紡比為0/100時(shí)，紗線摩擦系數(shù)最小，隨著混紡紗中海島纖維含量的增加而增加，海島/棉混紡比為25/75時(shí)，紗線摩擦系數(shù)最大。海島纖維比棉纖維長(zhǎng)且粗，在紡紗過(guò)程中，海島纖維向外轉(zhuǎn)移，而相對(duì)較細(xì)的棉纖維則向內(nèi)轉(zhuǎn)移，隨著混紡紗中海島纖維比例的增加，紗線表面基本被海島纖維所包覆。當(dāng)海島纖維比例增大時(shí)，海島纖維起主導(dǎo)地位，由于海島纖維的摩擦系數(shù)遠(yuǎn)大于棉纖維的，因此，混紡紗的摩擦系數(shù)與海島纖維所占混紡比例呈正相關(guān)關(guān)系。

圖4 混紡紗摩擦系數(shù)與海島纖維含量的關(guān)系

3 適紡混紡比的數(shù)學(xué)模糊綜合評(píng)價(jià)

本文的研究目的就是利用海島纖維與棉纖維混紡，通過(guò)分析紗線性能，利用模糊理論得到最優(yōu)混紡比[8-10]。

綜合各項(xiàng)性能對(duì)后續(xù)加工的影響程度，相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)分別設(shè)定為[0.35，0.10，0.25，0.25，0.05]，可得綜合評(píng)價(jià)矩陣B：

B=

歸一化處理，可得：B*=(0.101 0.110 0.103 0.187 0.114)

由綜合評(píng)價(jià)矩陣B*可知：低比例海島纖維與棉纖維混紡紗的適紡混紡比為15：85。

4 結(jié)論

(1)混紡比對(duì)海島纖維棉混紡紗的性能影響較為顯著。隨著海島纖維混紡比的增大，混紡紗的斷裂強(qiáng)力、條干CV、摩擦系數(shù)等均顯著增加；斷裂伸長(zhǎng)率先增大，當(dāng)混紡比達(dá)到20/80后，斷裂伸長(zhǎng)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；混紡紗的毛羽顯著減少。

(2)將海島纖維作為單獨(dú)變量時(shí)，混紡紗的各項(xiàng)性能基本都可以擬合成為一元N次函數(shù)(N=2，3，4)。

(3) 采用模糊理論進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，當(dāng)斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、毛羽、條干CV、摩擦系數(shù)的權(quán)重系數(shù)分別為[0.35，0.10，0.25，0.25，0.05]時(shí)，低比例海島纖維棉纖維混紡紗的適宜混紡比15：85。

(4)針對(duì)不同混紡比的紗線，可以采用多元回歸分析法和模糊理論等對(duì)混紡比進(jìn)行優(yōu)化處理，優(yōu)化效果良好，具有普遍性，對(duì)研究多元混紡紗的新產(chǎn)品開發(fā)和性能評(píng)優(yōu)有較大指導(dǎo)意義。

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2016-10-20

李楊(1985-)，女，碩士，工程師，研究方向：紡織材料與紡織新產(chǎn)品開發(fā)。

TS102.3

A

1008-5580(2017)01-0170-04