柔潔紡溫度對粘膠纖維成紗質(zhì)量影響

許 多 徐金良 梅劍香 衛(wèi) 江 劉可帥

(1.武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200；2.裕大華紡織服裝集團(tuán)有限公司，湖北武漢，430415)

1 柔潔紡粘膠纖維成紗原理與特點(diǎn)

1.1 柔潔紡成紗原理

柔潔紡作為一種新型紡紗技術(shù)，其核心是在加捻三角區(qū)出口處安裝一個(gè)柔順光潔裝置[1-2]。此裝置對紗線起到高溫熨燙、握持聚合作用；通過高溫熨燙使纖維達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度后發(fā)生軟化，降低纖維剛性；同時(shí)受到握持點(diǎn)撫順握持，使紗線協(xié)同易控制，提高纖維的可加工性能；可有效減少成紗毛羽，提高紗線強(qiáng)力，改善成紗條干均勻度，提高紗線品質(zhì)[3-4]。

1.2 粘膠纖維強(qiáng)伸性能與溫度的關(guān)系

粘膠纖維是一種再生纖維素纖維，因其良好的服用性能而得到大量應(yīng)用。粘膠纖維強(qiáng)伸性能與溫度的關(guān)系如圖1所示。由圖1可以看出，粘膠纖維的斷裂強(qiáng)力與斷裂伸長率隨著溫度的升高逐漸下降[5]。

圖2為粘膠纖維受熱后分子結(jié)構(gòu)的變化圖。常溫狀態(tài)下粘膠纖維大分子鏈間結(jié)構(gòu)隨著溫度升高發(fā)生改變，出現(xiàn)圖2(b)、圖2(c) 和圖2(d) 溫度下的粘膠纖維大分子結(jié)構(gòu)。

(a)斷裂強(qiáng)力與溫度關(guān)系

(b)斷裂伸長率與溫度關(guān)系

圖1 粘膠纖維熱力學(xué)性能與溫度關(guān)系

(a)常溫下粘膠纖維結(jié)構(gòu) (b)80 ℃時(shí)粘膠纖維結(jié)構(gòu)

(c)120 ℃時(shí)粘膠纖維結(jié)構(gòu) (d)210 ℃時(shí)粘膠纖維結(jié)構(gòu)

圖2 粘膠纖維大分子受熱后結(jié)構(gòu)的變化

隨著溫度的升高，粘膠纖維中結(jié)合水散失，部分氫鍵結(jié)構(gòu)斷裂，加劇了纖維素分子相對滑移。粘膠纖維在102 ℃存在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度[6]。當(dāng)加熱溫度超過150 ℃后，粘膠纖維的大分子構(gòu)象和內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并且粘膠纖維受熱不會發(fā)生熔融，溫度達(dá)260 ℃時(shí)會分解[7]。

結(jié)合圖1與圖2，根據(jù)粘膠纖維熱力學(xué)性能以及大分子結(jié)構(gòu)隨溫度變化的情況，選擇80 ℃、120 ℃和210 ℃作為柔潔紡裝置設(shè)定溫度。

2 試驗(yàn)

根據(jù)粘膠纖維熱力學(xué)性能，分別選擇80 ℃、120 ℃、210 ℃三種加熱溫度進(jìn)行柔潔紡粘膠紗線紡制。通過對比柔潔紡與傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線質(zhì)量，探究柔潔紡加熱溫度對粘膠紗線成紗質(zhì)量的影響。所有柔潔紡裝置均安裝在裕大華紡織服裝集團(tuán)有限公司標(biāo)準(zhǔn)廠房FA1520型環(huán)錠細(xì)紗機(jī)前羅拉出口處。每組紡紗設(shè)備分別安裝在6個(gè)相同的紗錠上。柔潔紡模型與實(shí)物圖如圖3所示，在紡紗過程中紗線穿過柔順光潔裝置的高溫熨燙面。

(a) 柔潔紡實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)圖 (b)柔潔紡紡紗模型圖

圖3 柔潔紡模型與實(shí)物圖

柔潔紡裝置的中心與鉗口線之間的距離約為15.0 mm，紗線與柔潔紡高溫熨燙表面之間的接觸長度約為20 mm。

本研究所用粘膠纖維規(guī)格39 mm×1.23 dtex，纖維斷裂強(qiáng)度2.29 cN/dtex。采用相同的粘膠纖維粗紗，在FA1520型細(xì)紗機(jī)上紡制3組柔潔紡粘膠紗線和1組環(huán)錠紡粘膠紗線。其主要工藝參數(shù)：錠速15 000 r/min，粗紗定量8 g/10 m，細(xì)紗號數(shù)19.7 tex，前羅拉速度130 r/min，鉗口隔距3.0 mm，后區(qū)牽伸1.14倍。選用W321型40號鋼絲圈，PG1-4054型鋼領(lǐng)。同時(shí)對所紡6錠細(xì)紗進(jìn)行絡(luò)筒，絡(luò)筒機(jī)型號№21C-S，絡(luò)筒速度1 200 m/min。

所有樣品在具有標(biāo)準(zhǔn)大氣條件的實(shí)驗(yàn)室中存儲至少24 h，然后對其進(jìn)行紗線性能測試。采用YG172A型毛羽儀測試毛羽數(shù)，按30 m/min測試速度和10 m片段長度進(jìn)行測試，取10組數(shù)據(jù)平均值；采用DSX510型奧林巴斯光學(xué)顯微鏡，分別觀察并拍攝100倍下4組粘膠纖維紗線的形態(tài)結(jié)構(gòu)；采用YG136 A/C型條干儀測試條干性能，以400 m/min的速度測試1 min， 計(jì)算5組平均值；采用YG063T型全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀測試紗線斷裂強(qiáng)力，以500 mm/min拉伸速度測試1 min，測試20組取平均值；采用臨界扭結(jié)距離法[8]，保持100 cm長紗線處于伸直狀態(tài)，一端保持靜止，一端緩慢水平向靜止端移動(dòng)，當(dāng)紗線開始扭結(jié)時(shí)，測量兩端之間的距離L，判斷其定捻效果。

3 結(jié)果與分析

3.1 紗線毛羽性能分析

不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的毛羽數(shù)如表1所示。

根據(jù)表1可以發(fā)現(xiàn),3組柔潔紡粘膠纖維紗線的毛羽數(shù)都要遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線，其中80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠管紗的3 mm毛羽數(shù)比傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠管紗分別降低了59.6%、70.3%和90.2%?？梢钥闯雒饻p少效果最好的是210 ℃柔潔紡紗線，并且溫度越高，毛羽減少率越高。說明了控制柔潔紡溫度可以有效調(diào)控纖維軟化程度，進(jìn)而增強(qiáng)成紗過程中對纖維的控制，有效降低纖維的初始模量和剛性，使纖維充分參與內(nèi)外轉(zhuǎn)移，減少毛羽的產(chǎn)生。

表1不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的毛羽數(shù)

卷裝粘膠紗線不同長度毛羽數(shù)/根·(10 m)-11 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm 6 mm管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡845.11532.23419.23347.331 109.28839.17660.11607.22203.09102.6573.5642.94279.22251.56145.56118.0080.2832.4123.837.8392.8366.1744.2830.0642.8918.7410.942.1136.5026.3916.177.9414.628.985.780.9414.6110.066.443.116.224.613.010.506.223.002.671.06

從表1中不同加熱溫度下柔潔紡粘膠筒紗的毛羽數(shù)還可以看出，絡(luò)筒依舊對柔潔紡毛羽數(shù)有一定影響[9]，但經(jīng)過絡(luò)筒后毛羽改善情況明顯不及絡(luò)筒前，即80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠筒紗的3 mm毛羽數(shù)比傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠筒紗分別降低了28.7%、52.3%和67.6%。傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠筒紗的3 mm毛羽數(shù)相比管紗增長15.6%，但柔潔紡粘膠筒紗相比管紗增幅較大，即80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠筒紗的3 mm毛羽數(shù)比同溫度柔潔紡管紗分別上漲104.2%、85.8%和283.9%。說明80 ℃的溫度可有效降低纖維模量，提高了加捻時(shí)對纖維抱合力的控制，成紗毛羽明顯減少；120 ℃的溫度使粘膠纖維模量大幅度降低，在握持面作用下全方面控制纖維參與內(nèi)外轉(zhuǎn)移，大幅度提升纖維在紗線表面的加捻卷繞效果，因此120 ℃柔潔紡毛羽改善效果較好。而210 ℃柔潔紡粘膠筒紗毛羽的增幅最大，這證實(shí)了其高溫狀態(tài)下暴露在紗線主體外的纖維僅是黏合在紗線表面，并未參與內(nèi)外轉(zhuǎn)移，經(jīng)絡(luò)筒工序摩擦脫落，又重新變回毛羽。

3.2 紗線表觀結(jié)構(gòu)分析

圖4為4組粘膠紗線的光學(xué)顯微鏡觀測圖像。

(a) 傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線 (b)80 ℃柔潔紡紗線

(c)120 ℃柔潔紡紗線 (d)210 ℃柔潔紡紗線

圖4 不同溫度下柔潔紡粘膠紗線光學(xué)顯微鏡觀測圖像

如圖4 (a)所示，傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線表面存在大量毛羽和紗疵。如圖4 (b)所示，80 ℃柔潔紡粘膠紗線的表觀結(jié)構(gòu)有明顯改善，其紗線毛羽明顯減少，條干均勻，說明80 ℃柔潔紡裝置的熨燙、握持、聚合作用可以使粘膠紗線有效受熱軟化，紗線抱纏緊度提高，對紗線的形態(tài)結(jié)構(gòu)改觀明顯。如圖4 (c)所示，120 ℃柔潔紡粘膠紗線表面比80 ℃柔潔紡粘膠紗線更加光潔柔順，暴露在外的纖維能夠更好地被卷入紗體中，充分參與內(nèi)外轉(zhuǎn)移，使紗線更加柔順。如圖4 (d)所示，210 ℃柔潔紡粘膠紗線表面的毛羽并沒有重新被卷入紗體當(dāng)中，而是在高溫下改變其構(gòu)象并與紗線表面結(jié)構(gòu)形成黏連。因此，在210 ℃高溫下，產(chǎn)生的紗線毛羽受高溫和撫順握持后黏合在紗線表面，致使紗線僵化，條干惡化，且在上漿時(shí)會產(chǎn)生疵點(diǎn)，織造時(shí)出現(xiàn)起毛起球、上染不勻等問題[10-12]。

3.3 紗線條干性能分析

表2為不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的條干性能。表2中分別將80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠紗線與傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線的條干性能進(jìn)行對比，其管紗條干CV值分別降低了1.4%、3.9%和0.3%；筒紗條干CV值分別降低了1.4%、4.0%和0.1%。對比絡(luò)筒前后紗線的條干性能，經(jīng)絡(luò)筒后柔潔紡粘膠紗線條干性能稍有下降[13]。

表2不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的條干性能

卷裝粘膠紗線條干CV/%細(xì)節(jié)/個(gè)·km-1粗節(jié)/·km-1棉結(jié)/·km-1管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡12.1011.9311.6212.0612.2112.0411.7212.190 0 0 2 4.20.80 3.331.616.712.527.536.018.014.034.056.735.825.043.370.038.025.070.0

在千米細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)方面，不同溫度柔潔紡紗線都在傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線基礎(chǔ)上有明顯改善。其中120 ℃柔潔紡粘膠紗線的改善效果最佳，210 ℃柔潔紡粘膠紗線改善效果最弱。

從整體上來看，柔潔紡高溫熨燙處理、撫順握持可以改善粘膠纖維的成紗質(zhì)量[14]。這是因?yàn)檎衬z紗線在120 ℃加熱溫度下氫鍵斷裂，粘膠纖維大分子發(fā)生相對滑移，纖維呈現(xiàn)易軟化狀態(tài)，在柔順握持點(diǎn)協(xié)調(diào)控制下可以使纖維充分參與內(nèi)外轉(zhuǎn)移并達(dá)到柔順光潔結(jié)構(gòu)形態(tài)；而對于210 ℃柔潔紡，由于210 ℃高溫使纖維大分子構(gòu)象發(fā)生改變，破壞了纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)，部分纖維之間由于纖維構(gòu)象的改變而形成黏合連接，從而惡化了紗線的條干[15]，且在絡(luò)筒工序時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.4 紗線強(qiáng)伸性能分析

表3為不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的強(qiáng)伸性能測試結(jié)果。

由表3可以看出，不同溫度柔潔紡粘膠紗線的斷裂強(qiáng)力都在傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線基礎(chǔ)上有所增強(qiáng)。80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠紗線管紗斷裂強(qiáng)力分別提高了2.7%、6.5%和2.8%，筒紗斷裂強(qiáng)力僅分別提高了1.6%、5.6%、0.5%。一方面筒紗強(qiáng)伸性能的降低是受到絡(luò)筒過程中摩擦和上機(jī)張力的影響。另一方面不論是管紗還是筒紗，120 ℃柔潔紡粘膠紗線的斷裂強(qiáng)力提高幅度最大，這是因?yàn)?20 ℃超過了粘膠纖維玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，因此纖維間相對滑移減少，纖維間結(jié)合更加致密，纖維強(qiáng)力利用率更高，從而提高了紗線的強(qiáng)力[16]；與此同時(shí)，120 ℃柔潔紡粘膠紗線的斷裂伸長率提高幅度也最顯著，這是由于纖維的軟化調(diào)控促使紗線內(nèi)部結(jié)構(gòu)蓬松，提供紗線軸向上的拉伸形變。而210 ℃柔潔紡粘膠紗線的斷裂伸長率反而呈負(fù)增長，這是因?yàn)槁懵对谕獾睦w維受210 ℃高溫，在紗線表面形成黏合，導(dǎo)致紗線內(nèi)部無法滑移和形變，經(jīng)絡(luò)筒工序后黏合部分脫落，纖維強(qiáng)力利用率降低，從而使紗線質(zhì)量惡化。

表3不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的強(qiáng)伸性能

卷裝粘膠紗線斷裂強(qiáng)力/cN斷裂伸長率/%管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡282.4290.1302.2290.1279.2283.7295.0280.611.311.612.111.211.811.812.111.1

3.5 紗線定捻性能分析

表4為不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的定捻性能。

由表4可以看出，不同溫度柔潔紡粘膠紗線產(chǎn)生扭結(jié)的距離要比傳統(tǒng)環(huán)錠紡粘膠紗線小，說明高溫熨燙對粘膠纖維紗線起到定捻作用。高溫熨燙和撫順面的握持使紗線的捻縮降低，使其接近濕熱定捻的效果，可減少后期蒸紗定捻工序，節(jié)省了成本，提高了工作效率[17]。

表4不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的定捻性能

卷裝粘膠紗線扭結(jié)距離/m扭結(jié)距離CV值/%管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統(tǒng)環(huán)錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡64.560.253.652.856.355.850.550.817.29.611.87.813.414.413.913.0

從表4還可以看出，絡(luò)筒后筒紗的定捻效果要優(yōu)于絡(luò)筒前管紗定捻效果，可能是由于絡(luò)筒過程產(chǎn)生退捻效果，同時(shí)絡(luò)筒張力及清紗器對紗疵的清除作用進(jìn)一步加強(qiáng)了對紗線的定捻效果。對于不同溫度的柔潔紡粘膠紗線，隨著柔潔紡裝置溫度的升高，所紡制粘膠紗線的定捻效果逐步提高，其中210 ℃柔潔紡粘膠紗線的定捻效果最好。

4 結(jié)論

本文對比分析了3種不同溫度下的柔潔紡粘膠紗線結(jié)構(gòu)和性能，得出以下結(jié)論。

(1)通過粘膠纖維不同溫度下的強(qiáng)伸性能和纖維結(jié)構(gòu)變化，加強(qiáng)了成紗過程中對粘膠纖維的軟化調(diào)控，可有效改善紗線的表觀結(jié)構(gòu)，降低成紗毛羽，提高紗線強(qiáng)力。

(2)在柔順光潔設(shè)備80 ℃高溫軟化和接觸式握持的協(xié)同作用下，可降低纖維剛度，使其可以充分發(fā)生內(nèi)外轉(zhuǎn)移，從而改善成紗質(zhì)量。而120 ℃柔潔紡溫度使粘膠纖維達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，可大幅提高纖維的可加工性，對粘膠纖維成紗性能改善顯著。

(3)在210 ℃柔潔紡高溫作用下，粘膠纖維的構(gòu)象發(fā)生改變，紡紗過程中部分纖維與紗線主體形成黏合，導(dǎo)致紗線質(zhì)量發(fā)生惡化，給后期上漿、染色、織造等工序帶來危害。