混紡比對中空咖啡碳/棉混紡紗性能的影響

張陳恬 趙連英 顧學(xué)鋒 項(xiàng)國富 陳操 余啟磊

摘要： 為探究混紡比對中空咖啡碳/棉混紡紗性能的影響。文章設(shè)計(jì)中空咖啡碳/棉纖維20/80、40/60、60/40、80/20四種混紡比，采用環(huán)錠紡與賽絡(luò)紡制樣八組紗線，測試并分析紗線的表面形態(tài)、實(shí)際捻度、條干均勻度、毛羽指數(shù)、拉伸性能、吸濕性能。結(jié)果表明：隨著中空咖啡碳纖維含量的增加，混紡紗斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率呈線性增長趨勢、回潮率持續(xù)減小;中空咖啡碳纖維含量過高或低，都會存在實(shí)際捻度偏差變大、條干不勻率增加、毛羽根數(shù)增多等問題;賽絡(luò)紡中空咖啡碳/棉纖維40/60紗線綜合性能最佳，適合開發(fā)中空咖啡碳纖維高檔針織產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞： 混紡比;中空咖啡碳纖維;捻度;條干;毛羽;拉伸性能;吸濕性能

中圖分類號： TS155.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 10017003（2021）01002707

引用頁碼： 011105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.01.005（篇序）

Effect of blending ratio on the hollow coffee carbon/cotton blended yarn

ZHANG Chentian1，3， ZHAO Lianying1，3， GU Xuefeng2， XIANG Guofu1， CHEN Cao1， YU Qilei1

（1.College of Textile Science and Engineering， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 2.Ningbo Mafei SheepTextile Technology Co.， Ltd.， Ningbo 315700， China; 3.National Engineering Lab for TextileFiber Materials and Processing Technology， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

To investigate the effect of blending ratio on the performance of hollow coffee carbon blended yarn， the hollow coffee carbon/cotton fibers with four kinds of blended ratio： 20/80， 40/60，60/40 and 80/20 were designed， and two kinds of spinning methods were used to produce eight groups of yarns， ring spinning and siro spinning. Then， the surface morphology， actual twist， evenness， hairiness， tensile property， and hygroscopic properties of the yarns were tested and analyzed. The results show that， with the increase in the content of hollow coffee carbon fiber， the breaking strength and elongation of the yarns increased linearly， and the moisture regain decreased continuously. Meanwhile， if the content of hollow coffee carbon or cotton fiber was too high or too low， some problems would exist， such as big twist deviation， more unevenness and hairiness increase. Hollow coffee carbon/cotton fiber 40/60 yarns produced by siro spinning had the best comprehensive performance. Therefore， it is most suitable for being used to develop high-grade hollow coffee carbon knitting products.

Key words：

blending ratio; hollow coffee carbon fiber; twist; evenness; hairiness; tensile properties; hygroscopic property

中空咖啡碳纖維是一種新型功能性滌綸，是咖啡渣由高溫煅燒、研磨成的納米粉體，經(jīng)特殊工藝加工制成母粒后，與一定含量的聚酯切片共混、紡絲而成，具有抑菌除臭、蓄熱保暖、防紫外等多種功能[1]，并且安全、環(huán)保、手感舒適，適合加工貼身服飾，自面市后深受消費(fèi)者歡迎。

國際知名品牌如Eider、Timberland、New balance、Hush Puppies、L.L.Bean、ZegnaSport等陸續(xù)推出咖啡系列產(chǎn)品[2]。國內(nèi)有黑牡丹公司[3]推出咖啡碳牛仔布，上海帕蘭朵高級服飾有限公司[4]開發(fā)咖啡玉石針織內(nèi)衣，美特斯·邦威[5]將咖啡纖維作為填充物推出冬季保暖外衣等，以及AB內(nèi)衣、宜而爽、飛馬、山東紅妮、森馬、華歌爾、紅豆、纖絲鳥等都推出了以咖啡碳纖維為主要原料的系列產(chǎn)品[6]。但咖啡碳纖維在應(yīng)用過程中也面臨以下主要問題[7]：可紡性差、易靜電、不耐磨、易起毛起球、生產(chǎn)成本高等。中空咖啡碳纖維作為一種改進(jìn)并增加了中空結(jié)構(gòu)的新型咖啡碳纖維，纖維混紡占比對紗線性能的影響還有待進(jìn)一步研究。

本文設(shè)計(jì)中空咖啡碳/棉纖維20/80、40/60、60/

40、80/20四種混紡比的環(huán)錠紡、賽絡(luò)紡紗線，通過紗線性能測試、對比分析，開發(fā)外觀清晰、表面光潔、強(qiáng)伸性能好、成紗質(zhì)量高的中空咖啡碳混紡紗，滿足高檔針織紗線的要求，為后續(xù)開發(fā)中空咖啡碳系列高檔產(chǎn)品提供借鑒。

1 原料及工藝

1.1 纖維原料與設(shè)備

深灰色中空咖啡碳纖維（華楙生技股份有限公司），白色新疆鋸齒細(xì)絨棉（輪臺縣遠(yuǎn)江農(nóng)工貿(mào)有限責(zé)任公司棉花加工廠），纖維性能測試指標(biāo)如表1所示，設(shè)備信息如表2所示。

由表1可知，中空咖啡碳纖維延續(xù)了滌綸纖維優(yōu)異的拉伸性能和回彈性，改善了吸濕性。中空咖啡碳纖維有著明顯的圓形中腔結(jié)構(gòu)且中空度均勻，附著細(xì)膩的咖啡碳顆粒，表現(xiàn)出明亮的晶體光澤，圓形中腔結(jié)構(gòu)也使得纖維更加蓬松、富有良好回彈性和高保暖性[8]，而且比表面積大、質(zhì)量輕、選擇滲透性好、吸附能力強(qiáng)等[9]，是一種具有良好開發(fā)應(yīng)用價值的新型功能性纖維，如圖1所示。

1.2 紗線設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)18.3 tex環(huán)錠紡與賽絡(luò)紡棉/中空咖啡碳纖維混紡紗線，環(huán)錠紡組別為A，賽絡(luò)紡組別為B，設(shè)計(jì)捻度800 捻/m，如表3所示。纖維混紡方案如表4所示。

1.3 紡紗工藝

環(huán)錠紡紗方法已有近200年的歷史，因其細(xì)紗機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)產(chǎn)品范圍廣、成紗質(zhì)量好，目前在紡織生產(chǎn)中仍占主導(dǎo)地位，但由于加捻與卷繞同時進(jìn)行，產(chǎn)量受到速度等因素的制約[10]。賽絡(luò)紡是環(huán)錠紡紗的新發(fā)展，在環(huán)錠紡紗機(jī)上平行喂入兩根保持一定間距的粗紗至細(xì)紗牽伸區(qū)，由前羅拉輸出這兩束平行紗條，受到初步加捻后再匯聚并進(jìn)一步加捻，形成紗線，可以說是一種在細(xì)紗機(jī)上直接紡制股線的新技術(shù)，把細(xì)紗、絡(luò)筒、并紗和捻線合為一道工序，縮短了工藝流程[11]。

賽絡(luò)紡的成紗機(jī)理與環(huán)錠紡相同，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上改裝即可紡制賽絡(luò)紡紗線。賽絡(luò)紡紗形成類似于合股形式的紗線，如圖2所示。賽絡(luò)紡與環(huán)錠紡相比，具有一系列優(yōu)良的特點(diǎn)[12-15]：賽絡(luò)紡紗線截面近似于圓形，外觀呈單紗但結(jié)構(gòu)類似于股線，故紗線較緊密且條干均勻、外觀光潔，可滿足高檔針織紗線的要求，近年來國內(nèi)外的研究與應(yīng)用越來越廣。

本試驗(yàn)紡紗工藝流程如下：A 002A型圓盤式單打手抓棉機(jī)→SFA 035E型混棉機(jī)→FA 106A型梳針開棉機(jī)→FA 076型單打手成卷機(jī)→FA 212型梳棉機(jī)→E 80型精梳機(jī)→FA 316B型預(yù)并條機(jī)→FA 305C型并條機(jī)（二道）→A 454G型粗紗機(jī)→FA 503型細(xì)紗機(jī)→薩維奧（SAVIO）-ESPERO自動絡(luò)筒機(jī)。

2 測試與分析

2.1 紗線形態(tài)

傳統(tǒng)環(huán)錠紗的外觀存在粗細(xì)不勻、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)不勻，基本結(jié)構(gòu)特征為內(nèi)緊外松，纖維有折勾、彎曲和伸出毛羽，并存在轉(zhuǎn)移[16]。賽絡(luò)紡具有股線的優(yōu)點(diǎn)，單根須條、毛羽卷入紗線內(nèi)部，能夠有效減少毛羽，改善紗線結(jié)構(gòu)[17]。

本文采用蔡司Zeiss顯微鏡對紗線的縱向表面形態(tài)進(jìn)行觀察，設(shè)置倍數(shù)70.0倍、可視距離3.6 mm，測試溫度（20±2） ℃、濕度（65±4）%。環(huán)錠紗和賽絡(luò)紗的表面形態(tài)分別如圖3、圖4所示。

由圖3可見，環(huán)錠紡紗體表面毛羽較多，纖維一端容易露出，較短纖維未能全部卷入紗體，其中A2紗線表面毛羽明顯少于其他三種紗線。棉含量較多時，紗體表面多是白色毛羽，隨著中空咖啡碳纖維含量增加，深灰色毛羽增加。環(huán)錠紡的纖維轉(zhuǎn)移明顯，在棉/中空咖啡碳混紡紗中，棉具有徑向優(yōu)先向外分布趨勢，四種混紡比紗體表面都存在清晰的白色毛羽。

由圖4可見，賽絡(luò)紡紗體較緊密，表面毛羽明顯優(yōu)于環(huán)錠紡，但是B1和B4紗線由于棉或中空咖啡碳含量過高，毛羽明顯增多，其中B2紗線表面毛羽明顯少于其他三種紗線。

兩種紡紗方式對比可得，賽絡(luò)紡紗體比環(huán)錠紡較緊密，表面毛羽較少，條干較均勻;在直觀視覺上，賽絡(luò)紡中空咖啡碳/棉40/60混紡紗表面光潔、緊密，外觀具有明顯優(yōu)勢。

2.2 實(shí)際捻度

根據(jù)GB/T 2543.2—2001《紡織品紗線捻度的測定第2部分：退捻加捻法》，采用YG 155A型紗線捻度機(jī)，設(shè)定退捻的試驗(yàn)速度為800 mm/min，預(yù)張力系數(shù)0.5 cN/tex，隔距長度500 mm，捻向?yàn)镾向，每組樣品測5次，計(jì)算平均值。測試溫度（20±2） ℃、濕度（65±4）%。

如圖5所示，混紡比對實(shí)際捻度的影響曲線呈波動狀態(tài)，中空咖啡碳纖維含量過高或過低，實(shí)際捻度與設(shè)計(jì)捻度的差異就變大，隨著中空咖啡碳纖維與棉纖維混紡含量相近，紗線的實(shí)際捻度差異減少;賽絡(luò)紗與環(huán)錠紗的實(shí)際捻度隨混紡比變化趨勢基本相同，賽絡(luò)紗紗條捻度偏低、捻度變化較均勻。這是因?yàn)橥四砑幽矸ㄊ菧y定捻度的間接方法，對試樣進(jìn)行退捻和反向再加捻，直到試樣達(dá)到其初始長度，會存在誤差。賽絡(luò)紡的粗紗經(jīng)牽伸輸出時，兩根單紗須條已帶有少量捻度，兩股纖維束以螺旋狀相互捻合在一起，彼此層次分明，互不相混[18]，因此測試時紗線退捻不充分又反向加捻，會存在實(shí)際捻度偏低現(xiàn)象。

2.3 條 干

根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品紗線條干不勻試驗(yàn)方法第1部分：電容法》，采用CT 200型條干均勻度測試分析儀測試紗線條干不勻率及其變異系數(shù)。每種紗線取10筒試樣調(diào)濕48 h，每筒測試5次，取平均值。測試速度400 m/min，時間1 min，測試槽號為4、5槽，溫度（20±2） ℃、濕度（65±4）%。

如圖6所示，混紡比對條干不勻率的影響曲線先減小后增大，呈非線性趨勢，在咖/棉混紡比為40/60時，紗線條干均勻度最好。賽絡(luò)紗與環(huán)錠紗的條干隨混紡比變化趨勢基本相同，但賽絡(luò)紡紗線條干不勻率總低于環(huán)錠紗，條干均勻優(yōu)勢較為明顯。中空咖啡碳纖維是化學(xué)纖維，纖維長度較整齊、粗細(xì)均勻，對成紗條干有利;而棉纖維作為天然纖維，縱向有天然轉(zhuǎn)曲且長度較短、整齊度較差、粗細(xì)差異也較大，對成紗條干不利。