采用正交試驗優(yōu)化PTT 紗工藝的實踐

程小明 呂治家

（魏橋紡織股份有限公司，山東濱州，256200）

在后疫情時代，紡織品消費需求更加多元化，產(chǎn)品的創(chuàng)新迭代加快，這些新變化傳導(dǎo)至上游材料及紡織品研發(fā)層面，推動了新材料的應(yīng)用創(chuàng)新［1］。而在消費體驗層面，人們在追求時尚的同時，更加注重服裝的彈性舒適性能和便捷易打理，舒適功能面料備受推崇。目前市場上常見的彈性面料大部分是應(yīng)用氨綸材料生產(chǎn)的，但氨綸彈性面料經(jīng)多次穿著及洗滌后彈性伸長率變大［2］，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的起鼓起包、松弛變形等問題，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)感及穿著舒適性，難以滿足多元化的市場需求。單組分生物基PTT 彈性短纖維以杜邦公司的Sorona?短纖維為代表，是一種新型聚酯材料，化學(xué)名為聚對苯二甲酸丙二酯。該纖維具有良好的耐化學(xué)性和持久性，初始模量低，并且隨著拉伸比增大，初始模量的變化不大，兼具聚酯纖維和聚酰胺纖維的優(yōu)點，特別是其優(yōu)異的回彈性和易染性為提升所織面料的舒適彈性、抗皺保形性和蓬松感奠定了基礎(chǔ)，可滿足消費者對簡約舒適、抗皺保形、易打理的消費訴求，具有廣闊的開發(fā)前景。本研究結(jié)合生產(chǎn)實踐，對PTT 紗的紡紗工藝進行分析和研究。

1 生產(chǎn)難點及影響因素分析

PTT 纖維獨特的分子結(jié)構(gòu)和結(jié)晶形態(tài)賦予其獨特的性能，該纖維在受到應(yīng)力時，應(yīng)變變形首先發(fā)生在結(jié)晶的低分子區(qū)，當(dāng)應(yīng)力去除后，結(jié)晶結(jié)構(gòu)鎖定，使纖維能完全回復(fù)到原狀。在實際生產(chǎn)過程中，PTT 纖維純紡成紗的難度很大，由于該纖維彈性大、回縮性強，特別是經(jīng)打手梳理、羅拉牽伸后，纖維容易回縮扭結(jié)成球，從而形成粗節(jié)、棉結(jié)等疵點，并嚴(yán)重破壞梳理及牽伸過程中的纖維運動分布，尤其是在細紗工序，PTT 纖維在牽伸過程中脫離鉗口控制后迅速回縮，導(dǎo)致該纖維純紡紗條干CV高及常發(fā)性紗疵多。在加捻過程中，由于該纖維須條也會出現(xiàn)回縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致細紗氣圈形態(tài)不穩(wěn)定，斷頭率增多，影響生產(chǎn)狀態(tài)。

粗紗和細紗工藝參數(shù)是影響PTT 紗生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。粗紗號數(shù)的選擇不僅影響到粗紗工序與細紗工序生產(chǎn)能力［3］，還將影響到細紗牽伸力的大小，以及成紗指標(biāo)和生產(chǎn)狀態(tài)。以PTT 18.5 tex 賽絡(luò)紗為例，在實際開展的單因素優(yōu)選試驗中，當(dāng)單根粗紗號數(shù)351 tex、細紗牽伸38.0 倍時，經(jīng)測試成紗條干CV16.89%，細節(jié)52 個/km，粗節(jié)49 個/km；當(dāng)單根粗紗號數(shù)281 tex、細紗牽伸30.4 倍時，經(jīng)測試成紗條干CV14.52%，細節(jié)18 個/km，粗節(jié)25 個/km。賽絡(luò)紗需雙粗紗喂入，經(jīng)該試驗驗證可知，降低粗紗號數(shù)，減小細紗牽伸倍數(shù)，纖維相對位移量減少，PTT 纖維受拉伸程度降低，有利于改善成紗條干均勻度。但應(yīng)避免粗紗號數(shù)過低，其他工藝因素不匹配而造成細紗出“硬頭”問題，導(dǎo)致斷頭增多。粗紗號數(shù)的調(diào)整需要與其他工藝參數(shù)相匹配，主要是粗紗捻系數(shù)、細紗后區(qū)牽伸倍數(shù)、細紗鉗口隔距及前膠輥壓力等，因此以上參數(shù)都是影響PTT 紗生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

此外，由于PTT 紗彈性伸長大，紡紗過程中的氣圈張力突變嚴(yán)重，氣圈呈現(xiàn)忽大忽小的變化趨勢。當(dāng)細紗錠速過高時，氣圈張力突變更加明顯，斷頭主要發(fā)生在張力與強力兩者波動中波峰和波谷交叉點［4］。細紗錠速、鋼絲圈型號直接影響氣圈張力變化，因此這兩項參數(shù)也是影響PTT紗生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

2 技術(shù)措施及工藝優(yōu)化

2.1 工藝參數(shù)的初步確定

通過以上分析可知，合理的粗紗和細紗工藝參數(shù)是實現(xiàn)PTT 紗生產(chǎn)的關(guān)鍵。為確保該纖維純紡紗指標(biāo)達到合理水平，并實現(xiàn)紡紗生產(chǎn)狀態(tài)的穩(wěn)定高效，通常粗紗號數(shù)需偏小掌握，以降低細紗工序的總牽伸倍數(shù)，減小纖維位移量，同時匹配合適的粗紗捻系數(shù)、細紗后區(qū)牽伸倍數(shù)、細紗鉗口隔距及前膠輥壓力，并且要避免因握持力與牽伸力不匹配而造成的細紗出“硬頭”問題［5］。細紗錠速宜偏低掌握，以穩(wěn)定氣圈張力、減少氣圈張力突變，同時配合合理的鋼絲圈型號，減少斷頭，穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)。為此初步確定粗紗工序采用“輕定量，小捻系數(shù)”，細紗工序采用“低錠速，強控制”的工藝路線。

2.2 正交試驗

粗紗工序與細紗工序的各項工藝因素之間存在著復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，在初步確定了粗紗工序、細紗工序的工藝路線之后，通過正交試驗進一步優(yōu)化各項工藝參數(shù)配置。該正交試驗選取了粗紗號數(shù)（因素A）、粗紗捻系數(shù)（因素B）、細紗后區(qū)牽伸倍數(shù)（因素C）、細紗鉗口隔距（因素D）、細紗前膠輥壓力（因素E）、細紗錠速（因素F）、鋼絲圈型號（因素G）共7 個因素，通過正交試驗優(yōu)選工藝參數(shù)，各因素水平表見表1。

表1 正交試驗各因素水平表

選擇L8（27）正交試驗表進行試驗，根據(jù)對品種生產(chǎn)難點的分析，確定以成紗條干CV、細節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)和細紗千錠時斷頭作為本試驗考核衡量的關(guān)鍵指標(biāo)。正交試驗方案及試驗結(jié)果見表2。為確保試驗數(shù)據(jù)的代表性，以上方案中粗紗機與細紗機均選用同機臺、同錠試驗，其中粗紗機對比測試了40 錠，細紗對比測試了20 錠；粗紗羅拉隔距11 mm×26 mm×34 mm，鉗口隔距3.0 mm，后區(qū)牽伸1.197 倍；細紗羅拉隔距18 mm×27 mm，細紗前膠輥使用邵爾A65 度丁腈橡膠膠輥。根據(jù)試驗結(jié)果對各影響因素進行極差分析，結(jié)果見表3。

表2 正交試驗方案及試驗結(jié)果

表3 極差分析表

2.3 影響因素分析

各因素對條干均勻度的影響程度差異較大。粗紗號數(shù)的影響最為明顯，分析原因為當(dāng)粗紗號數(shù)變小，而細紗輸出定量不變時，細紗總牽伸倍數(shù)減小，PTT 短纖維須條抽長拉細程度降低，纖維彈性變形較小，在脫離鉗口控制后回縮的情況改善，使得整體成紗彈性伸長更加穩(wěn)定，有利于提升條干均勻度水平，但粗紗號數(shù)過小會造成前紡生產(chǎn)難度加大，且生產(chǎn)成本增加。只有合理匹配粗紗捻系數(shù)與粗紗號數(shù)，才能確保細紗工序的順利牽伸。當(dāng)粗紗捻系數(shù)降低時，纖維間抱合力減弱，隨之所需的細紗牽伸力降低，有利于提高條干均勻度水平。細紗鉗口隔距對成紗條干指標(biāo)的影響也占到一定比例，適當(dāng)減小鉗口隔距，加強上下膠圈對須條纖維的握持，有利于控制纖維的提前變速及纖維在牽伸過程中的回縮問題，對改善條干均勻度有一定作用。較大的細紗后區(qū)牽伸倍數(shù)對消除彎鉤纖維及降低主牽伸區(qū)牽伸倍數(shù)有利，對改善條干均勻度有一定效果。細紗錠速與細紗鋼絲圈型號的匹配對條干均勻度的影響相對較小。綜合以上影響因素，優(yōu)選條干均勻度最優(yōu)方案為A2B2C1D2E2F1G2。

細紗錠速和細紗鋼絲圈型號對細紗千錠時斷頭數(shù)影響十分明顯，通過分析試驗結(jié)果可知，細紗錠速與細紗鋼絲圈型號不同水平組合搭配時，千錠時斷頭存在明顯差異，方案1、方案5、方案8 的千錠時斷頭數(shù)明顯低于其他方案，總體呈現(xiàn)低錠速千錠時斷頭數(shù)減少的趨勢，其中方案8 斷頭最少，可見這兩項因素的匹配合理性至關(guān)重要。適當(dāng)降低錠速并合理配置鋼絲圈型號，有利于穩(wěn)定細紗氣圈段的張力，可大幅降低紡紗張力波動，這是減少該類品種千錠時斷頭的關(guān)鍵。降低粗紗號數(shù)、適當(dāng)加大細紗前膠輥壓力，有利于降低牽伸不勻，改善前鉗口對須條的握持，對降低細紗千錠時斷頭數(shù)有利。此外，較大的粗紗捻系數(shù)配合較大的細紗后區(qū)牽伸倍數(shù)及較大的細紗鉗口隔距，有利于減小牽伸力波動，對改善千錠時斷頭有一定的作用。綜合以上影響因素，優(yōu)選降低細紗千錠時斷頭的最優(yōu)方案為A2B1C1D2E1F1G2。

從以上分析得出的最優(yōu)方案可知，成紗條干均勻度水平及細紗千錠時斷頭的主要影響因素各有不同，條干均勻度主要影響因素為粗紗號數(shù)、粗紗捻系數(shù)、細紗鉗口隔距；細紗千錠時斷頭主要影響因素為細紗錠速、鋼絲圈型號、粗紗號數(shù)和細紗前膠輥壓力。為兼顧成紗條干均勻度及細紗千錠時斷頭數(shù)指標(biāo)，最終確定試驗的最優(yōu)方案為A2B2C1D2E1F1G2，與試驗方案8 一致。

3 規(guī)?；蠙C生產(chǎn)情況

采用新型纖維開發(fā)新產(chǎn)品需要立足于纖維本身的特性，通過合理地優(yōu)化設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新，充分發(fā)揮纖維的優(yōu)勢，彌補或避開其不足，才能實現(xiàn)良好的產(chǎn)品開發(fā)效果［6］。參照以上正交試驗結(jié)果，按照優(yōu)化后的粗紗和細紗工藝方案進行PTT 紗的大規(guī)模上機生產(chǎn)，上機后成紗條干均勻度指標(biāo)得到明顯改善，其中實測成紗條干CV12.45%，細節(jié)1 個/km，粗節(jié)4 個/km，棉結(jié)5 個/km。但在此條件下細紗千錠時斷頭仍然略高，實測在5 根左右，為此對細紗設(shè)備的三條直線、三個水平、三同心［7］進行了校正，重新上機生產(chǎn)，此時實測細紗千錠時斷頭穩(wěn)定在3 根以內(nèi)，細紗工序生產(chǎn)狀態(tài)得到明顯改善，生產(chǎn)效率得到顯著提升。因此也驗證了該正交試驗結(jié)果的可靠有效。

4 結(jié)語

PTT 短纖維彈性大、回縮性強，純紡成紗時紗線條干均勻度較差，氣圈形態(tài)不穩(wěn)定，斷頭多，生產(chǎn)狀態(tài)差。為改善PTT 紗的條干均勻度，需要對粗紗號數(shù)及粗紗捻系數(shù)進行優(yōu)選，來降低PTT纖維須條的抽長拉細程度，且細紗工序宜采用較大的后區(qū)牽伸倍數(shù)、較小的鉗口隔距及較大前膠輥握持力，來提升紗線條干均勻度。采用低錠速配置合適鋼絲圈型號是降低細紗斷頭、保證生產(chǎn)狀態(tài)的關(guān)鍵。通過正交法試驗確定PTT 紗的工藝路線，即采用粗紗工序“輕定量，小捻系數(shù)”與細紗工序“低錠速，強控制”的工藝配置組合。規(guī)?；蠙C實踐表明：通過對粗紗、細紗關(guān)鍵工藝參數(shù)的優(yōu)化組合，并加強細紗工序的設(shè)備調(diào)整，可明顯提升PTT 紗的條干均勻度水平，降低細紗斷頭數(shù)，改善生產(chǎn)狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率。