摘 要：環(huán)錠紡亞麻/棉混紡紗性能較差，影響后道加工效率和織物外觀。采用集聚紡紗技術(shù)應(yīng)用于紡制亞麻/棉混紡紗，重點(diǎn)研究集聚負(fù)壓對不同線密度和混紡比粗特紗性能的影響。借助高速攝像技術(shù)獲取集聚區(qū)纖維須條連續(xù)形態(tài)特征，分析負(fù)壓所形成的橫向匯聚氣流與垂直吸附氣流共同作用下不同纖維量的須條集聚效果； 結(jié)合紗線毛羽、強(qiáng)伸性、條干等測試結(jié)果，研究負(fù)壓對不同線密度和混紡比粗特紗性能的影響。結(jié)果表明： 線密度影響臨界負(fù)壓值，29． 2、36． 4、58． 3 tex 時最佳負(fù)壓分別為 3 000、3 000、2 500 Pa 左右； 紗線各項(xiàng)性能隨著亞麻含量的增加而惡化，亞麻/棉混紡比由40 /60 變化至 60 /40，對最優(yōu)負(fù)壓值無明顯影響，最優(yōu)負(fù)壓值均為 2 500 Pa。
關(guān)鍵詞：亞麻； 棉； 混紡紗； 集聚紡； 負(fù)壓； 線密度； 混紡比； 紗線性能
亞麻/棉混紡織物具有滑爽、粗獷、舒適、吸濕性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于服裝及家紡領(lǐng)域，深受消費(fèi)者的喜愛［1－2］。目前，由于集聚紡成本較高，紡織企業(yè)生產(chǎn)亞麻/棉混紡粗特紗線多采用普通環(huán)錠紡。隨著人們紡織產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，進(jìn)一步改善亞麻類混紡產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義［3］。負(fù)壓式集聚紡?fù)ㄟ^負(fù)壓氣流對須條中發(fā)散纖維施加橫向集聚作用，使得須條軸體緊密化，減小了加捻三角區(qū)，對減少紗線毛羽、提高紗線強(qiáng)伸性能、改善紗線條干具有重要作用［4－5］。采用負(fù)壓式集聚紡生產(chǎn)亞麻/棉混紡紗，紗線具有毛羽少、強(qiáng)力高、條干好等優(yōu)點(diǎn)，且紗線表面發(fā)毛現(xiàn)象減少，后道織物疵點(diǎn)數(shù)量下降［6］。負(fù)壓是影響集聚紡紗線質(zhì)量最直接、最關(guān)鍵的因素，合理選擇負(fù)壓值可以在提高紗線質(zhì)量的同時降低能耗、節(jié)能減排［7－8］。邵軍杰等［9］探討了集聚紡成紗質(zhì)量與能耗的工藝參數(shù)優(yōu)化方案，合理選擇負(fù)壓可以在提高紗線質(zhì)量的同時達(dá)到節(jié)能效果。高金霞等［10］探討了負(fù)壓、網(wǎng)眼羅拉表面摩擦因數(shù)對集聚紡集聚效果的影響，得出在變負(fù)壓的條件下，網(wǎng)眼羅拉表面臨界摩擦因數(shù)與負(fù)壓存在正相關(guān)趨勢。Han C 等［11］利用 ANSYS 分析網(wǎng)格圈集聚紡中不同負(fù)壓對纖維集聚的影響，得出結(jié)論，負(fù)壓和氣流速度增加導(dǎo)致橫向集聚效應(yīng)的增加幅度更大。Ma H C等［12］研究了負(fù)壓和清潔條件對苧麻集聚紡自吸槽集聚效果的影響。為達(dá)到最佳集聚效果，討論了毛羽指數(shù)降到最低值時負(fù)壓的變化范圍。但是，上述研究多以紡紗試驗(yàn)與紗線質(zhì)量的相關(guān)性優(yōu)化為主，對纖維須條在集聚區(qū)負(fù)壓氣流作用下的運(yùn)動形態(tài)未進(jìn)行深入研究。
本文旨在開發(fā)高質(zhì)量亞麻/棉混紡粗特紗，在一定范圍集聚區(qū)負(fù)壓氣流的作用下，對不同線密度與混紡比亞麻/棉混紡紗的纖維須條運(yùn)動軌跡進(jìn)行研究，分析負(fù)壓氣流大小與纖維須條運(yùn)動規(guī)律的相關(guān)性。結(jié)合最終紗線質(zhì)量，優(yōu)選合理的負(fù)壓工藝參數(shù)，以提高紗線質(zhì)量，降低能耗。
1 試驗(yàn)
1． 1 試驗(yàn)材料
原料為混紡比 40 /60、50 /50、60 /40 的亞麻/棉混紡粗紗，定量均為 5． 5 g /10 m。棉纖維與亞麻纖維的質(zhì)量指標(biāo)見表 1。
1． 2 試驗(yàn)方案
方案 1#采用集聚紡紡制的不同線密度( 29． 2、36．4、58． 3 tex) 和負(fù)壓( 2 000、2 500、3 000、3 000 Pa) 、捻系數(shù)為 360 的 50 /50 亞麻/棉混紡紗。方案 2#采用普通環(huán)錠紡與集聚紡兩種紡紗方法，紡制不同混紡比和負(fù)壓的捻系數(shù)為 360 的 58． 3 tex 亞麻/棉混紡紗。細(xì)紗機(jī)型號為 FA507B，一側(cè)為環(huán)錠紡，另一側(cè)為四羅拉網(wǎng)格圈式集聚紡，羅拉中心距為 42×50 mm，羅拉直徑為 25 mm，彈性鉗口隔距為 4． 0 mm，紡 紗 錠 速 為8 000 r/min。
1． 3 性能指標(biāo)測試
將紡制好的紗線放在溫度為( 20． 0±2． 0) ℃、相對濕度為( 65． 0±2． 0) %的恒溫恒濕箱中調(diào)濕 24 h，再對紗線進(jìn)行性能測試。
1． 3． 1 集聚槽負(fù)壓測試
采用 GM511 型差壓計對異型管集聚槽負(fù)壓氣流進(jìn)行測試，測試 10 次，結(jié)果取平均值。
1． 3． 2 集聚區(qū)纖維須條形態(tài)拍攝
采用 Phantom LAB110 型高速相機(jī)拍攝不同負(fù)壓下須條運(yùn)動過程中纖維的集聚情況，設(shè) 置 錠 速 為8 000 r/min，拍攝幀率 5 000 fps，曝光時間 50 μs。
1． 3． 3 紗線強(qiáng)伸性測試
參考 GB /T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定》，在 YG068C 型全自動單紗強(qiáng)力儀上測試紗線的強(qiáng)伸性。測 試 長 度 為500 mm，拉 伸 速 度 為 500 mm /min，每 個 試 樣 測 試30 次，取平均值。
1． 3． 4 紗線條干測試
采用 USTEＲ TESTEＲ－5 型全自動紗線條干均勻度測試儀進(jìn)行測試，測試速度為 400 m /min，測試長度為 400 m，測試 10 次，結(jié)果取平均值。
1． 3． 5 紗線毛羽測試
采用 USTEＲ ZWEIGLE HL400 型毛羽儀測試紗線毛羽。測試速度為 400 m /min，測試時間為 0． 25 min，測試長度為 100 m，測試 10 次，結(jié)果取平均值。
2 結(jié)果與分析
2． 1 負(fù)壓對不同線密度 50 /50 亞麻/棉混紡紗性能的影響
2． 1． 1 負(fù)壓對須條中纖維集聚效果的影響
網(wǎng)格圈型集聚紡技術(shù)的作用原理是在傳統(tǒng)環(huán)錠紡牽伸裝置的前羅拉之前增加一段負(fù)壓集聚區(qū)，通過異型管的集聚槽形成氣流通道，并借助多孔網(wǎng)格圈織物對纖維須條進(jìn)行動態(tài)托持。此時在集聚槽周圍形成特定流場，位于集聚槽兩側(cè)的氣流沿異型管表面向集聚槽匯聚，擠壓運(yùn)行于集聚槽上方的纖維須條，使之聚攏； 而位于集聚槽上方的氣流垂直于集聚槽表面流入異型管，將纖維須條壓向網(wǎng)格圈。對于不同纖維數(shù)量的須條，負(fù)壓大小變化會影響作用于須條的橫向匯聚氣流和垂直氣流的作用效果。本文采用高速攝像技術(shù)對不同線密度亞麻/棉混紡紗集聚區(qū)纖維須條的形態(tài)進(jìn)行拍攝，見圖 1～3。
由圖 1 ～ 3 可見，對于文中 3 種線密度的纖維須條，在一定范圍內(nèi)增大負(fù)壓，纖維須條橫向?qū)挾让黠@變小； 當(dāng)負(fù)壓達(dá)到一定水平后，進(jìn)一步增大負(fù)壓，纖維須條寬度反而有所增大。這說明負(fù)壓大小對纖維須條橫向聚攏的作用效果存在臨界值，當(dāng)負(fù)壓超過臨界值時會改變橫向匯聚氣流與垂直氣流的相互作用效果，進(jìn)而影 響 纖 維 須 條 的 集 聚 效 果?？?以 看 出： 對 于29． 2 tex 和 36． 4 tex 紗線，負(fù)壓為 2 000 Pa 時，須條寬度較寬，纖維集聚效果較差。負(fù)壓增大至 2 500 Pa時，纖維須條明顯變窄； 負(fù)壓進(jìn)一步增大至 3 000 Pa，纖維須條寬度進(jìn)一步縮小，集聚效果有所提升； 當(dāng)集聚負(fù)壓增大至 3 500 Pa 時，纖維須條寬度反而增大，橫向匯聚效果變差。試驗(yàn)結(jié)果得出集聚區(qū)纖維須條形態(tài)與上文的分析結(jié)果一致，即負(fù)壓大小對纖維須條所受橫向匯聚氣流和垂直壓力氣流的綜合作用效果有影響，在一定范圍內(nèi)增大負(fù)壓會提高橫向匯聚氣流的作用效果，當(dāng)負(fù)壓超過臨界值時，垂直壓力氣流對纖維須條的強(qiáng)作用力會阻礙橫向氣流的作用效果。
相對于線密度較小的 29． 2 tex 和 36． 4 tex 紗，線密度更大的 58． 3 tex 纖維須條的纖維根數(shù)更多，負(fù)壓臨界值有所變化。由 圖 3 可 見： 當(dāng) 負(fù) 壓 為 2 500 Pa時，須條寬度最窄，纖維集聚效果最好； 當(dāng)負(fù)壓小于或大于該負(fù)壓值時，纖維須條寬度都較大，集聚效果不夠理想。這說明采用網(wǎng)格圈型集聚紡技術(shù)紡制粗特紗時，合理選用負(fù)壓氣流有利于提高紗線質(zhì)量，控制能耗。
2． 1． 2 負(fù)壓對不同線密度紗線性能的影響
負(fù)壓對不同線密度 50 /50 亞麻/棉混紡紗線強(qiáng)伸性、毛羽和條干的影響見圖 4。
由圖 4 可知，紗線強(qiáng)力隨著負(fù)壓的增加先增大后減小，隨著線密度的變化，其峰值略有差異。對 于29． 2 tex 和 36． 4 tex 混紡紗，臨界負(fù)壓在 3 000 Pa 左右時紗線的強(qiáng)伸性最好，毛 羽 最 少，條 干 最 好，與2 000 Pa 紗線相比，毛羽分別減少 10． 0%、6． 8%，強(qiáng)力分別 提 高 11． 3%、5． 9%，伸長率分別提高 12． 3%、7． 0%，條干不勻率分別降低 3． 7%、4． 9%。對 于58． 3 tex 混紡紗，臨界負(fù)壓接近 2 500 Pa。上述紗線性能隨負(fù)壓的變化規(guī)律與上文中集聚區(qū)纖維須條形態(tài)隨負(fù)壓變化規(guī)律較為一致，說明集聚區(qū)纖維須條寬度與成紗性能緊密相關(guān)。
2． 2 負(fù)壓對不同混紡比紗線性能影響
2． 2． 1 紗線強(qiáng)伸性
紗線強(qiáng)伸性能對后道加工及最終產(chǎn)品有重要影響，改善紗線強(qiáng)伸性具有重要意義。對于不同混紡比的亞麻/棉混紡紗，紗線強(qiáng)伸性能隨負(fù)壓的變化規(guī)律見圖 5。
由圖 5 可以看出，與環(huán)錠紡相比，集聚紡紗線的強(qiáng)伸性有明顯提高，3 種混紡比紗線的強(qiáng)力和伸長率都隨負(fù)壓的增大先增加后減小，在 2 500 Pa 左右達(dá)到臨界值。在負(fù)壓從 1 500 Pa 增大至 2 500 Pa 的過程中，40 /60、50 /50、60 /40 亞麻/棉混紡紗的強(qiáng)力和伸長率逐漸增大，但增大程度隨亞麻含量的增加而減小。負(fù)壓在 2 500 Pa 時，紗線的強(qiáng)力和伸長率最大。與同等條件下的環(huán)錠紡紗相比，隨著亞麻纖維含量提高，紗線強(qiáng)力分別提高了 18． 0%、16． 7%、14． 3%，伸長率分別提高了 23． 2%、17． 4%、14． 4%。當(dāng)達(dá)到 2 500 Pa 后繼續(xù)增大負(fù)壓，紗線的強(qiáng)力和伸長率反而減小，且下降幅度隨亞麻含量的增加而減小。從短纖維紗線的強(qiáng)伸性能機(jī)理可知： 紗線的強(qiáng)力取決于短纖維性能、長度以及紗線結(jié)構(gòu)； 對于不同混紡比的亞麻/棉混紡紗，亞麻纖維的強(qiáng)力和伸長率比棉纖維相??； 在受到外力拉伸時，亞麻纖維先斷裂，導(dǎo)致拉伸過程中兩種纖維斷裂不同時，纖維強(qiáng)力利用率低； 紗線強(qiáng)伸性在一定范圍內(nèi)隨著亞麻纖維含量的增加而降低。
當(dāng)紗線原料確定后，影響紗線性能的主要因素為本身結(jié)構(gòu)，集聚紡?fù)ㄟ^改變纖維束加捻形態(tài)和纖維內(nèi)外轉(zhuǎn)移進(jìn)而改變紗線結(jié)構(gòu)。纖維須條在負(fù)壓較小時，橫向匯聚氣流對須條控制較差。隨著負(fù)壓的升高，橫向匯聚氣流占據(jù)主導(dǎo)地位，其對纖維的作用更強(qiáng)，對紗線聚集能力提高，可以加快纖維向集聚區(qū)中心移動，增加纖維間的接觸，纖維之間的抱合效果更好，排列更緊密有序，纖維伸直度提高，使得紗線強(qiáng)力和伸長率增大。但當(dāng)負(fù)壓超過 2 500 Pa 后，垂直壓力氣流占據(jù)主導(dǎo)地位。垂直壓力氣流對須條作用過大，阻礙橫向匯聚氣流的作用效果，導(dǎo)致纖維須條緊緊吸附在網(wǎng)格圈上，須條頭端自由纖維減少，部分外側(cè)纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移減弱，纖維之間的抱合效果較差，整齊度降低，導(dǎo)致紗線強(qiáng)力和伸長率降低。
2． 2． 2 紗線毛羽
3 mm 及以上毛羽數(shù)量嚴(yán)重影響后道織機(jī)的開口清晰度和織造效率。亞麻纖維混紡紗表面相對粗糙，紗線在織造過程中相互摩擦，容易起毛，使經(jīng)紗相互糾纏而導(dǎo)致斷頭，所以改善紗線毛羽水平對后道工序更為重要。集聚紡負(fù)壓對不同混紡比紗線 3 mm 及以上毛羽的影響見圖 6。
由圖 6 可以看出，與環(huán)錠紡相比，采用集聚紡技術(shù)后紗線毛羽明顯減少，3 種混紡比紗線的毛羽都隨負(fù)壓的增大呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢。負(fù)壓為 2 500 Pa時紗線毛羽最少，改善效果最好。與同等條件下環(huán)錠紡相比，負(fù)壓為 2 500 Pa 時，40 /60、50 /50、60 /40 亞麻/棉混紡紗毛羽分別減少了 84． 1%、77． 1%、69． 5%。這是因?yàn)樨?fù)壓較小時，隨著負(fù)壓的增大，橫向匯聚氣流對須條的集聚作用增大，須條向中心集聚，縮小了紡紗三角區(qū)，減小了須條寬度，須條邊緣纖維更容易被捻入紗體主干，只有少部分纖維頭尾端伸出紗體形成毛羽。從上文 2． 1． 1 對不同負(fù)壓下集聚區(qū)纖維束形態(tài)分析可知，當(dāng)負(fù)壓超過 2 500 Pa 時，垂直壓力氣流對須條的作用過大，須條與網(wǎng)格圈的摩擦阻力過大，在一定程度上阻礙了橫向匯聚氣流的作用效果，使紗線毛羽增加。對比 3 種混紡比紗線的毛羽數(shù)量，由于亞麻纖維本身較短、粗硬、整齊度差，紗線毛羽隨著亞麻含量的增加而增多，且毛羽增加的程度逐漸增大。
2． 2． 3 紗線條干
紗線條干影響織物外觀效果。亞麻/棉纖維混紡紗條干均勻度較差，提升條干水平對改善織物布面效果有重要作用。集聚紡負(fù)壓對不同混紡比紗線條干的影響見表 2?？梢钥闯?，與環(huán)錠紡相比，集聚紡紗線條干、粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)明顯改善和減少，紗線的條干不勻率、粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)都隨負(fù)壓的增大呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。其中，負(fù)壓為 2 500 Pa 時，紗線的條干不勻率最低，粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)最少。與同等條件下環(huán)錠紡相比，40 /60、50 /50、60 /40 亞麻/棉混紡紗的條干不勻率分別降低了 18． 7%、16． 2%、15． 4%，細(xì)節(jié)分別減少了94． 7%、82． 6%、71． 1%，粗節(jié)分別減少了 39． 7%、
35． 8%、34． 5%，棉 結(jié) 分 別 減 少 了 32． 4%、31． 9%、29． 4%。這是由于粗特亞麻/棉混紡紗纖維根數(shù)多，且亞麻纖維短，長度整齊度差，采用普通環(huán)錠紡，前羅拉輸出纖維須條寬度大，加捻三角區(qū)邊緣纖維散失多且不穩(wěn)定，紗線條干較差。集聚紡對加捻前纖維須條橫向集聚，較大程度減小了加捻三角區(qū)，大幅度減少了邊緣纖維散失，同時紗線中的纖維排列整齊，紗線條干不勻率減小。
此外，還可以看出，亞麻含量越高，紗線的條干不勻率越大，粗細(xì)節(jié)和棉結(jié)也越多。這是因?yàn)閬喡槔w維細(xì)度離散度較高，纖維長度、整齊度和抱合力較差，不利于纖維的排列。紗線中亞麻含量越高，纖維須條在牽伸過程中越不易被控制。纖維在紗體中分布不勻，且亞麻纖維較棉纖維粗，其含量越高，產(chǎn)生的粗細(xì)節(jié)也越多，導(dǎo)致成紗條干越差。
3 結(jié) 語
本文探討了集聚紡負(fù)壓對多種線密度不同混紡比亞麻/棉混紡粗特紗性能的影響。集聚紡對亞麻/棉混紡粗特紗減少紗線毛羽、提高紗線強(qiáng)伸性能、改善紗線條干有顯著作用。作用效果隨著集聚負(fù)壓的增大先增大后 減 小，并存在臨界負(fù)壓。對于較低線密度的29． 2 tex 和 36． 4 tex 紗線，臨界負(fù)壓接近 3 000 Pa； 對于較粗的 58． 3 tex 紗線，臨界負(fù)壓約為 2 500 Pa 時，須條集聚效果最好，紗線各項(xiàng)性能最優(yōu)。
在紗線線密度確定的條件下，紗線各項(xiàng)性能隨著亞麻含量的增加而變差。對于 58． 3 tex 亞麻/棉混紡紗，混紡比在一定范圍內(nèi)變化，對集聚負(fù)壓的作用效果影響不明顯。3 種混紡比的最優(yōu)負(fù)壓值均在 2 500 Pa左右，說明對不同線密度和混紡比的亞麻/棉混紡粗特紗，有針對性地優(yōu)選集聚紡負(fù)壓有利于優(yōu)化須條集聚區(qū)集聚效果，改善紗線性能，節(jié)能降耗。
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文章摘自：楊靈靈，郭明瑞，高衛(wèi)東.集聚紡亞麻/棉混紡粗特紗集聚區(qū)須條動態(tài)與負(fù)壓優(yōu)化[J].上海紡織科 技，2022，5 0(11)：11-15.DOI：1 0.16549 /j.cnki.issn.1001-2044.2022.11.081.
