棉/大麻纖維混紡低損耗工藝優(yōu)化

劉笑瑩， 方 斌， 朱守艾， 程隆棣， 張瑞云， 俞建勇

(1. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620； 2. 紹興華通色紡有限公司， 浙江 紹興 312073；3. 東華大學(xué) 研究院， 上海 201620)

棉/大麻纖維混紡低損耗工藝優(yōu)化

劉笑瑩1， 方 斌2， 朱守艾1， 程隆棣1， 張瑞云1， 俞建勇3

(1. 東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 201620； 2. 紹興華通色紡有限公司， 浙江 紹興 312073；3. 東華大學(xué) 研究院， 上海 201620)

為降低基于棉紡系統(tǒng)的棉/大麻混紡紗在紡紗過程中造成的大麻損耗，在對(duì)棉紡前紡系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了預(yù)處理棉與大麻普梳混紡、預(yù)處理棉與預(yù)處理大麻普梳混紡、預(yù)處理棉與大麻精梳混紡3套方案，通過其與原棉紡系統(tǒng)紡制的棉/大麻混紡紗的損耗與品質(zhì)對(duì)比，確定了減少損耗，提高制成率的優(yōu)化工藝方案：預(yù)處理棉與大麻精梳混紡方案，即原棉經(jīng)過預(yù)處理后與大麻纖維混合，經(jīng)過進(jìn)行機(jī)器改造后的開清棉、梳棉、精梳設(shè)備，最終紡制成細(xì)紗。該工藝在原有工藝的基礎(chǔ)上損耗降低16.7%，紗線條干略有下降但在可以接受的范圍之內(nèi)，紗線強(qiáng)度沒有明顯差別，制成率由原來的65%提高到了81.7%，降低了大麻產(chǎn)品的成本。

大麻纖維； 低損耗工藝優(yōu)化； 制成率； 條干變異系數(shù)； 拉伸斷裂強(qiáng)力

大麻纖維整齊度差，剛性大，幾乎無卷曲，為了彌補(bǔ)大麻單獨(dú)紡紗過程中可紡性差的缺點(diǎn)，現(xiàn)階段大多數(shù)企業(yè)都采用大麻纖維與棉混紡的工藝，開發(fā)含有大麻纖維的紗線產(chǎn)品[1-2]。大麻單纖維長8～40 mm，大都在20 mm以下，其單纖維的平均長度僅相當(dāng)于不可紡的棉短絨[3-4]。采用棉紡設(shè)備紡制棉/大麻混紡紗，必然會(huì)造成大麻纖維落纖較多，增加紡紗成本。而目前國產(chǎn)FA系列紡紗機(jī)是以棉及棉型化纖設(shè)計(jì)，為了滿足大麻纖維的紡紗要求，需在該系列設(shè)備上進(jìn)行改造[5]。

本文在國產(chǎn)FA系列紡紗機(jī)上進(jìn)行低損耗設(shè)備改造，同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化工藝方案選擇。通過SPSS軟件對(duì)低損耗改造后不同紡紗工藝紡制的棉/大麻混紡紗品質(zhì)差異顯著性進(jìn)行比較，確定了減少損耗，提高制成率的優(yōu)化工藝方案。

1 低損耗工藝技術(shù)改造

落纖產(chǎn)生的主要部位集中在開清工序、梳棉工序、精梳工序，本文研究的技術(shù)改造主要集中在以下3個(gè)部分。

開清棉部分，將輥筒梳針開棉機(jī)、單打手成卷機(jī)的所有打手漏底封閉，同時(shí)關(guān)閉混開棉機(jī)豪豬打手的進(jìn)氣通道；將單打手成卷機(jī)打手的打擊速度降至700 r/min。

梳棉部分，降低分梳件速度，降低刺輥速度至800 r/min，降低蓋板速度至80 mm/min；采用間斷式蓋板組合。

精梳部分，降低落棉隔距至8 mm，采用專用弓形板進(jìn)行搭接長度設(shè)定，以降低每次輸出長度；降低精梳機(jī)頂梳齒密，錫林針布針齒密度，以降低錫林和頂梳在梳理過程中對(duì)大麻纖維的損傷。

2 實(shí)驗(yàn)部分

在設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)預(yù)處理棉與大麻普梳混紡、預(yù)處理棉與預(yù)處理大麻普梳混紡、預(yù)處理棉與大麻精梳混紡3組實(shí)驗(yàn)方案，其原因?yàn)榈蛽p耗工藝改進(jìn)在降低大麻損耗的同時(shí)，紡紗設(shè)備對(duì)雜質(zhì)較多的棉纖維的除雜效果也會(huì)有所降低，使紗線的品質(zhì)發(fā)生變化。通過設(shè)計(jì)3組實(shí)驗(yàn)方案，將其與原棉紡系統(tǒng)紡制的棉/大麻混紡紗的損耗與品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，從而確定在設(shè)備改造基礎(chǔ)上減少損耗，提高制成率的優(yōu)化工藝方案。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

棉/大麻(70/30)，紡制21.8 tex細(xì)紗產(chǎn)品，分別采用4種不同的工藝進(jìn)行4組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，每個(gè)工藝紡制20個(gè)細(xì)紗。實(shí)驗(yàn)溫度控制在25 ℃左右，相對(duì)濕度控制在75%左右。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

方案A按原棉紡工藝進(jìn)行紡紗。原大麻纖維與原棉纖維混合→開清棉(A035E—FA106A—A076)→梳棉(A186G)→精梳(A201E)→并條→粗紗→細(xì)紗。該工藝紡出的紗線大麻損耗大，但紗線物理性能較好，作為對(duì)比組探究其他方案的改進(jìn)效果。

方案B采用預(yù)處理棉與大麻普梳混紡工藝。由于前紡設(shè)備改造后，對(duì)棉纖維除雜效果降低，而棉纖維含雜較多，因此對(duì)棉纖維進(jìn)行預(yù)處理。此外，由于精梳工序重點(diǎn)在于梳理，梳理工序和條子的質(zhì)量是紡織工序的關(guān)鍵，通過精梳可合理掌握落麻率及紡紗成本的高低[6-7]。為了與方案D對(duì)比精梳工藝對(duì)于降低損耗的影響，此方案不過精梳。具體工藝為：預(yù)處理棉與大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→并條→粗紗→細(xì)紗。

方案C采用預(yù)處理棉與預(yù)處理大麻普梳混紡工藝。此工藝對(duì)棉纖維和大麻纖維都進(jìn)行預(yù)處理。同方案B，此工藝不過精梳部分。具體工藝為：預(yù)處理棉與預(yù)處理大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→并條→粗紗→細(xì)紗。

方案D采用預(yù)處理棉與大麻精梳混紡工藝。本方案中，棉纖維進(jìn)行預(yù)處理，大麻纖維不進(jìn)行預(yù)處理，與方案B不同之處在于本道工藝采用了改進(jìn)后的精梳工藝。具體工藝為：預(yù)處理棉與大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→精梳(A201E改)→并條→粗紗→細(xì)紗。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 大麻損耗分析

通過對(duì)前紡設(shè)備的改造，開清棉部分、梳棉部分以及精梳部分大麻的損耗明顯降低，其損耗結(jié)果如表1所示。在前紡設(shè)備損耗降低的基礎(chǔ)上，采用不同工藝配置對(duì)應(yīng)的大麻的損耗也有所差異，損耗結(jié)果如表2所示。

表1 前紡各設(shè)備改造前后大麻纖維的損耗Tab.1 Hemp loss before and after equipment modification

由表2看出，在設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，采用方案B、方案C、方案D優(yōu)化的紡紗工藝都可達(dá)到降低大麻損耗，提高制成率，降低生產(chǎn)成本的目的，其中方案B的效果最好。

表2 采用不同實(shí)驗(yàn)方案時(shí)大麻損耗結(jié)果Tab.2 Hemp losses of different spinning processes

3.2 細(xì)紗品質(zhì)分析

對(duì)于棉/大麻混紡紗產(chǎn)品，在保證降低大麻損耗的同時(shí)，還要保證細(xì)紗產(chǎn)品的品質(zhì)。通常，細(xì)紗的品質(zhì)通過細(xì)紗條干、拉伸斷裂強(qiáng)力等進(jìn)行表征，通過對(duì)比4種方案的細(xì)紗品質(zhì)，確定在保證細(xì)紗品質(zhì)的基礎(chǔ)上降低損耗的優(yōu)化工藝方案。

本次實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用SPSS(統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)解決方案)軟件檢驗(yàn)紗線品質(zhì)差異的顯著性，進(jìn)一步科學(xué)地闡述每種實(shí)驗(yàn)方案結(jié)果差異顯著與否。對(duì)細(xì)紗條干變異系數(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試及統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同方案細(xì)紗條干變異系數(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)量Tab.3 Evenness variation of each experiment

注：Sig.L為方差方程的 Levene 檢驗(yàn)假設(shè)方差相等時(shí)的顯著性；Sig.t1為均值方程的T檢驗(yàn)假設(shè)方差相等時(shí)的顯著性；Sig.t2為均值方程的T檢驗(yàn)假設(shè)方差不相等時(shí)的顯著性。

由表3可知，條干變異系數(shù)CV值方案A<方案D<方案C<方案B，其中方案D與方案A最為接近，通過SPSS軟件采用“獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)”分別對(duì)各方案差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。以方案A、方案B為例，首先對(duì)2組數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)。假設(shè)H1：2組數(shù)據(jù)方差一致；假設(shè)H2：無充分理由證明2組數(shù)據(jù)差異顯著。由表3看出，方案A和方案B的條干變異系數(shù)CV平均值分別為18.12和22.01，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)差可知，方案A數(shù)據(jù)波動(dòng)也小于方案B。由方差齊次性檢驗(yàn)的顯著系數(shù)Sig.L=0.012<0.05可知，方案A和方案B的方差不一致，故方案A和方案B的顯著性檢驗(yàn)須采用方差不相等時(shí)的顯著性系數(shù)Sig.t2。Sig.t2=0.00<0.05，即方案A與方案B條干變異系數(shù)指標(biāo)具有顯著性差異，且方案A顯著性小于方案B，故方案B的工藝優(yōu)化后，紗線的條干品質(zhì)有所下降。

同理，方案A與方案C之間存在顯著性差異，且方案A顯著性小于方案C；方案A與方案D之間存在顯著性差異，且方案A顯著性小于方案D。綜上所述，工藝改進(jìn)對(duì)紗線變異系數(shù)CV值有顯著影響，改進(jìn)后細(xì)紗的變異系數(shù)均有不同程度的增加，即細(xì)紗條干品質(zhì)均有下降，其中方案D的品質(zhì)下降幅度最小，在降低大麻損耗的基礎(chǔ)上，最接近原有紗線的細(xì)紗品質(zhì)。

對(duì)細(xì)紗細(xì)節(jié)、粗節(jié)、棉結(jié)指標(biāo)的測試及統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4～6所示。

表4 不同方案細(xì)紗細(xì)節(jié)統(tǒng)計(jì)量Tab.4 Thin places of each experiment

表5 不同方案細(xì)紗粗節(jié)統(tǒng)計(jì)量Tab.5 Thick places of each experiment

表6 不同方案細(xì)紗棉結(jié)統(tǒng)計(jì)量Tab.6 Neps of each experiment

由表4、5看出，就細(xì)節(jié)、粗節(jié)而言，均有方案A<方案D<方案C<方案B，通過SPSS采用“獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)”對(duì)差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。可知，方案B、方案C、方案D與方案A細(xì)節(jié)數(shù)、粗節(jié)數(shù)存在顯著差異，即工藝改進(jìn)對(duì)細(xì)節(jié)、粗節(jié)指標(biāo)有顯著影響。且方案D單位長度內(nèi)細(xì)節(jié)數(shù)相比于方案A最少，低損耗優(yōu)化后，最接近原紗線的細(xì)紗品質(zhì)。

由表6可知，就棉結(jié)而言，方案D<方案A<方案C<方案B，通過SPSS采用“獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)”對(duì)差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。可知，方案B、方案C、方案D與方案A棉結(jié)數(shù)存在顯著差異，即工藝改進(jìn)對(duì)棉結(jié)指標(biāo)有顯著影響。就棉結(jié)這個(gè)指標(biāo)，方案C、方案B均有下降，但方案D有所提高，效果最好。

對(duì)細(xì)紗強(qiáng)度指標(biāo)的測試及統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7所示。由表可知，對(duì)于紗線強(qiáng)度而言，方案B<方案A<方案C<方案D，通過SPSS采用“獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)”對(duì)差異顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，方案B、方案C、方案D于方案A之間不存在顯著差異，即工藝改進(jìn)后，細(xì)紗的強(qiáng)度均無顯著變化，低損耗工藝改進(jìn)對(duì)紗線強(qiáng)度無顯著影響。原因可能是紗線的強(qiáng)度很大程度上取決于纖維本身的性能，纖維的性能又包括纖維的長度、細(xì)度、強(qiáng)度等[9]。大麻纖維相較于棉纖維具有較大的長度、細(xì)度不勻，但同時(shí)大麻纖維也具有較大的強(qiáng)度，在拉伸斷裂過程中，大麻纖維的強(qiáng)度彌補(bǔ)了長度、細(xì)度不勻帶來的負(fù)面影響，使得棉/大麻混紡紗的強(qiáng)度無顯著變化。

表7 不同方案細(xì)紗強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)量Tab.7 Strength of each experiment

3.3 優(yōu)化工藝方案確定

就大麻損耗而言，方案B、方案C、方案D的工藝改進(jìn)對(duì)于降低大麻損耗有較為顯著的作用，且方案B<方案C<方案D<方案A，即方案B的降低損耗效果最明顯。

方案B降低大麻損耗效果最明顯，但方案B的品質(zhì)較差，條干不勻、粗細(xì)節(jié)、棉結(jié)都有所增加，這是因?yàn)閷?duì)前紡設(shè)備的低損耗改造使其對(duì)棉結(jié)麻粒的除雜梳理效果降低，因此對(duì)含雜較多的棉纖維進(jìn)行預(yù)處理必不可少。

方案C的品質(zhì)與方案B相近，在本文實(shí)驗(yàn)中是否預(yù)處理大麻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小。

方案D的品質(zhì)雖較方案A有所降低，但是優(yōu)于方案B、方案C，原因在于精梳會(huì)提高紗線品質(zhì)。在紡紗過程中，由細(xì)紗工序中的機(jī)械不勻和牽伸不勻等因素產(chǎn)生的對(duì)細(xì)紗條干的品質(zhì)影響較為明顯[10]。通過對(duì)細(xì)紗工序的調(diào)整，如改變紡紗工藝、牽伸形式等，可提高混紡紗的品質(zhì)。

綜上所述，在低損耗設(shè)備改造的基礎(chǔ)上，由本文設(shè)計(jì)的4組方案所紡制的混紡紗在細(xì)紗強(qiáng)度方面并無顯著差異，故就細(xì)紗強(qiáng)度指標(biāo)而言，4組方案都較為成功。就細(xì)紗條干指標(biāo)而言，方案B、方案C與方案A相比，條干品質(zhì)都有所降低，其中，方案D條干品質(zhì)降低的幅度較小，在可接受的范圍之內(nèi)。由表2可知，方案D的大麻損耗為18.3%，比方案A不進(jìn)行低損耗工藝優(yōu)化的大麻損耗降低了16.7%，其混紡紗線制成率由原來的65%提高到81.7%。故本文實(shí)驗(yàn)中，方案D為在低損耗設(shè)備改造基礎(chǔ)上保證混紡紗品質(zhì)的優(yōu)化工藝方案。

4 結(jié) 語

通過設(shè)備改造和工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了棉/大麻混紡工藝過程中，降低大麻損耗的目標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)獲得優(yōu)化工藝方案：預(yù)處理棉與大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→精梳(A201E改)→并條→粗紗→細(xì)紗。與原工藝方案相比，本文優(yōu)化工藝方案使大麻損耗降低16.7%；紗線條干品質(zhì)雖略有降低但在可以接受的范圍之內(nèi)；紗線強(qiáng)度無明顯差異，制成率由原來的65%提高到了81.7%。本文優(yōu)化方案在保證混紡紗品質(zhì)的同時(shí)，也降低了大麻部分的成本，并可順利應(yīng)用于生產(chǎn)過程中。

以本文研究結(jié)論為基礎(chǔ)，通過對(duì)粗紗捻系數(shù)、細(xì)紗紡紗方式等工藝條件的調(diào)整，可進(jìn)一步提高棉/大麻混紡紗的紗線品質(zhì)，開發(fā)低損耗高品質(zhì)混紡高支紗產(chǎn)品。FZXB

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Low-loss optimization of cotton/hemp blending process

LIU Xiaoying1, FANG Bin2, ZHU Shouai1, CHENG Longdi1, ZHANG Ruiyun1, YU Jianyong3

(1.KeyLaboratoryofTextileScience&Technology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China； 2.ShaoxingHuatongTextileCo.,Ltd.,Shaoxing,Zhejiang312073,China； 3.ResearchInstitute,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In order to reduce the loss of hemp fiber of cotton/ hemp blended yarns on cotton spinning systems, 3 experiments are designed: a pretreated cotton and hemp carding blend system, a pretreated cotton and pretreated hemp carding blend system and a pretreated cotton and hemp combing blend system, based on the equipment modification of cotton spinning systems. By comparing the loss and quality of the cotton/hemp blended yarns of 3 designed systems with original spinning systems, the optimal low-loss process derives from the pretreated cotton and hemp combing blend system, i.e., yarns are spun by pretreating the raw cotton and mixing with hemp on modified opening, cleaning, carding and combing devices. The losses reduce by 16.7%, yarn evenness declines slightly but within an acceptable range and the tensile fracture properties of yarns have no significant difference. The pull rate increases from 65% to 81.7%, reducing the cost of hemp products.

hemp fiber; low-loss optimization; pull rate; variation coefficient; tensile strength

10.13475/j.fzxb.20160106105

2016-01-29

2016-09-26

劉笑瑩(1992—)，女，碩士生。研究方向?yàn)榧徔棶a(chǎn)品開發(fā)。張瑞云，通信作者，E-mail：ryzhang@dhu.edu.cn。

TS 124.5

A