抗紫外短纖紗可紡性及紗線性能淺析

賈君君，李世君，路 廣，史利梅,2，雷青松

(1. 中國石化儀征化纖有限責任公司研究院，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

應用技術

抗紫外短纖紗可紡性及紗線性能淺析

賈君君1，李世君1，路 廣1，史利梅1,2，雷青松1

(1. 中國石化儀征化纖有限責任公司研究院，江蘇儀征 211900；2. 江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900)

采用合適的紡紗工藝，對抗紫外短纖產品進行了紡紗試驗研究。結果表明：抗紫外短纖具有優良的可紡性；抗紫外紗線越粗，紗線的強度和毛羽值越高，斷裂伸長和摩擦系數無明顯變化；紗線纖維表面的粗糙程度會提高紗線的斷裂強度及摩擦系數，在此類產品紡紗時應選用抗靜電和耐磨專件。

紡紗 抗紫外纖維 性能 纖維表面

紫外線是指波長100～400 nm的電磁波，人類接受適量的紫外線照射對身體是有益的，但過量的紫外線照射會使人皮膚過早老化，嚴重的會誘發皮膚癌甚至DNA損壞。近年來，由于地球大氣臭氧層遭到破壞，地球表面的紫外線輻射量大大增多，因此抗紫外紡織品的需求日益增加，這給紡織品的生產和開發帶來了機遇和挑戰[1-5]。本文主要基于儀化公司20K 1.33 dtex×38 mm抗紫外短纖產品(批次為Y2008Z1208)，采用紡紗設備對其進行了紡紗試驗，通過清梳聯、并條、粗紗和細紗工序紡制抗紫外紗線，并對抗紫外短纖可紡性能及紗線性能進行了探究。

1 試 驗

1.1 試驗材料

儀化公司20K抗紫外短纖產品，其纖維物理指標如表1所示。

表1 20K抗紫外短纖纖維物理指標

續表-1

1.2 試驗設備

梳棉機，TC5-1型，特呂茨施勒；

并條機，TD8型，特呂茨施勒；

粗紗機，DSro-01型數字式小樣粗紗機，天津嘉誠；

細紗機，DSSP型數字型小樣細紗機，天津嘉誠。

1.3 試驗過程

本試驗過程包括20K抗紫外短纖的紡紗、紗線性能測試分析兩部分。

1.3.1 抗紫外短纖紡紗

(1) 紡紗工藝流程：

抗紫外短纖→清梳聯工序→并條工序→粗紗工序→細紗工序

(2) 主要紡紗工藝

清梳聯工序中，控制試驗溫度在22～24 ℃，濕度為60%RH～68%RH；梳棉牽伸倍數設置為73，打手效率75%，輸出棉條定量為4.5 ktex，棉箱壓力為209～235 Pa，棉層厚度ICFD為0.91～0.97 mm[6-7]。

并條工序控制試驗溫度在22～24 ℃，濕度為58%RH～65%RH，共采用兩道并條，并合根數均為8根，出條速度400 m/min。其中一道并條牽伸倍數設置為8.25，后區牽伸倍數為1.8，棉條定量為4.4 ktex；一道并條棉條定量平均值為4.397 ktex，CV值為0.47%，牽伸效率為98.76%。二道并條牽伸倍數設置為8.28，后區牽伸倍數為1.23，棉條定量為4.3 ktex；二道并條過程中棉條定量平均值為4.317 ktex，CV值為0.45%，波動相對較小，牽伸效率為98.17%。

粗紗工序過程中，試驗溫度為26～28 ℃，濕度為60%RH～62%RH，粗條定量為480 tex，錠翼轉速控制在500 r/min，落紗速度為350 r/min，牽伸倍數為9.31，其中前區1.10，后區為1.30，捻系數為75，羅拉隔距塊為7 mm時，粗紗牽伸順利，成形良好。

細紗工序試驗控制溫度為28～30 ℃，濕度為55%RH～63%RH。細紗工序共紡出五種細度的細紗即：14.8 tex、16.9 tex、19.7 tex、21.1 tex、23.6 tex，捻系數控制在340～360，紡紗速度均控制在11 000 r/min左右。

1.3.2 紗線性能測試分析儀器與方法

在標準溫濕度下，將紗線放置24 h進行預調濕[8]。

紗線線密度測試：采用YG086型縷紗測長機，測試紗線線密度，多次測量求平均值。

紗線強度測試：采用YG063T型全自動單紗強力儀測試紗線單紗強伸度,設置張力系數為0.5 cN/tex，拉伸速度為500 mm/min。

紗線條干與毛羽測試：采用ME100型USTER條干儀及毛羽模塊測試紗線和棉條條干均勻度及紗線毛羽指標，選擇使用合適的烏斯特公報作為參照，測試速度設為50 m/min，測試時間5 min。

紗線摩擦系數測試：采用USTER ZWEIGLE摩擦儀5測試紗線摩擦系數，測試速度為200 m/min，測試時間30 s。

紗線表面電鏡分析：使用STEREOSCAN 440型掃描電子顯微鏡(SEM)對紗線纖維的表面結構進行分析，截取一小段紗線進行解捻，分離出單根紗線，將纖維伸直放置于載玻片上，在載玻片上下兩端放置一定的導電膠，同時對纖維進行固定，對載玻片上的纖維進行噴金，試樣制成，將樣品放于載物臺上進行掃描、拍攝圖片。

2 結果與討論

2.1 抗紫外短纖紡紗性能研究

清梳聯工序中，棉網清晰均勻，棉網動電壓(25～30 V)較小，牽伸倍數波動為±10%，生條條干均勻，成形良好；并條工序中，生頭較容易，棉條蓬松，牽伸力偏大，牽伸效率較常規滌綸低；粗紗工序中，生頭比較困難，紡紗過程中出現斷頭、纏輥、粗節、飄頭和牽不開現象，牽伸倍數由9.2調至9.31，調整后區牽伸倍數由1.28至1.40最終至1.30，調整錠翼速度由600 r/min至500 r/min，捻系數由65調至75，羅拉隔距塊由6 mm調至7 mm，調整溫度由23 ℃至26 ℃最終至28 ℃，調整后生頭容易，牽伸順利，成形良好；細紗工序過程中有白粉脫落物，飛花毛羽較多，但紡紗過程順利，無纏輥、斷頭現象。

表2、表3為抗紫外短纖和常規滌綸短纖紡紗過程中棉條、紗成形的主要質量指標，其中常規滌綸短纖采用與抗紫外短纖相近的紡紗工藝在相同的環境下進行紡紗。

表2 抗紫外短纖紡紗過程中成形質量指標

由表2可以看出，抗紫外短纖清梳聯、并條工序棉條和粗紗條干不勻均小于3%，條干不勻CV值均小于4%，這與常規滌綸紡紗過程中的成形質量保持在相近水平；抗紫外短纖并條工序二并過程中棉條的條干不勻與CV值分別為1.54%與1.95%，成形質量明顯高于常規滌綸短纖。

表3 抗紫外細紗成紗質量指標

從表3可知，抗紫外細紗的條干不勻率低于常規滌綸紗線，千米粗節數、細節數、棉結數明顯少于常規滌綸紗線，其中常規滌綸的-40%千米細節數是抗紫外紗線的2.12倍,因而抗紫外紗線的成紗質量優于常規滌綸紗線。

2.2 紗線性能分析

表4為抗紫外紗線和普通滌綸紗線的主要性能指標值，其中常規紗線由常規滌綸短纖產品采用與抗紫外短纖相近的紡紗工藝紡制而成，紗線指標也在相同測試環境中測得。

表4 紗線性能指標值

從表4中可以看出抗紫外紗線的強度較常規滌綸紗線高，五種細度的紗線斷裂強度均在3.5以上，較常規滌綸高4%以上；成紗強度利用系數在0.61～0.66，比常規滌綸高20%左右；抗紫外紗線的斷裂伸長率在13.4%～13.9%,與常規滌綸紗線相比差別不大；紗線與金屬間的摩擦系數在0.36～0.37，比常規滌綸紗線高12%左右；紗線的毛羽值也明顯高于常規滌綸紗線。

圖1、圖2、圖3分別根據不同紗線細度的斷裂強度與CV值、不同細度紗線的斷裂伸長與CV值、不同細度紗線的毛羽與CV值繪制而成的折線圖。由圖1可以看出，抗紫外紗線越粗，紗線的強度越高，強力不勻率越低。紗線作為纖維的集合體，其拉伸斷裂過程中也取決于纖維的斷裂過程，所以纖維的長度、細度、強度、根數等都會影響紗線的拉伸斷裂強度。紗線越粗表明分布在紗線截面上的纖維根數越多，纖維之間的抱合力也就越大，在紗線拉伸斷裂過程中纖維之間越不容易滑脫，同時纖維在紗內外層轉移的機會增加，各根纖維的受力比較均勻，共同承受拉力的纖維根數也越多，紗線越不容易被拉斷，因而成紗強度越高。

圖1 不同細度紗線的斷裂強度與CV值

圖2 不同細度紗線的斷裂伸長與CV值

從圖2可以發現，抗紫外紗線變粗，其斷裂伸長程度變化不大，伸長不勻率越小；紗線的斷裂伸長程度一般取決于纖維的斷裂伸長和紗線的結構。對單紗而言，加捻使紗線的結構緊密、紗線中纖維滑移的可能性減小、纖維伸長變形增加，當捻系數增加時，紗線中纖維的傾斜變形程度增加，紗線被拉伸時有被拉直、變細的趨勢，從而紗線的斷裂伸長率增加。抗紫外紗線的紗線捻系數都控制在相近水平，所以其斷裂伸長率無明顯變化。

由圖3不難得出，隨著紗線粗細程度的增加，紗線毛羽值和毛羽不勻率都有所增加。紗線的毛羽多是在細紗工序牽伸和加捻過程中產生的，紗線毛羽值是指單位長度紗線表面超過一定長度的毛羽數量，紗線越粗，單位長度紗線的表面積也就越大，毛羽越多，因此紗線毛羽值也越大[9]。

2.3 紗線摩擦性能及纖維表面結構分析

圖4是根據不同細度紗線的摩擦系數與CV值繪制而成的折線圖，不同細度紗線的摩擦系數基本相近且都在0.35以上，摩擦系數不勻率有所波動；纖維間的摩擦是纖維形成并維持纖維集合體穩定結構的關鍵因素，紗線中纖維間的摩擦使纖維空間位置和紗線結構保持相對穩定，如果沒有纖維間的摩擦，整個紡織品體系將無法形成。紗線摩擦系數主要取決于纖維表面形態和紗線的加捻程度，抗紫外紗線所用纖維屬于同一品種且紗線加捻程度相近，從而其摩擦系數保持在相近水平。

圖4 不同細度紗線的摩擦系數與CV值

對纖維表面結構做了掃描電鏡(SEM)分析，如圖5所示，a、b分別為放大1 000倍下的纖維表面電鏡圖。

從圖5電鏡圖可以發現，與常規滌綸纖維相比，抗紫外纖維表面不是很光滑，具有細小的條紋。由于纖維的表面比較粗糙，纖維之間摩擦力比較大，從而纖維之間的抱合力較大，紗線在拉伸斷裂時不易發生形變和斷裂，即紗線的斷裂強度較大；紗線的表面由處于外層纖維組成，纖維表面較粗糙，從而紗線與金屬間的摩擦系數較大,明顯高于常規滌綸紗線。纖維表面粗糙，在紡紗過程中纖維與機件間的摩擦力也較大。

(a) 抗紫外纖維

(b) 常規滌綸纖維

并條工序中牽伸力大是由于纖維與并條機機件間的摩擦力較大，從而牽伸效率較常規滌綸低：抗紫外短纖并條工序中一并牽伸效率為98.76%，二并牽伸效率為98.17%，而常規滌綸短纖的牽伸效率均在99%以上。粗紗工序過程中出現斷頭纏輥的原因是由于纖維與皮輥間的摩擦力過大，牽伸過程中需要較大牽引力，所以粗紗工序中增大牽伸倍數，降低錠翼轉速，增加紗線的加捻系數后紡紗正常，粗紗過程中也產生了一定量的靜電。細紗工序過程中，抗紫外短纖產生的白粉狀脫落物較常規滌綸多，也是由于纖維表面粗糙，紗線與導紗鉤、鋼絲圈間的摩擦力較大，在高速紡紗時紗線表面的細小顆粒脫落形成的。在生產此類產品時應選擇使用具有抗靜電功能和耐磨性好的紡紗專件，提高運行效率。

3 結 論

a) 對抗紫外短纖試紡，表明其具有良好的可紡性，與常規滌綸短纖相比處于相近水平。

b) 對抗紫外紗線進行了性能測試分析，抗紫外紗線斷裂強度、摩擦系數和毛羽值均顯著高于常規滌綸紗線，斷裂伸長程度與常規滌綸紗線差別不大。

c) 對紗線的表面形態進行了掃描電鏡分析，紗線纖維表面粗糙將提高紗線的斷裂強度和摩擦系數。

d) 在生產此類產品紡紗過程中，纖維和紗線與紡紗機件間的摩擦較大，易產生靜電，應選擇使用具有抗靜電功能和耐磨性好的紡紗專件。

[1] 郭開華,馬小強.防紫外線輻射紡織品技術研究現狀[J].染整技術,2011,33(10):8-10.

[2] 張秀紅,姜連仁.抗紫外紡織品概述[J].中國科技信息,2006,5:70.

[3] Zhang W W, Zhang D S, Chen Y Y, et al. Hyperbranched polymer functional TiO2 nanoparticles: Synthesis and its application for the anti-UV finishing of silk fabric[J]. Fibers and Polymers,2015,16(3):503-509.

[4] 孫衛國.抗紫外纖維及紡織品[J].棉紡織技術,2001,19(5):285-287.

[5] Memo H, Yasin S, Khoso N, et al. Study of wrinkle resistant, breathable, anti-UV nanocoated woven polyester fabric[J].Surface Review & Letters,2016,23(3):8.

[6] 郁崇文.紡紗學[M].北京:中國紡織出版社,2009:112-114.

[7] 徐豐軍,趙云波,倪敬達.現代清梳聯的工藝優勢及應用[J].紡織器材,2016,43(6):28-32.

[8] 姚穆.紡織材料學[M].北京:中國紡織出版社,2009:26.

[9] 陳美玉,孫潤軍.紗線毛羽測試分析[J].毛紡科技,2004,4:57-59.

Studyonthespinnabilityandperformanceofanti-UVstaplefiberyarn

Jia Junjun1，Li Shijun1，Lu Guang1，Shi Limei1,2，Lei Qingsong1

(1.ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreCo.，Ltd.，YizhengJiangsu211900,China； 2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber，YizhengJiangsu211900,China)

Suitable spinning process was used by anti-UV staple fiber products to spinning in this experiment. The results show that anti-UV staple fiber have excellent spinnability; The thicker the anti-ultraviolet yarn, the higher the strength and hairiness of the yarn, but the degree of elongation at break and the friction coefficient of the yarn have no obvious changes; The roughness of the yarn fiber surface may improve the strength of the yarn and the friction coefficient of the yarn, anti-static and wearable special components would be a good choice in such products spinning.

spinning; anti-UV fiber; performance; fiber surface

TQ342

B

1006-334X(2017)04-0038-05

2017-08-09

賈君君(1989-)，女，河南周口人，碩士研究生，助理工程師，主要從事化纖應用研究。