噴氣渦流混色紗成紗結構與纖維混合特征

胡田田,楊瑞華,鄧茜茜,徐亞亞

(江南大學 生態紡織教育部重點實驗室,江蘇 無錫214122)

采用高速氣流進行成紗的噴氣渦流紡,是一項新型的紡紗技術,具有紡紗流程短、高速、高產、高效的特點,且裝備的智能化、自動化程度較高,勞動生產率高,勞動強度低,綜合用工少,經濟效益高,極具發展前景[1－2]。噴氣渦流紡成紗過程中,經過高速超大牽伸后的纖維須條由前羅拉輸出噴嘴中,纖維尾端脫離前羅拉握持點后,在高速旋轉渦流作用下,纖維頭端在引導針棒的引導下與空心錠中的引紗尾搭接,纖維另一端則被旋轉氣流吹散,順氣流旋轉倒下,形成一個傘形的狀態,在空心錠頂端旋轉,給須條加捻,紗線由空心錠頂端內孔引出。纖維從前羅拉不斷喂入添加在傘形紗尾上,并隨氣流不斷地吹散旋轉而連續加捻成紗,最后成形的紗線從空心錠內部的導紗通道引出,經電子清紗裝置清除紗疵后,卷繞形成筒子紗。噴氣渦流紡紗技術雖具有多方面的優勢,但也有許多弊端與薄弱環節,尤其是在原料適應性及生產品種的廣泛性等方面范圍較窄,影響了其產品開發與應用領域的拓寬[3－4],而混紡紗可以綜合多種纖維的性能優點,揚長避短,是新型功能性紗線開發的重要方向[5]。

通過理論與實踐分析,試紡了2種纖維混紡的噴氣渦流紡細紗,分析成紗結構,測試成紗性能,豐富了噴氣渦流紡產品品種,提高了其市場應用價值。

1 原料與測試

1.1 原料

分別紡制36.9 tex(90/10)和36.9 tex(96/4)的噴氣渦流混紡麻灰紗,3種顏色的滌綸短纖購自杭州奔馬公司,纖維指標見表1、表2。

表1 T 36.9 tex(90/10)渦流紡紗原料指標

表2 T 36.9 tex(96/4)淺灰色渦流紡紗原料指標

1.2 紗線性能測試方法

毛羽 YG172紗線毛羽測試儀,測試速度為30 m/min,每種紗各測試10段,每段長度均為10 m。

紗線強伸性能 YG068C全自動單紗強力儀,間隔取樣長度為500 mm,預張力系數0.5 c N/tex,每管拉伸30次,拉伸速度500 m/min,取樣間隔2 m。

條干均勻度 USTER TESTER5條干測試儀,測試速度400 m/min,測試時間1 min。

采用Y172型纖維切片器(哈氏切片器)制作紗線橫截面切片,在顯微鏡下進行觀察拍攝;采用漢密爾頓轉移指數計算方法分析多組分纖維在紗線橫截面的分布特征。每種紗做5個清晰的切片樣本,計算并取其漢密爾頓轉移指數的平均值。

測試的外界條件為溫度20℃,濕度為65%RH(標準大氣壓條件)。

1.3 漢密爾頓指數計算方法

采用漢密爾頓指數分析麻灰混紡紗內纖維轉移特征。漢密爾頓指數是指以纖維在紗線中的分布矩為基礎,求出某種纖維在紗線中的分布情況以及纖維向內或向外的轉移情況來判定纖維均勻混合度[6－8]。漢密爾頓指數的范圍一般在－100%～100%之間,當M值大于零時則表示纖維有向外轉移的趨勢,當M值小于零時則表示纖維有向內轉移的趨勢,M絕對值的大小能夠表現出紗線內部纖維轉移的情況(絕對值越大表示纖維轉移越明顯,絕對值越小則表示混合效果越均勻)。

計算某一混紡紗線中某一成分的漢密爾頓指數的過程為：

(1)首先制作紗截面等分同心圓。根據顯微鏡下紗線橫截面切片圖像,在繪圖軟件中確定紗線外輪廓的圓形或橢圓形邊界,再確定中央紗心,五等分輪廓邊界的半徑,作外輪廓同心圓或同心橢圓,截面被分割成5個纖維層,從紗心到外邊界依次計為第1層,第2層,……第5層。

(2)然后點數每層每種纖維根數計算各種纖維的實際占有橫截面積。在點數纖維根數時若發現纖維被纖維層界線覆蓋,則以纖維橫截面積的一半為界,纖維橫截面積大于等于一半時計數1,否則計數0。

(3)按照公式1計算該種纖維(假設代號A)的實際面積分布一次矩FMA。

再按照公式2計算該纖維的均勻分布一次矩FMu。

式中：A為五層中該種纖維的纖維總根數,ti為第i層所有纖維總根數,T為該紗線截面內所有纖維的總根數。

比較FMA、FMu結果,若FMu－FMA＞0,則該種纖維A優先向內層分布,將所有纖維A依次填滿第1層,第2層……直至該種纖維填完,依照該種纖維新的分布情況,計算該種纖維A的最大向內分布一次矩FMin;若FMu－FMA＜0,則表示該種纖維優先向外層分布,將所有該種纖維依次從外層向內層填滿直至所有A纖維填完,依照A纖維新的內外分布情況,計算該種纖維最大向外分布一次矩FMout。

最后根據計算結果判斷該種纖維優先向內層分布還是優先向外部分布來選擇用公式3或公式4來計算該種纖維的漢密爾頓指數M。

2 成紗工藝與參數

紡制紗線的工藝流程為：人工混合、開松、給棉→梳棉→并條(三道)→噴氣渦流紡。采用的紡紗設備為：特呂茨勒TC-5-1梳棉機(帶自調勻整裝置)、FA311并條機(一并)、FA3110并條機(二并)、特呂茨勒TD03-600并條機(帶自調勻整裝置)、日本村田MVS-870渦流紡紗機。

在B261A型和毛機上進行和毛,將纖維按照比例分層后喂入吸棉風機內,由吸棉風機將原料通過管道喂入到喂毛簾上,通過喂毛輥進入到錫林、道夫工作區域內,經1個風機進入貯毛倉,反復操作2次;喂毛簾速度為24.5 r/min,喂毛棍速度為20.1 r/min,錫林速度為335 r/min,道夫速度為733 r/min,工作輥的速度為18 r/min,剝毛輥的速度為23 r/min,從而得到纖維混合體。將和毛之后的纖維混合體在A002型圓盤抓棉機上進行抓棉,打手轉速為760 r/min,打手下降速度為3 mm/圈,抓棉機小車轉速為2 min/圈,筵棉通過棉箱喂入梳棉機生成生條;生條經過三道并條生成熟條,熟條喂入噴氣渦流紡細紗機紡制成混紡麻灰紗。具體試紡工藝參數見表3－表6。

表3 梳棉工藝參數

表4 頭并、二并工藝參數

表5 末并工藝參數

表6 噴氣渦流紡工藝參數

3 結果與討論

3.1 麻灰混紡紗內纖維轉移特征

圖1、圖2分別是2種紗線的縱向結構圖示例;圖3、圖4分別是2種紗線的橫向結構圖示例。將90/10比例的混色紗簡稱為90灰,96/4比例簡稱為96灰,表7、表8分別是90灰與96灰的5份橫截面的纖維轉移指數及平均值。

圖1、圖2表明噴氣渦流紡紗線具有典型的皮芯結構,近乎平行的纖維須條構成紗芯,外包纖維通過加捻的形式包纏在芯層外面,結構緊密,成紗光潔。圖3、圖4可知噴氣渦流混紡紗內不同顏色的纖維混合均勻。

從表7、表8可知,90灰的轉移指數絕對值為12.17,96灰的轉移指數絕對值為10.11,轉移指數絕對值在20以內,一般認為纖維混合均勻[6－7]。這表明噴氣渦流紡成紗過程可以很好地完成不同顏色纖維的混合,是一種有效的混紡成紗方法。

圖1 T 36.9 tex(90/10)MVS紗縱向結構示例

圖2 T 36.9 tex(96/4)MVS紗縱向結構示例

圖3 T 36.9 tex(90/10)MVS紗的橫截面形態

圖4 T 36.9 tex(96/4)MVS紗的橫截面形態

表7 T 14.6 tex(90/10)漢密爾頓指數 單位：%

表8 T 16s(96/4)漢密爾頓指數 單位：%

3.2 成紗性能指標特征

表9為麻灰(90灰)紗、麻灰(96灰)紗的性能指標測試結果。從表9可知,噴氣渦流混紡紗表面光潔、毛羽少、強力好、條干均勻。由于2種紗采用的本色原料以及紡紗工藝是相同的,只是有色原料的混紡比不同,而本色纖維的強力及斷裂伸長率高于有色纖維,所以在成紗強力上96灰要高于90灰,96灰的斷裂伸長率、斷裂時間及斷裂功均高于90灰。這表明有色滌綸的混紡比例在一定程度上影響到紗線的物理性能,從表9中可以看出90灰和96灰紗線的毛羽指數分別為7.34和6.48,毛羽很少。由于化纖類纖維長度均勻整齊、細度均勻,滌綸麻灰紗的條干均勻度良好,變異系數較小。

表9 噴氣渦流混色紗性能指標

4 結語

紡制了36.9 tex(90/10)和36.9 tex(96/4)2種噴氣渦流混色紗線。測試了紗線的強力、毛羽和條干等性能指標,拍攝了紗線縱向形態和橫向截面切片,計算了多組分纖維的紗線橫截面轉移特征。測試結果表明噴氣渦流混色紗表面光潔、毛羽少、強力好、條干一致、多色纖維混合均勻,試紡的工藝過程及產品性能指標為開發多組分混色紗線提供了理論依據和生產指導意義。