柔潔紡溫度對粘膠纖維成紗質量影響

許 多 徐金良 梅劍香 衛 江 劉可帥

(1.武漢紡織大學，湖北武漢，430200；2.裕大華紡織服裝集團有限公司，湖北武漢，430415)

1 柔潔紡粘膠纖維成紗原理與特點

1.1 柔潔紡成紗原理

柔潔紡作為一種新型紡紗技術，其核心是在加捻三角區出口處安裝一個柔順光潔裝置[1-2]。此裝置對紗線起到高溫熨燙、握持聚合作用；通過高溫熨燙使纖維達到玻璃化轉變溫度后發生軟化，降低纖維剛性；同時受到握持點撫順握持，使紗線協同易控制，提高纖維的可加工性能；可有效減少成紗毛羽，提高紗線強力，改善成紗條干均勻度，提高紗線品質[3-4]。

1.2 粘膠纖維強伸性能與溫度的關系

粘膠纖維是一種再生纖維素纖維，因其良好的服用性能而得到大量應用。粘膠纖維強伸性能與溫度的關系如圖1所示。由圖1可以看出，粘膠纖維的斷裂強力與斷裂伸長率隨著溫度的升高逐漸下降[5]。

圖2為粘膠纖維受熱后分子結構的變化圖。常溫狀態下粘膠纖維大分子鏈間結構隨著溫度升高發生改變，出現圖2(b)、圖2(c) 和圖2(d) 溫度下的粘膠纖維大分子結構。

(a)斷裂強力與溫度關系

(b)斷裂伸長率與溫度關系

圖1 粘膠纖維熱力學性能與溫度關系

(a)常溫下粘膠纖維結構 (b)80 ℃時粘膠纖維結構

(c)120 ℃時粘膠纖維結構 (d)210 ℃時粘膠纖維結構

圖2 粘膠纖維大分子受熱后結構的變化

隨著溫度的升高，粘膠纖維中結合水散失，部分氫鍵結構斷裂，加劇了纖維素分子相對滑移。粘膠纖維在102 ℃存在玻璃化轉變溫度[6]。當加熱溫度超過150 ℃后，粘膠纖維的大分子構象和內部空間結構發生改變，并且粘膠纖維受熱不會發生熔融，溫度達260 ℃時會分解[7]。

結合圖1與圖2，根據粘膠纖維熱力學性能以及大分子結構隨溫度變化的情況，選擇80 ℃、120 ℃和210 ℃作為柔潔紡裝置設定溫度。

2 試驗

根據粘膠纖維熱力學性能，分別選擇80 ℃、120 ℃、210 ℃三種加熱溫度進行柔潔紡粘膠紗線紡制。通過對比柔潔紡與傳統環錠紡粘膠紗線質量，探究柔潔紡加熱溫度對粘膠紗線成紗質量的影響。所有柔潔紡裝置均安裝在裕大華紡織服裝集團有限公司標準廠房FA1520型環錠細紗機前羅拉出口處。每組紡紗設備分別安裝在6個相同的紗錠上。柔潔紡模型與實物圖如圖3所示，在紡紗過程中紗線穿過柔順光潔裝置的高溫熨燙面。

(a) 柔潔紡實際生產狀態圖 (b)柔潔紡紡紗模型圖

圖3 柔潔紡模型與實物圖

柔潔紡裝置的中心與鉗口線之間的距離約為15.0 mm，紗線與柔潔紡高溫熨燙表面之間的接觸長度約為20 mm。

本研究所用粘膠纖維規格39 mm×1.23 dtex，纖維斷裂強度2.29 cN/dtex。采用相同的粘膠纖維粗紗，在FA1520型細紗機上紡制3組柔潔紡粘膠紗線和1組環錠紡粘膠紗線。其主要工藝參數：錠速15 000 r/min，粗紗定量8 g/10 m，細紗號數19.7 tex，前羅拉速度130 r/min，鉗口隔距3.0 mm，后區牽伸1.14倍。選用W321型40號鋼絲圈，PG1-4054型鋼領。同時對所紡6錠細紗進行絡筒，絡筒機型號№21C-S，絡筒速度1 200 m/min。

所有樣品在具有標準大氣條件的實驗室中存儲至少24 h，然后對其進行紗線性能測試。采用YG172A型毛羽儀測試毛羽數，按30 m/min測試速度和10 m片段長度進行測試，取10組數據平均值；采用DSX510型奧林巴斯光學顯微鏡，分別觀察并拍攝100倍下4組粘膠纖維紗線的形態結構；采用YG136 A/C型條干儀測試條干性能，以400 m/min的速度測試1 min， 計算5組平均值；采用YG063T型全自動單紗強力儀測試紗線斷裂強力，以500 mm/min拉伸速度測試1 min，測試20組取平均值；采用臨界扭結距離法[8]，保持100 cm長紗線處于伸直狀態，一端保持靜止，一端緩慢水平向靜止端移動，當紗線開始扭結時，測量兩端之間的距離L，判斷其定捻效果。

3 結果與分析

3.1 紗線毛羽性能分析

不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的毛羽數如表1所示。

根據表1可以發現,3組柔潔紡粘膠纖維紗線的毛羽數都要遠低于傳統環錠紡粘膠紗線，其中80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠管紗的3 mm毛羽數比傳統環錠紡粘膠管紗分別降低了59.6%、70.3%和90.2%。可以看出毛羽減少效果最好的是210 ℃柔潔紡紗線，并且溫度越高，毛羽減少率越高。說明了控制柔潔紡溫度可以有效調控纖維軟化程度，進而增強成紗過程中對纖維的控制，有效降低纖維的初始模量和剛性，使纖維充分參與內外轉移，減少毛羽的產生。

表1不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的毛羽數

卷裝粘膠紗線不同長度毛羽數/根·(10 m)-11 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm 6 mm管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡845.11532.23419.23347.331 109.28839.17660.11607.22203.09102.6573.5642.94279.22251.56145.56118.0080.2832.4123.837.8392.8366.1744.2830.0642.8918.7410.942.1136.5026.3916.177.9414.628.985.780.9414.6110.066.443.116.224.613.010.506.223.002.671.06

從表1中不同加熱溫度下柔潔紡粘膠筒紗的毛羽數還可以看出，絡筒依舊對柔潔紡毛羽數有一定影響[9]，但經過絡筒后毛羽改善情況明顯不及絡筒前，即80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠筒紗的3 mm毛羽數比傳統環錠紡粘膠筒紗分別降低了28.7%、52.3%和67.6%。傳統環錠紡粘膠筒紗的3 mm毛羽數相比管紗增長15.6%，但柔潔紡粘膠筒紗相比管紗增幅較大，即80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠筒紗的3 mm毛羽數比同溫度柔潔紡管紗分別上漲104.2%、85.8%和283.9%。說明80 ℃的溫度可有效降低纖維模量，提高了加捻時對纖維抱合力的控制，成紗毛羽明顯減少；120 ℃的溫度使粘膠纖維模量大幅度降低，在握持面作用下全方面控制纖維參與內外轉移，大幅度提升纖維在紗線表面的加捻卷繞效果，因此120 ℃柔潔紡毛羽改善效果較好。而210 ℃柔潔紡粘膠筒紗毛羽的增幅最大，這證實了其高溫狀態下暴露在紗線主體外的纖維僅是黏合在紗線表面，并未參與內外轉移，經絡筒工序摩擦脫落，又重新變回毛羽。

3.2 紗線表觀結構分析

圖4為4組粘膠紗線的光學顯微鏡觀測圖像。

(a) 傳統環錠紡粘膠紗線 (b)80 ℃柔潔紡紗線

(c)120 ℃柔潔紡紗線 (d)210 ℃柔潔紡紗線

圖4 不同溫度下柔潔紡粘膠紗線光學顯微鏡觀測圖像

如圖4 (a)所示，傳統環錠紡粘膠紗線表面存在大量毛羽和紗疵。如圖4 (b)所示，80 ℃柔潔紡粘膠紗線的表觀結構有明顯改善，其紗線毛羽明顯減少，條干均勻，說明80 ℃柔潔紡裝置的熨燙、握持、聚合作用可以使粘膠紗線有效受熱軟化，紗線抱纏緊度提高，對紗線的形態結構改觀明顯。如圖4 (c)所示，120 ℃柔潔紡粘膠紗線表面比80 ℃柔潔紡粘膠紗線更加光潔柔順，暴露在外的纖維能夠更好地被卷入紗體中，充分參與內外轉移，使紗線更加柔順。如圖4 (d)所示，210 ℃柔潔紡粘膠紗線表面的毛羽并沒有重新被卷入紗體當中，而是在高溫下改變其構象并與紗線表面結構形成黏連。因此，在210 ℃高溫下，產生的紗線毛羽受高溫和撫順握持后黏合在紗線表面，致使紗線僵化，條干惡化，且在上漿時會產生疵點，織造時出現起毛起球、上染不勻等問題[10-12]。

3.3 紗線條干性能分析

表2為不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的條干性能。表2中分別將80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠紗線與傳統環錠紡粘膠紗線的條干性能進行對比，其管紗條干CV值分別降低了1.4%、3.9%和0.3%；筒紗條干CV值分別降低了1.4%、4.0%和0.1%。對比絡筒前后紗線的條干性能，經絡筒后柔潔紡粘膠紗線條干性能稍有下降[13]。

表2不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的條干性能

卷裝粘膠紗線條干CV/%細節/個·km-1粗節/·km-1棉結/·km-1管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡12.1011.9311.6212.0612.2112.0411.7212.190 0 0 2 4.20.80 3.331.616.712.527.536.018.014.034.056.735.825.043.370.038.025.070.0

在千米細節、粗節、棉結方面，不同溫度柔潔紡紗線都在傳統環錠紡紗線基礎上有明顯改善。其中120 ℃柔潔紡粘膠紗線的改善效果最佳，210 ℃柔潔紡粘膠紗線改善效果最弱。

從整體上來看，柔潔紡高溫熨燙處理、撫順握持可以改善粘膠纖維的成紗質量[14]。這是因為粘膠紗線在120 ℃加熱溫度下氫鍵斷裂，粘膠纖維大分子發生相對滑移，纖維呈現易軟化狀態，在柔順握持點協調控制下可以使纖維充分參與內外轉移并達到柔順光潔結構形態；而對于210 ℃柔潔紡，由于210 ℃高溫使纖維大分子構象發生改變，破壞了纖維內部結構，部分纖維之間由于纖維構象的改變而形成黏合連接，從而惡化了紗線的條干[15]，且在絡筒工序時進一步擴大。

3.4 紗線強伸性能分析

表3為不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的強伸性能測試結果。

由表3可以看出，不同溫度柔潔紡粘膠紗線的斷裂強力都在傳統環錠紡紗線基礎上有所增強。80 ℃、120 ℃和210 ℃柔潔紡粘膠紗線管紗斷裂強力分別提高了2.7%、6.5%和2.8%，筒紗斷裂強力僅分別提高了1.6%、5.6%、0.5%。一方面筒紗強伸性能的降低是受到絡筒過程中摩擦和上機張力的影響。另一方面不論是管紗還是筒紗，120 ℃柔潔紡粘膠紗線的斷裂強力提高幅度最大，這是因為120 ℃超過了粘膠纖維玻璃化轉變溫度，因此纖維間相對滑移減少，纖維間結合更加致密，纖維強力利用率更高，從而提高了紗線的強力[16]；與此同時，120 ℃柔潔紡粘膠紗線的斷裂伸長率提高幅度也最顯著，這是由于纖維的軟化調控促使紗線內部結構蓬松，提供紗線軸向上的拉伸形變。而210 ℃柔潔紡粘膠紗線的斷裂伸長率反而呈負增長，這是因為裸露在外的纖維受210 ℃高溫，在紗線表面形成黏合，導致紗線內部無法滑移和形變，經絡筒工序后黏合部分脫落，纖維強力利用率降低，從而使紗線質量惡化。

表3不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的強伸性能

卷裝粘膠紗線斷裂強力/cN斷裂伸長率/%管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡282.4290.1302.2290.1279.2283.7295.0280.611.311.612.111.211.811.812.111.1

3.5 紗線定捻性能分析

表4為不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的定捻性能。

由表4可以看出，不同溫度柔潔紡粘膠紗線產生扭結的距離要比傳統環錠紡粘膠紗線小，說明高溫熨燙對粘膠纖維紗線起到定捻作用。高溫熨燙和撫順面的握持使紗線的捻縮降低，使其接近濕熱定捻的效果，可減少后期蒸紗定捻工序，節省了成本，提高了工作效率[17]。

表4不同加熱溫度下柔潔紡粘膠紗線的定捻性能

卷裝粘膠紗線扭結距離/m扭結距離CV值/%管紗管紗管紗管紗筒紗筒紗筒紗筒紗傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡傳統環錠紡80 ℃柔潔紡120 ℃柔潔紡210 ℃柔潔紡64.560.253.652.856.355.850.550.817.29.611.87.813.414.413.913.0

從表4還可以看出，絡筒后筒紗的定捻效果要優于絡筒前管紗定捻效果，可能是由于絡筒過程產生退捻效果，同時絡筒張力及清紗器對紗疵的清除作用進一步加強了對紗線的定捻效果。對于不同溫度的柔潔紡粘膠紗線，隨著柔潔紡裝置溫度的升高，所紡制粘膠紗線的定捻效果逐步提高，其中210 ℃柔潔紡粘膠紗線的定捻效果最好。

4 結論

本文對比分析了3種不同溫度下的柔潔紡粘膠紗線結構和性能，得出以下結論。

(1)通過粘膠纖維不同溫度下的強伸性能和纖維結構變化，加強了成紗過程中對粘膠纖維的軟化調控，可有效改善紗線的表觀結構，降低成紗毛羽，提高紗線強力。

(2)在柔順光潔設備80 ℃高溫軟化和接觸式握持的協同作用下，可降低纖維剛度，使其可以充分發生內外轉移，從而改善成紗質量。而120 ℃柔潔紡溫度使粘膠纖維達到玻璃化轉變溫度，可大幅提高纖維的可加工性，對粘膠纖維成紗性能改善顯著。

(3)在210 ℃柔潔紡高溫作用下，粘膠纖維的構象發生改變，紡紗過程中部分纖維與紗線主體形成黏合，導致紗線質量發生惡化，給后期上漿、染色、織造等工序帶來危害。