艾草改性竹漿纖維粘膠混紡紗性能分析

賈錦濤 陳振宏 張 威

（河北科技大學，河北石家莊，050018）

近年來，隨著社會的發展與科技的進步，人們對健康生活、品質生活的追求逐步提高，功能性和生態性成為消費者選擇紡織品的關注要素[1]。粘膠是可以自然降解的再生纖維素纖維，十分符合當下提倡的綠色環保理念；粘膠短纖維可以純紡或者混紡，適用于內衣、外衣和各種裝飾用品的制作。而艾草是一種廣譜抗菌、抗病毒的藥用植物，在紡絲液中將纖維素分子與天然艾草提取物結合，可以紡制出具有抗菌、除臭且具有較好可紡性的艾草改性粘膠纖維[2]。本論文以河北吉藁化纖公司生產的艾草改性竹漿纖維為原料，選擇普通粘膠為配伍纖維進行混紡紗的工藝設計，通過測試分析不同混紡比對成紗性能的影響，確定合理的混紡比例，為開發艾草系列纖維產品提供理論依據。

1 纖維性能及混紡紗工藝設計

1.1 纖維性能

纖維由河北吉藁化纖有限公司提供。艾草改性竹漿纖維長度38 mm，細度1.33 dtex，公定回潮率13.4%，斷裂強度2.34 cN/dtex，斷裂伸長率23.18%，初始模量3.39 cN/dtex。普通粘膠短纖維長度38 mm，細度1.67 dtex，公定回潮率12.9%，斷裂強度1.99 cN/dtex，斷裂伸長率28.29%，初始模量2.27 cN/dtex。

1.2 混紡紗的工藝設計與試紡

采用環錠紡紗工藝，選擇散纖維混和，通過開松、梳棉、并條等工序實現原料的均勻混和。為明確艾草改性竹漿纖維含量對紗線及織物抗菌性能的影響，參照FZ/T 12020—2009《竹漿粘膠纖維本色紗線》，試紡線密度為18 tex，捻系數為300，艾草改性竹漿纖維/粘膠 30/70、40/60、50/50、60/40、70/30的混紡紗（編號 1～5）[3-4]。

1.2.1 混紡紗工藝流程設計

小樣紡紗試驗，由于原料較少，采用手扯開松、梳棉工序人工喂入的方法。其工藝流程為：手扯開松→HFX-A型梳棉機→HFX-A2型并條機（兩道）→HFX-A3T型粗紗機→HFX-A3T型細紗。

1.2.2 混紡紗試紡

（1）按照設定混紡比，稱重量，取兩種纖維，纖維混和采取橫鋪直取、反復手扯開松的原則進行開松和混和。每個混紡比開松6包，每包定量40 g。

（2）梳理工序采取“緊隔距，適中速度，小張力，常清理”的原則，通過對纖維反復多次的分梳處理，使纖維塊或纖維束分離成單纖維的狀態，纖維逐漸趨向于纖維層前進方向伸直，有利于成條后纖維的伸直和平行，緊隔距可以充分發揮蓋板的分梳作用，減少棉結；常清理錫林和道夫，避免出現纖維沉積影響分梳作用，也使得兩種纖維的混和更均勻和充分，提高纖維網質量。梳棉工藝參數：錫林速度600 r/min，道夫速度29.7 r/min，喂入線速度0.10 m/min，輸出線速度2 m/min，錫林頻率 49.44 Hz。

（3）并條工序采用“慢速度，適中隔距，重加壓”的原則，慢速可以避免纖維層靜電卷繞，適中隔距和重加壓可以使纖維得到有效握持牽伸，使纖維得到良好的伸直和混和，以保證粗紗的條干均勻度，減少紗疵、粗節、細節的產生。并條工藝參數：頭并定量15.4 g/5 m～15.5 g/5 m，二并定量15 g/5 m；兩道并條并合根數均為6根，后區牽伸1.118倍，輸出線速度10 m/min。

（4）粗紗工序采取“重加壓，小張力，低速度，低捻度”的工藝原則，低速重壓可以使條子得到有效握持，小張力可以避免牽伸過大，造成意外伸長。給粗紗以適當的捻度，增加纖維間的抱合力，使粗紗擁有一定的強力，避免出現牽伸斷頭，粗紗捻度設定為28捻/m。粗紗工藝參數：錠翼速度350 r/min，紗管速度430.9 r/min，前羅拉線速度12.5 m/min，龍筋線速度3.7 mm/s，后區牽伸1.2倍。

（5）根據針織用紗的要求，細紗工序采用“重加壓，低速度，較小后區牽伸”的工藝原則。通過計算羅拉轉速、牽伸倍數，得到線密度為18 tex、捻系數為300的混紡紗，對紡制而成的紗線使用YG086型縷紗測長機進行百米重量測試，使重量達到1.8 g/100 m。細紗工藝參數：錠速 6 000 r/min，前羅拉線速度8.57 m/min，總牽伸27.8倍，后區牽伸1.10倍，捻度700捻/m。

2 混紡紗性能測試與分析

2.1 強伸性能

參照國家標準GB/T 3916—2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定（CRE法）》，在恒溫恒濕室，采用YG020B型電子單紗強力儀對紗線的強伸性能進行測試。設定拉伸速度500 mm/min，定伸長50%，試樣長度500 mm，試驗次數30次。試驗結果取平均值，如圖1所示。

圖1 混紡紗的強伸性能

由圖1可見，隨著艾草改性竹漿纖維含量的增加，混紡紗的斷裂強力基本呈現增大趨勢，紗線4斷裂強力最高；紗線的斷裂伸長率隨著艾草改性竹漿纖維含量的增加呈現先減后增的趨勢。艾草改性竹漿纖維斷裂強力比粘膠高，所以隨其含量增加，紗線斷裂強力變大，紗線5斷裂強力略顯下降，可能是細特纖維手扯開松過程中，開松不夠充分，纖維分離度較低，牽伸加捻過程中纖維轉移不充分，纖維間抱合力小，導致斷裂強力略有下降；粘膠纖維斷裂伸長高于艾草改性竹漿纖維，所以隨著艾草改性竹漿纖維含量增加，紗線斷裂伸長率呈下降趨勢，當艾草改性竹漿纖維比例達到一定程度時，由于纖維細度不同，細特纖維占據主導地位，纖維越細，紗線中纖維抱合越緊密，纖維間摩擦力越大，不易滑脫，有利于成紗斷裂強度和斷裂伸長的提高，所以紗線斷裂強力增加，斷裂伸長又逐漸上升。

2.2 毛羽

參照FZ/T 01086-2000《紡織品紗線毛羽測定方法 投影計數法》，采用YG171B-2型紗線毛羽測試儀對管紗的毛羽進行測試，測試速度為30 m/min，試驗次數為10次，試驗選取3 mm以上毛羽進行對比分析，結果如圖2所示。

圖2 混紡紗3 mm毛羽數

由圖2可見，隨著艾草改性竹漿纖維含量的增加，紗線3 mm毛羽數先減后增，紗線2最少，紗線5最多。由于兩種纖維長度相同，艾草改性竹漿纖維細度小于粘膠纖維，初始模量較高，在環錠紡紗過程中形成的加捻三角區中，艾草改性竹漿纖維容易向內轉移，粘膠纖維則更多地分布在紗線外側，端部容易翹起或分離，形成前向毛羽，尾端容易伸出紗體表面，形成后向毛羽，因此，粘膠纖維含量降低時，毛羽數減少；另一方面，纖維越細，相同細度的紗線里纖維的根數越多，單位體積內纖維頭端數越多，毛羽出現幾率越大，所以隨著艾草改性竹漿纖維含量的增加，3 mm毛羽數又有所回升。

2.3 條干均勻度

參照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法第1部分：電容法》，使用YG136型條干均勻度測試分析儀對紗線的條干均勻度進行測試。參數設定：紗線號數為18 tex，量程設置為100%，類型為棉型，速度為50 m/min，時間為5 min，槽號為5。結果見表1。

表1 紗線的條干均勻度

表1中試驗數據顯示，紗線的條干CV值普遍偏高，紗線粗節和棉結較多，細節較少。隨著艾草改性竹漿纖維在混紡紗中的比例增加，紗線CV值沒有明顯的變化。分析其原因，主要是由于紡紗過程中半制品結構對成紗條干均勻度的影響，小樣紡紗受原料量限制，開清棉工序采用手扯開松的方法，棉塊的開松度和混和均勻度無法保證，纖維分離度降低；梳棉工序的人工喂入導致棉網均勻度和清晰度下降；并條工序中纖維伸直平行度較低，纖維條短片段不勻率較高。這些因素都導致了紗線整體的條干均勻程度偏低。工業化生產過程中，相同的紡紗工藝下，根據馬丁代爾紗條極限理論，紗線橫截面中纖維根數越多，即纖維越細，成紗條干越均勻，即隨著艾草改性竹漿纖維含量的增加，條干CV值逐漸降低。

2.4 混紡紗的抗菌性能

參照GB/T 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價第3部分：振蕩法》，對混紡紗的抗菌性能進行測試，菌種使用ATCC大腸桿菌11229，結果見表2。

表2 織物的抗菌性能

由表2可見，混紡紗對大腸桿菌的抑菌作用隨艾草改性竹漿纖維含量的增加而上升。當艾草改性竹漿纖維含量達到60%時，抑菌率已超過國家標準的要求，達到77.9%。

3 混紡紗性能的綜合評價

由于艾草改性竹漿纖維含量對紗線各種性能的影響不一致，難以得到保證紗線綜合性能較好的合理混紡比。因此，采用灰色聚類分析的方法對混紡紗的性能進行綜合評價[5-6]。考慮到灰色聚類分析要求所有數據均以正相關的關系計入計算公式，因此，需要將紗線3 mm毛羽數、條干CV值、粗節、棉結等數值取倒數。

將5種混紡紗記為聚類對象，紗線的斷裂強力、斷裂伸長率、抑菌率、3 mm毛羽數、條干CV值、粗節、棉結記作7個聚類指標，生成矩陣見式（1）。

紗線的綜合性能分為好、中、差三種，記為三個灰類。灰色聚類分析的結果見式（2）。

結果由5行3列組成，每一行代表不同混紡比的紗線，每列代表綜合性能的好、中、差三個等級，每一行中最大的數值處于哪一列，就說明該種紗線的綜合性能處于哪一個等級。可見，紗線1、紗線2的綜合性能為差，紗線3的綜合性能為中等；紗線4、紗線5的綜合性能為好。考慮到成本因素，艾草改性竹漿纖維含量為60%的混紡紗綜合性能較理想。

4 結論

通過混紡紗線試紡及對其性能的測試與分析，得出以下主要結論。

（1）艾草改性竹漿纖維含量對混紡紗的斷裂強力、斷裂伸長率、3 mm毛羽數、條干均勻度以及抑菌率有著不同程度的影響。隨著艾草改性竹漿纖維含量的增加，混紡紗的斷裂強力逐漸增加，斷裂伸長率和3 mm毛羽數呈現先減后增的趨勢，艾草改性竹漿纖維含量對混紡紗條干CV值影響不顯著，當艾草改性竹漿纖維的含量達到60%時，抑菌率可超過國家標準的要求。

（2）通過灰色聚類分析可對紗線的性能進行綜合評價，艾草改性竹漿纖維含量為60%的混紡紗綜合性能較理想。

（3）在實際生產過程中，建議適當增大細紗工序的捻系數及后區牽伸倍數，以降低紗線毛羽、粗節和棉結數，進一步改善成紗質量。