新型中空棉紗開發思路及其產品性能研究

胡元元 呂治家

（魏橋紡織股份有限公司，山東濱州，256200）

服用織物的整體發展趨勢是輕薄、舒適、保暖涼爽、四季皆宜，織物的輕量化、功能性設計受到越來越多的關注［1］。中空結構可實現紡織品的輕量化，使織物手感更加蓬松柔軟。中空棉紗制成的織物具有輕柔舒適、吸水速干、保暖性好等特點，可以用于生產高檔針織內衣、運動衣、家居服、高檔毛巾等產品，向消費者提供舒適的穿著體驗，特別適合老人、兒童和病人貼身使用。

目前中空棉紗的生產方式主要是采用棉纖維或混紡纖維作為鞘部，水溶性維綸長絲作為芯部，織成織物后通過一定溫度的染整加工，溶解掉水溶性維綸，使織物中的紗線成為中空結構［2］。此種中空棉紗生產方式遇到的主要問題是成本較高，因水溶性維綸長絲還未完全國產化，大部分依賴進口，其價格相對昂貴，影響了中空棉類紡織品的市場應用空間。而國內維綸短纖的生產相對成熟，價格優勢也非常明顯，其每噸售價只相當于進口維綸長絲的1/5到1/10，因此國內部分高校和企業相繼加大了對中空棉紗不同紡紗技術的研究，嘗試使用價格更便宜的水溶性維綸短纖來生產中空棉紗，以期獲得性價比更好的中空棉產品，擴大其市場應用前景。

1 幾類常用的中空棉紗紡紗方式

1.1 棉纖維包水溶性維綸長絲

這是目前中空棉紗最常見的生產方式，在環錠紡紗機上，應用短纖包長絲紡紗裝置，使棉纖維純紡或與其他短纖混紡的粗紗經過牽伸裝置，在成紗三角區區域完整包住水溶性維綸長絲，形成以棉纖維或棉與其他短纖混紡材質為鞘部、水溶性維綸長絲為芯部的包芯結構紗線，將此紗線織成織物后通過一定溫度的染整加工，把芯部的水溶性維綸長絲溶解掉，使織物中的紗線成為中空結構，該紡紗方式優勢是中空成形效果好，結構穩定，不足之處是受水溶性維綸長絲價格影響，成本較高。

1.2 棉纖維包水溶性維綸紗

該方式是以水溶性維綸純紡紗為芯紗，以棉纖維或棉與其他短纖混紡材質為鞘部，在配置有包芯裝置的環錠紡紗機上紡制包芯紗。由于該方式成紗芯部為水溶性維綸紗，即需要先將水溶性維綸短纖紡制成特數較小的水溶性維綸紗，再進行包芯紡紗［3］。本項目目前可紡制4.9 tex的水溶性維綸短纖紗，棉纖維包芯后可達到14.7 tex，且不露芯。該方式與常規的長絲包芯方式相比增加了一次紡紗程序，但此種方式所采用的水溶性維綸短纖原料價格相對低廉，兩種方式在生產成本上相差不大，可以根據不同品種的紡紗加工成本優選方案。

1.3 棉紗與水溶性維綸紗包纏

該方式是由1根水溶性維綸紗或水溶性維綸長絲被1根至2根棉紗以螺旋狀包纏的形式生產的中空棉紗或無捻紗［4］。水溶性維綸紗或水溶性維綸長絲為芯紗，在染整過程中被溶掉，所得織物也同樣具有蓬松、輕量化、輕柔舒適，高吸水性特征，但面料尺寸不穩定，強伸性能較差，且紡紗生產成本較高。

1.4 棉纖維與水溶性維綸短纖混紡

這種方式是棉纖維與水溶性維綸短纖按照不同的混紡比紡制混紡紗［5］。此方式可一次性紡制紗線，成本較低，制得的織物具有中空織物的一些相似特征，也能夠改善一部分粗厚面料手感硬挺死板的問題，但該紗本質上并不是中空皮芯結構，其關鍵性能效果與皮芯結構的中空棉紗還存在一定差距。此類紗線目前主要應用在毛巾織物上，線密度一般在25 tex以上，用以改善手感。

2 短纖包短纖的中空棉紗生產方式

上述幾種用于生產中空棉紗的紡紗方式各有利弊，為實現良好的產品性能并兼顧突出的性價比，本項目重點攻關了短纖包短纖的新型中空棉紗生產方式［6］。此種方式也是以水溶性維綸短纖為芯紗材料，以棉纖維為外包材料，應用環錠紡設備一次性直接紡制包芯紗。該中空棉紗的新型生產方式關鍵技術措施之一是粗紗設備改造，通過在傳統粗紗機上改造加裝粗紗包芯裝置，使得兩種材質在粗紗階段就形成皮芯結構。與常規的棉長絲包芯紗相比，可以顯著降低包芯紗的生產成本，填補了中空棉紗紡紗方式的一個技術空白，提供了一種新的開發中空棉高檔面料的紡紗形式。其生產方式如圖1所示。

圖1 短纖包短纖中空棉紗生產方式

該方式對全流程生產工藝、設備、操作都有特殊要求［7-8］，主要區別是在并條、粗紗和細紗工序。在并條工序，維綸定量要偏輕控制，采用較低的并條車速，以防止出現堵圈條盤現象。在粗紗工序，加裝兩組將兩道須條隔開一定距離的集束器，加裝特制的粗紗包芯裝置，棉條和維綸條分別從機后平行排列喂入牽伸區域，兩道須條平行牽伸，通過調整膠輥、集束器位置，確保纖維在牽伸區域內保持規定間隔并得到有效握持控制。在加捻（假捻）區域，需要采用較大的粗紗捻系數，以獲得較好的包芯效果，通過調整粗紗包芯裝置托板和維綸集束器的位置，確保維綸纖維束保持在棉纖維束的中間位置。

3 測試方案設計

為了對比驗證各類中空棉紗紡紗方式所得產品的性能，我們將棉與水溶性維綸短纖包短纖、棉與水溶性維綸混紡、棉與水溶性維綸長絲包芯3種方式的中空棉紗分別織布，對各所織織物進行性能對比，并以普通純棉織物作為參照。

考慮到中空棉紗細特化發展趨勢，本項目重點測試驗證了線密度19.4 tex以下的中空棉紗紡織品，該類紗線可以紡制更加輕薄、吸濕速干的針織面料。

3.1 原料及中空棉紗規格選擇

棉花原料采用國產新疆棉，水溶性維綸短纖規格為1.47 dtex×38 mm，水溶性維綸長絲規格為38.9 dtex，各對比測試紗線規格見表1。

表1 各類中空棉紗紡紗方式的紗線規格

3.2 針織面料試樣條件

在34英寸26 G針織大圓機上生產，為確保對比指標的準確性，應盡量保證14.7 tex紗與19.4 tex紗所織面料克重盡量一致，將19.4 tex所織面料的紗圈盡量調長。具體針織織布工藝：19.4 tex中空棉紗紗長為340 mm/100圈，14.7 tex中空棉紗紗長為295 mm/100圈，14.7 tex純棉紗紗長為300 mm/100圈。

3.3 染整試樣條件

3類中空棉紗紡紗所織針織布與普通純棉針織布同時入缸，采用相同的染整加工工藝。前處理具體工藝：片堿0.9 g/L，雙氧水4 g/L，升溫至95℃保溫60 min，再降溫洗水，10 min過酸，10 min脫氧。染色工藝：升溫至60℃，保溫30 min，洗水。皂洗工藝：先10 min過酸洗水，再加皂洗劑升溫至95℃，保溫10 min，洗水出缸。拉幅定形工藝：定形溫度150℃，拉幅速度50 m/min。

4 性能測試與分析

4.1 成紗指標

6個方案的成紗指標測試對比結果見表2。測試結果表明：單紗強力與線密度呈正比，試樣1強力最高。線密度相同的情況下，短纖包短纖方式比混紡方式所生產的中空棉紗單紗強力更高，條干均勻度更好。分析原因認為，短纖包短纖方式的兩種纖維按照皮芯結構規律分布，外包纖維紗將芯紗纖維緊密抱合，受力集中，而混紡紗兩種纖維隨機分布，紗線內纖維受力不集中，影響了成紗強力，也影響到條干均勻度。

表2 成紗指標

4.2 上染率測試

將按照不同針織工藝生產的試樣1～試樣6按照3.3的染整工藝同時入缸進行前處理、染色，出缸后觀察樣品顏色深度，通過在D65光源、自然光下對比，確認各類中空棉紗針織布的顏色深度要比普通純棉針織布的顏色深度高出10%～20%。其上染深度隨水溶性維綸含量增加而提高。以普通精梳純棉14.7 tex針織布為標準樣，D65光源下，電腦測色配色儀測得試樣1～試樣5的DL*值依次為-0.38、-1.41、-0.85、-0.36、-0.44，均為負值，表示測試樣比標準樣上色深。上染深度為調色師在D65光源、自然光下，肉眼評定顏色深度。試樣1～試樣5上染深度依次為10%、20%、15%、10%、10%。結果表明：各類中空棉紗針織面料均上色較深、較飽和，尤其以短纖包短纖方式最為明顯，該結果與電腦測色配色儀測的結果得到互相印證。

4.3 減重測試

中空棉面料經高溫加工后，水溶性維綸溶解，中空棉紗內部空隙增大，更加蓬松，從成品布面外觀風格上來看，中空棉紗針織面料的紋理更加清晰，蓬松度高。我們將各類中空棉紗針織面料和普通純棉面料比較，得到減重百分比，來衡量減重程度，測試結果見表3。測試結果表明：3類中空棉紗針織面料與普通純棉面料相比，克重輕量化明顯，減重百分比與水溶性維綸的含量呈正比，水溶性維綸含量最少的試樣1減重百分比也最小。

表3 減重對比測試

4.4 強力損失測試

中空棉紗經染整加工后，水溶性維綸溶解掉，會影響棉紗及面料的強力指標。本次強力測試按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定鋼球法》標準實施，測試結果見表4。由表4可以看出以下幾點：一是與普通純棉面料相比，各類中空棉面料強力有不同程度的降低，其中短纖包短纖方式所織面料的強力降低最明顯，洗后強力比洗前降低更明顯；二是短纖包短纖方式與混紡方式相比，混紡方式面料強力較高，這表明中空結構會降低面料的強力；三是棉與維綸短纖混紡方式中，線密度較大的19.4 tex紗強力反而比14.7 tex紗差，這說明水溶性維綸含量占比影響了中空棉面料的強力，水溶性維綸含量比例越高，其面料強力越差。長絲包芯方式面料的強力降低最少，除了與線密度較高有關，也與其水溶性維綸含量較低有關。

表4 強力損失對比測試

因此可以得出結論：一是混紡方式及長絲包芯方式生產的中空棉紗及面料能夠保留較好的強力，對面料的服用性能影響較小；二是紡制中空棉紗時可通過控制水溶性維綸含量來調整強力范圍；三是短纖包短纖方式及混紡方式生產的中空棉面料強力數值均符合FZ/T 72004.2—2000《針織成品布》優等品要求（不低于180 N），其強力可以滿足最終面料的服用性能。

4.5 吸濕速干性測試

中空棉紗面料中的水溶性維綸溶解后，棉紗內部呈現中空結構，棉紗中纖維間的空隙增大，與普通純棉產品相比，理論上中空棉系列產品的吸水性、速干性都會提升。本次吸濕性速干性測試采用GB/T 21655.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定第1部分：單項組合試驗法》，測試結果見表5。其中：芯吸高度以縱向或橫向中較大者考核。

表5 吸濕速干性對比測試

結果表明：各類中空棉產品的吸水率、滴水擴散時間、芯吸高度、蒸發速率與普通純棉產品相比均有所提高。洗前、洗后指標對比可知，洗后的吸水率、滴水擴散時間、芯吸高度指標更優異，洗前的蒸發速率指標更優異。通過對比各試驗數據，上述3類中空棉與普通純棉產品均可評定為吸濕產品（吸水率≥200%，滴水擴散時間≤3 s，芯吸高度≥100 mm），但不能評定為速干產品［蒸發速率≥0.18 g/h，透濕量≥10 000 g/（㎡·d）］。對比3類中空棉紗面料，混紡方式的面料吸水率要好于長絲包芯方式和短纖包短纖方式的面料，短纖包短纖方式的面料蒸發速率要好于混紡方式和長絲包芯方式產品，滴水擴散時間、芯吸高度的指標對比不明顯。

5 結論

本文測試結果表明：棉與水溶性維綸短纖包短纖、棉與水溶性維綸混紡、棉與水溶性維綸長絲包芯3種方式制得的中空棉紗，均可改善所織面料的部分性能，所織面料輕柔舒適、吸水速干等相應指標性能均優于普通純棉產品。考慮到水溶性維綸長絲的高成本因素，棉與水溶性維綸短纖包短纖、棉與水溶性維綸混紡方式生產的中空棉紗產品同樣具有相似的產品性能，但生產成本大幅降低，并且可以實現棉纖維與水溶性維綸成紗組分靈活配比，可針對實際產品應用領域進行混紡比及生產方式的調整，具有更顯著的推廣價值和更廣泛的應用領域。