采用正交試驗優化PTT 紗工藝的實踐

程小明 呂治家

（魏橋紡織股份有限公司，山東濱州，256200）

在后疫情時代，紡織品消費需求更加多元化，產品的創新迭代加快，這些新變化傳導至上游材料及紡織品研發層面，推動了新材料的應用創新［1］。而在消費體驗層面，人們在追求時尚的同時，更加注重服裝的彈性舒適性能和便捷易打理，舒適功能面料備受推崇。目前市場上常見的彈性面料大部分是應用氨綸材料生產的，但氨綸彈性面料經多次穿著及洗滌后彈性伸長率變大［2］，容易出現嚴重的起鼓起包、松弛變形等問題，影響產品外觀質感及穿著舒適性，難以滿足多元化的市場需求。單組分生物基PTT 彈性短纖維以杜邦公司的Sorona?短纖維為代表，是一種新型聚酯材料，化學名為聚對苯二甲酸丙二酯。該纖維具有良好的耐化學性和持久性，初始模量低，并且隨著拉伸比增大，初始模量的變化不大，兼具聚酯纖維和聚酰胺纖維的優點，特別是其優異的回彈性和易染性為提升所織面料的舒適彈性、抗皺保形性和蓬松感奠定了基礎，可滿足消費者對簡約舒適、抗皺保形、易打理的消費訴求，具有廣闊的開發前景。本研究結合生產實踐，對PTT 紗的紡紗工藝進行分析和研究。

1 生產難點及影響因素分析

PTT 纖維獨特的分子結構和結晶形態賦予其獨特的性能，該纖維在受到應力時，應變變形首先發生在結晶的低分子區，當應力去除后，結晶結構鎖定，使纖維能完全回復到原狀。在實際生產過程中，PTT 纖維純紡成紗的難度很大，由于該纖維彈性大、回縮性強，特別是經打手梳理、羅拉牽伸后，纖維容易回縮扭結成球，從而形成粗節、棉結等疵點，并嚴重破壞梳理及牽伸過程中的纖維運動分布，尤其是在細紗工序，PTT 纖維在牽伸過程中脫離鉗口控制后迅速回縮，導致該纖維純紡紗條干CV高及常發性紗疵多。在加捻過程中，由于該纖維須條也會出現回縮現象，從而導致細紗氣圈形態不穩定，斷頭率增多，影響生產狀態。

粗紗和細紗工藝參數是影響PTT 紗生產的關鍵因素。粗紗號數的選擇不僅影響到粗紗工序與細紗工序生產能力［3］，還將影響到細紗牽伸力的大小，以及成紗指標和生產狀態。以PTT 18.5 tex 賽絡紗為例，在實際開展的單因素優選試驗中，當單根粗紗號數351 tex、細紗牽伸38.0 倍時，經測試成紗條干CV16.89%，細節52 個/km，粗節49 個/km；當單根粗紗號數281 tex、細紗牽伸30.4 倍時，經測試成紗條干CV14.52%，細節18 個/km，粗節25 個/km。賽絡紗需雙粗紗喂入，經該試驗驗證可知，降低粗紗號數，減小細紗牽伸倍數，纖維相對位移量減少，PTT 纖維受拉伸程度降低，有利于改善成紗條干均勻度。但應避免粗紗號數過低，其他工藝因素不匹配而造成細紗出“硬頭”問題，導致斷頭增多。粗紗號數的調整需要與其他工藝參數相匹配，主要是粗紗捻系數、細紗后區牽伸倍數、細紗鉗口隔距及前膠輥壓力等，因此以上參數都是影響PTT 紗生產的關鍵因素。

此外，由于PTT 紗彈性伸長大，紡紗過程中的氣圈張力突變嚴重，氣圈呈現忽大忽小的變化趨勢。當細紗錠速過高時，氣圈張力突變更加明顯，斷頭主要發生在張力與強力兩者波動中波峰和波谷交叉點［4］。細紗錠速、鋼絲圈型號直接影響氣圈張力變化，因此這兩項參數也是影響PTT紗生產的關鍵因素。

2 技術措施及工藝優化

2.1 工藝參數的初步確定

通過以上分析可知，合理的粗紗和細紗工藝參數是實現PTT 紗生產的關鍵。為確保該纖維純紡紗指標達到合理水平，并實現紡紗生產狀態的穩定高效，通常粗紗號數需偏小掌握，以降低細紗工序的總牽伸倍數，減小纖維位移量，同時匹配合適的粗紗捻系數、細紗后區牽伸倍數、細紗鉗口隔距及前膠輥壓力，并且要避免因握持力與牽伸力不匹配而造成的細紗出“硬頭”問題［5］。細紗錠速宜偏低掌握，以穩定氣圈張力、減少氣圈張力突變，同時配合合理的鋼絲圈型號，減少斷頭，穩定生產狀態。為此初步確定粗紗工序采用“輕定量，小捻系數”，細紗工序采用“低錠速，強控制”的工藝路線。

2.2 正交試驗

粗紗工序與細紗工序的各項工藝因素之間存在著復雜的內在聯系，在初步確定了粗紗工序、細紗工序的工藝路線之后，通過正交試驗進一步優化各項工藝參數配置。該正交試驗選取了粗紗號數（因素A）、粗紗捻系數（因素B）、細紗后區牽伸倍數（因素C）、細紗鉗口隔距（因素D）、細紗前膠輥壓力（因素E）、細紗錠速（因素F）、鋼絲圈型號（因素G）共7 個因素，通過正交試驗優選工藝參數，各因素水平表見表1。

表1 正交試驗各因素水平表

選擇L8（27）正交試驗表進行試驗，根據對品種生產難點的分析，確定以成紗條干CV、細節、粗節、棉結和細紗千錠時斷頭作為本試驗考核衡量的關鍵指標。正交試驗方案及試驗結果見表2。為確保試驗數據的代表性，以上方案中粗紗機與細紗機均選用同機臺、同錠試驗，其中粗紗機對比測試了40 錠，細紗對比測試了20 錠；粗紗羅拉隔距11 mm×26 mm×34 mm，鉗口隔距3.0 mm，后區牽伸1.197 倍；細紗羅拉隔距18 mm×27 mm，細紗前膠輥使用邵爾A65 度丁腈橡膠膠輥。根據試驗結果對各影響因素進行極差分析，結果見表3。

表2 正交試驗方案及試驗結果

表3 極差分析表

2.3 影響因素分析

各因素對條干均勻度的影響程度差異較大。粗紗號數的影響最為明顯，分析原因為當粗紗號數變小，而細紗輸出定量不變時，細紗總牽伸倍數減小，PTT 短纖維須條抽長拉細程度降低，纖維彈性變形較小，在脫離鉗口控制后回縮的情況改善，使得整體成紗彈性伸長更加穩定，有利于提升條干均勻度水平，但粗紗號數過小會造成前紡生產難度加大，且生產成本增加。只有合理匹配粗紗捻系數與粗紗號數，才能確保細紗工序的順利牽伸。當粗紗捻系數降低時，纖維間抱合力減弱，隨之所需的細紗牽伸力降低，有利于提高條干均勻度水平。細紗鉗口隔距對成紗條干指標的影響也占到一定比例，適當減小鉗口隔距，加強上下膠圈對須條纖維的握持，有利于控制纖維的提前變速及纖維在牽伸過程中的回縮問題，對改善條干均勻度有一定作用。較大的細紗后區牽伸倍數對消除彎鉤纖維及降低主牽伸區牽伸倍數有利，對改善條干均勻度有一定效果。細紗錠速與細紗鋼絲圈型號的匹配對條干均勻度的影響相對較小。綜合以上影響因素，優選條干均勻度最優方案為A2B2C1D2E2F1G2。

細紗錠速和細紗鋼絲圈型號對細紗千錠時斷頭數影響十分明顯，通過分析試驗結果可知，細紗錠速與細紗鋼絲圈型號不同水平組合搭配時，千錠時斷頭存在明顯差異，方案1、方案5、方案8 的千錠時斷頭數明顯低于其他方案，總體呈現低錠速千錠時斷頭數減少的趨勢，其中方案8 斷頭最少，可見這兩項因素的匹配合理性至關重要。適當降低錠速并合理配置鋼絲圈型號，有利于穩定細紗氣圈段的張力，可大幅降低紡紗張力波動，這是減少該類品種千錠時斷頭的關鍵。降低粗紗號數、適當加大細紗前膠輥壓力，有利于降低牽伸不勻，改善前鉗口對須條的握持，對降低細紗千錠時斷頭數有利。此外，較大的粗紗捻系數配合較大的細紗后區牽伸倍數及較大的細紗鉗口隔距，有利于減小牽伸力波動，對改善千錠時斷頭有一定的作用。綜合以上影響因素，優選降低細紗千錠時斷頭的最優方案為A2B1C1D2E1F1G2。

從以上分析得出的最優方案可知，成紗條干均勻度水平及細紗千錠時斷頭的主要影響因素各有不同，條干均勻度主要影響因素為粗紗號數、粗紗捻系數、細紗鉗口隔距；細紗千錠時斷頭主要影響因素為細紗錠速、鋼絲圈型號、粗紗號數和細紗前膠輥壓力。為兼顧成紗條干均勻度及細紗千錠時斷頭數指標，最終確定試驗的最優方案為A2B2C1D2E1F1G2，與試驗方案8 一致。

3 規?；蠙C生產情況

采用新型纖維開發新產品需要立足于纖維本身的特性，通過合理地優化設計和技術創新，充分發揮纖維的優勢，彌補或避開其不足，才能實現良好的產品開發效果［6］。參照以上正交試驗結果，按照優化后的粗紗和細紗工藝方案進行PTT 紗的大規模上機生產，上機后成紗條干均勻度指標得到明顯改善，其中實測成紗條干CV12.45%，細節1 個/km，粗節4 個/km，棉結5 個/km。但在此條件下細紗千錠時斷頭仍然略高，實測在5 根左右，為此對細紗設備的三條直線、三個水平、三同心［7］進行了校正，重新上機生產，此時實測細紗千錠時斷頭穩定在3 根以內，細紗工序生產狀態得到明顯改善，生產效率得到顯著提升。因此也驗證了該正交試驗結果的可靠有效。

4 結語

PTT 短纖維彈性大、回縮性強，純紡成紗時紗線條干均勻度較差，氣圈形態不穩定，斷頭多，生產狀態差。為改善PTT 紗的條干均勻度，需要對粗紗號數及粗紗捻系數進行優選，來降低PTT纖維須條的抽長拉細程度，且細紗工序宜采用較大的后區牽伸倍數、較小的鉗口隔距及較大前膠輥握持力，來提升紗線條干均勻度。采用低錠速配置合適鋼絲圈型號是降低細紗斷頭、保證生產狀態的關鍵。通過正交法試驗確定PTT 紗的工藝路線，即采用粗紗工序“輕定量，小捻系數”與細紗工序“低錠速，強控制”的工藝配置組合。規模化上機實踐表明：通過對粗紗、細紗關鍵工藝參數的優化組合，并加強細紗工序的設備調整，可明顯提升PTT 紗的條干均勻度水平，降低細紗斷頭數，改善生產狀態，提高生產效率。