捻度對錦綸/棉混紡紗質量指標的影響

于學智，張明光，曹繼鵬，張 月，王曉燕

(遼東學院 服裝與紡織學院，遼寧 丹東 118003)

加捻是將纖維束、長絲或單紗聚集在一起的工藝過程，對紗線結構、物理性能有直接影響。捻度是紗線產品的固有質量特性，影響著成紗的外觀和性能，從根本上影響著織物的最終性能[1-2]，一直受到業內專業技術人員的關注。例如：吳寧等[3]通過三維輪廓分析法對縫合線的表面形貌進行表征,針對不同捻度石英纖維縫合線的輪廓形貌結構對其磨損行為的影響進行了探究；倪潔等[4]探索了不同規格的粘膠單紗反向加捻為雙股線時，捻系數比對股線性能的影響；文獻[5-6]分別就捻度對新型環錠紡紗、聚酰亞胺納米纖維紗線性能的影響進行了研究；文獻[7-8]則主要討論了捻度對織物性能的影響。

上述研究主要集中在捻度對紗線和織物性能的影響，而準確測試捻度是保證其整體質量的重要基礎。文獻[9-10]對紗線捻度常用的測試方法和測試參數進行了分析對比，探討如何充分發揮各自特點，保證捻度測試的準確性和可靠性，減少測試的不確定性。武銀飛等[11]采用數字圖像處理技術采集單根股線彩色圖像，實現了股線捻度的自動識別，但未涉及對單紗捻度的自動識別，該方法存在一定的局限性。此外，鐘智麗等[12]采用主成分分析法對所紡制的聚丙烯長絲/芳綸包纏紗捻度進行優化，得出最優捻度；Chattopadhyay等[13]采用混合實驗設計分析法對所紡制棉纖維與聚乳酸纖維混紡紗的混紡比和捻度進行優化組合，確定出最優的參數組合方案。上述研究均未探討捻度與錦綸/棉混紡紗質量指標的關系，且大都采用主成分分析法和混合實驗設計分析法等，使用擬合回歸分析法來分析捻度與紗線多個質量指標關系的研究鮮有報道。

為此，本文紡制了16種不同捻度的錦綸/棉混紡紗，通過SPSS軟件對其強伸性能、條干及毛羽指標與捻度的關系進行擬合回歸分析，并且建立了回歸預測模型，以期為錦綸/棉混紡紗生產中捻度設計和快速調整提供參考。

1 試驗部分

1.1 試樣制備

采用傳統環錠紡紡制線密度為27.9 tex，混紡比為50:50的錦綸/棉混紡紗。其中：線密度為1.67 dtex×38 mm的錦綸66由遼陽市順興化工有限公司生產；線密度為1.64 dtex的棉纖維229由新疆沃普農業發展有限公司生產。在FA506細紗機上通過改變捻度齒輪設置16檔捻度，在其它工藝參數和紡紗流程相同的條件下紡制了16種錦綸/棉混紡紗，每種樣品紡出10個紗管，作為測試試樣。具體工藝流程：在清梳工序采用微型清梳聯聯合機組，錦綸和棉各自獨立加工成生條，在并條工序采用三道混并工藝，再經過粗紗、細紗加工工序。

1.2 主要紡紗工藝參數

1)原料預處理。錦綸吸濕性能較差，纖維間不易抱合，易產生靜電繞皮輥、羅拉，加工困難，紡紗前需在溫度為27 ℃，相對濕度為70%～75%的環境中放置48～72 h，以改善其吸濕導電性能，提高錦綸的可紡性。

2)清梳聯。錦綸/棉采用棉條進行混紡，清梳工序各自獨立加工。采用FA203C型梳棉機，在梳理過程中，錦綸以 “輕分梳”為原則，棉條和錦綸條的生條定量均為23.5 g/(5 m)，錫林轉速為310 r/min，刺輥轉速為760 r/min，出條速度為120 m/min，生條長片段不勻率應小于4%。

3)并條。采用FA306A型并條機，條子并合根數為6；采用三道混并工藝，頭道混并總牽伸倍數為5.7，二道混并為7.1倍，三道混并為5.7倍；前牽伸區羅拉中心距為53 mm，后牽伸區為55 mm；頭道混并條子定量為24.7 g/(5 m)，二道為20.9 g/(5 m)，三道為22 g/(5 m)；出條速度為200 m/min。

4)粗紗。采用FA494型懸錠式粗紗機，錦綸/棉粗紗定量為7.63 g/(10 m)；總牽伸倍數為5.77；集束羅拉與前羅拉間中心距為40 mm，前羅拉與中羅拉間為59 mm，中羅拉與后羅拉間為64 mm；羅拉輸出速度為282 r/min;粗紗捻系數為75。

5)細紗。采用FA506型細紗機，錦綸/棉細紗定量為2.61 g/(100 m)；總牽伸倍數為29.27；前牽伸區羅拉中心距為49 mm，后牽伸區為55 mm。

1.3 性能測試

對所紡錦綸/棉混紡紗強力、條干、毛羽質量指標進行測試，測試環境溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±4)%。

采用溫州市大榮紡織儀器有限公司的YG(B)021DX型單紗強力儀，根據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)》測試錦綸/棉混紡紗的強力。試樣有效測試長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，預加張力為0.5 cN/tex，每種樣品測10個紗管，每個紗管測20次。

采用烏斯特公司的Uster ME100條干儀，根據GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗條條干不勻試驗方法 第1部分 電容法》測試錦綸/棉混紡紗的條干。試樣有效測試長度為400 m，測試速度為400 m/min，每種樣品測10個紗管，每個紗管測1次。

采用烏斯特公司的Uster Zweigle HL400毛羽儀，根據UTM08《紡織品紗條毛羽烏斯特測試方法》測試錦綸/棉混紡紗的毛羽。測試速度為400 m/min，測試時間為1 min，每種樣品測10個紗管，每個紗管測1次；試驗結果均為多次測試的平均值。

2 結果與分析

不同捻度錦綸/棉混紡紗的強度、條干和毛羽指標測試結果見表1。

表1 不同捻度錦綸/棉混紡紗質量指標測試結果

2.1 捻度與混紡紗質量指標相關性分析

通過SPSS軟件對捻度與錦綸/棉混紡紗強度、條干和毛羽測試結果進行相關性分析，結果如表2所示。

表2 錦綸/棉混紡紗質量指標與捻度的相關性分析

從表2可以看出：捻度與混紡紗的斷裂強度和粗節指標在95%置信區間內顯著相關；捻度與混紡紗斷裂強度CV值、斷裂伸長率、細節及毛羽指標在99%置信區間內顯著相關，且捻度與其相關關系非常緊密(相關系數在0.7以上);捻度與混紡紗斷裂伸長率CV值、條干CV值和棉結指標不存在顯著相關性。

2.2 捻度與混紡紗質量指標的回歸分析

2.2.1 散點圖趨勢分析及模型建立

由于捻度與錦綸/棉混紡紗斷裂強度、斷裂強度CV值、斷裂伸長率、粗節、細節及毛羽6個質量指標顯著相關，因此通過SPSS軟件，選取捻度為橫坐標，斷裂強度、斷裂強度CV值、斷裂伸長率、粗節、細節和毛羽指標為縱坐標，繪制其原始數據的散點圖，并根據散點圖上各散點的分布情況，做出回歸曲線，如圖1、2所示，很好地反映了捻度與混紡紗強伸性能、粗細節和毛羽指標的相關關系。

圖1 捻度與強伸性能回歸曲線

由圖1、2可以看出，錦綸/棉混紡紗的斷裂強度、斷裂強度CV值、斷裂伸長率、粗節、細節及毛羽6個質量指標隨捻度變化趨勢不是線性分布，故通過 SPSS軟件回歸分析中曲線估算分析的方法，分別擬合出捻度與該6個質量指標之間的最佳回歸模型，回歸方程及其判定系數、顯著性檢驗結果如表 3 所示。

2.2.2 強伸性能指標與捻度間回歸分析

從圖1(a)和表3看出：錦綸/棉混紡紗的斷裂強度隨著捻度的增大而增加，當捻度增大到一定值后，斷裂強度隨著捻度的增大反而呈下降趨勢。這是由于捻度增大使得紗線截面壓力增大，從而增加了纖維間相互滑移的摩擦力，所以在一定范圍內增加捻度可以增加紗線的強力，但過大的捻度可能對纖維造成損傷，從而使紗線強力減小[14]。

表3 錦綸/棉混紡紗質量指標與捻度的回歸方程

錦綸/棉混紡紗斷裂強度與捻度間關系符合二次曲線模型，判定系數R2為0.919的變異,說明捻度可以解釋因變量斷裂強度91.9%的變異，回歸方程顯著性檢驗P值為0.000<0.05，表明模型具有統計學使用意義。按回歸方程計算，當臨界捻度為1 228 捻/m時，相應的斷裂強度為8.1 cN/tex。

圖1(b)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗的斷裂強度CV值與捻度的回歸方程為三次曲線模型，判定系數R2為0.653，說明捻度可以解釋因變量斷裂強度不勻65.3%的變異，回歸方程顯著性檢驗P值為0.001<0.05，表明模型具有統計學使用意義。混紡紗斷裂強度CV值隨捻度增大先是上升，然后下降。按回歸方程計算，當捻度為1 307 捻/m時，曲線模型有極大值。

圖1(c)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗的斷裂伸長率隨捻度增大而增加。擬合的S型曲線回歸方程判定系數R2為0.627，說明捻度可以解釋因變量斷裂伸長率62.7%的變異，回歸方程顯著性檢驗P值為0.000<0.05，表明模型具有統計學使用意義。

2.2.3 粗細節及毛羽指標與捻度間回歸分析

圖2(a)、(b)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗粗細節均隨捻度增大而減少，當減少到一定程度時又隨著捻度的增大而增加，擬合方程均符合三次曲線模型，判定系數R2分別為0.790和0.748，擬合曲線比較接近，說明捻度分別可以解釋因變量粗節和細節79%和74.8%的變異，回歸方程顯著性檢驗P值為0.000<0.05，表明模型具有統計學使用意義。按回歸方程計算，當捻度為1 259和1 407 捻/m時，粗節和細節擬合曲線分別出現極小值。

圖2 捻度與粗細節、毛羽回歸曲線

圖2(c)和表3顯示：錦綸/棉混紡紗毛羽隨捻度增大先減小后趨于平緩。這是因為捻度越高，纖維抱合越好，紗線橫截面上纖維越緊密，使得伸出紗線基干表面的毛羽減少，擬合的S型曲線判定系數R2為0.971，說明捻度可以解釋因變量毛羽97.1%的變異，回歸方程顯著性檢驗P值為0.000<0.05，表明模型具有統計學使用意義。

2.2.4 模型的驗證

利用測試組數據對表3中的模型進行驗證，測試組數據與預測值間殘差結果如表4所示。可以看出，混紡紗的強伸性能、粗細節和毛羽指標的測試組數據與預測值間殘差絕對值均在3倍殘差標準差以內，并無異常點，驗證了表3中回歸模型的有效性。

表4 測試組數據與預測值間殘差結果

3 結 論

本文在其它工藝參數相同的條件下，采用傳統環錠紡紡制了16種不同捻度的錦綸/棉混紡紗，通過SPSS軟件建立了捻度與錦綸/棉混紡紗強伸性能、粗細節和毛羽指標的回歸模型，主要得出以下結論。

1)錦綸/棉混紡紗的斷裂強度與捻度擬合模型為二次擬合曲線，判定系數R2為0.919，臨界捻度為1 228捻/m，斷裂強度達到最高8.1 cN/tex。斷裂強度CV值與捻度擬合曲線為三次擬合曲線，斷裂強度CV值隨捻度增大先是上升后下降，模型判定系數R2為0.653，捻度為1 307 捻/m時，曲線模型有極大值。混紡紗的斷裂伸長率隨捻度的增大而增加，S型擬合曲線判定系數R2為0.627。

2)錦綸/棉混紡紗粗細節均隨捻度的增加而減小，當減到一定程度時又隨著捻度的增大而增加，三次擬合曲線判定系數R2分別為0.790和0.748，擬合曲線出現極小值時，捻度分別為1 259、1 407 捻/m。混紡紗毛羽隨捻度的增大先減少后趨于平緩，S型擬合曲線判定系數R2為0.971。

3)通過本文建立的模型可以依據錦綸/棉混紡紗紡紗過程中的捻度實現對其強伸性能、粗細節和毛羽各質量指標的預測和控制，也可以根據客戶對紗線質量指標的要求，快速設計和調整紡紗過程中紗線的捻度，減少對測試人員和檢測設備投入及其測試原料的浪費，達到高效節能的目的。