精梳工藝對混色紗纖維徑向混和效果的影響

張蕾蕾 任家智,2 陳宇恒,2 楊天琪 馮清國,2

（1.中原工學(xué)院，河南鄭州， 450007；2.先進(jìn)紡織裝備技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州， 450007）

不同特性和顏色的滌綸與粘膠纖維制成的混色紗兼具挺括耐磨、吸濕透氣等特點(diǎn)，紗體色澤飽滿、結(jié)構(gòu)立體，表面呈現(xiàn)色彩變幻的藝術(shù)效果，廣泛用于針織面料等服用領(lǐng)域［1-3］。混色紗中纖維混和均勻性是評價紗線質(zhì)量的重要指標(biāo)［4-6］，它對紗體外觀質(zhì)量與紗線性能有著重要的影響。傳統(tǒng)滌粘混紡工藝將滌綸與粘膠纖維按照一定比例混和喂入開清棉、梳棉工序制成滌粘混紡生條，再通過兩道并條、粗紗、細(xì)紗工序制成滌粘混色紗線［7］。為進(jìn)一步提高化纖混紡紗質(zhì)量，有學(xué)者提出了化纖精梳工藝路線，利用精梳機(jī)對棉型化纖進(jìn)行梳理加工，獲得質(zhì)量較好的化纖精梳紗線［8-9］。目前，化纖精梳的研究主要集中在工藝參數(shù)優(yōu)化與梳理專件選擇等方面［10-11］，尚未涉及精梳工藝對化纖精梳混紡紗纖維混和效果的研究。

為探討精梳工藝對滌粘混色紗纖維徑向混和效果的影響，基于切片成像法觀察混色紗橫截面切片內(nèi)的纖維混和情況，建立了紗線截面內(nèi)纖維徑向混和不勻率的數(shù)學(xué)模型；采用滌粘普梳混紡工藝路線與滌粘精梳混紡工藝路線分別制備兩種混紡比的滌粘混色紗，計算兩種混色紗纖維徑向混和不勻率，為合理評價滌粘精梳混紡工藝路線提供理論依據(jù)。

1 混色紗橫截面纖維徑向混和不勻率的評價

1.1 紗線橫截面徑向分區(qū)

利用哈氏切片器，采用羊毛包埋紗線的方法，沿著紗體縱向每間隔100 m 制備1 個橫截面切片，共制備m個切片樣本，如圖1（a）所示。采用電子顯微鏡觀察截面切片，獲取混色紗橫截面切片圖像，以紗線截面中心為圓心，設(shè)圓心到最外側(cè)纖維的距離為半徑r，將圓半徑r進(jìn)行n等分，分別以r/n、2r/n、3r/n、…、nr/n為半徑作圓，形成n個圓環(huán)，自內(nèi)層向外層依次為1 層、2 層、…、j層，1≤j≤n，如圖1（b）所示。

圖1 紗線橫截面徑向分區(qū)

1.2 混色紗橫截面纖維徑向混和不勻率

混色紗徑向不勻率應(yīng)包括m個切片內(nèi)各同心圓纖維層的纖維混紡比引起的內(nèi)不勻CVjn及m個切片間的纖維混紡比引起的外不勻CVjw。計算混色紗橫截面的纖維徑向混和不勻率，可以充分評價纖維在紗線截面內(nèi)的徑向分布情況。如圖1（a）所示，設(shè)第i個橫截面內(nèi)的滌綸根數(shù)為ai、粘膠纖維根數(shù)為bi，滌綸、粘膠纖維的線密度分別為Nta、Ntb，第i個截面內(nèi)滌綸的質(zhì)量百分比為Mi，見式（1）。

如圖1（b）所示，設(shè)第i個混紡紗橫截面第j個同心圓內(nèi)的滌綸根數(shù)為aij、粘膠纖維根數(shù)為bij，該同心圓滌綸的質(zhì)量百分比為Mij（1≤i≤m，表示第i個混紡紗截面；1≤j≤n，表示第j個同心圓），見式（2）。

第i個混紡紗橫截面徑向j個同心圓的滌綸質(zhì)量百分比的方差，見式（3）。

m個橫截面徑向j個同心圓的滌綸質(zhì)量百分比的組內(nèi)方差見式（4）。

設(shè)m個混紡紗橫截面內(nèi)滌綸的平均根數(shù)為am、粘膠纖維的平均根數(shù)為bm，m個截面滌綸平均質(zhì)量百分比為Ma，見式（5）。

m個橫截面切片間的滌綸質(zhì)量百分比的組間方差，見式（6）。

根據(jù)方差相加定理，m個橫截面的滌綸徑向質(zhì)量百分比的總方差，見式（7）。

混色紗橫截面內(nèi)滌綸的徑向混和不勻率CVa，見式（8）。同理，可計算粘膠纖維的徑向混和不勻率CVb。

2 試驗

2.1 原料與切片制備

紅色滌綸、藍(lán)色粘膠纖維規(guī)格均為38 mm×1.65 dtex。采用羊毛包埋滌粘混色紗，利用YG172 型哈氏切片器獲取不同混紡工藝制成的混色紗橫截面切片，在VHX-600E 型超景深電子顯微鏡下觀察切片，獲取混色紗橫截面圖像，統(tǒng)計纖維分布情況。

2.2 紡紗工藝流程

傳統(tǒng)滌粘普梳混紡工藝流程是將滌綸與粘膠纖維按照一定比例稱重混和喂入開清棉、梳棉工序，制成滌粘普梳混紡生條，再通過并條（兩道）、粗紗、細(xì)紗工序制成滌粘混色紗。該工藝滌綸和粘膠纖維只經(jīng)過梳棉機(jī)的梳理作用，混色紗質(zhì)量難以滿足高檔面料的加工需求。

新型滌粘精梳混紡工藝流程引入了化纖精梳工藝，將滌綸、粘膠纖維喂入開清棉、梳棉工序，制成滌粘普梳生條，通過精梳準(zhǔn)備工序制成滌粘混和小卷，再將小卷置于精梳機(jī)上進(jìn)行加工，利用錫林與頂梳的梳理特點(diǎn)，排除小卷中的疵點(diǎn)、并絲，改善棉型化纖的伸直度、平行度與分離度，實(shí)現(xiàn)混色紗質(zhì)量的提高。由于精梳機(jī)具有牽伸、并合作用，該工藝有利于提升滌綸、粘膠纖維的均勻混和效果。

2.3 試驗方案

采用兩種不同的混紡工藝路線分別紡制滌/粘混紡比為65/35、50/50 的28.1 tex 普梳混色紗和精梳混色紗。采用哈氏切片器、超景深電子顯微鏡獲取不同紗線的橫截面切片圖像，將紗線橫截面劃分5 個同心圓徑向分區(qū)，統(tǒng)計各區(qū)域內(nèi)滌綸、粘膠纖維根數(shù)，計算不同混色紗橫截面纖維層內(nèi)纖維質(zhì)量百分比的組內(nèi)方差與組間方差，算得纖維徑向混和不勻率，比較不同混紡工藝對纖維徑向混和效果的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 滌/粘混紡比為65/35 時的纖維徑向混和不勻率

分別在滌粘普梳混色紗和滌粘精梳混色紗的不同紗體位置制備6 個橫截面切片樣本，利用繪圖軟件確定混色紗橫截面的圓心與外邊界圓，將外邊界圓半徑進(jìn)行5 等分，由內(nèi)至外劃分為5 個同心圓纖維層。滌粘普梳混色紗和滌粘精梳混色紗各切片樣本的橫截面內(nèi)各纖維層的纖維根數(shù)與滌綸質(zhì)量百分比統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。由表1 可知，混色紗橫截面內(nèi)從第1 層到第4 層纖維根數(shù)逐漸增多，不同切片之間的滌粘混紡比波動變小，并逐漸趨向65/35。這是由于內(nèi)層纖維較少，纖維根數(shù)的微小變化使混紡比產(chǎn)生較大的波動，而外層纖維較多，纖維根數(shù)的變化對混紡比的影響較小，實(shí)際混紡比與設(shè)計混紡比更加接近。由于混色紗非完全圓形，第5 層的纖維根數(shù)減少，不同切片之間的滌粘混紡比波動較第4 層增大。

表1 滌/粘混紡比為65/35 時混色紗橫截面內(nèi)各纖維層的纖維根數(shù)與滌綸質(zhì)量百分比

根據(jù)表1 所示滌綸質(zhì)量百分比，計算混紡紗纖維層內(nèi)滌綸質(zhì)量百分比的組內(nèi)方差、組間方差、總方差，根據(jù)滌綸平均質(zhì)量百分比Ma算得滌綸徑向混和不勻率CVa，見表2。由表2 可知，與滌粘普梳紗相比，滌粘精梳紗的滌綸徑向質(zhì)量百分比的組內(nèi)方差降幅達(dá)66.70%，組間方差降幅達(dá)74.47%，總方差降幅達(dá)67.04%，說明滌粘精梳紗截面內(nèi)各纖維層的纖維混和比例與整個截面的纖維混和比例更接近，差值更小；與滌粘普梳紗相比，滌粘精梳紗的滌綸徑向混和不勻率由15.72%降至8.98%，降幅42.88%；粘膠纖維徑向混和不勻率由30.28% 降至17.59%，降幅41.91%；說明滌粘精梳混紡工藝路線能夠顯著提高纖維的徑向混和均勻性；設(shè)計的滌/粘混紡比為65/35，紡制的普梳紗滌/粘實(shí)際混紡比為65.83/34.17，精梳紗滌/粘實(shí)際混紡比為66.19/33.81，兩種混紡工藝混紡比的誤差均能控制在1.5 個百分點(diǎn)以內(nèi)，但與滌粘精梳混紡工藝相比，滌粘普梳混紡工藝對混紡比的控制更加準(zhǔn)確，說明滌粘精梳過程中滌綸落纖量與粘膠落纖量存在微小的差異，使滌粘混紡比發(fā)生了變化。

表2 滌/粘混紡比為65/35 時的纖維徑向混和不勻率

3.2 滌/粘混紡比為50/50 時的纖維徑向混和不勻率

滌/粘混紡比為50/50 時的紗線橫截面纖維徑向分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3。由表3 可知，混紡紗橫截面內(nèi)從第1 層到第4 層，纖維根數(shù)逐漸增多，不同切片間的滌粘混紡比波動變小，滌/粘混紡比整體趨向50/50；同理，由于混色紗非完全圓形，第5層的滌綸混紡比波動較第4 層增大。

表4 滌/粘混紡比為50/50 時的纖維徑向混和不勻率

4 結(jié)論

本研究基于纖維成像法獲取了混紡紗橫截面的纖維分布情況，提出了一種混紡紗橫截面纖維徑向混和不勻率的測算方法，運(yùn)用該方法對滌粘普梳混紡工藝路線與滌粘精梳混紡工藝路線紡制的混紡紗纖維徑向混和效果進(jìn)行評價，結(jié)論如下。

（1）滌粘精梳混紡工藝路線能夠顯著提高紗線截面內(nèi)的纖維徑向分布均勻性。與滌粘普梳混紡紗相比，滌/粘混紡比為65/35 時，滌粘精梳混紡紗的滌綸徑向混和不勻率降幅為42.88%，粘膠纖維徑向混和不勻率降幅為41.91%；滌/粘混紡比為50/50 時，滌粘精梳混紡紗的滌綸、粘膠纖維徑向混和不勻率降幅分別為40.57%、39.55%。

（2）滌粘普梳混紡工藝路線與滌粘精梳混紡工藝路線均能有效控制滌粘混紡比的誤差在1.5個百分點(diǎn)以內(nèi)，但滌粘普梳混紡工藝路線對纖維混紡比的控制更加準(zhǔn)確。