半精紡羊毛/滌綸長絲包芯竹節紗的結構與性能

葛陳鵬

(江蘇格羅瑞節能科技有限公司，江蘇 無錫 214000)

半精紡工藝是一種基于纖維原料特性和原料種類組合形式將毛紡工藝和棉紡工藝有機組合的紡紗技術[1-3]。進入21世紀以來，半精紡發展迅速，我國的半精紡紗線產地主要集中在山東、浙江、江蘇等地，目前全國半精紡紗線產能約50多萬錠。半精紡的快速發展要歸功于其對絨類纖維和含毛混紡類纖維的加工適應性[4]，以及其所紡紗線手感、外觀接近精梳毛紡紗線。

隨著社會的進步與發展，人們對紡織品的服用性能有更高要求，同時對外觀也有更多個性化需求。包芯紗技術對改善紗線性能具有重要作用，通過在短纖維紗線中引入長絲改善紗線強度和手感，并保留短纖維紗的外觀風格[5]。竹節紗作為花式紗線的典型品種，其粗細不勻的外觀效果可使服裝具有立體感和層次感，符合市場的個性化需求[6-8]。目前，針對半精紡羊毛包芯竹節紗的研究主要集中在產品開發和紡紗工藝方面[9-11]，針對具體的紗線結構和性能研究仍需進一步推進。

本文旨在探討半精紡羊毛/滌綸長絲包芯竹節紗的主要結構和性能，以及部分紡紗工藝參數對其影響規律，通過改變竹節長度、竹節倍率和紗線捻度，分析紗線捻度分布、竹節形態結構、紗線強力和耐磨性能變化規律。

1 包芯竹節紗紡制原理

竹節紗是在紡紗過程中使紗線粗細沿長度方向發生規律或者不規律的變化明顯的粗細節。常用的竹節紗裝置可分為兩大類：一類是前羅拉變速產生竹節；另一類是中、后羅拉變速產生竹節。目前，在實際生產中采用最多的是中、后羅拉變速竹節紗裝置，將中、后羅拉的傳動與前羅拉分離，采用伺服電動機驅動中、后羅拉，由可編程控制器程序化控制，在紡紗過程中改變中、后羅拉轉速，紡制竹節紗。其控制精度高、反應速度快。在細紗機上紡制非彈性長絲包芯紗的方法已經比較成熟，對于包芯竹節紗的生產，是在竹節紗的紡紗方法基礎上，通過在前羅拉處加入長絲，紡制成包芯竹節紗。包芯竹節紗紡制機制見圖1。

圖1 包芯竹節紗紡制機制

2 實驗部分

2.1 原料選擇

本次實驗選擇的羊毛粗紗干定量為0.8 g/m，為半精梳羊毛粗紗，原料為未染色國產羊毛，平均長度35.6 mm，平均細度20.3 μm；滌綸長絲線密度為3.33 tex、噴絲孔為18 F的全牽伸絲。

2.2 紡紗實驗方案

紡紗實驗在CCZ-X型多功能數控環錠細紗機上進行，所紡包芯竹節紗的基紗線密度25 tex，芯絲張力牽伸1.06倍，基紗總牽伸為32.0，后區牽伸1.2，紡紗錠速8 000 r/min，具體紡紗實驗方案見表1、2，其中表1中的實驗方案一中的試樣用于研究包芯竹節紗的竹節形態和竹節質量，表2中的實驗方案二中的試樣用于研究包芯竹節紗的捻度分布、紗線耐磨性和拉伸斷裂強力。

表2 紡紗實驗方案二

2.3 紗線結構與性能測試

2.3.1 竹節形態測試

采用YG381型手搖黑板機以最大間距將紗線纏繞在鋁合金鏤空黑板框上，以免掃描紗線圖像是紗線被壓扁影響被測紗線直徑結果，用佳能CanoScan 9000F Mark II掃描儀掃描紗線圖像，圖片分辨率4 800 dpi并標定圖像尺寸，使用Image Pro Plus圖像分析軟件測量紗線竹節直徑變化規律以及基紗平均直徑，試樣1#～6#各測試10次取平均值。

2.3.2 竹節質量測試

竹節質量測試采用切斷稱重法，選用梅特勒-托利多ME55十萬分之一天平(可讀性0.01 mg)，人工剪取50和100 mm的竹節以及100 mm基紗，分別稱取質量。

2.3.3 紗線捻度分布測試

采用Y331LN數字式紗線捻度儀，根據竹節和基紗的特點分別選取測試長度。根據竹節長度分別選取50和100 mm的竹節長度作為竹節捻度的測試長度，由于竹節長度較短，在退捻過程中可以人工觀察到完全解捻時纖維的伸直形態，所以竹節捻度測試采用直接計數法；而基紗長度較長，選取測試長度250 mm采用退捻加捻法測試基紗捻度。

2.3.4 紗線耐磨性能測試

采用LFY-109B型紗線耐磨儀，測試用砂紙目數600，張力砝碼10 g。試樣7#～15#各測試10次取平均值，由于樣品紗線為包芯竹節紗，人工記錄外包纖維與長絲發生滑移露出芯絲時的耐磨次數。

2.3.5 紗線拉伸斷裂強力測試

采用YG020A型電子單紗強力儀，拉伸速度500 mm/min。根據竹節和基紗的特點分別選取測試長度。根據竹節長度分別選取50和100 mm的竹節長度作為拉伸斷裂強力的測試長度；而基紗長度較長，選取測試長度250 mm。

3 結果與討論

3.1 竹節形態與質量分析

包芯竹節紗成紗過程為動態過程，通過在線改變羅拉牽伸倍數調整成紗直徑，但是紗線由短纖維構成，隨著牽伸的變化，具有一定長度的纖維改變排列間距時會有延續，所以竹節形態并不能達到理想狀態。紗線直徑尺度一般在幾百微米級，直接測量難度較大，本文采用掃描儀以高分辨率掃描竹節紗形態，借助Image Pro Plus軟件分別對竹節和基紗等間距取樣測量該位置紗線直徑，測量結果如圖2、3所示，由圖示出整段竹節的直徑變化呈拋物線狀，竹節部分直徑變化整體呈先上升后下降趨勢，且竹節中間部分有一段相對比較穩定的片段。竹節長度為50 mm的竹節紗，其基紗平均直徑為0.21 mm，設定竹節倍率分別為1.5、2.0和2.5倍時，其所對應竹節直徑峰值分別為基紗直徑的1.33、1.76和1.95倍。對于竹節長度為100 mm的竹節紗，基紗平均直徑為0.21 mm，設定竹節倍率分別為1.5、2.0和2.5倍時，其所對應竹節直徑峰值分別為基紗直徑的1.43、1.81和2.00倍。對于同一竹節倍率的竹節紗，所紡竹節長度越長，其最大直徑越大，即實際竹節倍率更接近設計竹節倍率。

圖2 50 mm長竹節直徑變化

圖3 100 mm長竹節直徑變化

竹節和基紗片段紗線的質量測試結果見表3。100 mm基紗平均質量為2.85 mg，50 mm竹節的質量是等長基紗質量的1.15倍(竹節倍率1.5倍)、1.38倍(竹節倍率2.0倍)、1.73倍(竹節倍率2.5倍)，100 mm竹節的質量是等長基紗質量的1.25倍(竹節倍率1.5倍)、1.46倍(竹節倍率2.0倍)、1.85倍(竹節倍率2.5倍)。測試結果表明所紡竹節紗符合設計竹節的長度，其竹節平均線密度低于設計竹節倍率所對應的線密度。

表3 竹節與基紗片段質量

3.2 竹節紗捻度分布與紗線性能分析

竹節紗中竹節與基紗片段的捻度分布由紗線內扭矩決定，而紗線扭矩受纖維拉伸模量、纖維扭轉剛度、纖維抗彎剛度、紗線捻度和紗線直徑影響，竹節紗上紗線直徑是變化的，所以在相同扭矩下，竹節片段與基紗片段的紗線捻度不同。不同竹節倍率和捻系數下所紡紗線竹節捻度和基紗捻度的分布見表4，由表示出，同捻系數下隨著竹節倍率的增大，竹節捻度降低，基紗捻度增大；同竹節倍率下隨著捻系數的增大，竹節和基紗捻度均增大。

表4 竹節與基紗片段捻度

對于短纖維紗線拉伸斷裂時存在纖維的斷裂和纖維的滑移，而竹節紗中隨著竹節倍率和竹節長度的變化，紗線捻度分布也跟隨變化，導致基紗和竹節強力變化。不同竹節倍率和捻系數時的竹節強力和紗線強力見表5，示出在同一竹節倍率下，基紗強力和竹節強力都隨捻系數的增大而增大，這是由于在一定范圍內增加紗線捻度，基紗和竹節捻度都會增大，隨著紗線內纖維抱合力的增大，拉伸斷裂過程中紗線中纖維的斷裂和滑移也會減少，紗線強力增大?；啅娏缀醪皇苤窆澅堵首兓挠绊?，同一捻系數下，不同竹節倍率時，基紗強力差異很小。竹節強力隨竹節倍率的變化非常明顯，且變化規律較為復雜，在竹節倍率為1.5和2.0倍時，竹節強力隨著捻系數增大而增大，相同捻系數下竹節倍率大且其對應的竹節強力也較大，當竹節倍率增大至2.5倍時，竹節強力明顯下降，明顯低于竹節倍率為1.5和2.0倍時的竹節強力。這是由于竹節捻度隨竹節倍率變化，而竹節強力受捻度和竹節內纖維根數雙重影響。竹節倍率由1.5倍增加至2.0倍時，竹節截面內纖維根數增加，雖然竹節捻度略有減少，此時纖維根數的增加對竹節強力增大起主導作用，當竹節倍率增大至2.5倍時，竹節捻度明顯減小，雖然此時竹節截面內纖維根數仍然增多，但是捻度的明顯減少導致了纖維間抱合力明顯降低和竹節強力降低。

表5 竹節與基紗片段強力

半精紡工藝雖然具有一定優勢，但半精紡紗織物抗起毛起球性較差、易掉毛。紗線耐磨性是羊毛/滌綸包芯竹節紗的重要性能，紗線中滌綸長絲作為芯絲被羊毛纖維包裹在紗線內部，因此在受到外力摩擦時，羊毛纖維先解體滑脫，緊接著芯絲繼續受到外力摩擦，滌綸長絲慢慢被磨斷，紗線最終斷裂。當羊毛纖維從芯絲上滑脫，紗線外觀已經明顯受損，幾乎失去使用價值，所以本文測試了外包羊毛纖維從芯絲上完全滑脫時的紗線摩擦次數作為衡量紗線耐磨性的指標。

表6示出竹節倍率和捻系數不同時紗線耐磨性能的變化規律，可知在同一竹節倍率下，基紗耐磨次數和竹節耐磨次數都隨捻系數的增大而增多，這是由于增加紗線捻度，基紗和竹節捻度都增大，隨著紗線內纖維抱合力的增大，紗線與物體摩擦過程中其表面纖維不容易被抽出紗體，而是纖維本身被物體磨損，紗線耐磨次數增多；與強力類似，基紗耐磨次數幾乎不受竹節倍率變化的影響，同一捻系數下，不同竹節倍率時，基紗耐磨次數差異較??；竹節耐磨次數隨竹節倍率的變化規律較為復雜，在竹節倍率為1.5和2.0倍時，竹節耐磨次數隨著捻系數增大而增大，相同捻系數下竹節倍率大對應竹節耐磨次數也較大，當竹節倍率增大至2.5倍時，竹節耐磨次數明顯下降，明顯低于竹節倍率為1.5倍和2.0倍時的竹節耐磨次數。對于包芯竹節紗，紗線耐磨性變化規律與紗線強力變化規律比較類似。

表6 竹節與基紗片段耐磨性

4 結 論

本文從半精紡羊毛包芯竹節紗的結構和性能方面，采用圖像法和切段稱重法對竹節形態和竹節質量進行研究，并對竹節紗捻度分布、強力和耐磨性進行測試分析，得出以下主要結論：

對于半精紡羊毛/滌綸長絲包芯竹節紗，同一竹節倍率竹節紗，所紡竹節長度越長，其最大直徑越大，即實際竹節倍率更接近設計竹節倍率；所紡竹節紗符合設計竹節長度，其竹節平均線密度低于設計竹節倍率所對應的線密度；同一捻系數，不同竹節倍率時，基紗強力差異很??；在竹節倍率為1.5和2.0倍時，竹節強力隨著捻系數增大而增大，相同捻系數下竹節倍率大對應竹節強力也較大，當竹節倍率增大至2.5倍時，竹節強力明顯下降，明顯低于竹節倍率為1.5和2.0倍時的竹節強力。對于包芯竹節紗，紗線耐磨性變化規律與紗線強力變化規律相似。