混紡比對芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗性能的影響

李向紅，馬 軍

（1.河北科技大學紡織服裝學院，河北石家莊 050018；2.河北省紡織服裝工程技術研究中心，河北石家莊 050018）

混紡比對芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗性能的影響

李向紅1，2，馬 軍1，2

（1.河北科技大學紡織服裝學院，河北石家莊 050018；2.河北省紡織服裝工程技術研究中心，河北石家莊 050018）

在國產設備上紡制不同比例的芳砜綸／芳綸1313混紡紗，成紗性能測試結果表明：混紡比例對混紡紗條干有一定影響，隨著芳砜綸纖維含量的增加，芳砜綸／芳綸1313混紡紗的條干得到改善，這種改善主要歸因于2種纖維摩擦性能差異導致的附加不勻減小，由于混紡比改變造成的纖維數量變化和纖維直徑不勻變化對紗條隨機不勻的影響不明顯；芳砜綸／芳綸1313混紡紗的斷裂以斷裂滑脫為主，混紡比例對成紗斷裂強度和斷裂伸長率的影響不顯著；混紡比例影響成紗截面內的平均纖維根數，成紗毛羽隨著細度較大的芳砜綸纖維含量的增加而減少。采用加權Borda數法進行模糊決策分析，在一定條件下，混紡質量分數之比為80／20的芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗質量最優。

芳砜綸纖維；芳綸1313；混紡比；條干；斷裂強度；斷裂伸長率；Borda數法

芳砜綸，學名“聚苯砜對苯二甲酰胺纖維”，屬于對位芳綸，分子結構具有對苯結構和砜基，化學結構獨特穩定，具有耐久的熱穩定性和熱防護性。芳綸1313，學名 “間苯二甲酰間苯二胺”，屬于間位芳綸，分子排列呈規整的鋸齒形，具有持久的熱穩定性，在350℃以下不會發生明顯的分解和碳化，阻燃性能優良［1］。將具有本質阻燃特性的2種纖維混紡，一方面提高芳砜綸纖維的可紡性能，同時改善芳綸1313纖維的染色性能。

1 原 料

采用上海特安綸公司生產的芳砜綸與煙臺氨綸股份有限公司生產的芳綸1313，通過賽絡紡紗技術，紡制芳砜綸纖維質量分數分別為80%，75%，70%，60%，50%的42tex混紡紗，捻系數為319。

芳砜綸纖維性能指標：細度2.22dtex，長度38mm，斷裂強度2.47cN／dtex，斷裂伸長率31.3%，極限氧指數33%；芳綸1313纖維性能指標：細度1.67dtex，長度38mm，斷裂強度3.61cN／dtex，斷裂伸長率37.1%，極限氧指數29.33%。

2 實驗儀器及結果分析

采用YG1718-2型紗線毛羽測試儀測試1～9mm的毛羽指數。測試速度為30m／min，測試長度為100m，每管紗測試1次。

采用YG020B型電子單紗強力儀測試單紗斷裂強度、斷裂伸長率。試樣夾距為500mm，拉伸速度為5m／min，每管紗測試30次。

采用YG136條干均勻度測試分析儀測試紗線條干CV值和每千米細節、粗節、棉結指標。走紗速度為400m／min，測試時間為1min，每管紗測試1次。

各項成紗質量指標，測試10管紗，計算平均值。

混紡紗性能指標如表1所示。

表1 不同混紡比例的成紗性能指標Tab.1 Properties of different polysulfone／meta-aramid blended yarns

2.1 混紡比與成紗條干的關系

根據成紗條干均勻度測試結果，擬合出混紡比與條干CV值關系曲線，如圖1所示，二次曲線關系式為F（x）＝－62.916 8x2＋78.985 3x－12.654 9。

圖1 成紗條干CV值與混紡比的關系曲線Fig.1 Relation between yarn evenness and polysulfone／meta-aramid blending ratio

圖1顯示，隨著芳砜綸纖維含量的增加，混紡紗條干有進一步改善的趨勢。影響成紗條干均勻度的因素很多，如原料性能、半制品結構以及紡紗工藝等。紗條不勻分為隨機不勻和附加不勻，由于原料性能差異造成的不勻是隨機不勻，纖維的長度、細度、整齊度及細度不勻都影響到紗條的隨機不勻，在紡制一定細度的紗條時，纖維細度決定著成紗截面中的平均纖維根數，對在紡紗過程中因纖維隨機排列而引起的不勻率有較為顯著的影響［2］。

根據Martindale成紗不勻理論，成紗的理論極限不勻率的一般表達式［3］（不考慮纖維的細度不勻時）為

式中n為紗條某一截面內纖維根數，截面內纖維根數越多，則成紗不勻率越小。但如果考慮到纖維的細度不勻的影響，則成紗的極限率由Martindale公式表示為式中Cf為纖維的直徑不勻。由Martindale紗條極限不勻公式（2）可以看出，紗條極限不勻由成紗截面內纖維根數和截面積不勻2部分決定，亦即纖維的細度及其不勻對成紗不勻都有著直接的影響。

雙組份纖維混合，混紡比分別為k1，k2（k1＋k2＝1），2組份纖維線密度分別為T1，T2，直徑d1，d2，纖維密度ρ1，ρ2，纖維直徑不勻C1，C2，混合纖維的平均線密度T′，平均直徑d，直徑不勻率Cf，若成紗線密度為T，則成紗截面內的纖維根數為［4］

雙組份混紡紗，混合纖維平均線密度T′按重量加權計算［5］，

即

混合纖維直徑不勻率

纖維直徑

式中ρ為各種成分纖維密度，由于2種纖維的密度接近，因而采用重量加權的方法計算混合纖維的平均直徑，即

通過式（3）—式（8）對實驗中數據進行分析，得到如表2所示的計算結果。

表2 芳砜綸／芳綸1313混紡紗不勻率對比Tab.2 Difference of polysulfone／meta-aramid blended yarns irregularities

計算結果顯示，隨著芳砜綸纖維含量的增加，CA和CB呈現相同的微增長趨勢，成紗截面中的平均纖維根數以較小幅度遞減，混合纖維直徑不勻率呈現微弱下降。當成紗截面內纖維根數少時，混合纖維的直徑不勻率減小，纖維根數變化和混合纖維直徑不勻率變化對成紗不勻的影響有互補的傾向。結果表明，纖維細度對紗條不勻的影響要稍大于纖維直徑不勻率對紗條條干的影響，由于兩者的變化都很微小，因此混紡比的改變對紗條隨機不勻的影響不明顯。

紡紗工藝不完善和機械狀態不穩定造成紗條的附加不勻。喂入半制品粗細不勻和結構不勻、紡紗工藝不合理等產生的牽伸波以及機械部件或傳動齒輪狀態不良產生的機械波都會導致紗條附加不勻加劇。纖維的摩擦性能差異會改變摩擦力界分布，進而影響到對運動纖維的控制。本實驗中，2種纖維的摩擦性能存在差異，采用Y151型纖維摩擦系數測定儀測試結果如表3所示。

表3 芳砜綸和芳綸1313纖維摩擦性能Tab.3 Friction property of polysulfone and meta-aramid fibers

表3數據說明，芳砜綸和芳綸1313纖維的摩擦系數都很小，芳綸1313纖維的摩擦系數比芳砜綸纖維還小，隨著芳砜綸纖維比例的增大，纖維受到的摩擦力增大，摩擦力界增強，在牽伸過程中，對纖維的控制能力提高，不規則變速的纖維比例降低，因而紗條條干有了一定程度的改善。

2.2 混紡比與成紗強伸性能的關系

根據混紡紗強伸性能的測試結果，擬合出成紗斷裂強度與芳砜綸纖維含量（混紡比）的關系曲線，如圖2所示，二次曲線方程為F（x）＝－2x2＋5.16x＋18.851。圖3為成紗斷裂伸長率與芳砜綸纖維含量（混紡比）的關系曲線，F（x）＝－15.823x2＋23.103 3x＋9.731 3。

由于芳砜綸質量分數為75%的混紡紗采用的是經二次處理過的原料，纖維強度有了一定程度的損傷，斷裂強度測試結果僅作參考。圖2顯示，混紡紗的斷裂強度隨著芳砜綸纖維質量分數的增加存在進一步提高的趨勢，但變化幅度較小，絕對變化量在1.15cN／tex，這說明混紡比例對成紗斷裂強度的影響并不顯著。原料性能、成紗結構、成紗均勻度、成紗線密度等都會影響成紗強度，觀察紗線斷面，發現斷口呈現松散的毛筆頭形狀，這說明芳砜綸／芳綸1313混紡紗斷裂，纖維滑脫現象嚴重。紗線在拉伸過程中，由于外層纖維的圓柱螺旋線長，伸長多，張力大，因而最容易斷裂。加捻時，2種原料的細度差異，使得纖維的內外轉移能力不同，細度小的芳綸1313纖維有優先向紗中心分布的趨勢，細度大的芳砜綸纖維分布在紗的外層，因此，受到拉伸時，處于外層的斷裂伸長能力小的芳砜綸纖維先斷裂，隨后中內層的纖維逐漸斷裂滑脫。隨著芳砜綸纖維比例減小，芳綸1313纖維的比例逐漸增加，但芳砜綸纖維的含量一直高于芳綸1313纖維的含量，直到混紡比例達到50／50（質量分數之比），因此，芳砜綸纖維在混紡紗的拉伸過程中主要承擔拉伸力。隨著芳綸1313纖維質量分數的增加，成紗截面內纖維根數增多，增多的纖維大多處于紗的內層，芳砜綸和芳綸1313纖維的摩擦系數較小，纖維間的抱合能力較弱，當外層纖維斷裂或滑脫后，內層的芳綸1313纖維將從紗中抽拔出來，形成滑脫，因此混紡紗的斷裂強度沒有隨著混紡比的改變發生明顯變化。

混紡紗斷裂伸長率與單纖維斷裂伸長能力、成紗結構、成紗線密度等因素有關。本實驗中，由于2種纖維的細度不同，在成紗截面中分布的位置不同，隨著芳砜綸纖維含量的增加，成紗截面中纖維根數減少，由于纖維間的摩擦系數小，抱合能力差，導致混紡紗的拉伸斷裂以大部分的纖維滑脫為主，因此，混紡紗的斷裂伸長率也沒有發生非常明顯的變化。

2.3 混紡比與成紗毛羽指數的關系

成紗毛羽指數與混紡比的關系曲線如圖4所示，F（x）＝－193.279 3x2＋235.972 5x－46.594 4。

圖4顯示，當芳砜綸質量分數超過60%時，混紡紗毛羽指數隨著芳砜綸纖維含量增加而降低。本研究中，采用賽絡紡紗技術減少成紗毛羽。紗線毛羽是指暴露在紗線主干外的纖維頭端或尾端，如果在加捻過程中，纖維的兩端沒有被捻合到紗的主體部分，外露的纖維端便形成了毛羽。纖維的物理特性、成紗線密度、紡紗工藝參數、機械條件和車間溫濕度都會影響到成紗毛羽。在本實驗中，筆者認為，成紗截面內纖維根數的變化是導致混紡紗毛羽減少的主要原因。如前所述，隨著芳砜綸纖維含量的增加，成紗截面內纖維總根數減少，在加捻過程中，纖維頭端暴露在紗線表面的機會減少。由于芳砜綸和芳綸1313纖維的摩擦系數都較小，纖維間抱合力很差，同時由于芳砜綸纖維的體積比電阻較高，在成紗過程中因纖維與纖維之間、纖維與機件之間的相互摩擦而產生較多的靜電。靜電作用使纖維之間相互排斥，容易使纖維之間相互翹離、分散，從而形成毛羽，這也是芳砜綸混紡紗毛羽較為嚴重的主要原因。

圖4 毛羽指數與混紡比的關系曲線Fig.4 Relation between yarn hairiness and polysulfone／meta-aramid blending ratio

3 不同混紡比的紗線性能模糊決策分析

為了對5種不同混紡比的紗線進行優劣對比，采用加權Borda數法進行模糊決策分析。

3.1 加權 Borda數法［6－7］

設U＝｛u1，u2，…，un｝為某個需要模糊綜合的集合，給出了元素k種排序意見L1，L2，…，Lk，按客觀情況給出相應權數f1，f2，…，fk，令B（x）為Li中排在x后的元素個數，其中x∈U，記

按B（x）從大到小對U中的元素進行排序，得到新的模糊綜合意見。

3.2 結果分析

表4 不同混紡比的芳砜綸／芳綸1313混紡紗數Tab.4 Bordas of different polysulfone／meta-aramid blended yarns

根據Borda數的大小，排序如下：U1，U3，U5，U2，U4，不同比例混紡紗綜合性能的優劣順序為P80，P70，P50，P75，P60，即在本實驗中，芳砜綸／芳綸1313混紡紗的成紗質量從優到劣對應的混紡比依次為80／20，70／30，50／50，75／25，60／40。

4 結 論

不同細度的芳砜綸與芳綸1313纖維混紡，混紡比例對成紗性能有一定影響。

1）隨著芳砜綸纖維含量的增加，混紡紗條干得到改善。混紡比例的變化會改變成紗截面內平均纖維根數和纖維直徑不勻率，但纖維數量變化和纖維間直徑不勻率變化對成紗隨機不勻的影響并不明顯。纖維的摩擦性能差異造成紗條附加不勻減小，是使混紡紗條干改善的主要原因。

2）芳砜綸／芳綸1313混紡紗的斷裂以斷裂滑脫為主，混紡比例對混紡紗斷裂強度的影響并不顯著，混紡紗的斷裂伸長率變化不明顯。

3）芳砜綸和芳綸1313纖維的細度不同，混紡比的變化會改變成紗截面內平均纖維根數，隨著芳砜綸纖維含量的增加，成紗截面內平均纖維根數減少，混紡紗的毛羽指數降低。

4）經過模糊決策分析，本實驗中芳砜綸／芳綸1313混紡紗成紗質量從優到劣的順序是80／20，70／30，50／50，75／25，60／40。

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Effect of polysulfone／meta-aramid blending ratio on blended yarn property

LI Xiang-hong1，2，MA Jun1，2
（1.College of Textile and Garment，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2.Hebei Province Research Center of Engineering and Technology of Textile and Garment，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

Polysulfone and meta-aramid fibers were blended to spin yarns on domestic equipment.The results show that blending ratio has some effect on yarn evenness.Polysulfone and meta-aramid blended yarn evenness gets better with the increasing polysulfone blending ratio.It results from the decrease of additional unevenness caused by the difference of the fibers friction property.Fiber linear density unevenness and the number of fibers have little effect on yarn evenness.When polysulfone and Meta-aramid blended yarn breaks，slippage occurs considerably，while yarn breaking strength and breaking elongation change slightly.The number of fibers in the section of the blended yarn varies with blending ratio.Yarn hairiness decreases when polysulfone blending ratio increases.Borda method was used to analyze the blended yarn quality.It shows that when the polysulfone ratio is 80percent，the blended yarn quality is the best.

polysulfone fiber；meta-aramid fiber；blending ratio；yarn evenness；breaking strength；breaking elongation；Borda method

TS106.8

A

1008-1542（2011）04-0391-06

2011-01-12；責任編輯:張 軍

石家莊市科技局科技計劃項目（10119391A）

李向紅（1970-），女，河北唐山人，副教授，主要從事紡織新產品的開發及紡織材料性能方面的研究。