纖維的長度特征對成紗的影響

郁崇文，匡雪琴，黃 晶

(東華大學 紡織學院，上海 201620)

纖維的幾何特征對紡紗加工及紗線質(zhì)量有直接影響。在纖維的幾何特征中，細度和長度對紡紗加工過程和成紗質(zhì)量影響最顯著。合理選擇長度適當?shù)睦w維可以兼顧紡紗和成紗綜合質(zhì)量。本文就纖維長度對紡紗的影響進行探討。

1 纖維長度對紡紗加工過程影響

從成紗原理［1］來看，纖維經(jīng)過開松、梳理、牽伸使其逐步且相互伸直平行排列，通過加捻形成具有一定強度的紗。顯然，在開松、梳理和牽伸過程中，纖維的長度、細度影響著加工過程。纖維短，有利于纖維的梳理、伸直，因此，紡紗加工流程中，加工短纖維的棉紡流程最短，而加工長纖維的毛、麻和絹的紡紗流程都很長。棉、毛、苧麻的精梳紡紗流程如下。

棉(長度30～37 mm)：開清→梳棉→預并→條并卷→精梳→并條(1～2道)→粗紗→細紗。

毛(長度70～85 mm)：和毛→梳毛→針梳(并條，3道)→精梳→針梳(4道)→粗紗→細紗。

苧麻(長度100～110 mm)：開松→梳麻→預并→針梳→精梳→并條→復精梳→針梳(4道)→粗紗(1～2道)→細紗。

可見，由于毛、麻等纖維較長，在開松、梳理過程中容易彎曲纏繞而產(chǎn)生較多的彎鉤乃至結粒，伸直纖維或排除結粒均需要更多的工序，因此，必須經(jīng)過針梳(相當于棉的并條)工序完成纖維伸直和排列成紗，且整個紡紗加工的速度也比棉纖維的低很多。由于苧麻纖維比毛纖維更長，所以，盡管其紡紗設備類似于毛紡，但并不能直接采用毛紡設備進行紡紗，而其本身由于規(guī)模小，設備陳舊，更新幾乎停滯，生產(chǎn)效率遠比毛紡低。

2 纖維長度對成紗質(zhì)量的影響

大量的短纖維在加工過程中，其在紗中的排列有一定的隨機性(見圖1)，排列受到纖維幾何特征長度和細度的影響。

圖1 纖維在紗中的排列Fig.1 Arrangement of fibers in yarn

一般認為，短纖維的長度對成紗質(zhì)量是正相關的，即纖維的長度長，則成紗質(zhì)量好，但這都是有前提的，即纖維的長度在一定范圍內(nèi)時，適當?shù)拈L度有助于纖維間的結合。因此，棉紡對纖維長度遠比苧麻、毛和絹紡重視得多。

2.1 纖維長度對成紗均勻度的影響

纖維長度對成紗不勻的影響直接取決于纖維的排列分布，也引起了眾多學者的關注。Martindale［2-4］的基于截面內(nèi)纖維根數(shù)及纖維細度變異的成紗極限不勻公式得到廣泛應用，該公式在假設纖維等長和伸直的情況下，提出了各成紗截面不勻的極限值：

式中：n為紗條截面內(nèi)纖維根數(shù);Cd為纖維直徑不勻。

顯然，纖維的細度越細，成紗的不勻越小。該式由于只反映了紗條各截面的不勻，因此，與實際紗條片段長度的不勻有一定的差異，也無法反映纖維長度對成紗不勻的影響，但此公式仍在紡織行業(yè)實際生產(chǎn)及理論研究中得到廣泛應用。

Moon Won Suh［4-5］考慮了紗條的片段長度不勻，從而引入了纖維長度的因素，提出了基于纖維長度推演的紗線條干理論不勻的表征模型，采用紗條片段內(nèi)所有纖維長度總和的不勻來表征紗條片段間的理論不勻。一定長度的紗條片段間的纖維總長度不勻，即成紗理論不勻為

式中：ST(L)為設定片段長L的紗條內(nèi)所有纖維的長度總和，等價1根長度為x的纖維在任意設定的紗條片段長度L內(nèi)所截得纖維段長度;n為紗條截面內(nèi)纖維平均根數(shù);N(L)為L片段紗條內(nèi)截得的纖維總根數(shù)，當片段長度 L→0計算紗條各截面的不勻時，該式與Martindale(不考慮纖維線密度不勻)的表達式相同。

由于上式中綜合考慮了纖維長度、截取紗條片段長度L和截面內(nèi)纖維平均根數(shù)n這3個變量，將成紗條干理論不勻的表征向前推進了一步。按照該式，在纖維等長情況下，成紗條干均勻度隨纖維長度的變化規(guī)律如圖 2［3］所示。

圖2 纖維長度與成紗不勻的關系Fig.2 Relationship between fiber length and yarn unevenness

由圖2可見，當纖維長度增加時，成紗的條干不勻也相應增加，但當長度達到一定程度后，長度對均勻度的影響就不顯著了。文獻［6-7］基于實驗也得出了類似的結論。賈博深等［6］用不同切斷長度的苧麻精干麻在棉紡設備上紡苧麻/棉(55/45)的52 tex紗時，得到纖維長度與成紗條干均勻度的關 系見表1。

表1 不同切斷長度的苧麻纖維對成紗均勻度的影響Tab.1 Influence of different cut ramie fiber lengths on yarn evenness

上海紡織研究院［8-9］用不同切斷長度的苧麻分別與相同的中長滌綸纖維混合后，成紗質(zhì)量如表2所示。

表2 不同混合原料(末并條)的纖維長度對成紗質(zhì)量的影響Tab.2 Influence of different fiber lengths with blended materials on yarn quality

從表1、2的結果來看，影響成紗均勻度的長度因素有短纖維率和長度不勻率等，但總的看來，還是體現(xiàn)了纖維長度短則成紗均勻度好的趨勢，這與前面的理論分析是一致的。

楊秀峰等［7］采用不同長度的1.57 dtex滌綸分別紡制13.1 tex的紗，得出以下結論：當纖維長度在32～51 mm時，成紗條干較好;而隨著纖維長度的增加，當纖維過長(64mm以上)時，成紗條干顯著惡化。

董澤文［9］、鄒成路［10］等采用不同長度的芳砜綸分別在棉型和毛型設備上進行紡紗，得出的結果如圖3、4所示。

圖3 芳砜綸長度對成紗均勻度的影響Fig.3 Influence of polysulfonamide fiber length on yarn evenness

圖4 捻系數(shù)對成紗均勻度的影響Fig.4 Influence on yarn evenness with different twist factors

總的看來，纖維長度過長，成紗的條干不勻大，說明長度太長會影響纖維在紗條中的均勻排列，進而影響成紗的均勻度。

2.2 纖維長度對成紗強度的影響

有研究表明，棉纖維長度對成紗強度有關鍵的影響［11-12］，纖維長，則成紗強力高。但是，這些討論并沒有考慮纖維的其他長度性能(如長度不勻和短纖維率等)，一些文獻也認為，當長度長到一定程度后，纖維長度的增加對成紗強力的影響不再顯著，也有文獻表明，棉纖維的長度整齊度比纖維長度對強度的影響更大［13-16］，如表3所示。

表3 纖維長度及其整齊度對成紗質(zhì)量的影響Tab.3 Influence of fiber length and its uniformity on yarn quality

從表3可看出，棉纖維的長度對成紗強力的影響并非簡單正相關，這可能是由于長度整齊度乃至其他性能如細度、強度的影響所致。由于化學纖維的各方面性能遠比天然纖維的均勻，因此，化學纖維的實驗結果應該比棉纖維的更能準確反映長度對成紗強力的影響。

楊秀峰［7］等采用不同長度的1.57 dtex滌綸分別紡制13.1 tex紗，得到以下結論：當纖維長度在32～51 mm時(這里指等長纖維)，其成紗強力隨著纖維長度的增加而增加;當纖維過長(64 mm以上)時，成紗強力顯著下降。董澤文［9］、鄒成路［10］等采用不同長度的芳砜綸分別在棉型和毛型設備上進行紡紗，得出的成紗強度如圖5、6所示。

圖5 芳砜綸長度對成紗強度的影響Fig.5 Influence of polysulfonamide fiber length on yarn strength

圖6 捻系數(shù)對成紗強度的影響Fig.6 Influence on yarn strength with different twist factors

總的來說，過長的纖維長度反而會使成紗的強力降低。這可能是由于過長的纖維影響紡紗，導致成紗強力降低。

3 縮短纖維長度的紡紗實踐

根據(jù)上面的實驗與分析，可知適當降低纖維長度對成紗影響很小。文獻［17］提出，如能適當縮短苧麻纖維的長度，則有望不僅改善紡紗過程，還能直接利用現(xiàn)有的毛紡設備以提升苧麻紡紗的裝備水平。有關苧麻牽切技術的研究［18-19］表明，利用牽切可以有效控制苧麻纖維長度，并在一定程度上改善其長度特性(降低長度不勻和短纖維率等)。不同牽切長度的苧麻纖維精梳條性能如表4［20］所示，其在現(xiàn)有常規(guī)苧麻細紗工藝下的成紗質(zhì)量如表5［20］所示。

表4 苧麻常規(guī)及牽切纖維的精梳條長度特性Tab.4 Length characteristics of combing strips，using conventional ramie fiber and stretch-breaking fiber as raw materials

表5 苧麻常規(guī)紗和牽切紗(均為27.8 tex)的質(zhì)量對比Tab.5 Quality comparison between conventional ramie yarn and stretch-breaking yarn

表中結果顯示，即使將苧麻纖維牽切到毛纖維的長度，其成紗質(zhì)量仍普遍優(yōu)于常規(guī)苧麻紗。由于苧麻的紡紗設備與毛紡類似(主要因長度不同而在有關隔距上有所不同)，但相對落后很多，這也說明了合適長度的苧麻纖維有望在毛紡設備上進行紡紗。

4 結論

從理論分析和實驗結果來看，過長的纖維對紡紗過程有一定影響，導致加工流程長和生產(chǎn)效率低，纖維達到一定的長度后，長度的變化對成紗強力和均勻度的影響已經(jīng)不顯著。因此，可以認為，適當縮短纖維長度有利于簡化紡紗過程。如將苧麻纖維長度控制在毛纖維長度的范圍內(nèi)，有望利用毛紡設備來改造和提升苧麻紡紗。

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