集聚賽絡紡純滌綸紗的結構及其導濕性能

朱凡凡， 盧雨正， 王 洋， 高衛東

(1. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122；2. 江賽紡織科技有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

集聚賽絡紡純滌綸紗的結構及其導濕性能

朱凡凡1， 盧雨正1， 王 洋2， 高衛東1

(1. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122；2. 江賽紡織科技有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

為改善集聚賽絡紡純滌綸紗的導濕性能，將其與賽絡紡純滌綸紗和集聚紡純滌綸紗的導濕性能進行對比分析。以相同的紡紗工藝參數分別紡制14.6、9.7、7.3 tex 3種規格的賽絡紡、集聚紡和集聚賽絡紡純滌綸紗，并采用毛細芯吸法對3種紗線的導濕性能進行測試。結果表明：當紡紗方法不同而紗線線密度相同時，集聚賽絡紡純滌綸紗的導濕性最好，紗線表面較光潔，毛羽也最少，條干均勻度最好；集聚賽絡紡純滌綸紗的橫截面形態更加接近于圓形，紗中纖維緊密捻合，紗線結構緊密。由此可認為，集聚賽絡紡純滌綸紗特殊的紗線結構使其具有較好的導濕性能，這為提高滌綸織物的導濕性能提供了可能。

集聚賽絡紡； 純滌綸紗； 紗線結構； 導濕性

滌綸具有強力高、彈性回復性能好等優良特性，在服裝和家紡領域有著廣泛的應用[1]，但由于滌綸本身不具有親水基團，造成其導濕性差。在濕熱環境下穿著時，滌綸織物傳遞液態水的能力差，人體易產生悶熱感。隨著消費水平的不斷提升，人們對織物穿著舒適性的要求也越來越高，滌綸的這個缺點限制了其更廣泛的應用，因此需要進一步得到改善。

集聚賽絡紡作為一種新型紡紗技術，是在傳統環錠紡紗機上將集聚紡與賽絡紡技術結合起來的紡紗方法，具有集聚紗及合股紗2方面的優點，可直接紡出類似于股線結構的集聚賽絡紗。集聚賽絡紡常用做免漿織造，具有減少后道工序成本，降低能耗及原料成本等優良性能，常用于開發棉及棉型化纖紗，但目前對集聚賽絡紡改善滌綸紗線成紗結構及導濕性方面的研究還未見報道，因此本文利用集聚賽絡紡技術開發高支滌綸紗線以改善其導濕性能，從而達到改善其服用舒適性能的目的。滌綸紗市場需求大且價格低，利用集聚賽絡紡技術開發高支滌綸紗線，適合高品質高檔次的要求。

影響織物服用舒適性的因素有很多，其中紗線導濕性是決定服用舒適性的重要因素之一。紗線的導濕性越好，對液態水的傳導能力越強，能更加快速地排走人體排出的汗液，使皮膚達到舒適的狀態。目前評價紗線導濕性能最主要的方法是毛細芯吸法，國內外學者對于紗線芯吸性能的關注和研究也越來越多。查安霞等[2]研究了捻度對不同截面形狀和加工方式滌綸長絲芯吸高度的影響，表明捻度對芯吸性能的影響呈現出一定的規律；Chattopadhyay[3]對比研究了集聚紡和環錠紡細紗及其織物的芯吸性能；Brojeswari等[4]利用數學模型預測紗線的垂直芯吸性，表明理論模型和實驗結果具有很大的相關性。賽絡紡、集聚紡及集聚賽絡紡都是紡紗行業中的新型紡紗技術，因此，本文在前人研究的基礎上，利用毛細芯吸法對賽絡紗、集聚紗和集聚賽絡紗的結構和導濕性進行對比研究。

1 毛細現象與芯吸

1.1 毛細現象

毛細管現象是指當毛細管一端垂直浸入某液體時，毛細管中的液面會上升或下降的現象。根據拉普拉斯方程[5-6]，有：

(1)

式中：p為附加壓力；a為液-氣界面張力；r為毛細管等效半徑；θ為前進接觸角。毛細管垂直狀態下，當液-氣界面張力一定時，毛細管中月牙弧曲面的附加壓力隨毛細管等效半徑的減小而增大。當紗線表面接觸角小于90°時，毛細壓力為正值，致使水面上升到一定的高度。當接觸角大于90°時，毛細壓力為負值，將阻礙液面上升。

1.2 芯吸性

芯吸性是指維持液體在毛細管內遷移的性能，即液態水沿纖維表面的毛細管上升并且從另一端析出水珠的性能[7]。根據Hagon-poiseuille方程，多孔介質中液體毛細管上升速率[8]為

(2)

式中：h為t時刻的毛效高度；η為液體黏度；△p為壓力差。

垂直芯吸并且考慮重力作用時，壓力差為

(3)

式中：ρ為液體密度；g為重力加速度。

將△p代入式(1)，可得Wash-burn方程：

(4)

若忽略重力的影響，并且對方程進行積分可得毛效高度隨時間的變化規律：

(5)

Wash-burn方程只適用于紗線的初始芯吸階段，紗線的最大毛效高度hmax可由式(6)[9]表示為

(6)

式中d為空隙等效直徑。由式(6)可知，纖維集合體越緊密，則纖維間空隙的等效孔徑越小，纖維集合體的芯吸效果越好。

2 實驗部分

2.1 試樣準備

在加裝四羅拉網格圈裝置的EJMl28K-SM型環錠紡細紗機上，以相同的工藝參數分別紡制14.6、9.7、7.3 tex的賽絡紗、集聚紗和集聚賽絡紗，粗紗均為定量相同的純滌綸紗。紡紗主要工藝參數如表1所示。

2.2 結構與性能測試

紗線性能主要受纖維性能以及紗線結構的影響，為充分了解和預測紗線的導濕性能，本文在觀察3種不同紡紗方法時紗線成紗結構的基礎上對所紡紗線的導濕性進行測試。

2.2.1 紗線縱向結構

用SU1510掃描電鏡觀察紗線縱向結構，放大倍數為200。

2.2.2 紗線橫截面

用YG002C型纖維檢測系統觀察紗線橫截面結構。首先將相同線密度的賽絡紡滌綸紗、集聚紡滌綸紗和集聚賽絡紡滌綸紗分別外包紅色羊毛纖維，然后用Y172型哈氏切片器制作切片，并用顯微鏡拍攝纖維照片，放大倍數為500。為預防紗線在羊毛纖維的擠壓作用下產生變形，在將紗線放入切片器前先用火棉膠對其進行預處理。

為表示紗線橫截面的形態特征，利用MatLab軟件中的圖像處理技術對紗線截面的圓整度進行測試，圓整度的計算公式[10]如下：

(7)

式中：C為圓整度；A為截面面積；P為截面周長。從同一種紗線的橫截面照片中，隨機選取10組進行圓整度測試，結果取平均值。

2.2.3 紗線毛羽及條干測試

為更好地了解紗線的表觀結構特征，采用YG173A型紗線毛羽測試儀測試紗線毛羽，測試次數為10管×1次，測試長度為10 m，采用烏斯特條干儀測試紗線條干，測量時間為1 min，測試速度為100 m/min。

2.2.4 紗線導濕性測試

采用毛細芯吸法測試紗線的導濕性，即通過觀察和測量有色液體在一定時間內沿紗線上升的高度來評價紗線的導濕性能。

采用YG(B)871型毛細效應測試儀，參照FZ/T 01071—2008《紡織品毛細效應試驗方法》進行。測試條件為：紗線取樣長度300 mm；張力夾質量200 mg；測試液蒸餾水加0.5%的KMnO4；測試液溫度保持在(27±2)℃；測試時間30 min，蜂鳴器響時立刻量取每根紗線的滲液高度，測試5次，結果取平均值。

3 結果與分析

3.1 成紗結構分析

3.1.1 紗線縱向結構分析

9.7 tex 3種不同紡紗方法所得紗線的縱向結構如圖1所示。為更好地觀察紗線的表面特征，用3種不同紡紗方法所得紗線的毛羽及條干測試結果如表2所示。

圖1 紗線縱向結構(×200)Fig.1 Longitudinal structures of yarns(×200).(a) Siro yarn; (b) Compact yarn; (c) Compact-siro spun yarn

紡紗方式線密度/tex毛羽/(根·(10m)-1)1～2mm3～12mm條干CV值/%1468147260139賽絡紡9750002371497330172171591466399223116集聚紡9773872301477341971931591463310186114集聚賽絡紡9720179012673132080143

由圖1可見，集聚賽絡紗表面最為光潔，紗體中纖維緊密捻合，紗線結構緊密。由表2可知，相同線密度條件下，集聚賽絡紗的毛羽顯著減少，紗線的條干均勻度好。

由于集聚賽絡紡經集聚區的集聚作用，沒有紡紗三角區，集聚后的2束纖維結構緊密，纖維不易從紗體中分離或嵌入到另一根紗體中，因此集聚賽絡紡紗表面平滑整齊，紗中纖維的伸直平行度好。此外，加捻過程中由于加捻三角區的減小，使得加捻點處單紗的捻回可順利地加到2根紗股中，即集聚賽絡紡紗自身加捻與股線加捻同時進行，2根單紗在加捻點以上存在低捻，所以紗體中纖維包纏緊密，受控程度高。集聚后的纖維分別經初次加捻后，2根纖維結合，然后再被加強捻，紗條中纖維包纏緊密，邊緣纖維也受到了良好的集聚作用，因此集聚賽絡紗表觀結構最為整齊均勻，毛羽最少。

3.1.2 紗線橫向結構分析

在相同線密度(9.7 tex)條件下，賽絡紗、集聚紗及集聚賽絡紗的橫截面形態如圖2所示。利用圖像法得到的相對應紗線截面的圓整度如表3所示。

圖2 紗線橫向結構(×500)Fig.2 Transverse structures of yarns(×500).(a) Siro yarn; (b) Compact yarn; (c) Compact-siro spun yarn

紡紗方式圓整度賽絡紡0679集聚紡0715集聚賽絡紡0746

由圖2可知，相同線密度3種紡紗方法所得紗線的橫截面形態不同。從纖維截面照片中可直觀看到，集聚賽絡紗和集聚紗的緊密度較大，賽絡紗的緊密度最小。由表3可知，紗線截面圓整度大小的排序為集聚賽絡紗>集聚紗>賽絡紗，集聚賽絡紗的橫截面更加接近于圓形。

賽絡紡和集聚賽絡紡都有類似于股線的紗線結構，但與股線不同，2根單紗須條在合股前所加的捻度很小，紗中纖維易重新分布，加捻時纖維之間相互擠壓，紗線橫截面也較接近于圓形。

集聚賽絡紡具有集聚紡與賽絡紡的優點，紡紗過程中集聚區負壓吸風的集聚作用使紗條緊密捻合，紗條中纖維緊密包纏在一起，不易發生纖維轉移，紗體中纖維的摩擦力和抱合力大，不易發生纖維之間的滑脫，因此集聚賽絡紡滌綸紗不易發生邊緣纖維的相互嵌入，紗線截面圓整，纖維分布均勻。

3.2 紗線的導濕性

紗線的導濕性除與單纖維自身吸水作用有關外，還受纖維間隙的影響。滌綸纖維本身不吸水，紗線的導濕性主要依靠纖維間的芯吸作用完成，導濕程度以毛效高度表示。

3.2.1 紡紗方法對紗線毛效高度的影響

相同線密度條件下，不同紡紗方法紗線的毛效高度如圖3所示。

圖3 不同紡紗方法紗線的毛效高度Fig.3 Heights of capillary effect of yarn by different spinning methods

由圖3可知，不同紡紗方法相同線密度紗線之間相比較，集聚賽絡紡滌綸紗的毛效高度最高，集聚紡滌綸紗的毛效高度最低，賽絡紡滌綸紗的毛效高度居于二者之間。9.7 tex集聚賽絡紗的毛效高度比同線密度的賽絡紗高14.7%，比集聚紗高20%，毛效高度的增加幅度較14.6 tex和7.3 tex高。相比于其他2種紡紗方法，集聚賽絡紗的毛效高度最高，主要是由于集聚賽絡紗集集聚與合股2方面的優勢于一身，紗中纖維集合體結構緊密，纖維間的等效孔徑小，由式(1)可得，毛細管等效半徑減小，毛細管壓力增加，促使水分子進入毛細管中，纖維集合體的芯吸作用增強。另外由毛效高度表達式(6)可知，毛細管等效半徑減小，即纖維間空隙變小，紗線的毛效高度隨之增大。

在加工較細集聚賽絡紡紗過程中，集聚賽絡紡工藝可將纖維的聚集程度顯著提升，使得纖維間空隙半徑減小，這在一定程度上改善了紗線的芯吸效果。

集聚紗和賽絡紗相比，集聚紗的毛效高度低于賽絡紗。一方面集聚紗中纖維伸直平行度好，紗線的毛細效應增加，但另一方面細小的毛細管會產生阻力而影響毛效高度的上升，這在一定程度上限制了紗線的芯吸效果，因此集聚紗的毛效高度比賽絡紗低。

集聚賽絡紗和集聚紗的緊密度均較高，但集聚紗的芯吸效果最差，這是由于紗線的毛效高度受纖維間空隙的等效孔徑影響，等效孔徑過大或過小，都不利于液體的芯吸，紗線空隙的毛細尺寸達到最佳時最有利于水分的傳遞，芯吸效果最好。集聚賽絡紡紗過程中，集聚賽絡紡工藝可顯著地提高纖維的聚集程度，但集聚賽絡紡紗線有類似于股線的紗線結構，使得集聚賽絡紡紗線的緊密程度不如集聚紡紗線，因而不會因毛細管孔徑過小而阻礙液體的芯吸，從而導濕性比集聚紗好。

3.2.2 線密度對紗線毛效高度的影響

圖4 不同線密度紗線的毛效高度Fig.4 Height of capillary effect of yarns with different linear density

3種不同紡紗方法所得紗線的毛效高度隨線密度的變化規律如圖4所示。由圖可知，隨著紗線線密度的減小，3種不同紡紗方法紗線的毛效高度均呈下降趨勢。這主要是由于紗線的導濕性受紗中毛細管的尺寸和排列的影響，而紗中毛細管的尺寸和排列取決于紗線中纖維的尺寸以及紗線軸向上纖維的排列程度。隨著紗線線密度的降低，一方面紗線毛細管效應增強，但另一方面紗線截面內纖維根數減少，紗線中毛細管的尺寸受到限制，并且當紗中纖維的密集程度過大時，纖維與纖維之間的進一步靠攏造成纖維之間的間隙減小，纖維間毛細管的尺寸變小，可能會使一些毛細管孔徑受到堵塞，液態水在毛細管內的輸送變得困難，從而毛細效應受到阻礙。另外，在相同捻系數條件下，隨著紗線線密度的減小，紗線捻度相對較高，此時纖維扭轉彎曲度大，纖維間毛細管貫通性差，對水分子遷移阻力也較大，導致紗線芯吸效果較差。

4 結 論

1)對比3種紡紗方法所得紗線的縱向結構及紗線毛羽條干測試結果可知，集聚賽絡紡滌綸紗線結構緊密，表面光潔，毛羽少，條干均勻度好。

2)相同線密度不同紡紗方法紗線的圓整度相比較，集聚賽絡紗的圓整度相對較大，這從紗線橫截面照片中也可直觀地觀察到。

3)相同線密度條件下，集聚賽絡紡純滌綸紗線的導濕性因毛細效應的提升而得到改善，說明改變紡紗方法可在一定程度上改善滌綸紗線的導濕性能，這為提高滌綸織物的穿著舒適性提供了可能，對此需要進一步研究。

集聚賽絡紡可擴大品種適應性，提高紗線質量，改善紗線結構及紗線導濕性能，利用其開發高品質的滌綸紗線具有較好的發展前景。

FZXB

[1] 凌良仲,劉松,倪智婷. 改性滌綸開發技術及應用[J]. 棉紡織技術, 2014, 4(4): 74-75. LING Liangzhong, LIU Song, NI Zhiting. Development technology and application of modified polyester[J]. Cotton Textile Technology, 2014, 4(4): 74-75.

[2] 查安霞,王金秀,張才前. 加捻對不同滌綸長絲芯吸性能的影響[J]. 四川紡織科技, 2004(1):15-17. ZHA Anxia, WANG Jinxiu, ZHANG Caiqian. Influence of twisting on different polyester filament wick ability[J]. Sichuan Textile Technology, 2004(1):15-17.

[3] CHATTOPAHYAY R. 集聚紡和環錠紡細紗及織物的芯吸性能[J]. 國際紡織導報, 2005(5): 12-16. CHATTOPADHYAY R. Wicking behavior of compact and ring spun yarns and fabrics[J]. Melliand China, 2005(5): 12-16.

[4] BROJESWARI Das, APURBA Das, VIJAY K Kothari, et al. Development of mathematical model to predict vertical wicking behavior: part I: flow through yarn[J]. The Journal of the Textile Institute, 2011, 102(11):957-970.

[5] 姚穆,施楣梧. 織物濕傳導理論與實際的研究, 第二報: 織物濕傳導理論方程的研究[J]. 西北紡織工學院學報, 2001,15(2): 9-14. YAO Mu, SHI Meiwu. The research on the theory and practice of wet permeability of fabrics: theoretical equations of wet permeability of fabrics[J]. Journal of Northwest Institute of Textile Science and Technology, 2001, 15(2): 9-14.

[6] ERIK Kissa. Wetting and wicking[J]. Textile Research Journal,1996, 66(10): 660-668.

[7] 邢孟秋,宋月芬,梁志云,等. 影響紗線芯吸因素的探討[J]. 中國紡織大學學報, 1997, 23(5): 66-69. XING Mengqiu, SONG Yuefen, LIANG Zhiyun, et al. Study on the factors affecting the yarn core absorp-tion[J]. Chinese Textile University Journal, 1997, 23 (5): 66-69.

[8] WANG Ni, ZHA Anxia, WANG Jinxiu. Study on the wicking property of polyester filament yarns[J]. Fibers and Polymers, 2008, 9(1): 97-100.

[9] MOSTAFA Taheri, MORTEZA Vadood, MAJID Safar Johari. Investigating the effect of yarn count and twist factor on the packing density and wicking height of lyocell ring-spun yarns[J]. Fibers and Polymers, 2013, 14 (9): 1548-1555.

[10] 李鴻順,錢坤,曹海建. 毛紗截面結構參數的提取與分析[J]. 毛紡科技, 2007(6):47-48. LI Hongshun, QIAN Kun, CAO Haijian. Extracting and analysis on structural parameters of wool yarn cross section[J]. Wool Textile Journal, 2007(6):47-48.

Structure and moisture conductivity of compact-siro spinningpure polyester yarns

ZHU Fanfan1, LU Yuzheng1, WANG Yang2, GAO Weidong1

(1.KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China；2.JiangsaiTextileTechnologyCo.,Ltd.,Suzhou,Jiangsu215000,China)

In order to improve the moisture conductivities of compact-siro spinning pure polyester yarn, moisture conductivities of compact-siro spun yarn, siro spun yarn and compact spun yarn were analyzed and compared. Three kinds of linear density (14.6 tex, 9.7 tex and 7.3 tex) of siro spun, compact spun, compact-siro spun pure polyester yarn with the same yarn parameters setting were spun, and the moisture conductivity was tested by capillary wicking. The results show that the compact-siro spun yarn obtain the optimum moisture conductivity compared with the other two kinds of yarn with different yarn parameters setting, but the same yarn linear density. The compact-siro spun yarn has smoother surface, the least yarn hairiness, and the best yarn evenness. The cross-sectional shape of compact-siro spun yarn is close to a circle and fibers of yarn body are twisted tightly, so the yarn structure is more closely. Therefore, the moisture conductivity of compact-siro spinning pure polyester yarn is excellent because of its special yarn structure, which offers possibility to improve the moisture conductivity of polyester fabrics.

compact-siro spinning; pure polyester yarn; yarn structure; moisture conductivity

2016-01-28

2016-06-15

國家自然科學基金項目(51403085)；江蘇省自然科學基金項目(BK20130148)

朱凡凡(1992—)，女，碩士生。主要研究方向為紗線性能測試與比較。高衛東，通信作者，E-mail:gaowd3@163.com。

10.13475/j.fzxb.20160106006

TS 104.79

A