棉/大麻纖維混紡低損耗工藝優化

劉笑瑩， 方 斌， 朱守艾， 程隆棣， 張瑞云， 俞建勇

(1. 東華大學 紡織面料技術教育部重點實驗室， 上海 201620； 2. 紹興華通色紡有限公司， 浙江 紹興 312073；3. 東華大學 研究院， 上海 201620)

棉/大麻纖維混紡低損耗工藝優化

劉笑瑩1， 方 斌2， 朱守艾1， 程隆棣1， 張瑞云1， 俞建勇3

(1. 東華大學 紡織面料技術教育部重點實驗室， 上海 201620； 2. 紹興華通色紡有限公司， 浙江 紹興 312073；3. 東華大學 研究院， 上海 201620)

為降低基于棉紡系統的棉/大麻混紡紗在紡紗過程中造成的大麻損耗，在對棉紡前紡系統進行設備改造的基礎上，設計了預處理棉與大麻普梳混紡、預處理棉與預處理大麻普梳混紡、預處理棉與大麻精梳混紡3套方案，通過其與原棉紡系統紡制的棉/大麻混紡紗的損耗與品質對比，確定了減少損耗，提高制成率的優化工藝方案：預處理棉與大麻精梳混紡方案，即原棉經過預處理后與大麻纖維混合，經過進行機器改造后的開清棉、梳棉、精梳設備，最終紡制成細紗。該工藝在原有工藝的基礎上損耗降低16.7%，紗線條干略有下降但在可以接受的范圍之內，紗線強度沒有明顯差別，制成率由原來的65%提高到了81.7%，降低了大麻產品的成本。

大麻纖維； 低損耗工藝優化； 制成率； 條干變異系數； 拉伸斷裂強力

大麻纖維整齊度差，剛性大，幾乎無卷曲，為了彌補大麻單獨紡紗過程中可紡性差的缺點，現階段大多數企業都采用大麻纖維與棉混紡的工藝，開發含有大麻纖維的紗線產品[1-2]。大麻單纖維長8～40 mm，大都在20 mm以下，其單纖維的平均長度僅相當于不可紡的棉短絨[3-4]。采用棉紡設備紡制棉/大麻混紡紗，必然會造成大麻纖維落纖較多，增加紡紗成本。而目前國產FA系列紡紗機是以棉及棉型化纖設計，為了滿足大麻纖維的紡紗要求，需在該系列設備上進行改造[5]。

本文在國產FA系列紡紗機上進行低損耗設備改造，同時進行了優化工藝方案選擇。通過SPSS軟件對低損耗改造后不同紡紗工藝紡制的棉/大麻混紡紗品質差異顯著性進行比較，確定了減少損耗，提高制成率的優化工藝方案。

1 低損耗工藝技術改造

落纖產生的主要部位集中在開清工序、梳棉工序、精梳工序，本文研究的技術改造主要集中在以下3個部分。

開清棉部分，將輥筒梳針開棉機、單打手成卷機的所有打手漏底封閉，同時關閉混開棉機豪豬打手的進氣通道；將單打手成卷機打手的打擊速度降至700 r/min。

梳棉部分，降低分梳件速度，降低刺輥速度至800 r/min，降低蓋板速度至80 mm/min；采用間斷式蓋板組合。

精梳部分，降低落棉隔距至8 mm，采用專用弓形板進行搭接長度設定，以降低每次輸出長度；降低精梳機頂梳齒密，錫林針布針齒密度，以降低錫林和頂梳在梳理過程中對大麻纖維的損傷。

2 實驗部分

在設備改造的基礎上，設計預處理棉與大麻普梳混紡、預處理棉與預處理大麻普梳混紡、預處理棉與大麻精梳混紡3組實驗方案，其原因為低損耗工藝改進在降低大麻損耗的同時，紡紗設備對雜質較多的棉纖維的除雜效果也會有所降低，使紗線的品質發生變化。通過設計3組實驗方案，將其與原棉紡系統紡制的棉/大麻混紡紗的損耗與品質進行對比，從而確定在設備改造基礎上減少損耗，提高制成率的優化工藝方案。

2.1 實驗材料

棉/大麻(70/30)，紡制21.8 tex細紗產品，分別采用4種不同的工藝進行4組對比實驗，每個工藝紡制20個細紗。實驗溫度控制在25 ℃左右，相對濕度控制在75%左右。

2.2 實驗方案

方案A按原棉紡工藝進行紡紗。原大麻纖維與原棉纖維混合→開清棉(A035E—FA106A—A076)→梳棉(A186G)→精梳(A201E)→并條→粗紗→細紗。該工藝紡出的紗線大麻損耗大，但紗線物理性能較好，作為對比組探究其他方案的改進效果。

方案B采用預處理棉與大麻普梳混紡工藝。由于前紡設備改造后，對棉纖維除雜效果降低，而棉纖維含雜較多，因此對棉纖維進行預處理。此外，由于精梳工序重點在于梳理，梳理工序和條子的質量是紡織工序的關鍵，通過精梳可合理掌握落麻率及紡紗成本的高低[6-7]。為了與方案D對比精梳工藝對于降低損耗的影響，此方案不過精梳。具體工藝為：預處理棉與大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→并條→粗紗→細紗。

方案C采用預處理棉與預處理大麻普梳混紡工藝。此工藝對棉纖維和大麻纖維都進行預處理。同方案B，此工藝不過精梳部分。具體工藝為：預處理棉與預處理大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→并條→粗紗→細紗。

方案D采用預處理棉與大麻精梳混紡工藝。本方案中，棉纖維進行預處理，大麻纖維不進行預處理，與方案B不同之處在于本道工藝采用了改進后的精梳工藝。具體工藝為：預處理棉與大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→精梳(A201E改)→并條→粗紗→細紗。

3 實驗結果與分析

3.1 大麻損耗分析

通過對前紡設備的改造，開清棉部分、梳棉部分以及精梳部分大麻的損耗明顯降低，其損耗結果如表1所示。在前紡設備損耗降低的基礎上，采用不同工藝配置對應的大麻的損耗也有所差異，損耗結果如表2所示。

表1 前紡各設備改造前后大麻纖維的損耗Tab.1 Hemp loss before and after equipment modification

由表2看出，在設備改造的基礎上，采用方案B、方案C、方案D優化的紡紗工藝都可達到降低大麻損耗，提高制成率，降低生產成本的目的，其中方案B的效果最好。

表2 采用不同實驗方案時大麻損耗結果Tab.2 Hemp losses of different spinning processes

3.2 細紗品質分析

對于棉/大麻混紡紗產品，在保證降低大麻損耗的同時，還要保證細紗產品的品質。通常，細紗的品質通過細紗條干、拉伸斷裂強力等進行表征，通過對比4種方案的細紗品質，確定在保證細紗品質的基礎上降低損耗的優化工藝方案。

本次實驗主要應用SPSS(統計產品與服務解決方案)軟件檢驗紗線品質差異的顯著性，進一步科學地闡述每種實驗方案結果差異顯著與否。對細紗條干變異系數指標進行測試及統計，結果如表3所示。

表3 不同方案細紗條干變異系數指標統計量Tab.3 Evenness variation of each experiment

注：Sig.L為方差方程的 Levene 檢驗假設方差相等時的顯著性；Sig.t1為均值方程的T檢驗假設方差相等時的顯著性；Sig.t2為均值方程的T檢驗假設方差不相等時的顯著性。

由表3可知，條干變異系數CV值方案A<方案D<方案C<方案B，其中方案D與方案A最為接近，通過SPSS軟件采用“獨立樣本T檢驗”分別對各方案差異顯著性進行檢驗。以方案A、方案B為例，首先對2組數據進行假設。假設H1：2組數據方差一致；假設H2：無充分理由證明2組數據差異顯著。由表3看出，方案A和方案B的條干變異系數CV平均值分別為18.12和22.01，對比標準差可知，方案A數據波動也小于方案B。由方差齊次性檢驗的顯著系數Sig.L=0.012<0.05可知，方案A和方案B的方差不一致，故方案A和方案B的顯著性檢驗須采用方差不相等時的顯著性系數Sig.t2。Sig.t2=0.00<0.05，即方案A與方案B條干變異系數指標具有顯著性差異，且方案A顯著性小于方案B，故方案B的工藝優化后，紗線的條干品質有所下降。

同理，方案A與方案C之間存在顯著性差異，且方案A顯著性小于方案C；方案A與方案D之間存在顯著性差異，且方案A顯著性小于方案D。綜上所述，工藝改進對紗線變異系數CV值有顯著影響，改進后細紗的變異系數均有不同程度的增加，即細紗條干品質均有下降，其中方案D的品質下降幅度最小，在降低大麻損耗的基礎上，最接近原有紗線的細紗品質。

對細紗細節、粗節、棉結指標的測試及統計結果如表4～6所示。

表4 不同方案細紗細節統計量Tab.4 Thin places of each experiment

表5 不同方案細紗粗節統計量Tab.5 Thick places of each experiment

表6 不同方案細紗棉結統計量Tab.6 Neps of each experiment

由表4、5看出，就細節、粗節而言，均有方案A<方案D<方案C<方案B，通過SPSS采用“獨立樣本T檢驗”對差異顯著性進行檢驗。可知，方案B、方案C、方案D與方案A細節數、粗節數存在顯著差異，即工藝改進對細節、粗節指標有顯著影響。且方案D單位長度內細節數相比于方案A最少，低損耗優化后，最接近原紗線的細紗品質。

由表6可知，就棉結而言，方案D<方案A<方案C<方案B，通過SPSS采用“獨立樣本T檢驗”對差異顯著性進行檢驗。可知，方案B、方案C、方案D與方案A棉結數存在顯著差異，即工藝改進對棉結指標有顯著影響。就棉結這個指標，方案C、方案B均有下降，但方案D有所提高，效果最好。

對細紗強度指標的測試及統計結果如表7所示。由表可知，對于紗線強度而言，方案B<方案A<方案C<方案D，通過SPSS采用“獨立樣本T檢驗”對差異顯著性進行檢驗，方案B、方案C、方案D于方案A之間不存在顯著差異，即工藝改進后，細紗的強度均無顯著變化，低損耗工藝改進對紗線強度無顯著影響。原因可能是紗線的強度很大程度上取決于纖維本身的性能，纖維的性能又包括纖維的長度、細度、強度等[9]。大麻纖維相較于棉纖維具有較大的長度、細度不勻，但同時大麻纖維也具有較大的強度，在拉伸斷裂過程中，大麻纖維的強度彌補了長度、細度不勻帶來的負面影響，使得棉/大麻混紡紗的強度無顯著變化。

表7 不同方案細紗強度統計量Tab.7 Strength of each experiment

3.3 優化工藝方案確定

就大麻損耗而言，方案B、方案C、方案D的工藝改進對于降低大麻損耗有較為顯著的作用，且方案B<方案C<方案D<方案A，即方案B的降低損耗效果最明顯。

方案B降低大麻損耗效果最明顯，但方案B的品質較差，條干不勻、粗細節、棉結都有所增加，這是因為對前紡設備的低損耗改造使其對棉結麻粒的除雜梳理效果降低，因此對含雜較多的棉纖維進行預處理必不可少。

方案C的品質與方案B相近，在本文實驗中是否預處理大麻對實驗結果影響較小。

方案D的品質雖較方案A有所降低，但是優于方案B、方案C，原因在于精梳會提高紗線品質。在紡紗過程中，由細紗工序中的機械不勻和牽伸不勻等因素產生的對細紗條干的品質影響較為明顯[10]。通過對細紗工序的調整，如改變紡紗工藝、牽伸形式等，可提高混紡紗的品質。

綜上所述，在低損耗設備改造的基礎上，由本文設計的4組方案所紡制的混紡紗在細紗強度方面并無顯著差異，故就細紗強度指標而言，4組方案都較為成功。就細紗條干指標而言，方案B、方案C與方案A相比，條干品質都有所降低，其中，方案D條干品質降低的幅度較小，在可接受的范圍之內。由表2可知，方案D的大麻損耗為18.3%，比方案A不進行低損耗工藝優化的大麻損耗降低了16.7%，其混紡紗線制成率由原來的65%提高到81.7%。故本文實驗中，方案D為在低損耗設備改造基礎上保證混紡紗品質的優化工藝方案。

4 結 語

通過設備改造和工藝優化，實現了棉/大麻混紡工藝過程中，降低大麻損耗的目標。通過實驗獲得優化工藝方案：預處理棉與大麻纖維箱混→開清棉(A035E改—FA106A改—A076改)→梳棉(A186G改)→精梳(A201E改)→并條→粗紗→細紗。與原工藝方案相比，本文優化工藝方案使大麻損耗降低16.7%；紗線條干品質雖略有降低但在可以接受的范圍之內；紗線強度無明顯差異，制成率由原來的65%提高到了81.7%。本文優化方案在保證混紡紗品質的同時，也降低了大麻部分的成本，并可順利應用于生產過程中。

以本文研究結論為基礎，通過對粗紗捻系數、細紗紡紗方式等工藝條件的調整，可進一步提高棉/大麻混紡紗的紗線品質，開發低損耗高品質混紡高支紗產品。FZXB

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Low-loss optimization of cotton/hemp blending process

LIU Xiaoying1, FANG Bin2, ZHU Shouai1, CHENG Longdi1, ZHANG Ruiyun1, YU Jianyong3

(1.KeyLaboratoryofTextileScience&Technology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China； 2.ShaoxingHuatongTextileCo.,Ltd.,Shaoxing,Zhejiang312073,China； 3.ResearchInstitute,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

In order to reduce the loss of hemp fiber of cotton/ hemp blended yarns on cotton spinning systems, 3 experiments are designed: a pretreated cotton and hemp carding blend system, a pretreated cotton and pretreated hemp carding blend system and a pretreated cotton and hemp combing blend system, based on the equipment modification of cotton spinning systems. By comparing the loss and quality of the cotton/hemp blended yarns of 3 designed systems with original spinning systems, the optimal low-loss process derives from the pretreated cotton and hemp combing blend system, i.e., yarns are spun by pretreating the raw cotton and mixing with hemp on modified opening, cleaning, carding and combing devices. The losses reduce by 16.7%, yarn evenness declines slightly but within an acceptable range and the tensile fracture properties of yarns have no significant difference. The pull rate increases from 65% to 81.7%, reducing the cost of hemp products.

hemp fiber; low-loss optimization; pull rate; variation coefficient; tensile strength

10.13475/j.fzxb.20160106105

2016-01-29

2016-09-26

劉笑瑩(1992—)，女，碩士生。研究方向為紡織產品開發。張瑞云，通信作者，E-mail：ryzhang@dhu.edu.cn。

TS 124.5

A