氨綸與雙組分復合長絲/棉包芯紗的拉伸彈性

李丹丹， 權利軍， 金肖克， 田 偉， 祝成炎(浙江理工大學 “紡織纖維材料與加工技術”國家地方聯合工程實驗室， 浙江 杭州 310018)

氨綸與雙組分復合長絲/棉包芯紗的拉伸彈性

李丹丹， 權利軍， 金肖克， 田 偉， 祝成炎
(浙江理工大學 “紡織纖維材料與加工技術”國家地方聯合工程實驗室， 浙江 杭州 310018)

為改善傳統彈力包芯紗彈性回復性能，以氨綸、雙組分復合長絲(CM800)為芯紗，棉纖維為外包纖維，設計了13種彈力包芯紗。探討氨綸預牽伸倍數、芯紗線密度和彈力包芯紗反復拉伸次數與彈性回復率之間的關系。采用紗線強伸儀測試氨綸/棉、CM800/棉和棉雙絲彈力包芯紗的拉伸彈性。結果表明：氨綸的牽伸倍數越大，彈力包芯紗的彈性回復率越小；隨著氨綸線密度的增加，包芯紗的彈性回復率先增加后減少；CM800線密度越小，包芯紗的彈性回復率越小；氨綸/棉、CM800/棉和棉雙絲彈力包芯紗的定伸長5%和定負荷200 cN反復拉伸次數與紗線彈性回復率的關系均符合冪函數關系，且彈力包芯紗的彈性回復率隨著紗線反復拉伸次數的增加而降低；CM800/棉包芯紗的彈性回復率最大，氨綸/棉包芯紗的彈性回復率最小。

氨綸； 雙組分復合長絲； 棉雙絲彈力包芯紗； 彈性回復率

隨著人們生活質量的提高和紡織行業的發展，伸展自如、塑身美體的彈力織物受到越來越多的關注。如何保證織物在經過多次穿著使用后仍具有優異的彈性回復性能，是目前該領域研究的難題。傳統的彈力織物大都通過使用氨綸包芯紗來賦予織物彈性[1-3]。氨綸伸縮性能良好，但是不同品種的氨綸其耐熱性有較大的差異，且氨綸絲在經過漂白劑處理后強力減小，顏色變黃[4-5]。萊卡品牌的氨綸同其他氨綸相比，具有優越的彈性、伸展性和抗氯性等[6-7]。雙組分復合長絲(CM800)是由2種熱收縮性不同的高聚物PTT和PET采用復合紡絲技術紡制而成，其類似于羊毛的卷曲結構使雙組分復合長絲具有持久且優異的彈性回復性能[8-10]。彈力包芯紗是一種復合紗，外包纖維一般為天然纖維，芯紗為彈力絲[11-12]，因此，氨綸、CM800/棉包芯紗同時具有外包纖維和芯紗的優點。棉雙絲彈力包芯紗將CM800雙組分復合長絲和氨綸同時作為芯紗，將氨綸優越的彈性和CM800雙組分復合長絲穩定優異的彈性回復性能相結合。目前，已有學者研究了賽絡紡棉雙絲的紡紗工藝、恒定的長絲張力對棉雙絲彈力包芯紗質量的影響[13-14]，并將其應用在牛仔織物上，分析織物緯密對彈力牛仔織物性能的影響[15-16]，但并沒有對氨綸、CM800/棉包芯紗的拉伸彈性進行詳細深入的研究。

為進一步探究氨綸、CM800/棉包芯紗的拉伸彈性，本文設計紡制了CM800/棉、氨綸/棉和棉雙絲彈力包芯紗共13種彈力包芯紗，通過測試分析其拉伸彈性，以期為氨綸、CM800/棉包芯紗在彈力織物的應用提供一定的實驗指導及理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

本文設計紡制了13種彈力包芯紗，紗線的具體規格如表1所示。

表1 彈力包芯紗品種及規格Tab.1 Varieties and specifications of elastic core-spun yarn

注：棉雙絲彈力包芯紗的芯紗為氨綸和CM800；外包纖維為棉纖維。

1.2 測試方法

目前，關于彈力包芯紗彈性的測試方法還沒有統一的規定。本文采用的測試方法為：將試樣放置在溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±2)%的恒溫恒濕實驗室里24 h，隔距長度為200 mm，拉伸速度為100 mm/min，紗線的預加張力為(0.5±0.1)cN/tex[17]。

1.2.1 紗線定伸長反復拉伸性能的測試

以隔距長度的5%作為紗線的定伸長值[18]，停頓和回復時間分別為30、120 s，反復拉伸10次。在XL-2型紗線強伸度儀上測試，并且在第10次拉伸循壞時，拉伸停置30 s，回復停置120 s，每種試樣測試20次，測試紗線定伸長反復拉伸彈性，并取其平均值。

1.2.2 紗線定負荷反復拉伸性能的測試

以200 cN作為紗線的定負荷值[18]，停頓和回復時間分別為30 s和120 s，反復拉伸10次。采用XL-2型紗線強伸度儀進行測試，并且在第10次拉伸循環時，拉伸停置30 s，回復停置120 s，每種試樣測試20次，測試紗線定負荷反復拉伸彈性，并取其平均值。

2 結果與討論

2.1 氨綸牽伸倍數對包芯紗彈性的影響

6種不同氨綸牽伸倍數包芯紗定伸長和定負荷反復拉伸彈性回復率的測試結果如表2所示。可看出，隨著氨綸牽伸倍數的增大，氨綸/棉包芯紗和棉雙絲彈力包芯紗的急彈性變形均呈降低的趨勢。其中：當氨綸的牽伸倍數為2時，氨綸/棉包芯紗和棉雙絲彈力包芯紗的急彈性變形均為最大，說明2種彈力包芯紗在外力作用后，瞬間發生變形為最大，即試樣1和試樣8的彈性最好；試樣3和試樣10的緩彈性變形最小，說明2種彈力包芯紗在經過外力作用后，慢慢地回復到最初位置的能力較弱，紗線的回復性能較弱。隨著氨綸牽伸倍數的增大，包芯紗的塑性變形增加，說明其在受到外力作用后回復到最初狀態的能力減弱，彈性回復性能降低。試樣1和試樣8的塑性變形最小，說明包芯紗在經過外力作用后回復到最初狀態的能力較強，彈性回復率大。且棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率大于氨綸/棉包芯紗，說明棉雙絲彈力包芯紗中加入雙組分長絲CM800，賦予紗線優異的彈性回復性能。綜上，當氨綸的牽伸倍數為2時，棉雙絲彈力包芯紗具有最大的急彈性變形和緩彈性變形，且塑性變形為最小，故試樣8的彈性最優。

2.2 氨綸線密度對包芯紗彈性的影響

6種不同氨綸線密度包芯紗定伸長和定負荷反復拉伸彈性回復率的測試結果如表3所示。

表2 不同氨綸牽伸倍數下包芯紗的彈性回復率Tab.2 Elastic recovery percentages of core-spun yarn at different spandex drawing magnifications %

表3 不同氨綸線密度下包芯紗的彈性回復率Tab.3 Elastic recovery percentages of core-spun yarn at different spandex linear densities %

由表3可看出：隨著氨綸線密度的增大，氨綸/棉包芯紗和棉雙絲彈力包芯紗的急彈性變形和緩彈性變形均呈先增加后降低的趨勢；其中當氨綸的線密度為4.44 tex時，氨綸/棉包芯紗和棉雙絲彈力包芯紗的急彈性變形和緩彈性變形均為最大，說明試樣2和試樣9的彈性最好。隨著氨綸線密度的增大，包芯紗的塑性變形先減小后增加。試樣5和試樣12的塑性變形最大，說明包芯紗在經過外力拉伸后回復到最初狀態的能力較弱，彈性回復率小。且棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率大于氨綸/棉包芯紗，說明棉雙絲彈力包芯紗芯紗中加入雙組分長絲CM800，賦予紗線優異的彈性回復性能。綜上，當氨綸的線密度為4.44 tex時，棉雙絲彈力包芯紗具有最大的急彈性變形和緩彈性變形，且塑性變形是最小的，故試樣9的彈性性能最好。

2.3 CM800線密度對包芯紗彈性的影響

4種不同CM800線密度包芯紗定伸長和定負荷反復拉伸彈性回復率的測試結果如表4所示。

表4 不同CM800線密度下包芯紗的彈性回復率Tab.4 Elastic recovery percentages of core-spun yarn at different CM800 linear densities %

由表4可看出，隨著CM800線密度的增大，紗線中CM800的含量增加，氨綸/棉包芯紗和棉雙絲彈力包芯紗急彈性變形均呈增加的趨勢，包芯紗的緩彈性變形呈降低的趨勢；其中試樣6和試樣13的急彈性變形是氨綸/棉和棉雙絲彈力包芯紗中最小的，紗線在經過外力作用后瞬時發生變形的能力較弱。隨著CM800線密度的增大，包芯紗的塑性變形呈降低的趨勢。試樣6和試樣13的塑性變形最大，說明包芯紗在經過外力拉伸之后回復到最初狀態的能力較弱，彈性回復率小，且棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率小于CM800/棉包芯紗。

2.4 定伸長反復拉伸彈性與拉伸次數

為進一步了解氨綸/棉、CM800/棉和棉雙絲彈力包芯紗彈性損失的情況，選取3種典型的氨綸/棉、CM800/棉和棉雙絲彈力包芯紗(試樣2、試樣7和試樣9)，探討其彈性回復率與反復拉伸次數的關系。

圖1示出紗線定伸長5%反復拉伸10次的拉伸彈性曲線。可看出：紗線定伸長5%反復拉伸10次，氨綸/棉包芯紗的彈性回復率的范圍為50.7%～60.7%；CM800/棉包芯紗的彈性回復率的范圍為70.2%～82.9%；棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率的范圍為68.2%～79.3%。其中，氨綸/棉包芯紗反復拉伸次數與紗線彈性回復率擬合曲線的回歸方程為y=60.401 23x-0.075 59，相關系數R2=0.97；CM800/棉包芯紗反復拉伸次數與紗線彈性回復率擬合曲線的回歸方程為y=84.018 96x-0.070 17，相關系數R2=0.97；棉雙絲彈力包芯紗反復拉伸次數與紗線彈性回復率擬合曲線的回歸方程為y=80.105 65x-0.070 23，相關系數R2=0.97。3種彈力包芯紗定伸長反復拉伸彈性擬合曲線方程的相關系數R2均大于0.9，說明符合擬合條件。

圖1 紗線定伸長5%反復拉伸10次的拉伸彈性Fig.1 Tensile elasticity of yarn at elongation of 5% for repeatedly 10 times

3種彈力包芯紗定伸長反復拉伸次數與紗線彈性回復率的關系滿足冪函數的關系，且可根據此擬合方程求出紗線定伸長反復拉伸任意次數的彈性回復率。紗線定伸長反復拉伸彈性隨著反復拉伸次數的增加而減小，且紗線彈性回復率大小順序為：CM800/棉包芯紗>棉雙絲彈力包芯紗>氨綸/棉包芯紗。可見，CM800/棉包芯紗的拉伸彈性最好，這主要是因為芯紗雙組分長絲CM800具有天然的類似于羊毛的卷曲結構，賦予紗線比氨綸/棉包芯紗更優異的彈性回復性。若要改善氨綸/棉包芯紗的拉伸彈性，可選擇雙組分長絲CM800為芯紗，或者同時選擇CM800和氨綸作為芯紗，以提高紗線的伸長率。

2.5 定負荷反復拉伸彈性與拉伸次數

圖2示出紗線定負荷200 cN反復拉伸10次的拉伸彈性曲線。可看出：紗線定負荷200 cN反復拉伸10次，氨綸/棉包芯紗的彈性回復率的范圍在60.9%～69.5%之間；CM800/棉包芯紗的彈性回復率的范圍在68.5%～81.3%之間；棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率的范圍在65.7%～78%之間。其中，氨綸/棉包芯紗反復拉伸次數與紗線彈性回復率擬合曲線的回歸方程為y=69.278 48x-0.058 96，相關系數R2=0.973；CM800/棉包芯紗反復拉伸次數與紗線的彈性回復率擬合曲線的回歸方程為y=81.834 91x-0.076 49，相關系數R2=0.99；棉雙絲彈力包芯紗反復拉伸次數與紗線彈性回復率擬合曲線的回歸方程為y=78.415 52x-0.070 02，相關系數R2=0.970 29。3種彈力包芯紗定負荷反復拉伸彈性擬合曲線的方程相關系數R2均大于0.9，說明符合擬合條件。

圖2 紗線定負荷200 cN反復拉伸10次的拉伸彈性Fig.2 Tensile elasticity of yarn at constant load of 200 cN for repeatedly 10 times

3種彈力包芯紗定負荷反復拉伸次數與紗線彈性回復率的關系滿足冪函數關系，且可根據此擬合方程求出紗線定負荷反復拉伸任意次數的彈性回復率。紗線定負荷反復拉伸彈性隨著反復拉伸次數的增加而減小，且紗線的彈性回復率大小順序為：CM800/棉包芯紗>棉雙絲彈力包芯紗>氨綸/棉包芯紗。

3 結 論

通過對彈力包芯紗的定伸長和定負荷拉伸彈性的測試與分析，得出如下結論：1)隨著氨綸牽伸倍數的增大，包芯紗的彈性回復率降低，且棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率大于氨綸/棉包芯紗；2)隨著氨綸線密度的增大，包芯紗的彈性回復率先增加后降低，且棉雙絲彈力包芯紗的彈性回復率大于氨綸/棉包芯紗；3)隨著CM800線密度的增大，包芯紗的彈性回復率增加，且CM800/棉包芯紗的彈性回復率大于棉雙絲彈力包芯紗；4)棉/氨綸、棉/CM800和棉雙絲彈力包芯紗的定伸長和定負荷反復拉伸次數與紗線彈性回復率的關系均符合冪函數關系。隨著紗線反復拉伸次數的增加，彈力包芯紗定伸長與定負荷反復拉伸彈性回復率降低。

綜上，3種彈力包芯紗的彈性回復率大小順序為：CM800/棉包芯紗>棉雙絲彈力包芯紗>氨綸/棉包芯紗，因此，織物對彈性要求較高時，在氨綸和CM800的線密度一定的情況下，可選擇氨綸預牽伸倍數為2倍的棉雙絲彈力包芯紗為原料；在氨綸的預牽伸倍數和CM800的線密度一定的情況下，可選擇氨綸線密度為4.44 tex的棉雙絲彈力包芯紗為原料；在氨綸的預牽伸倍數和線密度一定的情況下，可選擇CM800的線密度為8.33 tex的CM800/棉彈力包芯紗為原料。

FZXB

[1] 徐旻, 李云慶. 彈力包芯紗及其彈力織物質量控制探討[J]. 棉紡織技術, 2003, 31(4): 21-24. XU Min, LI Yunqing. Research on quality control of core-spun elastic yarn and its fabric[J]. Cotton Textile Technology, 2003, 31(4): 21-24.

[2] 段亞峰, 潘峰. 彈性紗線和彈性織物[J]. 國外絲綢, 2001(4): 9-21. DUAN Yafeng, PAN Feng. Elastic yarn and elastic fabric[J]. Silk Textile Technology Overseas, 2001(4): 9-21.

[3] MOURAD M M, ELSHAKANKERY M H, ALMETWALLY A A. Physical and stretch properties of woven cotton fabrics containing different rates of spandex[J]. Journal of American Science, 2012, 8(4):567-572.

[4] 沈華, 王府梅. 氨綸和PTT/PET彈性織物的力學性能和風格比較[J]. 紡織學報, 2014, 35(7): 42-47. SHEN Hua, WANG Fumei. Mechanical properties and hand style comparison of two kinds of elastic fabrics[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(7): 42-47.

[5] 王家昭, 孫宗軒. 氨綸彈力絲生產及其應用[M]. 北京: 中國紡織出版社, 1989: 4-20. WANG Jiazhao, SUN Zongxuan. Production and Application of Spandex Filament[M].Beijing: China Textile & Apparel Press, 1989: 4-20.

[6] 呂旭東. 氨綸 (Lycra) 的性能及其在紡織上的應用[J]. 江蘇紡織, 2001(11): 20-22. Lü Xudong. The property of Lycra and its application in textile[J]. Jiangsu Textile, 2001(11): 20-22.

[7] 朱碧紅. 氨綸彈力牛仔布的開發與生產[J]. 現代紡織技術, 2003, 11(1): 37-38. ZHU Bihong. Development and production of Lycra stretch denim[J]. Advanced Textile Technology, 2003, 11(1): 37-38.

[8] 王少輝, 趙俐, 費水瑛. CM800 長絲在針織毛衫領域的應用[J]. 針織工業, 2009 (1): 27-30. WANG Shaohui, ZHAO Li, FEI Shuiying. Application of CM800 in the knitted sweater[J]. Knitting Industries, 2009 (1): 27-30.

[9] 白小靜, 趙俐. 雙組分 PTT 和 T400 的對比[J]. 國際紡織導報, 2005(4): 51-52. BAI Xiaojing, ZHAO Li. The contrast of bicomponent PTT and T400[J]. Melliand China, 2005(4): 51-52.

[10] 何積穎, 趙莉. 談CM800雙組分長絲纖維彈力面料開發[N]. 中國紡織報, 2007-11-5(10). HE Jiying, ZHAO Li. Talk about the development of CM800 bicomponent filament fiber elastic fabric[N]. China Textile News, 2007-11-5(10).

[11] ALMETWALLY A A, IDREES H M F, HEBEISH A A. Predicting the tensile properties of cotton/spandex core-spun yarns using artificial neural network and linear regression models[J]. The Journal of the Textile Institute, 2014, 105(11): 1221-1229.

[12] QADIR B, HUSSAIN T, MALIK M. Effect of elastane denier and draft ratio of core-spun cotton weft yarns on the mechanical properties of woven fabrics[J]. Journal of Engineered Fabrics & Fibers, 2014, 9(1): 23-31.

[13] 侯小偉, 包曉佳, 王勇. 棉雙絲包芯賽絡紗的紡紗工藝優化[J]. 棉紡織技術, 2013, 41(8): 41-43. HOU Xiaowei, BAO Xiaojia, WANG Yong. Processing optimization of cotton double filament core-spun siro yarn[J]. Cotton Textile Technology, 2013, 41(8): 41-43.

[14] 侯小偉, 于傳文, 劉月剛, 等. 長絲張力恒定對賽絡紡棉雙絲包芯紗質量的影響[J]. 紡織器材, 2013, 40(6): 37-39. HOU Xiaowei, YU Chuanwen, LIU Yuegang, et al. The constant tension of filament influence on the quality of siro cotton double wire filament core-spun yarn[J]. Textile Accessories, 2013, 40(6): 37-39.

[15] 王思順, 徐仁利, 劉濤, 等. 雙絲包芯紗的生產及在牛仔面料中的應用[J]. 棉紡織技術, 2014,42(11): 33-37. WANG Sishun, XU Renli, LIU Tao, et al. Production of double filament core-spun yarn and its application in denim[J]. Cotton Textile Technology, 2014, 42(11): 33-37.

[17] 吳惠英, 段亞峰, 劉尚楠. PTT及其包芯紗的拉伸回彈性能研究[J]. 合成纖維, 2007, 36(10): 37-39. WU Huiying, DUAN Yafeng, LIU Shangnan. Study on elastic PTT fiber and its core-spun yarn[J]. Synthetic Fiber in China, 2007, 36(10): 37-39.

[18] 陳慰來, 萬林焰, 易定紅. T800 彈性紗線微觀結構和力學性能的測試與分析[J]. 紡織學報, 2014, 35(3): 18-21. CHEN Weilai, WAN Linyan, YI Dinghong. Testing and analyzing microstructures and mechanical properties of T800 elastic yarn[J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(3): 18-21.

Tensile elasticity of spandex and bi-component filament/cotton core-spun yarn

LI Dandan, QUAN Lijun, JIN Xiaoke, TIAN Wei, ZHU Chengyan
(NationalEngineeringLaboratoryforTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology,ZhejiangSci-TechUniversity,
Hangzhou,Zhejiang310018,China)

In order to improve elastic recovery of conventional elastic core-spun yarn, 13 kinds of elastic core-spun yarns were designed taking Lycra and bi-component filament(CM800) as the core-spun yarn and cotton fiber as the outer wrapping fiber. The relationships between the pre-drafting ratio of Lycra, the linear density of core-spun yarn, repeated extension times and elastic recovery percentage of elastic core-spun yarns were studied. This study utilized yarn tensile tester to test the tensile elasticity of spandex/cotton, CM800/cotton and elastic core-spun yarn of cotton/double filament. The result shows that the greater the pre-drafting ratio of spandex, the smaller the elastic recovery percentage of elastic core-spun yarn; and with the increase of the linear density of spandex, elastic recovery percentage of core-spun yarn firstly increases and then decreases. The elastic recovery percentage of core-spun yarn has positive linear correlation with the linear density of CM800. The elastic recovery percentage of elastic core-spun yarn was power-function associated with the repeated extension time of yarn at elongation of 5% and yarn constant load of 200 cN. With the increase of yarn extension time, the tensile recovery percentage of elastic core-spun yarn decreases. For all the yarns, the elastic recovery percentage of CM800/cotton core-spun yarn is the greatest and the elastic recovery percentage of spandex/cotton core-spun yarn is the smallest.

spandex; bi-component filament; elastic core-spun yarn of cotton/double filament; tensile recovery percentage

2016-06-21

2016-12-08

中國科技部國際科技合作項目(2011DFB51570);浙江理工大學研究生創新研究項目(YCX15002，YCX15010)

李丹丹(1991—)，女，碩士生。研究方向為現代紡織技術及新產品研究。祝成炎，通信作者，E-mail: cyzhu@zstu.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160605206

TS 111.9

A