上漿前處理劑對經編用棉紗性能的影響

張靈婕， 繆旭紅， 萬愛蘭， 蔣高明， 陳方芳

(1. 江南大學 教育部針織技術工程研究中心， 江蘇 無錫 214122；2. 生態紡織教育部重點實驗室(江南大學)， 江蘇 無錫 214122 )

棉紗是應用最廣的天然纖維，與化學長絲相比，其強力、斷裂伸長、毛羽、摩擦性能等相對較差[1]。機織生產過程中常通過對紗線上漿來實現增強、減摩、保伸和貼伏減少毛羽的目的，以提高經紗織造性能[2]；而機織上漿量較大，漿料成膜可影響織物的彎曲性能，因此，傳統的機織上漿方法不適用于針織生產。緯編因編織時車速較低，紗線張力及波動均較小，對紗線要求較低，因而在不做前處理條件下一般紗線均可滿足生產要求[3]；但經編因編織過程中車速高，紗線張力波動大等原因，短纖紗在生產中易發生斷紗現象[4]。

為實現棉紗的經編高速生產，已有研究人員對棉紗經編織造工藝、紗線損傷等進行研究[5-6]發現，尋找一種合適的棉紗前處理方法，提高紗線的經編可織性是實現短纖紗經編高速生產的關鍵之一。為保證前處理后紗線可彎曲成圈，順利織造，經編前處理上漿率應盡量小，且應減少滲透，因此，實驗未采用浸壓上漿方法，而是依靠整經機上漿輥回轉，紗線經過上漿輥黏連前處理劑的方法對紗線進行處理。經編整經時常采用液蠟、白油對紗線進行前處理，但對處理結果的系統研究較少。目前，經編整經裝置沒有安裝加熱裝置，因此，基于現有裝備選擇常溫條件下即可使用的前處理劑。本文選擇4種棉紗作為前處理對象，并采用4種前處理劑對紗線進行處理，對前處理前后紗線的毛羽、斷裂伸長和摩擦性能進行測試，并對比分析出適合經編使用的前處理方法。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

9.72 tex集聚賽絡紡棉紗，14.58 tex長絨棉精梳集聚紡棉紗，18.22 tex精梳集聚紡棉紗，18.22 tex環錠紡靛藍棉紗，市購。

1.2 處理劑選擇

低溫淀粉(羧甲基淀粉)：羧甲基淀粉因羧甲基化后，其結晶結構和氫鍵受到破壞，相比普通淀粉漿料，在低溫下漿液無凝膠傾向且親水性降低，比普通淀粉更符合經編常溫上漿要求，更易保存，并且對棉纖維有良好的黏附性[7]。

低溫聚乙烯醇(PVA，丙烯酸酰胺共聚改性PVA)：采用的PVA漿料是在常規PVA基礎上經過丙烯酸酰胺共聚改性，得到的改性PVA，可在低溫條件下上漿，不易凝固，且含有—NH2、—OH等基團，對棉紗具有良好的黏附性能[8]，相比常規PVA更適合經編上漿要求。

液蠟：經編整經常用油劑，主要成分為飽和烴類，加入非離子型表面活性劑進行乳化，并用水進行調配。

白油：經編整經常用油劑，主要成分為飽和烴類。

1.3 實驗儀器

SGE318型拷貝型經編整經機(射陽縣杰力紡織機械有限公司)；YG172A型紗線毛羽測試儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)；YG020B型單紗強力機(常州市第二紡織儀器廠)； YG086型縷紗測長機(寧波紡織儀器廠)；JA2003型上海精科天平；SU1 510 N 型掃描電子顯微鏡(日本日立株式會社)。

1.4 實驗方法

1.4.1實驗準備

實驗前，將低溫淀粉和低溫PVA 2種處理劑原料配制成溶液：低溫淀粉在95 ℃條件下進行攪拌溶解，制成質量分數為4%的前處理溶液；低溫PVA在95 ℃條件下攪拌溶解，制成質量分數為6%的前處理溶液。將整經機的大漿槽分割成2個小漿槽，為上漿實驗做準備。

1.4.2紗線處理及取樣方法

在SGE318 拷貝型經編整經機上進行紗線處理前及處理后的收集，整經機速為100 m/min，上漿輥轉速為8 r/min，可通過調整上漿輥轉速改變上漿率。

將配好的前處理劑溶液或油劑倒入整經機的一個小漿槽內，另外一個小漿槽空置。準備2個待處理紗筒，按照整經路線進行走紗。其中：1根經紗經過有處理液的上漿輥；1根經紗經過無處理液的上漿輥，這樣可以同時收集前處理前和前處理后2種紗線。將2根紗線繼續牽引到整經機前的人字筘，根據收集使用的紗筒長度調整紗線在人字筘上位置，使得開機卷繞時能形成2段分開的紗層，方便后期分別對2段紗層退繞并進行性能測試。上漿過程在室溫條件下進行。每次實驗結束后對漿槽進行清理再換另1種處理溶液或油劑，防止溶液或油劑之間相互影響。

1.5 紗線性能測試

1.5.1上漿率及黏度測試

因上漿率較小，紗線無需經過烘干，直接將整經機收集到的前處理前后的紗線放置在溫度為25 ℃、濕度為65%的環境中自然放置24 h以上。采用YG086型縷紗測長機收集100 m紗線，稱量(精度為1 mg)。依據GB/T 2794—2013《膠黏劑黏度的測定 單圓筒旋轉黏度計法》，測試4種前處理劑的黏度，測試溫度為 25 ℃，濕度為65%。

上漿率根據處理前、后紗線的質量變化率計算，其公式為：

η=(m1-m2)/m2×100%

式中：η為上漿率,%；m1為處理后100 m長紗線的質量,g；m2為處理前100 m長紗線的質量,g。

1.5.2毛羽性能測試

依據FZ/T 01086—2000《織織品 紗線毛羽測定方法 投影計數法》對處理前和處理后紗線的毛羽性能進行測試。測試片段長度為10 m，每個樣本測試10組，測試運行速度為30 m/min，測試溫度為 25 ℃，濕度為65%。

對4種前處理前后紗線的毛羽性能進行測試，并選取綜合指數[9]以及3 mm以上毛羽指數作為指標進行分析，計算公式為：

H6=H3+H4+H5

K=(K1-K2)/K2×100%

式中：H為綜合指數；H1為1 mm毛羽指數；H2為 2 mm毛羽指數；H3為3 mm毛羽指數；H4為4 mm毛羽指數；H5為5 mm及以上毛羽指數；H6為3 mm及以上毛羽指數；K為3 mm以上綜合指數減少率，%；K1為處理前3 mm以上綜合指數；K2為處理后3 mm以上綜合指數。

1.5.3拉伸性能測試

依據GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定(cre法)》對處理前、后紗線進行測試。實驗定長為50 mm，運行速度為500 mm/min，測試溫度為25 ℃，濕度為65%，每個樣本測試20次，取平均值。

根據上述測試結果，并計算斷裂強度變化率及斷裂伸長變化率。計算公式為：

E=(E1-E2)/E2×100%

I=(I1-I2)/I2×100%

式中：E為斷裂強度變化率，%；E1為前處理后紗線斷裂強度；E2為前處理前紗線斷裂強度；I為斷裂伸長變化率；I1為前處理后紗線斷裂伸長；I2為前處理前紗線斷裂伸長。

2 結果與討論

2.1 上漿率及黏度分析

表1示出上漿率及黏度測試結果。可看出，前處理后4種紗線上漿率因前處理劑的不同而表現出較大差異。另外，因前處理過程未采用浸壓方式，所以最終上漿率小于傳統機織上漿率，前處理劑主要以表面披覆浸潤為主。對前處理劑進行了黏度測試可以看出，并非黏度越大上漿率越大。低溫淀粉、低溫PVA以及液蠟都含有水分，前處理后水分蒸發，干燥成膜，最終上漿率較小。白油不含水分，潤滑性較好，對纖維有一定浸潤作用，最終上漿率最大。

表1 上漿率及黏度測試結果Tab.1 Sizing rate and viscosity

2.2 毛羽性能分析

表2示出紗線毛羽綜合指數及3 mm以上毛羽指數。可看出，4種前處理劑都有減少毛羽的效果，但效果存在差異。綜合4種紗線前處理前后的毛羽指數結果認為，低溫PVA對毛羽的減少效果最好，低溫淀粉及液蠟的效果相當，白油對毛羽減少的效果最差。

表2 紗線毛羽綜合指數及3 mm以上毛羽指數

圖1示出紗線毛羽指數減少率。可以看出，4種紗線的3 mm以上毛羽指數減少率比綜合指數減少率大，說明4種前處理劑對減少有害毛羽有一定作用。

2.3 拉伸性能分析

表3示出拉伸斷裂強度和斷裂伸長變化率。可看出：9.72、14.58、18.22 tex集聚紡棉紗經前處理后斷裂強度及斷裂伸長變化程度存在差異，但變化趨勢一致，說明實驗結果并非偶然性；而18.22 tex環錠紡棉紗的測試結果與其他3種紗線表現出一定的差異性。低溫淀粉、低溫PVA及液蠟對除環錠紡棉紗外其他3種紗線的斷裂強力有一定增強作用，其中低溫淀粉增強效果最好。這是因為經前處理后處理劑在紗線表面形成漿膜，使紗線強度增大。對于環錠紡棉紗而言，由于經靛藍染色后在纖維表面殘留染料顆粒，降低了前處理劑對紗線的附著能力，影響成膜，從而使低溫淀粉、低溫PVA及液蠟前處理對紗線斷裂強度幾乎沒有影響。經白油前處理后所有紗線的斷裂強度都有降低趨勢，結合上漿率結果可知，由于白油有較好的潤滑及浸潤效果：一方面使上漿率最大；另一方面由于白油浸潤在紗線纖維之間，使得纖維間抱合力降低，易產生滑移造成斷裂。

圖1 紗線毛羽指數減少率Fig.1 Reduction ratio of hairiness index. (a) Total hairiness index; (b) Index of hairiness above 3 mm

表3 斷裂強度和斷裂伸長變化率Tab.3 Change ratio of breaking strength and elongation

觀察表3結果可知，除環錠紡棉紗外，經低溫淀粉及白油處理后紗線的斷裂伸長呈現下降趨勢，其中白油處理后下降率最大。低溫淀粉干燥后成膜比較硬脆，彈性較差，因而影響紗線斷裂伸長；而紗線經白油前處理后，因受其潤滑作用使紗線纖維易產生滑移，容易產生斷裂，最終表現為斷裂伸長減小。經低溫PVA及液蠟前處理后，4種紗線的斷裂伸長呈現不同程度的增大趨勢，其中液蠟前處理后增大程度更明顯。低溫PVA干燥后成膜彈性較好，斷裂伸長大[10]，有利于紗線斷裂伸長增大。液蠟因添加表面活性劑，干燥成膜后提高了紗線纖維間抱合力，使紗線不易因纖維滑移而造成斷裂，此外還改善了紗線的韌性，最終使斷裂伸長增加。

2.4 纖維表面形貌分析

前處理后環錠紡棉紗的斷裂強力及斷裂伸長與另外3種棉紗存在差異，因此，選擇9.72 tex集聚紡棉紗及18.22 tex環錠紡棉紗進行表面形貌觀察，結果如圖2、3所示。

圖2 9.72 tex棉紗處理前后掃描電鏡照片Fig.2 SEM images of 9.72 tex cotton yarn before and after pretreatment. (a) Untreatment; (b) Treated with lowtemperature starch; (c) Treated with Low temperature PVA; (d) Treated with liquid-wax; (e) Treated with white oil

從圖2可以看出，未經前處理的棉紗纖維表面存在機械損傷，這可能是由于紗線退繞、整經等過程中造成的，使表面凹凸不平。而經4種前處理劑處理后，纖維表面凹凸情況改善，且低溫淀粉溶液及低溫PVA溶液前處理后纖維表面雖仍有凹凸，但沒有明顯的顆粒狀或絮狀物；液蠟前處理后纖維表面殘留細小顆粒，影響了纖維表面的順滑性；經白油前處理后，纖維表面可明顯看到覆蓋一層油劑，表面比較光滑。

由圖3可以看出：環錠紡棉紗因經靛藍染料處理，纖維表面有很多染料顆粒；經4種前處理劑處理后，纖維表面平滑情況有所改善，相比較而言，低溫淀粉溶液以及白油處理后，纖維表面平整程度較好，而低溫PVA溶液及液蠟前處理后，纖維表面有顆粒及絮狀物。

對比圖2、3可以看到，環錠紡棉紗因經過靛藍染色后表面形態與普通棉紗不同，經前處理后紗線表現出的性能也有所差異；因而環錠紡棉紗在前處理劑選擇上應根據其特有性質進行針對性研究。

圖3 18.22 tex環錠紡棉紗處理前、后掃描電鏡照片Fig.3 SEM images of 18.22 tex ring spun indigo dyed cotton yarn before and after treatment. (a) Untreatment; (b) Treated with low temperature starch; (c) Treated with low temperature PVA; (d) Treated with liquid-wax; (e) Treated with white oil

3 結 論

本文采用4種前處理劑對4種棉紗進行處理，并對前處理前后紗線的性能進行測試，結果表明，前處理劑的合理使用可改善紗線的毛羽以及斷裂性能。

1) 低溫PVA及液蠟可改善棉紗毛羽，且也可在一定程度上提高紗線的斷裂強度及斷裂伸長，有利于棉紗適應高速經編織造，減少斷紗。

2) 低溫淀粉雖然可改善毛羽，有效提高斷裂強力，但因漿膜韌性較差，影響紗線斷裂伸長，且經低溫淀粉處理后，紗線彎曲剛度明顯增大，不利于紗線成圈，因此，不適合經編棉紗前處理使用。

3) 白油作為傳統潤滑助劑，處理棉紗可造成紗線強力以及斷裂伸長下降，不適合作為經編棉紗前處理劑使用。

4) 靛藍紗因經靛藍染色后與普通棉紗性質存在差異，因而前處理效果有所不同，需做進一步針對性研究。

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