蠶絲/夜光滌綸混紡紗的紡紗工藝與性能研究

倪海燕　李永貴　江志威

摘要：蓄能型夜光滌綸纖維是一種功能性環保新材料，其在市場上的應用越來越廣。為了進一步提升夜光滌綸纖維的性能，拓寬其市場應用性，文章對夜光滌綸短纖采用蠶絲短纖與其進行混紡。通過發揮蠶絲纖維的優點，提高了夜光滌綸的余輝強度和力學性能，并改善了夜光滌綸短纖紗的外觀效果。將蠶絲按不同添加比例與夜光短纖進行混紡，經過清梳聯、二道并條、粗紗、細紗等工序紡制成混紡紗線。通過對蠶絲與夜光滌綸混紡紗工藝和紗線性能的分析，結果表明：蠶絲短纖混紡量低于8%時，對夜光混紡紗的發光強度、力學性能及紗線條干均勻性均有提高。

關鍵詞：夜光滌綸;蠶絲纖維;紡紗工藝;發光強度;力學性能

中圖分類號：TS106.84

文獻標志碼：A

文章編號：10017003（2021）04000604

Abstract：Energystorageluminouspolyesterfiberisanewfunctionalandenvironmentallyfriendlymaterial，whoseapplicationinthemarketisbecomingwiderandwider.Inordertofurtherimprovetheperformanceofluminouspolyesterfiberandbroadenitsmarketapplicability，luminouspolyesterstaplefiberisblendedwithsilkstaplefiberinthisstudy.Bygivingfullplaytotheadvantagesofsilkfiber，weenhancetheafterglowstrengthandmechanicalpropertiesofluminouspolyester，andimprovetheappearanceeffectofluminouspolyesterstapleyarn.Thesilkisblendedwithluminousstaplefiber，accordingtodifferentadditionratios，andthenspunintoblendedyarnthroughtheprocessesofblowing-carding，intermediatedrawing，roving，andspinning.Afterananalysisoftheprocessandpropertiesofblendedsilkandluminouspolyesteryarn，theresultsindicatethatwhenthecontentofsilkstaplefiberintheblendedyarnislessthan8%，theluminousintensity，mechanicalpropertiesandevennessoftheluminousstaplefiberyarnareimproved.

Keywords：luminouspolyester;silkfiber;spinningprocess;luminousintensity;mechanicalproperties

作者簡介：倪海燕（1980），女，副教授，主要從事紡織新材料與針織技術的研究。

夜光紗是夜光纖維通過一系列的紡紗過程紡制而成的。夜光纖維根據自身內部發光材料所發射光的形式分為自發光型和蓄能型[1]，自發光型纖維因為所使用的材料具有放射性，不符合當今環保的主題，所以現在很少使用;而蓄能型纖維是以PET、PP、PA為基體，添加稀土鋁酸鹽和納米級助劑，經過特種紡絲工藝制成的具有夜光性能的蓄能纖維。該纖維具有在受光照射時捕集激發態電子，在停止照射后進行持續發光躍遷的功能。熒光纖維只要吸收任何可見光，便能將光能儲蓄在纖維中，在黑暗中持續發光且可無限次循環使用。

蓄能型夜光纖維從最初的硫化物體系逐漸發展到鋁酸鹽體系、硅酸鹽體系，再到最新的在鋁酸鹽體系中加入不同的光色轉換劑來產生不同的發光顏色[2]。這極大地豐富了夜光纖維的發光種類及效果，可滿足現在社會人們越來越追求自我個性的需求。但夜光短纖維因采用紡絲基體中添加發光材質進行熔融紡絲，纖維強力受影響，故與常規紗線相比，夜光短纖紗普遍存在強力低等問題，這嚴重影響了夜光短纖紗的應用前景[3-4]。本文為了提高夜光短纖紗的物理性能和余輝強度，通過摻雜蠶絲纖維，采用環錠法紡紗工藝，合理設置各道工序的上機參數，制備了不同比例的蠶絲/夜光滌綸短纖紗。并與純紡的夜光滌綸短纖紗進行對比，探討蠶絲纖維的摻雜對夜光短纖紗的發光強度、力學性能及紗線質量的影響。

1 試 驗

1.1 試驗材料

本試驗所選材料為經過切斷處理的纖維，纖維均長為38mm，屬棉型纖維。其來源和性能指標為：夜光滌綸采用實驗室自制的纖維原料，纖維線密度為2.22dtex，斷裂強度205cN/dtex，斷裂伸長率26.40%;桑蠶絲（吳江市倪氏絹紡廠）為短纖維，平均線密度為2.85dtex，纖維斷裂強度3.17cN/dtex，斷裂伸長率21.70%。

1.2 紡紗工藝

工藝流程：開清棉→梳棉→并條→粗紗→細紗[5]。通過添加0（純夜光短纖維紗）、2%、4%、6%、8%、10%不同比例的蠶絲纖維，分別紡制出蠶絲/夜光滌綸短纖混紡紗，混紡紗線線密度為27.82tex。

1.2.1 開清棉工序

開清棉采用DSOp-02小樣開松機（天津市嘉誠機電設備有限公司），喂入方式為手動鋪層，開松輥轉速為280r/min，開松速比為369倍，傳動方式為V帶、齒輪及鏈條傳動，并具有三臺獨立工作的電機分別用來控制三個不同的部分，簡化了機械傳動機構，操作方便，有利于提高開松質量。

1.2.2 梳棉工序

梳棉采用DSCa-01數字式小樣梳棉機（天津市嘉誠機電設備有限公司），因不像棉纖維含有多種雜質，本試驗中的蠶絲短纖和夜光滌綸短纖在梳理工序中，主要側重于提高單纖維梳理程度，因此在制定梳棉工藝參數時，遵循“輕定量、慢速度、快轉移、中隔距”的工藝原則[6]，以減小對纖維的損傷。梳棉主要工藝參數為：梳棉時給棉羅拉速度0.28r/min，刺輥轉速260r/min，錫林轉速500r/min，道夫轉速5.96r/min。梳理后得到的棉網定量為28g/5m，如果出來的棉網容易附著在羅拉上，可以在羅拉上涂抹滑石粉減小纖維和羅拉之間的靜電現象，情況嚴重時可對纖維進行放靜電預處理。

1.2.3 并條工序

蠶絲和滌綸纖維經清、梳工序制成的生條已成為連續的條狀半成品，但生條中纖維還存在彎鉤去屈曲狀態，不能滿足后續工序的需要。本試驗采用DSDr-01數字式小樣并條機（天津市嘉誠機電設備有限公司），將生條抽長拉細，使纖維充分混合均勻，此工序對紗線的成紗質量具有很大的影響[7]。為了使其充分牽伸，可以適當增大握持隔距或提高總牽伸倍數使其牽伸開，DSDr-01型數字式小樣并條機采用的牽伸形式為四上四下附導向輥、壓力棒式雙區曲線牽伸。為了更好地得到混合均勻的紗線，采用二道并條工序[8]，并條并合根數均采用6根。頭并主要工藝參數為：出條速度10m/min，后區牽伸倍數1.45，牽伸隔距45×50mm，定量23.0g/5m;二并主要工藝參數為：出條速度10m/min，后區牽伸倍數1.40，牽伸隔距45×50mm，定量21.2g/5m。

1.2.4 粗紗工序

在粗紗工序中為防止意外牽伸而帶來的條干惡化，采用“大隔距、重加壓”的工藝原則，同時適當加大粗紗的捻系數，這樣既可保證粗紗形成于細紗退繞時不至于產生意外牽伸，又有利于細紗后區牽伸中纖維的控制。本試驗采用DSRo-11數字式小樣粗紗機（天津市嘉誠機電設備有限公司），其有七臺伺服電機獨立傳動方案，錠翼形式為懸錠，喂入裝置為高架式單列導條輥，傳動方式為齒形帶及齒輪傳動，牽伸形式為四羅拉雙短皮圈牽伸形式，其中有四臺電機專門用于控制紡紗速度，可以通過調節這四臺伺服電機的轉速來調整紡紗工藝，改變紗線粗細及牽伸倍數。工藝參數為：條子單重21.2g/5m，捻系數90，捻度40.25T/m，總牽伸倍數7.38，前區牽伸倍數1.23，后區牽伸倍數1.05，錠翼轉速300r/min，膠圈鉗口偏大掌握，羅拉加壓較棉紡偏大。

1.2.5 細紗工序

細紗工序采用DSSp-01數字式小樣細紗機（天津市嘉誠機電設備有限公司）進行細紗試驗。在細紗牽伸過程中，設計合理的上機參數，保持牽伸力和握持力兩者之間的平衡，使纖維有規律地向前運動，均勻地抽長拉細，同時給牽伸后的須條進行加捻，提高其強度。由于前區牽伸控制較強[9]，即設定總牽伸倍數為18.50;為了有效控制后區纖維的運動，降低牽伸不勻率，減少成紗細節，提高紗線條干均勻度，設定較小的后區牽伸倍數為1.20。在細紗試驗過程中適當降低錠速和前羅拉轉速，有利于牽伸穩定，降低細紗斷頭。細紗試驗具體工藝參數為：前、中羅拉隔距55mm，中、后羅拉隔距63mm，鋼絲圈型號C型4/0，牽伸倍數18.50，后區牽伸倍數1.20，加捻系數350，羅拉加壓比棉紡大，捻度66T/m，錠速8000r/min。

1.3 性能表征

1.3.1 斷裂強力測試

參照GB/T3916—1997《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》。選擇電子萬能材料試驗機（美國英斯特朗公司）的模式為單根紗線斷裂強力，預載荷2cN/tex，標距500mm，速度500mm/min[10]對紗線進行測試。

1.3.2 余輝特性測試

采用的PR-305長余輝熒光粉測試儀（杭州浙大三色儀器有限公司）對紗線的余輝特性進行測量。設置測試參數：激發時間15min，等待時間10s，余輝采樣時間60min，激發照度1000lx，采樣間隔1s[11]。

1.3.3 沸水收縮率測試

沸水收縮率采用YG（B）086縷紗測長儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司）和HH-4恒溫水浴鍋（常州市金壇友聯儀器研究所），按國家標準GB/T3291.1—1997《紡織紡織材料性能和試驗術語第1部分：纖維和紗線》進行測試。

1.3.4 條干均勻度測試

參照GB/T3292.1—2008《紡織品紗線條干不勻試驗方法第1部分：電容法》進行測試。采用YG136型電容式紗線條干儀（常州金松紡織儀器有限公司）測試紗線條干CV值和細節、粗節、棉結的指標。紗線退繞速度400m/min，時間1min，量程±100%。試驗和測試環境溫度（20±2）%，相對濕度（65±3）%。

2 結果與分析

2.1 紗線力學性能

各混紡比紗線試樣的拉伸性能結果如表1所示。通過與純紡夜光紗線最大斷裂強度比較可知，隨著蠶絲摻雜量的增加，混紡夜光滌綸紗的斷裂強力要稍稍優于純紡的紗線，這說明摻雜蠶絲可以提高夜光短纖紗的力學性能;而隨著蠶絲混紡比例上升，夜光短纖紗力學性能會下降，分析認為是蠶絲纖維的斷裂強度大于夜光短纖紗，少量的蠶絲會提升紗線的強度，但是隨著蠶絲混紡量的增加，纖維間的抱合力降低，則會出現隨著蠶絲纖維添加比例的增加，夜光短纖紗的斷裂強力反而降低的現象。

2.2 紗線余輝性能

觀察圖1可以看出，添加蠶絲短纖可以提高夜光滌綸紗的余輝強度，當蠶絲比例為6%時，其余輝強度達到最高，之后開始呈下降趨勢。通過分析，這是因為蠶絲短纖的橫截面呈扁平多棱三角形，如同鉆石的結構，具有較強的折光性，故添加少量的蠶絲短纖可以提高夜光短纖紗的余輝強度。隨著蠶絲短纖添加比例的增加，紗線中夜光短纖的含量減少，故混紡紗的余輝強度呈下降趨勢。

2.3 沸水收縮率

各混紡比紗線沸水收縮率如表2所示。

通過表2可知，純紡夜光滌綸短纖紗沸水收縮率較高，而隨著蠶絲短纖維添加比例的增加其沸水收縮率呈上升趨勢。分析認為，這是由于蠶絲短纖維的耐熱性較滌綸差，在100℃的溫度下煮沸30min，蠶絲表面的絲膠在高溫下被熔化，纖維變形嚴重，則會出現隨著蠶絲短纖比例的增加沸水收縮率上升的現象。

2.4 紗線條干均勻性

紗線的條干不勻是指紗線的線密度不勻，本試驗不同混紡比紗線的紗線條干均勻度測試結果如表3所示。整體來看，紗線的條干不勻性變異系數不明顯，隨著蠶絲混紡量的增加，紗線的不勻指標稍有差異。分析認為是由于混紡纖維存在長度和線密度的差異，在環錠紡紗過程中，纖維在加捻三角區因受張力和紗線加捻的作用發生轉移現象，纖維會從內到外、再從外到內發生移動，使纖維在紗線中分布更均勻，進一步提高混紡紗的條干均勻性。

3 結 論

蓄能型夜光滌綸纖維是一種功能性環保材料，社會需求越來越廣泛。本文通過滌綸短纖和蠶絲短纖進行混紡，提高夜光紗的綜合性能。研究了該混紡紗的紡紗工藝，并對紗線的性能進行測試分析，得出了對該混紡紗實際生產和應用具有指導意義的結論。

1）采用蠶絲短纖維與滌綸短纖維進行混紡，在紡紗過程中纖維的靜電現象比較嚴重，對纖維要采用抗靜電預處理;在并條、粗紗階段，要注意對羅拉、膠棍進行酸處理，以保證紡紗的順利進行。紡紗中最主要的是要控制好車間的溫濕度和紡紗過程纖維纏羅拉的現象。

2）對夜光混紡短纖紗進行力學和發光性能測試，結果表明通過摻雜蠶絲短纖可提高混紡紗的力學性能和發光性能。隨著蠶絲含量的增加，紗線的力學性能有所提高，但蠶絲添加量不宜超過8%。同時，蠶絲的摻入會對紗線發光性能產生影響，當蠶絲短纖以6%的比例添加時，混紡紗的余輝強度最高。

3）通過對夜光混紡紗進行沸水收縮率試驗和紗線條干均勻性試驗，得知夜光滌綸短纖紗隨著摻雜蠶絲纖維量的增加，沸水收縮率會微微增大。紗線的條干均勻性隨著蠶絲含量的增加有逐漸改善，蠶絲纖維的混紡可提高夜光滌綸短纖紗的條干性能。

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