具有間隔色彩效果的紗線(xiàn)制備及性能研究

湯清倫 韋煒 陳軍 湯恒星 張瑜

摘?要：采用有色滌綸長(zhǎng)絲與天然純棉纖維為原料，制備出一種具有間隔色彩效果的新型復(fù)合紗線(xiàn)。為探討該復(fù)合紗線(xiàn)的工藝優(yōu)化方案，研究了滌綸長(zhǎng)絲預(yù)加張力、捻系數(shù)、后區(qū)牽伸倍數(shù)（E后）、滌綸長(zhǎng)絲含量等工藝參數(shù)對(duì)紗線(xiàn)的性能影響。結(jié)果表明，有色滌綸長(zhǎng)絲張力為15 cN、捻系數(shù)為380、后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.5、滌綸長(zhǎng)絲含量為20%時(shí)，紗線(xiàn)的綜合性能較佳，且紗線(xiàn)色彩豐富、具有獨(dú)特的立體視覺(jué)效果。該紡紗方法科學(xué)地實(shí)現(xiàn)了纖維間色彩的調(diào)配，達(dá)到物理配色的目的，對(duì)提高色紗產(chǎn)品品質(zhì)、促進(jìn)色紗的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用等具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：紡紗工藝參數(shù);物理配色;間隔色彩;有色滌綸長(zhǎng)絲;復(fù)合紗線(xiàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TS104.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2021）02-0029-05

Abstract：A new-type of interal color composite yarns was manufactured with colored polyester filament and 100% natural cotton fiber. In order to explore the process optimization of the composite yarns， the effect of process parameters such as pre-tension of polyester filament， twist coefficient， draft multiple in back zone （Eback）， and the content of polyester filament on yarn properties were studied. The results show that the optimal overall performance can be achieved if the tension of colored polyester filament is 15 cN， twist coefficient is 380， draft multiple in back zone is 1.5， and the content of polyester filament is 20%. With such parameters， the composite yarns are colorful and have a unique three-dimensional visual effect. The spinning method has scientifically realized color matching of fibers and attained the purpose of physical color matching， which is of guiding significance to improving the quality of colored yarn products and promoting the real production and application of colored yarns.

Key words：spinning process parameters; physical color matching; interal color; colored polyester filament ; composite yarns

作者簡(jiǎn)介：湯清倫（1995-），女，湖北黃岡人，碩士研究生，主要從事新型紡織材料開(kāi)發(fā)及紡織品設(shè)計(jì)方面的研究。

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)紡織品的多樣性、時(shí)尚化的要求日益提高，色紡紗在紡織品中的運(yùn)用也逐步廣泛，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊[1-2]。傳統(tǒng)色紡紗通常是將纖維先進(jìn)行染色，再將兩種或兩種以上不同顏色的纖維混合，紡制成具有獨(dú)特混色效果的紗線(xiàn)。在染色過(guò)程中，本色纖維需經(jīng)受酸、堿、高溫等作用，在獲得色彩的同時(shí)，纖維中的蠟質(zhì)、脂、膠等物質(zhì)被去除或減少，導(dǎo)致染色之后纖維的聚合度下降、強(qiáng)力損失、可紡性下降[3-5]。且纖維染色環(huán)節(jié)中使用到的染料、助劑等種類(lèi)繁雜，導(dǎo)致廢水中的污染物成分復(fù)雜，酸堿性波動(dòng)大，相較于其他行業(yè)廢水水量大，處理難度高，環(huán)境污染大[6]。

針對(duì)上述問(wèn)題，采用有色滌綸長(zhǎng)絲與天然純棉纖維為原料，在現(xiàn)有環(huán)錠紡技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用有色滌綸長(zhǎng)絲與天然純棉纖維顏色的不同，調(diào)整紡紗工藝參數(shù)，制備出一種具有間隔色彩效果的新型紗線(xiàn)。該間隔色彩紗的色彩主要取決于滌綸長(zhǎng)絲的顏色，通過(guò)改變?cè)诩徑z原料中色母粒顏色即可獲得不同顏色的滌綸長(zhǎng)絲。而天然純棉纖維無(wú)須染色，從根本上解決了色紡紗因染色造成的可紡性降低等問(wèn)題，真正做到了“零染色”。

1?實(shí)?驗(yàn)

1.1?紗線(xiàn)制備與測(cè)試儀器

采用定量6.0 g/10.0 m的天然純棉粗紗與8.9 tex有色滌綸長(zhǎng)絲為原料。如圖1所示，在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上加裝一個(gè)長(zhǎng)絲喂入裝置，使有色滌綸長(zhǎng)絲經(jīng)張力盤(pán)、導(dǎo)絲輪后，從前羅拉膠輥后方喂入，與牽伸后的原色棉纖維須條匯聚加捻。其中，長(zhǎng)絲無(wú)須經(jīng)過(guò)牽伸，控制喂入的長(zhǎng)絲位置始終保持位于粗紗須條中心。通過(guò)紡紗過(guò)程的工藝控制，調(diào)控有色滌綸長(zhǎng)絲與原棉纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)，從而獲得具有間隔色彩效果的滌棉復(fù)合紗，紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。間隔色彩紗在縱向結(jié)構(gòu)上，呈現(xiàn)出均勻的色彩周期。該色彩周期由純色彩段和復(fù)合色彩段組成，純色彩段為有色滌綸長(zhǎng)絲的顏色，復(fù)合色彩段由有色滌綸長(zhǎng)絲與純棉纖維的顏色復(fù)合疊加呈現(xiàn)。

紡紗設(shè)備：DSSp-01A數(shù)字式小樣細(xì)紗機(jī)（天津市嘉誠(chéng)機(jī)電設(shè)備有限公司）。

測(cè)試儀器：YG（B）086型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)（溫州大榮紡織儀器有限公司）;SFY13單絲張力儀（紹興市杰聯(lián)儀器有限公司）;YG（B）021DX電子單紗強(qiáng)力機(jī)（溫州大榮紡織儀器有限公司）;YG173A紗線(xiàn)毛羽測(cè)試儀（蘇州長(zhǎng)風(fēng)有限責(zé)任公司）;YG133B/M條干均勻度測(cè)試儀（蘇州長(zhǎng)風(fēng)有限責(zé)任公司）;Y172型哈氏切片器（南通三思機(jī)電有限公司）;VHX-5000超景深三維數(shù)碼顯微鏡（基恩士（中國(guó)）有限公司）。

1.2?線(xiàn)密度偏差率

線(xiàn)密度偏差率（D）是衡量紗線(xiàn)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，據(jù)GB/T 398—2008《棉本色紗線(xiàn)》可知，優(yōu)等品棉紗所規(guī)定的線(xiàn)密度偏差率范圍為±2.0%。

式中：D為線(xiàn)密度偏差率，%;T為實(shí)際線(xiàn)密度，tex;T1為設(shè)計(jì)線(xiàn)密度，tex。

2?結(jié)果與分析

2.1?長(zhǎng)絲預(yù)加張力對(duì)紗線(xiàn)性能的影響

長(zhǎng)絲的預(yù)加張力直接影響成紗時(shí)加捻三角區(qū)纖維的內(nèi)外轉(zhuǎn)移，一定范圍內(nèi)，長(zhǎng)絲張力越大，加捻時(shí)長(zhǎng)絲的位置越容易被限制在須條中心，減少向外層轉(zhuǎn)移，當(dāng)長(zhǎng)絲預(yù)加張力較小，在紡紗過(guò)程中滌綸長(zhǎng)絲將會(huì)反復(fù)發(fā)生內(nèi)外層轉(zhuǎn)移[7]。由表1可知，隨著長(zhǎng)絲預(yù)加張力的增大，紗線(xiàn)強(qiáng)力呈先增加后減小趨勢(shì)，條干CV呈先減小再增大趨勢(shì)，毛羽指數(shù)變化相差不大，呈波動(dòng)狀態(tài)。有色滌綸長(zhǎng)絲和經(jīng)過(guò)牽伸的棉粗紗須條同時(shí)由前羅拉鉗口喂入，此處棉粗紗須條經(jīng)前牽伸區(qū)變速，速度與前羅拉速度相同，有色滌綸長(zhǎng)絲由于預(yù)加張力的作用，喂入前羅拉的速度略小于棉粗紗的喂入速度，兩者間形成一定的速度差。當(dāng)長(zhǎng)絲張力為5 cN以下時(shí)，長(zhǎng)絲與須條間速度差較小，滌綸長(zhǎng)絲與粗紗須條幾乎同時(shí)進(jìn)行輸出加捻，紗線(xiàn)實(shí)際線(xiàn)密度較接近設(shè)計(jì)線(xiàn)密度，線(xiàn)密度偏差率也較小。同時(shí)，紗線(xiàn)條干相對(duì)較差、毛羽較多、強(qiáng)力較低。這是由于，長(zhǎng)絲張力較小時(shí)，前鉗口處的棉纖維的向心壓力會(huì)使滌綸長(zhǎng)絲更易由內(nèi)層轉(zhuǎn)移向外層，使得棉纖維抱合不緊密，導(dǎo)致紗線(xiàn)質(zhì)量較差。隨著長(zhǎng)絲張力的增加，長(zhǎng)絲與須條間的速度差增大，前鉗口處纖維的向心壓力與長(zhǎng)絲的運(yùn)動(dòng)阻力相互作用增加，有利于纖維間的抱合。因此適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)絲張力，可改善紗線(xiàn)條干和毛羽質(zhì)量，提高紗線(xiàn)強(qiáng)力。滌綸長(zhǎng)絲預(yù)加張力為15 cN時(shí)，復(fù)合紗的斷裂強(qiáng)力最高。但隨著預(yù)加張力繼續(xù)增加，預(yù)加張力過(guò)大時(shí)，長(zhǎng)絲運(yùn)動(dòng)速度太慢，進(jìn)入前羅拉后會(huì)出現(xiàn)打頓問(wèn)題，外包短纖維易屈曲纏結(jié)在長(zhǎng)絲上而形成疵點(diǎn)，導(dǎo)致紗線(xiàn)的線(xiàn)密度偏差率增大、紗線(xiàn)條干及毛羽質(zhì)量下降，強(qiáng)力降低。合理而穩(wěn)定的張力控制，對(duì)紗線(xiàn)性能至關(guān)重要，長(zhǎng)絲張力15 cN時(shí)，長(zhǎng)絲與須條間的速度差相對(duì)適中，線(xiàn)密度偏差率在優(yōu)品紗線(xiàn)誤差范圍內(nèi)，同時(shí)，紗線(xiàn)毛羽、不勻率、強(qiáng)力均相對(duì)較優(yōu)。

2.2?捻系數(shù)對(duì)紗線(xiàn)性能的影響

在一定的范圍內(nèi)，當(dāng)捻系數(shù)增加時(shí)，更有利于前羅拉處的邊緣纖維的控制，同時(shí)提高了纖維間的摩擦力和抱合力，從而改善紗線(xiàn)性能[8]。由表2可見(jiàn)，隨著捻系數(shù)增加，紗線(xiàn)強(qiáng)力呈先增大后減小的趨勢(shì)，條干CV數(shù)值略微減小，毛羽H值呈波動(dòng)狀態(tài)。這是由于加捻過(guò)程中，捻系數(shù)較小時(shí)，纖維間的摩擦力較小，纖維的抱合力較弱，前羅拉處對(duì)邊緣纖維的控制力較低，加之牽伸過(guò)程中尤其是長(zhǎng)度較短的棉纖維散失，導(dǎo)致實(shí)際線(xiàn)密度略小于設(shè)計(jì)線(xiàn)密度，紗線(xiàn)強(qiáng)力較低以及紗線(xiàn)條干、毛羽較差，見(jiàn)方案7和8。隨著捻系數(shù)的增加，加捻作用使紗線(xiàn)中的外層纖維產(chǎn)生了向心壓力，纖維間的抱合力增大，纖維間摩擦力提高，纖維頭端被包裹在紗條內(nèi)的幾率增加，紗線(xiàn)毛羽減少、結(jié)構(gòu)緊密，有利于條干均勻度的改善，使成紗強(qiáng)力隨之增大，改善了紗線(xiàn)質(zhì)量，見(jiàn)方案9。當(dāng)捻系數(shù)過(guò)大時(shí)，被加捻的纖維所受到的加捻力矩過(guò)大，傳遞的捻度更靠近前羅拉鉗口，從而影響對(duì)輸出纖維的控制作用，導(dǎo)致纖維強(qiáng)力的有效利用能力降低，紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力下降，紗線(xiàn)線(xiàn)密度偏差率偏大，見(jiàn)方案10和11。并且，此時(shí)的紗線(xiàn)在自然狀態(tài)下容易發(fā)生捻縮、扭結(jié)，從而影響紗線(xiàn)的使用性能。經(jīng)過(guò)對(duì)比之后，當(dāng)捻系數(shù)為380時(shí)，復(fù)合紗線(xiàn)的綜合性能相對(duì)較優(yōu)。

2.3?后區(qū)牽伸倍數(shù)對(duì)紗線(xiàn)性能的影響

后區(qū)牽伸倍數(shù)直接影響牽伸區(qū)對(duì)纖維須條的有效牽伸，合理的后區(qū)牽伸倍數(shù)有利于纖維運(yùn)動(dòng)的有效控制，實(shí)現(xiàn)變速點(diǎn)的集中與穩(wěn)定[9-10]。由表3可見(jiàn)，隨著后區(qū)牽伸倍數(shù)的增加，紗線(xiàn)強(qiáng)力呈先增大后減小的趨勢(shì)，條干CV數(shù)值呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，并略有波動(dòng)，毛羽H值呈增大趨勢(shì)。這是由于在后區(qū)牽伸倍數(shù)較小時(shí)，粗紗在后區(qū)未能經(jīng)過(guò)有效牽伸，而在前區(qū)分配的牽伸倍數(shù)較多，須條不勻?qū)⒃谇盃可靺^(qū)積聚，導(dǎo)致成紗中粗節(jié)增多，條干較差，強(qiáng)力較低。此外，由于后區(qū)牽伸中纖維的擴(kuò)散程度較低，進(jìn)入前牽伸區(qū)的粗紗條集聚度較高，使得紗線(xiàn)毛羽較少，見(jiàn)方案12。隨著后區(qū)牽伸倍數(shù)的增加，粗紗條在后牽伸區(qū)的牽伸效率提高，紗條中的慢速浮游纖維將盡可能接近前鉗口變速，使浮游纖維運(yùn)動(dòng)的變速點(diǎn)相對(duì)集中，經(jīng)牽伸后須條中的纖維排列有序，使得細(xì)紗條干均勻性提高，強(qiáng)力增大;同時(shí)后區(qū)牽伸中的纖維擴(kuò)散程度增加，浮游纖維所受的控制力與引導(dǎo)力減弱，使得紗線(xiàn)毛羽增多。當(dāng)后區(qū)牽伸倍數(shù)過(guò)大時(shí)，浮游纖維所受的控制力與引導(dǎo)力過(guò)弱，將引起牽伸波，導(dǎo)致紗線(xiàn)強(qiáng)力降低、條干變差、毛羽增多，使成紗質(zhì)量惡化，線(xiàn)密度偏差率過(guò)高，見(jiàn)方案18。適宜的后區(qū)牽伸倍數(shù)有利于改善紗線(xiàn)質(zhì)量，當(dāng)后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.5 時(shí)，復(fù)合紗線(xiàn)的綜合性能相對(duì)較優(yōu)。

2.4?滌綸長(zhǎng)絲含量對(duì)紗線(xiàn)性能的影響

長(zhǎng)絲含量為有色滌綸長(zhǎng)絲在復(fù)合紗線(xiàn)中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由于本文中所用有色滌綸長(zhǎng)絲細(xì)度固定不變，因此復(fù)合紗線(xiàn)中長(zhǎng)絲含量越小，棉纖維含量則越多，紗線(xiàn)線(xiàn)密度則越大。由表4可見(jiàn)，當(dāng)長(zhǎng)絲含量越少時(shí)，紗線(xiàn)線(xiàn)密度越大，紗線(xiàn)強(qiáng)力則越高，毛羽H值呈增大趨勢(shì)，紗線(xiàn)條干CV呈振蕩逐步增大趨勢(shì)。當(dāng)長(zhǎng)絲含量高于20%時(shí)，長(zhǎng)絲外包棉纖維的含量較低，纖維間抱合力相應(yīng)較小，外包纖維更容易被吸風(fēng)管吸走，使得紗線(xiàn)實(shí)際線(xiàn)密度低于設(shè)計(jì)線(xiàn)密度，見(jiàn)方案19和20。隨著長(zhǎng)絲含量的減少，周?chē)耐獍蘩w維根數(shù)增多，棉纖維間的抱合力增強(qiáng)，纖維間的包裹更加緊密。但當(dāng)長(zhǎng)絲含量繼續(xù)減少時(shí)，則意味著紗線(xiàn)中所需棉纖維增多，需要更低的粗紗總牽伸倍數(shù)，然而過(guò)低的牽伸倍數(shù)將導(dǎo)致纖維須條牽伸不開(kāi)，紗線(xiàn)毛羽增多，紗線(xiàn)條干不勻率增大。合適的滌綸長(zhǎng)絲含量能使紗條在牽伸時(shí)受到均勻的牽伸力，綜合考慮，當(dāng)滌綸長(zhǎng)絲含量為20%時(shí)，復(fù)合紗線(xiàn)的綜合性能較優(yōu)。

2.5?紗線(xiàn)結(jié)構(gòu)及外觀形態(tài)

為了更好地觀察具有間隔色彩效果的復(fù)合紗線(xiàn)外觀形態(tài)，以工藝方案21紡制的紗線(xiàn)為例，采用VHX-5000型超景深三維數(shù)碼顯微鏡拍下紗線(xiàn)縱向照片（圖3a）。同時(shí)紗線(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使用纖維切片器制作紗線(xiàn)橫截面切片，并置于顯微鏡下觀察（圖3b和3c）。圖3b和3c中的白色線(xiàn)圈以外的區(qū)域?yàn)橹谱骷喚€(xiàn)切片樣品所用的染色滌綸，圖3中可明顯區(qū)分出所觀察紗線(xiàn)形狀與顏色。白色線(xiàn)圈以?xún)?nèi)的淺色部分為棉纖維，灰色線(xiàn)圈以?xún)?nèi)的黑色部分為滌綸纖維。由圖3中可以看出，紗線(xiàn)包纏較為緊密，表面較光潔，其中黑色滌綸長(zhǎng)絲在復(fù)合紗中以螺旋線(xiàn)形式與棉纖維紗條互相包纏，呈現(xiàn)半包纏螺旋規(guī)律。紗線(xiàn)在縱向結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)均勻色彩周期，色彩周期由黑色段和淺灰色段組成，顯現(xiàn)出一種間隔色彩效果，具有較強(qiáng)的立體感。在純色彩段紗線(xiàn)橫截面中，白色棉纖維沒(méi)有完全包裹黑色滌綸長(zhǎng)絲，部分滌綸長(zhǎng)絲裸露出來(lái)，使得此處紗線(xiàn)呈黑色外觀;在復(fù)合色彩段紗線(xiàn)橫截面中，黑色滌綸長(zhǎng)絲由白色棉纖維完全包裹，但并未完全位于紗線(xiàn)中心，使得此處紗線(xiàn)呈淺灰色外觀。

圖4為不同滌綸長(zhǎng)絲含量的紗線(xiàn)實(shí)物外觀與光譜反射率曲線(xiàn)。結(jié)合圖中紗線(xiàn)實(shí)物照片與紗線(xiàn)色度學(xué)性能可以看出，隨著間隔色彩紗中的滌綸長(zhǎng)絲含量減小，棉纖維含量增加，紗線(xiàn)中的純色彩段減少，紗線(xiàn)的光譜反射率增加。反射率越大紗線(xiàn)顏色越淺，即隨著間隔色彩紗中的棉纖維含量增加，紗線(xiàn)顏色變淺變亮，由深灰變?yōu)闇\灰。

圖5為采用紡紗方案21，僅改變有色滌綸長(zhǎng)絲顏色，制備出的2種不同間隔色彩紗實(shí)物照片，其中滌綸長(zhǎng)絲分別為藍(lán)色和橙色。可以看出，該方法亦可制備出不同顏色的間隔色彩紗，紗線(xiàn)外觀呈現(xiàn)出均勻的藍(lán)色段（橙色段）和淺藍(lán)色段（淺橙色段）組成色彩周期，色彩柔和且具有立體感。由此可見(jiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過(guò)調(diào)整滌綸長(zhǎng)絲和棉纖維的顏色，實(shí)現(xiàn)纖維間色彩的調(diào)配，來(lái)達(dá)到物理配色的目的，從而獲得不同色彩效果的新型色彩紗線(xiàn)。

3?結(jié)?論

以有色滌綸長(zhǎng)絲與原棉纖維為原料，通過(guò)紡紗過(guò)程的工藝調(diào)控，獲得具有間隔色彩效果的復(fù)合紗線(xiàn)。采用控制變量法探討紡紗條件，發(fā)現(xiàn)當(dāng)長(zhǎng)絲預(yù)加張力為15 cN、捻系數(shù)為380、后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.5、滌綸長(zhǎng)絲含量為20%時(shí)，復(fù)合紗線(xiàn)的綜合性能較佳。各工藝參數(shù)對(duì)紗線(xiàn)性能具有一定影響，其中，滌綸長(zhǎng)絲含量對(duì)復(fù)合紗線(xiàn)的斷裂強(qiáng)力影響較顯著，后區(qū)牽伸倍數(shù)對(duì)復(fù)合紗線(xiàn)的毛羽影響較為顯著。同時(shí)，可通過(guò)改變纖維原料顏色，使紗線(xiàn)具有不同色彩，從根本上解決了色紡紗因染色造成的可紡性降低等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“零染色”。該方法科學(xué)實(shí)現(xiàn)了纖維間色彩的可控調(diào)配，達(dá)到物理配色的目的，為今后的紗線(xiàn)質(zhì)量改進(jìn)提供理論參考依據(jù)與工藝指導(dǎo)。

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