高支全毛短竹節紗成形方法與成紗特征

劉 玲，位 麗

(1.鹽城工業職業技術學院 紡織服裝學院，江蘇 鹽城 224005； 2.江蘇省生物質功能紡織纖維開發與應用工程研究中心，江蘇 鹽城 224005)

竹節紗是花式紗的一種，外形呈現等節距或不等節距的竹節式粗節，結構獨特新穎，材質多以棉、麻、化纖為主，可用于機織物、針織物和裝飾物等領域，其布面由于竹節結構的存在呈現出有規律或無規律的波紋效果，有明顯凹凸立體感，顆粒飽滿、層次豐富。從1970年開始，國內外相關學者開始研究傳統環錠紡細紗機改造以實現竹節紗這一新型花式紗線的紡制，如直流伺服電動機和交流伺服電動機等附加花式紗專用控制裝置。從1980年開始，國內行業專家先后研發了牽引磁鐵、電磁離合器、牽伸羅拉速度切換等竹節紗紡紗裝置和方法[1-3]，雖然在一定程度上能夠成功紡制出較好成紗性能的竹節紗紗線品種，但是往往需要對細紗機進行機械化和控制單元的改造，改造成本較高，改造過程相對復雜，同時主要適紡于棉和化纖原料，對于以100%羊毛纖維為原料的短竹節紗線品種適紡性存在一定的問題，不便于靈活更換紗線品種。同時高支紗對羊毛纖維的豪特(Hm)長度要求是50～70 mm，在紡制短竹節紗的過程中牽伸控制精度較低，容易出現斷頭，短竹節紗的成紗性能存在較大波動，因此會較大程度地影響竹節紗的紡紗過程自動化水平[3-5]。當前，以全毛為主的產品品種豐富度、品質滿意度急需注入越來越多的休閑元素和個性化風格[6-7]。

本文基于現階段全毛紡紗線、面料的生產設計要求，對環錠細紗機前羅拉膠輥進行異形化設計，試紡了不同竹節長度、竹節間距和竹節倍率的高支全毛短竹節紗，分析成紗外觀特征和性能，優化成紗參數，為指導工業生產和紗線性能優化控制提供理論依據。

1 高支全毛竹節紗紡制原理

本文探討的高支全毛短竹節紗紡紗方法屬于毛精紡變牽伸型，對毛纖維長度的加工適應性較強，可紡制平均線密度在20～30 tex范圍內，竹節長度在20～30 mm范圍內的高支全毛短竹節花式紗，能夠滿足針織與機織物生產高檔輕薄面料的要求。

紡制工作原理如圖1所示。將粗紗1和粗紗2從細紗機后羅拉喂入，同時經中羅拉喂入前羅拉鉗口，中羅拉和前羅拉間的前區牽伸倍數為20～80倍，后膠輥、中膠輥和皮圈對粗紗施加相同的作用。前膠輥配合前羅拉對粗紗實施不連續牽伸，在前膠輥凹槽處牽伸倍數變小，在紗線上形成粗節。左側粗紗和右側粗紗在前羅拉鉗口外聚集加捻，形成精毛紡短竹節紗。

圖1 高支全毛短竹節紗紡紗原理

后羅拉、中羅拉和前羅拉通過一臺主電動機由齒輪傳動而帶動，前膠輥在其母線方向分別沿著圓周方向設有2個凹槽，左右2個凹槽分別位于前膠輥的10%～40%和60%～90%段處，凹槽對應的圓周角α為10°～30°，凹槽形成的內圓直徑r比前膠輥直徑R小1～3 mm，形成雙凹陷型異形膠輥。前膠輥結構示意圖如圖2所示。

圖2 前膠輥結構示意圖

2 高支全毛竹節紗的紡制

2.1 原料及紡紗設備

原料：100%澳大利亞羊毛(細度10.5～13.0 μm澳毛54%，細度14.5～18.0 μm澳毛27%，細度18.1～20.0 μm澳毛19%)，豪特長度為50～70 mm，長度不勻率為40%～45%，粗紗定量為5～10 g/(10 m)。

設備：EJ519型精紡細紗機(上海二紡機股份有限公司)。

2.2 細紗工藝參數設定

羅拉隔距應根據纖維長度確定。纖維長度長，隔距應選擇大，反之則應選擇小一些。由于總隔距在生產中調節不便，在一定范圍變動對細紗條干影響不大[11]，因此無特殊情況，其大小一般不改變，一般選擇200～220 mm。前隔距固定不變，通常是改變后隔距，即后羅拉到膠圈羅拉的中心距，一般調整范圍是90～120 mm。

后區張力牽伸是指膠圈與后羅拉之間的牽伸。工藝上要求膠圈速度稍快于后羅拉，使該區間的紗條處于張緊狀態。當總牽伸倍數較大時，后區張力牽伸倍數的增加會破壞條干[12]。因此，在總牽伸倍數20以上時，后區速比為1，即不需張力牽伸。

細紗捻系數的選擇主要依據原料情況、產品要求以及紗線用途。紡紗較細時，竹節紗織造要經過的工序多，承受的摩擦多、張力大[13]，因此要求其強力高、耐磨，捻系數相應選大一些，捻度采用550～900 捻/m。

錠速與紡紗張力直接相關，錠速高，張力大，斷頭率相對較高。因此，錠速的確定要兼顧產量和斷頭率2個方面。并且，在保證斷頭率較低的前提下，應盡量提高錠速[14]。定速采用5 000～8 000 r/min。

為分析成紗性能的主要影響因素，保證較好的紗線強伸斷裂性能，降低紗線的成紗有害毛羽，設計高支全毛短竹節紗的規格參數如表1所示。

表1 高支全毛短竹節紗的規格參數設計

3 高支全毛短竹節紗測試與分析

3.1 測試儀器

主要測試設備：KH-7700型數字式三維視頻顯微鏡(東莞市瀚碩機電科技有限公司)，YG-020B型全自動電子單紗強力機(常州第二紡織機械有限公司)，YG-172A型紗線毛羽測試儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)。

3.2 高支全毛短竹節紗結構

評價竹節紗的結構，首先要看其外觀竹節長度、竹節間距和竹節倍率效果是否與試紡設計參數相一致。將方案1～7高支全毛短竹節樣紗均勻地繞在黑板上，置于KH-7700型數字式三維視頻顯微鏡下觀察測試，顯微鏡放大倍數為160，結合顯微鏡觀察和直尺測量紗線竹節外觀結構，如實際竹節長度、竹節間距和竹節倍率。樣紗取不同機位處6管筒子紗，每管紗測試10次，測量與計算平均值如表2所示。

表2 高支全毛短竹節紗的結構對比

表2中，比較方案1～7高支全毛短竹節樣紗外觀結構的測試計算結果可以發現：

①高支全毛短竹節樣紗的實際竹節長度大于理論值，實際竹節間距小于理論值，且均在合理誤差范圍內。主要是由于當前羅拉轉出凹槽位置后，實際喂入的小牽伸倍數粗紗中部分纖維頭端已進入前羅拉鉗口的粗紗會繼續隨著前羅拉的滾動，匯聚形成竹節過渡結構，使得實際竹節長度變大，實際竹節間距變小。竹節過渡長度與竹節長度、竹節間距、竹節倍率成正比，并且由于羊毛纖維長度較長，大于竹節設計長度，因此竹節過渡長度對竹節實際長度影響較大，使得實際節長偏差較高。

②高支全毛短竹節樣紗的實際竹節倍率小于理論值，但在合理誤差范圍內。主要是因為前羅拉轉動到凹槽位置時，牽伸倍數由大變小，實際喂入的大牽伸倍數粗紗中部分纖維頭端已進入前羅拉鉗口的粗紗會繼續隨著前羅拉的滾動匯聚形成基紗過渡結構，中羅拉轉速不變，導致實際竹節部分線密度變小，實際竹節倍率減小。

3.3 高支全毛竹節紗強伸性能

采用YG-020B型全自動電子單紗強力機測試高支全毛短竹節紗強伸性能，根據GB/T 26382—2011《精梳毛織品》，預設高支全毛短竹節紗紗線細度范圍為16～25 tex，設置預加張力為(0.5±0.1) cN/tex，拉伸速度為400 mm/min，試樣夾持長度為500 mm，標準環境條件為溫度(21±2) ℃、相對濕度(65±2)%，樣紗取不同機位處6管筒子紗，每管筒子紗測試10次，取平均值如表3所示。

表3 高支全毛短竹節紗的強伸性能對比

表3中，比較方案1～7高支全毛短竹節樣紗強伸性能測試結果，在一定范圍內，當基紗線密度、竹節間距和竹節倍率一定時，短竹節紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功隨竹節長度的增大而增大；當基紗線密度、竹節長度和竹節倍率一定時，短竹節紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功隨竹節間距的減小而增大；當基紗線密度、竹節長度和竹節間距一定時，短竹節紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功隨竹節倍率的增大而增大。本文實驗設計短竹節長度范圍為20～30 mm，整體小于羊毛纖維的主體長度，竹節間距范圍為90～100 mm，整體大于羊毛纖維的主體長度，在這個范圍內，紗線拉伸斷裂解體強力主要來自于竹節部分纖維斷裂強力和基紗部分纖維抱合力，隨著竹節長度和竹節倍率的增大，竹節間距的減小，對于高支紗線而言，竹節部分截面內包含的纖維數量增多，紗線斷裂強度、伸長率和斷裂功也就隨之而增大。另外，竹節紗具有固定位置的強力弱節，弱節一旦存在，竹節紗強度就與其余參數關系不大了。

在實際生產過程中，對于高支全毛短竹節紗而言，在竹節長度不超過羊毛纖維主體長度范圍內偏大設計，在竹節間距超過羊毛纖維主體長度范圍內偏小設計，竹節倍率在設計允許范圍內偏大設計，這樣有利于降低捻度分布不勻，減少紗線弱環，提高紗線橫截面中包含的纖維數量，提高紗線的強伸性能，以滿足后道織造工藝對紗線強力指標的要求。

3.4 高支全毛竹節紗毛羽指標

采用YG-172A型紗線毛羽測試儀測試高支全毛竹節紗毛羽指標，根據GB/T 9996.2—2008《棉及化纖純紡、混紡紗線外觀質量黑板檢驗方法》，預設高支全毛短竹節紗紗線細度范圍為16～25 tex，設置預加張力為(0.5±0.1)cN/tex，取樣時間間隔為3 min，拉伸速度為400 mm/min，標準環境條件為溫度(21±2) ℃、相對濕度(65±2)%，樣紗取不同機位處6管筒子紗，每管筒子紗測試10次，取平均值，毛羽指數H，毛羽指數標準差SH如表4所示。

表4 高支全毛短竹節紗的毛羽指標對比

表4中，比較方案1～7高支全毛短竹節樣紗毛羽指標測試結果可以發現：在一定范圍內，當基紗線密度、竹節間距和竹節倍率一定時，短竹節紗線的毛羽數量隨竹節長度的增大而增大；當基紗線密度、竹節長度和竹節倍率一定時，短竹節紗線的毛羽數量隨竹節間距的減小而增大；當基紗線密度、竹節長度和竹節間距一定時，短竹節紗線的毛羽數量隨竹節倍率的增大而增大。這主要是因為與基紗部分相比，竹節部分紗線獲得的捻度較少，使得纖維容易產生滑脫，纖維頭端易翹起或伸出紗體表面形成較多的紗線毛羽。另外氣圈凸形會隨著竹節部分線密度的增大呈逐漸變大的趨勢，當氣圈形態膨脹到一定程度時，會與隔紗板發生接觸和摩擦，導致毛羽數量增加。

因此，在實際生產過程中，高支全毛短竹節紗的竹節長度、竹節間距和竹節倍率應根據織造工藝對紗強和毛羽指標的要求適中選擇。

4 結 論

本文對EJ519型精紡細紗機前羅拉膠輥進行異形化設計，對粗紗實施不連續牽伸，在紗線上形成粗節，通過實驗紡制不同竹節長度、竹節間距和竹節倍率的高支全毛短竹節紗，經測試與分析可得出以下結論。

①在合理誤差范圍內，使用該異形前羅拉膠輥紡制的高支全毛短竹節樣紗，實際竹節長度大于理論值，實際竹節間距小于理論值，實際竹節倍率小于理論值，竹節過渡長度與竹節長度、竹節間距、竹節倍率成正比。

②在一定范圍內，基紗線密度一定時，短竹節紗線斷裂強度、伸長率、斷裂功和毛羽數量與竹節長度、竹節倍率成正比，與竹節間距成反比。竹節紗具有固定位置的強力弱節，弱節一旦存在，竹節參數對竹節紗強伸斷裂性能無明顯影響。

③實際生產中，短竹節參數應根據織造工藝對紗強和毛羽指標的要求適中選擇。