毛巾織物毛經筒紗上漿工藝研究

王 耀 楊 倩 白 樺 姚一軍 武海良

（1.中國棉紡織行業協會，北京， 100018；2.西安工程大學，陜西西安， 710048）

毛巾織物由地經紗和毛經紗與緯紗交織而成，地經紗在織造時所承受的張力一般比毛經紗大數倍［1］，織造時毛經紗只要滿足開口清晰、便于織造即可［2?3］。毛經紗上漿率低，采用筒紗染色機上漿效率高、浴比小、回絲少［4?7］，具有較好的可行性。昝汝戰等人用K1150 高性能漿料及帶有網眼紗管在筒紗染色機上實現了毛經紗的上漿，解決了紗線黏連卡斷、上漿率低及筒紗張力不勻問題［8］。王金徽研究了筒紗循環上漿新工藝［9］。崔燕研究了采用多缸上漿的方法，以提高毛經紗的上漿率［10］。這些研究為采用筒子染色機對毛經紗漿紗提供了重要參考。但筒紗上漿工藝存在諸多問題，如筒紗上漿率只能達到1%左右、筒紗內外上漿不勻、烘干后紗線出現漿皮以及返筒時紗線黏連卡斷問題依然存在。棉纖維含有棉蠟等多種天然共生物，紡紗過程中也存在油劑使用或油污等［11］，這些因素阻礙了漿液的滲透和對經紗的黏附［12?13］，通過前處理工藝去除這些雜質，提高漿液在經紗中的滲透和對經紗的黏附性，是解決用筒紗染色機對毛經紗上漿的有效途徑。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

材料：27.8 tex 純棉筒紗，聚丙烯酸漿料，蠟片，SC 馬鈴薯淀粉。

儀器：JA2003 型電子天平，JJ?1 型電動攪拌器，DK?98?11A 型電熱恒溫水浴鍋，GZX?GF101?MBS 型電熱恒溫鼓風干燥箱，HDO21N+型單紗強力儀，Y731D 型抱合力機，Y171B?1 型毛羽測試儀，LH?T32 型手持式糖度儀，HWS?250 型恒溫恒濕箱，ST?1510 型界面張力儀，NDJ?79 型旋轉式黏度計，Quanta250 型掃描電鏡。

1.2 試驗方法

1.2.1漿液對棉紗黏附力測試

本研究按參考文獻［14］的方法進行粗紗黏附力測試。

1.2.2漿紗試驗

松筒：用松式絡筒機對純棉筒紗進行松筒，筒管采用空心管，松筒后筒紗的卷繞密度為

0.3 g/cm3～0.4 g/cm3。

上漿：采用最優前處理工藝對松筒后的棉紗在染缸中進行前處理，選擇兩種配方漿料進行漿紗。配方1 為淀粉65 kg，聚丙烯酸漿料35 kg，蠟片0.15 kg；配方2 則不含蠟片，其余與配方1 相同。將兩種配方分別配制含固量為1%的漿液，95 ℃保溫30 min 后，將漿液放入筒紗染色機，上漿30 min 后，筒紗出缸。

烘燥：使用離心甩干機脫去多余水分，再采用烘干機對筒紗進行烘燥制得漿紗備用。

1.2.3漿紗性能測試

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）》，測試漿紗的強伸性能；采用往復磨輥法測試紗線耐磨性能；參照FZ/T 01086—2020《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數法》測試漿紗的毛羽數；采用氫氧化鈉退漿法測試上漿率［15］。

2 結果與討論

2.1 前處理工藝條件的優化

2.1.1因素交互作用的響應面分析

前期已通過單因素試驗法，確定影響因素及范圍，分別為氫氧化鈉質量濃度2 g/L～6 g/L，表面活性劑質量濃度2 g/L～6 g/L，處理溫度85 ℃～95 ℃，處理時間25 min～35 min［16］。但是這個范圍過大，生產中不易把握，為此我們根據Box?Benhnken 中心組合試驗設計原理，設計了以氫氧化鈉質量濃度X1、表面活性劑質量濃度X2、處理溫度X3和處理時間X4為因素，芯吸高度Y為響應值的四因素三水平試驗，建立的數學模型如下。

根據該模型，采用Design Expert 軟件繪制各參數等高線圖以及與之對應的三維響應面圖。等高線圖可以直觀地反映各因素對響應值的影響，變化越快表示坡度越大，即等高線越密對試驗結果的影響更顯著。響應面圖中曲面的傾斜度反映兩者對響應值的影響程度，傾斜度越大，即坡度越陡，兩者交互作用越顯著［17］。

氫氧化鈉質量濃度與表面活性劑質量濃度、處理溫度、處理時間相互作用的等高線和響應面圖如圖1、圖2、圖3 所示。

由圖1（a）等高線的形狀和疏密程度可知，氫氧化鈉質量濃度與表面活性劑質量濃度相互作用明顯，且表面活性劑質量濃度對芯吸高度的影響大于氫氧化鈉質量濃度；由圖1（b）響應面圖可看出，當氫氧化鈉質量濃度一定時，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑質量濃度的增加呈現出先增加后緩慢減小的趨勢，在表面活性劑質量濃度為4 g/L時芯吸高度達到了響應面的最大值，此時響應面凹凸狀明顯，即氫氧化鈉質量濃度與表面活性劑質量濃度對棉紗的芯吸高度影響顯著。

圖1 X1與X2相互作用效果

由圖2（a）等高線圖可以看出氫氧化鈉質量濃度和處理溫度兩者存在交互作用，氫氧化鈉質量濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度；由圖2（b）響應面圖看出，當固定處理溫度時，棉紗的芯吸高度隨著氫氧化鈉質量濃度的增加呈現出先升高后降低的趨勢，響應面的凹凸不明顯，即氫氧化鈉質量濃度和處理溫度對棉紗芯吸高度影響不顯著。

圖2 X1與X3相互作用效果

由圖3（a）可知，氫氧化鈉質量濃度和處理時間兩者之間存在交互作用，氫氧化鈉質量濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理時間；由圖3（b）響應面圖看出，當固定處理時間時，棉紗的芯吸高度隨著氫氧化鈉質量濃度的增加先升高后降低的趨勢，響應面的凹凸不明顯，即氫氧化鈉質量濃度和處理時間兩者交互作用對棉紗芯吸高度影響不顯著。

圖3 X1與X4相互作用效果

表面活性劑質量濃度與處理溫度、處理時間相互作用的等高線和響應面圖如圖4、圖5 所示。

圖4 X2與X3相互作用效果

圖5 X2與X4相互作用效果

由圖4（a）等高線圖疏密看出表面活性劑質量濃度和處理溫度兩者存在交互作用，當處理溫度一定時，隨著表面活性劑質量濃度的升高，棉紗芯吸高度變化明顯。因此，表面活性劑濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度。由圖4（b）響應面圖看出，當固定處理溫度時，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑濃度的增加呈現先升高后降低的趨勢，當表面活性劑濃度達到4 g/L 時，芯吸高度達到峰值，響應面整體凹凸明顯，即表面活性劑質量濃度和處理溫度兩者交互作用對棉紗芯吸高度影響顯著。

由圖5（a）等高線圖疏密看出表面活性劑質量濃度和處理時間兩者之間存在交互作用，表面活性劑質量濃度對棉紗芯吸高度的影響大于處理時間；再由圖5（b）響應面圖可得，當處理時間不變時，棉紗的芯吸高度隨著表面活性劑濃度的增加呈現出先迅速升高后緩慢降低的趨勢，當表面活性劑濃度達到4 g/L 時，芯吸高度達到峰值，響應面整體凹凸明顯，即表面活性劑質量濃度和處理時間兩者交互作用對棉紗芯吸高度影響顯著。

處理時間與處理溫度相互作用的等高線和響應面圖如圖6 所示。

圖6 X4與X3相互作用效果

由圖6（a）等高線圖形狀和疏密看出處理溫度和處理時間兩者的交互作用并不明顯，處理時間對棉紗芯吸高度的影響大于處理溫度；再由圖6（b）響應面圖看出，響應面圖的整體凹凸感不明顯，即處理溫度和處理時間兩者交互作用對棉紗芯吸高度的影響并不十分顯著。

2.1.2前處理工藝最優條件的確定

采用軟件Design Expert 8.0.6 對前處理工藝條件進行優化，得到影響前處理工藝的主次順序為表面活性劑質量濃度、氫氧化鈉質量濃度、處理時間及處理溫度。通過響應面分析進行優化，擬合得到的最佳前處理工藝參數為氫氧化鈉質量濃度4 g/L，表面活性劑質量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時間32 min。

2.2 前處理工藝對棉紗黏附力的影響

分別將660 tex 原棉粗紗和前處理粗紗采用兩種配方進行粗紗黏附力測試，每組測量30 次取平均值。采用配方1 對原棉粗紗和前處理粗紗進行漿紗，所得樣品分別記為試樣1 和試樣2，采用配方2 對原棉粗紗和前處理粗紗進行漿紗，所得樣品分別記為試樣3 和試樣4，測試結果見表1。

由表1 可以看出，未經處理的原棉粗紗上漿率和黏附力都較小，但經過氫氧化鈉協同表面活性劑在高溫下處理后，粗紗的上漿率和黏附力都有較大幅度的提升。這是由于淀粉以及聚丙烯類混合漿料本身含有大量羥基、羧基等極性較高的基團，能夠對極性材料表現出良好的黏附性。另一方面，棉纖維表面連續分布的非纖維素共生物形成的疏水性屏障，嚴重阻礙了漿液的滲透與黏附，當前處理工藝去除了這層天然壁壘后，棉纖維表面變得粗糙，就使得漿料分子易于黏附。因此，棉纖維表面的天然雜質對漿料分子和紗線的黏附性能有負面影響，在上漿工藝前應該將其去除。此外，由于配方1 含有蠟片，阻礙了黏著劑與紗線的黏附，故采用配方1 的漿紗表現出較低的黏附力。

表1 原棉粗紗和前處理粗紗黏附力測試結果

2.3 前處理工藝對漿紗性能的影響

按照氫氧化鈉質量濃度4 g/L，表面活性劑質量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時間32 min的最佳前處理工藝對C 27.8 tex 棉紗進行處理，原紗與經過前處理后紗線的性能如下。

相較于原紗，經過前處理后紗線的斷裂強度和斷裂伸長率均略有增加，這是由于棉纖維與氫氧化鈉溶液作用時發生溶脹，纖維表面不勻降低，纖維弱環減小，減少了因為應力集中引起斷裂的可能，耐磨性、毛羽數以及回潮率差別則不是很大。

采用含固量為1% 的配方1 分別對C 27.8 tex 原紗和前處理紗進行漿紗，所得樣品分別記為漿紗1 和漿紗2；采用含固量為1%的配方2 分別對C 27.8 tex 原紗和前處理紗進行漿紗，所得樣品分別記為漿紗3 和漿紗4，對漿紗性能進行測試，結果見表2。

表2 漿紗性能測試結果

由表2 可知，經前處理的紗線上漿后的各項性能均優于未經處理的原棉漿紗，上漿率和耐磨性都得到改善，增強率提升明顯，減伸率不超過25%。這是由于經前處理工藝后，原本附著在棉纖維表層的非纖維素共生物溶解去除，而纖維素大分子內本身就具有大量親水性基團—OH，最外層的疏水性屏障消失，棉纖維表現出極強的親水性，漿液能黏附于纖維表面，滲透進纖維內部阻力減小，漿紗質量得到提高。

2.4 漿料配方對漿紗性能的影響

從表2 的數據可以發現，不同配方對漿紗效果有一定的影響。加入蠟片的配方1 對原紗和前處理紗線上漿后的上漿率、耐磨等各項性能均低于配方2，強伸性能也具有顯著差異。采用配方2上漿后漿紗斷裂強力相比原紗強力增大了42.47%；配方2 漿紗的耐磨性能約為配方1 的1.56 倍，這是由于蠟片阻礙了黏著劑與紗線的黏附，漿紗時要謹慎使用蠟片。

3 結論

（1）采用Design Expert 對Box?Benhnken 中心組合試驗結果分析表明，影響紗線前處理工藝的主次因素依次為表面活性劑質量濃度、氫氧化鈉質量濃度、處理時間及處理溫度。合理的紗線前處理工藝參數為氫氧化鈉質量濃度4 g/L，表面活性劑質量濃度4 g/L，處理溫度92 ℃，處理時間32 min。

（2）經氫氧化鈉協同表面活性劑在92 ℃下對棉紗處理，能有效提升粗紗的上漿率和黏附力。

（3）氫氧化鈉與表面活性劑協同作用后，去除了棉纖維表面的纖維素共生物，利于漿液黏附于纖維表面和滲透到紗線內部，改善漿紗質量。