不同混紡比和紡紗方式對棉/絲光羊毛混紡紗性能影響的分析

徐夢夢,吉宜軍,崔益懷,蘇旭中

(1.江南大學 紡織科學與工程學院,江蘇 無錫 214122; 2.南通雙弘紡織有限公司,江蘇 南通 226661)

棉和羊毛都屬于天然纖維,棉作為四大天然纖維之首,具有良好的親水透氣、舒適輕柔等特點,在紡織品領域的應用極為廣泛[1],但棉織物不挺括且彈性較差。羊毛纖維作為紡織領域重要原料之一,其手感豐滿、彈性好,具有良好的保暖性和光澤,常用于制作針織毛衫、風衣和毛毯等,羊毛織物價格偏高,易起毛起球,常與其他纖維混紡[2]。

王超等[3]將羊毛和滌綸混紡,使織物具有良好的挺括性、耐磨性、抗皺性和保型性;王明芳[4]將羊毛/滌綸分別與桑蠶絲和Lyocell混紡并織制成織物,織物的服用性能測試結果表明羊毛/滌綸/Lyocell混紡織物的服用性能最好;譚郭婷等[5]將羊毛纖維與高強錦綸6短纖維混紡,通過測試分析面料的力學性能和熱濕舒適性能,開發出綜合性能較好的輕薄型緯平針運動面料。

棉和羊毛混紡可以賦予紗線新的特點,使織物既具有棉纖維的透氣性和舒適性,又具有羊毛纖維的毛型手感,增加織物的保暖性和抗皺性,是高檔貼身針織面料用紗的優選對象。為了進一步提高混紡紗線的品質,本文采用絲光羊毛,絲光處理破壞羊毛表層的毛鱗片,使羊毛具有絲一般的光澤、羊絨般的手感,減少鱗片刺癢感,提高防縮水和抗起球性能。采用棉(JC)/絲光羊毛(W)(90/10)、JC/W(85/15)、JC/W(80/20)3種混紡比以及集聚紡和集聚賽絡紡2種紡紗方式紡制了6種線密度為22 tex紗線,分別對6種紗線的強伸性、條干毛羽以及紗線耐磨性和芯吸性等進行測試分析,以期為棉/絲光羊毛混紡紗的開發提供參考。

1 實驗部分

1.1 原料與設備

1.1.1 纖維原料

采用長絨棉精梳條(無錫四棉紡織有限公司)和絲光牽切精梳毛條(昆山市恒一毛條廠)進行條混來實現實驗所需混紡比。棉條和毛條的干定量均為22.5 g/(5 m),其中長絨棉纖維線密度為3.08 dtex,平均長度為34 mm,斷裂強度和斷裂伸長率分別為4.77 cN/dtex、6.4%;為了使羊毛纖維達到棉紡設備對適紡長度的要求,對羊毛纖維進行牽切處理,羊毛纖維細度為17.8 μm,長度為36.5 mm,斷裂強度為1.56 cN/dtex,斷裂伸長率為38.5%。

1.1.2 儀器設備

儀器設備及相應廠家如表1所示。

表1 相關儀器設備和生產廠家Tab.1 Related equipment and manufacturers

1.2 紡紗工藝及要點

為了保證單一變量,實驗中所有紗線線密度均設定為22 tex。紡紗工藝流程為三道并條→粗紗→細紗。

①并條:采用三道并合,保證棉毛混合均勻,降低質量不勻率。為了達到設定的混紡比例,實驗采用條混方式,其中JC/W(80/20)采用“4JC+1W”混合,即采用4根棉條和1根毛條進行頭道混合,二并和三并均采用6根并合;JC/W(85/15)先將棉條制成干態質量為25.5g/(5 m)的預并條,然后采用“5JC+1W”完成頭道混合,二道和三道均采用6根并合;JC/W(90/10)采用“4JC+1W”制得預并混合條,頭道并合為5根預并混合條與1根棉條6根混并,而后二道、三道采用6根并合。實驗中羅拉隔距10 mm×10 mm×18 mm,中區牽伸倍數為1.018,具體的工藝參數如表2所示。

表2 并條工藝參數Tab.2 Parameters of drawing process

②粗紗:粗紗捻系數取120,增大粗紗捻度以減少意外牽伸[6]。粗紗定量設定為5 g/(10 m),羅拉隔距12 mm×25 mm×30 mm,牽伸倍數為7.91。實驗中為確保粗紗回潮、防止羊毛纖維產生靜電,對粗紗進行48 h回潮平衡,同時消除前紡梳理和牽伸時產生的纖維內應力,使粗紗達到自然分離狀態[7]。

③細紗:細紗線密度設計為22 tex,后區牽伸倍數為1.18,捻系數選取330,錠子轉速7 000 r/min,即“較大捻系數,低車速”,以提高紗線條干均勻度。實驗采用集聚紡和集聚賽絡紡2種紡紗方式,其中負壓吸風裝置要保證充足的壓力,增大纖維的集聚程度,集聚紡負壓吸風裝置壓力2 600 Pa、集聚賽絡紡負壓吸風裝置壓力2 300 Pa;集聚賽絡紡選取8 mm中心距的雙喇叭口,以保證纖維束混合均勻。

采用3種棉/毛混紡比(90/10、85/15、80/20)和2種紡紗方式(集聚紡、集聚賽絡紡)紡制6種紗線,分別為集聚紡JC/W(90/10)、集聚紡JC/W(85/15)、集聚紡JC/W(80/20)、集聚賽絡紡JC/W(90/10)、集聚賽絡紡JC/W(85/15)、集聚賽絡紡JC/W(80/20),依次編號為1#、2#、3#、4#、5#、6#。

1.3 紗線性能測試

1.3.1 橫截面形態

利用哈氏切片器對6種紗線進行切片,用超景深顯微鏡觀察紗線橫截面內纖維分布。

1.3.2 強伸性能

參照GB/T 3916—2013《單根紗線斷裂強力及斷裂伸長的測定》,采用YG068C全自動單紗強力儀測試紗線強伸性,設置拉伸速度500 mm/min,夾試長度500 mm,測試30次,取平均值。

1.3.3 毛羽

采用ZWEIGLE HL400烏斯特毛羽儀測試紗線毛羽,單次測試長度為100 m,測試速度為400 m/min,每種紗線測試5次,取平均值。

1.3.4 條干均勻度

參照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻實驗方法 第1部分:電容法》,采用USTER條干儀測試紗線條干均勻度,儀器預熱30 min,管紗預調濕24 h,單次測試長度為400 m,測試速度400 m/min,每種紗線測試5次,取平均值。

1.3.5 耐磨性能

參照JJ/F(紡織)050—2015《紗線耐磨性能測試儀校準規范》,采用LFY-109電腦紗線耐磨儀測試紗線的耐磨性能,在溫度(20±2)℃,相對濕度(65±5)%的環境下進行測試,選用10 g的懸掛重錘,分別測試10次,取平均值。

1.3.6 芯吸性能

參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應實驗方法》,采用YG(B)871型毛細管效應測試儀在標準大氣壓下測試紗線芯吸性能,選用質量為3 g的張力夾和適量的品紅溶液,樣品長度設定為200 mm,每種試樣測試3次,取平均值。

2 結果與分析

2.1 橫截面形態分析

通過對紗線進行切片,觀察紗線橫截面內纖維分布情況,如圖1所示。

圖1 紗線橫截面纖維分布顯微圖(×500)Fig.1 Fiber distribution microscope of yarn cross section (×500)

由圖1可以看出,羊毛纖維比棉纖維粗,故當紗線線密度相同時,羊毛纖維含量越高,紗線截面內包含的纖維根數越少,這會對纖維間的抱合能力產生影響,從而影響紗線質量。

2.2 強伸性能分析

紗線斷裂是指紗線受到外力作用時,纖維發生斷裂和滑移的過程,紗線斷裂的主要原因是纖維斷裂,纖維混紡比是影響紗線斷裂強度和斷裂伸長率的主要因素之一[8]。6種混紡紗的強伸性指標如圖2所示。

圖2 紗線強伸性指標Fig.2 Strength and elongation index of yarn

由圖2可以看出,在2種紡紗方式下,隨著混紡紗中羊毛纖維含量的增加,紗線的斷裂強度逐漸降低,其原因是羊毛纖維的拉伸強度低,且羊毛纖維較粗,隨著羊毛含量的增加,混紡紗中纖維根數減少,纖維間的接觸面積變小,使得纖維間抱合力減弱,容易產生“滑脫”現象,從而降低紗線強力[9]。同理,紗線的斷裂伸長率也因羊毛纖維含量的增加和紗線強力的下降而降低,從而使斷裂功減小。紗線斷裂功和織造時紗線張力所做功的差值對經編織造工序具有影響[10],紗線的斷裂功越大,織造工藝紗線斷頭率越低,有利于提高織物性能和織造效率。因此,當采用高比例羊毛纖維織造時,應適當控制織造速度,減少紗線斷頭。如圖2所示,集聚賽絡紡紗強伸性能比集聚紡紗好,因為集聚賽絡紡具有“部分股線”特征,受到外力作用時,2根須條相互擠壓,增大纖維間抱合力,紗線結構緊密不易“滑脫”,從而使紗線強伸性能得到改善,JC/W(80/20)集聚賽絡紡紗線的斷裂強度和斷裂伸長率分別為12.47 CN/tex和6.53%。

2.3 毛羽分析

利用超景深顯微鏡對紗線表觀形態進行觀察,紗線表面毛羽分布如圖3所示。隨著羊毛纖維含量的增加,紗線表面露出的毛羽增多,且集聚賽絡紡紗比集聚紡紗的毛羽短少,紗線均勻度更好。

毛羽不僅會影響成紗條干和紗線光潔度,還會對后續的織造效率和織物的風格特征產生影響。一般3 mm以下的毛羽能增加織物的毛型手感,增強保暖性;3 mm以上的毛羽大都屬于有害毛羽,對成紗條干和織物織造過程都具有影響,會導致開口不清、斷紗等。6種棉/絲光羊毛混紡紗的毛羽根數見表3。

表3 紗線毛羽根數Tab.3 Number of yarn hairiness

由表3可知,當棉/毛混紡比為90/10(1#和4#)時,紗線毛羽數較少,隨著羊毛含量的增加,紗線毛羽根數呈現增多趨勢,其中S1+2毛羽的增加量比較明顯,有利于改善織物的手感,增加毛絨感和保暖性,3 mm以上的毛羽也有少量增加。這是由于羊毛纖維線密度大,整齊度差,與棉混紡后紗截面內纖維根數減少,導致纖維間抱合不緊密,容易露出紗體表面形成毛羽。2種紡紗方式下,集聚賽絡紡紗的毛羽根數比集聚紡紗少,因為集聚賽絡紡采用“先弱捻,后強捻”工藝,2束單紗的捻幅大幅度增加,單紗上部分毛羽被包裹進紗線內部[11],因此毛羽量大大減少。

2.4 條干均勻度分析

條干均勻度對紗線的外觀質量和織造過程具有影響,紗線條干不勻會導致織造過程中停機和紗線斷頭,因此控制條干均勻度極為重要。6種混紡紗的條干均勻度如圖4所示。隨著羊毛纖維含量的增加,紗線條干不勻逐漸增大。因為羊毛纖維比棉纖維粗,二者混紡后,紗線橫截面內的纖維根數減少,纖維抱合力小,從而導致成紗條干差;其次,棉、毛纖維長度和細度差異大,對纖維的排列會產生影響,紡紗過程中會造成纖維的失控和浮游,從而惡化條干。因為集聚賽絡紡紗是雙根粗紗喂入,在吸風負壓作用下紗線結合更緊密,條干和粗細節會得到改善。

圖4 不同混紡比紗線條干均勻度Fig.4 Evenness of yarns with different blending ratios

2.5 耐磨性能分析

紗線耐磨性是紗線品質的重要表征指標之一,耐磨性的好壞直接決定織物的耐用性,耐磨性高的紗線可減少織造過程中紗線斷頭現象,提高產品品質和生產效率。6種紗線紗線的耐磨次數如圖5所示。

圖5 不同混紡比紗線耐磨次數Fig.5 Wear resistance times of yarns with different blending ratios

由圖5可以看出,紗線的耐磨次數隨著混紡紗線中羊毛纖維含量的增加而減少,其原因是羊毛纖維含量增加,紗線內纖維根數減少,纖維間束縛小,紗體結構不勻,受到摩擦時纖維快速分離,且羊毛纖維的斷裂強度低,混紡后會加速紗線的斷裂。紗線斷裂時所做的功與紗線耐磨性成正相關[12],由2.2節可知,紗線的斷裂功隨羊毛含量的增加而減小,因此紗線的耐磨性降低。此外,紗線條干對紗線耐磨性也有影響,隨著條干不勻現象的惡化,紗線在粗細節處的捻回數也會產生差異,粗節處捻回數少,纖維間抱合不緊密,紗線受到摩擦時,該部分會較早斷裂。

2.6 芯吸性能分析

紗線芯吸性能直接反映織物吸濕快干性以及對水分子擴散能力,芯吸高度越高,說明織物的親水性能越好。由于羊毛纖維表面具有鱗片層結構,表現出極強的“拒水”性,紗線浸潤困難,但經過絲光處理的羊毛克服了這一弊端。對棉/絲光羊毛混紡紗進行了毛細管效應測試,得到的紗線芯吸高度如圖6所示。

圖6 不同混紡比紗線芯吸高度Fig.6 Wicking height of yarns with different blending ratios

由圖6可以看出,混紡紗的芯吸高度變化趨勢大體一致,隨著實驗時間的增加,紗線的芯吸高度先快速升高然后緩慢增加,最后慢慢趨于平穩,這與棉纖維吸濕后膨脹堵塞毛細管有關。在相同紡紗方式下,隨著羊毛纖維含量的增加,紗線的芯吸高度逐漸升高,集聚賽絡紗:6#>5#>4#,集聚紗:3#>2#>1#,并且集聚賽絡紡紗的芯吸高度高于集聚紡紗,其中JC/W(80/20)集聚賽絡紡紗線的芯吸高度達到98 mm。影響紗線芯吸性能的因素,一是纖維原料本身的吸水性[13],羊毛纖維的吸濕性在天然纖維最好,所以隨著羊毛纖維含量的增加,紗線的吸濕性增大;二是紗體內纖維的緊密程度,集聚賽絡紡紗的捻幅大,纖維間抱合程度大,紗體更為緊密,所以吸濕性更好。

3 結 論

通過對不同混紡比和不同紡紗方式的棉/絲光羊毛混紡紗強伸性、毛羽、成紗條干、耐磨性、吸濕性等性能對比分析,發現集聚賽絡紡紗線主要性能指標均優于集聚紡紗線指標,且2種紗線的性能指標隨羊毛纖維含量變化的規律基本一致。

隨著紗線中羊毛纖維含量的增加:①紗線的斷裂強度和斷裂伸長率降低,在JC/W(80/20)時,集聚賽絡紡紗線的斷裂強度和斷裂伸長率分別為12.47 cN/tex、6.53%;②在集聚賽絡紡JC/W(80/20)時,1 mm和2 mm毛羽根數之和為7 632 根/(100 m),可以增加紗線毛絨感,但3 mm毛羽增多會對織造不利;③紗線條干不勻逐漸增大,紗線耐磨性減小,對織物布面效果及耐用性產生影響;④紗線的芯吸性增強,在絲光羊毛含量為20%時,集聚賽絡紡紗線芯吸高度達到98 mm,有利于提高織物的吸濕性。因此,可以根據經濟性和實際利用需求選擇合適的混紡比和紡紗方式,從而獲得高質量紗線。