棉/絲光羊毛集聚紡混紡紗工藝參數的優化

徐夢夢,崔益懷,吉宜軍,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)

細紗工序工藝參數的配置對優化成紗質量具有很大影響。其中,隔距塊規格和后區牽伸倍數是影響紗線強力、條干均勻度和毛羽根數的重要因素。唐新軍等[1]采用正交試驗對細紗后區牽伸倍數、壓力棒隔距塊和鋼絲圈型號等因素進行優化,得出紡制7.29 tex棉/Lyocell(70/30)混紡紗線的最佳工藝參數,進一步提高了混紡紗線的質量。賴煥標等[2]為了提高集聚紡紗線的條干均勻度,采用正交試驗對細紗后區牽伸倍數、隔距塊規格和錠子轉速等7個工藝參數進行了優化,同時還采用極差和方差分析法對試驗結果進行分析,得出了最佳紡紗工藝,提高了成紗質量。蔣國華[3]采用正交試驗對苧麻/滌綸混紡紗線的細紗工藝中錠子轉速、細紗后區牽伸倍數和捻系數等工藝參數進行優化,依據紗線質量指標的測試結果,得出最佳紡紗工藝,為苧麻/滌綸混紡紗線的開發提供依據。

集聚紡是在常規環錠紡細紗機的牽伸裝置前增加氣動集聚區,將松散的纖維集聚在一起,從而使紗條在加捻前基本完成集束[4],減小加捻三角區,減少紗線毛羽,增大紗線強力。本文對22 tex棉/絲光羊毛(80/20)集聚紡混紡紗線的紡紗工藝進行研究。探討不同的細紗后區牽伸倍數、隔距塊規格和錠子轉速3個因素對紗線性能的影響[5],利用正交試驗設計紡紗工藝,從中選取最優工藝組合,以期獲得高質量紗線,提高經濟效益。

1 試驗部分

1.1 原料與設備

1.1.1 試驗原料

長絨棉精梳條(棉纖維馬克隆值4.24、纖維強度4.38 cN/dtex、伸長率7.5%,精梳條纖維平均長度31.1 mm、線密度1.71 dtex、12.7 mm以下短絨率4.1%,南通華強布業有限公司);絲光牽切精梳毛條(羊毛纖維細度18.0 μm、長度38 mm、斷裂強度1.52 cN/dtex、斷裂伸長率37.9%,蘇州蘇維特絨業有限公司)。

1.1.2 試驗設備

FA320A高速并條機(陜西寶成新型紡織機械有限公司);THC2015型全自動落紗粗紗機(同和紡織機械制造有限公司);FA507B型棉紡細紗機(無錫第七紡織機械有限公司);YG068C全自動單紗強力儀(蘇州長風紡織機電科技有限公司);烏斯特ZWEIGLE HL400毛羽儀(瑞士烏斯特技術有限公司);烏斯特USTER5型條干儀(瑞士烏斯特技術有限公司)。

1.2 試驗條件及方案

選取棉/絲光羊毛混紡比為80∶20,為了使棉毛纖維均勻混合,采用直接條混方式,工藝流程為并條—粗紗—細紗。并條定量為20 g/(5 m),采用三道并合,提高條干均勻度,羅拉隔距10 mm×10 mm×18 mm;粗紗定量為6 g/(10 m),捻系數為110,羅拉隔距12 mm×25 mm×30 mm;細紗定量2.2 g/(100 m),捻系數330,采用三羅拉網格圈式集聚紡裝置紡制紗線(見圖1),吸風負壓設定為2 600 Pa。

對后區牽伸倍數A、隔距塊規格B和錠速C3個工藝參數進行正交試驗設計,探討22 tex棉/絲光羊毛(80/20)集聚紡混紡紗線的最佳工藝配置。具體正交試驗水平見表1,正交試驗設計方案見表2。

表1 正交試驗水平表Tab.1 Level table of orthogonal experiment

表2 正交試驗方案表Tab.2 Scheme table of orthogonal experiment

1.3 紗線性能測試

1.3.1 強伸性能

參照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力及斷裂伸長率的測定(CRE法)》,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,隔距500 mm,測試30次,取平均值。

1.3.2 紗線毛羽

采用烏斯特ZWEIGLE HL400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10次,取平均值。

1.3.3 條干均勻度

參照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法 第1部分:電容法》,采用烏斯特USTER5型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10次,取平均值。

2 結果與分析

2.1 紗線性能測試結果

紗線強力、條干均勻度和毛羽是表征紗線性能的主要指標。9種單紗性能測試結果如表3所示。

表3 單紗性能測試結果Tab.3 Single yarn performance test results

2.2 試驗結果分析

運用極差法對試驗結果進行分析,先求出各因素水平指標之和,再計算各水平最大值與最小值之差,通過極差值大小分析各因素對紗線性能的影響程度,選出最優工藝組合。

2.2.1 各因素對單紗斷裂強力的影響

單紗斷裂強力是表征紗線性能的重要指標,紗線斷裂強力的大小與織物強力呈正相關,同時也會影響織物的應用范圍。9種紗線各因素水平單紗斷裂強力之和與極差結果見表4。

表4 各因素水平單紗斷裂強力與極差Tab.4 Single yarn breaking strength and range of each factor level cN

影響紗線斷裂強力的因素主要有兩個:一是纖維滑移導致紗線斷裂;二是纖維本身斷裂強度大小。由表4可知,后區牽伸倍數、隔距塊規格和錠子轉速對紗線強力都有影響,影響程度主次關系為A=B>C,后區牽伸倍數和隔距塊規格對單紗強力的影響較為顯著。

適當的后區牽伸倍數可以使纖維運動的變速點相對集中,喂入前區的須條均勻度提高,避免牽伸不勻,提高紗線強力。后區牽伸倍數過小會導致纖維牽伸不開,惡化紗線條干并降低紗線強度;牽伸倍數過大則會使紗條過于分散,降低纖維間的緊密度,使喂入前牽伸區的紗條內摩擦力強度變小[6],纖維間抱合力減弱,紗線捻度分布不勻,受到外力作用時容易滑脫斷裂。當后區牽伸倍數為水平1(1.16)時,紗線各水平強力之和較大,紗線強力較高。

由表4可以看出,隨著隔距塊規格的增大,單紗強力水平極差值先減小后增大,當隔距塊規格為水平3(3.25 mm)時,紗線強力最高。隔距塊過大或過小都會不同程度的引起鉗口壓力劇烈波動,對纖維的控制作用減弱,纖維變速點紊亂,容易產生粗細節,從而降低紗線強度。

相比之下,錠子轉速對紗線強力的影響并不明顯,當錠子轉速為水平2(11 000 r/min)時,紗線強力較好,可以根據對紗線其他質量指標以及經濟效益方面的綜合考慮進行選擇。

2.2.2 各因素對單紗條干均勻度的影響

紗線條干不勻指的是沿著紗線長度方向短片段的粗細不勻,是由于纖維性質不勻、細紗橫截面內纖維根數分布不勻以及紡紗牽伸機構作用不完善造成的[7]。條干不勻不僅會使紗線產生紗疵,還會影響紗線的外觀質量和力學性能。9種紗線各因素水平條干CV值之和與極差見表5。

表5 各因素水平條干CV值之和與極差Tab.5 Sum and range of CV value of each factor level %

由表5可知,各因素對紗線條干的影響程度關系為A>B>C,即后區牽伸倍數各水平極差值最大,說明該因素對紗線條干的影響較顯著。后牽伸區除了分擔前區牽伸壓力外,主要作用是保證喂入前區的須條排列均勻,提高前區牽伸效率,保證成紗質量[8]。后區牽伸倍數較小可以與前區形成較強的摩擦力界,更好的控制浮游纖維的運動[9],增大纖維緊密度,但是后區牽伸倍數過小會導致粗紗牽伸不開,過大又會引起牽伸波,惡化紗線條干,因此在保證粗紗牽伸良好的同時,要選取較小的后區牽伸倍數。試驗得出后區牽伸倍數為1.16時,細紗條干最好。

隔距塊規格對紗線條干也有影響,隔距塊的作用是使細紗主牽伸區形成穩定的彈性鉗口[10],讓纖維能夠順利的抽出。隔距塊規格大時,前鉗口壓力較小,對纖維的控制作用減弱,纖維變速點浮動大,會惡化紗線條干;而隔距塊過小,不利于彈性上銷鉗口的自適應彈性調節,紗條通過時會引起鉗口壓力和牽伸力劇烈波動,使纖維變速點紊亂,從而惡化紗線條干。試驗隔距塊規格為3.00 mm時,細紗條干最好。

錠子轉速對紗線條干沒有很大影響,可以依據試驗要求進行選擇。

2.2.3 各因素對單紗毛羽的影響

毛羽是影響紗線質量和織物風格特征的重要指標,毛羽狀況直接影響紗線后道加工工序,影響織物織造效率、布面風格和染色效果。3 mm以下的毛羽能使織物手感豐滿,增加織物的保暖性、防風性和柔軟性,屬于有益毛羽;3 mm以上的毛羽屬于有害毛羽,會影響紗線的質量,造成織造時開口不清,影響織造效率,還會使織物表面疵點增多,造成染色不勻[11]。實際紡紗工藝中要控制3 mm以上毛羽量,9種紗線各因素水平3 mm以上毛羽之和與極差見表6。

表6 各因素水平3 mm以上毛羽之和與極差Tab.6 Sum and range of hairiness above 3 mm of each factor level 根/(100 m)

由表6可知,各因素對毛羽的影響程度為C>A>B,其中錠子轉速對紗線毛羽的影響最為顯著,當錠子轉速選取水平2,即錠子轉速為11 000 r/min時,紗線3 mm以上毛羽的極差最小。一般紗線捻度的大小由細紗機錠子轉速和前羅拉轉速決定,紡制同種類紗線時,前羅拉轉速基本保持不變,錠子的運行狀態是影響紗線捻度不勻的重要因素[12]。適當的錠子轉速既可以保證生產效率,還可以控制錠子振動現象,減少紗線捻度不勻,提高紗線質量。

后區牽伸倍數對紗線毛羽的影響也較為顯著,合適的后區牽伸倍數可以使牽伸區形成穩定均勻的摩擦力界,增強對纖維的集聚作用,提高喂入須條的緊密度[13],控制浮游纖維的運動,避免纖維擴散并露出紗線表面形成毛羽。本文試驗后區牽伸倍數為1.22 倍時,紗線3 mm以上毛羽極差最小。

隔距塊規格對紗線毛羽的影響并不明顯,試驗中當隔距塊規格為水平3(3.25 mm)時,紗線毛羽極差較小,可以從工藝需要和其他性能指標方面選取。

2.3 試驗結果綜合評價

單因素指標并不能準確地反映各工藝條件對成紗質量的影響,需要結合3種因素的綜合評價來選取合適的紡紗工藝。通過對上述3種質量指標的對比發現,后區牽伸倍數對紗線強力、條干和毛羽都有影響,尤其對單紗強力和條干均勻度的影響最為顯著,且當因素A為1.16時,2種質量指標最佳,本著后區牽伸倍數偏小掌握的原則,故選A1為極差法確定最優工藝。隔距塊規格對單紗強力和毛羽為較主要因素,對紗線條干為次要因素,綜合考慮選取B3為極差法確定最優工藝條件。錠子轉速對紗線強力和毛羽的影響較為顯著,按照多數傾向原則選取C2為極差法確定最優工藝條件。

綜合分析表明,若用極差法處理實驗數據,以極差大小來評估各水平影響程度,結果顯示各因素最佳工藝條件為A1B3C2;若用直觀法分析,各因素工藝條件為A1B2C2時,紗線各方面綜合指標相對較好。

2.4 擇優試驗

為了精確選取最優工藝條件,本文對A1B2C2和A1B3C22種組合進行了擇優試驗,在相同溫濕度條件下,分別紡制了工藝組合為A1B2C2和A1B3C2的2種紗線,擇優試驗紗線性能指標如表7所示。

表7 擇優試驗紗線性能指標Tab.7 Performance index of the yarn in the optimal experiment

由表7可知,A1B2C2紗線的條干和毛羽優于A1B3C2,且斷裂強力也略高,A1B2C2和A1B3C22種紗線的粗細節和棉結都較少,其中A1B2C2類紗線幾乎可以忽略不計。因此綜合分析表明,當后區牽伸倍數為1.16 倍、隔距塊規格為3.0 mm、錠子轉速為11 000 r/min時,紗線的強力、條干和毛羽等指標相對較好,更有利于提高織物品質和促進后道工序的進行。

3 結 論

為了提高棉/絲光羊毛集聚紡混紡紗線的質量,節約生產成本,采用正交試驗研究細紗后區牽伸倍數、隔距塊規格和錠子轉速因素對22 tex棉/絲光羊毛(80/20)混紡集聚紗線紡紗質量的影響,研究表明:后區牽伸倍數和隔距塊規格是影響紗線強力、條干和毛羽的重要因素,在保證粗紗能夠牽伸開的情況下,后區牽伸倍數應偏小掌握,后區牽伸倍數過大會使纖維須條松散不聚集,從而惡化紗線條干;隔距塊規格過大或過小都會不同程度地使纖維變速點波動,從而影響紗線質量;錠子轉速與紗線捻度不勻有關,高轉速可以使露出紗體表面的纖維快速卷入紗線內部,改善紗線毛羽,但轉速過高會產生捻度不勻,惡化條干。通過極差法和擇優試驗發現:最佳紡紗工藝為后區牽伸倍數為1.16、隔距塊規格為3.0 mm、錠子轉速為11 000 r/min,此時紗線的各項質量指標都比較好,更有利于后道加工。