徐 迪 楊建平 郁崇文
(東華大學(xué),上海,201620)
受環(huán)境污染、資源短缺的影響,天然纖維再度備受關(guān)注[1]。其中,麻纖維躋身前列,尤其是漢麻纖維憑借其獨(dú)特的天然功能性而更受青睞。我國(guó)具有幾千年麻種植和使用的歷史[2],近兩年伴隨大麻合法化進(jìn)程的推進(jìn),在全球范圍內(nèi)約有30個(gè)國(guó)家開(kāi)始種植工業(yè)漢麻(即四氫漢麻酚含量低于0.3%的低毒大麻),其中中國(guó)是最大的工業(yè)漢麻生產(chǎn)和出口國(guó)。為充分有效利用漢麻纖維資源,開(kāi)發(fā)漢麻產(chǎn)品具有重要意義。
漢麻在種植和生長(zhǎng)過(guò)程中無(wú)需任何化肥和農(nóng)藥,已經(jīng)成為具有生態(tài)環(huán)保特色的稀有珍貴資源[3],被世界公認(rèn)為“天然纖維之王”。漢麻纖維是麻類(lèi)纖維中最為細(xì)軟的一種[4],其成品吸濕排汗[5?6]、透氣快干、散熱抑菌[7]、防霉防臭、柔軟舒適,但漢麻纖維細(xì)度離散性大、長(zhǎng)度整齊度差、短纖維較多,又因分子取向度和結(jié)晶度較高導(dǎo)致纖維剛性大、彈性?。?],纖維之間抱合力差,故可紡性差,紡制的麻紗光潔度與柔軟性欠佳。而錦綸強(qiáng)度高、彈性好[9],與漢麻纖維混紡可有效改善其可紡性,提高成紗質(zhì)量。為改善錦綸因靜電大而繞膠輥的問(wèn)題,采用包混方式進(jìn)行試紡,經(jīng)多次試驗(yàn)得出落麻率約為8%,故采用包混投料時(shí)需按比例適當(dāng)增加漢麻纖維含量。
本研究試紡了8種紗線,分別為漢麻純紡紗、錦綸純紡紗、采用包混的漢麻/錦綸(25/75、50/50、75/25)混紡紗、采用條混的漢麻/錦綸(25/75、50/50、75/25)混紡紗,探究不同混紡比對(duì)漢麻錦綸混紡紗綜合性能的影響,為漢麻錦綸混紡紗的開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。
經(jīng)化學(xué)脫膠制取的漢麻纖維由桐鄉(xiāng)纖致紡織品公司提供,錦綸由恒天中纖紡化無(wú)錫有限公司提供,纖維的性能如表1所示。
(1)開(kāi)松。漢麻纖維的細(xì)度、長(zhǎng)度整齊度差,超長(zhǎng)纖維多,短絨多,雜質(zhì)多,且受溫濕度影響大,故對(duì)開(kāi)松要求比較高;錦綸需在開(kāi)松前進(jìn)行24 h給濕處理以消除靜電;經(jīng)AS181A型梳棉機(jī)開(kāi)松。
(2)梳理。采取“輕定量,低速度”原則,將原料鋪成較薄的纖維層后喂入DHU型梳棉機(jī)梳理成條。
(3)并條。在HAFJ1201型單眼并條機(jī)上經(jīng)三道并條,羅拉中心距50 mm×48 mm,后區(qū)牽伸1.5倍。
(4)粗紗。在FA 498型四軸聯(lián)動(dòng)粗紗機(jī)上生產(chǎn),羅拉中心距38 mm×52 mm×53 mm;由于漢麻纖維抱合力差,故適量加大粗紗捻度,以減少意外牽伸,即捻度5捻/10 cm,粗紗定量控制在5 g/10 m左右;車(chē)速宜稍低,采用200 r/min。
(5)細(xì)紗。設(shè)計(jì)細(xì)紗號(hào)數(shù)30 tex,捻系數(shù)為試驗(yàn)優(yōu)選所得,采用DHU X?01型環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī),后區(qū)牽伸1.1倍;當(dāng)漢麻纖維含量高于50%時(shí),采用滑溜牽伸(槽寬16 mm,槽深2 mm),錠速降低至10 000 r/min;當(dāng)漢麻纖維含量低于50%時(shí),采用常規(guī)膠輥羅拉牽伸,錠速為12 000 r/min。
按 照GB/T 2910.7—2009/ISO 1833-7:2006《紡織品 定量化學(xué)分析 聚酰胺纖維與某些其他纖維混合物(甲酸法)》測(cè)試紗線實(shí)際混紡比,測(cè)試儀器為燒杯、烘箱、FA 2004A?200G型電子分析天平;按照GB/T 4743—2009《紡織品 卷裝紗絞紗法線密度的測(cè)定》測(cè)試紗線線密度,測(cè)試儀器為YG086型縷紗測(cè)長(zhǎng)機(jī)、FA 2004A?200g型電子表天平(磁阻尼式);按照GB/T 2543.2—2001《紡織品紗線捻度的測(cè)定 第2部分:退捻加捻法》測(cè)試紗線捻度,測(cè)試儀器為Y 331N型紗線捻度機(jī);按照GB/T 3916—1997《單根紗線斷裂強(qiáng)力及斷裂伸長(zhǎng)的測(cè)定》測(cè)試紗線斷裂強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率,測(cè)試儀器為XL?1A型紗線強(qiáng)伸度儀;按照GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗(yàn)方法 第1部分:電容法》測(cè)試紗線條干均勻度,測(cè)試儀器為CT 3000型條干均勻度測(cè)試分析儀;按照FZ/T 01086—2020《紡織品 紗線毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》測(cè)試紗線毛羽,測(cè)試儀器為YG172A型紗線毛羽測(cè)試儀。
6種紗線實(shí)測(cè)混紡比結(jié)果如表2所示,質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試結(jié)果如表3所示。其中A代表錦綸純紡紗,B代表包混漢麻/錦綸25/75混紡紗,C代表包混漢麻/錦綸50/50混紡紗,D代表包混漢麻/錦綸75/25混紡紗,E代表?xiàng)l混漢麻/錦綸25/75混紡紗,F(xiàn)代表?xiàng)l混漢麻/錦綸50/50混紡紗,G代表?xiàng)l混漢麻/錦綸75/25混紡紗,H代表漢麻純紡紗。
由表2可知,包混實(shí)際比例可根據(jù)落麻率8%進(jìn)行大致折算,即包混漢麻/錦綸25/75與條混漢麻/錦綸25/75、包混漢麻/錦綸50/50與條混漢麻/錦綸50/50、包混漢麻/錦綸75/25與條混漢麻/錦綸75/25,各組的最終混紡比例很接近,具有可比性,對(duì)比分析如下。
表2 漢麻錦綸混紡紗中各纖維最終含量
表3 各組紗線主要質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試結(jié)果
設(shè)置強(qiáng)力儀試驗(yàn)隔距500 mm,拉伸速度500 mm/min,預(yù)加張力15 cN,測(cè)試數(shù)量50根,斷裂強(qiáng)度取平均值?;旒徏啍嗔褟?qiáng)度與混紡比的關(guān)系如圖1所示。
圖1 混紡紗斷裂強(qiáng)度與混紡比的關(guān)系
由圖1可得,隨著混紡紗中錦綸含量的增加,混紡紗斷裂強(qiáng)度呈先減小后增大的趨勢(shì)。當(dāng)錦綸含量為25%時(shí),混紡紗斷裂強(qiáng)度低于漢麻純紡紗強(qiáng)度,這是由于伸長(zhǎng)小的漢麻纖維斷裂的瞬間,伸長(zhǎng)大的錦綸所承受的力小于漢麻纖維的斷裂強(qiáng)度,則混紡紗強(qiáng)度出現(xiàn)下凹點(diǎn)[10]。
通過(guò)雙組分纖維混紡紗的強(qiáng)伸性能理論計(jì)算,得出強(qiáng)度最小時(shí)的臨界混紡比bc=36.00%,理論計(jì)算公式[11]見(jiàn)式(1)。式中:S1為第一斷裂點(diǎn)的強(qiáng)度,S2為第二斷裂點(diǎn)的強(qiáng)度,a、b為混紡紗中組分A(漢麻)、B(錦綸)的比例,SA為組分A純紡紗的斷裂強(qiáng)度,SB為組分B純紡紗的斷裂強(qiáng)度,SB'為組分A斷裂時(shí)組分B的斷裂強(qiáng)度。實(shí)際斷裂強(qiáng)度與預(yù)測(cè)斷裂強(qiáng)度對(duì)比顯示:混紡紗實(shí)際斷裂強(qiáng)度要高于理論值,這是因?yàn)闈h麻纖維表面有很多縱線條和龜裂條痕,粗糙的表面增大了纖維間的摩擦因數(shù),使得漢麻纖維與錦綸之間的交互作用明顯加強(qiáng)[12],故混紡紗實(shí)際斷裂強(qiáng)度較理論模型有明顯提高,但規(guī)律一致。
由表3可以看出,當(dāng)漢麻纖維含量不超過(guò)50%時(shí),混紡紗強(qiáng)力CV較小,皆在10%以下;而當(dāng)漢麻纖維含量為75%時(shí),包混和條混時(shí)混紡紗的強(qiáng)力CV分別達(dá)到了16.60%、20.60%,此時(shí)混紡紗強(qiáng)力均勻性較差。包混與條混下同一混紡比混紡紗的斷裂強(qiáng)度趨勢(shì)基本一致,無(wú)明顯差異。
測(cè)試紗線斷裂強(qiáng)度的同時(shí)讀取斷裂伸長(zhǎng)率值,伸長(zhǎng)率取平均值,混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率與混紡比的關(guān)系如圖2所示。
圖2 混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率與混紡比的關(guān)系
由圖2可得,隨著混紡紗中錦綸含量的增加,混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率總體呈上升趨勢(shì),錦綸含量為75%時(shí)的混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率可接近錦綸純紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率。當(dāng)錦綸含量低于25%時(shí),混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率相對(duì)穩(wěn)定,趨勢(shì)平緩,較漢麻純紡紗并沒(méi)有明顯提升,此時(shí)混紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率主要由漢麻纖維的斷裂伸長(zhǎng)率決定;當(dāng)錦綸含量高于25%時(shí),斷裂伸長(zhǎng)率急速上升,增長(zhǎng)率約為500%,這是由于拉伸混紡紗時(shí),漢麻纖維受力先斷裂,錦綸受拉伸力而繼續(xù)伸長(zhǎng),此時(shí)混紡紗斷裂伸長(zhǎng)的主導(dǎo)因素由漢麻纖維逐漸向錦綸過(guò)渡,而錦綸的斷裂伸長(zhǎng)率是漢麻纖維的14倍左右。
對(duì)比紡紗工藝?yán)碚撝袑?duì)雙組分混紡紗斷裂伸長(zhǎng)率的理論預(yù)測(cè),混紡紗實(shí)測(cè)斷裂伸長(zhǎng)率也高于理論,同樣是由于理論模型忽略了一些波動(dòng)性因素,其中就包括了纖維之間的滑移以及交互作用,纖維斷裂后仍能對(duì)紗的強(qiáng)伸性能作出一定的貢獻(xiàn)。因此,混紡紗的實(shí)際斷裂伸長(zhǎng)率比理論斷裂伸長(zhǎng)率略大?;旒徏啍嗔焉扉L(zhǎng)率的理論表達(dá)式[13]見(jiàn)式(2),式中εA、εB為組分A、B純紡紗的斷裂伸長(zhǎng)率。
包混紗的斷裂伸長(zhǎng)率與條混紗無(wú)太大差異。觀察混紡比與斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的關(guān)系圖,可以看出:斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率皆在錦綸含量25%時(shí)處于較低水平,即混紡比對(duì)斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的影響具有同時(shí)性[14],呈低強(qiáng)低伸狀態(tài)。
設(shè)置條干儀退繞速度400 m/min(當(dāng)漢麻含量超過(guò)50%時(shí)速度減半),測(cè)試長(zhǎng)度400 m,測(cè)試次數(shù)2次,取平均值,得出成紗條干與混紡比的關(guān)系如圖3所示。
圖3 成紗條干與混紡比的關(guān)系
由圖3和表3可以看出,隨錦綸含量的增加,成紗條干總體好轉(zhuǎn),且在錦綸含量達(dá)到50%時(shí)紗疵明顯得到改善,條干均勻度提高。這是由于漢麻纖維粗硬,初始模量高,當(dāng)混紡紗中漢麻纖維含量高時(shí)降低了羅拉的有效握持力,牽伸時(shí)浮游纖維增多[15],纖維間抱合力減弱,不能形成穩(wěn)定的摩擦力界,使變速點(diǎn)不穩(wěn)定[16],纖維頭端變速位置分散,移距偏差值大,條干不勻增加,且紡紗過(guò)程中會(huì)因殘留膠質(zhì)而糾纏成結(jié),導(dǎo)致細(xì)紗時(shí)牽伸不開(kāi)而形成粗節(jié),成紗條干惡化。
包混紗的條干CV值及常發(fā)性紗疵總體低于條混紗,當(dāng)錦綸含量為75%時(shí),包混紗除了粗節(jié)、棉結(jié)數(shù)量高于純錦綸紗之外,條干CV值與細(xì)節(jié)個(gè)數(shù)均低于純錦綸紗,條干CV值為21.85%,細(xì)節(jié)僅有280個(gè)/km,可見(jiàn)漢麻/錦綸25/75包混紗的條干均勻性可與純錦綸紗媲美,包混更有利于漢麻紗條干均勻度的改善。
設(shè)置毛羽儀測(cè)試速度30 m/min,檢測(cè)3 mm毛羽(有害毛羽)數(shù)量,測(cè)試紗長(zhǎng)為10 m,試驗(yàn)次數(shù)為10次,毛羽數(shù)取平均值。成紗毛羽與混紡比的關(guān)系如圖4所示。
圖4 成紗毛羽與混紡比的關(guān)系
由圖4可得,成紗毛羽隨著漢麻錦綸混紡紗中錦綸含量的增加而明顯減少,呈先減小后增大的趨勢(shì),且錦綸含量為75%時(shí)3 mm毛羽最少,成紗外觀性能較好。由于漢麻纖維初始模量較大[17],無(wú)卷曲,抗扭剛度較大,抱合力弱,加捻成紗時(shí)纖維頭端不易扭進(jìn)紗體,所以形成毛羽的可能性大;而錦綸細(xì)且柔軟,抗扭剛度小,在加捻過(guò)程中易于扭進(jìn)紗體[18],產(chǎn)生毛羽幾率小,因此混入錦綸會(huì)明顯彌補(bǔ)缺陷,改善混紡紗的毛羽。
對(duì)比表3中包混紗和條混紗的毛羽數(shù)據(jù)可以看出,僅在錦綸含量較低時(shí)出現(xiàn)了差異,且此時(shí)包混紗的毛羽相對(duì)較少,這可能是因?yàn)榘煜鄬?duì)于條混更能讓兩種纖維混和均勻,漢麻短絨能被較好地包覆,錦綸量少時(shí)產(chǎn)生的靜電也更易消除,使得成紗毛羽較條混時(shí)有所降低。
漢麻錦綸混紡紗的綜合性能隨錦綸含量增加而提高,其中拉伸性能在錦綸含量為25%左右時(shí)相對(duì)較差,紡紗生產(chǎn)中應(yīng)避免該區(qū)間的混紡比例;條干均勻度和毛羽均隨錦綸含量增加而有所改善。其中,漢麻/錦綸25/75混紡紗的綜合性能相對(duì)最優(yōu),具有強(qiáng)度高、延伸性好、條干均勻、毛羽少的優(yōu)良性能??偟膩?lái)說(shuō),漢麻錦綸混紡紗通過(guò)包混的成紗質(zhì)量比條混略高,尤其體現(xiàn)在條干與毛羽指標(biāo)方面,其他指標(biāo)無(wú)明顯差異;且包混可減少生產(chǎn)流程,降低成本,還能在某種程度上改善錦綸的可紡性。