蔣慧敏 許 多 范 航 劉可帥

（武漢紡織大學(xué)，湖北武漢430200）

環(huán)錠紡紗技術(shù)因其原料適應(yīng)性強、生產(chǎn)品種范圍廣而被廣泛應(yīng)用，但也存在紗線毛羽過多、強力不足、捻縮過大等弊?。?］。針對這些問題，新型紡紗技術(shù)發(fā)展迅速，已在紗線強力提高以及毛羽降低等方面獲得顯著效果，例如集聚紡、賽絡(luò)紡、柔潔紡、多重集聚紡等，這些方法都是使用物理方法來調(diào)控紗線結(jié)構(gòu)，改變纖維排列緊度與結(jié)構(gòu)來提高強力、改善毛羽。

黏合劑作為增強劑在紡紗領(lǐng)域已經(jīng)有幾十年的研究［2］。例如在上漿過程中，通過纖維與黏合劑的結(jié)合，提高紗線的強力與耐磨性能，但是上漿增加了生產(chǎn)工序，并且表面固化的黏合劑容易在后道工序中脫落而喪失其功能［3］。另外，黏合紡［4］通過黏合劑的浸潤或加入具有黏合作用的纖維促使纖維間相互黏合，從而取代環(huán)錠紡中加捻的環(huán)節(jié)，因而成紗無捻回結(jié)構(gòu)且具有一定強力，但是成紗強力不及環(huán)錠紡，織造較為困難。近幾年，一些研究員將化學(xué)黏合工藝與環(huán)錠紡紗技術(shù)相結(jié)合，利用化學(xué)黏合增加纖維間的徑向抱合力以提高紗線斷裂強力，這種紡紗新方法逐漸受到企業(yè)與工廠的關(guān)注。

因此，針對紗線表層黏合牢度低、織物手感僵硬的問題，本研究建立了芯層黏合紡紗方法，采取短纖維抱合壓實固化黏合劑于芯層表面，通過短纖維與芯紗層間黏合以改善成紗強力的同時保持紗線良好的手感。并進(jìn)一步實施了多組對比試驗，對比探究影響芯層黏合紡紗線性能的因素，為高品質(zhì)紗線的生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考。

1 紡紗方法建立及成紗預(yù)測

1.1 紡紗方法建立

為實現(xiàn)黏合劑在芯層長絲表面的精確控制，滿足短纖維包覆長絲具有內(nèi)外層黏連結(jié)合功能，本研究在長絲喂入前鉗口前，通過微量注射泵在其表面給液形成流動的黏合溶液層。如圖1所示，在環(huán)錠細(xì)紗機上加裝黏合劑注入輪，芯紗穿過注入輪中間的縫隙后進(jìn)入前鉗口，注射泵的針頭嵌入注入輪內(nèi)部間隙中，針尖和芯紗之間的間距保持為1 mm。粗紗退繞經(jīng)牽伸喂入前鉗口，且黏合芯紗位于須條正中間。為解決黏合劑過分浸潤、涂覆不勻等問題，注入輪兩側(cè)用塑料圓環(huán)進(jìn)行固定，中部為海綿圓環(huán)，通過對長絲的握持將黏合劑均勻浸潤到長絲表面；同時滲出的黏合劑會被注入輪內(nèi)部海綿所吸收，防止黏合劑的滴落或溢出干擾粗紗須條的正常牽伸。

1.2 成紗關(guān)鍵機制分析

圖1 芯層黏合紡示意圖

芯層黏合紡實質(zhì)上是短纖維環(huán)錠包芯攜黏合劑的長絲，浸潤黏合劑的長絲沿著注入輪輸送到前羅拉鉗口，與前羅拉輸出的須條匯聚并進(jìn)行加捻，須條內(nèi)的短纖維發(fā)生轉(zhuǎn)移并相互抱合形成連續(xù)的紗線。芯層黏合紡中黏合劑在短纖維、長絲間的黏合結(jié)點是成紗時的關(guān)鍵機制之一，因此需確保長絲出前鉗口時位于紗條加捻三角區(qū)中心位置［5］，實現(xiàn)短纖維沿長絲表面包裹轉(zhuǎn)移，防止長絲出現(xiàn)偏心以致黏合劑固化位置偏移造成成紗拉伸應(yīng)力分布不勻。

同時，芯層黏合紡中黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、給液速率和短纖維的抱合緊度是成紗質(zhì)量的關(guān)鍵因素。黏合劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)決定了長絲表面溶液黏度，過小的質(zhì)量分?jǐn)?shù)難以有效提供黏合強力；過大的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則限制了黏合劑的流動；給液速率影響長絲表面攜液量，較小的給液速率難以使黏合劑在長絲表面均勻附著，較大的給液速率易導(dǎo)致黏合劑溢出；而抱合緊度則形成了黏合劑的固化，低捻度的抱合易造成黏合劑固化緩慢，高捻度的抱合擠壓黏合劑流動致其向外層滲透。更進(jìn)一步，長絲上未固化的黏合劑隨著短纖維的轉(zhuǎn)移而向短纖層滲透，與此同時在外層包覆的短纖維抱合壓實下形成固化，將芯層長絲與外層短纖維固化黏合，消除短纖在拉伸中沿長絲表面滑脫的現(xiàn)象，從而建立了芯層黏合紡紗模型。

1.3 固化壓實模型建立及成紗性能預(yù)測

在纖維加捻卷繞成紗過程中，黏合劑流動過程可以等效為黏合劑在多孔介質(zhì)中的流動過程。根據(jù)Darcy定律，黏合劑芯層流動的過程具體定律表達(dá)式如下［6］13?14。

式中：v是黏合劑流動速度，k為棉纖維的滲透率，?pr為包覆纖維內(nèi)黏合劑的壓力梯度數(shù)值，μ是黏合劑黏度。

黏合劑在芯層和皮層之間的固化，可以根據(jù)材料體系進(jìn)行表示，具體的表達(dá)式如下［6］11。

式中：g（T）表示黏合劑反應(yīng)特征，（fβ）表示已反應(yīng)的黏合劑基體。

根據(jù)公式可得質(zhì)量分?jǐn)?shù)和黏度呈正相關(guān)關(guān)系。因此，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，紗線內(nèi)部纖維轉(zhuǎn)移應(yīng)提高，有效捕捉和緊密纏繞紗條外露毛羽，紗線強力逐漸增加，毛羽減少。

2 芯層黏合紡的試驗方案設(shè)計

2.1 芯層黏合紡成紗強力影響因素

由于芯層黏合紡在短纖維、長絲與黏合劑結(jié)合過程中出現(xiàn)黏合劑過分滲透、涂覆不勻等情況，會導(dǎo)致外層短纖維與內(nèi)層芯紗間未能達(dá)到很好的固化黏合，因此針對黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)、給液速率和纖維壓實捻度3個因素進(jìn)行研究。

在DSSp?01型多功能細(xì)紗機上，加裝給液喂入裝置，并選取同錠分別紡制紗線，每錠紡制5組管紗。其中主要工藝參數(shù)：錠速8 000 r/min，粗紗定量7.1 g/10 m，芯紗號數(shù)22.2 dtex/24 F，細(xì)紗號數(shù)18.0 tex，鉗口隔距3.0 mm，后區(qū)牽伸1.3倍，鋼絲圈型號6903 8/0，鋼領(lǐng)型號PG1?4254。

根據(jù)上述試驗方案設(shè)計，選擇與之相對應(yīng)的紡紗影響參數(shù)，即首先選定質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%、壓實捻度60捻/10 cm，探究4組不同給液速率對成紗強力的影響；接著選定給液速率0.3 mL/min、壓實捻度60捻/10 cm，優(yōu)選4組質(zhì)量分?jǐn)?shù)對其紗線斷裂強力的改善進(jìn)行分析；最后選定給液速率0.3 mL/min、質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，針對4組變化的壓實捻度，討論其短纖包覆緊度對界面強力增幅效率。

2.2 表層與芯層黏合紡固化行為及織物性能對比

由于黏合劑固化位置不同造成紗線的強力利用率存在差異，且表層的黏合劑使紗線喪失了傳統(tǒng)環(huán)錠紡的手感特征。因而為初步探究表層與芯層黏合紡固化行為對所紡紗線性能及其織物手感的影響，將傳統(tǒng)環(huán)錠紡（方案A）、表層黏合紡（方案B）與芯層黏合紡（方案C）所紡的3組紗線進(jìn)行對比分析。其中紡紗工藝參數(shù)與上述一致，黏合劑選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%聚乙烯醇縮丁醛溶液，給液裝置流速0.3 mL/min，壓實捻度60捻/10 cm。

同時，將3組方案所紡紗線作為緯紗，T 15 tex作為經(jīng)紗，在Y 208W型小樣織機上以一上一下平紋組織進(jìn)行交織，分別制備出3組織物。其中織物的規(guī)格參數(shù)如表1所示。

表1 織物的規(guī)格參數(shù)

2.3 紗線及織物性能測試

采用Hirox RH?2000型數(shù)字式顯微鏡對不同紗線的表觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，探討其表觀結(jié)構(gòu)的差異；根據(jù)FZ/T 01086—2020《紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》測試紗線的毛羽性能，測試儀器為H400型毛羽儀，測試速度30 m/min，取5組平均值；根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紗線條干不勻試驗方法 第1部分：電容法》測試紗線的條干性能，測試儀器為E500型條干儀，測試時間1 min，測試速度400 m/min，取5組平均值；以GB/T 3916—2013《卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》為標(biāo)準(zhǔn)，測試紗線的強伸性能，測試儀器為YG063C型全自動單紗強力儀，拉伸速度500 mm/min，測試1 min，取20組平均值。

根據(jù)GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定》，測試織物的拉伸性能，測試儀器為Instron 5943型萬能拉力試驗機，測試織物的長度200 mm（緯紗方向），寬度25 mm（經(jīng)紗方向），測試 織 物的標(biāo)距長度100 mm，測試速度20 mm/min；采用PhabrOmeter3型織物手感測試儀對不同紗線所織成的織物進(jìn)行測試，以對比織物間的手感優(yōu)劣。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 芯層黏合紡成紗強力影響因素分析

3.1.1 給液速率對紗線強伸性能的影響

本組試驗采用相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%、壓實捻度60捻/10 cm，探究4組不同給液速率對紗線強伸性能的影響，測試結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，不同給液速率的芯層黏合紡紗線的斷裂強力都在普通環(huán)錠包芯紗線的基礎(chǔ)上有所增強，依次分別提高了9.5%、15.2%、20.8%、9.4%。給液速率為0.3 mL/min時，芯層黏合紡紗線的斷裂強力提高幅度最大，這是因為較小的給液速率難以使黏合劑在長絲表面均勻附著，隨著給液速率的增大，長絲表面攜液量增多，纖維間的相對滑移減少，纖維間結(jié)合更加致密，纖維強力利用率提高，從而提高了紗線的強力［7］；與此同時，其斷裂伸長率提高幅度也最顯著。而給液速率為0.4 mL/min時，芯層黏合紡紗線的斷裂強力和斷裂伸長率反而呈負(fù)增長，這是因為較大的給液速率導(dǎo)致黏合劑溢出，在紗線表面形成黏合，導(dǎo)致紗線內(nèi)部無法滑移和變形，纖維強力利用率降低，從而使紗線質(zhì)量惡化。

根據(jù)表2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)給液速率小于0.3 mL/min時，芯層黏合紡的紗線毛羽數(shù)均低于傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線，且給液速率為0.3 mL/min時毛羽數(shù)相對最少，這是因為隨著給液速率的增加，長絲表面黏合劑攜帶量增加，可有效捕捉和緊密纏繞紗條外露毛羽。但到給液速率為0.4 mL/min時，毛羽數(shù)增加，這是因為給液速率過大導(dǎo)致黏合劑溢出，黏合劑使毛羽貼伏在紗線表面，且紗線手感僵硬。芯層黏合紡的紗線條干CV整體上與傳統(tǒng)環(huán)錠紡持平。

表2 給液速率對紗線強伸性能的影響

3.1.2 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對紗線強伸性能的影響

表3為不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下芯層黏合紡紗線性能的測試結(jié)果，本組試驗采用給液速率0.3 mL/min、壓實捻度60捻/10 cm，分析4組質(zhì)量分?jǐn)?shù)對紗線強伸性能的影響。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下芯層黏合紡紗線強伸性能

表3中分別將4種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的芯層黏合紡紗線與傳統(tǒng)環(huán)錠紡包芯紗性能進(jìn)行對比，其斷裂強力分別提高了10.7%、15.2%、20.8%、15.0%；斷裂伸長率分別提高了9.8%、11.8%、28.7%、2.6%；條干CV值分別降低了4.7%、0.5%、3.2%、4.3%；隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，3 mm毛羽數(shù)逐漸下降。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%時，芯層黏合紡紗線的斷裂強力和斷裂伸長率提高幅度最顯著，毛羽數(shù)減少，這是因為隨著黏合劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，長絲表面溶液黏度增加，為紗線有效提供黏合強力，所以紗線內(nèi)部纖維轉(zhuǎn)移應(yīng)力提高，可更有效捕捉和緊密纏繞紗條外露毛羽［8］。而質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%時，芯層黏合紡紗線的斷裂強力和斷裂伸長率反而呈負(fù)增長，這是因為過大的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制了黏合劑的流動，導(dǎo)致紗線內(nèi)部纖維無法滑移和變形，纖維之間的強力均勻性變差，纖維強力利用率降低，從而使紗線性能惡化。

3.1.3 壓實捻度對紗線強伸性能的影響

表4為不同壓實捻度下芯層黏合紡紗線強伸性能。

表4 不同壓實捻度下芯層黏合紡紗線強伸性能

表4中將4種壓實捻度的芯層黏合紡紗線進(jìn)行對比，隨著壓實捻度的增加，紗線斷裂強力都有不同程度的增加。其中，壓實捻度為60捻/10 cm條件下所紡紗線性能是最好的。這是因為此時抱合緊度形成黏合劑的固化最有效，黏合劑使纖維內(nèi)部的界面結(jié)合強力增加，纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，增加了纖維的轉(zhuǎn)移和滑動能力［9］，調(diào)整了纖維之間的強力均勻性，消除了應(yīng)力集中點。在此基礎(chǔ)上，降低壓實捻度易造成黏合劑固化緩慢，纖維間低捻度的抱合導(dǎo)致成紗斷裂強力降低，使貼伏在紗線表面的毛羽難以被捻入紗體內(nèi)部；而提高壓實捻度，纖維間抱合更為緊密，從而擠壓黏合劑流動致其向外層滲透，同樣不利于成紗性能的改善。

3.2 芯層黏合紡紗線表觀及織物性能

3.2.1 芯層黏合紡紗線表觀

圖2為3種紗線的顯微鏡觀測圖像。

圖2 3種紗線顯微鏡觀測圖像

如圖2（a）所示，傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線表面存在大量毛羽，紗線表觀結(jié)構(gòu)蓬松。如圖2（b）所示，表層黏合紡產(chǎn)生的毛羽受黏合劑黏合固著在紗線表面，致使紗線僵化，手感粗糙。如圖2（c）所示，芯層黏合紡紗線的表觀結(jié)構(gòu)有所改善，紗線更為緊密，說明在黏合劑作用下，長絲表面攜帶溶液，導(dǎo)致紗線抱合緊度提高，紗線的形態(tài)結(jié)構(gòu)明顯改觀；暴露在外的纖維更好地卷入紗體中，實現(xiàn)了充分的內(nèi)外轉(zhuǎn)移，紗線更加光潔。紗線強力提高的同時保留了柔軟結(jié)構(gòu)，且具有與傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線相似的手感。

3.2.2 芯層黏合紡織物性能

表5為3種方案紗線制成織物性能對比。

表5 3種方案紗線制成織物性能對比

由表5可以看出，表層黏合紡織物和芯層黏合紡織物因為黏合劑的存在，強力明顯高于普通棉織物，同時硬挺性也明顯高于普通棉織物。與普通棉織物相比，表層黏合紡織物的柔軟度顯著降低，并且具有更好的光滑度。但是，芯層黏合紡棉織物既保持了傳統(tǒng)織物的柔軟性，并且具有良好的挺括性。芯層黏合紡織物在強力增加的同時，其手感也接近傳統(tǒng)環(huán)錠紡棉織物。

4 結(jié)論

本研究分析了不同給液速率、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓實捻度條件下的芯層黏合紡紗線性能，得出以下結(jié)論。

（1）通過探究不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、給液速率和纖維抱合緊度對紗線強伸性能的影響，芯層黏合紡可有效增加所紡紗線中纖維之間的黏合力，大幅提高紗線強力，降低紗線毛羽。

（2）在質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%、給液速率0.3 mL/min、壓實捻度60捻/10 cm的紡紗條件下，紗線強力改善最明顯，較傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線提高20.8%。黏合劑在纖維芯層固化與結(jié)合改變了紗線的應(yīng)力集中點，從而提高了纖維的強力利用率，因此紗線的強伸性能明顯改善。

（3）芯層黏合紡技術(shù)在提高紗線強力的同時，保留了傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗線的柔軟結(jié)構(gòu)，攻克了成紗高強與柔軟無法同時提高的技術(shù)難題，其織物又接近傳統(tǒng)環(huán)錠紡織物的手感。