涂浩銘　徐文青　李建強　李岱祺

摘要：基于換位紗的特點，為改善滌綸成紗毛羽問題，設計了正位/換位紡復合結構紗，以定量為5.4 g/10 m的滌綸粗紗和規(guī)格為11.1 tex/96 F、16.7 tex/144 F、22.2 tex/198 F的滌綸長絲為原料，在改造過的環(huán)錠細紗機上采用長/短斜、長斜/短、短/長斜、短斜/長四種紗路分別紡制了15 tex+11.1 tex/96 F、22.04 tex+16.7 tex/144 F、29.3 tex+22.2 tex/198 F三種規(guī)格的正位/換位復合結構紗，通過分析成紗各項性能測試數據，以灰色關聯理論對正位/換位紡復合結構紗成紗路徑進行優(yōu)選，研究結果表明：復合結構紗綜合評價均在賽絡菲爾紗之上，其中15 tex+11.1 tex/96 F和22.04 tex+16.7 tex/144 F長/短斜路徑成紗質量最佳，且29.3 tex+22.2 tex/198 F短斜/長路徑成紗質量最佳，則須根據成紗規(guī)格選擇換位角度以賦予紗線更優(yōu)綜合性能。

關鍵詞：換位紡；賽絡菲爾紗；結構設計；正位/換位復合結構紗；滌綸；灰色關聯度

中圖分類號：TS102.5???? 文獻標志碼：A?? 文章編號：2097-2911-（2023）02-0031-10

Evaluation on Fabrication and Properties of Polyester CompositeYarn Spun with Positive/ Transposition Method

TU Haoming1，XU Wenqing2，LI Jianqiang1，LI Daiqi1

（1. Wuhan Textile University， Wuhan 430200， China；2. Hubei Winner Medical Co.， Ltd.， Wuhan 431400， China）

Abstract：Based on the characteristics of transposition yarn and in order to improve the hairiness problem of polyester yarn， the positive/ transposition composite yarn is designed. Using polyester spun yarn with a weight of 5.4 g/10 m and polyester filament with the specifications of 11.1 tex/96 F， 16.7 tex/144 F and 22.2 tex/198 F as raw material， the yarns are spun on a modified ring spinning machine using four yarn paths： filament / oblique spun yarn ， oblique filament / spun yarn， spun yarn / oblique filament and oblique spun yarn / filament， three yarn specifications of 15 tex+11.1 tex/96 F， 22.04 tex+16.7 tex/144 F and 29.3 tex+22.2 tex/198 F are ob- tained. The positive/ transposition composite yarns are tested for dryness， twist， hairiness， strength and abrasion resistance， and the yarn quality is analyzed by using gray correlation theory. The results show that the comprehen- sive evaluation of the composite structure yarn is above the siorfil yarn. Among them， filament / oblique spun yarn of 15 tex+11.1 tex/96 F， 22.04 tex+16.7 tex/144 F and 29.3 tex+22.2 tex/198 F has the best yarn quality， and oblique spun yarn / filament of 29.3 tex+22.2 tex/198 F has the best yarn quality.Thus according to the yarn speci- fication， the transposition angle should be selected to endow yarn with better comprehensive performance.

Keywords： transposition spinning; sirofil; structural design; positive/ transposition composite yarn; polyester fi- ber; gray relational analysis

換位紡是王訓該教授團隊2003年提出來的一種基于環(huán)錠紡紗路改進的紡紗方法，其原理是通過變化左（右）紡紗路徑，實現對加捻三角區(qū)纖維的控制，達到減少毛羽的根本目的[1]。近年來換位紡技術體系正在逐步建立，薛少林等[2]、余雪滿等[3]以棉為原料進行換位紡實驗，Z捻紗線在大多數情況下更加適應右斜紗路，這與王訓該等得出的結果一致；任亮等[4]利用右斜換位紡紡制 Z 捻黏膠紗，再次證明右斜紗路可減少成紗毛羽，同時指出成紗其他性能會因換位產生惡化； THILAGAVATHI[5]等在棉、滌/棉換位紡實驗中卻得出截然相反的結論，認為僅左斜換位紡可大幅優(yōu)化成紗毛羽性能；此后李向紅等[6]改變紗路及捻向紡制純棉紗，首次提出換位角度應與成紗捻度配合，Z 捻適應左斜紗路，S 捻紗適應右斜紗路；吳婷婷[7]、左國平[8]等通過自制導紗裝置調節(jié) Z捻左斜換位紡紗角大小進行實驗，指出須根據紡紗特數選擇正確紡紗角度。相關研究表明，換位紡在改善成紗毛羽方面效果顯著，但強力改善不足，且研究原材料多為棉、毛[9]，換位方向隨不同原料、規(guī)格等呈無規(guī)律性，綜合成紗性能優(yōu)劣難以評估，因此換位紡紗具有通過拓寬原料，提高紗線性能，進行復合紡紗研究的必要。

基于以上研究成果，本文提出了正位/換位紡紗方法相結合的新結構紗線，即將長絲和短纖紗分別從兩個相鄰前羅拉喂入，在適當部位進行并合，最終形成股線狀交纏的復合結構紗線以此提高成紗質量。以滌綸長絲、滌綸短纖紗為原料，以正位/換位復合結構紗試紡紗樣的性能數據為基礎，引入灰色關聯評價方法，以條干均勻度、粗節(jié)（+50%）、捻度、毛羽、斷裂強力、耐磨性6個性狀為評價指標，綜合評價優(yōu)選出基于成紗性能的最佳方案，為高品質滌綸紗線紡制及換位紡新方向提供參考依據。

1實驗部分

1.1正位/換位紡復合結構紗的設計

正位/換位紡復合結構紗即采用規(guī)格相近的長絲與短纖紗，以正位、換位通道設計，以互纏結構形成復合結構紗。

在滌綸正位/換位復合結構紗的試紡實驗中，將經由導絲輪和張力控制器的長絲在短纖紗相鄰的前羅拉喂入，使二者由前羅拉輸出后再交匯，如圖1所示，從而達到長絲和短纖紗集聚點下移，單組分捻度增加的目的。不僅具有與換位紡相同的對邊緣纖維的控制效果，也賦予短纖紗更長的捻度傳遞路徑，使得成紗單纖之間的抱合更加緊密，改善成紗強力和毛羽等性能[10]。如圖2所示，以短纖紗傾斜方向（由左到右）、角度（由大到?。閰⒖?，設計了四種不同的復合結構紗成紗路徑，分別命名為長/短斜（F/OS）、長斜/短（OF/ S）、短/長斜（S/OF）、短斜/長（OS/F）。圖2中虛線為賽絡菲爾紡中短纖紗成紗路徑。

1.2實驗材料與紡紗工藝

在DSSp-01A數字式小樣細紗機上加裝長絲張力控制器和導絲輪兩種附加裝置[11]，滌綸長絲從相鄰導絲輪喂入，滌綸短纖紗從相鄰導紗桿喂入，分別由各自機前羅拉輸出后再于短纖紗正位或左（或右）斜位的導紗鉤上方匯聚成紗。

以紡紗路徑為實驗變量，在溫度20.3℃ ， 濕度43.2%的條件下，采用5.4 g/10 m定量的滌綸粗紗配置三種不同規(guī)格的滌綸長絲（11.1 tex/96 F、16.7 tex/144 F、22.2 tex/198 F）試紡上文所述四種成紗路徑的復合結構紗小樣及賽絡菲爾紗小樣。小樣機設置錠速8000r/min，其余參數設置見表1。為確保對比的有效性，對賽絡菲爾紗性能就長絲與粗紗的間距方面進行了預實驗，用作對照組的三種規(guī)格紗線最佳性能如表2。

1.3性能測試方法

按照實驗設計紡制出三種規(guī)格各四種成紗路徑的共十二支復合結構紗樣，并對成紗性能進行測試，同時與賽絡菲爾紗對比，具體為條干、捻度、毛羽、拉伸斷裂性能、耐磨性能。

1.3.1捻度測試

使用 YG155A 型紗線捻度儀，按照 GB/T 2543.1-2015《紡織品紗線捻度的測定第1部分：直接計數法》按股線類別測試。

1.3.2拉伸斷裂性能測試

使用YG（B）021DX型電子單紗強力機，按照 GB/T 3916-2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率（CRE法）》測試。

1.3.3毛羽性能測試

使用YG173A 型紗線毛羽測試儀，按照 FZ/ T 01086-2020《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數法》測試。

1.3.4條干性能測試

使用YG133B/M型條干均勻度測試儀，按照 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》測試。

1.3.5耐磨性能測試

使用FFZ622型紗線耐磨性能試驗儀，按照 JJF（紡織）050-2015《紗線耐磨性能測試儀校準規(guī)范》以往復磨輥法測試。

2結果與分析

2.1條干性能分析

復合結構紗的紗疵情況良好，尤其成紗細節(jié)近全部消除，此得益于復合結構紗兩組份相互包纏的股線結構；但粗節(jié)在最小成紗規(guī)格組較嚴重，如表3所示，短纖紗小右偏移量的 S/OF紗路粗節(jié)高達到120個，但從整體來看，隨著成紗規(guī)格變大，粗節(jié)減少紗疵優(yōu)化。

條干 CV 值降低率指正位/換位復合路徑紗線小樣較相同成紗規(guī)格下賽洛菲爾紗CV值的下降百分率：

因CV值與成紗條干均勻度呈負相關，即CV 值降低率為負值代表表示成紗條干惡化，正值表示成紗條干優(yōu)化。按照成紗規(guī)格分為三組，其中每組四種復合路徑以短纖紗紡紗傾斜方向、角度為基準排列（如圖2），作條干對比圖3，讀圖可得出結論：每組條干性能均在短纖紗左斜的紗路達到最佳，且以中小偏移角度的左斜為佳，而右斜紗路條干普遍惡化。隨著紗支規(guī)格增大，變異系數無明顯變化規(guī)律，改變紡紗路徑對復合結構紗條干影響較小，但仍不容忽視。

2.2捻度性能分析

加捻使纖維間產生正壓力，從而產生切向摩擦阻力，使其形成緊密穩(wěn)定結構，在臨界捻系數之前同規(guī)格紗線捻度小幅增大，有益于成紗性能[12]。捻度增長率指正位/換位復合路徑紗線小樣較相同成紗規(guī)格下賽洛菲爾紗捻度的增長百分率。各成紗路徑不同規(guī)格成紗捻度增長率如圖4所示。

由圖4可知，復合結構紗捻度與短纖紗傾斜方向、角度相關。F/OS、S/OF、OS/F紗路的成紗捻度相較于賽絡菲爾紗捻度均增加，且短纖紗大右偏移量的OS/F增量最大，三組該路徑成紗的捻度較賽洛菲爾紗增加了11.81%、8.27%、9.19%。

2.3毛羽性能分析

復合結構紗由長絲與短纖紗相互包纏而成，其毛羽基本由短纖紗中的游離纖維構成。按照成紗規(guī)格分為三組，其中每組四種復合路徑以短纖紗紡紗傾斜方向、角度為基準排列（如圖2），作毛羽對比圖5。

從有害毛羽指數來看，本文所選規(guī)格復合結構紗毛羽性能均優(yōu)秀且較同規(guī)格賽絡菲爾紗優(yōu)化；從毛羽總數來看，復合結構紗仍優(yōu)勢明顯，且如圖5可知本文所選規(guī)格的復合結構紗毛羽數量與成紗路徑相關，體現為隨著短纖紗傾斜角度由左向右，毛羽先增后減。三組規(guī)格紗樣整體對比可知，復合結構紗設計為15 tex+11.1 tex/96 F 規(guī)格時毛羽性能優(yōu)化更加突出，且最佳路徑為短纖紗左偏移量大的F/OS。

2.4拉伸斷裂性能分析

四種復合路徑以短纖紗紡紗傾斜方向、角度為基準排列（如圖2），按規(guī)格分別繪制成紗強力對比組圖如圖6所示。

由圖6可知，不同成紗規(guī)格下，其成紗斷裂強力隨短纖紗紡紗傾斜方向、角度變化呈現不同規(guī)律：如圖6（a）-（b），15 tex+11.1 tex/96 F與22.04 tex+16.7 tex/144 F成紗的斷裂強力均在 OF/S達到最大值，且短纖紗右斜成紗的斷裂強力均隨短纖紗右斜角度增大而惡化；如圖6（c），29.3 tex+22.2 tex/198 F 復合結構紗斷裂強力均優(yōu)化，以 OS/F 短纖紗右偏移量大的路徑為最佳，較賽絡菲爾紡增加了16.88%。因此從力學性能評價，復合結構紗在細特、中特短纖紗參與成紗時，短纖紗左斜（尤其是OF/S）斷裂強力優(yōu)化明顯；在粗特短纖紗參與成紗時，短纖紗右斜（尤其是OS/F）優(yōu)化明顯。

2.5耐磨性能分析

四種復合路徑以短纖紗紡紗傾斜方向、角度為基準排列（如圖2），按規(guī)格分別繪制耐磨次數對比組圖如圖7所示。

由圖7可知，不同成紗規(guī)格、成紗路徑的復合結構紗耐磨性能不同且無明確規(guī)律。如圖7（a）所示，15 tex+11.1 tex/96 F復合結構紗耐磨性能均較賽絡菲爾紗略有惡化，僅 OF/S耐磨性相對較好；圖7（b）中，22.04 tex+16.7 tex/144 F復合結構紗僅 OF/S、OS/F 耐磨提升，其中 OF/S 增加了21.24%；圖7（c）中，29.3 tex+22.2 tex/198 F復合結構紗耐磨性能均提升，最佳優(yōu)化路徑為 F/ OS，較賽絡菲爾紗增加47.75%。綜合來看，復合結構紗在短纖紗左斜的紗路（F/OS或 OF/S）耐磨性能更優(yōu)異。

2.6灰色關聯評價

通過成紗性能分析可以證明正位/換位復合結構紗長絲與短纖紗相互包纏的結構確有提高紗線品質的優(yōu)勢，但以單一性能為評估標準，復合結構紗的最佳成紗路徑不盡相同，如換位紡研究現狀，數據分布規(guī)律不清晰，難以綜合評判各規(guī)格成紗的最佳成紗路徑。

灰色系統(tǒng)理論（GST）評價方法是由鄧聚龍教授于1982年提出并運用于隨機性較高或者信息不完備系統(tǒng)中，其意義就是針對小樣本數據組、不明確的對應關系得出相應的預測，對某一規(guī)格、某一原料紗線最佳性能的選擇具有指導意義（類似紗線品質評定預測方程）。

灰色關聯度的基本原理是先構建評價指標下的理想數列，再計算各實驗數列與理想數列之間的關聯程度，通過對關聯度的排序體現各實驗組的優(yōu)劣程度。因此以三種規(guī)格下四種紡紗路徑成紗為評價對象， 以條干、粗節(jié)（+50%）、捻度、毛羽、斷裂強力、耐磨性6個性狀為評價指標， 利用灰色關聯度對不同成紗規(guī)格下復合結構紗質量進行綜合排序，從而優(yōu)選出最佳工藝[13-15]。

（1）將復合結構紗上述6個成紗性能的測試數據匯總，構建各成紗路徑的實驗數列組，

（2）對實驗數列及理想數列進行無量綱化處理，其中捻度、斷裂強力及耐磨次數為：

（3）計算各指標與最優(yōu)序列值間的關聯系數：

式中：ρ為分辨系數（0<ρ<1），取ρ=0.5。關聯系數列于表6。

（4）根據現有的紗線性能研究側重和紡織業(yè)從業(yè)者、專家對上述指標重要性的探討并量化[16， 17]，結合復合路徑增強纖維間抱合力、減少毛羽的目的，對上述6種紗線性能評價指標的權重系數（ω1-ω6）賦值：條干（0.2）、粗節(jié)（+50%）（0.1）、捻度（0.1）、毛羽（0.2）、斷裂強力（0.2）、耐磨性（0.2），求得各成紗路徑相對理想數列的灰色關聯度值：

式中：ωm 為權重系數。

關聯度值越接近1，說明此實驗數列與理想數列越接近，則成紗相關性越好，紗線品質越高。各路徑加權關聯度灰色綜合評判值見表7。

3結論

本文基于換位紡的特點，采用四種紡紗路徑試制了三種規(guī)格的正位/換位復合結構紗，以灰色關聯理論進行優(yōu)選，通過與同規(guī)格賽絡菲爾紗進行對比得到以下結論：

（1）成紗條干：本文所選規(guī)格的正位/換位復合結構紗條干均勻度良好，細節(jié)（-50%）均消除。所選規(guī)格均以中小偏移量的左斜紗路為佳，粗節(jié)隨紗支特數變大而減少。其中，采用 F/OS、OF/ S、OS/F 成紗路徑紡制的15 tex+11.1 tex/96 F 復合結構紗的粗節(jié)少于同規(guī)格的賽絡菲爾紗，條干均勻度更好。

（2）成紗捻度：本文所選規(guī)格的正位/換位復合結構紗的F/OS、S/OF、OS/F紗路成紗捻度相較于同規(guī)格賽絡菲爾紗捻度均增加，且 OS/F大右斜紗路捻度增長最大，纖維間抱合更緊密。

（3）成紗毛羽：本文所選規(guī)格的正位/換位復合結構紗相比于同規(guī)格賽絡菲爾紗整體毛羽性能優(yōu)異，尤其是F/OS大左斜，其減少毛羽的優(yōu)勢突出體現在細特紗參與的成紗中。

（4）成紗斷裂：相較于同規(guī)格賽絡菲爾紗，15 tex+11.1 tex/96 F 和22.04 tex+16.7 tex/144 F 的復合結構紗最佳成紗路徑為小左斜 OF/S，29.3 tex+22.2 tex/198 F 換位路徑成紗強力均優(yōu)化，且最佳為大右斜 OS/F 。即細、中特紗參與 OF/S 路徑成紗，粗特紗 OS/F 成紗強力優(yōu)化明顯。

（5）成紗耐磨性能：15 tex+11.1 tex/96 F 和22.04 tex+16.7 tex/144 F 最優(yōu)路徑為小左斜 OF/ S；29.3 tex+22.2 tex/198 F 最優(yōu)路徑為大左斜 F/ OS 。相較于同規(guī)格賽絡菲爾紗，15 tex+11.1 tex/96 F 最優(yōu)路徑的耐磨性能優(yōu)化不明顯，22.04 tex+16.7 tex/144 F 最優(yōu)路徑耐磨性能有較大提升，29.3 tex+22.2 tex/198 F 最優(yōu)路徑提升最大。即左斜復合成紗耐磨性能最佳，隨紗支特數增大，左斜角度應隨之增加。

（6）灰色關聯評價指出：對于15 tex+11.1 tex/96 F和22.04 tex+16.7 tex/144 F規(guī)格的復合結構紗，OF/S成紗灰色綜合評判值最高，綜合性能排序最高；而對于29.3 tex+22.2 tex/198 F規(guī)格的復合結構紗，OS/F成紗綜合性能排序最高。即對于細、中特參與的復合結構紗，最佳路徑為 OF/ S；粗特紗參與則應選擇OS/F。

綜上所述，正位/換位復合結構紗相比于賽絡菲爾紗的成紗品質有一定的優(yōu)化作用，但對于具體成紗路徑的選擇，需根據成紗規(guī)格及紗線后道用途要求的性能優(yōu)劣進行科學的選擇，從而賦予環(huán)錠紡紗線更高的附加價值。

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（責任編輯：周莉）