1、第 44 卷 第 3 期2023 年 3 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.3Mar.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20210908905赛络纺棉/毛段彩纱结构及其性能史晶晶,杨恩龙(嘉兴学院 材料与纺织工程学院,浙江 嘉兴 314001)摘 要 针对环锭纺三罗拉和四罗拉法所纺段彩纱条干不匀的结果问题,采用同轴双后罗拉 2 组粗纱同锭位藕合等量喂入的方法纺制等线密度赛络纺棉/毛段彩纱,并对成纱的结构及性能进行了分析。纱线的纵向观测结果表明棉与毛的质量比差异越大,分段时间越长,纱线的段彩效果越明显;截面观测结果表明棉和毛
2、纤维在纱中互相压紧并包缠形成类似于太极阴阳鱼的结构;分段中棉与毛质量比差异及纺纱分段时间增加时,纱线的断裂强度变小,CV 值变大,但对有害毛羽数量影响不大。该纺纱方法使用天然的棉和毛纤维,既丰富了现有花式纱线的产品种类,也在对细纱机进行简单改装的条件下制得股线风格的毛型感段彩纱,符合绿色低碳循环发展的趋势。关键词 棉/毛段彩纱;同轴双罗拉;赛络纱;纱线结构;纱线性能中图分类号:TS 104.7 文献标志码:A 收稿日期:2021-09-26 修回日期:2022-06-15基金项目:嘉兴市公益性研究计划项目(2019AD32014);教育部产学合作协同育人项目(220502054265747,2
3、20502054163039)第一作者:史晶晶(1981),女,高级实验师,硕士。主要研究方向为段彩纱工艺原理及其产品开发。通信作者:杨恩龙(1980),男,教授,博士。研究方向为新纤维材料及功能性纤维材料。E-mail:。随着配色和结构的不断创新,段彩纱受到消费者的青睐,产品附加值非常可观1。段彩纱是利用不同颜色的纤维组合在一起,通过调整机器结构及纺纱工艺参数,纺出纱线的颜色在纵向上呈规律性分段变化。早期的段彩纱主要采用针梳并条工序实现色段配色,在多色并条针梳机的后部连续喂入有色或白色的纤维基条,并通过电脑程序控制喂入有色纤维条,从而实现分段配色。该方法对纤维条中纤维的长度和类别有一定要求,
4、并且纤维条经过后道工序的牵伸后,色段长度变得很长,从而产品具有较大的局限性。近年来国内通过对环锭细纱机牵伸机构进行改装制得段彩纱,并取得了较大的进展,有三罗拉2-4和四罗拉法5,这 2 种方法均以一种纤维为主纱,另一种纤维作为辅纱形成段彩,然而该方法成纱条干较差,纱线的断裂强度也受影响。为此,研究者对环锭细纱机中三罗拉长短皮圈牵伸装置的后罗拉进行改装,采用同轴双罗拉机构,实现 2 组粗纱在 1 个锭位同时喂入,2 组粗纱的牵伸隔距一致,而且后罗拉中的同轴双罗拉可以分别单独控制,实现 2 组粗纱的等量喂入,从而改善环锭纺段彩纱的条干,制得等线密度赛络纺段彩纱6-7。在纤维原料上,赛络纺棉/棉段彩
5、纱相关研究8-10很多,也有研究者采用赛络纺将棉纤维和毛型涤纶短纤维粗纱条经牵伸后混合起来制成纱线11,但使用不同颜色的棉、毛粗纱从同一锭位喂入细纱机,制得赛络纺棉/毛段彩纱的纺纱工艺、纱线结构及性能还鲜有研究。本文基于同轴双罗拉技术,在对细纱机进行简单改装的情况下纺制股线风格的赛络纺棉/毛段彩纱,探索分段中棉与毛质量比例及分段时间对赛络纺棉/毛段彩纱断裂强度、条干及毛羽的影响,并结合纱线纵向和截面观测结果进行分析,以期丰富现有花式纱线的种类,并为同轴双罗拉赛络纺棉/毛段彩纱纺纱工艺的优化提供参考。1 实验部分1.1 实验原料与纱线设计 为更好地观测所纺纱线,本文实验以不同颜色的棉和毛粗纱为原
6、料。棉粗纱来自浙江华祥纺织有限公司,颜色为白色,其干态定量为 6.53 g/(10 m);羊毛粗纱来自桐乡易德纺织有限公司,颜色为红色,其干态定量为 5.06 g/(10 m)。采用 HFX-A4J 型等线密度环锭纺段彩细纱机纺制赛络纺棉/毛段彩纱。纺纱设备及原理见文献12,采用棉和毛粗纱从同一锭位喂入细纱机2 个同轴后罗拉。细纱机环锭转速为 6 180 r/min,前罗拉线速度为 11.2 m/min,设计纱线线密度为30 tex,捻度为 600 捻/m,捻向为 Z。纺纱时分段时间分别是 1、2、4、8 s,分段时间越长,细纱色段长度 纺织学报第 44 卷越长。每种分段时间纺 5 种赛络段彩
7、纱,每种细纱采用两段一循环。第 1 段细纱中棉与毛的质量比分别为 87.5:12.5、80:20、75:25、62.5:37.5 和55:45;第 2 段细纱中棉与毛质量比分别是 12.5:87.5、20:80、25:75、37.5:62.5 和 45:55。每种细纱中相邻两段的分段时间一样,即色段长度一样,从而使得同一管纱中整体上棉和毛纤维质量各占一半。相邻两段细纱中棉与毛质量比不同,从而在纱线纵向上呈现出段彩效果。1.2 纱线性能测试 采用美国科视达公司 KH1300 型三维视频显微镜观测纱线纵向形貌。为避免纱线挤压变形以及退捻,先将纱线浸入火棉胶溶液中,晾干,定形,再将其包埋在白色羊毛中
8、进行切片。使用哈氏切片器对纱线进行截面切片,并用三维视频显微镜放大 300 倍,观察 2 种组分的分布情况。采用温州大荣纺织仪器有限公司 YG021D 型电子单纱强力仪测试纱线的强伸性能,所用的隔距长度为 500 mm。强伸性能采用定速法测试,拉伸速度为 500 mm/min,细纱所用预加张力的设置根据所测纱线的线密度估计,一般为 0.5 cN/tex,测试 20 次。采用莱州电子仪器公司 YG137 型条干均匀度测试分析仪测试纱线条干均匀性,测试速度为100 m/min,测试时间为 2.5 min,测试 10 次。采用莱州电子仪器公司 YG171B 型毛羽测试仪测试纱线毛羽,测试速度为 30
9、 m/min,测试的纱线片段长度为 10 m,测试 10 次。测试温度为(252),相对湿度为(605)%。2 结果与分析2.1 形貌分析 图 1 为赛络纺棉/毛段彩纱线绕在黑板上的照片。图 中 棉 质 量/毛 质 量 分 别 为 87.5/12.5 和12.5/87.5、87.5/12.5 和 12.5/87.5 以 及 62.5/37.5 和 37.5/62.5 两段一循环,分段时间分别为 8、1 和 8 s。可看出,棉质量/毛质量为 87.5/12.5 和12.5/87.5 两段一循环时,分段时间为 8 s 和 1 s 的赛络纺棉/毛段彩纱都具有明显的色段分布,这 2 种纱线上相邻的色段
10、因棉与毛的质量比差异较大,呈现的颜色分段效果较明显。分段时间为 8 s 的赛络纺棉/毛段彩纱比 1 s 的色段长度长,这是因为分段时间越长,色段所用的纺纱时间也越长。分段时间为 8 s,棉质量/毛质量为 62.5/37.5 和 37.5/62.5两段一循环的纱有颜色分段效果但段与段之间的颜色差别相对较小,这是因为纱线上相邻的色段中棉与毛质量比差异较小,而且赛络纺棉/毛段彩纱每个色段都由棉和毛 2 组纤维包缠形成。分段时间为8 s,棉质量/毛质量为 55/45 和 45/55 两段一循环的纱可看出有颜色分段效果,但比 62.5/37.5 和37.5/62.5 两段一循环的分段效果更不明显。从图中
11、样品照片及实验中对其它参数样品的观察得出,棉与毛质量比不变时,纱线颜色分段效果随着分段时间延长而增加;分段时间不变时,颜色分段效果随棉与毛质量比差异增大而增加。图 1 不同棉与毛质量比与分段时间的纱线实物图Fig.1 Physical diagram of yarn with different mass ratio cotton to wool and segmentation time棉质量/毛质量为 62.5/37.5 纱段放大照片如图 2 所示。可清楚地看出纱段纵向棉和毛是一个双组分包缠的结构。图 2 不同放大倍数下赛络纺棉/毛段彩纱线照片Fig.2 Photos of cotton/
12、wool yarn at different magnifications.(a)Longitudinal morphology(20);(b)Section morphology(300)图 2(a)中纱段上白色部分为棉,红色部分为毛。该纱段纵向形貌类似于股线,属于典型的赛络纱结构。图 2(b)为棉与毛质量比为 62.5:37.5 纱段截面照片。此时采用相同规格的黄色棉与红色羊毛纺纱,使得观察更清晰。纱中红色圆形纤维截面为毛,黄色腰圆形截面为棉,白色圆形截面为切片时固定纱条的外包羊毛纤维,左侧和上侧白色部分为火棉胶。从截面照片中还可看出,纱线的截面近似呈圆形或椭圆形,2 组纤维交界处排列紧密
13、,且 2 组纤维相互挤压形成类似于太极图阴阳鱼的形状,进65第 3 期史晶晶 等:赛络纺棉/毛段彩纱结构及其性能 一步证实图 2(a)中赛络纺棉/毛段彩纱的包缠结构。2.2 纱线断裂强度分析 赛络纺棉/毛段彩纱断裂强度与分段中棉与毛质量比例及纺纱分段时间的关系如图 3 所示。可看出,当分段中棉与毛质量比不变时,纱线的断裂强度随着分段时间的延长而下降;当分段时间一定时,纱线断裂强度随着分段中棉与毛质量比差异增大而下降。分段中棉与毛质量比不变时,分段时间越长,此时段彩纱色段的长度越长。由于羊毛纤维比棉纤维粗,在纱线线密度不变的条件下,随着纱段中羊毛纤维比例的增加,纱段横截面中纤维的总根数减少,从而
14、该纱段的断裂强度降低,最终导致整个纱线的断裂强度降低。赛络纺棉/毛段彩纱色段长度越长,越容易一拉伸时在纱线中毛含量多的纱段处断掉,所以分段时间长,赛络纺棉/毛段彩纱断裂强度下降。分段中棉与毛质量比差异越大时,段彩效果越明显,但羊毛在某些段含量就越大,纱线存在的强力薄弱环节也越多,纱线的断裂强度越小。图 3 棉/毛段彩纱的断裂强度Fig.3 Breaking strength of cotton/wool segment colored yarn每种细纱采用两段一循环,如第 1 段中棉质量/毛质量为 87.5/12.5,第 2 段中棉质量/毛质量为12.5/87.5。纺纱时通过一对同轴后罗拉交替
15、变速实现棉毛喂入量的变化,如分段时间为 1 s 时,每纺纱 1 s 后罗拉就变速。而罗拉变速需一定的过渡时间,使得 2 个同轴后罗拉实际的速度差异比设计的小,实际纺出纱线色段中棉与毛质量差异相对设计的小。分段时间为 1 s 时,实际纺出纱线色段中棉与毛质量比与设计值的差别最大;随着分段时间延长,罗拉变速过渡时间与分段时间的比值减小,实际纺出纱线色段中棉与毛质量比逐渐趋近于设计值。分段时间在 2 s 以内时,纱线断裂强度随着分段棉与毛质量比差异增大而下降幅度小;而分段时间在4 s 以上时,纱线断裂强度随着分段中棉与毛质量比差异增大而下降的幅度大。如分段时间为 1 s,棉质量/毛质量为 87.5/
16、12.5 和 12.5/87.5 两段一循环时,因分段时间较短,1 个色段纺纱 1 s 同轴后罗拉就必须变速,从而该色段中毛纤维质量与棉/毛总质量的实际比值比 87.5%小,因此该纱相对分段时间1 s,棉质量/毛质量为80/20 和20/80 两段一循环的断裂强度降低的幅度小。2.3 纱线条干均匀度分析 赛络纺棉/毛段彩纱条干均匀度与分段中棉与毛质量比及纺纱分段时间的关系如图 4 所示。可看出,分段中棉与毛质量比不变时,条干不匀随着分段时间的延长而增大;分段时间不变时,条干不匀随着分段中棉与毛质量比差异增大而增大。当分段中棉与毛质量比不变,分段时间延长时,段彩效果变明显,此时实际纺出的纱线某些色段中棉与毛质量比趋于设计的质量比,相对分段时间小时纱段中的棉与毛质量比差异大,又因羊毛纤维较棉纤维粗,随着纱段中羊毛纤维比例的增加,纱段横截面中纤维的总根数减少,从而纱段的条干均匀度变差,最终导致整个纱线的条干均匀度变差。随着分段时间的延长,罗拉变速过渡时间与分段时间的比值减小,实际纺出纱线色段中棉与毛质量比与设计值之间的差值逐渐变小,纱线的条干不匀 CV 值随着分段中棉与毛质量比差异增大而增加
