賽絡紡包芯紗用單孔錦綸6長絲性能研究

王冰爽，陳 文，邱海斌，曹膨莉，黃莉茜，4

(1.東華大學 紡織學院，上海 201620；2.福建新華源紡織集團有限公司，福建 福州 350212；3.浙江鑫海紡織有限公司，浙江 金華 321104；4.東華大學 紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620)

0 引言

包芯紗由外包纖維和芯絲復合而成，通常以強力或彈性較好的合成纖維長絲為芯絲，外包棉、毛、粘膠纖維等短纖維，成紗兼具芯絲和外包短纖維特性[1]。相比于普通環錠紡包芯紗，賽絡紡包芯紗采取雙粗紗包覆長絲的方式，制得的包芯紗強伸性能、條干均勻度和包覆效果都更好，是目前重要的包芯紗制備方法之一[2-4]。

近年來隨著我國錦綸纖維產業的發展，錦綸纖維在各類新型紗線中的應用不斷增加[5-6]。錦綸長絲具有質輕高強、彈性好、耐磨性優異等優點，以錦綸長絲為芯制成的包芯紗在強度、耐磨等性能方面明顯優于目前應用最廣泛的氨綸包芯紗，是近年來包芯紗新產品開發中的一個熱點[7-8]。單孔錦綸6長絲作為一種差別化錦綸纖維，以單絲形式加工使用，其包芯紗織物風格獨特，具有良好的應用前景。但是以單孔錦綸6長絲作為芯絲制備賽絡紡包芯紗時，長絲張力控制和芯絲定位難度較大，易出現空芯、偏絲、露絲等問題，嚴重影響成紗質量和后道布面效果。因此，有必要結合賽絡紡包芯紗加工工藝，從單孔錦綸6長絲性能角度入手分析產生以上問題的原因，相關研究目前還未見公開報道。

1 賽絡紡單孔錦綸6長絲包芯紗加工工藝

本文采用的賽絡紡包芯紗加工過程如下頁圖1所示:單孔錦綸6長絲從水平放置的絲管上退繞后依次經第一導絲桿、第二導絲桿、導絲鉤、第三導絲桿、第四導絲桿、后導絲輪、前導絲輪喂入；粘膠纖維雙粗紗經喇叭口喂入進入后羅拉、中羅拉、前羅拉進行牽伸，然后在前羅拉鉗口處與從前導絲輪輸出的單孔錦綸長絲匯合，經導紗鉤后合并加捻制得單孔錦綸6長絲包芯紗。

圖1 賽絡紡單孔錦綸6長絲包芯紗加工流程示意圖

芯絲喂入張力是影響包芯紗包覆結構和成紗質量的重要因素[9-10]。在以上賽絡紡包芯紗加工過程中，長絲與各個導絲桿之間積累的摩擦力即為長絲喂入張力，當長絲喂入張力大小合適并保持穩定，則可形成良好的包芯包覆效果。但是對于單孔錦綸6長絲，實際生產表明:其在以上包芯紗加工過程中喂入張力波動大、成紗紗線質量控制困難。因此，本文擬從單孔錦綸6長絲性能及其影響因素的角度出發，重點對單孔錦綸6長絲的回彈性、彎曲剛度、摩擦性能、比電阻進行測試，分析單絲孔數、油劑含量、摩擦輥材質對錦綸6長絲性能和包芯紗加工的影響，為高質量單孔錦綸6長絲包芯紗的制備和應用提供理論指導。

2 單孔錦綸6長絲性能測試

實驗選用16.7dtex/1F的單孔錦綸6長絲樣品(編號記作F-1)以及16.7dtex/6F和16.7dtex/12F兩種總線密度相同、不同孔數的錦綸6復絲樣品(編號分別記作F-2和F-3)作為對比。

2.1 拉伸性能

根據GB/T14344-2008《化學纖維長絲拉伸性能試驗方法》標準進行測試，測量儀器為LLY-06E電子纖維強伸度儀，拉伸隔距20mm，拉伸速度20mm/min，每種試樣測試20次取平均值。

2.2 彈性回復率

長絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h，在LLY-06E電子纖維強力儀上采用定伸長拉伸回復模式進行彈性回復率測試:分別設置長絲定伸長率為5%、10%、20%進行拉伸回復測試，拉伸速度20mm/min，返回速度100mm/min，拉伸停置和回復停置時間均為10s，5個拉伸回復循環為1次測量，測試10次求平均值。長絲彈性回復率計算公式為:

其中L為定伸長度(mm)、L1為拉伸至定伸長值后的長度(mm)、L2為試樣復位后的長度(mm)。

2.3 抗彎剛度

因研究所用的長絲細度小，抗彎剛度測量困難，因此本文采用理論計算方法進行分析[11]。根據材料力學知識可知，纖維的抗彎剛度Rf＝EI，其中E為纖維的彈性模量(cN/cm2)，I為纖維截面慣性矩(cm4)。本文所用的三種錦綸長絲均為截面為圓形的纖維，因此，纖維截面慣性矩，帶入前式得:。對于由多根單絲合并、未加捻的復絲絲束，其抗彎剛度為:

其中Ry為復絲絲束抗彎剛度，N為單絲根數，Rf為單絲抗彎剛度。

2.4 摩擦系數

去除油劑后的長絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h，采用XCF-1A纖維摩擦系數測量儀分別測量長絲的動、靜摩擦系數，測試時長絲預加張力為0.1cN，摩擦金屬輥轉動轉速為30轉/min，測試時間15s，每個樣品測試十次取平均值。為考察油劑含量對長絲摩擦系數的影響，分別對油劑含量為0、0.3%、0.6%的單孔錦綸6長絲進行摩擦系數測試；為考察摩擦輥材料對長絲摩擦系數的影響，分別對單孔錦綸6長絲采用金屬輥、塑料輥、橡膠輥、纖維輥進行摩擦系數測試。

2.5 比電阻

去除油劑后的長絲樣品在恒溫恒濕條件下平衡24h，采用XR-1A纖維比電阻儀進行測試，連接附加裝置進行錦綸6長絲比電阻測試，測試長度為10cm，每種長絲測試30次取平均值，得纖維比電阻值(Ω/cm)。為考察油劑對長絲比電阻的影響，分別對油劑含量為0、0.3%、0.6%的單孔錦綸6長絲樣品進行測試。

3 結果與分析

3.1 單絲孔數對錦綸6長絲性能的影響

實驗測得的單孔錦綸6長絲和多孔錦綸6復絲的性能結果如表1所示?？箯潉偠鹊挠嬎愕玫降慕Y果如表1所示:

從表1看出，三種錦綸長絲均具有較高的斷裂強度和斷裂伸長率，但隨著單絲孔數增加，長絲斷裂強度和斷裂伸長率略有下降，這是因為F-2和F-3長絲樣品在拉伸中存在纖維斷裂不同時性，導致其斷裂強度和斷裂伸長率有所下降。另外，從表1可以看出，三個樣品中，單孔錦綸長絲的初始模量最低，隨著單絲根數增加，長絲初始模量有所增加，這可能和長絲制備過程中，單孔錦綸長絲線密度大，直徑粗，絲條冷卻不完全，導致其聚集態結構與多孔長絲有所不同造成的。

表1 長絲樣品性能測試結果

從表1可知，隨著測試時定伸長率增加，三種長絲的彈性回復率均呈下降趨勢；隨著單絲孔數增加，長絲的彈性回復率下降，單孔錦綸6長絲的彈性回復率最高。從表2看出，隨著單絲孔數增加，長絲的抗彎剛度減小，即相同線密度情況下，單孔長絲的抗彎剛度最大，比兩種多孔復絲的抗彎剛度大4～10倍左右。在賽絡紡包芯紗加工過程中，長絲在一定張力作用下喂入，與外包纖維須條同軸合并后加捻，形成以長絲為芯、外層包覆短纖維的皮芯結構復合紗，其中長絲的張力控制對包芯紗的加工質量和包芯效果影響很大。以上測試和計算結果表明，相比于多孔錦綸復絲，單孔錦綸6長絲的彈性回復性和抗彎剛度均明顯大于同纖度的多孔復絲。因此，為了控制包芯紗加工過程中芯絲張力和芯絲位置穩定，減小偏絲、露芯等現象，單孔錦綸6長絲在加工過程中應施加較大的加工張力，才能更好地保證紗線加工質量。

表2 長絲抗彎剛度計算參數與結果

根據表1中的長絲摩擦系數和比電阻測試結果可以看出:(1)多孔錦綸長絲的靜、動摩擦系數略大于單孔錦綸長絲，但三個樣品差異不大，說明當長絲去除油劑后，單絲根數對長絲的摩擦性能影響不大；(2)三種去油劑長絲測得的比電阻值均較高，在加工過程中容易出現纖維靜電繞輥、粘附飛花等現象；多孔錦綸長絲的比電阻略低于單孔錦綸長絲，但三個樣品差異不大，說明當長絲去除油劑后，單絲根數對長絲的比電阻影響不大。

3.2 油劑含量對單孔錦綸6長絲性能的影響

油劑含量對單孔錦綸6長絲性能的影響如表3所示:

表3 不同油劑含量下單孔錦綸6長絲的摩擦系數與比電阻

從表3看出，隨著單孔錦綸6長絲油劑含量增加，長絲的靜摩擦系數和動摩擦系數均呈現下降趨勢，尤其當油劑含量為0.6%時，纖維摩擦系數下降明顯。在賽絡紡包芯紗加工工藝中，長絲的喂入張力本質上是通過長絲與導絲桿間的摩擦作用形成。另根據前面纖維力學性能測試與分析知道，單孔錦綸6長絲因回彈和剛度較大，在喂入過程中需要施加較大的加工張力保持絲條穩定，因此，纖維和導絲張力桿間的摩擦系數應較大為好。

根據表3比電阻測試結果看出，隨著油劑含量增加，單孔錦綸6長絲的比電阻下降，有利于減少生產中長絲因靜電產生的繞輥、粘附飛花等現象。

綜合以上測試結果，我們認為，在單孔錦綸6長絲包芯紗加工中，一方面需要通過添加油劑減小紗線加工過程中的靜電現象，另一方面應適當控制長絲油劑含量，避免長絲摩擦系數下降過大，造成長絲喂入張力不夠、長絲定位困難等問題。

3.3 摩擦輥材質對單孔錦綸6長絲摩擦系數的影響

摩擦輥材質對單孔錦綸6長絲摩擦系數的影響如表4所示:

表4 不同摩擦輥材質下的單孔錦綸6長絲摩擦系數

從表4看出，在相同測試條件下，單孔錦綸6長絲與橡膠輥的靜摩擦系數和動摩擦系數最大，塑料輥次之，金屬輥最小。根據摩擦理論知道，當兩個物體表面接觸并發生摩擦時，易于變形的材料，在正壓力作用下產生變形，接觸面積增大，摩擦系數增大。相對金屬而言，橡膠和塑料的硬度較小，在外力作用下容易產生變形，因此測得的纖維摩擦系數更大。因此，在單孔錦綸6長絲包芯紗制備過程中，為保證導絲順利、提高長絲喂入張力，可選用摩擦系數較大的塑料或橡膠導絲裝置。

4 賽絡紡單孔錦綸6長絲包芯紗試紡結果

在以上長絲性能研究基礎上，以16.7dtex/1F的單孔錦綸6長絲為芯絲，以粘膠纖維為外包短纖維采用前述賽絡紡工藝進行11.8tex包芯紗的試紡，并對長絲油劑含量和導絲桿材質進行優化調整，得到的包芯紗質量指標如表5所示:

從表5看出，通過控制長絲油劑含量和改變導絲桿材質，單孔錦綸6長絲包芯紗的條干CV值，斷裂強度、千米棉結、毛羽、空芯紗疵、露芯紗疵等質量指標均得到明顯提高，紗線加工過程中，芯絲自由退繞、斷絲現象也得到明顯改善，紗線加工效率大幅提高。

表5 賽絡紡單孔錦綸6長絲包芯紗主要質量指標

5 結語

本文從單孔錦綸6長絲性能角度出發，結合賽絡紡包芯紗加工工藝特點，分析了單孔錦綸長絲性能特點對包芯紗加工的影響，并對制得的包芯紗結構性能進行了測試分析，主要結論如下:

(1)單孔錦綸6長絲的回彈性和抗彎剛度大于同纖度的多孔錦綸6復絲，在加工過程中應施加較大的加工張力，以保證紗線順利加工。

(2)油劑含量對錦綸長絲摩擦系數和比電阻的影響大于單絲根數的影響，在單孔錦綸長絲包芯紗加工中應注意油劑含量的控制。

(3)單孔錦綸6長絲與橡膠輥的靜摩擦系數和動摩擦系數最大，塑料輥次之，金屬輥最小，在單孔錦綸6長絲包芯紗制備過程中，為保證導絲順利、提高長絲喂入張力，可選用摩擦系數較大的塑料或橡膠導絲裝置。

(4)試紡結果表明，當單孔錦綸6長絲油劑含量控制在0.3%～0.5%，導絲桿采用PVC材質時，制得的紗線質量明顯提高。