纺制工艺对苎麻波形线性能的影响上科技.doc

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纺制工艺对苎麻波形线性能的影响
叶汶祥1, 周湘祁2, 刘洪涛1
( 1 新型纺织材料绿色加工及其功能化教育部重点实验室, 武汉科技学院, 湖北 武汉 430073;
2 湖南华升株洲雪松有限公司, 湖南 株洲 41 )

摘要: 文章基于苎麻波形线的纺制实验, 介绍了其组成成分、 纺制设备和纺制原理。制订了七种纺纱方案纺制了苎麻波形线并测试了各自样品的实际线密度、 实际捻度、 断裂强力和断裂伸长。详细探讨了上空芯锭转速、 超喂率、 退捻率对苎麻波形线的实际线密度、 实际捻度、 断裂强力、 断裂伸长等性能的影响, 研究结果会对苎麻波形线的工艺设计有一定的参考价值。
关键词: 苎麻波形线; 超喂比; 退捻率; 上空芯锭转速; 工艺参数; 性能
中图分类号: TS104.7 文献标识码: B 文章编号:

Influence of the Spinning Technology of Ramie Wave-like Thread on Its Properties
Ye Wen-xiang 1, Zhou Xiang-qi 2, Liu Hong-tao 1
(1 Key laboratory of green processing & functional textiles of new textile material, Wuhan University of Science & Engineering, Wuhan Hubei, 430073;
2 Hunan Huasheng Zhuzhou Cedar Co., Ltd, Zhuzhou Hunan, 41 )
Abstract: Based on the spinning experiment of ramie wave-like thread, the comprising component , the spinning equipment , the spinning principle of the thread are introduced in this paper. According to the seven kinds of working-out spinning schemes, the corresponding ramie wave-like threads were spun, and their actual linear densities, actual twists, breaking forces and breaking elongations were measured. The effects of such technology parameters as the rotation speed of the top hollow spindle, the overfeeding ratio, the untwisting ratio, on their actual linear densities, actual twists, breaking forces and breaking elongations were discussed in detail. The research result would provide a certain reference value for the technology design in spinning the ramie wave-like thread.
Keywords: ramie wave-like thread; overfeeding ratio; untwisting ratio; rotation speed of top hollow spindle; technology paramete; property

苎麻纤维是一种性能优良的天然纤维, 长度长、 强力高、 吸放湿快,其制品具有凉爽、 透气、 挺括、 干爽、 利汗、 天然抗菌防腐性能等优良服用性能, 可单纤维纺纱, 可是麻类纤维的加工技术与装备落后, 从业人员和研究力量薄弱, 加之其粗、 硬, 仅限于粗支纱和面料的生产, 品种开发不够, 且加工流程长, 严重制约了其产品及其应用领域的发展［1］。近几年来, 虽然国内有些企业利用水溶性纤维作为载体,采用伴纺减量技术成功开发了超高支苎麻纱线[2], 而且麻类Sirofil复合纱在国内也已面世, 但品种开发力度与棉、 毛等纺织企业还是有相当大的差距。另外, 由于苎麻纤维的大分子取向度和结晶度较高, 导致其刚度大、 弹性小。纱线和织物存在毛羽多、 难染色、 易起皱、 有刺痒感等弊病。因此, 努力拓宽苎麻纱线品种、 改进苎麻纱线和织物的服用性能应该引起纺织科技工作者的高度重视。花式纱线作为纱线的独特分支的花式纱线, 以其不断的创新、 千变万化的结构和色彩缤纷的外观、 永无止境的设计能力, 对开拓苎麻纱线品种、 丰富苎麻产品的种类和风格, 进而对提高苎麻产品深加工水平和附加值起到助推作用。在琳琅滿目的花式纱线产品中, 作为市场需求最为旺盛, 用途也最广的波形线, 应该成为国内苎麻纱线生产企业优先开发的苎麻类花式纱线产品。笔者利用HN 43-02-12型花式捻线机, 采取”连续”工作方式, 经过采用适当的饰纱、 芯纱、 包纱原料和合理的工艺设计, 开发出苎麻波形线, 下面就其纺制工艺对其性能的影响进行了详细的讨论。
1　实验原料
1.1 饰纱原料
因本款花式线属于纤维型花式线, 我们选用435 tex 3.82捻/10 cm 的纯苎麻粗纱, 其纤维平均长度为100 mm, 使其在花捻机牵伸系统上受到一定程度的牵伸, 使牵伸后输出的每小段粗纱须条附着在芯纱和包纱中间来作为饰纱, 因此必须在带有牵伸机构的花捻机上进行生产。
1.2 芯纱原料
芯纱也称基纱, 是构成花式线的主干, 被包在花式线的中间, 是饰纱的依附件, 它与固纱一起形成花式线的强力。在捻制和织造过程中, 芯纱承受着较大的张力, 因此一般选择强力较好的材料。为此, 选用32tex的白色缝纫线作为本款波形线的芯纱, 所选择的芯纱强度较高, 表面有一定的毛羽, 饰纱在芯纱上的保形性良好。
1.3 固结纱原料
选用33dtex涤纶低弹长丝作为固结纱。其断裂强度和弹性模量高, 细度细, 回弹性适中, 热定形性能优异, 有较好的耐热性、 耐腐蚀性和耐弱酸碱性等, 包缠在饰纱外面既不影响饰纱的花型, 又能很好的固定花型, 合乎固结纱的工艺要求。

2 实验设备
采用苏州华飞公司生产的HN43-02-12型双牵伸双空心锭双卷绕花式捻线机来加工苎麻波形线, 该机配有HFDK302纺纱专用控制器, 可方便、 迅速地变频调节牵伸、 卷捻主要机件的速度。

3 苎麻波形线的纺制实验
3.1 苎麻波形线的生产方法
本款波形线属于纤维型花式线, 可在HN 43－02－12型花捻机上经过”连续”工作方式一次纺制成形。其具体生产方法为: 悬在吊锭上的苎麻粗纱退绕后经过喇叭口进入第四罗拉, 经过第四罗拉～中罗拉的后区预牵伸和中罗拉～前罗拉的滑溜牵伸, 自前钳口输出牵伸后的苎麻粗纱须条。
在前钳口下方装有1根芯纱瓷管, 在瓷管出口, 饰纱须条与随输出罗拉线速输出的芯纱并合后一起穿过上空心锭。上空心锭回转所产生的假捻将饰纱缠于芯纱之外, 初步形成假捻和花形。上空芯锭外面套有用30 D涤纶长丝倒成的固结纱筒子, 在其入口处, 固结纱与由芯纱、 饰纱组成的假捻花式线一起平行穿过上空心锭, 而且均在加捻钩上绕过1～2圈。这样, 上空芯锭每回转一周, 在加捻钩以前获得的假捻和花形在经过加捻钩后完全退掉, 形成另一种花形, 再被从加捻钩获得真捻的固结纱加以包缠固定, 然后经输出罗拉往下输至环锭进行退捻, 使固结纱退去1/2的真捻, 同时使芯纱和饰纱产生真捻。这时由于退去的1/2真捻, 使饰纱和芯纱形成真捻时, 超喂的饰纱正好嵌在固结纱和芯纱的捻度中间向两边弯曲, 而形成波形线并卷绕在套在环锭上的筒管上［3］。
3.2工艺设计
在相同的固结纱、 芯纱原料、 相同的牵伸工艺( 总牵伸为6倍, 后区牵伸为1.4倍) 、 相同的的车间温湿度( 温度22℃, 相对湿度65 %) 条件下,涉及苎麻波形线性能的主要有上空芯锭转速、 超喂比、 退捻率3个工艺参数。为了摸索它们对苎麻波形线性能的影响, 在保持其中两个工艺参数不变的情况下, 改变另一个工艺参数, 我们设计如表1所示的纺纱工艺方案。
表1 纺纱工艺方案
方案
上空芯锭转速
退捻率/%
超喂比
1
6000
50
1.05
2
6000
50
1.08
3
6000
50
1.14
4
6000
40
1.08
5
6000
45
1.08
6
5400
50
1.08
7
6600
50
1.08

4 实验结果
在上述七个个方案拟定的工艺下, 就相同原料和同一空芯锭下纺纱60分钟左右。然后对每个方案所纺出的苎麻波形线进行随机取样, 每个方案其取5个试样, 并在温度为20℃, 相对湿度为60%的测试环境条件下, 测试了各个试样的实际平均线密度、 实际平均捻度和实际平均断裂强力及断裂伸长［4］, 具体测试结果见表2～表4。
4.1 实际线密度
采用绞纱称重法测量每个方案所纺的苎麻波形线的实际细度。具体方法是: 利用YG(B)086型细纱测长机, 在周长为1 m的纱框测长仪上, 将每个方案所纺的苎麻波形线随机摇取5小绞试样, 每小绞试样的实际卷绕长度设定为10 m; 然后用镊子夹取, 逐绞在电子天平上称重, 即可测得每小绞试样实际平均重量进而可算出其实际线密度,如表2所示。
表2 实际线密度测试结果
方案
1
2
3
4
5
6
7
设计线密度/tex
111.46
113.63
117.98
113.63
113.63
113.63
113.63
实际线密度/tex
110.13
112.22
116.96
112.87
112.41
111.86
112.94
a4.2 实际捻度
在测试环境条件下, 对每个方案所纺的苎麻波形线随机取样, 然后利用Y311N型纱线捻度仪, 采用直接计数法测量纱线的捻度。每次待测试样的夹持长度为250 mm, 预加张力为0.25 cN/tex, 共测5次。测得每个方案所纺的苎麻波形线实际平均包缠捻度及其捻度不匀率如表3所示。

表3 实际捻度测试结果
方案

1
2
3
4
5
6
7
实际捻度/
26.98
26.35
26.29
31.59
29.82
24.25
29.71
捻度不匀率/%
7.09
8.38
6.77
7.21
6.89
7.48
7.92
4.3 强伸性能
在测试环境条件下, 对每个方案所纺的苎麻波形线随机取5个试样, 然后利用Instron5566万能材料强力仪( 拉伸速度为40mm/s, 夹距为40mm) , 测量每个试样的最大断裂强力和最大断裂伸长, 经过加权平均, 测得各方案所纺的苎麻波形线的实际平均断裂伸长和断裂强力见表4。
表4 实际强伸性能测试结果
方案

1
2
3
4
5
6
7
断裂强力/N
48.34
47.85
51.56
51.25
48.86
46.95
48.69
断裂伸长/mm
8.39
8.53
8.61
6.84
7.11
8.96
7.02
5 结果分析
5.1 超喂比对苎麻波形线性能的影响
在维持上芯锭转速为6000 rpm、 输出罗拉( 其直径为50mm) 转速为70 rpm、 退捻率为50%不变的条件下, 为了摸索超喂比对苎麻波形线性能的影响, 方案1, 2, 3所采用的超喂比依次为1.05, 1.08, 1.14。经过比较方案1, 2, 3所纺苎麻波形线的各项测试数据可见:
三者之间的实际线密度的大小排列顺序是: 方案3＞方案2＞方案1。这是因为苎麻波形线的设计特数≈芯纱特数+包纱特数+超喂比×苎麻粗纱特数÷总牵伸倍数, 故在芯纱特数、 固结纱特数和饰纱总牵伸一定的条件下, 苎麻波形线的实际线密度随其超喂比增大而增大。另外, 各方案所纺的苎麻波形线的实际线密度均在一定程度上略小于设计线密度。其原因是前钳口离上空芯锭入口尚有一定的距离, 加之花捻机在此处未采用捕捉器, 这样自前钳口输出的牵伸后的苎麻须条很难全部进入上空芯锭锭腔而有所逃逸, 加之牵伸过程中特别是长度较短的苎麻纤维散失, 导致各方案所纺的苎麻波形线的实际线密度略比其设计线密度小。
三者之间的实际捻度的大小排列顺序是: 方案1＞方案2＞方案3, 但它们之间的差异甚小。这是因为随着超喂比增大, 苎麻波形线的实际线密度也随之增大, 导致其扭矩增大、 加捻效率降低, 故其实际捻度有所减小, 但三者之间由超喂比变化引起的实际线密度差异很小, 因此三者的实际捻度随超喂比增大而略微减小。
三者之间的平均断裂强力的大小排列顺序是: 方案3＞方案1＞方案2。这是因为其它条件恒定时, 苎麻波形线的断裂强力主要与其包缠捻度和其线密度成正比。由于方案3与方案1所纺的波形线之间的实际捻度非常接近, 但因前者的实际线密度较大, 故其断裂强力高于后者; 至于方案1和方案2所纺波形线之间的断裂强力差异, 虽然前者的实际线密度略小于后者, 但前者的实际捻度大于后者, 在两者实际线密度差异很小时, 包缠捻度对断裂强力起主导作用, 因此前者的断裂强力略大于后者。
三者之间的平均断裂伸长的大小排列顺序是: 方案3＞方案2＞方案1。这是因为苎麻波形线的断裂伸长随其包缠捻度增大而有所减小。当苎麻波形线包缠捻度大时, 其包纱对其芯纱、 饰纱须条包缠愈紧, 拉伸时纤维间摩擦阻力和滑脱阻力愈大, 故其断裂伸长减小。因此, 总体而言, 苎麻波形线的平均断裂强力随其包缠捻度增大而增大, 断裂伸长随其包缠捻度增大而减小, 在包缠捻度相当时, 其平均断裂强力还随其实际线密度增大而有所增强。
5.2 退捻率对苎麻波形线性能的影响
在维持上空芯锭转速为6000 rpm、 输出罗拉转速为70 rpm、 超喂比为1.08不变的条件下, 为了摸索退捻率对苎麻波形线性能的影响, 方案4, 5, 2所采用的退捻率依次为40％、 45％、 50％。经过比较方案4, 5, 2所纺苎麻波形线的各项测试数据可见:
三者之间的实际线密度、 实际包缠捻度、 断裂强力的大小排列顺序均是: 方案4＞方案5＞方案2, 但实际线密度的差异微乎其微。因为, 此三个方案所采用的固结纱、 芯纱、 饰纱原料一致, 超喂比和饰纱承受的总牵伸亦不变, 因此三者的实际线密度理论上应该一致, 但因它们之间退捻率不一, 包缠捻度有一定的差异。当退捻率小、 包缠捻度大时, 单位长度波形线所耗用固结纱的长度长些、 重量亦重些, 故三者之间的实际线密度因其包缠捻度的大小而存在一定差异, 但这种差异在拟纺工艺下是微乎其微的, 而退捻率存在高达10％的差异, 故三者之间的实际包缠捻度和断裂强力的差异相对较大。
如前所述, 因苎麻波形线的断裂强力与其包缠捻度成正比, 断裂伸长与其包缠捻度成反比, 故如表4所见, 此三个方案所纺苎麻波形线的断裂强力的大小排列顺序是: 方案4＞方案5＞方案2, 其断裂伸长的大小排列顺序是: 方案2＞方案5＞方案4。
5.3 上空芯锭转速对苎麻波形线性能的影响
在维持退捻率50%、 超喂比1.08、 输出罗拉转速70 rpm的条件下, 为了摸索上空芯锭转速对苎麻波形线性能的影响, 方案6, 2, 7所采用的上空芯锭的转速依次为5400 rpm, 6000 rpm, 6600 rpm。经过比较方案6, 2, 7所纺苎麻波形线的各项测试数据可见:
三者之间的实际线密度、 实际捻度、 平均断裂强力的大小排列顺序均是: 方案7＞方案2＞方案6, 但三者之间的实际线密度差异相对较小; 三者之间的断裂伸长的大小排列顺序是: 方案6＞方案2＞方案7。因为, 当退捻率、 超喂比、 输出罗拉转速保持不变时, 固结纱的包缠捻度与上空芯锭转速成正比, 由于方案7上空芯锭转速最高, 方案2其次, 方案6最低, 故此三个方案所纺的苎麻波形线实际捻度的大小排列顺序是方案7＞方案2＞方案6。由于苎麻波形线的断裂强力与其包缠捻度成正比, 断裂伸长与其包缠捻度成反比, 故如表4所见, 此三个方案所纺苎麻波形线的断裂强力的大小排列顺序是: 方案7＞方案2＞方案6, 断裂伸长的大小排列顺序是: 方案6＞方案2＞方案7。

6 结论
1. 开发苎麻波形线对于充分利用苎麻纤维资源、 丰富苎麻产品的种类和风格、 提高苎麻产品深加工水平和附加值有积极意义。
2. 经过合理选择原料, 正确设计纺纱方案, 在带牵伸机构的花式捻线机上能够顺利生产苎麻波形线。
3. 生产苎麻波形线时, 在前钳口和空芯锭处最好采用纤维捕捉器来改进苎麻纤维的逃逸现象, 以减小其线密度偏差率。
4. 当原料组分、 上空芯锭转速、 输出罗拉转速、 饰纱的牵伸工艺和退捻率均相同时, 随着超喂比增大, 苎麻波形线的实际线密度、 平均断裂强力会在一定程度上有所增加, 但其实际捻度略微减小、 平均断裂伸长有所降低。
5. 当原料组分、 上空芯锭转速、 输出罗拉转速、 饰纱的牵伸工艺和超喂率均相同时, 随着退捻率增大, 苎麻波形线的实际包缠捻度、 平均断裂强力会在一定程度上有所增加, 实际线密度略微增大, 但其平均断裂伸长有所降低。
6. 当原料组分、 输出罗拉转速、 饰纱的牵伸工艺、 超喂率和退捻率均均相同时, 随着上空芯锭转速增大, 苎麻波形线的实际捻度、 平均断裂强力会在一定程度上有所增加, 其实际线密度略微增大, 但其平均断裂伸长有所降低。

参考文献
[1] 郁崇文. 麻纤维纺纱加工的新思考[J]. 中国麻业科学, , 31( 增刊1) : 67-71.
[2] 肖群锋, 翁杨. 苎麻低特细薄织物的纺纱生产及质量控制[J]. 毛纺科技, , (4): 33-36.
[3] 周惠煜, 刘军, 冯翠, 等. 花式纱线开发与应用[M]. 北京: 中国纺织出版社, : 124－125.
[4] 余序芬. 纺织材料实验技术[M]. 北京: 中国纺织出版社, : 141-169.

作者简介:
叶汶祥, 男, 1964年生, 副教授, 研究方向为新型纱线开发与质量控制。
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