蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱纺纱工艺及其性能

邢肖平， 李 丹， 田 伟， 祝成炎

(浙江理工大学 材料与纺织学院， 浙江 杭州 310018)



蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱纺纱工艺及其性能

邢肖平， 李 丹， 田 伟， 祝成炎

(浙江理工大学 材料与纺织学院， 浙江 杭州 310018)

为设计高质量的蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱线，通过提高环境湿度，利用抗静电剂对蜂窝光触媒纤维进行预处理，纺出6组不同混纺比的蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱线，在此基础上测试各组纱线断裂强度、断裂伸长率、毛羽指数和条干均匀度等指标并分析不同混纺比对成纱质量的影响，以探究最优混纺比。结果表明：当蜂窝光触媒纤维比例增加至35%前，纱线的断裂强力和断裂伸长率将随之增加，当蜂窝光触媒纤维比例大于35%时，断裂强力下降，断裂伸长率依然呈递增趋势；混纺纱条干均匀度和毛羽指数均呈先下降后增加的趋势。

蜂窝光触媒纤维； 拉伸性能； 毛羽指数； 条干均匀度

致病性微生物是影响人类健康的主要因素，霉腐性微生物在温湿度适宜条件下能以惊人的繁殖速度污染工业材料和产品[1]；房屋装修、装潢产生的甲醛、苯等有害物质直接威胁人体健康。蜂窝光触媒纤维含有TiO2[2]，因此具有降解甲醛[3]、杀灭细菌[4-6]、消除卷烟味[7]、降解水中有机污染物[8]等独特功能，是治理室内环境污染的理想材料。该纤维以蜂窝状微孔结构的聚酯改性切片为原料，通过特殊的纺丝工艺(即闪爆技术)制成，但其导电性较差，在纺纱过程中易出现加工困难的问题。棉纤维大分子内部含有大量亲水基团，吸湿后具有一定导电性，以特定比例将蜂窝光触媒纤维和棉纤维进行混纺，不仅能改善蜂窝光触媒纤维可纺性，而且其产品在紫外线作用下同样具有上述特性，可用于高档家纺面料用纱。

基于此，本文通过设计梯度混纺比，探究具有相对最佳强伸性和外观质量的蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱线，在优化纺纱工艺的同时探讨不同蜂窝光触媒纤维含量对纱线外观质量和力学性能的影响，对优化蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱线的力学性能具有重要意义。

1 原料选配及纺前预处理

1．1 原料选配

原料选用了棉纤维及浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司研发的蜂窝光触媒纤维，2种纤维的各项性能指标如表1所示。

表1 蜂窝光触媒纤维及棉纤维的各项性能指标Tab.1 Properties of photocatalyst fiber and cotton

1．2 纺前预处理

蜂窝光触媒纤维导电性差，为使纺纱顺利进行，对其进行抗静电处理。

2 纺纱工艺流程

本文设计6组混纺纱线的纺纱工艺流程仅用于试纺，针对各道工序设计的主要工艺参数还不能用于规模化生产。考虑到纯纺蜂窝光触媒纤维极易出现绕罗拉、绕皮辊等加工困难，且各组纱线中蜂窝光触媒纤维含量应大致呈梯度分布，因此各组取值分别定为0、20%、35%、50%、65%及80%。

为使2种纤维在混纺纱线的每个横截面上都均匀分布，且在纱线横截面上的含量都满足实验设计值的规定，本文采用在并条工序上对生条进行多道混并的方法均匀混合2种纤维。在前期试纺的基础上确定的纺纱工艺流程如下。

蜂窝光触媒纤维：DHu清梳联合实验机→DSDr- 01数字式小样并条机(预并1道)→DSDr- 01数字式小样并条机(与预并1道后的棉条混并5道)→DSRo- 01数字式小样粗纱机→DSSp- 01数字式小样细纱机。

棉纤维:DHu清梳联合实验机→DSDr- 01数字式小样并条机(预并1道)→DSDr- 01数字式小样并条机(与预并1道后的蜂窝光触媒纤维条混并5道)→DSRo- 01数字式小样粗纱机→DSSp- 01数字式小样细纱机。

3 蜂窝光触媒纤维/棉混纺工艺配置

3．1 开清棉及梳棉

棉纤维短绒率和含杂率高，而蜂窝光触媒纤维呈紧密纠缠状态，为有效降低棉短绒和含杂率，使2种纤维得到充分开松，本文分别对棉纤维和蜂窝光触媒纤维进行3道开松处理后再进行梳棉。

3．2 并 条

考虑到经梳棉处理后的2种生条内仍存在大量弯钩，若直接将二者混并，会使牵伸区的纤维变速点分布扩大，不利于提高成纱强度和条干均匀度，因此分别将2种生条预并1次，再进行混并，以保证纤维平行顺直度。各组纱线的并合根数均为8，总牵伸倍数为8，后区牵伸倍数为1.35，罗拉隔距为13 mm×16 mm(前×后)，出条速度为12 m/min，定量为16 g/5 m。

3．3 粗 纱

采用“轻定量，大捻度”的工艺原则，由于2种纤维的主体长度差异大，且纤维的抱合力不够好，熟条强力低，易发生意外牵伸，工艺上采用较大的捻系数。粗纱的主要工艺参数为：设计干态质量4 g/10 m，总牵伸倍数8，后区牵伸倍数1.2，捻度30.50 捻/m，捻系数61。

3．4 细 纱

为使纱线既具有柔软手感，又有一定强力，设计捻度值为1 200 捻/m，捻向为Z捻，总牵伸倍数为30，锭速为6 000转/min。

4 纱线性能测试和结果分析

4．1 仪器及试验条件

纱线性能测试在标准恒温恒湿实验室内进行，所有纱线试样在温度为(20±2)℃，湿度为(65±5)%的条件下至少平衡24 h。

纱线强伸性能测试参照 GB/T 3916—1997《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》，使用仪器为YG 061-1500型电子单纱强力仪，隔距为250 mm，速度为500 mm/min，测试次数为20次。

纱线条干均匀度检测按照 GB/T 3292—1997《纺织品 纱条条干不匀试验方法 电容法》的规定进行，使用YG 138条干均匀度仪，试验速度为200 m/min，测试时间为2.5 min。

纱线毛羽指数检测按照FZ/T 01086—2000《纺织品纱线毛羽测定方法投影计数法》的规定进行，使用YG 171B-2型纱线毛羽测试仪，走纱速度为30 m/min，片段长度为10 m，测试次数为10次。

4．2 混纺纱线强伸测试结果分析

利用莱州市电子仪器公司生产的YG 061-1500型电子单纱强力仪测试各组纱线的断裂强力、断裂强度及断裂伸长率。用Origin软件对断裂强力、断裂强度进行拟合，结果如图1所示。

图1 拉伸断裂性能与蜂窝光触媒纤维含量的关系Fig.1 Relationship between tensile property and photocatalyst fiber content.(a)Breaking force; (b) Breaking strength

由图1(a)可知，随着蜂窝光触媒纤维含量的增加，纱线的断裂强力增加，当蜂窝光触媒纤维含量为35%时，断裂强力为244.15 cN，之后断裂强力递减。拟合曲线表达式为

Y=107.067+90.075X-21. 209X2+1. 495X3

R2=0.732

由图1(b)知，6种混纺比中蜂窝光触媒纤维含量为35%时的断裂强度最好，随着蜂窝光触媒纤维比例增加，纱线断裂强度先增加后减少。拟合曲线表达式为

Y=13.722+0.202X-0.003X2+(1.535×10-5)X3，

R2=0.681

由于棉纤维的断裂强度高于蜂窝光触媒纤维，当蜂窝光触媒纤维含量较低时，纱线的断裂强度理论上应较大，但因棉短绒较多，纱线抱合力低，导致断裂强度偏低。随着蜂窝光触媒纤维比例的增加，棉短绒对纱线断裂强度的影响逐渐减少，断裂强度提高。当蜂窝光触媒纤维含量继续增加时，断裂强度反而降低。因为蜂窝光触媒纤维的断裂强度为2.78cN/dtex，低于棉纤维。用Origin软件对断裂伸长率进行处理，拟合曲线如图2所示。

图2 断裂伸长率和蜂窝光触媒纤维含量关系曲线Fig.2 Relationship between breaking elongation and photocatalyst fiber content.

由图2知，断裂伸长率总体上随蜂窝光触媒纤维含量增加而呈递增趋势，蜂窝光触媒纤维含量为0时的断裂伸长率为3.96%，含量为65%时的断裂伸长率为13.76%。拟合曲线表达式为

Y=3.497+0.047X+0.001X2

R2=0.924

蜂窝光触媒纤维含量越高，纤维被拉至断裂时的伸长变形能力越好。由于棉纤维的断裂伸长率为13.25%时，蜂窝光触媒纤维的断裂伸长率高达34.18%，当棉纤维为主要成分时，纱线的断裂伸长率低，当蜂窝光触媒纤维比例高时，纱线的断裂伸长率较高。

4．3 混纺纱线外观质量比较

利用宁波纺织仪器厂生产的YG 138条干均匀度仪测试纱线的条干均匀度指标；纱线毛羽(3 mm及以上)指数用太仓市大明光电仪器厂生产的YG 171B-2型纱线毛羽测试仪测得，测试结果如表2所示。

表2 蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱外观质量Tab.2 Appearance qualities of photocatalyst fiber/cotton blended yarn

由表2可知，纱线条干均匀度值总体上随蜂窝光触媒纤维含量增加呈先下降后上升的趋势。蜂窝光触媒纤维含量为0时的条干均匀度最好，细节数仅为4个/km，粗节和棉结都最少，当该纤维含量为20%时，细节、粗节和棉结明显增加，条干CV值由13.80%增加到18.30%。由于蜂窝光触媒纤维和棉纤维主体长度相差大，牵伸时纤维变速点分布不集中，导致条干均匀度随蜂窝光触媒纤维比例增加而降低。当蜂窝光触媒纤维含量继续增加时，条干均匀度总体上提高，棉结、细节和粗节相对减少。因为当蜂窝光触媒纤维比例不断增加时，纤维长度差异对条干均匀度的影响逐渐减小，而纤维长度对条干均匀度的作用增强。蜂窝光触媒纤维的平均长度为38 mm，棉纤维的平均长度为29.5 mm，纤维长度越长，越有利于获得均匀度更好的条干。为对比6组纱线的毛羽指数，利用AHB-K1型万能显微镜对纱线拍照，纱线外观如图3所示。

图3 不同蜂窝光触媒纤维含量的纱线外观照片(×100)Fig.3 Photographs of yarns′ appearance with different contents of photocatalyst fibers (×100)

由表2和图3可知，纯棉纱的毛羽(3 mm及以上)指数最高，当蜂窝光触媒纤维比例为20%时，毛羽指数由4 542.60个/km减少到159.20个/km，并随蜂窝光触媒纤维的增加而下降，但当该纤维含量增加到超过50%时，毛羽指数反而增加，当蜂窝光触媒纤维含量增加到80%时，毛羽指数迅速增加到1 873.10个/km。由于棉纤维的短绒率较高，长度整齐度差，使得纯棉纱的毛羽最多，而蜂窝光触媒纤维整齐度好，随着蜂窝光触媒纤维比例的增加，毛羽得到改善，但蜂窝光触媒纤维抱合力差，当其比例过大时，造成毛羽增加。在实际生产中可适当提高捻系数或采用紧密纺[9-10]来改善纱线的毛羽，提高纱线的外观质量。

5 结 论

蜂窝光触媒纤维的断裂强度比棉纤维低，断裂伸长率和平均长度远高于棉纤维，随着蜂窝光触媒纤维比例的增加，断裂伸长率逐渐增加，而纱线的断裂强度因棉短绒影响呈先增加后减少的趋势。纱线的条干不匀率总体上随蜂窝光触媒纤维含量的增加也呈先增加后减少的趋势，3 mm及以上毛羽指数表现为先减少后增加。研究结果表明棉纤维与蜂窝光触媒纤维混纺，总体上能够提高蜂窝光触媒纤维的可纺性，在一定程度上能改善蜂窝光触媒纤维/棉混纺纱线的强伸性并赋予纱线柔软的手感，蜂窝光触媒纤维含量为35%的纱线断裂强度最好，条干均匀度较好，毛羽较少。

FZXB

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Spinning process of cellular photocatalyst fiber/cotton blended yarns and properties thereof

XING Xiaoping, LI Dan, TIAN Wei, ZHU Chengyan

(CollegeofMaterialsandTextiles,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou,Zhejiang310018,China)

In order to design a kind of high quality cellular photocatalyst fiber/cotton blended yarns, the pretreatment of the cellular photocatalyst fiber was performed by increasing the ambient humidity and using antistatic agent. And then six groups of cellular photocatalyst fiber/cotton blended yarns with different blending ratios were produced. The tensile strength, breaking elongation, hairiness index, yarn evenness, etc. of each group of the yarns were tested and the effect of blending ratio on the yarn quality was analyzed so as to investigate the optimized blending ratio. The results indicated that increasing the photocatalyst fiber content increases the tensile strength and breaking elongation of the yarns. However, when the photocatalyst fiber content is over 35%, the tensile strength drops while the breaking elongation continues to go upward; and yarn evenness and hairiness index first decrease and then increase.

cellular photocatalyst fiber; tensile property; hairiness index; yarn evenness

0253- 9721(2013)04- 0032- 05

2012-04-09

2012-10-11

国家国际科技合作专项项目(2011DFB51570)；浙江理工大学纺织工程实验示范中心实验教改项目(11112632311116)

邢肖平(1990—)，女，本科生。主要研究方向为纺织工艺。田伟，通信作者，E-mail:47151938@qq.com。

TS 104.53

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