喷气涡流纺成纱工艺对色纺竹浆纤维针织物性能的影响

周金香，邹专勇，黄建光，许梦露，陈佳慧，金亚琪，张莲莲

(绍兴文理学院浙江省清洁染整技术研究重点实验室，浙江 绍兴 312000)

喷气涡流纺成纱工艺对色纺竹浆纤维针织物性能的影响

周金香，邹专勇，黄建光，许梦露，陈佳慧，金亚琪，张莲莲

(绍兴文理学院浙江省清洁染整技术研究重点实验室，浙江 绍兴 312000)

为研究喷气涡流纺成纱工艺参数对色纺竹浆纤维针织物性能的影响，基于Box-Behnken设计方法，借助Minitab16软件，分析探讨了喷气涡流纺成纱工艺(喷嘴气压、纱线线密度、纺纱速度)对色纺竹浆纤维针织物的断裂强力、透气性、悬垂性及耐磨性的影响。结果表明:纱线线密度减小，织物断裂强力下降，透气性和悬垂性先显著增加，而后略有下降;纺纱速度提高，织物断裂强力缓慢下降，透气性降低，悬垂性增加;喷嘴气压对针织物断裂强力、透气性、耐磨性均无显著影响，但当喷嘴气压增加时，织物悬垂性能先增加后降低;织物耐磨性主要受纺纱速度和纱线线密度的影响，且影响原因较为复杂。

喷气涡流纺;色纺纱;工艺参数;竹浆纤维;针织物;性能

喷气涡流纺集粗纱、细纱、络筒与卷绕于一体，利用高速旋转的空气涡流对尾端自由纤维进行加捻而成纱，具有生产效率高的特点，发展前景可观［1］。国内外有关喷气涡流纺纱技术的研究主要集中在2个方面:1)探讨纱线成形工艺对纱线结构、性能的影响，如邹专勇等［2］基于喷嘴内部流场流动规律，分析了工艺参数对纱线细节产生的机制，文献［3－6］分析了不同成纱工艺参数(如牵伸条件、喷嘴气压、纺纱速度、纱线线密度等)对喷气涡流纺纱结构性能的影响，Zheng等［7］对比分析了环锭纱与喷气涡流纱横截面上纤维分布规律的差异，并探讨了混纺纱不同种类纤维在纱线截面的转移规律，文献［8－9］探讨了喷气涡流纺竹浆纤维色纺纱开发实践，并阐述各成纱工艺对喷气涡流色纺纱性能的影响，这利于丰富色纺纱及涡流纺纱种类，提高传统色纺纱开发效率;2)基于不同纺纱系统，对比分析喷气涡流纱织物的性能，如Ortlek等{10}对比研究了粘胶纤维喷气涡流纱针织物与环锭纱、集聚纱和转杯纱针织物纵横向的收缩性、顶破强度、耐磨性及起球起毛等的差异，Rameshkumar等［11］对比分析了喷气涡流纱(100%棉纱)针织物与环锭纱、转杯纱针织物的悬垂性、耐磨性及褶皱性能，得出喷气涡流纱织物抗起毛起球性好、抗皱性高和耐磨性好的优点，Suzuki等［12］探索分析了人造纤维喷气涡流纱纬平针织物与环锭纱、转杯纱纬平针织物的手感爽滑程度，结果表明喷气涡流纱针织物手感较转杯纱针织物爽滑，但较环锭纱针织物差，Erdumlu等［13］对比研究了喷气涡流纱与环锭纱(精梳棉)针织物的吸湿快干性能，表明喷气涡流纱织物的吸水性及吸湿快干能力均弱于环锭纱织物。

通过阅读文献发现，较少有关喷气涡流纺色纺纱织物性能分析的报道，也鲜从喷气涡流纺工艺角度出发探讨成纱工艺对喷气涡流纺纱针织物性能的影响。本文将基于喷气涡流纺系统，以竹浆纤维为原料，探讨分析喷气涡流纺成纱工艺对色纺竹浆针织物性能的影响，以掌握喷气涡流纺色纺纱针织物制备过程关键成纱工艺的控制要点，为喷气涡流纺色纺产品的开发提供参考。

1 试验部分

1.1 试样制备

为研究喷气涡流纺工艺对色纺竹浆纤维针织物性能的影响，选择成纱过程中关键工艺参数，如喷嘴气压、纺纱速度、纱线线密度为可变因子设计试验方案，其因子水平如表1所示。试验所需纱样以竹浆纤维(商品名为云竹，由上海中纺物产提供)为原料，依据Box-Behnken设计方法设计试验方案，采用村田公司MVS No.861型喷气涡流纺纱机纺制而得，所得纱线样品性能见文献［9］。纱线制备过程其他固定工艺条件如下:三道并条工序后条子定量为19 g/5 m、采用L8型喷针、空心锭子入口内径为1.1mm;前罗拉与空心锭子距离为20mm。试验所有样品纱线均含60%的竹浆染色散纤维(色号为BK-07)，竹浆纤维染色前后各项性能变化如表2所示。利用台车按相同的织造工艺(机型Z201D、筒径38cm，转速85 r/min，机号18针/2.54cm)获得不同成纱工艺条件下的纬编平针针织物，织物纵横密如表3所示。

表1 因素实际取值与水平编码对照表Tab.1 Actual values corresponding to coded levels

表2 竹浆纤维染色前后性能对照表Tab.2 Performance comparison of bamboo pulp fiber before and after dyeing

1.2 面料性能测试及结果

织物的断裂强力在H-10K-L型台式双立柱电子万能材料试验机(美国天氏欧森)上测试完成，设置隔距为100mm，拉伸速度为100mm/min，预加张力为 200 cN，测试方向为织物纵向，测试参照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》。每个样品测试3次求其平均值;织物的透气率用YG(B)461E-Ⅱ型全自动织物透气性能测试仪(温州大荣纺织仪器有限公司)测试，试样圆台选用试验面积为20cm2的圆形通气孔，选用8号喷嘴;织物的动态悬垂系数在YG811D-2织物动态悬垂性风格仪(南通三思机电科技有限公司)完成测试，试样直径为240mm，中心孔直径为4mm，设置试样旋转速度为100 r/min;织物的耐磨性测试采用YG(B)522型圆盘式织物耐磨机(温州大荣纺织仪器有限公司)，用50次耐磨试验后针织物质量损失率表示。试样均在标准大气条件(温度为20℃ ±2℃，相对湿度为65% ±2%)下完成48 h调湿平衡处理，测试结果如表3所示。

表3 针织物样品测试结果Tab.3 Property test results of knitting fabric samples

2 结果分析与讨论

2.1 统计分析

基于 Adinarayana论述的响应面法［14］主要原理，采用Y代表预测响应值，x代表自变量编码，则可获得如式(1)所示的二次多项式方程。式中:b0、bn、bnn、bnm均为常量、一次项系数、二次项系数和交互项系数;自变量编码xn=(Xn－X0)/△X，Xn为自变量真实值，X0为试验中心点处自变量，△X为自变量的变化步长。

基于式(1)的二次多项式方程，利用软件Minitab 16进行相关响应面回归分析，剔除不显著的二次项及交互项后，获得如表4所示的针织物各指标回归分析结果。

表4中P值大于0.05表明该指标对应的来源项不显著。断裂强力Y1、透气率Y2、动态悬垂系数Y3、质量损失率 Y4对应的响应面方程分别见式(2)～(5)，相应方程的平方复相关系数R2值分别为0.8573、0.8943、0.8451 及 0.6859。响应面方程中各自变量的系数为正表明指标数值随变量增大而增大，系数为负表明指标数值随变量增大而减小。

表4 针织物不同应变量的响应面二次模型的回归分析Tab.4 Regression analysis of response surface quadratic model for different response variables of knitting fabric

2.2 成纱工艺对针织物断裂强力的影响

图1示出成纱工艺参数对喷气涡流纺色纺纱针织物纵向断裂强力影响的响应面，其二次项拟合方程见式(2)所示，相关系数R2为0.8573。

图1 成纱工艺参数对喷气涡流纺竹浆纤维色纺纱针织物断裂强力影响的响应面Fig.1 Response surface of influence of yarn formation process on breaking strength of knitted fabrics made by jet vortex bamboo pulp colored spun yarns.(a)Nozzle pressure and reciprocal of yarn linear density;(b)Nozzle pressure and delivery speed

织物的断裂强力是衡量织物耐用程度的重要指标，断裂强力值越大，织物的耐用程度越高。然而纱线强力是决定织物强力的重要因素之一，探讨成纱工艺与织物强力的相关性有助于完善成纱工艺设计与指导织物进行结构设计。显著性分析表明纺纱速度对喷气涡流纺色纺纱针织物纵向断裂强力的影响不显著，而纱线线密度对针织物纵向断裂强力呈非线性影响，影响最为显著，如表4所示。图中表明增加喷嘴气压或纺纱速度将使针织物纵向断裂强力缓慢减小，而随着纱线线密度从14.58 tex到29.15 tex的增大，针织物的纵向断裂强力性能总体呈现二次函数上升趋势，原因有2个方面:一是纱线本身纱线线密度增大会导致针织物纵向断裂强力增加;另一是较大线密度的纱线断裂强度比较小线密度的大，这已被参考文献［9］所证实。

2.3 成纱工艺对针织物透气性的影响

图2示出成纱工艺对喷气涡流纺竹色纺纱针织面料的透气率影响的响应面。

图2 成纱工艺对喷气涡流纺竹浆纤维色纺纱针织面料透气率影响的响应面Fig.2 Response surface of influence of yarn formation process on permeability rate of knitted fabrics made by jet vortex bamboo pulp colored spun yarns.(a)Delivery speed and nozzle pressure;(b)Delivery speed and reciprocal of yarn linear density

针织物的透气性关系织物的服用舒适性，而透气率是评价织物透气性能的重要指标，透气率值越大，织物的透气性能越好。针织物的透气性主要由织物结构及纱线结构性能决定，在针织物编织工艺参数相同的情况下，纱线性能是决定针织物透气性的主要因素。显著性分析表明除喷嘴气压外，纺纱速度、纱线线密度及纱线线密度平方项对喷气涡流纺色纺纱针织面料的透气性能影响显著(见表4)。针织物透气率与成纱工艺间的二次项拟合方程如式(3)所示，对应的相关系数R2为0.8943，表明具有较好的拟合程度。图中表明纺纱速度从320 m/min到380 m/min的增加导致了织物透气率的减小，即透气性能的降低，原因在于纺纱速度提高，纱线在加捻腔停留时间缩短，自由尾端纤维受高速旋转气流的作用强度减弱，纱线直径较粗，致使面料透气性下降;随着纱线线密度从14.58 tex到29.15 tex的变化，织物透气性能显著增强后有所下降，原因在于纱线线密度较高时，随着纱线线密度的减小，纱线截面纤维数量的减少比由此带来的纤维受气流作用力影响要大，纱线间结构疏松，导致针织面料的透气性增强;而纱线线密度较小时，减小纱线线密度，纱线截面内纤维数量减少，而喷嘴气压不改变，气流对加捻腔中纤维的作用力增强，使得纱线结构越来越紧密，起主导作用，导致其面料透气性一定程度降低。然而喷嘴气压增加使喷气涡流纺色纺纱针织面料的透气性适当增加，该变化不明显，可能因纱线结构紧密，织物纱线间孔隙增加引起。

2.4 成纱工艺对针织物悬垂性的影响

织物悬垂性通常可通过织物动静态悬垂系数来评价，然而织物动态悬垂更能反映织物服用状态。本文将采用织物动态悬垂系数来评价喷气涡流纺色纺纱针织物悬垂性能，动态悬垂系数越小，表明织物的悬垂性能越好。显著性分析表明喷气涡流纺色纺纱针织物动态悬垂系数受纺纱速度，喷嘴气压及纱线线密度的二次项显著影响，其动态悬垂系数与成纱工艺间的二次项拟合方程见式(4)所示，响应面等式拟合相关系数R2为0.8451，具有较好的拟合程度。成纱工艺参数对喷气涡流纺色纺纱针织物动态悬垂系数影响的响应面如图3所示。

图3表明:随着纺纱速度从320 m/min到380 m/min的增大，针织物的悬垂系数不断减小，即悬垂性能不断增强，原因在于纺纱速度越低，纱线停留在加捻腔的时间越长，纱线结构越紧密，手感变硬，故悬垂系数较大;而增加喷嘴气压使针织物的悬垂系数先降后增，原因在于在喷嘴气压较低时，增大喷嘴气压有利于控制纤维对喷气涡流纺纱体的包缠效果，减小纱线直径，使织物结构适当疏松，一定程度上有利于改善织物的悬垂性能;但是当喷嘴气压到达临界点后，继续增加喷嘴气压，反而使纱线手感变硬，悬垂性反而降低，原因在于过大的气压使纱线结构过于紧密，进一步使织物手感变硬。当纱线线密度在14.58 tex到29.15 tex之间变化时，纱线线密度对针织物悬垂性能的影响与喷嘴气压对其悬垂性能的影响存在相同的趋势。纱线线密度较大时，随着纱线线密度的减少，纱线截面内纤维数量减少，纱线抗弯刚度减小，从而导致织物悬垂性变好;纱线线密度较小时，纱线截面内纤维过少，单位纤维在同喷嘴气压下受到较高的气流作用力，导致纱线结构紧密，抗弯刚度增加，导致相同织物编织工艺参数情况下织物结构趋于紧密，引起针织物悬垂性下降。

图3 成纱工艺参数对喷气涡流纺竹浆纤维色纺纱针织物动态悬垂系数影响的响应面Fig.3 Response surface of influence of yarn formation process on dynamic drape coefficient of knitted fabrics made by jet vortex bamboo pulp colored spun yarns.(a)Delivery speed and nozzle pressure;(b)Delivery speed and reciprocal of yarn linear density

2.5 工艺参数对针织物耐磨性的影响

织物的耐磨性能关系到织物的耐穿使用性能，常通过测试规定压力下一定耐磨次数后织物质量损失情况来评判，织物的质量损失率越高，织物耐磨性越差。本文通过测试50次耐磨试验后针织物质量损失率来评价成纱工艺对喷气涡流纺色纺纱针织物耐磨性的影响。显著性分析表明喷嘴气压对喷气涡流纺竹浆色纺纱针织物的耐磨性无明显影响，但纺纱速度的平方项及纺纱速度与1/纱线线密度的交互项对针织物耐磨性影响显著，针织物耐磨性对成纱工艺参数(喷嘴气压，纺纱速度及纱线线密度)的二次项拟合方程见式(5)所示，响应面拟合相关系数R2为0.6859，表明其拟合程度较低，受其他参数的影响有待进一步分析。图4示出成纱工艺参数对喷气涡流纺色纺纱针织物的质量损失率的影响响应面。

图4 成纱工艺参数对喷气涡流纺色纺纱针织物的质量损失率影响的响应面Fig.4 Response surface of influence of yarn formation process on mass loss rate of knitted fabrics made by jet vortex bamboo pulp colored spun yarns.(a)Delivery speed and nozzle pressure;(b)Nozzle pressure and reciprocal of yarn linear density;(c)Delivery speed and reciprocal of yarn linear density

图4表明当纺纱速度较低时，纱线线密度值越低，色纺面料耐磨性越差，原因在于纺纱速度越低，且纱线截面内纤维因纱线线密度越低而减少，旋转气流对加捻腔中纤维的作用将过于充分，纱线条干反而恶化，故使得高线密度纱织物耐磨性较低线密度纱好;而当纺纱速度较高时，减小纱线线密度将导致色纺面料耐磨性增大，原因在于纺纱速度较高时，纱线在加捻腔中停留的时间较短，高线密度纱中的纤维较多，受气流的作用不够充分，故纱线结构较疏松，使得高线密度纱面料耐磨性反而不好;当纱线线密度为19.43 tex时，增加喷嘴气压对针织物质量损失率略有增加，但提高纺纱速度将使针织物质量损失率先减小后增加。原因在于纱线停留在加捻腔的时间过短或过长均不利于纱线质量稳定，导致纱线条干恶化，从而使织物耐磨性下降;当纺纱速度为350 m/min时，纱线线密度减小使针织物质量损失率减小，喷嘴气压增加使针织物质量损失率增加，主要是因为纤维停留加捻腔的时间一定后，纱线线密度较大或喷嘴气压较低时，均无法使纤维加捻充分，使得纱线结构疏松，故织物结构不够紧密，耐磨性降低。

3 结论

1)本文利用响应面设计分析了喷气涡流纺成纱工艺对色纺竹浆纤维针织面料性能的影响，获得了响应值与相应变量间的响应面等式，色纺竹浆纤维针织物断裂强力、透气率及动态悬垂系数与参数变量(喷嘴气压、纺纱速度及纱线线密度)存在较好拟合程度。

2)色纺竹浆纤维针织物纵向断裂强力主要受纱线线密度影响，纱线线密度越小，针织物纵向断裂强力越低。

3)针织物透气性主要受纺纱速度和纱线线密度影响，增加纺纱速度将导致针织物透气率的减小，而减小纱线线密度使织物透气性能显著增强，而后略有下降。

4)试验选择的3个参数变量均影响针织物的悬垂性能，增加纺纱速度使针织物的悬垂性能不断增强，而增加喷嘴气压或减小纱线线密度使针织物的悬垂性能先变好后降低。

5)针织物的耐磨性主要受纺纱速度与纱线线密度影响，且影响较为复杂，当喷嘴气压为0.5 MPa，且纺纱速度较低时，纱线线密度越低，针织物面料耐磨性越差;而当喷嘴气压为0.5 MPa，且纺纱速度较高时，减小纱线线密度将导致针织物面料耐磨性增大;当纱线线密度为19.43 tex时，增加纺纱速度将使针织物质量损失率先减小后增加;当纺纱速度为350 m/min时，纱线线密度降低使针织物质量损失率减小。

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Influence of yarn formation process on properties of knitted fabrics made of air jet vortex-spun bamboo pulp colored yarns

ZHOU Jinxiang，ZOU Zhuanyong，HUANG Jianguang，XU Menglu，CHEN Jiahui，JIN Yaqi，ZHANG Lianlian
(Key Laboratory of Clean Dyeing and Finishing Technology of Zhejiang Province，Shaoxing University，Shaoxing，Zhejiang 312000，China)

For studying the influence of yarn formation process on properties of knitted fabrics made of air jet vortex-spun bamboo pulp colored yarns，based on the Box-Behnken design method and by means of the Minitab16 software，and the influence of formation process(nozzle pressure，yarn linear density，and yarn delivery speed)of air jet vortex spinning on breaking strength，breathability，draping property and abrasive resistance of knitted fabrics made of air jet vortex-spun bamboo pulp colored yarns were analyzed and discussed.The results showed that decreasing yarn linear density makes knitted fabric's breaking strength decrease，and makes breathability and draping property increase first and then decrease slightly.With yarn delivery speed increasing，the breaking strength and breathability of knitted fabric are decreasing，but draping property is increasing.Nozzle pressure has no significant influence on knitted fabric's breaking strength，breathability and abrasive resistance.However，the draping property of knitted fabric increases first and then decreases when nozzle pressure is increased.Knitted fabric's abrasive resistance is mainly influenced by yarn delivery speed and yarn linear density，but its influence mechanism is rather complicated.

air jet vortex spinning;colored spun yarn;process parameter;bamboo pulp fiber;knitted fabric;property

TS 101.2

A

10.13475/j.fzxb.20150405507

2014－04－21

2015－01－08

国家自然科学基金资助项目(51103085);浙江省本科院校中青年学科带头人学术攀登资助项目(pd2013393);地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(201310349012)

周金香(1991—)，女，硕士。研究方向为新型面料设计与开发。邹专勇，通信作者，E-mail:zouzhy@usx.edu.cn。