聚酰胺改性聚酯纤维(仪纶TM)性能及其成纱性能研究

2015-05-05刘陈涛刘新金苏旭中吉宜军

丝绸 2015年12期

关键词：混纺纱黏胶毛羽

刘陈涛，刘新金，苏旭中，吉宜军

(1.江南大学 a.纺织服装学院；b.纺纱技术实验室，江苏无锡 214000； 2.南通双弘纺织有限公司，江苏南通 226600)

研究与技术

聚酰胺改性聚酯纤维(仪纶TM)性能及其成纱性能研究

刘陈涛1a，刘新金1b，苏旭中1b，吉宜军2

(1.江南大学 a.纺织服装学院；b.纺纱技术实验室，江苏无锡 214000； 2.南通双弘纺织有限公司，江苏南通 226600)

为研究聚酰胺改性聚酯纤维的性能和适用性，对聚酰胺改性聚酯纤维进行各项性能测试并进行分析，再将聚酰胺改性聚酯纤维与棉纤维混纺成纱，对聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱线的表面外观、拉伸断裂性能、条干均匀度、毛羽等指标进行分析，探讨不同复合结构混纺纱的性能。将棉/聚酰胺改性聚酯混纺纱与常用棉涤、棉黏纱进行对比，研究表明聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱成纱条干好、毛羽少，质量达到使用要求，所制织物手感柔软，吸湿快干，服用性能好。

聚酰胺改性聚酯纤维；复合结构纱线；性能；混纺；条干

目前，中国聚酯产业正处于转型升级阶段，国家“十二五”科技规划中正式提出了“超仿棉合成纤维及其纺织品产业技术开发”项目。超仿棉纤维的开发主要是针对聚酯纤维性能的不足而进行改进，如模量过高、吸湿性能不佳、上染温度高、生产能耗大等因素，还可强化其功能指标，使其在外观上仿棉，性能和功能上超越棉纤维。所谓超仿棉纤维是对聚酯大分子链段进行改进，从而改变纤维性能[1]。如东华大学与苏州金辉纤维新材料有限公司合力开发的亲水聚酯长丝、桐昆集团开发的微细旦亲水聚酯长丝、江阴华宏化纤有限公司开发的亲水抗紫外纤维等[2]。

本文所用超仿棉纤维来自仪征化纤有限公司，属于亲水易染型超仿棉纤维，商品名为仪纶TM(YilonTM)。常见的易染型聚酯纤维是阳离子易染聚酯纤维，但其对染料有一定的局限性，且聚酯纤维易起球，模量过高的不足并没有得到改善[3]。本文通过对该聚酰胺改性聚酯纤维进行测试分析并与常用涤纶纤维、黏胶纤维进行对比，同时将聚酰胺改性聚酯纤维与棉纤维混合试纺成不同复合结构的纱线，探讨聚酰胺改性聚酯纤维不同纺纱方式的成纱性能，为实际生产提供参考。

1 聚酰胺改性聚酯纤维性能测试

1.1 测试仪器

哈氏切片器(莱州市电子仪器有限公司)，JN-B型精密扭力天平(上海双旭电子有限公司)，Y171-B型纤维切断器(常州市第二纺织仪器厂有限公司)，YG061型电子单纤强力仪(莱州市电子仪器有限公司)，YG321型纤维比电阻仪(常州第二纺织机械有限公司)，Y802型八篮恒温烘箱(南通宝来纺织设备有限公司)，TL-2型工业链条天平(上海双旭电子有限公司)。

1.2 纤维形态特征

试验采用哈氏切片器制作聚酰胺改性聚酯纤维样品切片，图1为聚酰胺改性聚酯纤维纵横向表面显微镜照片。图1(a)显示的聚酰胺改性聚酯纤维的纵向表面不如普通涤纶纤维光滑，这是由于聚酰胺基团的引入破坏了聚酯纤维大分子的规整性，并使其比表面积增加，吸附作用增强。通过由微孔结构形成的毛细管效应，聚酰胺改性聚酯纤维的吸湿快干性能得到提升，使人体产生的汗液、水气可以被快速吸收并向外扩散使之排出体外，这样可使皮肤保持舒适干爽，同时染色时也易于染料分子进入。从图l(b)可知，聚酰胺改性聚酯纤维的横截面呈近似

圆形，使纤维的比表面积略增大，纤维孔隙更为丰富。这也提高了聚酰胺改性聚酯纤维的吸湿快干性能和易染性能。

图1 聚酰胺改性聚酯纤维横纵形貌Fig.1 The transverse and longitudinal sections morphology of polyamide modified polyester fiber

采用JN-B型精密扭力天平、Y171-B型纤维切断器对各纤维进行长度和细度测试，形态表征见表1。

表1 各纤维形态表征Tab.1 Morphological features of various fibers

1.3 纤维力学性能

标准状态下调湿24 h，采用YG061型电子单纤强力仪，测试速度为20 mm/min，隔距为20 mm，测试50次，预加张力为0.1 cN。聚酰胺改性聚酯纤维与其他常规纤维的力学性能测试结果见表2。

表2 聚酰胺改性聚酯纤维与其他常规纤维的力学性能Tab.2 Mechanical properties of polyamide modified polyester fiber and other conventional fibers

由表2可知，聚酰胺改性聚酯纤维的断裂强度比涤纶纤维小，约为涤纶纤维断裂强度的一半，比黏胶纤维的断裂强度大，与棉纤维断裂强度近似，略小于棉。这是因为纤维的断裂强度与纤维结晶度有关，聚酰胺改性聚酯纤维在原先的聚酯大分子主链中植入了酰胺链节，聚酰胺基团的引入破坏了聚酯纤维大分子的规整性，使纤维的无定型区增加，分子间结合力减弱，纤维断裂强度一定程度上减弱，但其断裂伸长率得到提高，纤维柔软度得到提高。如表2所示，聚酰胺改性聚酯纤维的断裂伸长率远大于棉纤维，大于涤纶纤维，略大于黏胶纤维。聚酰胺改性聚酯纤维的断裂强力CV值较小，表明聚酰胺改性聚酯纤维中的内部结构相对均匀稳定，纤维内部环境稳定，大分子间结合较好。

1.4 纤维比电阻

采用YG321型纤维比电阻仪测试各纤维比电阻值，结果见表3。

体积比电阻PV是指单位长度上所施加的电压U与相对于单位截面上所流过的电流I之比，其值是电阻率，单位为Ω·cm。

表3 各纤维的体积比电阻Tab.3 Volume resistivity of various fibers

(1)

式中：S为纤维体的截面积，cm2；L为两电极间的距离，cm；R为纤维的电阻，Ω。

比电阻是反映纤维材料导电性质的物理量。从表3可以看出，棉纤维的体积比电阻较小，黏胶纤维比电阻略大于棉，涤纶纤维较高，聚酰胺改性聚酯纤维更高，比涤纶纤维高出2个数量级。在纺纱过程中，比电阻高的纤维容易产生静电现象，所以聚酰胺改性聚酯纤维在纺纱过程中要注意静电现象的产生。

1.5 纤维回潮率

参照GB 9994—2008《纺织材料公定回潮率》，采用Y802型八篮恒温烘箱、TL-2型工业链条天平对聚酰胺改性聚酯纤维进行回潮率测试，测得其回潮率0.8 %，明显高于普通涤纶回潮率的0.4 %。回潮率是表示纺织材料吸湿性能的一项指标，聚酰胺改性聚酯纤维中含有亲水性的酰胺键(—CONH—)，故聚酰胺改性聚酯纤维的吸湿性能得到一定提高，回潮率有所改善。

2 不同纺纱方式纱线性能

2.1 测试仪器

MOTIC B1型显微镜(麦克奥迪实业集团有限公司)，USTER®TENSORAPID 4强力测试仪(乌斯特技术股份有限公司)，USTER®ME 100条干仪(乌斯特技术股份有限公司)。

2.2 纱线纺制

赛络纺是一种集纺纱、并线、捻线为一体的新型纺纱方法。其原理是将两根粗纱以一定间距平行引入细纱机牵伸区内同时牵伸，并在集束三角区内汇合加捻形成单纱，须条和纱均有同向捻度。这种纱有线的特征，其表面为较光洁、毛羽少、内松外紧的圆形纱，弹性好，耐磨性高。

本文将聚酰胺改性聚酯纤维、涤纶纤维、黏胶纤维分别与棉纤维进行混纺，分别经过环锭纺、赛络纺、紧密赛络纺三种纺纱方式试纺成8种纱线，且混纺比均相同。所纺试样纱线的规格参数如表4所示。

表4 试样纱线的规格参数Tab.4 Specifications of yarn samples

2.3 纱线性能测试

将每项测试试样都置于标准恒温恒湿实验室内进行吸湿平衡24 h以上，实验室温度为22 ℃，相对湿度为65 %[4]。

2.3.1 纱线形态观察

将测试纱线均匀缠绕在载玻片上，通过MOTIC B1型显微镜放大500倍，观察其表面外观并拍摄成照片。

2.3.2 纱线强力测试方法

参照GB/T 14344—2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》进行，采用USTER®TENSORAPID 4强力测试仪测试纱线的强力。在标准温湿度条件下，测试速度为500 mm/mim，预加张力为0.5 cN/tex，测试长度为500 mm，夹具压力为总压力的30 %，吸废纱压力为总压力的50 %，夹具类型为水平纱线夹具，测试模式为简单的伸长测试模式。每个品种取10个试样，每个试样测试6次取平均值。

2.3.3 纱线条干与毛羽测试

参照GB/T 3292.1—2008《纺织品纱线条干不匀试验方法第1部分：电容法》。采用USTER®ME 100条干仪，测试纱线的条干和毛羽。在标准温湿度条件下，测试速度为400 m/min，测量时间为1 min，每个品种取10个试样，每个试样测试1次取平均值[5]。

2.4 结果与分析

2.4.1 纱线外观形态

不同纺纱方式纱线外观如图2所示。可以看出，图2(a)纱线结构较为松散，毛羽较多；图2(b)纱线结构紧密，有明显的类似股线结构，毛羽较少，条干较均匀；图2(c)纱线结构紧实，条干均匀，毛羽少。由于纺纱方式的不同，赛络纺和紧密赛络纺所纺纱线其纱线外观光洁结构紧密要明显优于环锭纺纱线，试样3纱线兼具赛络纺和紧密纺纱线特点，其纱线外观要比赛络纺纱线好。

图2 不同纺纱方式纱线外观Fig.2 Yarn appearance under different spinning ways

2.4.2 纱线强力

纱线的强力是反映织物耐用性能的一个重要指标，单纱强力和断裂伸长率为纱线的强度指标。对不同纱线试样的测试结果见表5[6]。

表5 纱线拉伸性能Tab.5 Yarn tensile properties

由表5可以看出，试样1、4、5中试样4的断裂强度要明显大于试样1、5，这是因为试样4中的涤纶纤维断裂强度要明显大于试样1中的聚酰胺改性聚酯纤维和试样5中的黏胶纤维。试样1的断裂强度要大于试样5，因为聚酰胺改性聚酯纤维的断裂强度比黏胶纤维稍大，聚酰胺改性聚酯纤维表面较粗糙，纤维间抱合力稍大，纱线强力变大。

试样4的断裂伸长率要大于试样1、5，虽然试样4中的涤纶纤维其断裂伸长率要略小于试样1中的聚酰胺改性聚酯纤维和试样5中的黏胶纤维，但涤纶纤维断裂强力要明显大于聚酰胺改性聚酯纤维和黏胶纤维，当试样纱线拉伸时，试样1、5中单纱强力较低，纱线先发生断裂，试样4中涤纶单纱强力较高，此时涤纶断裂强度为主要影响因素，故试样4的断裂伸长率较大。试样1的断裂伸长率要大于试样5，这是因为聚酰胺改性聚酯纤维的断裂强度和伸长率均大于黏胶纤维。

试样4的断裂强力CV值最小，试样1的稍大，试样5的较大，这说明试样4中涤纶纤维在纱线中的分布比较均匀，试样1中的聚酰胺改性聚酯纤维在纱线中分布也较为均匀。

由表5还可以看出，采用赛络纺纺纱方式后，聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱的各项拉伸性能均得到显著提高，特别是纱线的断裂强度和断裂强力CV值，这说明纱线质量得到了很大改善。这是由于赛络纺纱线中纤维间排列更加紧密，形成类似股线结构，且纱的捻向与两根须条的捻向一致，纤维的捻幅一致，整齐度好，则纱线受到外力拉伸时纤维的强度利用率就得到了提高[7]。采用紧密赛罗纺纺纱方式后，由于集聚区负压吸风作用使纱条集聚紧密，纱条结构上纤维互相接触相互包卷捻合更加紧密，故纱线强力得到进一步提高。

2.4.3 纱线条干与毛羽

纱线条干不匀，不仅会影响纱线的外观和强度而且会造成织造时的断头和停机。纱线毛羽在大多数情况下，不仅影响织物的透气、抗起毛起球、外观、织纹清晰和表面光滑等，还影响纱线中纤维的有效利用率与强度。纱线的极限不匀率指的是纤维均匀混合，把每根纤维同邻近的分离开，平行铺好并拉伸达到最终细度。而混合导致每一根纤维都有可能出现在截面上的任何一个位置，因此纤维在纱体中的分布是均等的。在这种最好条件下，纤维之间也会相互重叠，此种情况下的不匀率称为极限不匀率。

Martindale等[8]进行研究，得到了著名的纱条极限不匀率公式。因为极限不匀率代表的是理想状态，纱线实测不匀率总是大于其极限不匀率。

计算极限不匀率，可把混纺纱线看作包含两种或多种单纱股线的合股线，每股纱线包括一种纤维组分。每股纱线的线密度相当于混纺纱中相对应纤维组分的百分比[9]。

(2)

式中：TK表示每种特定纤维组分的纱线线密度；TG表示混纺纱线的名义线密度；PK表示与整体线密度有关的纤维组分的百分比；K表示1，2……n纤维组分。

单种纤维纱线极限不匀率：

(3)

式中：n表示横截面中平均纤维根数；TF表示纱线平均线密度；T表示纱线中纤维平均线密度。

混纺纱线极限不匀率：

(4)

不匀率指数I指实际不匀率与极限不匀率的比值，是衡量纱线不匀与理想程度I=1的偏离程度。

试样1的纱线极限不匀率为：

由于试样4、5中涤纶纤维、黏胶纤维细度与试样1中聚酰胺改性聚酯纤维细度相差不大，故试样1、4、5的纱线极限不匀率均为8.9 %左右，故可直接看条干CV值。毛羽值H表示传感器测试1 cm长度上的毛羽值，是整个测试长度的平均值。本试验纱线条干与毛羽情况见表6。

表6 纱线条干和毛羽Tab.6 Evenness and hairiness of yarns

由表6可以看出，试样1、4、5中，试样5细节和粗节含量均少于试样4和试样1，试样1与试样4差别不大，但试样1中纱线棉结最少，而棉结含量的多少将直接影响到织物外观，故聚酰胺改性聚酯纤维织物相对于涤纶混纺织物和黏胶混纺织物其织物外观要更均匀平整，质量好。

试样1、4、5中，试样4的毛羽要稍好于试样1和试样5，试样1、试样5毛羽值相同。试样1中聚酰胺改性聚酯纤维强力要低于涤纶纤维，故聚酰胺改性聚酯纱线毛羽强力低，形成织物后不易起毛起球，且能提高织物的舒适性，形成织物后手感更加柔软。

采用赛络纺纺纱方式后，聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱的条干均匀度、细节、粗节、棉结、毛羽都得到改善，纱线质量显著提高。采用紧密赛络纺后，聚酰胺改性聚酯混纺纱的条干和毛羽状况相对于赛络纺纱又进一步得到改善。

3 结论

1)聚酰胺改性聚酯纤维的各项力学性能都优于棉纤维和黏胶纤维，但其抗静电性没有得到改善，回潮率有所改善，但相对较低。由此可知聚酰胺改性聚酯纤维织物的染色性能与吸湿快干性能较好。

2)聚酰胺改性聚酯纤维赛络纺纱线和紧密赛络纺纱线的各项性能都要优于普通环锭纺纱线，聚酰胺改性聚酯纤维紧密赛络纺纱线的整体质量要比赛络纺纱线稍好，尤其在纱线条干和毛羽方面，可作高档织物用纱。

3)聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱各项力学性能都要优于黏胶纤维混纺纱。聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱条干均匀度与涤纶纤维混纺纱近似，且纱线棉结数要少于涤纶纤维混纺纱和黏胶纤维混纺纺纱，故聚酰胺改性聚酯纤维织物外观质量较好。聚酰胺改性聚酯纤维混纺纱毛羽与黏胶纤维混纺纱相似，比涤纶纤维混纺纱稍多，但毛羽不易纠缠，较柔软，形成织物后不易起球。

4)聚酰胺改性聚酯纤维织物相对于涤纶纤维织物，织物的柔软性、吸湿性和起球现象得到改善。聚酰胺改性聚酯纤维可部分取代黏胶纤维，减少黏胶纤维的使用，有利于改善环境。应用聚酰胺改性聚酯纤维可减少棉纤维的使用，有利于缓解棉粮争地的矛盾。

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Performance Research of Polyamide Modified Polyester Fiber (YilonTM) and Its Composite Yarn

LIU Chentao1a, LIU Xinjin1b, SU Xuzhong1b, JI Yijun2

(1a. College of Textile and Apparel; 1b. Spinning Technology Research Laboratory, Jiangnan University, Wuxi 214000, China;2. Nantong Shuanghong Textile Co.,Ltd., Nantong 226600, China)

To research the performance and applicability of polyamide modified polyester fiber (Yilon fiber), various performance tests and analysis were done for Yilon fiber. Then Yilon fiber was blended with cotton to form yarn. The surface appearance, tensile property, evenness and hairiness indexes of blended yearn were tested and analyzed. Meanwhile, the performance of blended yarn with different composite structure was discussed. Then, cotton/ Yilon blended yarn was compared with common cotton/polyester yarn and cotton/viscose yarn. The results show that Yilonblended yarn has good evenness, little hairiness and better quality. Besides, Yilonblended fabrics are soft, hygroscopic and have good wearability.

polyamide modified polyester fiber; composite yarn; performance; blending; yarn evenness

2015-06-17;

2015-11-04

纺织服装产业河南省协同创新项目(hnfz14002)；江苏省产学研项目(BY2014023-13，BY2012051，BY2013015-24)；江苏省科技成果转化项目(BA2014080)