经编织造过程对短纤纱力学性能的影响

胡 瑜， 缪旭红

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

经编织造过程对短纤纱力学性能的影响

胡 瑜， 缪旭红

(江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122)

为扩大短纤纱在经编领域的应用以及经编面料的研发，对短纤纱在经编织造过程中的损伤因素进行了探讨。以73.8 dtex紧密赛络纺涤纶短纤纱为原料，测试不同导纱部件以及编织速度、织物组织延展线长度对短纤纱力学性能的影响。结果表明：纱线编织行进路径中，经过的每个器件都会使短纤纱断裂强度和断裂伸长率下降，经过导纱梳后的纱线断裂强度和断裂伸长率的下降幅度明显大于经过分纱梳后的纱线；随着机速的提升，短纤纱断裂强度和断裂伸长率不断下降，并呈现明显的线性关系；随着织物组织延展线的增长，短纤纱断裂强度和断裂伸长率有增加的趋势。

经编； 短纤纱； 性能测试； 纱线损伤

经编针织物由于具有延伸性小，防脱散性好，品种和花样繁多，生产效率高等特性，使其在各个领域的应用越来越多。因为经编机生产的高效率，所以当前使用的纱线一般都为涤纶、锦纶、氨纶等化纤长丝[1-2]。而棉等短纤纱由于强度低、伸长小、毛羽多等问题，在经编过程中易断纱，机速难以达到正常水平，生产效率低下，所以很少在经编上使用，因而限制了经编织物向多样化、高档化的发展[3-4]。

针对短纤纱在经编编织上的问题，夏风林[5]等、朱新卯[6]等对棉纱的经编编织工艺进行了探讨；陈静静[7]对棉纱在经编中的毛羽变化进行了研究；徐颖[8]则分析了编织过程中影响紧密纺高支棉纱强力和毛羽的各个因素。虽然目前已有学者对短纤纱在经编上的应用进行了研究，但短纤纱在经编编织上的难题依旧没有得到很好的解决。而现在经编产业正处于一个低迷期，急需在产品上进行创新，短纤纱如若能成为经编产品的新原料，对推动产业发展有着极大的帮助。

基于短纤纱在经编编织上的一系列问题，本文通过分析不同导纱部件以及编织速度、织物组织延展线长度对短纤纱力学性能的影响，以期为扩大短纤纱在经编上的应用提供一定的理论依据。

1 实验部分

1.1 实验原料与仪器

采用3把梳进行编织，前2把梳采用73.8 dtex紧密赛络纺涤纶短纤纱(吴江鹰翔集团公司)，第3把梳采用55.5 dtex/24 f涤纶全拉伸丝(FDY)。E28的KS4 EL型高速特里科经编机；YG 020B电子单纱强力仪；SU1510扫描电子显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1 取样方法

为了研究短纤纱在经过不同导纱部件后的性能变化，取经过分纱筘后和导纱针后的纱线进行强伸性测试。为研究机速与组织延展线长度对短纤纱力学性能的影响，选4种机速和3种组织，分别取经过第1把梳导纱针后的纱线进行测试。取样示意图如图1所示。

为了取到图1(a)中经过导纱针3后的纱线，在实验时将取纱处的相应织针2去除，防止经纱4织入织物中，从而取到经过导纱针3后的经纱4。由于实验仪器有限，采取手动卷绕取纱，取样时握住图1(b)中纱管5的左右两端，使纱线4均匀卷绕在纱管中间。保持卷绕速度恒定，且给予纱线一定的张力，使纱线伸直，但不至于过紧，不阻碍导纱针中经纱的正常运动，卷绕过程中防止外物碰到纱线，减少其他因素对纱线的损伤。为了排除因取样位置不同而带来的实验误差，取样时取样位置始终不变。一种工艺条件下，取边纱和中间纱各1根，分别卷绕，单根纱线卷绕长度为40 m。相同条件和位置下采集1个试样进行测试，每个试样测试20组断裂强度和断裂伸长率。测试完成后，将相同条件下边纱和中间纱的测试数据综合，取其平均值和CV值列表作图。

1.2.2 测试方法

依据GB/T3916—1997《单根纱线断裂强力和断裂伸长的测定》对纱线进行强度和伸长率的测试。实验速度为500 mm/min，定伸长为500 mm。测试温度为20 ℃，湿度为40%。

1.3 测试工艺参数

实验在E28的KS4 EL型高速特里科经编机上进行，用3把梳进行编织，考虑到采样的便利性，对GB1即前梳纱线进行采样，有关参数变化见表1所示。所有采样过程中，GB2采用1-2/1-0//，送经量为1 400 mm/腊克)；GB3采用1-0/0-1//，送经量为1 200 mm/腊克，牵拉密度为19横列/cm，其他工艺参数如表1所示。

表1 测试工艺参数

2 结果与讨论

2.1 纱线性能评估

在常规的E28高速特里科经编机上，一般采用44～83.3 dtex的涤纶或锦纶长丝为原料。紧密赛络纺作为一种新的纺纱技术，具有良好的纱线性能。紧密赛络纺纱表面纤维排列整齐顺直，毛羽少，尤其是3 mm以上的有害毛羽明显减少，这是其最突出的优势；其断裂强度、断裂伸长率也都优于普通环锭纺纱[9-10]。紧密赛络纺纱线的优良性能，较适合于经编生产。表2示出73.8 dtex紧密赛络纺涤纶短纤纱、118.1 dtex紧密赛络纺棉纱(山东鲁泰纺织股份有限公司)和55.5 dtex/24 f涤纶FDY(江苏盛虹化纤有限公司)的性能。

表2 纱线力学性能比较

从表2可以看出，紧密赛络纺短纤纱的强度已达到涤纶长丝强度的95%以上，在强度方面，紧密赛络纺棉纱和涤纶短纤纱都已达到经编要求。

通过比较73.8 dtex紧密赛络纺涤纶短纤纱和118.1 dtex紧密赛络纺棉纱的性能可以看到，73.8 dtex涤纶短纤纱的强度及断裂伸长率均高于118.1 dtex紧密赛络纺棉纱，相同线密度的涤纶短纤纱的价格只有棉纱价格的50%左右，而且能够达到的线密度更低，更能满足轻薄经编织物的生产，因此涤纶短纤纱更适合于经编织造。虽然涤纶短纤纱的力学性能优于棉纱，但跟涤纶长丝相比还有一定的差距，特别是在断裂伸长率方面，涤纶短纤纱的断裂伸长率仅为涤纶长丝的52.7%，断裂伸长率在一定程度上反映纱线在成圈过程中对张力变化的适应性。短纤纱在断裂伸长率上的缺陷是导致其经编编织困难的一大因素。图2示出3种纱线扫描电镜照片。由图可看到，短纤纱的条干均匀性较差，毛羽多。短纤纱捻度的存在，也会造成纱线扭结断纱，影响布面效果。

短纤纱相比长丝存在的不足，限制了其在经编中的发展。因此对短纤纱在经编中的损伤研究至关重要。

2.2 导纱部件对短纤纱力学性能的影响

经纱线路图如图3所示。

在编织过程中，纱线从经轴a上下来，需要经过导纱杆b、分纱筘c、张力杆d、导纱梳e，最后垫到针钩上成圈。在这个过程中，金属导杆和张力杆表面摩擦因数较小，对纱线造成的损伤相对较小，可忽略不计[8]。 但纱线在经过分纱筘、导纱梳和垫到针钩上成圈时，会受到较大的拉伸、摩擦和弯曲作用，不能忽略不计。但因纱线经过成圈后难以脱散，且脱散也会对纱线造成一定的损伤，因此本文主要研究经过分纱筘后和导纱针后的纱线性能情况。

经过分纱筘和导纱针后纱线的力学性能如表3所示。其中未经编织的纱线为经过整经速度为90 m/min整经后的纱线。

表3 经过分纱筘和导纱针后纱线力学性能变化

在比较不同导纱部件对纱线强度和伸长率的影响时，需要考虑强度和伸长率的下降率，计算公式如式(1)、(2)所示，在比较不同机速和组织延展线长度对纱线的影响时也需用到这些公式。

(1)

(2)

式中：△F为断裂强度的下降率，△L为断裂伸长率的下降率，F1、L1分别为前一因素下纱线的断裂强度和断裂伸长率，F2、L2分别为后一因素下纱线的断裂强度和断裂伸长率。

从表3可以看出，随着编织的不断进行，纱线经过分纱筘后由于受到底部和侧边的摩擦作用，强度和伸长率受到一定的损失。在经过分纱筘后强度下降2.71%，断裂伸长率下降1.30%。在经过导纱针后时，纱线强度和伸长率进一步下降。强度从经过分纱筘后的2.87 cN/dtex降低到2.73 cN/dtex，下降了4.88%；伸长率则下降15.38%。经过导纱针后纱线断裂强度和断裂伸长率的下降幅度明显大于经过分纱筘后的，说明导纱梳对纱线的损伤作用更强。其原因在于分纱筘对纱线的作用时间较短，而导纱梳会带着纱线前后摆动并进行左右横移，使得纱线受到反复的拉伸作用。在导纱梳的运动过程中，纱线还会与导纱孔进行不断的摩擦，使得纱线的强度和伸长率受到较大的损伤。

2.3 机速对短纤纱力学性能的影响

短纤纱的断裂强度和断裂伸长率随着机速的提升而不断下降。随着机速的提升，纱线强度和伸长率的下降率如表4所示。图4示出机速与纱线力学性能的关系。

表4 纱线强度和伸长率的下降率

从图4可以看到，纱线断裂强度、断裂伸长率与机速呈显著的一次线性关系，断裂强度和机速的相关性方程为y=-0.000 6x+3.083 1(R2=0.993 9)，断裂伸长率与机速的相关性方程为y=-0.001 9x+9.427 0(R2=0.964 0)。随着机速的增加，纱线与各导纱部件的摩擦加剧，纱线抖动增加，使纱线强度和伸长率的损失增加。从强度和伸长率的下降率来看，虽然每次机速的提升，纱线强度和伸长率的下降率都较小，但随着机速的提升，强度和伸长率始终在下降。本文测试的机速最高仅为700 r/min，而常规机速一般在1 000 r/min以上。通过上述的2个线性方程，可估计当机速为1 000 r/min时，纱线的断裂强度约为2.48 cN/dtex，断裂伸长率约为7.53%，与未经整经和织造的纱线相比，强度下降了19.7%，伸长率下降了30.1%，强度和伸长率的下降率非常显著。而强度和伸长率的下降会加大编织难度，使断头增多，对最终的织物强度也会造成影响。因此为了使纱线既能顺利编织又能尽可能地提高生产效率，在编织过程中需要采取一些合理的措施来减少纱线损伤，如在每次落布时需及时对编织区域进行清花和加油，从而减少编织机件对纱线的摩擦损伤，此外，在进行短纤纱的编织时，需合理选用张力片的材质、数量和位置，从而使短纤纱得到更缓和的加工，减少因张力突变而造成的纱线损伤。

2.4 垫纱组织对短纤纱力学性能的影响

不同垫纱组织下，纱线的强伸性测试结果如表5所示。

表5 不同组织下纱线的力学性能变化

由表5可知，随着延展线的增长，断裂强度和断裂伸长率有不断增加的趋势。这是因为在一个成圈过程中，经纱有时需要送入，有时则需要反过来从成圈区域中拉出，经纱相对于织针和导纱针会发生多次往复移动，在编织每个横列时，纱线相对于导纱孔的往复移动次数相同；此外，由文献[11]的研究知道，经纱张力在1个成圈过程中呈现3次明显的张力峰值。纱线相对导纱孔的反复摩擦以及张力峰值都会对纱线造成一定的损伤，因此从第1个经轴上下来到导纱针的这1段纱线的损伤程度与能够编织的横列数息息相关。

设纱线从经轴a点到导纱针e点的距离为A，单位为mm(如图3所示)。经测量，得到GB1的A段长度为1 854 mm，结合不同组织下的送经量，从经轴退绕下来纱线a点到进入导纱针e点能够编织的横列数S：

(3)

式中R为不同组织下的送经量，mm/腊克。

通过式(3)计算可以得到，组织为1-0/1-2//时可以编织627个横列，1-0/2-3//可以编织481个横列，1-0/3-4//则可以编织387个横列。从这个计算结果可以看到，随着组织延展线的增长，从经轴上下来的这段纱线可以编织的横列数不断减少。因此当编织的组织延展线越长时，从经轴上下来的这段纱线与导纱孔的往复移动次数以及受到张力峰值的次数减少，使纱线的损伤减小。但在测试时，由于将经过导纱孔后的纱线作为测试对象，而非成圈后的纱线，在取纱线时，握持张力无法准备模拟在经编机上的状态，且取样时纱线与导纱针的角度与正常成圈时纱线与导纱针的角度不同，因此会有一定的误差。

3 结 论

本文通过比较紧密赛络纺涤纶短纤纱与涤纶长丝的性能，得出紧密赛络纺涤纶短纤纱的强度接近涤纶长丝强度，但断裂伸长率要比涤纶长丝小的多，且短纤纱的条干均匀性差，毛羽多，因此经编过程困难。不同导纱部件以及编织速度、织物组织延展线长度都会影响涤纶短纤纱的断裂强度和断裂伸长率，从经过分纱筘后和导纱针后的纱线来看，经过导纱针后的纱线断裂强度和断裂伸长率的下降幅度明显大于经过分纱筘后的；从编织速度来看，随着机速的提升，短纤纱断裂强度和断裂伸长率不断下降，并呈现明显的一次线性关系；从编织组织的延展线长度来看，随着延展线的增长，短纤纱断裂强度和断裂伸长率有不断增加的趋势。

本文实验测试了短纤纱在经编过程中断裂强度和断裂伸长率的变化情况，而实际生产中短纤纱毛羽状况也会对经编编织产生较大的影响，但由于毛羽测试所需长度较长，受到取样方法的限制，毛羽测试很难进行，因此，在以后的研究中需探索更合适的取样方式，对短纤纱在经编过程中的毛羽变化进行分析，得到更准确的短纤纱的损伤情况。

FZXB

[1] 陈静静, 蒋高明. 紧密纺纯棉经编产品的编织工艺探讨[J]. 针织工业,2005(8):1-3,68. CHEN Jingjing, JIANG Gaoming. A research on the knitting technology of tight-spun pure cotton yarn warp knitted fabrics[J]. Knitting Industries, 2005(8):1-3,68.

[2] 陈燕. 纯棉经编面料的生产工艺[J]. 针织工业,2012(12):11-12. CHEN Yan. The producing technology of the pure cotton yarn warp knitted fabrics[J]. Knitting Industries, 2012(12):11-12.

[3] 徐颖, 蒋高明, 缪旭红. 紧密纺高支棉纱的经编编织工艺探讨[J]. 针织工业,2008(6):22-24. XU Yin, JIANG Gaoming, MIAO Xuhong. A research on the knitting technology of tight-spun high count cotton yarn warp knitted fabrics[J]. Knitting Industries, 2008(6):22-24.

[4] BLACK D H. Knitting with cotton and cotton blend open-end spun yarns[J]. Textile Research Journal, 1975, 45(1): 48-53.

[5] 夏风林, 蒋高明, 张帅, 等. 经编棉盖丝面料生产工艺探讨[J]. 针织工业,2006(12):11-13,70. XIA Fenglin, JIANG Gaoming, ZHANG Shuai, et al. A research on the producing technology of the warp knitted fabric with cotton face and polyester back[J]. Knitting Industries, 2006(12):11-13,70.

[6] 朱新卯, 刘云霞. 氨棉经编内衣面料的开发[J]. 针织工业,2007(1):23-25. ZHU Xinmao, LIU Yunxia. Development of polyurethane/cotton warp knitted underwear fabrics[J]. Knitting Industries,2007(1):23-25.

[7] 陈静静. 高速经编机编织时棉纱毛羽的研究[D].

无锡：江南大学,2006:23-46. CHEN Jingjing. A research on the changes of the hairiness of cotton yarn during the warp-knitting on the high-speed warp-knitting machine[D]. Wuxi: Jiangnan University,2006:23-46.

[8] 徐颖. 紧密纺高支棉纱的经编编织特性研究[D]. 无锡: 江南大学,2008:22-32. XU Ying. Research on knitting characteristics of compact spinning high count cotton yarn on warp-knitting machine[D]. Wuxi: Jiangnan University,2008:22-32.

[9] 谢春萍, 杨丽丽, 苏旭中, 等. 紧密赛络纺集聚效果及纱线结构分析[J]. 纺织学报,2007,28(3):9-12. XIE Chunping, YANG Lili, SU Xuzhong, et al. Analysis of compact effect and yarn structure of compact siro spinning[J]. Journal of Textile Research,2007,28(3):9-12.

[10] SU X Z, GAO W D. Research on the compact-siro spun yarn structure[J]. Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2015, 23(3): 54-57.

[11] 冯勋伟. 经编机经纱张力分析及合理上机条件探讨[J]. 纺织学报,1989,10(7):25-28. FENG Xunwei. Investigation on reasonable working condition and warp tension analyzing of warp knitting machine[J]. Journal of Textile Research,1989,10(7):25-28.

Effect of warp knitting on mechanical properties of spun yarn

HU Yu, MIAO Xuhong

(EngineeringResearchCenterofKnittingTechnology,MinistryofEducation,JiangnanUniversity,Wuxi,Jiangsu214122,China)

For expanding the application of spun yarn in the warp knitting and promoting the development of warp knitted fabrics, the factors damaging spun yarn in warp knitting were discussed in this paper. Compact sirospun polyester yarn with 73.8 dtex was selected as raw materials, and the effect of guiding devices, knitting speed and length of underlap on the mechanical properties of spun yarn was tested. The research results showed that in the path of yarn knitting, the breaking strength and elongation at break of spun yarn decreas when passing every device. And after passing the guide bar, yarn breaking strength and elongation at break decrease significantly in comparison with that of yarn passing raddle. With the upgrading of knitting speed, yarn breaking strength and elongation decline, showing a significant linear relationship. With the longer underlap, yarn breaking strength and elongation at break have a rising trend.

warp knitting; spun yarn; performance test; yarn injury

10.13475/j.fzxb.20150706506

2015-07-28

2016-03-05

国家自然科学基金项目(11302085)；江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目(BY2015019-20，BY2015019-01)；江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发(2014)37号)

胡瑜(1992—)，女，硕士生。研究方向为短纤纱在经编中的应用。缪旭红，通信作者，E-mail:miaoxuhong@163.com。

TS 182

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