高强低伸涤纶/苎麻/高强高模维纶混纺纱性能研究

郭昌盛，杨建忠，才英杰

(1.西安工程大学纺织与材料学院，西安　710048；2.河北科技大学纺织服装学院，石家庄　050000)



高强低伸涤纶/苎麻/高强高模维纶混纺纱性能研究

郭昌盛1，杨建忠1，才英杰2

(1.西安工程大学纺织与材料学院，西安710048；2.河北科技大学纺织服装学院，石家庄050000)

摘要：为了了解高强低伸涤纶/高强高模维纶/苎麻混纺纱过程中，后区牵伸倍数和捻系数对成纱质量的影响。文章以高强低伸涤纶/高强高模维纶/苎麻纤维(60/20/20)混合纺纱，采用双因子五水平的方案纺制25种20tex纱线,测试成纱的断裂强度、断裂伸长率、有害毛羽、条干指标。然后，利用无重复双因素方差分析得出最佳捻系数和后区牵伸倍数。实验结果表明:此种混纺纱的最佳捻系数为420，最佳后区牵伸倍数为1.1。

关键词：高强高模维纶；混纺纱；捻系数；后区牵伸倍数

随着生活水平的提高，人们对工装性能的要求也越来越高，特别是国防，军警类服装。不仅要求面料强度高、耐磨擦性好，对舒适性(吸湿排汗、抗菌等)的要求也越来越高。目前，我国常规工装面料多采用T/C 65/35的混配方式，对于追求舒适性、不强调高强耐磨的较高端的工装面料，则采用棉纤维比例超过50%的配方，例如C/T 60/40[1]。目前，军警和部队使用的07式作训服装面料采用的是多元混纺纱，包含高强低伸涤纶/精梳细绒棉/高强高模维纶60/20/20[2-5]。但是棉纤维的抗菌性、织物的挺括性不如麻纤维的好。

本实验纱线混合比的设计思路是在高强低伸涤纶/精梳细绒棉/高强维纶60/20/20基础上，以苎麻纤维完全替代精梳细绒棉纤维，采用赛罗纺的纺纱方式，纺出20tex的高强低伸涤纶/苎麻/高强维纶60/20/20的纱线。在赛罗纺纱过程中，纱线的捻系数和后区牵伸倍数是影响纱线质量的主要因素之一[6-7]。本实验采用双因素五水平的实验方案纺出25种混纺纱，通过无重复双因素方差分析得出最佳捻系数和后区牵伸倍数，以便为涤/麻/维混纺纱的实际生产提供一些参考依据。

1　实验

1.1实验原料

试验中高强高模维纶纤维是由四川维尼有限公司提供，高强度低伸涤纶纤维由河北金怡化纤有限公司提供，苎麻纤维由湖南临湘苎麻纺织纤维厂提供。纤维主要性能指标如表1。

表1高强涤纶纤维、高强维纶与苎麻纤维主要性能指标

项目涤纶短纤维高强维纶苎麻纤维公定回潮率/%0.322.814长度/mm383888～120细度/dtex1.561.566.3断裂强度/(cN/dtex)5.710.116.4断裂伸长率/%21.51.942.5初始模量/(cN/dtex)54.78110.5155

1.2成纱工艺

人工混棉→FKW350梳针式双滚筒开松机→A186F梳棉机→并条机(头并)(A272F)→并条机(末并)(A272F)→粗纱机(A453B)→DSSp-01型数字小样细纱机(采用赛罗纺系统)。

1.3测试

a)采用YG020B电子单纱强力仪测试纱线的断裂强力和断裂伸长。试验次数50，拉伸速度为500mm/min,试样细度20tex，试样长度500mm,定伸长50%。

b) 采用YG1718-2纱线毛羽测试仪测试纱线的毛羽。卷装形式：筒纱，试验次数10，测试速度30m/min，片段长度10m。

c) 采用YG136条干均匀度测试分析仪测试纱线的条干均匀度。线密度20tex，速度50m/min。

以上实验均在环境温度20℃、相对湿度65%，采用双因素(捻系数和后区牵伸倍数)五水平(5种不同的捻系数和5种不同的后区牵伸倍数)的实验方案，共纺25种纱线。

2　实验结果分析

2.1纱线性能测试结果

所纺25种纱线各项性能测试结果如表2所示。

表225种纱线各项性能测试结果

后区牵伸倍数捻系数断裂强度/(cN/tex)断裂伸长率/%有害毛羽(>3mm)/(个/10m)条干均匀度CVm/%1.138018.517.32141.5018.3640019.217.28119.3919.2042020.627.50109.5119.0244021.067.1891.8319.3346020.907.19106.1419.761.238018.417.07156.4019.2140018.926.60136.2720.0442020.557.32120.5019.3444019.887.68135.5718.7646020.637.0796.6920.681.338018.056.92170.6919.0240019.267.02139.4320.4042019.996.53135.2918.4844020.606.13126.0719.2146020.356.4599.8820.701.438017.786.70177.0619.9540018.516.82145.5220.4542019.757.13140.7319.9244019.266.82170.8319.7246020.056.67112.8219.311.538019.107.44166.6018.5240019.017.05179.2020.8042019.667.41149.2920.3344019.406.95164.6219.1946020.136.64126.2319.94

2.2无重复双因素方差分析

采用无重复双因素方差分析方法[8]，分析捻系数和后区牵伸倍数两因素的变化对纱线强力、毛羽、条干影响的显著性程度(表3—表7)。

表3方差分析因素表

差异源偏差平方和SS自由度df方差MSFF的临界值FαFcrit因素ASSAm-11m-1SSAFA=(s-1)SSASSEFα(m-1,(m-1)(s-1))因素BSSBs-11s-1SSBFB=(m-1)SSBSSEFα(s-1,(m-1)(s-1))随机因素SSE(m-1)(s-1)1(m-1)(s-1)SSE总计SSTms-1

注：m表示因素A(捻系数)的水平等级，s表示因素B(后区牵伸倍数)的水平等级，α为0.10。

将计算所得的A、B两因素的F值与F0.10相比较，当F>F0.10时，表示该因素对纱线的某项性能的影响显著，当F

表4捻系数和后区牵伸对纱线断裂强度影响程度分析

差异源SSdfMSFFcrit因素A1195.878084298.969527.4541355943.006917因素B5164.5159641291.1289932.191410553.006917随机641.725961640.1078725总计7002.1224

F0.10

表5捻系数和后区牵伸对纱线断裂伸长影响程度的分析

差异源SSdfMSFFcrit因素A32.69285648.1732145.3769588253.006917因素B8.61189642.1529741.4163892623.006917随机24.320704161.520044总计65.62545624

F0.10

表6捻系数和后区牵伸对纱线毛羽影响程度的分析

差异源SSdfMSFFcrit因素A10542.6657442635.6664367.9936933673.006917因素B24910.3630646227.59076618.887614273.006917随机5275.49169616329.718231总计40728.520524

FA>F0.10,FB>F0.10,所以捻系数和后区牵伸倍数对纱线毛羽影响显著。

表7捻系数和后区牵伸对纱线CV%影响程度的分析

差异源SSdfMSFFcrit因素A1.57417640.3935441.1330256613.006917因素B5.34281641.3357043.845534193.006917随机5.557424161.389356总计12.47441624

FAF0.10,所以捻系数对纱线条干不匀率影响不显著，而后区牵伸倍数对纱线条干不匀率影响显著。

因此，在选定的变化范围内，捻系数和后区牵伸倍数对纱线断裂强度和纱线毛羽影响显著，即捻系数和后区牵伸倍数变化时会引起纱线断裂强度和纱线毛羽的显著变化。所以在考虑捻系数或后区牵伸倍数对断裂强度、和纱线毛羽的影响时，一定要在其中一个因素一定的情况下进行比较，以免另一个因素的影响。捻系数对纱线断裂伸长影响显著，后区牵伸倍数对纱线断裂伸长影响不显著。即后区牵伸倍数不会引起断裂伸长显著的变化，所以在寻找最佳断裂伸长时可以不考虑后区牵伸倍数的变化，只考虑捻系数的变化。捻系数对条干影响不显著，而后区牵伸倍数对纱线条干影响显著，所以在考虑纱线条干时，可以忽略捻系数这一因素。

2.3数据分析

2.3.1混纺纱断裂强度分析

由图1中可以看出，当捻系数一定时，后区牵伸倍数为1.1时混纺纱的断裂强度一直处于较大值，稍大于后区牵伸倍数为1.2倍、1.3倍的断裂强度。当后区牵伸倍数较小时，混纺纱的断裂强度的变化趋势与1.2倍的变化趋势一致，先增大后减小再增大，呈现N型的变化趋势。而后区牵伸1.1倍的纱线的断裂强度在捻系数为420后依旧不会减小，可能是由于在工艺中出现的问题影响了纱线的断裂强力。在一定的捻系数下，当纱线粗细相同时，捻度必然也相同。当粗纱捻度一定时，后区牵伸倍数越大，牵伸纱条局部分裂几率也就越大，对纤维控制也就越差，纱线的条干越差，细节就越多，从而导致纱线的强力下降。而后区1.5倍牵伸的纱线在捻系数420以前，稍大于1.3和1.4倍的，可能是因为粗纱的条干不匀，导致细纱偏粗，强力偏大。

图1　五种捻系数和不同后区牵伸倍数对断裂强度的影响

捻系数由380增加到420时，各混纺比的断裂强度几乎都呈现增大趋势；由420增加到460时，后区牵伸倍数为1.2、1.4、1.5的纱断裂强度变化趋势相同：先下降趋势再上升，而1.1和1.3倍的先稍微上升再下降，转折点均为440。由此可见，当捻系数选择420左右时，各种混纺比的混纺纱都具有较大的断裂强力。因此按纱线断裂强度来推测混纺纱的临界捻系数可能是420，此时的断裂强力达到最大。由表4可知，捻系数对于纱线的强力影响显著。加捻可使纤维产生预应力，纤维间抱合增大，有利于强力提高；但是捻回角的增大，使纤维的承力在纱轴方向上的分力减少，影响纤维强力的有效利用。

2.3.2混纺纱断裂伸长率分析

由表5知，捻系数对纱线断裂伸长影响显著，后区牵伸倍数对纱线断裂伸长影响不显著。故在考虑断裂伸长时，只需要考虑捻系数对其的影响即可。由图2可知，捻系数从380到420的过程中，牵伸倍数为1.1、1.2、1.4、1.5时，断裂伸长随着捻系数增加的同时也增加，当从420以后，他们的断裂伸长，随着捻系数的增加，断裂伸长减小。而牵伸倍数为1.3倍的，捻系数在从400到440，断裂伸长减小，而在捻系数为440以后，断裂伸长又开始增大。这可能是因为，在开清棉工序中，混纺的不均匀，高强低伸的涤纶含量过高，导致这部分细纱的成分变化较大，或者是因为粗纱的条干不均，造成这部分纱线的捻度不匀，捻度过高，纱线中纤维间抱合比较紧密，从而影响了纱线拉伸断裂伸长、纱线纤维间的滑脱伸长也比较短。

图2　五种捻系数和不同后区牵伸倍数对断裂伸长率的影响

2.3.3混纺纱有害毛羽分析

由表6可知，捻系数和后区牵伸倍数都纱线毛羽影响都呈显著性，因此分析有害毛羽时都需要考虑。从图3中可以看出后区牵伸倍数1.1、1.2、1.3、1.4、1.5倍时，其混纺纱在五个捻系数下的变化趋势相似，即当相同的后区牵伸倍数，有害毛羽数量整体都随着捻系数的增大而减小。同时，也可以发现，捻系数相同时，后区牵伸倍数越大，有害毛羽越多。后区牵伸倍数为1.1倍、1.2倍时有害毛羽较少。其原因是，在粗纱捻系数相同的情况下，后区牵伸倍数较小时，加强了对牵伸区纤维的聚合作用，降低了后牵伸区纤维的扩散程度,并提高了前牵伸区的须条紧密度，有利于减少细纱毛羽。当后区牵伸倍数为1.3、1.4、1.5时，在后区牵伸倍数一样时，随着捻系数的增加，毛羽变化折线出现部分凸兀。可能是因为，后区牵伸倍数增大了，对牵伸区的纤维控制较弱，纱线不匀，毛羽量变化也随之变化。

图3　五种捻系数和不同后区牵伸倍数对混纺纱有害毛羽的影响

2.3.4混纺纱条干分析

由表7可知，捻系数对纱线条干不匀率影响不显著，而后区牵伸倍数对纱线条干不匀率影响显著。故只要考虑，后区牵伸倍数即可。由图4知，当后区牵伸倍数为1.1倍时纱线的条干不匀率变化幅度不大，且值也较小。而其他的后区牵伸倍数，变化浮动比较大，且条干不匀率较大，特别是牵伸倍数为1.5时，变化浮动大且条干不匀值也相对的大。因为，后区牵伸倍数增大，后牵伸区纤维的扩散程度也随着增大了，从而进入前牵伸区的须条紧密度降低。在两根纤维须条由前罗拉输出(同时进入加捻“三角区”)，须条纤维由原来的与纱轴顺直平行转变与纱轴倾斜，形成角度，但是此时须条紧密度降低，因此，须条外侧的纤维就很难由从前的顺直平行进入纱条中，形成条干不匀。

图4　五种捻系数和不同后区牵伸倍数对混纺纱条干的影响

3　结　论

a) 捻系数对混纺纱线的断裂强度、断裂伸长、毛羽数量影响显著，而后区牵伸倍数显著影响混纺纱线的断裂强度、毛羽数量和条干。

b) 通过分析捻系数和后区牵伸倍数对混纺纱线的断裂强度、断裂伸长、毛羽数量，条干的影响，得出捻系数为420，后区牵伸倍数为1.1时，高强低伸涤纶/高强高模维纶/苎麻60/20/20的成纱性能最好。

参考文献：

[1] 杨祖民,于迎春,张燕,等.高强维纶混纺纱纺纱工艺探讨[J].棉纺织技术,2011(6):13-16.

[2] 苏扬,张旭东.军人的基本装备：作训服[J].装饰,2008(1):30-31.

[3] 施楣梧.新一代军服面料的结构和性能[J].棉纺织技术,2008,36(11):641-644.

[4] 李成.武警07式新作训服及其防护功能[J].中国个体防护装备,2007(6):45-46.

[5] 施楣梧,任鹏飞.高强维纶的结构和性能[J].中国纤检,2011(7):76-77.

[6] 毛萃萃,张弦,王廷荣.捻系数和毛羽值与棉纱强力的相关性分析[J].现代纺织技术,2012(1):1-2,15.

[7] 何远方.细纱后区牵伸倍数对成纱质量的影响[J].上海纺织科技,2012(1):22-23.

[8] 宗序平.概率论与数理统计[M].2版.北京：机械工业出版社，2007:125-129.

(责任编辑：许惠儿)

收稿日期：2015-03-23

作者简介：郭昌盛(1988-)，男，河南驻马店人，硕士研究生，研究方向：纺织纤维改性及功能性纤维材料。

中图分类号：TS195.644

文献标志码：A

文章编号：1009-265X(2016)01-0018-05

Study on Performance of High-Strength Low-Stretch Polyester/Ramie/High-Strength and High-Modulus Vinylon Blended Yarn

GUOChangsheng1,YANGJianzhong1,CAIYingjie2

(1.School of Textiles and Materials, Xi’an Polytechnic University, Xi’an,Shanxi 710048; 2.College of Textile and Garment, Hebei University of Science and Technology, Shi Jiazhaung, Hebei 050000 China)

Abstract：To know the influence of back-zone draft ratio and yarn twist factor on resultant yarn quality in high-strength low-stretch polyester / high strength and high modulus PVA / ramie blending process, high-strength low-stretch polyester / high strength and high modulus PVA / ramie (60/20/20) were blended and dual-factory and five-level scheme was adopted to spin 25 kinds of 20tex yarns. Breaking strength, elongation at break, harmful hairiness and evenness index of yearns were tested. Then, the optimum twist factor and back draft ratio were gained by non- repeated two-factor variance analysis. The results show that: the best twist factor of this blended yarn is 420, and the best back-zone draft ratio is 1.1.

Key words：high-strength and high-modulus Vinylon; blended yarn; twist factor; back-zone draft ratio