自捻纱的拉伸力学性能

2017-05-17高秀丽吕立斌

纺织学报 2017年3期

关键词：环锭双组分腈纶

崔红，高秀丽，张伟，吕立斌

(1. 盐城工学院纺织服装学院，江苏盐城 224000； 2. 河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007)

自捻纱的拉伸力学性能

崔红1，高秀丽2，张伟1，吕立斌1

(1. 盐城工学院纺织服装学院，江苏盐城 224000； 2. 河南工程学院纺织学院，河南郑州 450007)

针对自捻纱断裂强力和断裂伸长率较低的问题，通过对同种原料自捻纺纱线和环锭纺纱线的拉伸力学性能进行对比，讨论了适合自捻纺纱的纤维和必须经过复合才能进行自捻纺纱的纤维以及对纤维配比的要求。与环锭纺纱线相比，羊毛、腈纶、涤纶自捻纱的断裂强力依次降低81.25%、49.33%、31.39%。涤纶、腈纶等纤维能直接采用自捻纺加工方式，而羊毛和苎麻不能直接采用自捻纺纱，必须和其他原料复合自捻。分别对毛/涤纶、麻/涤纶、腈纶/涤纶双组分复合自捻纱进行拉伸力学性能分析，结果表明，要使纱线拉伸性能符合要求，2种原料的组分中涤纶纤维含量需满足：毛/涤纶纱中占60%以上，麻/涤纶纱中占71%以上，但腈纶/涤纶纱的纤维配比不受限制。

自捻纱；结构特征；断裂强力；断裂伸长率；纤维配比

纱线的拉伸性能是纱线主要质量指标之一，不仅会影响纱线的使用和产品的风格，而且会对纺织加工工艺以及生产效率有很大的影响[1]。目前对传统环锭纺纱中的纯纺纱拉伸性能的研究较少，而集中于2种组分或3种组分复合或混纺纱拉伸性能的研究较多[2]。文献[3]不仅对双组分混纺纱的理论强力[4]进行了预测，而且对双组分混纺纱的伸长率和组分纤维本身的伸长性能、混纺比之间的关系进行了理论研究，得出了重要的关系式，并进行了实验验证。在对双组分混纺纱理论结果进行实践研究中，有对苎麻长纤维与棉的混纺研究[5-6]，还有对棉混纺纱强伸性能的研究[7]。除混纺纱外，通过研究双组分复合纱的拉伸性能,不仅建立了双组分复合纱力学模型[8]，而且建立了三组分复合纱力学模型[9]，研究了转杯复合纱的拉伸性能[10]。混纺或者复合纺纱实质上都是从纤维性能优势互补的角度出发，获得具有良好纱线性能的途径。

由于自捻纱的结构特性，纱线中存在弱捻区，自捻纱的断裂强力和伸长率都比较低。本文将从自捻纱与环锭纱不同的拉伸性能特点入手，通过讨论不同组分纤维复合自捻纱的拉伸性能来研究自捻纱的力学性能。

1 实验方案

采用腈纶、涤纶、羊毛分别纺制50 tex的自捻纱和环锭纱。苎麻由于纤维长度的关系只纺制50 tex自捻纱。苎麻、羊毛、腈纶、涤纶的线密度分别为10 000、 6 000、4 000、2 600 tex。纤维的基本物理性能如表1所示。由不同纤维纺制成相同线密度的自捻纱和环锭纱，其相应的力学性能见表2。环锭纱的捻度和自捻纱的自捻捻度相同。自捻纱在S300型自捻纺纱机上纺制，环锭纱在小型细纱机上纺制。表3示出计算出的自捻纱和环锭纱的纤维强力利用率。分别用不同的纤维与涤纶进行双组分复合，得到毛/涤纶、腈纶/涤纶和麻/涤纶自捻纱。表4示出双组分复合自捻纱的纤维比例及力学性能。

表1 不同纤维组分的性能Tab.1 Properties of different fibers

表2 自捻纱与环锭纱的力学性能对比Tab.2 Comparison in mechanical properties between self-twist yarn and ring spun yarn

表3 自捻纱及相应环锭纱的强力利用率Tab.3 Strength utilization ratio of self-twist yarn and ring spun yarn

表4 自捻纺复合纱纤维比例及力学性能Tab.4 Fiber ratio and mechanical properties of self-twist composite yarns

注：自捻纱线密度均为50 tex；纺纱速度为200 m/min。

2 结果与讨论

2.1 自捻纱与环锭纱的力学性能比较

从表1、2数据可知，自捻纱断裂强力均小于环锭纱，羊毛、腈纶、涤纶与相同原料相同线密度环锭纱相比分别降低81.25%、49.33%、31.39%。羊毛纤维自捻纱断裂强力和环锭纱相比降低幅度最大，这是由于羊毛纤维长度最短。环锭纱的强力CV值小于自捻纱，原因是环锭纱加捻是单向螺旋排列，而自捻纱加捻为Z捻向和S捻向交替加捻，2个加捻区由于捻向变换存在弱捻区且存在捻度不匀的情况。由表2可知，自捻纱断裂伸长率均小于环锭纱，断裂伸长率羊毛、腈纶、涤纶与相同原料相同线密度环锭纱相比分别降低276%、349%、113%。下降幅度很大，且伸长率CV值有较大增加。

根据表1、2中纤维、自捻纱、环锭纱的断裂强力，可计算出纱线的纤维强力利用率I[2]。纤维强力利用率是指纱线断裂强力与纱线横截面单纤维强力之和的比值，用百分率来表示，是衡量不同结构纱线中单纤维强力利用程度的指标。纺纱方法不同，所形成的纱线结构不同，则纱线中纤维强力利用率也会不同。I的计算公式为

(1)

式中：Qy为纱线断裂强力；Qf为纤维断裂强力；n为纱线截面内纤维根数，等于纱线线密度与纤维线密度的比值。

如表3中所示，自捻纱的I值均低于传统环锭纱，环锭纱的I值一般都达到40%以上，羊毛、腈纶、涤纶自捻纱与环锭纱相比，强力利用率分别降低了165.6%、80%和31.7%。其中羊毛自捻纱I值下降最多，原因是羊毛平均长度较短和断裂强力较低。几种自捻纱的强力利用率中较大的为涤纶自捻纱和腈纶自捻纱，分别达到了32.5%和24%，较小的为羊毛自捻纱和苎麻自捻纱，仅为16.0%和15.4%。

综上，自捻纱的力学性能明显低于环锭纱，加上较低的纤维强力利用率I仅为15%～35%，故自捻纱仅在针织上有所使用。根据Uster2007公报，线密度为50 tex精梳毛纱的95%水平公报值，断裂强力≥283 cN，断裂伸长率≥6.4%。由表2可知，腈纶和涤纶自捻纱断裂伸长率>6.4%，羊毛和苎麻自捻纱有很低的断裂伸长率，分别为1.33%、1.85%，故只有腈纶和涤纶适合自捻纯纺，羊毛和苎麻仅能和其他纤维复合自捻纺纱。分别选择毛/涤纶、麻/涤纶、腈纶/涤纶复合自捻来研究双组分复合自捻纱的力学性能。

2.2 双组分复合自捻纱的力学性能

根据表4中数据，各组分纤维纯纺自捻纱的SA、SB、εA、εB(2种组分的断裂强力和断裂伸长率，A为断裂伸长较小的组分，B为断裂伸长较大的组分)可由表中数据得出。根据HAMBUREGER[3]的研究结果，双组分复合自捻纱的拉伸性能符合其特征，即：S=max{S1，S2}。当双组分复合自捻纱拉伸到A组分断裂、伸长到εA时对纱线贡献一部分强力，据此强力值可计算毛/涤纶、麻/涤纶、腈纶/涤纶双组分自捻纱的SB′分别为83.11、115.61、408.7 cN，则由HAMBUREGER的公式得到3个品种的临界复合比bC分别为：

(2)

(3)

(4)

以上所求数值为纱线强力最低时对应的双组分复合自捻纱中的涤纶含量。在纺制复合自捻纱时，应避开此比例纺纱。根据文献[4]中双组分混纺纱断裂伸长率ε的计算公式：

(5)

式中b为B组分的混纺比。可根据式(2)～(4)所求的临界复合比和式(5)计算双组分复合自捻纱的理论伸长值。毛/涤纶、麻/涤纶、腈纶/涤纶复合自捻纱断裂强力实验点、拟合曲线和理论曲线见图1。毛/涤纶、麻/涤纶、腈纶/涤纶复合自捻纱断裂伸长率实验点、拟合曲线和理论曲线见图2。

图1 复合纱的断裂强力实验点、拟合曲线与理论曲线Fig.1 Test points, theoretical curves and fitting curves of breaking strength of composite yarns.(a)Wool/polyester; (b)Ramie/polyester; (c)Acrylic/polyester

图2 复合纱的断裂伸长率实验点、拟合曲线与理论曲线Fig.2 Test points, theoretical curve and fitting curves of breaking elongation of composite yarn.(a)Wool/ polyester; (b)Ramie/polyester; (c)Acrylic/polyester

根据复合自捻纱断裂强力、断裂伸长率拟合曲线，可获得其曲线拟合方程和相关系数平方。

毛/涤纶复合自捻纱的断裂强力曲线拟合方程为

Y=117.086 7-2.294 5X+0.078 65X2

相关系数平方为0.992 1。其断裂伸长率曲线拟合方程为

Y=1.226 8+0.002 89X+9.533 3×10-4X2

3 结论

自捻纱的断裂强力和断裂伸长率都远远小于同线密度的环锭纱。由于涤纶和腈纶具有较长的纤维长度和较高的纤维断裂强力，故这2种纤维可进行自捻纯纺。而苎麻和毛纤维必须通过复合自捻成纱方式才能使所纺纱线达到要求。经过对毛/涤纶、麻/涤纶、腈纶/涤纶复合自捻纱的力学性能进行分析，要使纱线拉伸性能符合要求，2种原料的组分中涤纶纤维含量需满足：毛/涤纶中60%以上，麻/涤纶中71%以上，腈纶/涤纶中任何比例均可。

FZXB

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Tensile properties of self-twist yarns

CUI Hong1, GAO Xiuli2， ZHANG Wei1， LÜ Libin1

(1.CollegeofTextilesandClothing,YanchengInstituteofTechnology,Yancheng,Jiangsu224000,China;2.CollegeofTextiles,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China)

In view of the problem of lower breaking strength and elongation of self-twist yarns, the fibers and those after being combined with other fibers suitable for self-twist spinning and fiber ratio were discussed, by comparing the breaking properties of self-twist yarns with that of ring spun yarns made by the same fibers. In comparison with the ring spun yarns, breaking strength of wool, polyester, acrylic self-twist yarn decreased by 81.25%, 49.33%, 31.39%, respectively. Polyester and acrylic fibers can be used directly for the self-twist spinning, but wool and ramie can′t be used directly and must be compositely twisted with other fibers. Results of mechanical properties of wool/polyester, ramie/polyester, acrylic/polyester composite self-twist yarn show that polyester fiber percentage should reach 60% or above in wool/polyester composite self-twist yarn to meet the processing requirement of afterward procedure, and for ramie/polyester it should reach 71% or more, with no limit for acrylic/polyester.

self-twist yarn；structural characteristic；breaking strength；breaking elongation；fiber composition

2015-11-10

2016-10-10

江苏省高校自然科学基金面上项目(15KJB430032)

崔红(1972—)，女，副教授，博士。主要研究方向为纺纱原理及应用。E-mail:cuih72@163.com。

10.13475/j.fzxb.20151102705

TS 134.7