环锭旋流喷嘴纺麻混纺纱的性能

晏 江， 邱 华

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

环锭旋流喷嘴纺麻混纺纱的性能

晏 江， 邱 华

(生态纺织教育部重点实验室(江南大学)， 江苏 无锡 214122)

为改善麻纤维因自身性能缺陷与传统纺织工艺局限性所导致的成纱毛羽问题,将旋流喷嘴纺纱技术应用于精细化亚麻/长绒棉/天丝和大麻/棉/粘胶2种混纺纱的纺制，选择适当的细纱工艺参数并测试成纱后的主要性能指标。结果表明：当旋流喷嘴中通入的气流压强为0.1 MPa时，亚麻混纺纱的有害毛羽数量相对于传统环锭细纱降低了89.9%，压强为0.05 MPa时，大麻混纺纱的有害毛羽数量降低了99%；显微镜下2种混纺纱线的纱体结构紧密，纤维排列整齐，纱线表面光洁，大麻混纺纱中的黑色粘胶长丝均匀包裹在纱体表面，使得纱线色泽更为均匀；纱线断裂强力与条干不匀率稍有降低，但变化不明显。

亚麻； 大麻； 混纺纱； 旋流喷嘴纺； 毛羽

我国麻类资源丰富，种植地域广阔，品种繁多，有亚麻、大麻、苎麻、黄麻、红麻、罗布麻等。亚麻纤维具有吸湿透气、天然抑菌及抗紫外线等优点，其应用涉及许多领域[1-2]。大麻纤维作为重要的纺织原料，具有良好的吸湿性、抑菌性和防紫外线等功能[3]。

国内麻类纺纱以湿纺为主，其流程长，对设备要求高，且难以与其他纤维混纺。近年来，有不少研究者用精细化处理后的麻纤维进行棉型化加工，与其他纤维混纺，已得到质量较好的高支纱[3-5]，但麻纤维本身存在粗、硬、纤维间不易抱合等缺点，在与其他纤维的混纺过程中，纱线产生毛羽较多，这不仅影响后续织造效率，也影响最终产品的外观、手感及舒适性。旋流喷嘴纺纱技术在纯棉纱方面的应用已较为成熟，所纺棉纱毛羽少，纱线结构紧密，织物手感丰满、挺括[6]。旋流喷嘴技术在麻类纱线方面的应用很少，本文研究将其试用于大麻和亚麻混纺纱，运用喷嘴中所通入的压缩气流作用重塑纱体结构，改善纱线表面毛羽，一方面提高麻类混纺纱的质量，提升产品档次；另一方面也扩大旋流喷嘴纺纱技术的应用范围。

1 实验部分

1.1 原料性能及指标

麻纤维的精细化加工是针对麻类纤维采用棉纺工艺时对纤维可纺性的要求而进行的。通过精细化加工，对麻纤维本身的理化性能进行改进，从多方面提高纤维的纺织加工性能。

亚麻和大麻纤维精细化工艺：先对麻纤维进行除杂和浸酸预处理，接着用高浓度碱(烧碱和纯碱)去胶质，再做双氧水漂白，最后用生物酶和化学助剂将胶质残渣处理干净，将纤维进行开松梳理即可得到精细化亚麻及大麻纤维。

对精细化处理后大麻纤维的性能测试，纤维长度的测量采用手扯法测量单纤维长度100根，取平均数。纤维线密度采用YG002C型纤维检测系统测量纤维直径，通过公式计算纤维线密度

Ntex=ρπ(d/2)2×104

式中：ρ为大麻纤维密度，1.458 g/cm3[7]；d为纤维直径,cm。纤维断裂强度和断裂伸长的测量采用YG001B型单纤维强力测试仪进行测试，预加张力为0.5 cN/tex，夹持距离为20 mm，拉伸速度为 10 mm/min，亚麻和大麻纤维各测试20组，取平均值。精细化大麻及大麻物理性能指标见表1所示。

表1 精细化亚麻和大麻的物理性能Tab.1 Physical properties of refined flax and hemp

1.2 纱线的纺制

1.2.1旋流喷嘴的安装

前期研发设计的旋流喷嘴(外观如图1所示)，由纱道和气流通道组成，安装在CZJF-5型多功能细纱机的前罗拉与导纱钩之间；纱道平行于纱线运动方向，气流通道中可通入不同压强的压缩空气[8]。

图1 旋流喷嘴安装示意图Fig.1 Swirl nozzle installation schematic diagram

旋流喷嘴减少毛羽的机制如图2[8]所示。气流从气道CO进入纱道AB，进入纱道后气流分成2部分分别向纱道的2个出口方向运动，且运动方向均为顺时针旋转(从纱线入口方向看)。沿OA运动的部分气流与纱道轴向运动方向及捻向均相反，对纱体起到一定的开松作用，该区域称为解捻区；另一部分沿OB运动的气流其轴向运动与旋转运动与纱线运动方向及捻向一致，对纱线起到包裹表面长毛羽作用，称为加捻区。

图2 旋流喷嘴减少毛羽机制图Fig.2 Mechanism diagram of swirl nozzle on reducing hairiness

解捻区与加捻区的共同作用使得纱线表面毛羽减少了[9]。这里需要明确的是解捻区长度小于加捻区，因此气流所起到的解捻作用并非是对纱线完全解捻，而是部分解捻使得纱线中较为杂乱和露出纱体表面较长的纤维充分伸直，以便于在相对较长的重新加捻区被卷入纱体中重新排列，改善纱体结构。同时，气流的作用也会吹散少量的短纤维，尤其是压强较大时会造成纱线中纤维的散失，其散失量与纱线中短纤维含量及所通气压值有关，根据此前对棉纱的实验，散失量相对较小，但也会影响成纱的强力等性能。

1.2.2纺纱过程中的技术要素

1)旋流喷嘴压强的选择。对亚麻和大麻混纺纱分别进行细纱纺纱实验，纱线成分及规格如表2所示。所得旋流纺纱线标记为试样1#和试样2#，并与普通纺纱线(试样1与试样2)作对比，但在实验前需要确定适合的压强值，旋流喷嘴所通气压较小，则达不到明显效果；而压强过大，一是纱线断头较多，二是过大的气流会吹散纤维结构，使得较短的纤维经受不住较大的压强而被吹散出去，造成纱线中纤维损失严重。麻类纤维本身存在粗、硬、纤维间抱和力差等特点，气流的作用也会对纱线的纱体结构造成一定影响，因此要综合考虑压强值的优选。选取不同压强作用于试样1和试样2，分别测试毛羽指数，计算有害毛羽(长度大于或等于3 mm的毛羽数量)指数，并测试纱线断裂强力及条干性能。不同压强下有害毛羽指数实验结果如图3所示。在确保纱线强力和条干性能符合FZ/T 32004—2009《亚麻棉混纺本色纱线》和FZ/T 32018—2014《精梳大麻棉混纺本色纱》标准中棉/麻混纺纱一等品质量要求的条件下，确定2种纱线的最优压强值(压强值大于0.20 MPa时细纱断头率较高，因此只比较小于0.20 MPa的压强值)，在本文中试样1#的压强优选为0.10 MPa，试样2#的压强优选为0.05 MPa。

表2 试样规格及参数Tab.2 Sample specifications and parameters

注：细纱实验环境条件为温度23.6 ℃，相对湿度65%。

图3 不同压力下2种纱线的有害毛羽指数Fig.3 Two kinds of yarn harmful hairinessindex under different pressure

2)适当提高纱线捻系数。据以往纺麻类混纺纱的经验，以比同品种纯棉纱捻系数提高 20～30为宜 (具体以实验条件及纱线线密度而定)，有助于提高纱线强力，减少细纱断头。

3)实验室温湿度的控制。麻纤维普遍具有吸湿、导湿、散湿快的特点，对温湿度变化敏感，且强力随回潮率波动较大，湿度过高或过低时，纤维都容易缠绕罗拉和皮辊，不利于纺纱的顺利进行[10]，因此要严格控制车间的相对湿度。由于麻纤维强力在湿状态下比干状态下高，利用空调和加湿器，调节较高的相对湿度，控制在60%～70%较为理想[11]。

1.3 纱线性能测试

1.3.1表面形貌观察

采用YG002C型纤维检测系统观察各纱线的表面形貌，均取放大10倍的纱线纵向图片进行对比观察。

1.3.2毛羽测定

采用YG172A型长岭纱线毛羽测试仪，参照FZ/T 01086—2000 《纺织品毛羽测定方法 投影计数法》测试。速度设置为30 m/min，片段长度为10 m，测试5管，每管5组。测试条件为：温度 19 ℃，相对湿度50%。

1.3.3力学性能测定

参照GB/T 3916—1997 《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》，采用YG020B型电子单纱强力机，预加张力为0.5 cN/tex，拉伸速度设置为500 mm/min，间隔长度为0.2 m，测试 5管，每管10次。测试：温度为 19 ℃，相对湿度为50%。

1.3.4条干性能测定

参照GB/T 3292.1—2008《纱线条干不匀 纺织品纱线条干不匀试验方法 电容法》，采用YG135G型条干仪检测分机，测试速度设置为400 m/min，时间为1 min，测试5管，每管2次。测试温度为19 ℃，相对湿度为50%。

2 实验结果与讨论

2.1 纱线表面形貌

通过光学显微镜观察4种纱线均放大10倍的纵向照片(如图4所示)。从图中明显可看出亚麻及大麻混纺纱在使用旋流喷嘴后纱线表面形貌的变化。

图4 亚麻及大麻混纺纱的纵向显微镜照片(×10)Fig.4 Microscopic photos of flax and hemp blended yarns(×10) (a) Sample 1; (b) Sample 1#; (c) Sample 2; (d) Sample 2#

图4(a)、(b)分别为普通亚麻混纺纱及经过旋流喷嘴作用后的亚麻混纺纱纵向照片。从中可看出，试样1的普通纱线结构松散、凌乱，表面毛羽多，尤其是长毛羽较多。经过环锭旋流喷嘴中通入的旋转气流作用后，纱线结构更加紧密，纤维的抱和作用更强，使得纱线稍细于环锭纱，且纱体表面光洁，无序毛羽较少，纱线线密度均匀度较好。图4(c)、(d)分别为普通大麻混纺纱及经过旋流喷嘴作用后的大麻混纺纱纵向形貌照。除了经过旋流喷嘴气流作用使得纱线结构更加紧密有序，纤维抱和作用更强外，还可以明显观察到纱线结构内部有几根浸有黑色原液的粘胶长丝，正由于这几根有色粘胶长丝的存在使得纱线呈现浅灰色，因此黑色粘胶长丝是否均匀地分布也影响着大麻混纺纱线色泽的均匀性。从图中可明显看到，使用旋流喷嘴所纺的纱线结构紧密，黑色粘胶长丝均匀地包裹在纱体外侧，使纱线色泽更加均匀，纱线结构紧密，表面更加光滑，而普通纱体中黑色粘胶长丝凌乱地分布在纱线表面，毛羽较多，纱体结构松散。

2.2 毛羽指数

实验所得纱线毛羽测试结果如图5所示。

图5 亚麻及大麻混纺纱的毛羽指数Fig.5 Hairiness index of flax(a)and hemp (b) blended yarn

从图5可看出，使用环锭旋流喷嘴所纺纱线的有害毛羽指数大有改善。普通纱中试样1、2毛羽数量较多，尤其是试样2的中长毛羽的数量。使用旋流喷嘴纺后试样的有害毛羽数量明显减少，通过对测试结果的统计，试样1#经过旋流喷嘴纺纱后纱线有害毛羽数量减少了89.9%，试样2#减少了99%。这是由于喷嘴中所通入的压缩空气气流对纱线起到解捻—重新伸直排列—再加捻的作用，这一作用也使得部分较短的纤维被吹散出去，剩下的较长纤维重新包裹在纱体中，使纱线结构更加紧密，抱和力更强，而表面短绒则较少。试样1#对于有害毛羽的去除效果明显，但轻微增多了1 mm长的毛羽数量，这是由于试样1#比试样2#所选用的压强值更大，在对纱线进行再加捻的过程中，较大的压强虽能更好地将长毛羽包裹在纱体里，但也易使纱体表面部分短纤维竖起。后序织造过程中，短毛羽不仅不会造成不良影响，还使得成布具有较好的手感。试样2#相较于试样2则大大降低了各长度毛羽指数。

2.3 条干与力学性能

纱线在纺织品加工及使用过程中会承受外力作用，这就要求纱线具有一定的力学性能，以保证后续织造及纺织成品使用过程的顺利。纱线的条干均匀度也是影响成布外观质量的重要因素。表3示出混纺纱的CV值及力学性能测试结果。

表3 亚麻及大麻混纺纱的CV值及拉伸力学性能Tab.3 CV value and mechanical properties of flax and hemp blended yarns

从表3可看出，对于试样1#及试样2#，使用环锭旋流喷嘴技术所纺的纱线轻微增加了原纱线的条干不匀并降低了纱线的断裂强力，但差异并不明显，仍然符合FZ/T 32004—2009和FZ/T 32018—2014标准中棉麻混纺纱一等品质量要求。原料精细化的效果、前织工艺参数设置及粗纱条干均匀度都会影响成纱的条干，调整适当的工艺参数可使条干的恶化降到最低。由图4可知，旋流纺纱线的结构更加紧密，纤维抱和作用更强，因此强力值应该更大，而测试结果显示断裂强力及伸长均有轻微降低，这是由于旋流喷嘴中通入的压缩气流在重塑纱线结构的同时也会吹散小部分较短纤维，引起纱线中纤维数量的散失，即使结构更加紧密，横截面中纤维数量的减少也会造成强力的下降。由于纱线的线密度有所降低，因此纱线强力也稍有降低，纱线强度的变化还有待研究。断裂伸长的降低是因为纱线结构更加紧密，使得纤维的相对滑移较为困难，但差异不明显，没有太大影响，通过实验参数的优化可使力学性能损失降到最低。

3 结 论

将亚麻与大麻纤维经过精细化加工后，与棉、粘胶纤维混纺，在安装旋流喷嘴的环锭细纱机设备上进行实验，测试所得混纺纱性能，得到如下结论。

1)经过旋流喷嘴作用，亚麻/棉和大麻/棉混纺纱线的表面更加光洁，纱体结构更加紧密，纤维抱和作用更强。对于大麻/棉混纺纱而言，黑色粘胶长丝的分布更加均匀，使纱线呈色更好。

2)经过旋流喷嘴作用，亚麻/棉和大麻/棉混纺纱的毛羽指数均大大降低，特别是3 mm以上的有害毛羽数量，分别减少了89.9%和99%。

3)经过旋流喷嘴作用，亚麻/棉和大麻/棉混纺纱的条干与断裂强力稍有恶化，但仍达到棉麻一等品的性能要求，且差异并不明显，可以通过调整工艺参数使强力及条干损失降到最低。

运用旋流喷嘴纺纱技术所生产的亚麻及大麻混纺纱线性能优异，短绒率低，纱线结构紧密，通过严格控制车间温湿度，合理调整工艺参数，可使旋流喷嘴纺纱技术更好地发挥优势；扩大了麻纤维的应用范围，提升了产品档次，同时也使得旋流喷嘴纺纱技术的应用更加广泛。然而所造成的纤维散失问题还有待进一步解决。

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Performanceofflaxandhempblendedyarnbasedonswirlnozzlespinning

YAN Jiang， QIU Hua

(KeyLaboratoryofEco-Textiles(JiangnanUniversity),MinistryofEducation,Wuxi,Jiangsu214122,China)

In order to solve the problem on yarn hairiness caused by hemp′s and flax′s self performance and the restriction of conventional textile technology, this paper applied swirl nozzle spinning technology in the spinning process of refined flax/long stapled cotton/tencel and refined hemp/cotton/viscose blended yarns, then chose the proper spinning parameters and tested the main performance of the yarns. The results show that the hairiness index of swirl nozzle flax blended yarn is reduced by 89.9% when the air pressure in the vortex nozzle is 0.01 MPa, and the hairiness index of hemp blended yarn is reduced by 99% when the air pressure is 0.05 MPa. Two kinds of blended yarns have closer body, neat rows of fibers and cleaning surface, the yarns are wrapped by black viscose filaments uniformly, which makes the yarn color more even. Yarn breaking strength and the uneven value slightly lower, but the change is not obvious.

flax; hemp; blended yarn; swirl nozzle spinning; hairiness

TS 114

A

10.13475/j.fzxb.20161002306

2016-10-11

2017-06-09

教育部自主科研重点项目(JUSRP51301A)；江苏省产学研项目(BY2016022-14)

晏江(1992—)女，硕士生。主要研究方向为麻纤维的加工技术及其织物的性能。邱华，通信作者，E-amil: qiuhua@jiangnan.edu.cn。