抗紫外短纤纱可纺性及纱线性能浅析

贾君君，李世君，路 广，史利梅,2，雷青松

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900；2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900)

应用技术

抗紫外短纤纱可纺性及纱线性能浅析

贾君君1，李世君1，路 广1，史利梅1,2，雷青松1

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900；2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900)

采用合适的纺纱工艺，对抗紫外短纤产品进行了纺纱试验研究。结果表明：抗紫外短纤具有优良的可纺性；抗紫外纱线越粗，纱线的强度和毛羽值越高，断裂伸长和摩擦系数无明显变化；纱线纤维表面的粗糙程度会提高纱线的断裂强度及摩擦系数，在此类产品纺纱时应选用抗静电和耐磨专件。

纺纱 抗紫外纤维 性能 纤维表面

紫外线是指波长100～400 nm的电磁波，人类接受适量的紫外线照射对身体是有益的，但过量的紫外线照射会使人皮肤过早老化，严重的会诱发皮肤癌甚至DNA损坏。近年来，由于地球大气臭氧层遭到破坏，地球表面的紫外线辐射量大大增多，因此抗紫外纺织品的需求日益增加，这给纺织品的生产和开发带来了机遇和挑战[1-5]。本文主要基于仪化公司20K 1.33 dtex×38 mm抗紫外短纤产品(批次为Y2008Z1208)，采用纺纱设备对其进行了纺纱试验，通过清梳联、并条、粗纱和细纱工序纺制抗紫外纱线，并对抗紫外短纤可纺性能及纱线性能进行了探究。

1 试 验

1.1 试验材料

仪化公司20K抗紫外短纤产品，其纤维物理指标如表1所示。

表1 20K抗紫外短纤纤维物理指标

续表-1

1.2 试验设备

梳棉机，TC5-1型，特吕茨施勒；

并条机，TD8型，特吕茨施勒；

粗纱机，DSro-01型数字式小样粗纱机，天津嘉诚；

细纱机，DSSP型数字型小样细纱机，天津嘉诚。

1.3 试验过程

本试验过程包括20K抗紫外短纤的纺纱、纱线性能测试分析两部分。

1.3.1 抗紫外短纤纺纱

(1) 纺纱工艺流程：

抗紫外短纤→清梳联工序→并条工序→粗纱工序→细纱工序

(2) 主要纺纱工艺

清梳联工序中，控制试验温度在22～24 ℃，湿度为60%RH～68%RH；梳棉牵伸倍数设置为73，打手效率75%，输出棉条定量为4.5 ktex，棉箱压力为209～235 Pa，棉层厚度ICFD为0.91～0.97 mm[6-7]。

并条工序控制试验温度在22～24 ℃，湿度为58%RH～65%RH，共采用两道并条，并合根数均为8根，出条速度400 m/min。其中一道并条牵伸倍数设置为8.25，后区牵伸倍数为1.8，棉条定量为4.4 ktex；一道并条棉条定量平均值为4.397 ktex，CV值为0.47%，牵伸效率为98.76%。二道并条牵伸倍数设置为8.28，后区牵伸倍数为1.23，棉条定量为4.3 ktex；二道并条过程中棉条定量平均值为4.317 ktex，CV值为0.45%，波动相对较小，牵伸效率为98.17%。

粗纱工序过程中，试验温度为26～28 ℃，湿度为60%RH～62%RH，粗条定量为480 tex，锭翼转速控制在500 r/min，落纱速度为350 r/min，牵伸倍数为9.31，其中前区1.10，后区为1.30，捻系数为75，罗拉隔距块为7 mm时，粗纱牵伸顺利，成形良好。

细纱工序试验控制温度为28～30 ℃，湿度为55%RH～63%RH。细纱工序共纺出五种细度的细纱即：14.8 tex、16.9 tex、19.7 tex、21.1 tex、23.6 tex，捻系数控制在340～360，纺纱速度均控制在11 000 r/min左右。

1.3.2 纱线性能测试分析仪器与方法

在标准温湿度下，将纱线放置24 h进行预调湿[8]。

纱线线密度测试：采用YG086型缕纱测长机，测试纱线线密度，多次测量求平均值。

纱线强度测试：采用YG063T型全自动单纱强力仪测试纱线单纱强伸度,设置张力系数为0.5 cN/tex，拉伸速度为500 mm/min。

纱线条干与毛羽测试：采用ME100型USTER条干仪及毛羽模块测试纱线和棉条条干均匀度及纱线毛羽指标，选择使用合适的乌斯特公报作为参照，测试速度设为50 m/min，测试时间5 min。

纱线摩擦系数测试：采用USTER ZWEIGLE摩擦仪5测试纱线摩擦系数，测试速度为200 m/min，测试时间30 s。

纱线表面电镜分析：使用STEREOSCAN 440型扫描电子显微镜(SEM)对纱线纤维的表面结构进行分析，截取一小段纱线进行解捻，分离出单根纱线，将纤维伸直放置于载玻片上，在载玻片上下两端放置一定的导电胶，同时对纤维进行固定，对载玻片上的纤维进行喷金，试样制成，将样品放于载物台上进行扫描、拍摄图片。

2 结果与讨论

2.1 抗紫外短纤纺纱性能研究

清梳联工序中，棉网清晰均匀，棉网动电压(25～30 V)较小，牵伸倍数波动为±10%，生条条干均匀，成形良好；并条工序中，生头较容易，棉条蓬松，牵伸力偏大，牵伸效率较常规涤纶低；粗纱工序中，生头比较困难，纺纱过程中出现断头、缠辊、粗节、飘头和牵不开现象，牵伸倍数由9.2调至9.31，调整后区牵伸倍数由1.28至1.40最终至1.30，调整锭翼速度由600 r/min至500 r/min，捻系数由65调至75，罗拉隔距块由6 mm调至7 mm，调整温度由23 ℃至26 ℃最终至28 ℃，调整后生头容易，牵伸顺利，成形良好；细纱工序过程中有白粉脱落物，飞花毛羽较多，但纺纱过程顺利，无缠辊、断头现象。

表2、表3为抗紫外短纤和常规涤纶短纤纺纱过程中棉条、纱成形的主要质量指标，其中常规涤纶短纤采用与抗紫外短纤相近的纺纱工艺在相同的环境下进行纺纱。

表2 抗紫外短纤纺纱过程中成形质量指标

由表2可以看出，抗紫外短纤清梳联、并条工序棉条和粗纱条干不匀均小于3%，条干不匀CV值均小于4%，这与常规涤纶纺纱过程中的成形质量保持在相近水平；抗紫外短纤并条工序二并过程中棉条的条干不匀与CV值分别为1.54%与1.95%，成形质量明显高于常规涤纶短纤。

表3 抗紫外细纱成纱质量指标

从表3可知，抗紫外细纱的条干不匀率低于常规涤纶纱线，千米粗节数、细节数、棉结数明显少于常规涤纶纱线，其中常规涤纶的-40%千米细节数是抗紫外纱线的2.12倍,因而抗紫外纱线的成纱质量优于常规涤纶纱线。

2.2 纱线性能分析

表4为抗紫外纱线和普通涤纶纱线的主要性能指标值，其中常规纱线由常规涤纶短纤产品采用与抗紫外短纤相近的纺纱工艺纺制而成，纱线指标也在相同测试环境中测得。

表4 纱线性能指标值

从表4中可以看出抗紫外纱线的强度较常规涤纶纱线高，五种细度的纱线断裂强度均在3.5以上，较常规涤纶高4%以上；成纱强度利用系数在0.61～0.66，比常规涤纶高20%左右；抗紫外纱线的断裂伸长率在13.4%～13.9%,与常规涤纶纱线相比差别不大；纱线与金属间的摩擦系数在0.36～0.37，比常规涤纶纱线高12%左右；纱线的毛羽值也明显高于常规涤纶纱线。

图1、图2、图3分别根据不同纱线细度的断裂强度与CV值、不同细度纱线的断裂伸长与CV值、不同细度纱线的毛羽与CV值绘制而成的折线图。由图1可以看出，抗紫外纱线越粗，纱线的强度越高，强力不匀率越低。纱线作为纤维的集合体，其拉伸断裂过程中也取决于纤维的断裂过程，所以纤维的长度、细度、强度、根数等都会影响纱线的拉伸断裂强度。纱线越粗表明分布在纱线截面上的纤维根数越多，纤维之间的抱合力也就越大，在纱线拉伸断裂过程中纤维之间越不容易滑脱，同时纤维在纱内外层转移的机会增加，各根纤维的受力比较均匀，共同承受拉力的纤维根数也越多，纱线越不容易被拉断，因而成纱强度越高。

图1 不同细度纱线的断裂强度与CV值

图2 不同细度纱线的断裂伸长与CV值

从图2可以发现，抗紫外纱线变粗，其断裂伸长程度变化不大，伸长不匀率越小；纱线的断裂伸长程度一般取决于纤维的断裂伸长和纱线的结构。对单纱而言，加捻使纱线的结构紧密、纱线中纤维滑移的可能性减小、纤维伸长变形增加，当捻系数增加时，纱线中纤维的倾斜变形程度增加，纱线被拉伸时有被拉直、变细的趋势，从而纱线的断裂伸长率增加。抗紫外纱线的纱线捻系数都控制在相近水平，所以其断裂伸长率无明显变化。

由图3不难得出，随着纱线粗细程度的增加，纱线毛羽值和毛羽不匀率都有所增加。纱线的毛羽多是在细纱工序牵伸和加捻过程中产生的，纱线毛羽值是指单位长度纱线表面超过一定长度的毛羽数量，纱线越粗，单位长度纱线的表面积也就越大，毛羽越多，因此纱线毛羽值也越大[9]。

2.3 纱线摩擦性能及纤维表面结构分析

图4是根据不同细度纱线的摩擦系数与CV值绘制而成的折线图，不同细度纱线的摩擦系数基本相近且都在0.35以上，摩擦系数不匀率有所波动；纤维间的摩擦是纤维形成并维持纤维集合体稳定结构的关键因素，纱线中纤维间的摩擦使纤维空间位置和纱线结构保持相对稳定，如果没有纤维间的摩擦，整个纺织品体系将无法形成。纱线摩擦系数主要取决于纤维表面形态和纱线的加捻程度，抗紫外纱线所用纤维属于同一品种且纱线加捻程度相近，从而其摩擦系数保持在相近水平。

图4 不同细度纱线的摩擦系数与CV值

对纤维表面结构做了扫描电镜(SEM)分析，如图5所示，a、b分别为放大1 000倍下的纤维表面电镜图。

从图5电镜图可以发现，与常规涤纶纤维相比，抗紫外纤维表面不是很光滑，具有细小的条纹。由于纤维的表面比较粗糙，纤维之间摩擦力比较大，从而纤维之间的抱合力较大，纱线在拉伸断裂时不易发生形变和断裂，即纱线的断裂强度较大；纱线的表面由处于外层纤维组成，纤维表面较粗糙，从而纱线与金属间的摩擦系数较大,明显高于常规涤纶纱线。纤维表面粗糙，在纺纱过程中纤维与机件间的摩擦力也较大。

(a) 抗紫外纤维

(b) 常规涤纶纤维

并条工序中牵伸力大是由于纤维与并条机机件间的摩擦力较大，从而牵伸效率较常规涤纶低：抗紫外短纤并条工序中一并牵伸效率为98.76%，二并牵伸效率为98.17%，而常规涤纶短纤的牵伸效率均在99%以上。粗纱工序过程中出现断头缠辊的原因是由于纤维与皮辊间的摩擦力过大，牵伸过程中需要较大牵引力，所以粗纱工序中增大牵伸倍数，降低锭翼转速，增加纱线的加捻系数后纺纱正常，粗纱过程中也产生了一定量的静电。细纱工序过程中，抗紫外短纤产生的白粉状脱落物较常规涤纶多，也是由于纤维表面粗糙，纱线与导纱钩、钢丝圈间的摩擦力较大，在高速纺纱时纱线表面的细小颗粒脱落形成的。在生产此类产品时应选择使用具有抗静电功能和耐磨性好的纺纱专件，提高运行效率。

3 结 论

a) 对抗紫外短纤试纺，表明其具有良好的可纺性，与常规涤纶短纤相比处于相近水平。

b) 对抗紫外纱线进行了性能测试分析，抗紫外纱线断裂强度、摩擦系数和毛羽值均显著高于常规涤纶纱线，断裂伸长程度与常规涤纶纱线差别不大。

c) 对纱线的表面形态进行了扫描电镜分析，纱线纤维表面粗糙将提高纱线的断裂强度和摩擦系数。

d) 在生产此类产品纺纱过程中，纤维和纱线与纺纱机件间的摩擦较大，易产生静电，应选择使用具有抗静电功能和耐磨性好的纺纱专件。

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Studyonthespinnabilityandperformanceofanti-UVstaplefiberyarn

Jia Junjun1，Li Shijun1，Lu Guang1，Shi Limei1,2，Lei Qingsong1

(1.ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreCo.，Ltd.，YizhengJiangsu211900,China； 2.JiangsuKeyLaboratoryofHighPerformanceFiber，YizhengJiangsu211900,China)

Suitable spinning process was used by anti-UV staple fiber products to spinning in this experiment. The results show that anti-UV staple fiber have excellent spinnability; The thicker the anti-ultraviolet yarn, the higher the strength and hairiness of the yarn, but the degree of elongation at break and the friction coefficient of the yarn have no obvious changes; The roughness of the yarn fiber surface may improve the strength of the yarn and the friction coefficient of the yarn, anti-static and wearable special components would be a good choice in such products spinning.

spinning; anti-UV fiber; performance; fiber surface

TQ342

B

1006-334X(2017)04-0038-05

2017-08-09

贾君君(1989-)，女，河南周口人，硕士研究生，助理工程师，主要从事化纤应用研究。