转杯纺纺制纯聚酰亚胺纱工艺研究

2020-08-26李俊玲张小云

纺织器材 2020年4期

丁倩，李俊玲，潘涛，江慧，张小云，汪军

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.中国纺织科学研究院江南分院，浙江绍兴 312071)

0 引言

聚酰亚胺纤维因酰亚胺环特征结构的存在，其热稳定性、介电性能、生物相容性较高，具有耐高温辐射、高强高模等优异性能[1]。由于技术垄断等因素使其价格较高，影响了聚酰亚胺纤维服用及装饰用产品的开发[2]。陈培玉等曾采用环锭纺技术将聚酰亚胺纤维和粘胶纤维进行混纺，试织7种不同混纺比纱线的织物，通过对其进行热学性能、力学性能和舒适性能等测试分析，得出粘胶纤维/聚酰亚胺纤维在30/70的混纺比例下模糊综合评价指标较高的结论[3]；贺梦娟等曾以聚酰亚胺长丝为原料，采用空气变形方法制备出聚酰亚胺空气变形纱，并对不同超喂比的聚酰亚胺长丝空气变形纱进行了力学性能分析、纱线结构形态观察等研究，探索适合的加工参数[4]；付立凡曾采用赛络纺技术纺制了聚酰亚胺纱线，为减少聚酰亚胺纤维的摩擦对其进行了喷油雾处理[5]，但由于细纱工序的影响因素众多，因此成纱质量很难保证稳定。

笔者利用转杯纺技术开发棉型聚酰亚胺纤维的纱线产品，为探索其可纺性，扩大转杯纺纱产品品种。在对假捻盘和分梳辊组合进行优选的基础上，使用正交试验方法对转杯纺工艺进行优化，最终得到适合的纺纱工艺参数。

1 分梳辊和假捻盘组合优选

1.1 原料性能

长春高崎聚酰亚胺材料有限公司棉型聚酰亚胺纤维，长度为38 mm，线密度为1.67 dtex，密度为1.44 g/cm3，断裂强度为3.1 GPa，伸长率为2%。

1.2 纺纱条件

试验选用DHU Z01型转杯纺纱试验机，转杯直径为54 mm，分梳辊直径为65 mm，纺纱设计的线密度为36.4 tex，熟条定量为14.5 g/(5 m)，设计捻系数为330，转杯转速为40 kr/min，分梳辊转速为4 kr/min，实验室温度为20 ℃。

1.3 分梳辊和假捻盘型式规格

选用3种分梳辊和2种假捻盘，组合得到6组试验方案。分梳辊用齿条参数见图1和表1，假捻盘参数见表2[6]。

表1 不同型号分梳辊参数

表2 不同类别假捻盘参数单位：mm

1.4 纺纱试验设计与结果

试验方案设计见表3，6个方案均在恒温恒湿标准环境下进行测试。选取9项指标评定各方案成纱质量：3 mm毛羽根数、条干CV值、细节、粗节、棉结、断裂强力、断裂功、伸长率和伸长CV值[7]。

表3 试验设计方案

采用YG172型毛羽测试仪，每管纱线测量10次，每次测量长度为10 m，取平均值。采用YG061-1500型电子单纱强力仪，测量长度为500 mm，测试速度为500 mm/min，每管测试10次，取平均值。采用YG135G型条干均匀度测试分析仪，测试长度为50 m，每管测试10次，取平均值。各方案测试结果见表4。

1.5 模糊决策排序

采用Borda数法[8]，论域U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}={A，B，C，D，E，F}；团体X={毛羽，条干，细节，粗节，棉结，断裂强力，断裂强力CV值，断裂功，伸长率，伸长CV值}。根据对各指标的权重分配数据，得到各方案的Borda数为U1=1.46，U2=2.06，U3=3.32，U4=4.22，U5=2.62，U6=0.74，重新排序结果为U4，U3，U5，U2，U1，U6，即D组合的纺纱质量最优。

表4 不同方案试纺纱线质量指标

2 正交试验设计

2.1 试验条件

利用转杯纺纱优选结果，选用OK40型分梳辊和陶瓷螺旋假捻盘进一步做纺纱试验。

2.2 试验设计

在转杯纺纱工艺参数配置中，捻系数a、转杯速度b及分梳辊速度c是影响成纱质量最重要的工艺参数[9]。故选择此3者作为试验因子，确定水平编码表和实验安排，见表5和表6。

表5 正交试验水平编码

表6 转杯纺工艺参数正交试验

采用正交表直观分析法分析表6，可得出影响纱线指标的因素顺序和最佳纺纱工艺，见表7。

表7 纱线指标影响因素排序和最佳工艺组合

由表7可知，影响纱线性能5个首要指标中a，b各占2组，c占1组；次要指标a占2组，c占2组，b占1组；综合影响纱线性能的因素顺序为a→b→c。最佳工艺组合中，a因素中水平2占3个指标，b因素的水平3占3个指标，c因素的水平2也占了3个指标；综合考虑最佳纺纱工艺组合为a2b3c2，即捻系数为370，分梳辊转速为6 kr/min，转杯转速为45 kr/min。