股线与单纱捻系数比对粘胶股线性能的影响

倪 洁， 杨建平， 郁崇文,3

(1. 东华大学 纺织学院， 上海 201620； 2. 东华大学 信息科学与技术学院， 上海 201620； 3. 东华大学 纺织面料技术教育部重点实验室， 上海 201620)

随着日常工作中劳动强度的提高，人们对于纺织品的持久耐用性提出了更高的要求。细纱机生产的单纱因其结构不够稳定，很难满足人们对于纱线力学性能的高要求。将几根单纱并合并赋予其一定的捻度，不仅增加了纱线中纤维的抱合力，还可提高纱线强度，改善其条干均匀度、毛羽性能，增加耐磨性。

目前，对于股线的研究着重于捻幅、捻系数比、捻向几个方面。韩祖耀[1]用捻幅衡量纱线中纤维的倾斜状态，建立了纤维变形模型，并将股线的捻系数与其光泽、捻伸性、手感、强力联系起来，得到了在不同性能要求下，股线捻系数与单纱捻系数配置的条件，计算得到的捻系数配置与实际生产大致相同。宋均燕等[2]以集聚纺棉纱为原料，设定捻系数比在0.6～1.8的范围内，得到捻系数比在1.48～1.58之间时股线强度达到最大值。对于纯羊绒单纱来说，捻系数比需达到约2.5时，才可使股线强力值最大[3]，该值与纺纱理论中的临界捻系数比1.414有一定的差距[4]。对于线密度和捻度均相同的2根单纱，Gourkar等[5]研究得到ZZ捻双股线比ZS捻双股线强力提高36.2%， Narkhedkar等[6]研究得到ZZ捻双股线比SZ捻双股线强力提高5.6%。Gourkar和Narkhedkar研究不足之处在于：股线捻度设定值单一，未能体现出股线捻度的配置与成纱的力学性能密切相关。

为改变纱线结构提高纱线内在品质，复合纺纱技术应运而生。安降龙[7]以不同线密度的2根粗纱为原料，采用赛络纺纱方式研究组分比例对于成纱强力的影响；陶丽珍等[8]用短纤纱代替赛络菲尔纺纱中的长丝，结果表明该纺纱方式可满足后续加工的要求，具有一定的可行性。捻线加工后的产品可具有与复合纱类似的特征。而在赛络菲尔纺、长丝与单纱的交捻等应用中，已经出现了不同组分单纱的合股，在纺织品多用途开发中，不同规格的单纱进行合股的需求也会越来越多。为此，本文以2根不同规格单纱合股加捻成双股线为研究对象，采用2根线密度相同但捻度不同的单纱、2根线密度不同但捻度相同的单纱、2根线密度和捻度均不相同的单纱进行合股，赋予双股线不同的捻度，探讨了双股线强伸性、毛羽及耐磨性与单纱规格和股线捻度之间的关系。

1 实验部分

1.1 实验原料

相较于天然纤维，化学纤维性质均一，长度整齐度好。为减少纤维长度、线密度不匀等纤维本身的性能对实验结果的影响，选择粘胶纤维为原料，其性能参数见表1。其中:普通粘胶粗纱的线密度为360 tex，捻度为5捻/(10 cm);莫代尔粗纱的线密度为500 tex，捻度为3.8捻/(10 cm)。原料均来自于山东联润新材料科技有限公司。

表1 纤维性能参数Tab.1 Fiber performance parameters

1.2 实验方案

采用传统环锭纺纱方式，将粗纱纺成捻向为Z捻的单纱，然后将2根单纱反向加捻为S捻股线。细纱机器采用DHU X01棉型细纱试验机，锭子转速设定为10 000 r/min；捻线机采用DHU-N01型捻线机，锭子转速设定为8 000 r/min。

实验设计时，细纱捻系数按《棉纺手册》取值在280～450之间[9]，设计的单纱规格及合股方式见表2。另外，由于本文研究的是2根不同线密度和捻度的单纱合股而成的股线，所以捻系数比(k)为股线捻系数(αt0)与2根单纱捻系数(αt1、αt2)平均值的比值，具体计算见式(1)～(4)。实验中设计捻系数比范围为0～2.3。

(1)

(2)

(3)

k=αt0/[0.5(αt1+αt2)]

(4)

式中：Nt1为单纱1的线密度，tex；Tt1为单纱1的捻度，捻/(10 cm)；Nt2为单纱2的线密度，tex；Tt2为单纱2的捻度，捻/(10 cm)；Nt0为股线的线密度，tex；Tt0为股线的捻度，捻/(10 cm)。

表2 设计单纱规格及合股方式Tab.2 Designed single yarn specification and ply method

1.3 实验测试与表征

首先，将纺好的纱线放在温度为20 ℃、相对湿度为65%的标准大气环境中调湿至少24 h后，再对纱线进行性能测试。

纱线线密度测试：参考GB/T 4743—2009《纺织品 卷装纱 绞纱法线密度的测定》，在YG086型缕纱测长仪上测试纱线的线密度。每个试样测试3次，取平均值。

单纱捻度测试：参考GB/T 2543.2—2001《纺织品 纱线捻度的测定 第2部分：退捻加捻法》，在Y331 N型捻度仪上测试单纱捻度。每个试样测试5次，取平均值。

股线捻度测试：参考GB/T 2543.1—2001《纺织品 纱线捻度的测定 第1部分：直接计数法》，在Y331 N型捻度仪上测试股线捻度。每个试样测试5次，取平均值。

纱线强伸性测试：参考GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》，在YG061F型电子单纱强力仪上测试纱线的强伸性。每个试样测试30次，取平均值。

纱线毛羽测试：参考FZ/T 01086—2000《纺织品纱线毛羽测定方法 投影计数法》，在YG-172型纱线毛羽测试仪上测试纱线毛羽。每个试样测试3次，取平均值。

纱线耐磨性测试：在Y731型抱合力机上测试纱线的耐磨性，每个试样测试15次，取平均值。

2 结果与讨论

2.1 纱线强伸性能分析

2.1.1 单纱强伸性能

在YG061F型电子单纱强力仪上测得12种单纱的强伸性能数据，结果如表3所示。可看出，莫代尔单纱力学性能明显优于普通粘胶单纱，这主要是因为莫代尔纤维的芯层结构和分子间的微晶物理交联作用，使纱线的力学性能得到增强[10]。

表3 单纱强伸性能测试结果Tab.3 Single yarn tensile test results

2.1.2 股线强伸性能分析

将实测股线线密度、捻度代入式(3)计算得到实际股线捻系数，再根据表3中实际单纱捻系数和式(4)，得到实际捻系数比，如表4所示。单纱组合A1+A2、A3+A4分别纺制了11管股线，单纱组合B1+B2、B3+B4、C1+C2、C3+C4分别纺制了9管股线。

表4 实际股线捻系数及捻系数比Tab.4 Actual strand twist coefficient and twist coefficient ratio

图1示出6种股线强伸性随捻系数比的变化。可看出，无论2种单纱线密度、捻度是否相同，股线均存在2个临界捻系数比分别位于0.7和1.5左右。图1(a)～(f)中，第1临界捻系数比分别为0.71、0.58、0.72、0.73、0.76、0.77，第2临界捻系数比分别为1.33、1.43、1.50、1.50、1.47、1.53。由图1(a)、(b)、(e)、(f)可知，当2根单纱线密度差异不大时，第1、2临界捻系数比对应的股线强力值相近。B1、B2单纱线密度相差15 tex，B3、B4单纱线密度相差10 tex，合股加捻后股线的2个临界捻系数比对应的强力值差异较大。此外，当2种单纱规格差异不大时，由图1(a)、(b)、(e)、(f)可知，当捻系数比为0～1.6时，股线的断裂伸长率与断裂强力随捻系数比变化趋势较为接近，孙晶等[11]在单纱规格相同的双股线实验中也得到了类似的结论。

图1 股线强伸性与捻系数比关系Fig.1 Relationship between strand strength and twist ratio

由于2根单纱是反向加捻，刚开始加捻时股线中的单纱会发生退捻，单纱中纤维的扭曲程度有所缓和，纤维与纱线轴向间的夹角减小，纤维轴向有效分力增加，有利于承受负荷，股线强力增加；随着捻系数比进一步增大，2根单纱间产生径向压力，纤维抱合紧密，滑脱纤维数量减少，摩擦阻力增大，进而导致第2临界捻系数比的出现。

2.2 纱线毛羽分析

选取A1+A2(2根单纱线密度、捻度均相同)、B1+B2(2根单纱线密度不同但捻度相同)、C3+C4(2根单纱线密度、捻度均不相同)组合的股线，测试其毛羽，探究单纱结构参数对股线毛羽的影响，结果如图2所示。

图2 3 mm以上股线毛羽测试结果Fig.2 Test results of hairiness of strands over 3 mm

当纱线毛羽长度大于3 mm时，将对后续织造过程产生不利的影响。由图2可知，随着捻系数比的增加，股线上有害毛羽数呈指数级下降。对于A1+A2组合股线，2根单纱大于3 mm的毛羽指数分别为0.89、0.37，当捻系数比小于0.71时，股线表面有害毛羽数甚至比单纱还多；对于B1+B2组合股线，2根单纱大于3 mm的毛羽指数分别为1.23、1.20，当其捻系数比大于0.89后，股线表面的有害毛羽数比单纱少；对于C3+C4组合股线，2根单纱大于3 mm的毛羽指数分别为1.03、1.06，当其捻系数比大于0.77后，股线表面的有害毛羽数明显比单纱少。这是因为股线刚开始反向加捻时，单纱退捻，致使单纱中的纤维松散，毛羽增多，但当股线加捻程度大时，2根单纱相互捻接，使单纱中的纤维抱合紧密，从而降低了毛羽数。总体来看，3组单纱组合为股线的捻系数比大于1时，有害毛羽数趋于0，且临界捻系数比为1.5时的股线表面有害毛羽数明显少于临界捻系数比为0.7时的股线表面有害毛羽数。

2.3 股线耐磨性能分析

选取A3+A4(2根单纱线密度相同但捻度不同)、B3+B4(2根单纱线密度不同但捻度相同)组合的股线，测试其耐磨性，结果如图3所示。

图3 股线耐磨性测试结果Fig.3 Test results of abrasion resistance of strands

由图3可知，随着捻系数比的增加，股线可承受的耐磨次数先缓慢增加，后急速增加，且临界捻系数比为1.5时的股线耐磨性明显优于临界捻系数比0.7时的股线耐磨性。A3、A4单纱的断裂强度约为12 cN/tex，而B3、B4单纱的断裂强度约为17 cN/tex，以莫代尔纤维为原料的单纱强度值比普通粘胶高，有助于提升莫代尔股线的强力。此外，由B3+B4组合成股线的线密度也比A3+A4并合加捻为股线的线密度大10 tex。故B3+B4组合成股线的耐磨性明显优于A3+A4组合的股线。这也表明，纱线断裂强度高，纱线较粗，尤其是捻系数大的纱线，其耐磨性也越好。

3 结 论

本文初步探索了不同规格的粘胶单纱反向加捻为双股线时，捻系数比对股线性能的影响，研究发现：随捻系数比的增加，股线强力并非只有一个极大值点，本文研究中的临界捻系数比有2处，分别为0.7和1.5左右；相比较第1临界捻系数比0.7，第2临界捻系数比1.5时的股线具有更少的毛羽，耐磨性也较好，综合性能更优越；不同规格的单纱反向合股加捻时，股线综合性能最优捻系数比为1.5，与纺纱理论中同规格单纱合股最优捻系数比1.414接近。