赛络纺包芯纱用单孔锦纶6长丝性能研究

2022-11-22王冰爽邱海斌曹膨莉黄莉茜

纺织科学与工程学报 2022年4期

王冰爽，陈文，邱海斌，曹膨莉，黄莉茜，4

(1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.福建新华源纺织集团有限公司，福建福州 350212；3.浙江鑫海纺织有限公司，浙江金华 321104；4.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

0 引言

包芯纱由外包纤维和芯丝复合而成，通常以强力或弹性较好的合成纤维长丝为芯丝，外包棉、毛、粘胶纤维等短纤维，成纱兼具芯丝和外包短纤维特性[1]。相比于普通环锭纺包芯纱，赛络纺包芯纱采取双粗纱包覆长丝的方式，制得的包芯纱强伸性能、条干均匀度和包覆效果都更好，是目前重要的包芯纱制备方法之一[2-4]。

近年来随着我国锦纶纤维产业的发展，锦纶纤维在各类新型纱线中的应用不断增加[5-6]。锦纶长丝具有质轻高强、弹性好、耐磨性优异等优点，以锦纶长丝为芯制成的包芯纱在强度、耐磨等性能方面明显优于目前应用最广泛的氨纶包芯纱，是近年来包芯纱新产品开发中的一个热点[7-8]。单孔锦纶6长丝作为一种差别化锦纶纤维，以单丝形式加工使用，其包芯纱织物风格独特，具有良好的应用前景。但是以单孔锦纶6长丝作为芯丝制备赛络纺包芯纱时，长丝张力控制和芯丝定位难度较大，易出现空芯、偏丝、露丝等问题，严重影响成纱质量和后道布面效果。因此，有必要结合赛络纺包芯纱加工工艺，从单孔锦纶6长丝性能角度入手分析产生以上问题的原因，相关研究目前还未见公开报道。

1 赛络纺单孔锦纶6长丝包芯纱加工工艺

本文采用的赛络纺包芯纱加工过程如下页图1所示:单孔锦纶6长丝从水平放置的丝管上退绕后依次经第一导丝杆、第二导丝杆、导丝钩、第三导丝杆、第四导丝杆、后导丝轮、前导丝轮喂入；粘胶纤维双粗纱经喇叭口喂入进入后罗拉、中罗拉、前罗拉进行牵伸，然后在前罗拉钳口处与从前导丝轮输出的单孔锦纶长丝汇合，经导纱钩后合并加捻制得单孔锦纶6长丝包芯纱。

图1 赛络纺单孔锦纶6长丝包芯纱加工流程示意图

芯丝喂入张力是影响包芯纱包覆结构和成纱质量的重要因素[9-10]。在以上赛络纺包芯纱加工过程中，长丝与各个导丝杆之间积累的摩擦力即为长丝喂入张力，当长丝喂入张力大小合适并保持稳定，则可形成良好的包芯包覆效果。但是对于单孔锦纶6长丝，实际生产表明:其在以上包芯纱加工过程中喂入张力波动大、成纱纱线质量控制困难。因此，本文拟从单孔锦纶6长丝性能及其影响因素的角度出发，重点对单孔锦纶6长丝的回弹性、弯曲刚度、摩擦性能、比电阻进行测试，分析单丝孔数、油剂含量、摩擦辊材质对锦纶6长丝性能和包芯纱加工的影响，为高质量单孔锦纶6长丝包芯纱的制备和应用提供理论指导。

2 单孔锦纶6长丝性能测试

实验选用16.7dtex/1F的单孔锦纶6长丝样品(编号记作F-1)以及16.7dtex/6F和16.7dtex/12F两种总线密度相同、不同孔数的锦纶6复丝样品(编号分别记作F-2和F-3)作为对比。

2.1 拉伸性能

根据GB/T14344-2008《化学纤维长丝拉伸性能试验方法》标准进行测试，测量仪器为LLY-06E电子纤维强伸度仪，拉伸隔距20mm，拉伸速度20mm/min，每种试样测试20次取平均值。

2.2 弹性回复率

长丝样品在恒温恒湿条件下平衡24h，在LLY-06E电子纤维强力仪上采用定伸长拉伸回复模式进行弹性回复率测试:分别设置长丝定伸长率为5%、10%、20%进行拉伸回复测试，拉伸速度20mm/min，返回速度100mm/min，拉伸停置和回复停置时间均为10s，5个拉伸回复循环为1次测量，测试10次求平均值。长丝弹性回复率计算公式为:

其中L为定伸长度(mm)、L1为拉伸至定伸长值后的长度(mm)、L2为试样复位后的长度(mm)。

2.3 抗弯刚度

因研究所用的长丝细度小，抗弯刚度测量困难，因此本文采用理论计算方法进行分析[11]。根据材料力学知识可知，纤维的抗弯刚度Rf＝EI，其中E为纤维的弹性模量(cN/cm2)，I为纤维截面惯性矩(cm4)。本文所用的三种锦纶长丝均为截面为圆形的纤维，因此，纤维截面惯性矩，带入前式得:。对于由多根单丝合并、未加捻的复丝丝束，其抗弯刚度为:

其中Ry为复丝丝束抗弯刚度，N为单丝根数，Rf为单丝抗弯刚度。

2.4 摩擦系数

去除油剂后的长丝样品在恒温恒湿条件下平衡24h，采用XCF-1A纤维摩擦系数测量仪分别测量长丝的动、静摩擦系数，测试时长丝预加张力为0.1cN，摩擦金属辊转动转速为30转/min，测试时间15s，每个样品测试十次取平均值。为考察油剂含量对长丝摩擦系数的影响，分别对油剂含量为0、0.3%、0.6%的单孔锦纶6长丝进行摩擦系数测试；为考察摩擦辊材料对长丝摩擦系数的影响，分别对单孔锦纶6长丝采用金属辊、塑料辊、橡胶辊、纤维辊进行摩擦系数测试。

2.5 比电阻

去除油剂后的长丝样品在恒温恒湿条件下平衡24h，采用XR-1A纤维比电阻仪进行测试，连接附加装置进行锦纶6长丝比电阻测试，测试长度为10cm，每种长丝测试30次取平均值，得纤维比电阻值(Ω/cm)。为考察油剂对长丝比电阻的影响，分别对油剂含量为0、0.3%、0.6%的单孔锦纶6长丝样品进行测试。

3 结果与分析

3.1 单丝孔数对锦纶6长丝性能的影响

实验测得的单孔锦纶6长丝和多孔锦纶6复丝的性能结果如表1所示。抗弯刚度的计算得到的结果如表1所示:

从表1看出，三种锦纶长丝均具有较高的断裂强度和断裂伸长率，但随着单丝孔数增加，长丝断裂强度和断裂伸长率略有下降，这是因为F-2和F-3长丝样品在拉伸中存在纤维断裂不同时性，导致其断裂强度和断裂伸长率有所下降。另外，从表1可以看出，三个样品中，单孔锦纶长丝的初始模量最低，随着单丝根数增加，长丝初始模量有所增加，这可能和长丝制备过程中，单孔锦纶长丝线密度大，直径粗，丝条冷却不完全，导致其聚集态结构与多孔长丝有所不同造成的。

表1 长丝样品性能测试结果

从表1可知，随着测试时定伸长率增加，三种长丝的弹性回复率均呈下降趋势；随着单丝孔数增加，长丝的弹性回复率下降，单孔锦纶6长丝的弹性回复率最高。从表2看出，随着单丝孔数增加，长丝的抗弯刚度减小，即相同线密度情况下，单孔长丝的抗弯刚度最大，比两种多孔复丝的抗弯刚度大4～10倍左右。在赛络纺包芯纱加工过程中，长丝在一定张力作用下喂入，与外包纤维须条同轴合并后加捻，形成以长丝为芯、外层包覆短纤维的皮芯结构复合纱，其中长丝的张力控制对包芯纱的加工质量和包芯效果影响很大。以上测试和计算结果表明，相比于多孔锦纶复丝，单孔锦纶6长丝的弹性回复性和抗弯刚度均明显大于同纤度的多孔复丝。因此，为了控制包芯纱加工过程中芯丝张力和芯丝位置稳定，减小偏丝、露芯等现象，单孔锦纶6长丝在加工过程中应施加较大的加工张力，才能更好地保证纱线加工质量。

表2 长丝抗弯刚度计算参数与结果

根据表1中的长丝摩擦系数和比电阻测试结果可以看出:(1)多孔锦纶长丝的静、动摩擦系数略大于单孔锦纶长丝，但三个样品差异不大，说明当长丝去除油剂后，单丝根数对长丝的摩擦性能影响不大；(2)三种去油剂长丝测得的比电阻值均较高，在加工过程中容易出现纤维静电绕辊、粘附飞花等现象；多孔锦纶长丝的比电阻略低于单孔锦纶长丝，但三个样品差异不大，说明当长丝去除油剂后，单丝根数对长丝的比电阻影响不大。

3.2 油剂含量对单孔锦纶6长丝性能的影响

油剂含量对单孔锦纶6长丝性能的影响如表3所示:

表3 不同油剂含量下单孔锦纶6长丝的摩擦系数与比电阻

从表3看出，随着单孔锦纶6长丝油剂含量增加，长丝的静摩擦系数和动摩擦系数均呈现下降趋势，尤其当油剂含量为0.6%时，纤维摩擦系数下降明显。在赛络纺包芯纱加工工艺中，长丝的喂入张力本质上是通过长丝与导丝杆间的摩擦作用形成。另根据前面纤维力学性能测试与分析知道，单孔锦纶6长丝因回弹和刚度较大，在喂入过程中需要施加较大的加工张力保持丝条稳定，因此，纤维和导丝张力杆间的摩擦系数应较大为好。

根据表3比电阻测试结果看出，随着油剂含量增加，单孔锦纶6长丝的比电阻下降，有利于减少生产中长丝因静电产生的绕辊、粘附飞花等现象。

综合以上测试结果，我们认为，在单孔锦纶6长丝包芯纱加工中，一方面需要通过添加油剂减小纱线加工过程中的静电现象，另一方面应适当控制长丝油剂含量，避免长丝摩擦系数下降过大，造成长丝喂入张力不够、长丝定位困难等问题。

3.3 摩擦辊材质对单孔锦纶6长丝摩擦系数的影响

摩擦辊材质对单孔锦纶6长丝摩擦系数的影响如表4所示:

表4 不同摩擦辊材质下的单孔锦纶6长丝摩擦系数

从表4看出，在相同测试条件下，单孔锦纶6长丝与橡胶辊的静摩擦系数和动摩擦系数最大，塑料辊次之，金属辊最小。根据摩擦理论知道，当两个物体表面接触并发生摩擦时，易于变形的材料，在正压力作用下产生变形，接触面积增大，摩擦系数增大。相对金属而言，橡胶和塑料的硬度较小，在外力作用下容易产生变形，因此测得的纤维摩擦系数更大。因此，在单孔锦纶6长丝包芯纱制备过程中，为保证导丝顺利、提高长丝喂入张力，可选用摩擦系数较大的塑料或橡胶导丝装置。