魏艷紅 劉新金 胡晗 賀若羽 李璇

摘要：為了更好地了解XLA與LYCRA兩種彈性纖維及其包芯紗的性能，文章分別采用全聚紡、全聚賽絡紡紡紗技術生產了JC/XLA與JC/LYCRA兩種包芯紗。介紹了全聚賽絡紡包芯紗的成紗原理，對比分析了兩種彈性纖維的性能，通過對紗線捻系數(shù)、彈性長絲的牽伸倍數(shù)、喇叭口位置等紡紗工藝進行優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝，并對比兩種彈性纖維的包芯紗線性能。結果表明：與全聚紡相比，采用全聚賽絡紡紡紗方式生產包芯紗，可以明顯改善成紗條干、減少紗線毛羽、提高紗線強力、改善芯絲的包覆效果：XLA包芯紗比LYCRA包芯紗結構更光滑緊密，LYCRA彈性高、回彈力較大，回縮力使LY-CRA包芯紗易起隆，影響紗線的條干與毛羽。

關鍵詞：包芯紗：彈性纖維：紗線條干：包覆性;全聚賽絡紡

中圖分類號：TS104. 16? ?文獻標志碼：A? ?文章編號：1001-7003（ 2019） 09-0035 -08

引用頁碼：091106

包芯紗是一種長絲與短纖復合的紗線，芯絲提供優(yōu)良的彈性，外包纖維提供不同風格的表面性能。其中芯絲應用最多的是氨綸長絲，氨綸纖維具有優(yōu)良的彈性.但對身體有較強的壓迫感。隨著社會的發(fā)展，人們開始崇尚自由，追求個性化與舒適性，因此芯絲的種類開始多樣化。如新型聚烯烴彈性纖維（簡稱XLA），錦綸長絲，滌綸長絲，新型聚酯纖維T400、CM800、SPH、PTT等開始廣泛應用，使得彈性面料具有適度束身，增加了舒適性與保形性。生產包芯紗的紡紗方式也開始變得多樣化，張曙光[1]利用賽絡紡與賽絡紡緊密紡紗方式生產棉/氨綸包芯紗，并對其強伸性及彈性進行了研究：張曉娟等[2]將全聚賽絡紡技術應用于包芯紗，并對其工藝參數(shù)進行了優(yōu)化：曲華洋等[3]采用全聚賽絡紡和全聚紡紡制了雙包芯紗，并對其成紗效果進行了對比：Liu等[4]通過靜電紡制備了新型納米纖維包芯紗。但關于使用新型聚烯烴彈性纖維（ XIA）并采用新的紡紗形式生產包芯紗的研究并不多。本文選用XLA，采用全聚紡與全聚賽絡紡紡紗方式生產JC/XIA（18.5 tex、46.7 dtex）包芯紗，以下簡稱JC/XIA包芯紗，其中18.5 tex為包芯紗的線密度，46.7 dtex為XLA彈性纖維的線密度。探討兩種紡紗方式對包芯紗性能的影響，并進行工藝優(yōu)化，生產質量優(yōu)異的全聚賽絡紡JC/XLA包芯紗。同時選用萊卡（LYCRA）彈性纖維，通過優(yōu)化工藝生產全聚賽絡紡JC/LYCRA（18.5 tex、44.4 dtex）包芯紗，以下簡稱JC/LYCRA包芯紗，并對比兩種彈性纖維的包芯紗成紗質量。

1 全聚賽絡紡包芯紗紡紗原理

全聚紡是一種新型負壓式緊密紡系統(tǒng)，利用直徑為50 mm的空心羅拉，代替了傳統(tǒng)的環(huán)錠紡前羅拉，前羅拉內部裝有吸風插件，其表面開有吸風斜窄槽（圖1），與圖2中前膠輥5和阻捻膠輥6共同形成了集聚區(qū)域，須條在進入集聚區(qū)后持續(xù)受到負壓氣流的作用，從而實現(xiàn)了對須條的全程集聚。全聚賽絡紡是采用全聚紡裝置結合賽絡紡技術而形成的一種新型紡紗方式，既能實現(xiàn)纖維須條的集聚又能實現(xiàn)單紗合股。全聚賽絡紡包芯紗的紡紗流程如圖2所示，彈性長絲1由積極傳動的一對送絲輥退繞，經(jīng)過雙導絲輪4，從前膠輥5與前羅拉7的后鉗口喂人，與牽伸后的兩根粗紗2匯合，共同進入集聚區(qū)，經(jīng)阻捻膠輥后，加捻形成全聚賽絡包芯紗。本文采用全聚紡與全聚賽絡紡兩種紡紗方式生產包芯紗，并對比兩種紡紗方式下的紡紗效果。

2 試驗

2.1 材料與儀器

2.1.1 材料

XLA46.7 dtex（上海連晟紡織品有限公司）.因XIA為新型聚烯烴彈性纖維只有C-H鍵，主要成分是可循環(huán)利用的聚烯烴，且在紡絲加工過程中沒有任何的副產品，熱分解后無殘留物，與其他彈性纖維相比，生產XLA纖維單位能耗最低，又稱為“綠色低碳、節(jié)能環(huán)?！崩w維[5]。LYCRA 44.4 dtex（英威達纖維（佛山）有限公司）。外包纖維為纖維長度長、短絨含量少的精梳棉，粗紗干定量4.5 g/10 m。

2.1.2 儀器

XQ-2型纖維強伸度儀、XL-2型紗線強伸度儀（上海新纖儀器有限公司），YG068C全自動單紗強力儀（蘇州長風紡織機電科技有限公司），Y33ILN型數(shù)字紗線捻度儀（萊州市電子儀器有限公司），USTER@TESTER 5條干測試儀、USTER@ZWEI-GLE HL400毛羽儀（瑞士烏斯特公司），VHX-5000超景深三維數(shù)碼顯微鏡（基恩士公司），MOTTC B1光學顯微鏡（北京和眾視野科技有限公司），Olympus i—speed3型高速攝像機（日本奧林巴斯株式會社）。

2.2 性能測試

按FZ/T 50006-2013《氨綸絲拉伸性能試驗方法》與FZ/T 50007-2012《氨綸絲彈性試驗方法》，對XIA、LYCRA兩種纖維，分別測試其斷裂伸長率、斷裂強度、300%伸長時的強力拉伸性能;50%、100%、200%、300%定伸長彈性回復性及塑性變形。參照FB/T 12010-2011《棉氨綸包芯本色紗》，分別對JC/XIA包芯紗與JC/LYCRA包芯紗性能進行測試。測試前試樣應在溫度20℃±2℃，相對濕度65%±4%的標準大氣條件下平衡24 h。

2.2.1 彈性纖維性能測試

利用XL-2型紗線強伸度儀測試XLA、LYCRA纖維的強伸性。夾鉗隔距50 mm，為防止纖維打滑采用氣動夾持，拉伸速度500 mm/min，加張力0.04 cN，每個卷裝取10根，試驗總次數(shù)為20。使用XQ-2型纖維強伸度儀測試彈性纖維的彈性回復性及塑性變形。一次定伸長拉伸回復試驗定伸長分別設置為50%、100%、200%、300%;夾鉗隔距長度20 mm，拉伸速度40 mm/min，加張力0.04 cN;停頓時間30 s，回復時間30 s。

2.2.2 紗線捻度測試

按GB/T 2543. 2-2001《紡織品紗線捻度的測定第2部分：退捻加捻法》規(guī)定，預加張力（0.5±0. 05） cN/tex，測試長度500 mm。

2.2.3 紗線強伸性測試

按GB/T 3916-2013《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定（CRE法）》規(guī)定，測試紗線斷裂強力與斷裂伸長率，夾持隔距500 mm，拉伸速度500 mm/min，預加張力（1+0.1）cN/tex，測試10次，其結果取平均值。

2.2.4 條干測試

按GB/T 3292. 1-2008《紡織品紗線條干不勻試驗方法第1部分：電容法》規(guī)定測試紗線條干，紗線退繞速度400 m/min，測試長度400 m。

2.2.5 毛羽測試

利用ZWEIGLE HIAOO型毛羽儀測試紗線毛羽。紗線退繞速度400 m/min，測試時間1 min。

2.2.6 外觀及包覆性測試

利用VHX-5000超景深三維數(shù)碼顯微鏡、光學電子顯微鏡，觀察紗線的表面、包芯紗橫截面切片，是否存在空心紗疵、包覆不良紗疵、露芯紗疵，以評判包芯紗的包覆效果。

3 結果與分析

3.1 彈性纖維性能

3.1.1 強伸性

對XLA（46.7 dtex）、LYCRA（ 44.4 dtex）兩種彈性纖維進行拉伸性能測試，結果見表1。表1顯示，XIA斷裂伸長率比LYCRA高，斷裂強度遠低于LY-CRA，但300%伸長強力兩者的差異有所減小。因此在低應力下，XLA可以產生較高的伸長。300%定伸長下拉伸曲線。從3圖可以發(fā)現(xiàn)，在低于60%定伸長時XLA的拉伸力比LYCRA高，即XIA的初始模量比LYCRA高。初始模量表征纖維對小變形的抵抗能力，反應在衣著上則是纖維對小的拉伸作用或彎曲作用所變形的難易程度，初始模量越大，越不易變形，織物越挺括，保形性好。在大于60%伸長下XLA的應力與回復力均比LYCRA低，因此XLA纖維應用在織物中對人體有更小的壓迫感與被束縛感，有舒適的彈力、伸縮自然、穿著貼身[6]。

表2為纖維的彈性回復性及塑性變形。表2顯示，隨著定伸長的增大，兩種彈性纖維的彈性回復率逐漸減少，塑性變形增大，低伸長下兩種彈性纖維的彈性回復率均較高且大于90%：當定伸長達到300%時（4倍），XIA的彈性回復率、塑性變形發(fā)生急劇變化，而LYCRA仍有較高的回復率。因此，在生產中XLA纖維的牽伸倍數(shù)不易過大，最好不要超過4倍。

3.2 JC/XLA包芯紗

3.2.1 全聚紡JC/XLA包芯紗

利用全聚紡紡紗方式生產JC/XLA包芯紗，并對彈性纖維的牽伸倍數(shù)、包芯紗捻系數(shù)進行工藝優(yōu)化。依據(jù)以上對彈性纖維的彈性分析，XLA牽伸倍數(shù)分別選取3. 048、3.257、3.483倍;細紗捻系數(shù)分別設計為378、398、420。表3為全聚紡JC/XLA包芯紗質量指標。

表3顯示，當XIA的牽伸倍數(shù)選擇3.048時，紗線的斷裂強度較小，同時紗線的條干差，尤其（+50%）粗節(jié)明顯增多：選擇3.257時紗線綜合指標較優(yōu)：隨著牽伸倍數(shù)的增大，當達到3. 483時，紗線斷裂強度又有下降的趨勢。通過以上分析的結論，當牽伸倍數(shù)超過4倍后纖維的彈性回復性及塑性變形急劇變化，影響紗線的彈性回復及強伸性。XLA是一種低強高伸彈性纖維，它在包芯紗內并不有利于紗線強力的提高，故牽伸倍數(shù)越小，芯絲含量越高，紗線強力越小。因此，彈性纖維的牽伸影響包芯紗的成紗質量，當牽伸倍數(shù)過小，彈性纖維的內應力過小而擾動，與外包纖維相互纏繞而導致彈性纖維外露，形成包覆不良紗疵，同時過小的牽伸倍數(shù)，紗線的彈性小，不能體現(xiàn)彈性纖維彈性優(yōu)勢：牽伸倍數(shù)太大，可能導致斷頭率增高，形成空芯紗疵。綜上，全聚紡JC/XLA包芯紗中XIA的牽伸倍數(shù)選擇3. 257成紗指標最優(yōu)。

在相同的牽伸倍數(shù)下，隨著紗線設計捻系數(shù)的增加，紗線斷裂強度增加，紗線毛羽減少。捻度太小包芯紗會產生剝皮現(xiàn)象，且紗線捻度增加也有利于提高包芯紗的包覆性，但當全聚紡JC/XIA包芯紗捻系數(shù)選擇420及以上時紗線容易起小辮子，在布面上容易產生織疵，同時捻度太大纖維包覆緊密，芯絲的彈性不能很好發(fā)揮。因此，包芯紗的捻度比普通環(huán)錠紡適當偏大設計，本試驗中捻系數(shù)選擇398為最優(yōu)。

3.2.2 全聚賽絡紡JC/XIA包芯紗

采用全聚賽絡紡紡紗方式生產JC/XIA包芯紗，并對比全聚紡與全聚賽絡紡兩種紡紗方式下的包芯紗成紗質量。相同的設計捻度下單紗的加捻效率比賽絡紡高，即賽絡紡實測捻度比單紗偏小。為了進一步確定全聚賽絡紡包芯紗的最優(yōu)牽伸倍數(shù)與紗線捻系數(shù)，試驗增設了408的紗線捻系數(shù)方案。全聚賽絡紡JC/XIA包芯紗質量指標如表4所示。表4顯示，在相同的牽伸倍數(shù)下當紗線設計捻系數(shù)為408時，紗線條干最好，毛羽最少。對比表3與表4的質量數(shù)據(jù)，相同的工藝參數(shù)下，采用全聚賽絡紡紡紗方式可以明顯改善成紗條干，但紗線強力與毛羽并沒有明顯改善，結果沒能體現(xiàn)出賽絡紡應有的優(yōu)勢，同時與曲華洋等[3]所研究的結論不相吻合。

3.2.3 全聚賽絡紡JC/XIA包芯紗工藝優(yōu)化

通過以上對全聚紡與全聚賽絡紡兩種紡紗方式生產的包芯紗質量數(shù)據(jù)分析，結果表明彈性纖維牽伸不易太小或太大，紗線捻系數(shù)適量偏大控制。為了提高全聚賽絡包芯紗的成紗強力、減少紗線毛羽，對其工藝進行了優(yōu)化，并確定最優(yōu)工藝。

在利用全聚賽絡紡紡制包芯紗時發(fā)現(xiàn)賽絡紡的兩根須條形成的加捻三角呈不對稱性，一根粗紗牽伸后，須條在空心羅拉的條形窄槽內，另一根粗紗從前羅拉輸出后須條偏離吸風槽，稱為位置偏。通過矯正喇叭口位置確保賽絡紡的兩根粗紗經(jīng)牽伸后，兩根須條呈對稱性且均在空心羅拉的條形窄槽內，稱為位置正。利用Olympus i-speed3型高速攝像機，在60 幀/s、分辨率1280 x1024的條件下，拍攝位置正與位置偏的須條運動形態(tài)（圖4）。表5為調整喇叭口位置后的全聚賽絡紡JC/XLA包芯紗質量指標。

對比表4與表5的質量數(shù)據(jù)，結果顯示相同的工藝下，喇叭口位置調整后成紗條干、毛羽、強力有明顯的改善。從圖4（c）可以看出，位置調整后賽絡紡的兩根粗紗須條均能被很好地聚集收攏，邊緣纖維散失減少，集聚須條保持緊密順直、運行穩(wěn)定，須條無翻轉現(xiàn)象，有利于外包纖維對芯絲的包覆，也有利于紗線強力的提高[7-8]。因此，使用全聚賽絡紡紡包芯紗時喇叭口位置是影響紗線條干與毛羽的關鍵因素，在紡紗前應逐錠矯正確保位置正，粗紗橫動裝置應脫開，使粗紗固定在一個位置進入前羅拉。

通過工藝優(yōu)化后，全聚賽絡紡JC/XIA包芯紗捻系數(shù)為408，XLA的牽伸倍數(shù)為3.257，喇叭口位置正時成紗質量最優(yōu)。與全聚紡相比，采用全聚賽絡紡紡紗方式生產包芯紗，可以明顯改善成紗條干、減少毛羽，提高紗線強力。

3.3 全聚賽絡紡JC/LYCRA包芯紗

采用全聚賽絡紡紡紗方式生產JC/LYCRA包芯紗，并對芯絲牽伸倍數(shù)與紗線捻系數(shù)進行工藝優(yōu)化，表6為全聚賽絡紡JC/LYCRA包芯紗質量指標。從表6中的數(shù)據(jù)顯示，其最優(yōu)工藝為芯絲牽伸倍數(shù)3. 483，設計捻系數(shù)398。芯絲牽伸倍數(shù)過小，成本增加，織物彈力小，太大的牽伸倍數(shù)，造成包芯紗斷頭增加，且在捻度不勻和質量控制不好的廠，容易出緯縮[9]。因此，根據(jù)芯絲種類、芯絲線密度及織物用途選擇芯絲的牽伸倍數(shù)，當芯絲線密度低、織物要求為舒彈性面料時，芯絲牽伸倍數(shù)可以適當偏小控制。LYCRA纖維彈性高，彈回復性好，當織物要求彈力高時牽伸倍數(shù)可以比XLA彈性纖維適當增加。

3.4 JC/XLA與JC/LYCRA兩種包芯紗質量對比

對比表5與表6的質量數(shù)據(jù)，相同的工藝條件F，JC/XLA包芯紗成紗條干、毛羽明顯優(yōu)于JC/LY-CRA包芯紗，但紗線斷裂伸長率低：盡管LYCRA纖維的斷裂強度比XLA高，但兩種纖維應用在包芯紗中，紗線斷裂強力差異并不大，在包芯紗中紗線的強力主要由外包纖維承擔，芯絲的強力對紗線的強力影響不大。將紗線從紗管上退繞，并將兩種紗線分別加持在紗線張力器上，利用超景深三維數(shù)碼顯微鏡拍攝兩種包芯紗的外觀，如圖5所示。其中JC/XLA包芯紗紗線結構緊密，外觀平滑長毛羽少，沒有隆起的波浪。當紗線離開前羅拉后，當外力小于紡紗張力時，由于LYCRA纖維彈性高、回彈力較大，LYCRA氨綸會產生回縮現(xiàn)象，部分外層纖維被隆起，紗線變粗變短，隆起的棉纖維松散，毛羽伸出表面：當外力完全失去時，紗線會扭成一團，回縮力引起紗線起隆，從而影響紗線的抱合性[10]。因此，JC/LYCRA包芯紗的條干差、毛羽多。較大的回縮力也使得LYCRA包芯紗的實際捻度比XLA包芯紗大。在對彈性包芯紗捻度測試前，一定要將紗線平衡24 h使回縮力穩(wěn)定后再進行檢測，剛下機的捻度比較大，尤其是彈性較大的LYCRA氨綸包芯紗。圖6、圖7分別是解捻后的兩種包芯紗外觀與兩種包芯紗截面。圖6與圖7顯示，兩種包芯紗的芯絲均在紗體中間，外包纖維均勻圍繞彈性纖維，將彈性纖維完全包覆在中間，無露絲現(xiàn)象。為了提高芯絲的包覆效果，形成完美的芯一皮包芯結構，芯絲含量不易過高，一般控制在3% - 15%，當芯絲含量超過25%會影響其包覆效果：外層短纖維的長度不宜過短，最好選用精梳紗;采用全聚賽絡紡紡紗方式，并保證喇叭口位置正，粗紗經(jīng)過牽伸后，須條運動穩(wěn)定、順直無偏斜，且紡Z捻紗芯絲從兩根粗紗中心偏左喂人，芯絲喂人位置示意如圖8所示。

4 結論

彈性長絲的拉伸性與彈性、芯絲牽伸倍數(shù)、紗線捻度、細紗喇叭口位置影響包芯紗的成紗質量。

1） XLA的初始模量比LYCRA高，在低應力下可以產生較高的伸長，XLA彈性長絲具有柔和的彈力，對人體有更小的壓迫感與被束縛感。高伸長下XIA彈性纖維比LYCRA有更小的回彈力，高回縮力影響紗線的抱合性，因此XIA包芯紗紗線比LYCRA包芯紗結構光潔、緊密，紗線不易起隆。生產包芯紗時XLA的牽伸倍數(shù)適當比LYCRA偏低控制，XLA、LYCRA的牽伸倍數(shù)分別優(yōu)選3.257、3.483。

2）為了提高芯絲的包覆性，包芯紗的捻度適當偏大控制，但需防止捻度過高起紗線小辮子，通過工藝優(yōu)化，XLA與LYCRA兩種包芯紗的設計捻系數(shù)優(yōu)選398。喇叭口位置影響全聚賽絡紡紗線的成紗條干、毛羽，生產中要確保喇叭口位置與吸風斜窄槽在一條線上，牽伸后的兩個粗紗須條呈對稱性，兩根須條都可以更好地集聚收攏。

3）與全聚紡相比，采用全聚賽絡紡紡紗方式生產包芯紗，可以明顯改善成紗條干、提高紗線強力、減少紗線毛羽、提高紗線的包覆效果。

參考文獻：

[1]張曙光，賽絡紡與賽絡緊密紡棉/氨包芯紗強伸性及彈性研究[J].上海紡織科技，2015，43 （2）：4-7.

ZHANC Shuguang.‘Ihe study of high extension and elasticityof siro spun&siro-compact spun cotton/spandex core-spunyam[J]. Shanghai Textile Science and Technology， 2015，43（2）：4-7.

[2]張曉娟，謝春萍，劉新金.全聚賽絡包芯紗工藝優(yōu)化[J].紡織學報，2015，36（7）：28-35.

ZHANG Xiaojuan， XIE Chunping， LIU Xinjin. Processingoptimization of complete condensed spinning and Siro-spinning core-spun yam [J]. Journal of Textile Research，2015，36（7）：28-35.

[3]曲華洋，謝春萍，劉新金，等.全聚賽絡紡與全聚紡雙芯紗成紗效果對比[J].絲綢，2017，54（ 10）：24-28.

QU Huayang， XIE Chunping， LIU Xinjin，et al. Effectcontrast of double-core yam by complete condensed Siro-spinning and complete condensed spinning[J]. Journal ofSilk， 2017， 54（ 10）： 24-28.

[4] LIU C K，HE H J，SUN R J，et al.Preparation of continuousnanofiber core-spun yam by a novel covering method[J].Materials and Design， 2016， 112（12）： 456-461.

[5]吳基作.羊毛/XLA纖維免燙彈力面料的設計與開發(fā)[J].毛紡科技，2015，43（8）：17-19.

WU Jizuo. Design and production of wool/XLA elastic fabric[J]. Wool Textile Journal， 2015， 43 （8）： 17-19.

[6]羅棟.新型XLA彈性纖維研究現(xiàn)狀探討[J].合成材料老化與應用，2016， 45 （3）：141-144.

LUO Dong. New XLA elastic fiber research status andproperties discuss [J].Synthetic Materials Aging andApplication， 2016， 45（3）：141-144.

[7]張曉娟，謝春萍，劉新金，等.導絲輪位置對全聚紡賽絡包芯紗包覆效果的影響[J].上海紡織科技，2015，43（6）：33-35.

ZHANC Xiaojuan， XIE Chunping， LIU Xinjin， et al.Theeffect of godet wheel position on completely condensedspinning and Siro-spinning core-spun yarn[ J]. ShanghaiTextile Science&Technology， 2015， 43（6）：33-35.

[8]段永潔，謝春萍，王廣斌，等.棉/不銹鋼紗線針織物的電磁屏蔽性能研究[J].絲綢，2016， 53（9）：9-14.

DUAN Yongjie， XIE Chunping， WANG Cuangbing，et al.Study on electromagnetic shielding property of cotton/stainless steel yarn knitted fabrics[ J]. Journal of Silk，2016， 53 （9）：9-14.

[9]盧華山，張軍英，陰建華，等，吸濕排汗仿真絲高彈針織面料的開發(fā)[J].絲綢，2010（9）：30-33.

LU Huashan. ZHANG Junying， YIN Jianhua， et al.Development of knitted elastic imitated silk fabric withmoisture absorption and sweat exhaust propeny[J].Journalof Silk， 2010（9）： 30-33.

[10]閆海江.兩種包芯紗的工藝優(yōu)選及質量對比[J].棉紡織技術，2015， 43（1）：3740.

YAN Haijiang. Process optimization and quality comparisonof two kinds of core-spun yam[J]. Cotton TextileTechnology， 2015， 43（1）：3740.