李 瑤，陳 超，李 杰，王 強，孔冬青，韓慶帥，王永生，王 妮

(1.東華大學 紡織學院，上海 201620；2.山東如意科技集團有限公司，山東 濟寧 272000；3.中國棉紡織行業(yè)協(xié)會，北京 100020；4.中國化學纖維工業(yè)協(xié)會，北京 100020)

滌綸具有斷裂強度高、彈性好、抗皺等優(yōu)點，但同時存在染色性差和吸濕性差等缺點；粘膠作為一種再生纖維素纖維，具有與棉纖維相同的化學組成，但其聚合度、結(jié)晶度、取向度都比棉纖維低，使得粘膠纖維吸濕性好、易染色，但斷裂強度低、彈性差[1]。不同特點的纖維進行組合搭配，不僅可以彌補單一纖維的缺陷、發(fā)揮各自纖維的優(yōu)勢，還可以使得復合紗線及織物表現(xiàn)出新的風格及功能[2]。將粘膠纖維與滌綸纖維進行組合搭配的復合紗線既有滌綸良好的力學性能，又有粘膠良好的吸濕性。

不同結(jié)構的滌粘紗線具有不同的性能，常見的滌粘紗線有滌粘混紡紗、滌粘短纖維/短纖維包芯紗及滌粘長絲/短纖維包芯紗。通過參數(shù)優(yōu)化以及改變混紡纖維在紗線中的比例可改善混紡紗線的性能。孫振國等[3]通過增加梳棉的生條定量，在并條工序中加大牽伸倍數(shù)，調(diào)整熟條定量，優(yōu)化相關工序，降低了熟條不勻率，提高了滌粘混紡紗線的綜合質(zhì)量；通過對粗紗機進行改造、參數(shù)優(yōu)化以及改變皮、芯紗的比例來探究短纖維/短纖維包芯紗性能的變化，如郭明瑞等[4]將粗紗機后區(qū)集束器替換為上表面橫向中心位置帶孔的喇叭口，實現(xiàn)了滌綸和棉纖維在粗紗機上的同時喂入，研究了皮芯粗紗紡紗工藝、粗紗定量、粗紗捻度以及芯纖維含量等因素對滌棉短纖維/短纖維包芯紗的芯纖維外露比例和紗線性能的影響規(guī)律；對細紗機進行改造、改變長絲的喂入位置等來探究長絲/短纖維包芯紗性能的變化，如祝慶利等[5]通過合理選配原料、優(yōu)化配置工藝參數(shù)等方法提高了所紡制賽絡紡棉/氨綸包芯紗的單紗斷裂強度,降低了紗線的條干CV值，并解決了因包覆效果不良產(chǎn)生偏絲、斷頭等問題。

目前，每種結(jié)構紗線的研究較為獨立，缺少同纖維組成、不同結(jié)構紗線的系統(tǒng)對比研究，本文對滌粘混紡紗、滌粘短纖維/短纖維包芯紗以及滌粘長絲/短纖維包芯紗的相關性能進行了初步分析，以期為后續(xù)新產(chǎn)品的開發(fā)和應用提供科學的理論依據(jù)和借鑒經(jīng)驗。

1 紗線的制備

1.1 原料選擇及配比

原料選擇：深灰色粘膠1.33 dtex×38mm；淺灰色滌綸短纖1.56 dtex×38mm；淺灰色滌綸長絲25 D(2.78 tex)/18 f，滌綸與粘膠比例均為15∶85。

1.2 紗線選擇結(jié)構

紗線結(jié)構：混紡紗、短纖維/短纖維包芯紗、長絲/短纖維包芯紗。紗線線密度均為14.6 tex。

1.3 紡紗流程

滌粘混紡紗的紡紗流程：

滌粘短纖維/短纖維包芯紗的紡紗流程：

染色粘膠→開松→梳理→預并→并條(自調(diào)勻整)→熟條。

滌綸短纖維→開松→梳理→預并→并條(自調(diào)勻整)→粗紗。

滌粘長絲/短纖維包芯紗的紡紗流程：

2 性能測試

2.1 紗線結(jié)構形態(tài)

在紗線外包覆羊毛纖維，用Y172型哈氏切片器(米恩檢測儀器(上海)有限公司)制作切片，噴金處理后，放置到TM3000型臺式掃描電子顯微鏡(HITACHI公司)下觀察紗線橫截面。

截取適當長度的紗線并將其置于載玻片上放置到ECLIPES LV 100N POL型偏光顯微鏡(Nikon公司)下觀察紗線縱向形態(tài)結(jié)構。

2.2 紗線條干

選用CT3000型條干均勻度測試分析儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)測試紗線條干，測試速度800 m/min,測試時間30 s,測試次數(shù)4次。

2.3 紗線捻度

選用Y331N型紗線捻度儀(南通宏大實驗儀器有限公司)，參照GB/T 2543.2—2001《紡織品 紗線捻度的測定 第2部分：退捻加捻法》，采用一次退捻加捻法測試紗線的實際捻度，試樣長度500mm，預加張力0.5 cN/tex，速度1 000 r/min，限位為其允許伸長的25%，每種紗線測試次數(shù)為10次。

2.4 紗線毛羽

選用YG172A型紗線毛羽測定儀(陜西長嶺紡織機電科技有限公司)測試紗線毛羽，紗線測試張力0.5 cN/tex，測試速度30 m/min，片段長度10 m，測試次數(shù)5次。

2.5 紗線芯吸性能

選用YG(B)871型毛細管效應測定儀(溫州方圓儀器有限公司)，取30 cm紗線放入染液池中，每隔10 s記錄紗線的芯吸高度，3種類型紗線各進行6次重復試驗，結(jié)果取平均值。

2.6 紗線拉伸性能

選用YG061F型電子單紗強力儀(上海祈工儀器設備有限公司)，參照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》，測試紗線拉伸性能，試樣夾持距離500mm,預加張力0.5 cN/tex,速度500mm/min,拉伸次數(shù)為20次。

2.7 紗線抗彎性能

選用XCB-1AN纖維抗彎力測試儀(上海新纖儀器有限公司)，測試紗線抗彎性能，夾持距離5mm，上升速度10mm/min，測試次數(shù)15次。

以上所有實驗均在標準大氣下進行，且試樣在標準相對溫濕度環(huán)境條件下經(jīng)過24 h的調(diào)濕。

3 結(jié)果與分析

3.1 紗線截面

不同結(jié)構滌粘纖維混合紗線橫截面見圖1。如圖1(a)所示，滌綸短纖維隨機分布在粘膠中。圖1(b)中，作為芯紗的滌綸短纖維被皮層的粘膠短纖維包覆，部分滌綸短纖維發(fā)生了向粘膠短纖維中的轉(zhuǎn)移，纖維的轉(zhuǎn)移使得紗線截面變得更為復雜，滌綸短纖維與粘膠短纖維既不是完全呈皮芯結(jié)構分布，也不是隨機分布。這是因為作為芯紗的滌綸粗紗捻向與短纖維/短纖維包芯紗粗紗捻向相同，對于滌綸粗紗來說相當于2次加捻，加捻作用使紗線中纖維間產(chǎn)生了向心壓力，增大了纖維間的摩擦力。此時，在皮層紗向心力的擠壓下，芯紗中外層纖維開始向芯紗內(nèi)部轉(zhuǎn)移，芯紗內(nèi)部纖維被擠出芯紗表面，轉(zhuǎn)移到皮層紗內(nèi)側(cè)，由于芯紗與皮層紗均由短纖維構成，皮芯紗交界處的纖維會進一步發(fā)生交叉糾纏。如圖1(c)所示，滌綸長絲抱合比較緊密，沒有發(fā)生向粘膠短纖維中的轉(zhuǎn)移，且粘膠短纖維沒有完全包覆住滌綸長絲，滌綸長絲裸露在紗線表面，即發(fā)生了“露絲”現(xiàn)象。

不同結(jié)構滌粘紗線縱向形態(tài)見圖2。由圖2可見，混紡紗毛羽較多；短纖維/短纖維包芯紗毛羽數(shù)居中；長絲/短纖維包芯紗毛羽數(shù)稍少。

圖1 不同結(jié)構滌粘紗線橫截面Fig.1 Cross section of polyester viscose yarns with different structures.(a)Blended yarn；(b)Staple fiber/staple fiber core-spun yarn；(c)Filament/staple fiber core-spun yarn

圖2 不同結(jié)構滌粘紗線縱向形態(tài)(×40)Fig.2 Longitudinal morphology of polyester viscose yarns with different structure(×40).(a)Blended yarn；(b)Staple fiber/staple fiber core-spun yarn;(c)Filament/staple fiber core-spun yarn

3.2 紗線條干

條干CV值是表征條干均勻程度最基本的指標，數(shù)值越小，條干均勻度越好。紗線條干測試結(jié)果見表1?？梢?，短纖維/短纖維包芯紗條干CV值最大，有最多的細節(jié)、粗節(jié)以及較多的棉結(jié)；混紡紗與長絲/短纖維包芯紗的條干CV值相差不大，但長絲/短纖維包芯紗的粗節(jié)、棉結(jié)數(shù)都多于混紡紗。這可能是因為在成紗過程中，紗線中內(nèi)外層纖維相互轉(zhuǎn)移、穿插以及糾纏，產(chǎn)生了纖維相互握持的自鎖結(jié)構[7]。短纖維/短纖維包芯紗在加捻三角區(qū)存在滌綸短纖維與粘膠短纖維之間的轉(zhuǎn)移，紗線中滌綸、粘膠纖維的分布既不是完全的皮芯分布，也不是完全的隨機分布，纖維在紗線徑向分布不是完全均勻(見圖1(b))，使得紗線結(jié)構更為復雜，容易產(chǎn)生細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)，影響紗線的條干均勻度。長絲/短纖維包芯紗的芯紗為光滑的滌綸長絲，很難與外層的粘膠短纖維發(fā)生交叉、糾纏，在加捻三角區(qū)中幾乎沒有滌綸長絲與粘膠短纖維之間的轉(zhuǎn)移，滌綸長絲與粘膠短纖維各自較為集中地分布，故其條干均勻度優(yōu)于短纖維/短纖維包芯紗。而混紡紗中滌綸短纖維與粘膠采用料混的方式進行均勻混合，并且2種纖維長度、細度相仿，故紗線的均勻性好，有較少的細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)。

表1 紗線條干測試結(jié)果Tab.1 Test results of yarn evenness

3.3 紗線捻度

紗線捻度測試結(jié)果見表2。如表2所示，3種不同結(jié)構紗線的實際捻度均大于其各自的設計捻度，相差并不大，但捻度不勻率有些差異。在紗線加工過程中，除紗線中的細節(jié)、粗節(jié)數(shù)量會對捻度均勻性造成影響外[8]，紡紗機設備老舊程度、錠子的機械性能也是紗線捻度均勻度的重要影響因素。本文實驗所用3種結(jié)構紗線是在3臺紡紗機上分別紡制所得，故3種結(jié)構紗線的捻度不勻率有所差異。

表2 紗線捻度測試結(jié)果Tab.2 Test results of yarn twist

3.4 紗線毛羽

紗線毛羽測試結(jié)果見表3。由表3可知，混紡紗的毛羽數(shù)量最多、短纖維/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量居中、長絲/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量最少，與圖2結(jié)構一致。這可能是因為在滌粘混紡紗中滌綸短纖維與粘膠短纖維隨機分布，2種纖維動、靜摩擦因數(shù)存在差異[9-10]，盡管滌綸短纖維與粘膠短纖維長度、細度相仿，但在加捻作用下，表面性能的差異使得滌粘混紡紗中2種纖維容易露出紗體表面形成毛羽[11]，故其毛羽數(shù)量多于其他2種芯鞘型結(jié)構紗線；而滌粘短纖維/短纖維包芯紗中的滌綸芯紗在整個紡紗過程中有3次加捻，滌綸短纖維因受到較大扭矩力而向外轉(zhuǎn)移并與粘膠短纖維進行交叉、糾纏，在此過程中有些纖維會被擠出紗體表面，形成毛羽，使得短纖維/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量高于滌粘長絲/短纖維包芯紗。另外，由于3種紗線是在不同紡紗機上紡得，也造成其毛羽數(shù)量CV值存在些許差異。

表3 紗線毛羽測試結(jié)果Tab.3 Test results of yarn hairiness

3.5 紗線芯吸性能

紗線的芯吸性能是影響其導濕性能的重要因素，作為一種纖維集合體，紗線芯吸性能不僅與纖維中親水基團的含量有關，還與紗線中纖維間孔隙的形態(tài)與含量有關[10]。紗線存在一個最合適的毛細管孔徑，可以使得液體進入紗線的速率最快，孔隙過大或過小都會影響液體進入紗線的速率，進而導致芯吸高度降低[12]。

紗線芯吸高度測試結(jié)果見圖3。可知3種不同結(jié)構的滌粘紗線都表現(xiàn)出相似的規(guī)律，隨著時間的延長，紗線的芯吸高度不斷增加，直至逐漸達到平衡，接近一個固定值，其中紗線的芯吸高度在初始階段隨時間變化很快，后來逐漸減緩。此外滌粘混紡紗具有最大的芯吸高度，滌粘短纖維/短纖維包芯紗的芯吸高度居中，滌粘長絲/短纖維包芯紗的芯吸高度最小。這可能是因為滌粘短纖維/短纖維包芯紗與滌粘長絲/短纖維包芯紗都是以粘膠短纖維做皮層、滌綸纖維做芯層的芯鞘結(jié)構，2種包芯紗中的滌綸都被粘膠包覆，滌綸纖維間的孔隙過小產(chǎn)生阻力，減緩液體在紗線中的上升，導致包芯紗結(jié)構紗線的芯吸高度小于混紡紗。滌綸長絲較滌綸短纖維有較大的纖維長度及較好的排列性，但滌綸長絲表面過于光滑，很難與外層粘膠短纖維發(fā)生交叉、糾纏，粘膠短纖維與滌綸長絲連接處結(jié)構較為松散不緊密，進而導致該部分紗線孔隙較大，毛細管數(shù)量減少，增大了水分子在紗線中的傳遞阻力[13]，影響液體進入紗線；滌粘長絲/短纖維包芯紗的“露絲”現(xiàn)象也會影響液體進入紗線及最終的芯吸高度；此外，長絲/短纖維包芯紗是一種長絲在中間、短纖維在外的類似分層或者容易分層的結(jié)構，過于緊密的中間長絲和分層也會影響紗線的芯吸，故滌粘長絲/短纖維包芯紗有最小的芯吸高度。

圖3 紗線芯吸高度測試結(jié)果Fig.3 Test results of yarn wicking height

3.6 紗線拉伸性能

紗線拉伸性能測試結(jié)果見圖4。滌粘長絲/短纖維包芯紗有最大的斷裂強度和斷裂伸長率，滌粘混紡紗居中，滌粘短纖維/短纖維包芯紗的斷裂強度和斷裂伸長率最小。這可能是因為包芯紗中粘膠短纖維在外層，滌綸短纖維在內(nèi)層，斷裂伸長相近的纖維相對集中，減少了單纖維斷裂的不同時性[14]；相同條件下，滌綸長絲斷裂強度和斷裂伸長均大于滌綸短纖維，故長絲/短纖維包芯紗的斷裂強度、斷裂伸長最大；由3.2和3.4節(jié)可知，短纖維/短纖維包芯紗有最大的短毛羽數(shù)量以及最大的條干不勻，在很大程度上影響了短纖維/短纖維包芯紗的斷裂強度與斷裂伸長，以至于其斷裂強度與斷裂伸長小于混紡紗。

圖4 紗線拉伸性能測試結(jié)果Fig.4 Test results of yarn tensile property

3.7 紗線抗彎性能

粘膠纖維的初始模量和抗彎剛度均較滌綸小。在紡紗條件相同、紗線線密度和捻系數(shù)相同的情況下，滌綸纖維的含量越多，復合紗的抗彎剛度越高[15]，紗線的最大抗彎力越大。在相同的滌綸、粘膠比例的情況下，紗線糾纏結(jié)構越大、越穩(wěn)定，紗線的抗彎剛度越大[16]，最大抗彎力也越大。

紗線抗彎力測試結(jié)果見圖5。滌粘混紡紗的最大抗彎力為1.35 mN，在3種不同結(jié)構紗線中最大，短纖維/短纖維包芯紗的最大抗彎力稍高于長絲/短纖維包芯紗。這可能是因為混紡紗中滌綸短纖維隨機分布在粘膠短纖維中，紗線中纖維分布較為復雜且穩(wěn)定，所以最大抗彎力在三者中最大；在長絲/短纖維包芯紗中，滌綸長絲作為芯層被粘膠短纖維包覆，在成紗過程中很少發(fā)生滌綸長絲與粘膠短纖維的穿插糾纏，二者各自有較好的聚集，結(jié)構簡單，所以最大抗彎力最??；而對于短纖維/短纖維包芯紗來說，由于滌綸和粘膠都是短纖維，在成紗過程中會發(fā)生皮層纖維與芯層纖維，即粘膠與滌綸的穿插糾纏，使得紗線結(jié)構復雜起來，故其最大抗彎力居中。

圖5 3種紗線的抗彎力測試結(jié)果Fig.5 Test results of yarn bending property

4 結(jié) 論

本文對相同纖維比例的滌粘混紡紗、滌粘短纖維/短纖維包芯紗、滌粘長絲/短纖維包芯紗的結(jié)構與性能進行了實驗探究，主要結(jié)論如下：

①混紡紗中的滌綸短纖維隨機地分布在粘膠短纖維中，滌粘短纖維/短纖維包芯紗包覆效果良好，且芯層滌綸短纖維會向皮層粘膠短纖維中發(fā)生一定程度的轉(zhuǎn)移，而滌粘長絲/短纖維包芯紗中滌綸長絲抱合緊密且有部分“露絲”現(xiàn)象。

②滌粘短纖維/短纖維包芯紗條干CV值最大，捻度變異系數(shù)和不勻率最小。

③滌粘混紡紗的毛羽數(shù)量最多，芯吸高度和抗彎力最大。

④滌粘長絲/短纖維包芯紗的毛羽數(shù)量最少，斷裂強度和斷裂伸長率最大。