柔洁纺温度对粘胶纤维成纱质量影响

许 多 徐金良 梅剑香 卫 江 刘可帅

(1.武汉纺织大学，湖北武汉，430200；2.裕大华纺织服装集团有限公司，湖北武汉，430415)

1 柔洁纺粘胶纤维成纱原理与特点

1.1 柔洁纺成纱原理

柔洁纺作为一种新型纺纱技术，其核心是在加捻三角区出口处安装一个柔顺光洁装置[1-2]。此装置对纱线起到高温熨烫、握持聚合作用；通过高温熨烫使纤维达到玻璃化转变温度后发生软化，降低纤维刚性；同时受到握持点抚顺握持，使纱线协同易控制，提高纤维的可加工性能；可有效减少成纱毛羽，提高纱线强力，改善成纱条干均匀度，提高纱线品质[3-4]。

1.2 粘胶纤维强伸性能与温度的关系

粘胶纤维是一种再生纤维素纤维，因其良好的服用性能而得到大量应用。粘胶纤维强伸性能与温度的关系如图1所示。由图1可以看出，粘胶纤维的断裂强力与断裂伸长率随着温度的升高逐渐下降[5]。

图2为粘胶纤维受热后分子结构的变化图。常温状态下粘胶纤维大分子链间结构随着温度升高发生改变，出现图2(b)、图2(c) 和图2(d) 温度下的粘胶纤维大分子结构。

(a)断裂强力与温度关系

(b)断裂伸长率与温度关系

图1 粘胶纤维热力学性能与温度关系

(a)常温下粘胶纤维结构 (b)80 ℃时粘胶纤维结构

(c)120 ℃时粘胶纤维结构 (d)210 ℃时粘胶纤维结构

图2 粘胶纤维大分子受热后结构的变化

随着温度的升高，粘胶纤维中结合水散失，部分氢键结构断裂，加剧了纤维素分子相对滑移。粘胶纤维在102 ℃存在玻璃化转变温度[6]。当加热温度超过150 ℃后，粘胶纤维的大分子构象和内部空间结构发生改变，并且粘胶纤维受热不会发生熔融，温度达260 ℃时会分解[7]。

结合图1与图2，根据粘胶纤维热力学性能以及大分子结构随温度变化的情况，选择80 ℃、120 ℃和210 ℃作为柔洁纺装置设定温度。

2 试验

根据粘胶纤维热力学性能，分别选择80 ℃、120 ℃、210 ℃三种加热温度进行柔洁纺粘胶纱线纺制。通过对比柔洁纺与传统环锭纺粘胶纱线质量，探究柔洁纺加热温度对粘胶纱线成纱质量的影响。所有柔洁纺装置均安装在裕大华纺织服装集团有限公司标准厂房FA1520型环锭细纱机前罗拉出口处。每组纺纱设备分别安装在6个相同的纱锭上。柔洁纺模型与实物图如图3所示，在纺纱过程中纱线穿过柔顺光洁装置的高温熨烫面。

(a) 柔洁纺实际生产状态图 (b)柔洁纺纺纱模型图

图3 柔洁纺模型与实物图

柔洁纺装置的中心与钳口线之间的距离约为15.0 mm，纱线与柔洁纺高温熨烫表面之间的接触长度约为20 mm。

本研究所用粘胶纤维规格39 mm×1.23 dtex，纤维断裂强度2.29 cN/dtex。采用相同的粘胶纤维粗纱，在FA1520型细纱机上纺制3组柔洁纺粘胶纱线和1组环锭纺粘胶纱线。其主要工艺参数：锭速15 000 r/min，粗纱定量8 g/10 m，细纱号数19.7 tex，前罗拉速度130 r/min，钳口隔距3.0 mm，后区牵伸1.14倍。选用W321型40号钢丝圈，PG1-4054型钢领。同时对所纺6锭细纱进行络筒，络筒机型号№21C-S，络筒速度1 200 m/min。

所有样品在具有标准大气条件的实验室中存储至少24 h，然后对其进行纱线性能测试。采用YG172A型毛羽仪测试毛羽数，按30 m/min测试速度和10 m片段长度进行测试，取10组数据平均值；采用DSX510型奥林巴斯光学显微镜，分别观察并拍摄100倍下4组粘胶纤维纱线的形态结构；采用YG136 A/C型条干仪测试条干性能，以400 m/min的速度测试1 min， 计算5组平均值；采用YG063T型全自动单纱强力仪测试纱线断裂强力，以500 mm/min拉伸速度测试1 min，测试20组取平均值；采用临界扭结距离法[8]，保持100 cm长纱线处于伸直状态，一端保持静止，一端缓慢水平向静止端移动，当纱线开始扭结时，测量两端之间的距离L，判断其定捻效果。

3 结果与分析

3.1 纱线毛羽性能分析

不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的毛羽数如表1所示。

根据表1可以发现,3组柔洁纺粘胶纤维纱线的毛羽数都要远低于传统环锭纺粘胶纱线，其中80 ℃、120 ℃和210 ℃柔洁纺粘胶管纱的3 mm毛羽数比传统环锭纺粘胶管纱分别降低了59.6%、70.3%和90.2%。可以看出毛羽减少效果最好的是210 ℃柔洁纺纱线，并且温度越高，毛羽减少率越高。说明了控制柔洁纺温度可以有效调控纤维软化程度，进而增强成纱过程中对纤维的控制，有效降低纤维的初始模量和刚性，使纤维充分参与内外转移，减少毛羽的产生。

表1不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的毛羽数

卷装粘胶纱线不同长度毛羽数/根·(10 m)-11 mm 2 mm 3 mm 4 mm 5 mm 6 mm管纱管纱管纱管纱筒纱筒纱筒纱筒纱传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺845.11532.23419.23347.331 109.28839.17660.11607.22203.09102.6573.5642.94279.22251.56145.56118.0080.2832.4123.837.8392.8366.1744.2830.0642.8918.7410.942.1136.5026.3916.177.9414.628.985.780.9414.6110.066.443.116.224.613.010.506.223.002.671.06

从表1中不同加热温度下柔洁纺粘胶筒纱的毛羽数还可以看出，络筒依旧对柔洁纺毛羽数有一定影响[9]，但经过络筒后毛羽改善情况明显不及络筒前，即80 ℃、120 ℃和210 ℃柔洁纺粘胶筒纱的3 mm毛羽数比传统环锭纺粘胶筒纱分别降低了28.7%、52.3%和67.6%。传统环锭纺粘胶筒纱的3 mm毛羽数相比管纱增长15.6%，但柔洁纺粘胶筒纱相比管纱增幅较大，即80 ℃、120 ℃和210 ℃柔洁纺粘胶筒纱的3 mm毛羽数比同温度柔洁纺管纱分别上涨104.2%、85.8%和283.9%。说明80 ℃的温度可有效降低纤维模量，提高了加捻时对纤维抱合力的控制，成纱毛羽明显减少；120 ℃的温度使粘胶纤维模量大幅度降低，在握持面作用下全方面控制纤维参与内外转移，大幅度提升纤维在纱线表面的加捻卷绕效果，因此120 ℃柔洁纺毛羽改善效果较好。而210 ℃柔洁纺粘胶筒纱毛羽的增幅最大，这证实了其高温状态下暴露在纱线主体外的纤维仅是黏合在纱线表面，并未参与内外转移，经络筒工序摩擦脱落，又重新变回毛羽。

3.2 纱线表观结构分析

图4为4组粘胶纱线的光学显微镜观测图像。

(a) 传统环锭纺粘胶纱线 (b)80 ℃柔洁纺纱线

(c)120 ℃柔洁纺纱线 (d)210 ℃柔洁纺纱线

图4 不同温度下柔洁纺粘胶纱线光学显微镜观测图像

如图4 (a)所示，传统环锭纺粘胶纱线表面存在大量毛羽和纱疵。如图4 (b)所示，80 ℃柔洁纺粘胶纱线的表观结构有明显改善，其纱线毛羽明显减少，条干均匀，说明80 ℃柔洁纺装置的熨烫、握持、聚合作用可以使粘胶纱线有效受热软化，纱线抱缠紧度提高，对纱线的形态结构改观明显。如图4 (c)所示，120 ℃柔洁纺粘胶纱线表面比80 ℃柔洁纺粘胶纱线更加光洁柔顺，暴露在外的纤维能够更好地被卷入纱体中，充分参与内外转移，使纱线更加柔顺。如图4 (d)所示，210 ℃柔洁纺粘胶纱线表面的毛羽并没有重新被卷入纱体当中，而是在高温下改变其构象并与纱线表面结构形成黏连。因此，在210 ℃高温下，产生的纱线毛羽受高温和抚顺握持后黏合在纱线表面，致使纱线僵化，条干恶化，且在上浆时会产生疵点，织造时出现起毛起球、上染不匀等问题[10-12]。

3.3 纱线条干性能分析

表2为不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的条干性能。表2中分别将80 ℃、120 ℃和210 ℃柔洁纺粘胶纱线与传统环锭纺粘胶纱线的条干性能进行对比，其管纱条干CV值分别降低了1.4%、3.9%和0.3%；筒纱条干CV值分别降低了1.4%、4.0%和0.1%。对比络筒前后纱线的条干性能，经络筒后柔洁纺粘胶纱线条干性能稍有下降[13]。

表2不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的条干性能

卷装粘胶纱线条干CV/%细节/个·km-1粗节/·km-1棉结/·km-1管纱管纱管纱管纱筒纱筒纱筒纱筒纱传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺12.1011.9311.6212.0612.2112.0411.7212.190 0 0 2 4.20.80 3.331.616.712.527.536.018.014.034.056.735.825.043.370.038.025.070.0

在千米细节、粗节、棉结方面，不同温度柔洁纺纱线都在传统环锭纺纱线基础上有明显改善。其中120 ℃柔洁纺粘胶纱线的改善效果最佳，210 ℃柔洁纺粘胶纱线改善效果最弱。

从整体上来看，柔洁纺高温熨烫处理、抚顺握持可以改善粘胶纤维的成纱质量[14]。这是因为粘胶纱线在120 ℃加热温度下氢键断裂，粘胶纤维大分子发生相对滑移，纤维呈现易软化状态，在柔顺握持点协调控制下可以使纤维充分参与内外转移并达到柔顺光洁结构形态；而对于210 ℃柔洁纺，由于210 ℃高温使纤维大分子构象发生改变，破坏了纤维内部结构，部分纤维之间由于纤维构象的改变而形成黏合连接，从而恶化了纱线的条干[15]，且在络筒工序时进一步扩大。

3.4 纱线强伸性能分析

表3为不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的强伸性能测试结果。

由表3可以看出，不同温度柔洁纺粘胶纱线的断裂强力都在传统环锭纺纱线基础上有所增强。80 ℃、120 ℃和210 ℃柔洁纺粘胶纱线管纱断裂强力分别提高了2.7%、6.5%和2.8%，筒纱断裂强力仅分别提高了1.6%、5.6%、0.5%。一方面筒纱强伸性能的降低是受到络筒过程中摩擦和上机张力的影响。另一方面不论是管纱还是筒纱，120 ℃柔洁纺粘胶纱线的断裂强力提高幅度最大，这是因为120 ℃超过了粘胶纤维玻璃化转变温度，因此纤维间相对滑移减少，纤维间结合更加致密，纤维强力利用率更高，从而提高了纱线的强力[16]；与此同时，120 ℃柔洁纺粘胶纱线的断裂伸长率提高幅度也最显著，这是由于纤维的软化调控促使纱线内部结构蓬松，提供纱线轴向上的拉伸形变。而210 ℃柔洁纺粘胶纱线的断裂伸长率反而呈负增长，这是因为裸露在外的纤维受210 ℃高温，在纱线表面形成黏合，导致纱线内部无法滑移和形变，经络筒工序后黏合部分脱落，纤维强力利用率降低，从而使纱线质量恶化。

表3不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的强伸性能

卷装粘胶纱线断裂强力/cN断裂伸长率/%管纱管纱管纱管纱筒纱筒纱筒纱筒纱传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺282.4290.1302.2290.1279.2283.7295.0280.611.311.612.111.211.811.812.111.1

3.5 纱线定捻性能分析

表4为不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的定捻性能。

由表4可以看出，不同温度柔洁纺粘胶纱线产生扭结的距离要比传统环锭纺粘胶纱线小，说明高温熨烫对粘胶纤维纱线起到定捻作用。高温熨烫和抚顺面的握持使纱线的捻缩降低，使其接近湿热定捻的效果，可减少后期蒸纱定捻工序，节省了成本，提高了工作效率[17]。

表4不同加热温度下柔洁纺粘胶纱线的定捻性能

卷装粘胶纱线扭结距离/m扭结距离CV值/%管纱管纱管纱管纱筒纱筒纱筒纱筒纱传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺传统环锭纺80 ℃柔洁纺120 ℃柔洁纺210 ℃柔洁纺64.560.253.652.856.355.850.550.817.29.611.87.813.414.413.913.0

从表4还可以看出，络筒后筒纱的定捻效果要优于络筒前管纱定捻效果，可能是由于络筒过程产生退捻效果，同时络筒张力及清纱器对纱疵的清除作用进一步加强了对纱线的定捻效果。对于不同温度的柔洁纺粘胶纱线，随着柔洁纺装置温度的升高，所纺制粘胶纱线的定捻效果逐步提高，其中210 ℃柔洁纺粘胶纱线的定捻效果最好。

4 结论

本文对比分析了3种不同温度下的柔洁纺粘胶纱线结构和性能，得出以下结论。

(1)通过粘胶纤维不同温度下的强伸性能和纤维结构变化，加强了成纱过程中对粘胶纤维的软化调控，可有效改善纱线的表观结构，降低成纱毛羽，提高纱线强力。

(2)在柔顺光洁设备80 ℃高温软化和接触式握持的协同作用下，可降低纤维刚度，使其可以充分发生内外转移，从而改善成纱质量。而120 ℃柔洁纺温度使粘胶纤维达到玻璃化转变温度，可大幅提高纤维的可加工性，对粘胶纤维成纱性能改善显著。

(3)在210 ℃柔洁纺高温作用下，粘胶纤维的构象发生改变，纺纱过程中部分纤维与纱线主体形成黏合，导致纱线质量发生恶化，给后期上浆、染色、织造等工序带来危害。