随着时代的快速发展,生活质量显著提高,人们对织物质量和功能提出了更高的要求。与转杯纺、摩擦纺等其他新型纺纱技术相比,喷气涡流纺的纺纱速度快、纱线产量大、工艺流程短、产品制成率高、纤维可纺种类较多。喷气涡流纱中的打圈纤维较多,呈闭环形毛羽,纤维两头端均缠绕在纱芯上,制成起绒产品后,绒面不易出现僵斑,绒毛细密且平整度较高,起绒厚度较厚,同时耐磨性、保暖性也较为理想。本研究中的喷气涡流混纺织物可用于春秋冬季的T恤或内衣,最终产品既满足了消费者对服装功能保健性、暖感舒适性的要求,也契合生态纺织品的市场消费需求,具有较大的经济效益和社会效益。本研究重点以有机棉/暖姜纤维/金黄连纤维 60/20/20 14.6 tex喷气涡流纱为例,对其纺纱工艺以及成纱质量进行分析。1 原料及纺纱工艺流程1.1 原料性能暖姜纤维源于大自然中的一种草本植物——姜,经过萃取新鲜生姜中的有效成分,经浓缩、干燥制成生姜提取物,并研磨成纳米级粉体,再将其与天然木浆共混,最终得到暖姜纤维。该纤维具有天然的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌等常见菌体均具有较强的抑制性。此外,暖姜纤维还具有保暖、吸湿发热、蓄热保温功能。金黄连纤维由金银花、黄芩、连翘3种天然植物中提取的有效成分与天然木浆混合而成,具有抗病毒、消臭、防螨等功能。有机棉用于混纺,可以改善织物的服用性能,使其具有较高的强力、较好的弹性、柔和的光泽和较好的保暖性、透气性、吸湿性和染色性。暖姜纤维与金黄连纤维都以粘胶为载体,是纤维素纤维,而有机棉常采用新疆有机棉。其物理性能指标见表1。.T001表1纤维的主要物理性能项目平均长度/mm线密度/dtex干态断裂强度/(cN·dtex-1)干态断裂伸长率/%回潮率/%质量比电阻/(Ω·g·cm-2)有机棉29.01.552.906.51.0×107暖姜纤维38.91.262.604.289.53.0×109金黄连纤维37.61.762.984.809.81.4×1091.2 纺纱预处理原料送入车间后要立即松包,使其保持吸湿状态,并与车间温湿度取得一定平衡。同时,由于暖姜纤维和金黄连纤维均是以粘胶为载体的纤维素纤维,为降低纤维的静电性能,确保成纱质量良好,需要在暖姜纤维和金黄连纤维上喷洒适量的水和抗静电剂进行纺前预处理[1]。1.3 纱线品种和规格综合生产成本因素,兼顾暖感、抗菌抗病毒、消臭等功能,确定有机棉纤维/暖姜纤维/金黄连纤维的混纺比例为60/20/20,成纱号数为14.6 tex。1.4 纺纱工艺流程由于新疆有机棉含杂率较高,故需经过开清棉、梳棉、精梳准备以及精梳过程对新疆有机棉进行有效除杂;暖姜纤维与金黄连纤维混和比例相同,将其共同经过和毛工序,以提高混和效果,然后经过梳棉工序制成混纺生条,再与精梳有机棉条经过三道并条混和后进行喷气涡流纺纱。2 各工序纺纱工艺2.1 开清棉工序暖姜纤维和金黄连纤维具有表面光滑、手感蓬松柔软、长度整齐度较好、所含杂质较少、短绒率低等特点。混纺前需对暖姜纤维和金黄连纤维进行和毛,使暖姜纤维和金黄连纤维得以充分开松,有利于其混和均匀,同时实现给油的目的。开清棉工序暖姜纤维与金黄连纤维的生产主要以开松、柔和打击、梳理为主。为了提高纤维的伸直平行度并降低纺纱过程中的纤维损伤,工艺应遵循“多梳少打,多收少落”的原则[2]。开清棉过程中涉及的主要工艺参数:抓棉机打手速度740 r/min,混棉机打手速度430 r/min,开棉机梳针打手速度480 r/min,成卷机综合打手速度920 r/min。2.2 梳棉工序对于暖姜纤维与金黄连纤维混纺生条的生产,为了减少纤维之间的缠结以及棉结多的现象,应对纤维进行充分梳理。为了减少纤维损伤,应遵循平稳转移的原则,并适当降低锡林速度和刺辊速度。合理设置生条比例和牵伸倍数,可增强纤维间的抱合力、降低纤维卷曲程度,使纤维网平稳转移并减少纤维网脱落等。在梳棉过程中还会出现生条松散问题,其产生原因是压辊的压力不足,应适当加压。针对暖姜纤维与金黄连纤维的特点,结合生产实际,梳棉工序主要工艺参数:刺辊速度690 r/min,锡林速度330 r/min,道夫速度70 r/min,刺辊与给棉板隔距0.48 mm,刺辊与锡林隔距0.18 mm。2.3 并条工序为了进一步提高牵伸过程中纤维的伸直平行度与混纺均匀性,需保证喂入的棉条形状良好,无断边、断条、黏连等情况。并条工序采用三道并合,可明显改善棉条结构与重量不匀率[3]。在牵伸过程中,适当加大罗拉隔距和胶辊压力,用于解决由于纤维长度长造成牵伸力大的问题。此外,为了提高纱线的条干均匀度,应使牵伸力与握持力达到平衡状态并选择较轻的熟条定量。采取顺牵伸分配、较大的头并后牵伸与罗拉隔距、较大的张力牵伸配置,以提高纤维的伸直平行度和增加条子的紧密性。并条工序主要工艺参数:定量头并19.4 g/5 m,二并18.8 g/5 m,三并18.2 g/5 m;后区牵伸头并1.77倍,二并1.25倍,三并1.32倍。2.4 喷气涡流纺工序喷气涡流纱大致的纺纱过程:纤维须条先通过前罗拉输出后经过旋转气流,旋转气流所产生的负压先将纤维吸入到导向部件,然后再将其吸入喷嘴;喷嘴内部含有较多喷射孔,方向与喷嘴相切;当压缩空气经过喷射孔进入喷嘴后,会形成旋转气流,旋转气流的作用是使纤维受力进行回转;在回转过程中,纤维聚集程度发生变化,其中纤维尖端向中心聚集,尾端以缠绕的形式构成其他纤维的表层,如此反复形成了由包缠纤维和芯纤维同时组成的喷气涡流纱,最后经过空心锭中心的纱线通道持续输出喷嘴。纺出的喷气涡流纱条干均匀、毛羽较少、强力较高,织物耐磨性和吸色性较好[4]。喷气涡流纺过程中的纺纱参数会直接影响纱线强力、纱线条干均匀度等性能,尤以喷嘴气压、前罗拉钳口到锭子的距离、纺纱速度等因素对纺纱质量的影响较大。本研究依据这3个因素设计正交试验来优化工艺参数。2.4.1 正交试验用户对棉纱品质的要求日渐增高,提升纱线质量成为生产重点。以纱线强力、条干均匀度为质量评价指标,成纱条干CV值越低,纱线强力越大,成纱质量越好。纱线条干均匀度通过USTER ME100型条干测试仪进行测试,纱线强力则通过HD021N型电子单纱强力仪进行分析。测试条件保持恒定,温度控制在(23±2)℃,相对湿度保持在(65±3)%。试验前,所有试样须在上述测试条件下放置24 h以上,使其回潮率得到平衡稳定。为了选取最优纺纱工艺参数,试验选取纺纱速度(因素A)、前罗拉钳口到锭子的距离(因素B)和喷嘴气压(因素C)3个因素,各因素选取3个水平进行正交试验。因素水平见表2,试验方案及结果见表3,极差分析见表4。.T002表2因素水平表水平因素A/(m·min-1)B/mmC/MPa1290210.452310220.503330200.55.T003表3正交试验因素水平与试验方案结果方案因素断裂强力/cN条干CV/%ABC1111145.916.762122140.616.663133138.816.764212136.717.335223134.417.116231139.516.137313134.716.458321133.416.849332145.116.27.T004表4极差分析指标项目因素A因素B因素C断裂强力k1141.77139.10139.60断裂强力k2136.87136.13140.80断裂强力k3137.73141.13135.97断裂强力极差4.905.004.83条干CVk116.7316.8516.58条干CVk216.8616.8716.75条干CVk316.5216.3916.77条干CV极差0.340.480.19由表4可以看出,根据极差大小可以分析出3个因素对两个指标影响重要程度的主次顺序为:纱线强力BAC,条干均匀度BAC,故三个因素的影响顺序为BAC。前罗拉钳口到锭子的距离对纱线强力的影响较为明显,纱线强力的最佳方案为A1B3C2;前罗拉钳口到锭子的距离对条干均匀度的影响也较为明显。综合分析,确定A3B3C2的参数配置为最优工艺,即纺纱速度330 m/min,前罗拉钳口到锭子的距离20 mm,喷嘴气压0.50 MPa,此时纱线质量相对最佳。2.4.2 结果分析与原纺纱工艺相比,在前罗拉钳口到锭子的距离为20 mm时,纱线的强力较高,纱线的条干均匀度较低。喷嘴气压对喷嘴内气流的轴向和切向速度有较大影响,随着喷嘴气压的变化,喷嘴内气流的切向速度也随之变化,二者呈正相关关系[5]。当前罗拉钳口到锭子的距离为20 mm时,喷嘴气压增大,会导致纱线强力随着喷嘴气压的增大呈现先增大后减小的趋势,纱线的条干均匀度则随着气压增大而逐渐增大。纺纱速度与纱线在气流腔中的加捻时间存在一定的正相关性,即纱线加捻时间越短,纤维间的包缠作用就越弱,纱线强力也随之降低。当前罗拉钳口到锭子的距离为20 mm时,纱线强力会随着纺纱速度的增大而逐渐增大,而纱线的条干CV则呈现先降低后增大的变化趋势。3 织物性能测试及分析3.1 抗菌性能测试织物抗菌性能参照FZ/T 73023—2006《抗菌针织品》的相关方法进行测试,采用纯棉针织物为对照组,试验菌落为金黄色葡萄球菌。通过计算菌落数得出有机棉纤维/暖姜纤维/金黄连纤维60/20/20 14.6 tex喷气涡流纱制成针织面料的抑菌率为77.1%,大于70%(标准要求),表明该混纺针织面料对金黄色葡萄球菌具有一定的抑制性。3.2 透气透湿性测试织物透气性或透气率按照GB/T 5453—1997《织物透气性的测定》,采用YG461E型全自动透气量仪进行分析。测试结果表明,有机棉纤维/暖姜纤维/金黄连纤维60/20/20 14.6 tex喷气涡流纱制成针织面料的透气率平均值为7 390.8 mm/s。织物透气性与织物厚度、紧度及织物组织结构密切相关,该针织面料较轻薄且线圈结构松散,故其透气性较好。根据FZ/T 73022—2012《针织保暖内衣》的标准要求,针织面料的透气率应不小于180 mm/s,故该混纺纱针织面料的透气性能较好[6]。织物透湿性参考GB/T 12704.2—2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第2部分:蒸发法》,采用M216A型织物透湿量测试仪进行测试[7]。测试结果表明,有机棉纤维/暖姜纤维/金黄连纤维60/20/20 14.6 tex喷气涡流纱制成针织面料的平均透湿量为944 g/(m2·d)。3.3 保温性能测试保温性测试使用YG(B)606E 型平板式保温仪,依据GB/T 11048—2018《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定(蒸发热板法)》中的方法进行试验[8]。测试结果表明,有机棉纤维/暖姜纤维/金黄连纤维60/20/20 14.6 tex喷气涡流纱制成针织面料的保温率平均值为35.35%。根据FZ/T 73022—2012《针织保暖内衣》的标准要求,针织面料的保温率应大于30%,所以该面料具有一定的保温效果。4 总结根据纤维性能特点,通过喷气涡流纺将有机棉纤维、暖姜纤维和金黄连纤维进行混纺,纤维的凝聚、转移、加捻全部借助气流完成,可纺制出毛羽少、强力高、抗起球性好的混纺纱线。该混纺纱将有机棉纤维的舒适柔软与功能性纤维保温、抗菌等特性相结合,充分发挥了各种纤维的优势,提高了产品附加值。综合生产成本因素,兼顾暖感、抗菌抗病毒、消臭等功能,确定有机棉纤维/暖姜纤维/金黄连纤维的混纺比例为60/20/20。采用正交试验优化了喷气涡流纺主要纺纱工艺参数。对混纺纱织物保温性、透湿透气性能和抗菌性能进行测试,结果表明以上各项性能均满足织物的质量和功能要求。随着纺织行业的不断发展,功能性纺织品受到青睐,本研究混纺纱具有广阔的市场前景。

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