空心纱形成机理分析及其产品开发.pdf

第2 7 卷第5 期 2 0 0 6 年5 月 纺织学报 J o u m a lo f7 r e x t i l eR e a r c h V 0 1 2 7N o 5 M a v2 0 0 1 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 5 0 0 7 6 0 4 空心纱形成机理分析及其产品开发 张进武 ( 南通纺织职业技术学院，江苏南通2 2 6 0 0 7 ) 摘要利用水溶性维纶在纺纱时作填充料，制得空心纱。经特殊的松式整理后产生了一种特殊结构，即纱的截 面内、外层的纤维密度不一致，中心区域呈空洞状。对空心纱的纱线特征和形成机理作了全面、系统的分析，对生 产中的主要工艺参数进行优化设计，并就空心纱产品开发应用中需注意的问题进行初步探讨研究。 关键词空心纱；形成机理；工艺参数；产品开发 中图分类号：鸭1 0 4 7 9文献标识码：A A n a l y s i so ff o r I I l i n gm e c h a I l i s mo ft h eh o U o wy a ma n d i t sp r o d u c td e V e l o p m e n t Z H A N GJ i n w u ( k 嗍砒场删面船z 死如蝴凸抛芎，昭，肠，炉 2 2 6 0 0 7 ，c 航船) A b s t m c tT h eh o U o wy a mw a s 啪d eb yu t i l i z i n gak i n do fp a n l yw a t e rs o l u b l ef i b e ra sf i l l i n gm t e r i a lw h e n s p i n n i n g ，w h i c hf o m e das p e c i a ls t m c t u r ea f t e rs p e c i a lt e n s i o n l e s sf i n i s h i n g ，t l l a ti s ，d i f f e r e n tc o r n p a c t n e s s e x i s t e db e t w e e nt h ei n n e r 釉do u t e rl a y e r so ft h ey a mw i t hh o U o w si nt h ec e n t e r Ac o m p r e h e n s i V ea I l d s y s t e m t i ca n a l y s i sw a sm a d eo ft h ec h a 瑚L c t e r i s t i c sa n df b n l _ l i n g I n e c h a I l i s m0 ft h eh o l l o wy 帅，a J l dm a i n p r o c e s sp 啪m e t e r sw e r eo p t i I I l i z e d T i p sf o rd o w n s t r e a mp r o d u c td e V e l o p m e n tw e r ed i s c u s s e d K e yw o r d s h o U o wy 啪；f o 珊m e c h a n i s m ；p r o c e s sp a m m e t e r ；p r o d u c td e V e l o p m e n t 1 空心纱基本结构和纱线特征 空心纱是中空纤维概念在纱线上的运用。它把 水溶性维纶作纺纱时的填充料，纱线经松式整理后 产生了一种特殊结构，即纱的截面内、外层的纤维密 度不一致，外层密度大，内层密度小，中心区域呈空 洞状，用扫描电镜观察其截面形状，如图l 所示。 空心纱的主要特征：1 ) 与常规纱线相比，在同 样的线密度下，有较高的比表面积和覆盖面积；2 ) 纱 线有高的弹性，加工出的织物手感非常柔软。3 ) 纱 线的中心区域呈空洞状，有空气隔离膜的存在，所以 有较好的保暖特性；4 ) 纱的膨松度( 即中空度) 高，增 加了纱的毛细管效应，使纱的吸水性得到提高；5 ) 由 于空心化效果的产生，使得纤维与纤维间的抱合力 下降，强力要比常规纱低1 5 。3 0 。 图l 空心纱的截面形状 2 空心纱形成机理分析及加工工艺 空心纱的加工是利用包芯纱的纺制原理来完成 的，即用水溶性的长丝或单纱作芯纱，外包短纤维， 然后溶去芯纱形成空心纱。此工艺的缺点是工艺流 收稿日期：2 0 0 5 一0 3 一0 2修回日期：2 0 0 5 一0 5 2 3 基金项目：南通市重点产学研资助项目( D c 2 0 0 1 ) 作者简介：张进武( 1 9 5 8 一) ，男，高级工程师。主要从事纺织生产技术的应用研究和新型纱线产品开发。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第5 期张进武：空心纱形成机理分析及其产品开发【7 7 】 程长且生产成本高。实验开发的空心纱纺纱方法比 上述方法简单，它将一定比例的水溶性维纶与棉进 行混合、牵伸、加捻纺制成单纱，然后经松式整理，去 除水溶性维纶，充分利用加捻应力的释放作用，使纤 维转移、伸展、产生特有的中空形态。 2 1形成机理 按常规分析推测，用短纤混纺，溶去水溶性维纶 后，呈散布的中空形状；用水溶性长丝或单纱通过包 芯纺，溶去长丝或单纱后，中间成中空形状。但实验 的结果基本是一致的，即用短纤混纺，通过松式整 理，溶去水溶性维纶后，也形成中间呈空心无纤维状 的中空纱。 纱线加捻时，纤维被扭曲挤压呈螺旋状态，在纱 线内部形成加捻应力，这种应力对纱轴的横向分力 使纤维相互压紧从而使纱条具有一定的强力、耐磨 性、刚性等。棉纤维与水溶性维纶通过多次条混，经 粗纱、细纱工序，已混和较均匀。水溶性维纶的溶解 过程一般分为吸湿、膨化、收缩、溶解。当水溶性维 纶被溶化时，纱内部的棉纤维受到水溶性维纶的膨 化、收缩作用，原来棉纤维的加捻应力获得释放，迫 使棉纤维尽可能由里向外转移、伸直，便产生了空心 化效果。 空心纱的形成机理分析。首先从加捻开始，分 析处于一个截面上不同直径纤维的加捻分布。环锭 纺纱捻度径向分布是外层加捻大，内层加捻小。在 考虑加捻程度时，常用捻系数K 。来表示。捻系数的 实际表示意义是K = 1 0 3 t a n p 1 0 r 4 7 c ，在不考虑 纱的密度r 时，反映的是与捻回角口大小的关系，捻 回角口是把加捻后成为圆柱螺旋线的母线展开后， 螺旋线上任一点的切线与轴心线所成角度。由此可 见，t a n 口= 7 c d r ，d 为纱的直径，r 为纱的捻度。从公 式可以反映出，在同一捻度下，处于同一径向截面不 同直径部位的捻回角是不同的，直径越大，捻回角口 就越大，加捻程度就越大。以上是从理论上分析的， 实际上，在径向截面上捻回角的分布要更复杂。而 且，同一根纤维的分布一般均处于不同的径向直径 部位，这样一根纤维上分布的加捻应力也不相同，水 溶性维纶被溶解时所产生的膨胀、收缩作用，有利于 纤维上的加捻应力调整，即同一根纤维尽可能地分 布在相同的径向直径部位，使捻度应力分布相一致。 当水溶性维纶被溶化后，让出的空间有利于在其内 侧的棉纤维释放加捻应力，这种加捻应力释放迫使 里侧的棉纤维尽可能向外侧转移并伸直。这是产生 空心化现象的主要机理。 由于不同的纤维弹性回复性不同，对实现空心 化效果有很大的影响，所以最好选择应力松弛较小 的纤维，目的是使纱的加捻内应力能较好地保持，有 利于空心化的形成。也基于这个原因，不能事先对 要进行空心化处理的纱进行汽蒸、给湿等定形处理， 而且适宜即纺即用，缩短放置时间，减少捻度应力松 弛发生。 2 2 工艺设计及分析 在设计纺纱工艺时，主要考虑以下几个方面，首 先是选择合适的水溶性维纶；其次是确定水溶性维 纶用量；最后是选取捻系数。 2 2 1 水溶性维纶的选择 水溶性维纶的选择主要考虑水溶温度、水浴比 等。水溶温度最好控制在6 0 8 0 ，一方面节省能 源，另一方面不需高温高压装置，简化了设备配置； 选用价格低的水溶性维纶。由于水溶性维纶在最终 产品上是不存在的，这有利于降低成本。另外，要注 意选用对环境污染少的水溶性维纶，有利于可持续 发展。目前国产水溶性维纶短纤品种有2 种，即水 溶温度分别为8 0 、9 0 。将纤维纺成纱、织成布后 要能做到彻底溶解，水溶温度一般还要提高1 0 1 5 。所以考虑到常温下能顺利溶解，最好选用水 溶温度为8 0 的维纶短纤。 2 2 2 水溶性维纶的用量 水溶性维纶的用量不仅影响到成品纱的线密 度，同时还会影响到纱的结构、强度、伸长等物理性 能以及织物的手感风格等多项指标。维纶比例过 低，纱的中空度不够，达不到柔软要求；维纶比例过 高，纱线结构过松，强力大大下降，不利于后道加工， 且纱的成本也增加，不利于产品的销售。为此，参照 了在毛纺上已有的经验数据，结合棉纺的特点，设计 了1 0 、2 0 、3 0 3 种水溶性维纶含量的纱及织物 进行强力等指标的测试。结果表明，当水溶性维纶 含量超过2 0 时，纱及织物强力大大下降，无法达 到产品标准。因此综合考虑，选用2 0 这一比例。 2 2 3 捻系数 选取捻系数主要考虑的因素：一是有利于退维 时有足够的加捻应力释放，以确保水溶性维纶溶化 后，能产生纱的空心化效果；二是退维后，纱能处于 低捻状态，能尽可能地提高纱中的空隙即中空度， 具有较好的弹性和柔软性；三是考虑纱的最终强力， 确保织造工序的操作顺利及最终产品质量。经反复 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 【7 8 】 纺织学报第2 7 卷 实验，捻系数选取在3 0 0 3 5 0 ，能较好地满足上述要 求。 2 2 4 工艺分析 在具体纺纱工艺措施上，主要考虑水溶性维纶 与棉的原料选用以及纤维混合方法。要选用棉型水 溶性维纶，即纤维要比棉纤维细，纤维长度比棉纤维 长，这样在加捻过程中纤维容易分布在纱的内部，有 利于空心化的形成。选用棉花要求纤维长度长、含 短绒率低、成熟度高，不能使用低于2 级的棉花，以 确保纱的品质。表l 比较了水溶性维纶与棉纤维的 差异。 表l 水溶性维纶与棉纤维主要性能对照 纤维 长度，线密度，干强度，干仲长度，密度，公定回 “4 md t e 】【( g ·d t e x 一1 ) ( g ·c m 一3 ) 潮率 水溶性维纶3 81 5 6 3 6 5 91 6 2 51 2 6 1 35 棉纤维 2 3 3 31 5 21 7 2 87 1 01 5 21 1 1 由于水溶性维纶不需像棉纤维一样进行开松除 杂，开清棉、梳棉工序需分开进行，通过条混进行混 和，为此在主要工序上应采取以下措施：1 ) 由于水 溶性维纶在梳棉等加工过程中易产生静电，在湿度 小的时候应对维纶纤维喷洒抗静电剂和适量的水， 堆放2 4 4 8h ，才可上抓包机。棉卷定量宜偏重控 制，否则梳理成网困难，并难以集束成条。开清棉 温度冬季宜在2 2 左右，夏季宜在2 8 左右，相对 湿度应在7 0 左右，有利于吸湿。梳棉时相对湿度 在6 5 7 0 ，有利于梳棉放湿和消除静电。并条 和粗纱上要注意对皮辊进行处理，增加导电性。2 ) 为了确保水溶性维纶棉条混得均匀，要考虑并条的 道数，设计时一般比通常要求多1 2 道；条混时要 注意比较均匀地错开维纶条与棉条排列位置，并防 止错筒、漏条发生，确保准确的混纺比。 在使用不同水溶温度的维纶时，国产8 0 的比 9 0 的可纺性差，主要表现在梳棉工序上，出现纤 维转移不良、绕锡林、棉网清晰度下降、棉网易断头 等。解决的方法主要是在工艺上进行适当调整，如 改用释放性能好的锡林针布，采用转移能力强的道 夫针布型号，尽可能调小锡林与道夫针布间的隔 距等。 细纱工艺设计时，要注意退维前后的线密度变 化，以1 4 6t e x 单纱为例，这里的1 4 6t e x 是指最后不 含水溶性维纶的线密度，在细纱上实际纺出的线密 度为1 8 2t e x 。质量上，由于空心纱在细纱工序上还 只是半制品，后面还要进行退维处理，达到空心化 要求，因此有些质量指标还应高于普通棉纱的要求， 如单纱强力、条于c y 值等，表2 为1 4 6t e x 空心纱的 细纱性能指标。 表21 4 6t 既空心纱细纱性能指标 退维工艺的合理设计，对提高纱的空心度，增加 纱的柔软性和弹性以及保证织造过程中的强力，都 有很大意义。退维工艺主要参数包括水溶温度、水 浴比、保温时间。为了确保空心化的质量，退维时最 好以绞纱形式进行，这样有利于纤维在退维时捻度 应力的释放，这一点非常重要。 水溶温度前面已讲过，这里就不再分析了。水 浴比的确定主要考虑退维率和纱的强力。因为水溶 性维纶是一种高分子化合物，可以作为一种浆料，控 制好浴比也就是控制浆料的浓度，使纱在退维后，通 过浆料的作用，确保空心化的纱有一定的强力，便于 后道织造等工序顺利进行，并能保持空心化的效果。 实验选用了不同的浴比，其强力和退维率的变化如 表3 所示。 表3 在不同浴 E 下空心纱的强力和退维率 从表3 可以看出，浴比从1 ：8 到1 ：3 0 ，强力基本 上是随浴比增大而减少，而1 ：的意思是反复退 维，彻底溶化水溶性维纶，此时纱的强力最低。退维 率随浴比增大而提高，从6 2 6 逐渐提高至1 0 0 。 所以纱的退维浴比一般控制在l ：2 0 一l ：3 0 范围内 为宜。溶化的保温时间经多次实验，一般控制在3 0 4 0m i n 就能将水溶性维纶基本溶化退完。 3 空心纱后道产品的开发 根据空心纱的特点，适宜开发的后道产品主要 有：1 ) 轻薄型织物，如做夏季服装的府绸等；2 ) 亲肤 柔软型织物，如做睡衣的绒布和被褥用面料等。 不同类型的织物，空心纱在织物中所保持的形 态是不同的，在府绸等织物中，由于采用了平纹组 织，纱的浮长较短，空心纱一般都被压扁，纱有较高 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 第5 期张进武：空心纱形成机理分析及其产品开发【7 9 】 的比表面积和覆盖面积。进行了3 组实验，反映不 同线密度的空心纱在水溶前后的直径变化，如表4 所示。 表4 空心纱在水溶前后的线密度与直径变化 从表4 的数据来看，纱线的直径变化不大，但 线密度却变细了2 0 。所以，在经纬纱空隙相同的 情形下，可以减少经、纬密1 0 左右。由于这类产 品空心化处理宜在织造后整理时进行，所以织造时 纱的强力较高，能有效地提高织造的生产效率。而 做睡衣的绒布、被褥面料和提花织物，为了在纱中保 持有良好的空心形状，一般采取织造前对纱进行空 心化处理。由于纱的强力下降，在织造过程中会有 一些困难，尤其经纱容易被综丝、钢筘磨损而断头， 所以空心纱一般不做经纱，只做纬纱。织造时还要 控制纬密，不宜太密，并适当减少经纱的预张力，尽 可能保持纬纱的空心形状。另外，空心纱还可用来 加工毛巾类产品，与无捻纱毛巾相比有更优越的性 能。主要表现在除保持无捻纱毛巾质地丰满，亲肤 柔和、舒适、有弹性等优点外，还具有使用时不易发 毛，毛圈形状保持性好，掉毛少以及空心纱的生产 成本比无捻纱低等优点，有较好的市场开发前景。 4结束语 空心纱是一种新型的纱线，作为一种纺织柔软 加工技术，能使织物获得一种超级柔软的手感品质， 很好地满足了消费者生理和心理需求，开发出的产 品受到了消费者的青睐，在纺织市场上初步显示出 一定的优势。黼 参考文献： 1 张文赓，陈铭右，丁寿基，等加捻过程基本理论 M 北京：纺织工业出版社，1 9 8 5 1 5 5 2 陈明珍，张省勇，邱佩琼毛中空纱加工技术与针织产 品开发 J 毛纺科技，2 0 0 4 ，( 9 ) ：4 6 4 9 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark