纤维的长度特征对成纱的影响

郁崇文，匡雪琴，黄 晶

(东华大学 纺织学院，上海 201620)

纤维的几何特征对纺纱加工及纱线质量有直接影响。在纤维的几何特征中，细度和长度对纺纱加工过程和成纱质量影响最显著。合理选择长度适当的纤维可以兼顾纺纱和成纱综合质量。本文就纤维长度对纺纱的影响进行探讨。

1 纤维长度对纺纱加工过程影响

从成纱原理［1］来看，纤维经过开松、梳理、牵伸使其逐步且相互伸直平行排列，通过加捻形成具有一定强度的纱。显然，在开松、梳理和牵伸过程中，纤维的长度、细度影响着加工过程。纤维短，有利于纤维的梳理、伸直，因此，纺纱加工流程中，加工短纤维的棉纺流程最短，而加工长纤维的毛、麻和绢的纺纱流程都很长。棉、毛、苎麻的精梳纺纱流程如下。

棉(长度30～37 mm)：开清→梳棉→预并→条并卷→精梳→并条(1～2道)→粗纱→细纱。

毛(长度70～85 mm)：和毛→梳毛→针梳(并条，3道)→精梳→针梳(4道)→粗纱→细纱。

苎麻(长度100～110 mm)：开松→梳麻→预并→针梳→精梳→并条→复精梳→针梳(4道)→粗纱(1～2道)→细纱。

可见，由于毛、麻等纤维较长，在开松、梳理过程中容易弯曲缠绕而产生较多的弯钩乃至结粒，伸直纤维或排除结粒均需要更多的工序，因此，必须经过针梳(相当于棉的并条)工序完成纤维伸直和排列成纱，且整个纺纱加工的速度也比棉纤维的低很多。由于苎麻纤维比毛纤维更长，所以，尽管其纺纱设备类似于毛纺，但并不能直接采用毛纺设备进行纺纱，而其本身由于规模小，设备陈旧，更新几乎停滞，生产效率远比毛纺低。

2 纤维长度对成纱质量的影响

大量的短纤维在加工过程中，其在纱中的排列有一定的随机性(见图1)，排列受到纤维几何特征长度和细度的影响。

图1 纤维在纱中的排列Fig.1 Arrangement of fibers in yarn

一般认为，短纤维的长度对成纱质量是正相关的，即纤维的长度长，则成纱质量好，但这都是有前提的，即纤维的长度在一定范围内时，适当的长度有助于纤维间的结合。因此，棉纺对纤维长度远比苎麻、毛和绢纺重视得多。

2.1 纤维长度对成纱均匀度的影响

纤维长度对成纱不匀的影响直接取决于纤维的排列分布，也引起了众多学者的关注。Martindale［2-4］的基于截面内纤维根数及纤维细度变异的成纱极限不匀公式得到广泛应用，该公式在假设纤维等长和伸直的情况下，提出了各成纱截面不匀的极限值：

式中：n为纱条截面内纤维根数;Cd为纤维直径不匀。

显然，纤维的细度越细，成纱的不匀越小。该式由于只反映了纱条各截面的不匀，因此，与实际纱条片段长度的不匀有一定的差异，也无法反映纤维长度对成纱不匀的影响，但此公式仍在纺织行业实际生产及理论研究中得到广泛应用。

Moon Won Suh［4-5］考虑了纱条的片段长度不匀，从而引入了纤维长度的因素，提出了基于纤维长度推演的纱线条干理论不匀的表征模型，采用纱条片段内所有纤维长度总和的不匀来表征纱条片段间的理论不匀。一定长度的纱条片段间的纤维总长度不匀，即成纱理论不匀为

式中：ST(L)为设定片段长L的纱条内所有纤维的长度总和，等价1根长度为x的纤维在任意设定的纱条片段长度L内所截得纤维段长度;n为纱条截面内纤维平均根数;N(L)为L片段纱条内截得的纤维总根数，当片段长度 L→0计算纱条各截面的不匀时，该式与Martindale(不考虑纤维线密度不匀)的表达式相同。

由于上式中综合考虑了纤维长度、截取纱条片段长度L和截面内纤维平均根数n这3个变量，将成纱条干理论不匀的表征向前推进了一步。按照该式，在纤维等长情况下，成纱条干均匀度随纤维长度的变化规律如图 2［3］所示。

图2 纤维长度与成纱不匀的关系Fig.2 Relationship between fiber length and yarn unevenness

由图2可见，当纤维长度增加时，成纱的条干不匀也相应增加，但当长度达到一定程度后，长度对均匀度的影响就不显著了。文献［6-7］基于实验也得出了类似的结论。贾博深等［6］用不同切断长度的苎麻精干麻在棉纺设备上纺苎麻/棉(55/45)的52 tex纱时，得到纤维长度与成纱条干均匀度的关 系见表1。

表1 不同切断长度的苎麻纤维对成纱均匀度的影响Tab.1 Influence of different cut ramie fiber lengths on yarn evenness

上海纺织研究院［8-9］用不同切断长度的苎麻分别与相同的中长涤纶纤维混合后，成纱质量如表2所示。

表2 不同混合原料(末并条)的纤维长度对成纱质量的影响Tab.2 Influence of different fiber lengths with blended materials on yarn quality

从表1、2的结果来看，影响成纱均匀度的长度因素有短纤维率和长度不匀率等，但总的看来，还是体现了纤维长度短则成纱均匀度好的趋势，这与前面的理论分析是一致的。

杨秀峰等［7］采用不同长度的1.57 dtex涤纶分别纺制13.1 tex的纱，得出以下结论：当纤维长度在32～51 mm时，成纱条干较好;而随着纤维长度的增加，当纤维过长(64mm以上)时，成纱条干显著恶化。

董泽文［9］、邹成路［10］等采用不同长度的芳砜纶分别在棉型和毛型设备上进行纺纱，得出的结果如图3、4所示。

图3 芳砜纶长度对成纱均匀度的影响Fig.3 Influence of polysulfonamide fiber length on yarn evenness

图4 捻系数对成纱均匀度的影响Fig.4 Influence on yarn evenness with different twist factors

总的看来，纤维长度过长，成纱的条干不匀大，说明长度太长会影响纤维在纱条中的均匀排列，进而影响成纱的均匀度。

2.2 纤维长度对成纱强度的影响

有研究表明，棉纤维长度对成纱强度有关键的影响［11-12］，纤维长，则成纱强力高。但是，这些讨论并没有考虑纤维的其他长度性能(如长度不匀和短纤维率等)，一些文献也认为，当长度长到一定程度后，纤维长度的增加对成纱强力的影响不再显著，也有文献表明，棉纤维的长度整齐度比纤维长度对强度的影响更大［13-16］，如表3所示。

表3 纤维长度及其整齐度对成纱质量的影响Tab.3 Influence of fiber length and its uniformity on yarn quality

从表3可看出，棉纤维的长度对成纱强力的影响并非简单正相关，这可能是由于长度整齐度乃至其他性能如细度、强度的影响所致。由于化学纤维的各方面性能远比天然纤维的均匀，因此，化学纤维的实验结果应该比棉纤维的更能准确反映长度对成纱强力的影响。

杨秀峰［7］等采用不同长度的1.57 dtex涤纶分别纺制13.1 tex纱，得到以下结论：当纤维长度在32～51 mm时(这里指等长纤维)，其成纱强力随着纤维长度的增加而增加;当纤维过长(64 mm以上)时，成纱强力显著下降。董泽文［9］、邹成路［10］等采用不同长度的芳砜纶分别在棉型和毛型设备上进行纺纱，得出的成纱强度如图5、6所示。

图5 芳砜纶长度对成纱强度的影响Fig.5 Influence of polysulfonamide fiber length on yarn strength

图6 捻系数对成纱强度的影响Fig.6 Influence on yarn strength with different twist factors

总的来说，过长的纤维长度反而会使成纱的强力降低。这可能是由于过长的纤维影响纺纱，导致成纱强力降低。

3 缩短纤维长度的纺纱实践

根据上面的实验与分析，可知适当降低纤维长度对成纱影响很小。文献［17］提出，如能适当缩短苎麻纤维的长度，则有望不仅改善纺纱过程，还能直接利用现有的毛纺设备以提升苎麻纺纱的装备水平。有关苎麻牵切技术的研究［18-19］表明，利用牵切可以有效控制苎麻纤维长度，并在一定程度上改善其长度特性(降低长度不匀和短纤维率等)。不同牵切长度的苎麻纤维精梳条性能如表4［20］所示，其在现有常规苎麻细纱工艺下的成纱质量如表5［20］所示。

表4 苎麻常规及牵切纤维的精梳条长度特性Tab.4 Length characteristics of combing strips，using conventional ramie fiber and stretch-breaking fiber as raw materials

表5 苎麻常规纱和牵切纱(均为27.8 tex)的质量对比Tab.5 Quality comparison between conventional ramie yarn and stretch-breaking yarn

表中结果显示，即使将苎麻纤维牵切到毛纤维的长度，其成纱质量仍普遍优于常规苎麻纱。由于苎麻的纺纱设备与毛纺类似(主要因长度不同而在有关隔距上有所不同)，但相对落后很多，这也说明了合适长度的苎麻纤维有望在毛纺设备上进行纺纱。

4 结论

从理论分析和实验结果来看，过长的纤维对纺纱过程有一定影响，导致加工流程长和生产效率低，纤维达到一定的长度后，长度的变化对成纱强力和均匀度的影响已经不显著。因此，可以认为，适当缩短纤维长度有利于简化纺纱过程。如将苎麻纤维长度控制在毛纤维长度的范围内，有望利用毛纺设备来改造和提升苎麻纺纱。

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