高支纯亚麻嵌入式复合纱的工艺探讨

王亚梅，徐珍珍，陈 军，徐卫林，许德生

(1.安徽工程大学纺织工程系，安徽芜湖241000;2.武汉纺织大学纺织工程系，湖北武汉430073)

目前，由于干纺的支数偏低，国内亚麻纯高支纱的纺纱方式还是以湿纺和半湿纺为主，在很大程度上制约了亚麻产品向高档化发展的趋势［1］.而湿纺的纺纱工艺流程长、成本高，不符合现代产业高度集成，高效率、短流程、节能降耗的要求.因此，研究如何采用新型的纺纱方法生产亚麻纤维高支纱线进而加工成高档产品具有很大的经济和社会意义.嵌入式复合纺纱技术的纺纱系统可使传统纺纱难以利用的原料可纺，为开发高档亚麻类面料提供了新的途径［2］.

1 原料的选取和处理

1.1 亚麻纤维化学脱胶

实验采用的亚麻纤维经雨露沤麻加工之后以工艺纤维的形式存在，其化学成分除纤维素之外，还含有大量的果胶、木质素、半纤维素和脂蜡质等杂质，对成纱不利，而且初加工的亚麻纤维细度大、长度长，给纺高支纱带来困难［3］.为了提高可纺性，对亚麻纤维进一步化学脱胶.脱胶方法采用碱氧一浴［4］，工艺流程为浸酸→水洗→碱氧一浴→酸洗→水洗→自然晾干.其中，NaOH的用量为10 g/L，H2O2的用量为3 g/L，时间为90 min，温度为100℃.

1.2 原料选取

经化学脱胶后的亚麻纤维很长，在棉纺设备上很难成条，故采用人工的方法将其剪切为38 mm长的纤维段备用.水溶性维纶短纤长度为38 mm，细度为1.4 dtex;水溶性维纶长丝两根，细度为33.3 dtex.

1.3 实验仪器及测试条件

1.3.1 实验仪器

DHU流梳联合机，东华大学;DHUA301并条机，东华大学;DHUC-02棉型粗纱实验机，东华大学;HF41-01-4多功能纺纱小样机，苏州华飞纺织科技有限公司;YG135E电子单纱强力测试分析仪，陕西长岭纺织机电科技有限公司;YG172纱线毛羽测试仪，陕西长岭纺织机电科技有限公司;YG029-I条干均匀度测试分析仪，陕西长岭纺织机电科技有限公司;DT2235A接触式转速、线速仪，深圳宝瑞仪器有限公司;SFY13单丝张力仪，上海第十二丝织厂.

1.3.2 纱线性能测试条件和方法

纱线相关性能测试，在标准条件下进行，温度为(20±2)℃，相对湿度为(65±2)%.纱线强伸性测试条件:夹持长度为50 cm，拉伸速度为500 mm/min，预加张力为(纱线线密度×0.5)cN/tex 0.1 cN/tex，实验次数30次，然后取其平均值.纱线毛羽的测试条件:测试速度为30 m/min，每管纱共测试100 m，分成10段，每段10 m，然后取其平均值，毛羽对比取3 mm.纱线条干均匀度的测试条件:测试速度为200 m/min，测试时间为0.5 min，每管纱实验次数5次，取平均值.

2 纺纱工艺流程与工艺

2.1 纺纱工艺流程

DHU清梳联合实验机→DHUA301并条机→DHUC-02粗纱实验机→改造后的多功能纺纱小样机.

2.2 工艺技术措施

按照70/30的比例将剪切好的亚麻纤维和38 mm的水溶性维纶短纤维充分混合，喂入清梳联合实验机，经开清和梳理后制成混合条.并合数6根，总牵伸倍数为6.3倍.粗纱总牵伸倍数为11.4，捻度为5捻/10 m，亚麻/水溶性维纶粗纱混纺比70/30，粗纱定量为3.0 g/10 m.

3 纺纱工艺参数对成纱质量的影响

3.1 实验设计

本实验设计亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱设计特数为20.7 tex，锭速为7 199 r/min，细纱总牵伸为41.4倍.

3.1.1 捻系数的最佳值

在长丝间距10 mm、长粗间距1 mm、长丝张力为10.0 cN的条件下，捻系数分别取410，420，430，440，450和460进行试纺，测试成纱性能并进行比较分析，得出嵌入式复合纺纱捻系数的最佳值.

3.1.2 长丝预加张力最佳值

在捻系数440、长丝间距10 mm、长丝与粗纱间距1 mm的条件下，长丝张力分别取5.0 cN，7.5 cN，10.0 cN，12.5 cN，15.0 cN和17.5 cN进行试纺，测试成纱性能并进行分析比较，得出嵌入式复合纺纱长丝张力的最佳值.

3.1.3 长丝间距的最佳值

在捻系数440、长丝与粗纱间距1 mm、长丝张力10.0 cN的条件下，长丝间距分别取6 mm，8 mm，10 mm，12 mm和14 mm进行试纺，测试成纱性能并进行比较分析，得出嵌入式复合纺纱长丝间距的最佳值.

3.1.4 长粗间距的最佳值

在捻系数440、长丝间距10 mm、长丝张力为10.0 cN的条件下，长粗间距分别取0.5 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm和2.5 mm进行试纺，测试成纱性能并进行比较分析，得出嵌入式复合纺纱长粗间距的最佳值.

3.2 测试结果与分析

3.2.1 捻系数对成纱质量的影响见表1至表3.

表1 捻系数对成纱强伸性的影响Tab.1 Influence on yarn strength and elongation of the twist factors

表2 捻系数对纱线毛羽的影响Tab.2 Influence on yarn hairiness of the twist factors

表3 捻系数对成纱条干均匀度的影响Tab.3 Influence on yarn evenness of the twist factors

从表1可知，当其他条件不变，捻系数从410变化到460时，纱线断裂强力大体上呈先增大后变小的趋势，并且当捻系数取420时，成纱强力最大.复合纱断裂伸长的趋势是先减小后增大再变小，没有明显的规律，在捻系数为420时，断裂伸长最小.这是由于捻系数的增大驱使加捻三角区中三个汇聚点向上移动，三角区高度变短，成纱螺旋角变大，纱体紧密度增加，致使纱线的断裂强力也增大.当捻系数达到一定值后，纤维的利用率降低，进而使纱线力学性能变差.

鉴于3 mm以下的毛羽对纱线织造性能影响不显著，所以只比较3 mm以上的毛羽根数.从表2可以看出，捻系数从410变化到460的过程中，毛羽指数先变小后变大再变小，并不呈现明显的单调性，当捻系数为420时，纱线的毛羽最少.

由表3可知，纱线条干CV值整体呈现先变小后增大的趋势，当捻系数为430时，纱线的条干均匀度最好.这是因为当捻系数较低时，纱线加捻的力矩不能够克服纱条之间的捻陷作用，影响纱线条干.捻度增加到一定程度后，纱线加捻的力矩才能够克服纱条之间的捻陷作用，从而改善纱线的条干，使条干CV值降低，当捻系数低时，纱线的捻陷作用被克服之前，纱线的条干会受到影响［5］.

当捻系数为430时，虽然纱线的条干均匀度最好，但是强力毛羽都不是最优的数值，综合考虑，选取最佳捻系数为420.

3.2.2 长丝预加张力对成纱质量的影响见表4至表6.

表4 长丝预加张力对成纱强伸性的影响Tab.4 Influence on yarn strength and elongation of pre-tension

由表4可知，当长丝预加张力从5.0 cN增加到17.5 cN的时候，成纱强力大致呈现先增加后降低的趋势，当张力取7.5 cN时，纱线断裂伸长没有明显单调规律，断裂强力最大且断裂伸长最小.这是因为长丝预加张力增大时，可加大长丝周围包裹着的短纤维的约束力，使长丝和短纤维的缠绕复合更加紧密，进而增大复合纱的强力，但是当张力到达一定值后，长丝本身拉伸性质改变，使复合纱的强力降低.

表5 长丝预加张力对纱线毛羽的影响Tab.5 Influence on yarn hairiness of pre-tension

表5中纱线的毛羽指数整体呈现先增大后变小，主要原因是长丝张力过大时，长丝本身拉伸性质容易发生改变，复合须条的能力变弱，亚麻短纤不能很好地包缠在维纶长丝表面，从而使毛羽增多.当长丝张力取7.5 cN时，纱线毛羽最少.

表6 长丝预加张力对成纱条干均匀度的影响Tab.6 Influence on yarn evenness of pre-tension

从表6可以看出，当长丝张力为5.0 cN时，纱线的条干均匀度最好，不过此时的纱线强力比较小，毛羽也较多，综合考虑，选取7.5 cN为长丝预加张力最佳值.

3.2.3 长丝间距对成纱质量的影响见表7至表9.

表7 长丝间距对成纱强伸性的影响Tab.7 Influence on yarn strength and elongation of space between filaments

从表7可知，两根维纶长丝间距从6 mm变化到14 mm的过程中，纱线强力先增大后变小，当长丝间距为8 mm时，成纱强力最大.这是因为长丝间距小时，加捻三角区小，纱线内外转移少，成纱的强力低，当长丝间距增大时，加捻三角区趋于稳定，成纱结构稳定，断裂强力增大，当间距再增大时，须条中短纤维不容易包缠在长丝上，从而使纱线强力降低［6］.

表8 长丝间距对纱线毛羽的影响Tab.8 Influence on yarn hairiness of space between filaments

表8中线纱毛羽指数先变小后增大再变小，当长丝间距为8 mm时，长丝间距为3 mm的纱线毛羽指数最小.当长丝间距为14 mm时，纱线毛羽指数也很小，这是因为长丝间距过大时，长丝上包缠纤维总根数少，纤维末端露出根数减少，使毛羽也减少.

表9 长丝间距对成纱条干均匀度的影响Tab.9 Influence on yarn evenness of space between filaments

从表9可以看出，成纱条干CV值先变小后增大，当长丝间距为8 mm时，纱线条干均匀度最好.

综上可知，两根水溶性维纶长丝间距最佳值为8 mm.

3.2.4 长丝与粗纱间距对成纱质量的影响见表10至表12.

表10 长丝与粗纱间距对成纱强力的影响Tab.10 Influence on yarn strength and elongation of space between filament and roving

从表10可知，当长丝与粗纱间距从0.5 mm变化到2.5 mm时，纱线强力先增大后变小，断裂伸长规律相同.不过复合纱的断裂强力总体波动不是很大，这说明长丝与粗纱间距对成纱强力影响不是很大.当长丝与粗纱间距为1.5 mm时，纱线的断裂强力最大.

表11 长丝与粗纱间距对纱线毛羽的影响Tab.11 Influence on yarn hairiness of space between filament and roving

从表11可以看出，纱线毛羽数先减少后增大，当长丝与粗纱间距为1.5 mm时，纱线毛羽指数最小.这是因为间距太小时，类似于两根包芯纱以一定间距输出后加强捻，而间距太大时，须条中短纤维转移很少，易形成毛羽［7］.

表12 长丝与粗纱间距对成纱条干均匀度的影响Tab.12 Influence on yarn evenness of space between filament and roving

从表12可以看出，条干CV值先变小后增大，当长丝与粗纱间距为1.5 mm时，纱线条干均匀度最好.

综上可知，长丝与粗纱间距最佳值为1.5 mm.

3.3 优化工艺纱线试纺

在捻系数420，长丝预加张力7.5 g，长丝与长丝间距8 mm，长丝与粗纱间距1.5 mm的条件下试纺亚麻维纶嵌入式复合纱线.其他工艺参数:设计号数为20.7 tex，锭速为7 199 r/min，细纱总牵伸为41.4倍.所得纱线性能指标和单因素最优水平下各纱线性能指标见表13，由于测试指标较多，这里只比较断裂强力、断裂伸长、3 mm以上毛羽指数、条干CV值等几个重要指标.为了便于列表，把最佳捻系数420、最佳长丝预加张力7.5 cN、最佳长丝与长丝间距8 mm、最佳长丝与粗纱间距1.5 mm条件下的纱线分别标记为1，2，3，4号，把优化工艺下试纺的复合纱线标记为0号，对此优化工艺纱线和单因素最优水平下各纱线的性能，如表13所示.

表13 优化工艺纱线和单因素最优水平下各纱线性能对比Tab.13 Yarn performance comparison between optimized parameters and single factor under optimal level

由表13可以看出，经优化工艺试纺的纯亚麻纱线强力达到265.4 cN，断裂伸长为40.1 mm，3 mm以上毛羽为7.05根/m，条干CV值为25.87%，这和单因素最优水平下各复合纱线性能进行对比，性能上总体表现优异.

4 亚麻嵌入式复合纱退维工艺

由于本实验采用的水溶性维纶退维条件为水温90℃，为了防止退维不彻底，采用100℃水温进行退维.具体步骤为先将质量4.14 g，200 m长的亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱放入烘箱烘干1 h，质量为3.88 g，再经100℃水中煮10 min，最后经烘箱烘干后质量为1.79 g.亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱定量为20.7 tex，理论上亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱退维后定量为8.9 tex.一般用亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱先直接制成织物，再进行退维处理，织物退维后，其中纱线的定量与亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱直接退维后的定量一致.

5 结语

(1)针对亚麻纤维单纤维较短、成纱较难、传统湿纺工艺流程较长、干纺纱支数偏低的特点，采用了嵌入式复合纺纱技术纺制细号亚麻纱.

(2)综合考虑成纱强力、毛羽指数和条干均匀度等各项性能，在其他工艺参数相同的条件下，纺制2 tex亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱的工艺最佳值分别为捻系数420、长丝预加张力7.5 cN、长丝与长丝间距8 mm、长丝与粗纱间距1.5 mm.

(3)经优化工艺试纺的20.7 tex亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱，经退维处理后的纱线细度为8.9 tex;亚麻水溶性维纶嵌入式复合纱结构稳定、强力较高、条干均匀、毛羽少，这种利用嵌入式复合纺纱技术纺制高支纯亚麻产品的工艺为开发高档亚麻类面料提供了新的途径.

［1］何俊，吴丽莉，俞建勇.亚麻纤维精细化改性的研究［J］.纺织学报，2005(2):99-102.

［2］徐卫林，夏治刚，丁彩玲，等.高效短流程嵌入式复合纺纱技术原理解析［J］.纺织学报，2010(6):29-36.

［3］贾丽华，陈朝晖，高洁，等.亚麻纤维及应用［M］.1版.北京:化学工业出版社，2007:8.

［4］张毅，郁崇文.亚麻纤维的脱胶工艺［J］.纺织学报，2011(6):71-74.

［5］徐巧林.嵌入式复合纺纺制涤纶缝纫线的探讨及应用［D］.武汉:武汉纺织大学，2011.

［6］陈军，徐巧林，叶汶祥，等.输出间距对嵌入式复合纺纱线结构和性能的影响［J］.上海纺织科技，2009(10):1-6.

［7］Kalyanraman A R.A process to control hairiness in yarn［J］.J Text Inst，1997(3):407-413.