空气喷嘴的种类及其对空气变形纱特性的影响

V.Lolge，M.Y.Gudiyawar

D.K.T.E.纺织与工程协会(印度)

纱线变形处理技术是指一种可以将连续合成长丝的紧密平行排列结构转变为体积更大的纱线结构的技术。大多数纱线变形方法都是在热处理热塑性纱过程中采用简单的机械变形实现的。而空气变形过程则为一种纯粹的机械加工方法，其采用冷空气流制备低伸长率的膨体纱，获得的纱线在外观和物理特性上与天然纤维的纱线类似。喷嘴是空气变形工艺中的重要装置。

典型的空气喷嘴的设计包含3个主要区域:纤维聚集的入口区(区域1);主要的进气口(区域2);喇叭形的出气口(区域3)。区域1具有几何聚集作用，可使纱线平滑喂入喷嘴中;区域2为空气进入的主要通道，其包含的气流流型复杂;区域3的几何形状决定了纱的变形特性。本研究采用不同直径的空气喷嘴制备空气变形纱，并对变形纱的特性进行对比研究。

1 材料与方法

试验原材料为聚酯全拉伸丝(FDY)，将两束聚酯FDY平行喂入Himsom HTJ-1000型变形机，并采用Hermajet第二系列喷嘴设备。变形机工作参数如下:加工速度为 300 m/min;喷嘴空气压强为0.8 MPa;加热温度恒定为180℃;各喷嘴的耗水量为1 L/h;7种不同直径的喷嘴的超喂率均为20%。对7种不同直径的喷嘴制备的变形纱的表面特征、丝圈不稳定性、拉伸性能、沸水收缩率及摩擦性能进行测试和表征。

2 试验

2.1 结构特征

空气变形纱的丝圈频数、丝圈高度及芯线直径采用Carl Zeiss显微镜在5倍放大倍数下进行测试。沿变形纱长度方向每隔2 m做一个1 mm长的标记，将标记的1 mm纱段放在玻璃片上，通过投影成像测得芯线直径后，将另一块玻璃片盖在变形纱上，确保待测变形纱的纱段位于两块玻璃片之间，再通过投影成像测试变形纱的丝圈频数和丝圈高度。重复测试50个纱段，计算其平均值，即得变形纱的芯线直径、丝圈频数和丝圈高度。

2.2 线密度

空气变形纱的线密度参照ASTM 1907-07标准进行测试。

2.3 丝圈不稳定性

空气变形纱的丝圈不稳定性采用杜邦法测试。预加载0.009 cN/dtex的负荷于夹持钳口间距为500 mm的纱上并做标记，然后加载2.970 cN/dtex的额外负荷30 s。用试样的永久延伸长度表征变形纱的丝圈不稳定性。

2.4 拉伸性能

空气变形纱拉伸性能的测试方法参照ASTM D 2256-02，采用Instron 4411型强伸仪进行测试。设定隔距为500 mm、拉伸速度为300 mm/min，每批取20个试样进行测试并计算其拉伸性能测试结果的平均值。

2.5 沸水收缩率

参照ASTM D 6207标准测试空气变形纱的尺寸稳定性。本研究通过测定变形纱浸入沸水后的收缩率对其尺寸稳定性进行表征。

2.6 摩擦性能

采用Uster Zweigle Friction Tester 5测试空气变形纱的摩擦性能。使变形纱从上下2块板间通过，以固定的力作用于上方的块板，即给纱一个固定的作用力，纱和金属之间的摩擦因数由作用力的大小计算得到。加载20 cN的负荷于纱线张力装置，以对纱施加作用力。在两个导纱辊上各连接一个传感器，可测量施加在纱上的力的变化。

3 结果与讨论

3.1 结构特征

采用不同直径的喷嘴制备的聚酯空气变形纱的结构特征如表1所示。可以看出，变形纱的丝圈频数在喷嘴直径为1.70 cm和1.85 cm时有所降低，总体变化趋势为喷嘴直径大，丝圈频数也较大。喷嘴直径较小或较大时，丝束可形成良好的缠结，制得的空气变形纱结构紧密，芯纱直径明显较大。空气变形纱的膨松性受其表面形成的丝圈影响。丝圈频数增大，空气变形纱的膨松度也随之增加。直径较大的喷嘴可为纤维的迁移和弯曲提供更大的空间，因而能形成更多的丝圈和更好的缠结。

3.2 线密度

采用不同直径的喷嘴制备的聚酯空气变形纱的线密度如表2所示。可见采用的喷嘴直径不同，制得的变形纱的线密度具有明显的差异。总体变化趋势为随着喷嘴直径的增大，变形纱的线密度先增大，到达一定值后，略有下降，之后又逐渐增大。这是因为变形纱的丝圈频数随喷嘴直径变化而变化(表1)，丝圈频数越大，变形纱的质量越大，进而导致其线密度越大。

3.3 丝圈不稳定性

采用不同直径的喷嘴制备的聚酯空气变形纱的丝圈不稳定性如表2所示。可见采用的喷嘴直径不同，制得的聚酯空气变形纱的丝圈不稳定性有很大差异。丝圈不稳定性高，则变形纱表面的丝圈较稳定。变形纱的丝圈不稳定性随着喷嘴直径的改变而发生波动，但总体趋势为喷嘴直径大，丝圈稳定性较高，这是因为喷嘴直径大时，丝束的缠结良好，形成的丝圈较少，丝圈频数较小(表1)。丝圈频数大的变形纱结构较松散，在负荷的作用下易被拉直，进而导致其丝圈稳定性较低。从表2可以得出，直径大的喷嘴制备的变形纱具有更好的丝圈稳定性。

表1 变形纱的丝圈形态数据

表2 变形纱的特性

3.4 拉伸特性

采用不同直径的喷嘴制备的聚酯空气变形纱的断裂强度和断裂伸长率如表2所示。可见采用的喷嘴直径不同，制得的变形纱的断裂强度和断裂伸长率也明显不同。总体变化趋势为随着喷嘴直径的增大，变形纱的断裂强度和断裂伸长率先增大后减小，这与变形纱结构中长丝的缠结有关。当喷嘴直径偏小时，较大直径的喷嘴可为长丝的排列提供更大的空间，使长丝在变形纱中排列较好，长丝与纱线轴线的倾角小，而倾角较小的长丝能够承受更大的负荷，因而断裂强度较大。随着喷嘴直径的进一步增大，丝圈缠结增多，丝圈频数随之增加，导致平行排列的长丝减少，这意味着长丝的排列倾角大，长丝的排列变差，可承受轴向力的长丝根数减少，因此空气变形纱的断裂强度和断裂伸长率减小。

3.5 沸水收缩率

采用不同直径的喷嘴制备的聚酯空气变形纱的沸水收缩率如表2所示。可见喷嘴直径不同，制得的变形纱的沸水收缩率也有明显的差异。总体而言，喷嘴直径大时，变形纱的沸水收缩率也较大。这是因为随着喷嘴直径的增大，喷嘴内的空气湍流流动增加，导致丝圈高度小、丝圈频数大(表1)，因而湿的空气变形纱的丝圈缠结较多，故纱的沸水收缩率较大。

3.6 摩擦性能

纱线的摩擦性能取决于纱的表面特性。空气变形纱表面含有丝圈，丝圈在纱表面未呈现出确定的变化趋势。沿变形纱长度方向形成的丝圈的形态不同，因为丝圈的形成是无法控制的。长丝上的纺丝油剂影响纱的摩擦性能。在变形加工的过程中，可用水去除纺丝油剂，而长丝类别不同，去除的油剂不同，因而纱的摩擦性能也不同。

4 结论

在保持其他工艺参数不变的前提下，讨论了喷嘴直径变化对制备的空气变形纱性能的影响。研究表明:变形纱的线密度、沸水收缩率、膨松度、丝圈稳定性及丝圈频数均随着喷嘴直径的不同而发生变化。总体而言，选用大直径的喷嘴，制得的空气变形纱的线密度、沸水收缩率、膨松性、丝圈稳定性及丝圈频数均较大，断裂强度和断裂伸长率则较小。