氨纶与双组分复合长丝/棉包芯纱的拉伸弹性

李丹丹， 权利军， 金肖克， 田 伟， 祝成炎(浙江理工大学 “纺织纤维材料与加工技术”国家地方联合工程实验室， 浙江 杭州 310018)

氨纶与双组分复合长丝/棉包芯纱的拉伸弹性

李丹丹， 权利军， 金肖克， 田 伟， 祝成炎
(浙江理工大学 “纺织纤维材料与加工技术”国家地方联合工程实验室， 浙江 杭州 310018)

为改善传统弹力包芯纱弹性回复性能，以氨纶、双组分复合长丝(CM800)为芯纱，棉纤维为外包纤维，设计了13种弹力包芯纱。探讨氨纶预牵伸倍数、芯纱线密度和弹力包芯纱反复拉伸次数与弹性回复率之间的关系。采用纱线强伸仪测试氨纶/棉、CM800/棉和棉双丝弹力包芯纱的拉伸弹性。结果表明：氨纶的牵伸倍数越大，弹力包芯纱的弹性回复率越小；随着氨纶线密度的增加，包芯纱的弹性回复率先增加后减少；CM800线密度越小，包芯纱的弹性回复率越小；氨纶/棉、CM800/棉和棉双丝弹力包芯纱的定伸长5%和定负荷200 cN反复拉伸次数与纱线弹性回复率的关系均符合幂函数关系，且弹力包芯纱的弹性回复率随着纱线反复拉伸次数的增加而降低；CM800/棉包芯纱的弹性回复率最大，氨纶/棉包芯纱的弹性回复率最小。

氨纶； 双组分复合长丝； 棉双丝弹力包芯纱； 弹性回复率

随着人们生活质量的提高和纺织行业的发展，伸展自如、塑身美体的弹力织物受到越来越多的关注。如何保证织物在经过多次穿着使用后仍具有优异的弹性回复性能，是目前该领域研究的难题。传统的弹力织物大都通过使用氨纶包芯纱来赋予织物弹性[1-3]。氨纶伸缩性能良好，但是不同品种的氨纶其耐热性有较大的差异，且氨纶丝在经过漂白剂处理后强力减小，颜色变黄[4-5]。莱卡品牌的氨纶同其他氨纶相比，具有优越的弹性、伸展性和抗氯性等[6-7]。双组分复合长丝(CM800)是由2种热收缩性不同的高聚物PTT和PET采用复合纺丝技术纺制而成，其类似于羊毛的卷曲结构使双组分复合长丝具有持久且优异的弹性回复性能[8-10]。弹力包芯纱是一种复合纱，外包纤维一般为天然纤维，芯纱为弹力丝[11-12]，因此，氨纶、CM800/棉包芯纱同时具有外包纤维和芯纱的优点。棉双丝弹力包芯纱将CM800双组分复合长丝和氨纶同时作为芯纱，将氨纶优越的弹性和CM800双组分复合长丝稳定优异的弹性回复性能相结合。目前，已有学者研究了赛络纺棉双丝的纺纱工艺、恒定的长丝张力对棉双丝弹力包芯纱质量的影响[13-14]，并将其应用在牛仔织物上，分析织物纬密对弹力牛仔织物性能的影响[15-16]，但并没有对氨纶、CM800/棉包芯纱的拉伸弹性进行详细深入的研究。

为进一步探究氨纶、CM800/棉包芯纱的拉伸弹性，本文设计纺制了CM800/棉、氨纶/棉和棉双丝弹力包芯纱共13种弹力包芯纱，通过测试分析其拉伸弹性，以期为氨纶、CM800/棉包芯纱在弹力织物的应用提供一定的实验指导及理论依据。

1 实验部分

1.1 实验材料

本文设计纺制了13种弹力包芯纱，纱线的具体规格如表1所示。

表1 弹力包芯纱品种及规格Tab.1 Varieties and specifications of elastic core-spun yarn

注：棉双丝弹力包芯纱的芯纱为氨纶和CM800；外包纤维为棉纤维。

1.2 测试方法

目前，关于弹力包芯纱弹性的测试方法还没有统一的规定。本文采用的测试方法为：将试样放置在温度为(20±2)℃，相对湿度为(65±2)%的恒温恒湿实验室里24 h，隔距长度为200 mm，拉伸速度为100 mm/min，纱线的预加张力为(0.5±0.1)cN/tex[17]。

1.2.1 纱线定伸长反复拉伸性能的测试

以隔距长度的5%作为纱线的定伸长值[18]，停顿和回复时间分别为30、120 s，反复拉伸10次。在XL-2型纱线强伸度仪上测试，并且在第10次拉伸循坏时，拉伸停置30 s，回复停置120 s，每种试样测试20次，测试纱线定伸长反复拉伸弹性，并取其平均值。

1.2.2 纱线定负荷反复拉伸性能的测试

以200 cN作为纱线的定负荷值[18]，停顿和回复时间分别为30 s和120 s，反复拉伸10次。采用XL-2型纱线强伸度仪进行测试，并且在第10次拉伸循环时，拉伸停置30 s，回复停置120 s，每种试样测试20次，测试纱线定负荷反复拉伸弹性，并取其平均值。

2 结果与讨论

2.1 氨纶牵伸倍数对包芯纱弹性的影响

6种不同氨纶牵伸倍数包芯纱定伸长和定负荷反复拉伸弹性回复率的测试结果如表2所示。可看出，随着氨纶牵伸倍数的增大，氨纶/棉包芯纱和棉双丝弹力包芯纱的急弹性变形均呈降低的趋势。其中：当氨纶的牵伸倍数为2时，氨纶/棉包芯纱和棉双丝弹力包芯纱的急弹性变形均为最大，说明2种弹力包芯纱在外力作用后，瞬间发生变形为最大，即试样1和试样8的弹性最好；试样3和试样10的缓弹性变形最小，说明2种弹力包芯纱在经过外力作用后，慢慢地回复到最初位置的能力较弱，纱线的回复性能较弱。随着氨纶牵伸倍数的增大，包芯纱的塑性变形增加，说明其在受到外力作用后回复到最初状态的能力减弱，弹性回复性能降低。试样1和试样8的塑性变形最小，说明包芯纱在经过外力作用后回复到最初状态的能力较强，弹性回复率大。且棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率大于氨纶/棉包芯纱，说明棉双丝弹力包芯纱中加入双组分长丝CM800，赋予纱线优异的弹性回复性能。综上，当氨纶的牵伸倍数为2时，棉双丝弹力包芯纱具有最大的急弹性变形和缓弹性变形，且塑性变形为最小，故试样8的弹性最优。

2.2 氨纶线密度对包芯纱弹性的影响

6种不同氨纶线密度包芯纱定伸长和定负荷反复拉伸弹性回复率的测试结果如表3所示。

表2 不同氨纶牵伸倍数下包芯纱的弹性回复率Tab.2 Elastic recovery percentages of core-spun yarn at different spandex drawing magnifications %

表3 不同氨纶线密度下包芯纱的弹性回复率Tab.3 Elastic recovery percentages of core-spun yarn at different spandex linear densities %

由表3可看出：随着氨纶线密度的增大，氨纶/棉包芯纱和棉双丝弹力包芯纱的急弹性变形和缓弹性变形均呈先增加后降低的趋势；其中当氨纶的线密度为4.44 tex时，氨纶/棉包芯纱和棉双丝弹力包芯纱的急弹性变形和缓弹性变形均为最大，说明试样2和试样9的弹性最好。随着氨纶线密度的增大，包芯纱的塑性变形先减小后增加。试样5和试样12的塑性变形最大，说明包芯纱在经过外力拉伸后回复到最初状态的能力较弱，弹性回复率小。且棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率大于氨纶/棉包芯纱，说明棉双丝弹力包芯纱芯纱中加入双组分长丝CM800，赋予纱线优异的弹性回复性能。综上，当氨纶的线密度为4.44 tex时，棉双丝弹力包芯纱具有最大的急弹性变形和缓弹性变形，且塑性变形是最小的，故试样9的弹性性能最好。

2.3 CM800线密度对包芯纱弹性的影响

4种不同CM800线密度包芯纱定伸长和定负荷反复拉伸弹性回复率的测试结果如表4所示。

表4 不同CM800线密度下包芯纱的弹性回复率Tab.4 Elastic recovery percentages of core-spun yarn at different CM800 linear densities %

由表4可看出，随着CM800线密度的增大，纱线中CM800的含量增加，氨纶/棉包芯纱和棉双丝弹力包芯纱急弹性变形均呈增加的趋势，包芯纱的缓弹性变形呈降低的趋势；其中试样6和试样13的急弹性变形是氨纶/棉和棉双丝弹力包芯纱中最小的，纱线在经过外力作用后瞬时发生变形的能力较弱。随着CM800线密度的增大，包芯纱的塑性变形呈降低的趋势。试样6和试样13的塑性变形最大，说明包芯纱在经过外力拉伸之后回复到最初状态的能力较弱，弹性回复率小，且棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率小于CM800/棉包芯纱。

2.4 定伸长反复拉伸弹性与拉伸次数

为进一步了解氨纶/棉、CM800/棉和棉双丝弹力包芯纱弹性损失的情况，选取3种典型的氨纶/棉、CM800/棉和棉双丝弹力包芯纱(试样2、试样7和试样9)，探讨其弹性回复率与反复拉伸次数的关系。

图1示出纱线定伸长5%反复拉伸10次的拉伸弹性曲线。可看出：纱线定伸长5%反复拉伸10次，氨纶/棉包芯纱的弹性回复率的范围为50.7%～60.7%；CM800/棉包芯纱的弹性回复率的范围为70.2%～82.9%；棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率的范围为68.2%～79.3%。其中，氨纶/棉包芯纱反复拉伸次数与纱线弹性回复率拟合曲线的回归方程为y=60.401 23x-0.075 59，相关系数R2=0.97；CM800/棉包芯纱反复拉伸次数与纱线弹性回复率拟合曲线的回归方程为y=84.018 96x-0.070 17，相关系数R2=0.97；棉双丝弹力包芯纱反复拉伸次数与纱线弹性回复率拟合曲线的回归方程为y=80.105 65x-0.070 23，相关系数R2=0.97。3种弹力包芯纱定伸长反复拉伸弹性拟合曲线方程的相关系数R2均大于0.9，说明符合拟合条件。

图1 纱线定伸长5%反复拉伸10次的拉伸弹性Fig.1 Tensile elasticity of yarn at elongation of 5% for repeatedly 10 times

3种弹力包芯纱定伸长反复拉伸次数与纱线弹性回复率的关系满足幂函数的关系，且可根据此拟合方程求出纱线定伸长反复拉伸任意次数的弹性回复率。纱线定伸长反复拉伸弹性随着反复拉伸次数的增加而减小，且纱线弹性回复率大小顺序为：CM800/棉包芯纱>棉双丝弹力包芯纱>氨纶/棉包芯纱。可见，CM800/棉包芯纱的拉伸弹性最好，这主要是因为芯纱双组分长丝CM800具有天然的类似于羊毛的卷曲结构，赋予纱线比氨纶/棉包芯纱更优异的弹性回复性。若要改善氨纶/棉包芯纱的拉伸弹性，可选择双组分长丝CM800为芯纱，或者同时选择CM800和氨纶作为芯纱，以提高纱线的伸长率。

2.5 定负荷反复拉伸弹性与拉伸次数

图2示出纱线定负荷200 cN反复拉伸10次的拉伸弹性曲线。可看出：纱线定负荷200 cN反复拉伸10次，氨纶/棉包芯纱的弹性回复率的范围在60.9%～69.5%之间；CM800/棉包芯纱的弹性回复率的范围在68.5%～81.3%之间；棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率的范围在65.7%～78%之间。其中，氨纶/棉包芯纱反复拉伸次数与纱线弹性回复率拟合曲线的回归方程为y=69.278 48x-0.058 96，相关系数R2=0.973；CM800/棉包芯纱反复拉伸次数与纱线的弹性回复率拟合曲线的回归方程为y=81.834 91x-0.076 49，相关系数R2=0.99；棉双丝弹力包芯纱反复拉伸次数与纱线弹性回复率拟合曲线的回归方程为y=78.415 52x-0.070 02，相关系数R2=0.970 29。3种弹力包芯纱定负荷反复拉伸弹性拟合曲线的方程相关系数R2均大于0.9，说明符合拟合条件。

图2 纱线定负荷200 cN反复拉伸10次的拉伸弹性Fig.2 Tensile elasticity of yarn at constant load of 200 cN for repeatedly 10 times

3种弹力包芯纱定负荷反复拉伸次数与纱线弹性回复率的关系满足幂函数关系，且可根据此拟合方程求出纱线定负荷反复拉伸任意次数的弹性回复率。纱线定负荷反复拉伸弹性随着反复拉伸次数的增加而减小，且纱线的弹性回复率大小顺序为：CM800/棉包芯纱>棉双丝弹力包芯纱>氨纶/棉包芯纱。

3 结 论

通过对弹力包芯纱的定伸长和定负荷拉伸弹性的测试与分析，得出如下结论：1)随着氨纶牵伸倍数的增大，包芯纱的弹性回复率降低，且棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率大于氨纶/棉包芯纱；2)随着氨纶线密度的增大，包芯纱的弹性回复率先增加后降低，且棉双丝弹力包芯纱的弹性回复率大于氨纶/棉包芯纱；3)随着CM800线密度的增大，包芯纱的弹性回复率增加，且CM800/棉包芯纱的弹性回复率大于棉双丝弹力包芯纱；4)棉/氨纶、棉/CM800和棉双丝弹力包芯纱的定伸长和定负荷反复拉伸次数与纱线弹性回复率的关系均符合幂函数关系。随着纱线反复拉伸次数的增加，弹力包芯纱定伸长与定负荷反复拉伸弹性回复率降低。

综上，3种弹力包芯纱的弹性回复率大小顺序为：CM800/棉包芯纱>棉双丝弹力包芯纱>氨纶/棉包芯纱，因此，织物对弹性要求较高时，在氨纶和CM800的线密度一定的情况下，可选择氨纶预牵伸倍数为2倍的棉双丝弹力包芯纱为原料；在氨纶的预牵伸倍数和CM800的线密度一定的情况下，可选择氨纶线密度为4.44 tex的棉双丝弹力包芯纱为原料；在氨纶的预牵伸倍数和线密度一定的情况下，可选择CM800的线密度为8.33 tex的CM800/棉弹力包芯纱为原料。

FZXB

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Tensile elasticity of spandex and bi-component filament/cotton core-spun yarn

LI Dandan, QUAN Lijun, JIN Xiaoke, TIAN Wei, ZHU Chengyan
(NationalEngineeringLaboratoryforTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology,ZhejiangSci-TechUniversity,
Hangzhou,Zhejiang310018,China)

In order to improve elastic recovery of conventional elastic core-spun yarn, 13 kinds of elastic core-spun yarns were designed taking Lycra and bi-component filament(CM800) as the core-spun yarn and cotton fiber as the outer wrapping fiber. The relationships between the pre-drafting ratio of Lycra, the linear density of core-spun yarn, repeated extension times and elastic recovery percentage of elastic core-spun yarns were studied. This study utilized yarn tensile tester to test the tensile elasticity of spandex/cotton, CM800/cotton and elastic core-spun yarn of cotton/double filament. The result shows that the greater the pre-drafting ratio of spandex, the smaller the elastic recovery percentage of elastic core-spun yarn; and with the increase of the linear density of spandex, elastic recovery percentage of core-spun yarn firstly increases and then decreases. The elastic recovery percentage of core-spun yarn has positive linear correlation with the linear density of CM800. The elastic recovery percentage of elastic core-spun yarn was power-function associated with the repeated extension time of yarn at elongation of 5% and yarn constant load of 200 cN. With the increase of yarn extension time, the tensile recovery percentage of elastic core-spun yarn decreases. For all the yarns, the elastic recovery percentage of CM800/cotton core-spun yarn is the greatest and the elastic recovery percentage of spandex/cotton core-spun yarn is the smallest.

spandex; bi-component filament; elastic core-spun yarn of cotton/double filament; tensile recovery percentage

2016-06-21

2016-12-08

中国科技部国际科技合作项目(2011DFB51570);浙江理工大学研究生创新研究项目(YCX15002，YCX15010)

李丹丹(1991—)，女，硕士生。研究方向为现代纺织技术及新产品研究。祝成炎，通信作者，E-mail: cyzhu@zstu.edu.cn。

10.13475/j.fzxb.20160605206

TS 111.9

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