旋流喷嘴对大麻/棉混纺纱性能的影响

晏江　邱华

摘要：为改善麻纤维因自身性能缺陷与传统纺织工艺局限性所导致的成纱毛羽问题，将新型减羽技术旋流喷嘴纺应用于10%、20%和40%大麻含量的棉麻混纺纱成纱过程，选择适当的细纱工艺参数并测试成纱后的主要性能指标。结果表明：在适宜的入口气压作用下，旋流喷嘴可以显著降低3种纱线的有害毛羽数量，其中对20%大麻含量的纱线减羽数量达到了88.5%，同时还轻微增加了3种纱线的短毛羽数量。旋流喷嘴轻微降低了3种纱线的断裂强力，条干不匀率略有恶化，对40%大麻含量的纱线最为显著。通过显微镜观察纱线表面形态，旋流喷嘴作用后的纱线表面光洁，结构紧密。

关键词：大麻；混纺比；旋流喷嘴；压强；毛羽

中图分类号：TS121.8

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2017）06-0087-05

The Effect of Swirl Nozzle on the Performance of Hemp/Cotton Blended Yarn

YAN Jiang， QIU Hua

（Jiangnan University Key Laboratory of EcoTextiles， Ministry of Education， Wuxi 214122， China）

Abstract：In order to improve yarn hairiness caused by performance defect of hemp and the restriction of traditional textile technology， the novel swirl nozzle spinning technology was applied in the spinning process of 10%，20%，40%hemp/cotton blended yarns. Then， the proper spinning parameters were chose and the main performance indexes of the yarns were tested. The results show that the vortex nozzle can significantly reduce harmful hairiness of the three kinds of yarns under proper inlet pressure. It can effectively reduce 88.5% of hairiness for the yarns containing 20% hemp. Besides， the quantity of short hairiness increases slightly for the three kinds of yarns. The swirl nozzle slightly reduces breaking strength and deteriorates evenness of these yarns， especially for the yarns containing 40% hemp. By observing the yarn surface morphology with a microscope， the vortex nozzle makes yarns have clean surface and compact structure.

Key words：hemp； blended ratio； swirl nozzle； pressure； hairiness

大麻纤维是重要的纺织原料，具有优良的吸湿导湿性、抗菌性、透气性、可降解性、吸音消波性、抗紫外性等特点[15]，可用于服装、家纺，汽车内饰等诸多领域。然而大麻纤维存在粗、硬、整齐度差等缺点，单独成纱不仅难度大，且表面毛羽多、手感粗糙，很多大麻生产厂家采用精细化加工处理的大麻，使其棉型化，以便能与棉、毛、丝、化纤等纤维混纺[68]，但成纱过程中的毛羽问题仍是制约其产品高端化、舒适化的一个重要原因。王美紅[9]、季萍等[10]和宋孝浜等[11]采用涡流纺技术开发大麻/棉混纺纱，在减少毛羽方面取得了一定效果，但对原料性能及工艺参数设置要求较严格；黄克华[12]采用赛络纺工艺纺制Tencel/大麻/羊毛/绢丝混纺纱，所得到的纱线毛羽相对较低，纱线性能满足针织纱要求；凌良仲等[13]采用嵌入式纺纱方法开发可纺性较差的大麻纤维多组分混纺纱产品，其毛羽指数低于集聚纺纱；唐萍[14]针对大麻整齐度差，可纺性不好的缺点采用紧密纺技术纺制大麻/微孔聚酯混纺纱，纱线各项性能较好，毛羽减少。旋流喷嘴是一种新型减羽技术，其减羽效果显著，成本低，易安装，但目前只用于纯棉纱。本文选用结构参数最优的旋流喷嘴[1517]，用以解决大麻/棉混纺纱成纱过程中的毛羽问题。

1旋流喷嘴减羽机理

旋流喷嘴是一种减少环锭纱毛羽的方法[18]，安装于环锭细纱机前罗拉和导纱钩之间（图1）。

旋流喷嘴气流流域由一个气道和一个纱道顺时针相切而成，气道直径1.4 mm，长度5 mm，纱道直径2 mm，长度21 mm，气道将纱道分成两部分，其中向纱道入口一端距离是向纱道出口一端距离的两倍。气道中通入的高速旋转气流在进入纱道时分别向两个方向运动（图2），一部分气流顺时针向纱道入口运动，与纱线运动及加捻方向相反，使纱线开松膨起，更多的纤维伸出纱线表面，也贴服了纱线表面产生的顺向毛羽；另一部分气流顺时针向纱道出口运动，与纱线运动及加捻方向相同，包裹纱线表面长毛羽并贴服逆向毛羽。由于旋流喷嘴的结构特点，使得纱线在解捻区域和加捻区域的作用时间不同，解捻区域设计更长是因为纺纱过程中纱线本身存在加捻过程，因此开松纱线的过程更充分才能保证后续加捻过程对长毛羽的包裹作用更有效，并且纱线表面的顺向毛羽多于逆向毛羽[19]。之前的研究证明旋流喷嘴对棉纱减羽效果显著[20]，但对于易产生有害毛羽的棉麻混纺纱的性能影响需要进一步试验探究。

2纺纱试验

2.1原料

纺纱试验使用CZJF5型多功能细纱机，原料规格及细纱工艺参数设置如表1所示。

旋流喷嘴纺纱入口气流压强的设置对纱线性能影响显著，因此试验需要确定适合的压强值，旋流喷嘴所通气压较小，则达不到明显效果；而过大，一是纱线断头较多，二是过大的气流会吹散纤维结构，使得较短的纤维经受不住较大的气流作用而被吹散出去，使得纱线中纤维散失严重。麻类纤维本身存在粗、硬、纤维间抱和力差等特点，气流的作用也会对纱线的纱体结构造成一定影响，因此要综合考虑压强值的优选。不同大麻含量的纱线对压强的适应性也不同，试验选取0.5，0.1，0.15，0.2，0.25 MPa共5种压强值。

2.2测试方法

2.2.1毛羽测定

采用YG172A型长岭纱线毛羽测试仪，参照FZ/T 01086—2000《纺织品毛羽测定方法 投影计数法》测试。测试速度为30 m/min，片段长度为10 m，测试5管，每管5组。

2.2.2力学性能测定

采用YG020B型电子单纱强力机，参照GB/T 3916—1997《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》，测试条件：预加张力0.5 cN/tex，拉伸速度500 mm/min，间隔长度0.2 m，测试5管，每管10次。

2.2.3条干性能测定

采用YG135G型条干仪检测仪，参照GB/T 3292.1—2008《纱线条干不匀 纺织品纱线条干不匀试验方法 电容法》，测试速度400 m/min，时间1 min，测试5管，每管2次。

2.2.4表面形态观察

采用YG002C型纤维检测系统观察各纱线的表面形态，均取放大十倍的纱线纵向图片进行对比观察。

2.2.5测试条件

温度19 ℃，相对湿度50%。

3结果与分析

3.1有害毛羽

麻混纺纱在生产过程中一个突出问题就是纱线毛羽多，特别是有害毛羽的数量较多，在后序织造过程中，有害毛羽会影响织造效率，造成布面织疵等，严重影响成品质量。定义S3为每米纱线内长度大于或等于3 mm的纱线根数。试验所得纱线有害毛羽测试结果如图3所示。

从图3中可以看出，旋流喷嘴气流对于3种不同大麻含量的混纺纱均大幅度减少了其有害毛羽。通过对测试结果的统计，试样1经过旋流喷嘴纺纱后纱线有害毛羽数量最高减少了85%，试样2最高减少了88.5%，试样3最高减少了87.5%，比较来说对于20%大麻含量的纱线减羽效果最为显著。对于普通环锭纺纱线来说，大麻的含量越高，混纺纱有害毛羽数量越多，这跟大麻纤维本身粗、硬、整齐度差、抱合力差的特点有关。随着喷嘴入口气流压强的增大，3种纱线的毛羽指数均呈现先降低后增加的过程，这是因为较大的气流能够使纱线开松充分并对长毛羽施加足够的包裹力，从而显著减少表面长毛羽数量。但过大的气流对纱线结构会造成较大的冲击，容易吹散纱体结构，使更多的自由端纤维伸出表面，对减羽效果不利。对于不同大麻含量的混纺纱来说，其最优压强值也不同，10%和20%大麻含量的纱线在压强为0.2 MPa时有害毛羽数量减少量最多，40%大麻含量的纱线则在压强值为0.15 MPa时减羽效果最好。这是由于大麻含量越高，纤维间抱合作用也稍弱，所能承受的压强值较小。

3.2有益毛羽

由于喷嘴中所通入的气流对纱线起到解捻重新伸直排列再加捻的作用，使得在解捻过程中，逆向运动的气流会开松纱线结构，使得纱体更加蓬松，不可避免地会增加纱体表面的短毛羽数量。后序织造过程中，短毛羽不仅不会造成不良影响，还使得成布具有较好的手感，定义S1和S2为每米纱线表面长度小于3 mm的毛羽数量，称为有益毛羽。

由图4中的结果可以看出，旋流喷嘴气流在减少纱线有害毛羽的同时，会轻微增加短毛羽的数量，这也是旋流喷嘴不同于其他减羽技术的一大优势。试样1最多增加了8.6%，试样2最多增加了7%，试样3最多增加了5.8%。短毛羽的增加量不是越多越好，适当地增加短毛羽能使纱线及织物手感更加丰满、舒适。有研究表明，与普通环锭纱相比，采用旋流喷嘴纱线所织棉织物手感更丰满，更舒適，且变形回复性更好[21]，这跟短毛羽的数量有关。

3.3力学性能

纱线的强力在一定程度上决定了织物的强力，且在织造过程中对纱线强力也有一定要求。图5为各试样在最优压强条件下所纺纱线的断裂强力测试结果。

如图5所示，图5中的3种纱线在使用旋流喷嘴后，断裂强度有轻微下降的趋势，尤其是40%大麻含量的纱线，其强力降低了11.9%，试样2和试样3分别降低了6.4%和0.9%。旋流纺纱线经过解捻再加捻的过程使得纱线结构包裹地更加紧密，纤维抱和作用更强，因此强力值应该更大，但测试结果显示断裂强力有轻微降低，这是由于旋流喷嘴中通入的压缩气流在重塑纱线结构的同时也会吹散小部分较短纤维，引起纱线中纤维数量的散失，即使结构更加紧密，横截面中纤维数量的减少也会造成强力的下降。

3.4条干

纱线的条干均匀度也是影响成布外观质量的重要因素，图6为各试样在最优压强条件下所纺纱线的条干CV值测试结果。从图6中可以看出，使用旋流喷嘴所纺的纱线条干不匀稍有增加，试样1条干不匀增加了14.2%，试样2增加了11.02%，试样3增加了3.5%，但差异并不明显。原料精细化的效果、纺纱工艺参数设置及粗纱条干均匀度都会影响成纱的条干，调整适当的工艺参数可使条干的恶化降到最低。

3.5形貌

通过光学显微镜观察不同含量大麻混纺纱线放大10倍的纵向照片，如图7所示。从图7中明显可以看出大麻混纺纱在使用旋流喷嘴后纱线表面形态的变化。图7中（a）、（c）、（e）普通环锭纱线结构松散、凌乱，表面毛羽多，尤其是长毛羽较多。经过环锭旋流喷嘴中的旋转气流作用后，纱线结构更加紧密，如图7中（b）、（d）、（f），纤维的抱和作用更强，且纱体表面光洁。试样2可以明显观察到纱线表面的几根黑色原液长丝，旋流喷嘴纺纱线结构紧密，长丝均匀地包裹在纱体外侧，使纱线色泽更加均匀。

4结论

采用旋流喷嘴纺纱技术对不同大麻含量的棉/大麻混纺纱进行细纱实验，测试所纺纱线性能，对测试结果进行处理分析，得出以下结论：

a）旋流喷嘴对于3种大麻含量的棉麻混纺纱均有显著的减少有害毛羽的作用，其中对于20%大麻/80%棉混纺纱的减羽效果最为显著。在不同的压强作用下，对纱线减羽效果也不同，10%大麻/90%棉和20%大麻/80%棉混纺纱在0.2 MPa压强作用下的减羽效果最好，40%大麻/60%棉混纺纱在0.15 MPa压强条件下有害毛羽数量最低。

b）旋流喷嘴在减少纱线有害毛羽数量的同时，会轻微增加纱线表面的短毛羽数量，对40%含量大麻混纺纱的增加量要稍高于10%和20%含量的棉麻纱。短毛羽的适当增加使得纱线及织物的手感更加丰满舒适。

c）旋流喷嘴虽然减羽效果显著，但由于在一定程度上冲击了纱体结构，造成了少量纤维散失，使得纱线强力和条干有轻微恶化，通过优化原料的性能和纺纱工艺参数能适当减少强力损失和条干不匀的增加。

d）显微镜下观察纱线形貌，可以发现使用旋流喷嘴后纱线表面光洁，纱体结构更加紧密，抱合作用更强。

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（责任编辑：陈和榜）