低扭矩环锭柔软纱加工现状与假捻技术的应用

邹专勇 虞美雅 陈建勇 张连京 马瑞雪 胡英杰

摘要：低扭矩环锭柔软纱技术是指通过环锭纺成纱过程或纱线后处理控制实现纱线残余扭矩降低、手感柔软的一种纱线加工技术。为深化低扭矩环锭柔软纱加工技术的开发与应用，从低扭矩纱线加工现状出发，首先分析了影响纱线残余扭矩的因素，然后详细阐述了纱线残余扭矩减小或消除的方法，最后就纱线加工中假捻技术在低扭矩纱开发中的应用与效果展开了探讨。研究指出：将动态假捻技术引入低扭矩纱线加工过程，是开发低扭矩、柔软手感环锭纺纱线的最有效途径。

关键词：环锭纺；低扭矩纱；柔软纱；假捻技术

中图分类号：TS111.8文献标志码：A文章编号：1009-265X（2018）03-0089-04Status of Processing a Lower Torsion Moment Ring Spun Yarn with

Soft Handle and Application of False Twisting Technology

ZOU Zhuanyong1，2，3， YU Meiya3， CHEN Jianyong1，

ZHANG Lianjing2， MA Ruixue2， HU Yingjie2

（1.Faculty of Materials and Textiles， Zhejiang SciTech University， Hangzhou 310018， China； 2.Production

R&D Center， Zhejiang Huafu Melange Yarn Spinning Co.， Ltd.， Shangyu 312300， China；

3.College of Textiles & Fashion， Shaoxing University， Shaoxing 312000， China）Abstract：The technology of processing ring spun yarn with lower torsion moment and soft handle means the yarn spinning technology， which makes the yarn being with lower torsion moment and soft handle by controlling yarn formation and yarn post proceeding. In order to deepen the development and application of process technology used to process ring spun yarn with lower torsion moment and soft handle， based on the processing status of yarn with lower torsion moment， influencing factors of yarns residual torque were analyzed firstly. And then， we elaborated methods of decreasing or eliminating the yarn residual torque. Finally， the application and its effect of false twisting technology in the process of yarn manufacture were introduced. The research result shows that dynamic false twisting technology can be introduced into the formation process of lower torsion moment yarn， which is the best way to developing ring spun yarn with low torque and soft handle.

Key words：ring spinning； yarn with low torque； yarn with soft handle； false twisting technology

通信作者：陳建勇，Email：cjy@zstu.edu.cn环锭纺纱因纱线强度提高需要，常通过增加纱线捻度来实现，这将引起纱线残余扭矩增大，并对针织物的扭曲变形产生影响，最终导致织物或服装手感较硬，布面外观不平整、纹路歪斜等缺陷，同时使得针织面料的裁剪利用率降低[1]，难以满足现阶段无歪斜、布面平整等高质感织物的开发需求。开发一种低扭矩的纱线是改善织物歪斜（尤其是针织物纬斜）、布面不平整现象的最佳解决方案。然而，不同的低扭矩纱线加工方法对纱线残余扭矩的消除效果存在差异，如何通过设计纱线结构与控制纱线成形过程，解决成纱强力提高与残余扭矩降低之间的矛盾，是本文关注的重点。该研究有助于明确各种低扭矩纱线加工技术的优缺点，找准后续突破研究的重点，为规模化低扭矩纱线开发提供思路。

1低扭矩纱线加工的研究现状

1.1影响纱线残余扭矩的因素

在纺纱加捻时，纤维被拉伸、弯曲和扭转，从而在纱线中储存了与之相对应的扭应力，其中未能通过纺纱过程或后续加工处理释放的那部分扭应力被称为纱线的残余扭矩[2]。通常，纱线的扭应力越大，纱线的残余扭矩也越大。纱线的残余扭矩将使纱线有退捻、释放内部扭应力的趋势，造成针织物卷曲，线圈歪斜变形，形成纬斜、螺旋线纹和机织物表面光洁平整度下降，“蛇仔纹”增加等现象，严重影响布面外观与其他织物性能[35]。纱线的残余扭矩主要与纺纱所用纤维化学组成、线密度、模量（如拉伸模量、弯曲模量、扭转模量）、弹性、表面形态结构[46]、混纺比[7]、纱线加工方法和工艺配置、线密度、捻度、结构[79]及温湿度[8]等因素有关。一般来讲，纤维具有较好弹性、较高线密度和模量，纱线截面含有较多纤维根数和较大纤维堆砌密度、较高纱线捻度和线密度时，纱线的捻度稳定性越差，扭应力越大，相应残余扭矩也越大。对复合纱而言，Araujo等[7，9]的研究发现，涤纶纤维含量的增加导致涤/棉纱的捻度不稳定性增加，使得织物的卷曲现象严重，表明不同种类纤维的混纺比是低扭矩混纺纱制备中需考虑的重要内容。此外纤维在纱线中的构象分布、堆砌排列与内外转移也将影响纱线的残余扭矩大小，而这正为通过选择不同纺纱方法与工艺、装配不同关键成纱元器件开发低扭矩纱线提供了理论依据。

1.2纱线残余扭矩的减小或消除方法

1.2.1纱线后处理

纱线后处理方式是指在纱线成形完成后或在织物整理过程中利用物理退捻、热处理、湿处理、湿热处理、化学处理等方式消除纱线的残余扭矩。

物理退捻法是利用退捻的方法降低纱线捻度，以平衡纱线内部扭应力，如Tao等[3]提出对摩擦纺及转杯纺等纱线采用退捻方法来降低纱线的残余扭矩，且在退捻后能够保持纱线原有强力，但该法只提供了一种纱线残余扭矩消除可能，因加工成本高，局限性大（只適用于非传统的特殊纱线结构，如皮芯结构、不均匀的纤维堆砌密度及局部纤维纠缠和缠结等），无法用于工业化生产。吴雄英等[10]通过热处理方式研究了毛涤复合纱线扭转性能及扭应力松弛行为，Araujo等[9]研究了热处理对棉/涤混合纱的纱线扭矩减小情况，这些研究均表明热处理温度对纱线扭应力的松弛具有较高依赖性，热处理温度升高将加快纱线扭应力的松弛速度，从而有助于降低或消除纱线的残余应力，但该法对天然纤维的扭应力消除效果相对较差。湿处理法是指自然放置、利用自然调节法对筒子纱进行调湿处理，以消除纱线的扭应力，降低残余扭矩，该方法较少在生产中采用，原因在于自然调湿难以对筒子纱的内部进行充分调湿，且耗时长，残余扭矩消除效果差。湿热处理法通常是指通过间接或直接方式汽蒸来消除纱线的残余扭矩，以消除纱线加工过程带来的静电积累、降低纱线的退绕张力、改善纱线的上机织造性能[11]、降低纱线，尤其是强捻纱的捻度不稳定现象[12]、改善纱线残余扭矩过高带来的织物歪斜、“鸡爪痕”等现象[1314]。湿热处理法涉及间接或直接汽蒸技术，间接汽蒸技术因产生100%的饱和蒸汽，具有渗透性强，对纱线内外层扭应力的消除均匀性好，两种方式去除纱线残余扭矩效果受筒子纱容量影响较大，且蒸纱机内不同位置筒子纱及筒子纱内外层纱线的扭应力消除存在不均匀现象[15]。与干热处理消除纱线残余扭矩相比，湿热处理对纱线残余扭矩具有更好的消除效果，且消除后的纱线扭矩不会出现递增的现象。此外，采用化学处理方式消除纱线的残余扭矩，其原理是通过化学试剂对纱线进行柔软整理达到降低纱线扭转刚度，同时部分释放加工过程导致的纤维拉伸、弯曲和扭转力，从而实现纱线残余扭矩的降低或消除。但化学处理方式消除纱线的残余扭矩容易导致纤维的损伤，造成纤维性能发生变化、纱线强力下降，影响织物的耐穿牢度，同时处理过程会产生废气、废水和化学品的排放，从而对环境产生危害，并带来处理压力。

综上可知，采用后处理方式对纱线残余扭矩的去除存在局限性，不适应所有纤维和纱线，且增加了加工工序，耗时费事，导致加工成本增加。

1.2.2纱线结构设计

采用纱线结构设计方法去除纱线的残余扭矩是利用平衡扭矩的原理完成纱线结构设计，从而使纱线内部扭应力得以消除。Sawhney等[1617]通过纱芯捻向与包芯纱的皮层捻向相反来平衡纱线内部结构的扭应力，以降低纱线残余扭矩。利用与单纱捻向相反的方向以适当捻度将两根同捻同向的单纱并合加捻，通过退捻使得扭应力松弛，使股纱捻度稳定，从而降低股线的残余扭矩，该方法可用于无法通过后处理方式实现纱线残余扭矩消除的情形，如金属钼丝股线的残余扭矩去除[18]，但缺点是无法用于低扭矩单纱的制备。此外，还可利用在纱线中添加水溶性纤维，以生产低捻纱线，从而获得较低的纱线残余扭矩，但该方法存在加工能耗大、成本高的现象[19]。通过纱线结构设计消除纱线残余扭矩是一种物理方法，不会损伤纤维，适用于任何纤维，但纱线的开发品种受到局限，无法满足差异化产品开发需求。

1.2.3纱线形成过程控制

传统的环锭纺纱线扭矩，通常可考虑降低纱线捻度来实现，但纱线捻度降低会导致成纱可纺性降低，且纱线的强力也会大幅下降，因此无法通过简单降低纱线捻度或捻系数来减小或消除纱线残余扭矩。利用自捻原理，采用一对既绕轴回转、又沿轴往复运动的搓捻辊对两根纤维须条进行加捻成纱，从而获得Z、S捻交替出现，且中间呈现无捻区的纱线结构，以此平衡纱线内部扭应力，降低纱线残余扭矩，但无捻纱段的存在，虽经错位和合股可减少其对强力等影响，但应用领域的扩大仍受到限制[20]。在纱线形成过程中，加装关键成纱元器件（如假捻器），以此来提高加捻区段纱线捻度，从而降低因设计捻度下降带来的可纺性恶化的现象，最终获得低捻、低扭矩的纱线[19，2123]。利用添加关键成纱部件或引入新的纱线形成方法降低纱线的残余扭矩是通过加强成纱区段的纤维控制，从而改变纤维在纱中的空间构象与排列分布，或形成新的纱线结构，以降低纱线内部扭应力，达到减小或消除纱线残余扭矩的目的。基于假捻的低扭矩纱线加工技术具有显著优势，不增加额外工序，就能降低纱线的设计捻度，且又不影响成纱的可纺性与纱线强力；不受纤维种类或纱线结构的限制，不损伤纤维，具有较强的应用适应性，市场前景广阔。一种既运行稳定，又经济的假捻装置设计、开发与应用是低扭矩纺纱技术得以快速发展的关键，这将成为未来低扭矩纱线开发的重要研究内容。

2纺纱过程假捻装置开发应用现状

假捻是指成纱过程中使纱条获得过程性或阶段性捻度，假捻点上下游的捻度相等、相位相反，假捻过程结束后真实捻度回归为零的一种加捻方式。在纱线加工领域，最典型的假捻技术应用是用于粗纱机的锭帽设计，通过锭帽的结构设计，利用假捻的原理使纱条获得一定的捻度，从而减少粗纱伸长率和断头率，有利于高速运转[2425]。在细纱形成阶段，利用假捻装置可增加假捻点到加捻三角区间的成纱的动态捻度，从而减少细纱断头；且因可降低设计捻度，有助于提高生产效率，使纱线手感更柔软，残余捻度更小，故不断有探索将假捻技术应用于细纱或精纺及捻线生产过程[19，2124]。

假捻技术在纱线加工过程的应用效果取决于采用何种假捻器与假捻形式，这关系到基于假捻的纺纱技术成功应用并得以推广的关键。假捻器可分为静态假捻器和动态假捻器[22，25]。静态假捻器是一种消极式假捻方式，是利用假捻部位的表面结构设计，仅借助接触摩擦而产生假捻效应，从而提高前罗拉与假捻点间纱段的捻度。静态假捻器具有能耗低、易护理的优势，其假捻效果受加捻部位结构、材质影响较大，因假捻效应不够显著，在细纱加工领域较少采用。动态假捻器是一种积极式假捻方式，是借助外力使纱线产生转动，从而获得捻度，该种假捻类型较静态假捻具有更高的假捻效率，装置复杂程度根据不同的假捻形式而有差异，其能耗也各有不同。相比静态假捻器，动态假捻器的实现形式更加多样化，有转子假捻器、摩擦盘假捻器、胶圈式假捻器、搓环假捻器、龙带假捻器与空气假捻器等[21，23，26]，分别见图1所示。因此将动态假捻形式引入低扭矩纱线开发具有现实意义，假捻装置通常安装在前罗拉前的导纱器与钢丝圈后的导纱器之间，典型的产业化应用案例有：江西山星纺机实业有限公司利用罗拉回转使纱线与罗拉表面产生摩擦，纱线因摩擦驱动力向切向滚动，从而获得假捻；德昌精密纺织机械有限公司利用单龙带传动使纱条回转获得假捻；渡茂纺织技术有限公司采用上下两条皮带的假捻装置对纱线进行假捻。但针对不同环锭纺纱（如色纺与本色纱加工，传统环锭纺与紧密纺纱）、不同纤维原料种类，选择何种既稳定又经济适用的假捻装置与工艺仍是有效开发低扭矩环锭纺纱线的重要研究内容。图1不同形式的动态假捻装置

3结语

低扭矩环锭纺纱线的开发现阶段处于广泛研究与探索阶段，尤其是基于假捻技术的低扭矩纺纱技术具有广阔的市场前景，这是对传统的环锭纺纱技术又一拓展与深化，但该技术研究攻关的同时仍需更多关注后道面料风格与应用领域，进一步强化提升低扭矩纱线加工关键元器件设备的运行稳定性，筛选优化低扭矩纱线成纱工艺，注重低扭矩纱线加工技术带来的效益提升，凸显低扭矩纱线产品的柔軟、高强、低扭矩等特点，实现规范化的低扭矩纱线产品开发，从而提升纱线产品附加值。

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