车速与压浆力线性变化对浆纱性能的影响

闫文君 郭 雨 朱 博 高卫东

（江南大学，江苏无锡，214122）

为提高生产效率，节约蒸汽消耗量［1］，浆纱机趋于高速和高压上浆方向发展［2］。车速和压浆力是影响上浆质量的关键因素［3］，因此，车速与压浆力的匹配关系对浆纱性能的优劣及上浆率的稳定有重要影响。现代化浆纱机可根据不同车速设置不同的压浆辊压力［4］，一般情况下，高速时压浆力大，低速时压浆力小，在车速和压浆力的综合作用下，纱线上的浆膜厚度和浸浆量维持不变，上浆率、浆液的浸透和被覆程度能够保持基本稳定［5］。

随着高速浆纱机的广泛应用和高压上浆技术的日趋成熟，国内外学者研究了压浆力大小及压浆装置对上浆质量的影响。早在20世纪90年代，HARI P K［6］与 BEHERA B K［7］研究了高压上浆对纯棉经纱可织性的影响及浆纱断裂机理，结果表明高压上浆可提高纱线内部浆液渗透，增大纤维堆积密度，从而有利于纱线表面浆膜的完整性，减少纱线内部纤维之间的滑移，延缓织造过程中浆纱结构的分解，达到提高经纱可织性的目的。吴长宏指出将GA 390型浆纱机的预压浆辊由二次切换改为线性加压方式，有利于浆液在纱线中达到更为合理的被覆与浸透比例［8］；黄彦萍探究了适合高压上浆的压浆辊材质、硬度、压力大小及浸压形式，指出较高的挤压强度可以使浆液更深地浸透到纱线中，且较完整地被覆在纱线周围［9］。萧汉滨研究了压浆力、浆纱速度等工艺参数对浆纱毛羽的影响，指出高压浆力必须配合高的浆纱速度才能有效地减少毛羽［10］。

然而，车速与压浆力的线性关系对浆纱表面形态、毛羽、力学性能及使役特性的影响却鲜有报道。基于此，本文研究了浆纱机不同车速与压浆力线性变化对粘胶浆纱性能的影响，分析了车速与压浆力的线性变化与浆纱性能的相关性。本研究对于浆纱企业合理控制车速与压浆力具有一定的指导意义。

1 试验部分

1.1 试验材料、试剂、设备

材料:粘胶9.84 tex纱（江苏大生集团有限公司），TBS变性淀粉（南通名精工贸有限公司），JSL⁃2，JD⁃N（宜兴市军达浆料科技有限公司），CD⁃52（上海西达实业有限公司），AD⁃2（常州市润力助剂有限公司）。

试剂:NaOH、KI均为化学纯（国药集团化学试剂有限公司）。

设备:VHX⁃5000型超景深数码显微镜（基恩士公司），AGS⁃X型电子万能试验机（日本岛津公司），LFY⁃109A型电脑纱线耐磨仪（山东纺织科技研究院），YG173A型纱线毛羽测试仪（苏州长风纺织机电科技有限公司），TYJS⁃01型浆纱性能试验机（江阴市通源纺机有限公司），GZX⁃9070MBE型电热鼓风干燥箱（上海博迅实业有限公司医疗设备厂），电热恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司），YG086型缕纱测长机（常州天祥纺织仪器有限公司），电子天平（常州市衡正电子仪器有限公司），XS620BE⁃260型三胶辊浆纱机（江阴祥盛纺印机械制造有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 浆料配方

TBS变性淀粉25 kg，JSL⁃2为50 kg，JD⁃N为25 kg，CD⁃52为 5 kg，AD⁃2 为 12 kg。浆液含固率为10.5%。

1.2.2 上浆车速

采用上述浆料配方，分别在20 m/min，40 m/min，60 m/min，80 m/min，100 m/min 和120 m/min的车速下（以下分别用 V20、V40、V60、V80、V100、V120表示），采用 XS620BE⁃260型三胶辊浆纱机对粘胶9.84 tex纱进行上浆。车速与对应的压浆力参数分别为:V20时压浆力为0.83 kg/cm2，V40时压浆力为 1.67 kg/cm2，V60时压浆力为2.50 kg/cm2，V80时压浆力为3.33 kg/cm2，V100时 压 浆 力 为 4.16 kg/cm2，V120时压浆力为5.00 kg/cm2。由此得知车速与压浆力的线性相关系数为24。

1.3 性能测试

采用VHX⁃5000型超景深数码显微镜观察不同车速下的浆纱表面形态。每个车速截取5段长度为10 m的浆纱，每段浆纱随机选取100个位置，测量浆纱直径。

采用YG173A型纱线毛羽测试仪测试浆纱毛羽H值。每个车速的浆纱测试10次，每次测试长度为10 m。

采用氢氧化钠退浆法，测试不同车速下浆纱的上浆率。

按照GB/T 3916—2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力与断裂伸长率的测定（CRE法）》，采用AGS⁃X型电子万能试验机测试浆纱的断裂强力及断裂伸长率。纱线夹持隔距250 mm，拉伸速度250 mm/min，每个车速的浆纱测试50次。

采用LFY⁃109A型电脑纱线耐磨仪测试不同车速的浆纱耐磨性。每个车速测试50次。

利用TYJS⁃01型浆纱性能试验机模拟测试织造过程中纱线疲劳寿命，频率设置为200次/min。通过提综、打纬次数比较不同车速浆纱疲劳寿命，从而评价其使役特性。

1.4 车速与压浆力线性变化与浆纱性能相关性分析

利用SPSS软件对车速与压浆力线性变化时，车速与浆纱毛羽、平均直径、上浆率、断裂强力、耐磨性及使役特性的相关性进行分析，采用相关性非参数假设检验，验证车速对浆纱性能的影响规律。相关系数表示检验值的相关程度，P值为显著水平。当显著水平小于0.05时，表示二者无显著性相关的可能性小于0.05；当显著水平大于0.05时，表示二者有显著性的可能性小于0.05。

2 结果与讨论

2.1 表面形态与毛羽

原纱与各车速下的浆纱表面形态如图1所示。通过观察发现，上浆后纱线的表面光洁度及毛羽较原纱均有较大程度的改善。在上浆过程中通过挤压和毛细作用达到浸润的效果，V20车速时，浸浆时间相对较长，挤压与毛细效应共同作用，浆纱表面最光洁，毛羽最少；当车速增加至V40～V80时，浸浆时间逐渐缩短，毛细作用甚微，纱线表面带浆量逐渐减少，浆纱表面结构粗糙，毛羽呈增多趋势；当车速达到V100时，在高压浆力的作用下，浆纱表面粗糙度有所改善，毛羽减少，且按一定方向贴伏于纱线表面；而当车速达到V120时，纱线高速通过浆槽，浸浆时间短暂，且较高的压浆力可能导致纱线的形变，因此浆纱表面较V20～V100车速下的浆纱粗糙，毛羽增多。

图1 不同车速下的浆纱表面形态

毛羽H值的测试结果为:原纱毛羽H值为2.04，V20浆纱毛羽 H值为 0.09，V40浆纱毛羽 H值为 0.29，V60浆纱毛羽 H 值为 0.35，V80浆纱毛羽H值为0.46，V100浆纱毛羽H值为0.37，V120浆纱毛羽H值为0.52。由此表明，车速为20 m/min时，毛羽H值最小，毛羽最少，车速为40 m/min～100 m/min时，毛羽H值有轻微程度的提高，毛羽增多；车速为120 m/min时毛羽H值最大，毛羽最多。

原纱平均直径为117.80μm，V20浆纱平均直径为90.34μm，V40浆纱平均直径为100.40μm，V60浆纱平均直径为102.52μm，V80浆纱平均直径为105.76μm，V100浆纱平均直径为97.70μm，V120浆纱平均直径为107.62μm。由平均直径数据可知，上浆后纱线直径较原纱均有不同程度的减小，车速为20 m/min时，压浆辊挤压作用的时间最长，浆纱直径最小；随着车速的增加，压浆辊挤压作用持续时间变短，浆膜增厚，浆纱直径呈增加趋势，当车速达到100 m/min时，在较大的压浆力挤压作用下，浆纱直径减小；当车速为120 m/min时，可能由于浆膜的增厚和更大的压浆力作用导致纱线形变，从而使浆纱直径增加。

2.2 上浆率

各车速下纱线的上浆率如图2所示。

图2 不同车速浆纱的上浆率

当车速为20 m/min～60 m/min时，上浆率在11%左右，上浆率较低，这是因为纱线低速通过浆槽，压浆辊加压时间长，加压作用效果明显，这样会造成浆纱表面浆膜厚度较薄，浆纱细度较小，与浆纱平均直径数据的变化趋势一致；当车速提高至80 m/min～120 m/min时，上浆率大幅度提高，这是因为车速高，压浆辊加压效果减小，上浆率提高，车速为100 m/min时上浆率达到最高，为14.21%。结合浆纱平均直径的数据，车速为80 m/min和120 m/min时，由于浆膜的增厚或较大压浆力产生的纱线形变，浆纱平均直径较低车速时明显增大，而当车速为100 m/min时，浆纱平均直径减小，推断在此种车速与压浆力的关系下，浆液可能在纱线上被覆较少，浸透较多，因此呈现出平均直径小、上浆率高的现象。

2.3 力学性能

各车速浆纱的力学性能测试数据如表1所示。数据表明，浆纱的断裂强力和耐磨性较原纱有很大程度的提高，在车速为20 m/min～100 m/min时，随着车速的增加，断裂强力和耐磨性呈提高趋势。当车速为100 m/min时，由于较高的上浆率，断裂强力和耐磨性达到最高，分别较原纱提高60.67%和657.69%，当车速达到120 m/min时，断裂强力和耐磨性下降。此结果与图2中上浆率数据的变化趋势相一致，浆纱上浆率与断裂强力及耐磨性的变化呈正相关关系。

表1 不同车速浆纱力学性能指标

2.4 使役特性

各车速下浆纱的疲劳寿命如表2所示。

表2 不同车速浆纱的疲劳寿命

可见，在车速为20 m/min～100 m/min时，随着车速的增加，提综、打纬次数呈增加趋势，疲劳寿命提高。当车速为100 m/min时，由于较高的上浆率，浆纱的疲劳寿命最好，较其他车速浆纱有较大幅度的提高，当车速达到120 m/min时，由于上浆率减小，疲劳寿命较车速100 m/min时有所下降。此结果与图2中上浆率数据相对应，上浆率与疲劳寿命的变化呈正相关关系。

2.5 车速与压浆力的线性变化与浆纱性能相关性分析

利用SPSS进行相关性非参数假设检验判断车速对浆纱性能影响是否显著。通过车速与平均直径、毛羽H值、上浆率、断裂强力、耐磨性及使役特性的相关系数与P值验证车速对浆纱性能的影响规律。结果显示，车速与浆纱毛羽的相关系数为-0.451，P值为 0.309（大于 0.05），浆纱毛羽受车速变化影响不显著；车速与浆纱平均直径的相关系数为-0.094，P值为0.841（大于0.05），浆纱平均直径受车速变化影响不显著；车速与浆纱上浆率的相关系数为0.762，P值为0.046（小于0.05），浆纱上浆率受车速变化影响显著；车速与浆纱断裂强力的相关系数为0.797，P值为0.032（小于0.05），浆纱断裂强力受车速变化影响显著；车速与浆纱耐磨性的相关系数为0.755，P值为 0.048（小于 0.05），浆纱耐磨性受车速变化影响显著；车速与浆纱使役特性的相关系数为 0.844，P 值为 0.017（小于 0.05），浆纱使役特性受车速变化影响显著。

3 结论

车速与压浆力的线性变化对粘胶浆纱表面形态、毛羽、平均直径、上浆率、力学性能和使役特性有一定程度的影响，随着车速的增加，浆纱上浆率、力学性能指标及使役特性呈先增大后减小的趋势，毛羽H值和平均直径呈先增大后减小随后又增大的趋势。车速为100 m/min时上浆率最高，力学性能及使役特性最好，相较于车速20 m/min时，浆纱表面粗糙度及毛羽略有增加，平均直径增大，车速为120 m/min时浆纱较100 m/min时各项性能均有所下降。浆纱平均直径及毛羽受车速与压浆力的线性变化影响不显著，浆纱上浆率、力学性能及使役特性受车速与压浆力的线性变化影响显著。