混纺比对中空咖啡碳/棉混纺纱性能的影响

张陈恬 赵连英 顾学锋 项国富 陈操 余启磊

摘要： 为探究混纺比对中空咖啡碳/棉混纺纱性能的影响。文章设计中空咖啡碳/棉纤维20/80、40/60、60/40、80/20四种混纺比，采用环锭纺与赛络纺制样八组纱线，测试并分析纱线的表面形态、实际捻度、条干均匀度、毛羽指数、拉伸性能、吸湿性能。结果表明：随着中空咖啡碳纤维含量的增加，混纺纱断裂强度和断裂伸长率呈线性增长趋势、回潮率持续减小;中空咖啡碳纤维含量过高或低，都会存在实际捻度偏差变大、条干不匀率增加、毛羽根数增多等问题;赛络纺中空咖啡碳/棉纤维40/60纱线综合性能最佳，适合开发中空咖啡碳纤维高档针织产品。

关键词： 混纺比;中空咖啡碳纤维;捻度;条干;毛羽;拉伸性能;吸湿性能

中图分类号： TS155.6

文献标志码： A

文章编号： 10017003（2021）01002707

引用页码： 011105

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.01.005（篇序）

Effect of blending ratio on the hollow coffee carbon/cotton blended yarn

ZHANG Chentian1，3， ZHAO Lianying1，3， GU Xuefeng2， XIANG Guofu1， CHEN Cao1， YU Qilei1

（1.College of Textile Science and Engineering， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China; 2.Ningbo Mafei SheepTextile Technology Co.， Ltd.， Ningbo 315700， China; 3.National Engineering Lab for TextileFiber Materials and Processing Technology， Hangzhou 310018， China）

Abstract：

To investigate the effect of blending ratio on the performance of hollow coffee carbon blended yarn， the hollow coffee carbon/cotton fibers with four kinds of blended ratio： 20/80， 40/60，60/40 and 80/20 were designed， and two kinds of spinning methods were used to produce eight groups of yarns， ring spinning and siro spinning. Then， the surface morphology， actual twist， evenness， hairiness， tensile property， and hygroscopic properties of the yarns were tested and analyzed. The results show that， with the increase in the content of hollow coffee carbon fiber， the breaking strength and elongation of the yarns increased linearly， and the moisture regain decreased continuously. Meanwhile， if the content of hollow coffee carbon or cotton fiber was too high or too low， some problems would exist， such as big twist deviation， more unevenness and hairiness increase. Hollow coffee carbon/cotton fiber 40/60 yarns produced by siro spinning had the best comprehensive performance. Therefore， it is most suitable for being used to develop high-grade hollow coffee carbon knitting products.

Key words：

blending ratio; hollow coffee carbon fiber; twist; evenness; hairiness; tensile properties; hygroscopic property

中空咖啡碳纖维是一种新型功能性涤纶，是咖啡渣由高温煅烧、研磨成的纳米粉体，经特殊工艺加工制成母粒后，与一定含量的聚酯切片共混、纺丝而成，具有抑菌除臭、蓄热保暖、防紫外等多种功能[1]，并且安全、环保、手感舒适，适合加工贴身服饰，自面市后深受消费者欢迎。

国际知名品牌如Eider、Timberland、New balance、Hush Puppies、L.L.Bean、ZegnaSport等陆续推出咖啡系列产品[2]。国内有黑牡丹公司[3]推出咖啡碳牛仔布，上海帕兰朵高级服饰有限公司[4]开发咖啡玉石针织内衣，美特斯·邦威[5]将咖啡纤维作为填充物推出冬季保暖外衣等，以及AB内衣、宜而爽、飞马、山东红妮、森马、华歌尔、红豆、纤丝鸟等都推出了以咖啡碳纤维为主要原料的系列产品[6]。但咖啡碳纤维在应用过程中也面临以下主要问题[7]：可纺性差、易静电、不耐磨、易起毛起球、生产成本高等。中空咖啡碳纤维作为一种改进并增加了中空结构的新型咖啡碳纤维，纤维混纺占比对纱线性能的影响还有待进一步研究。

本文设计中空咖啡碳/棉纤维20/80、40/60、60/

40、80/20四种混纺比的环锭纺、赛络纺纱线，通过纱线性能测试、对比分析，开发外观清晰、表面光洁、强伸性能好、成纱质量高的中空咖啡碳混纺纱，满足高档针织纱线的要求，为后续开发中空咖啡碳系列高档产品提供借鉴。

1 原料及工艺

1.1 纤维原料与设备

深灰色中空咖啡碳纤维（华楙生技股份有限公司），白色新疆锯齿细绒棉（轮台县远江农工贸有限责任公司棉花加工厂），纤维性能测试指标如表1所示，设备信息如表2所示。

由表1可知，中空咖啡碳纤维延续了涤纶纤维优异的拉伸性能和回弹性，改善了吸湿性。中空咖啡碳纤维有着明显的圆形中腔结构且中空度均匀，附着细腻的咖啡碳颗粒，表现出明亮的晶体光泽，圆形中腔结构也使得纤维更加蓬松、富有良好回弹性和高保暖性[8]，而且比表面积大、质量轻、选择渗透性好、吸附能力强等[9]，是一种具有良好开发应用价值的新型功能性纤维，如图1所示。

1.2 纱线设计

本文设计18.3 tex环锭纺与赛络纺棉/中空咖啡碳纤维混纺纱线，环锭纺组别为A，赛络纺组别为B，设计捻度800 捻/m，如表3所示。纤维混纺方案如表4所示。

1.3 纺纱工艺

环锭纺纱方法已有近200年的历史，因其细纱机结构简单、适应产品范围广、成纱质量好，目前在纺织生产中仍占主导地位，但由于加捻与卷绕同时进行，产量受到速度等因素的制约[10]。赛络纺是环锭纺纱的新发展，在环锭纺纱机上平行喂入两根保持一定间距的粗纱至细纱牵伸区，由前罗拉输出这两束平行纱条，受到初步加捻后再汇聚并进一步加捻，形成纱线，可以说是一种在细纱机上直接纺制股线的新技术，把细纱、络筒、并纱和捻线合为一道工序，缩短了工艺流程[11]。

赛络纺的成纱机理与环锭纺相同，在环锭细纱机上改装即可纺制赛络纺纱线。赛络纺纱形成类似于合股形式的纱线，如图2所示。赛络纺与环锭纺相比，具有一系列优良的特点[12-15]：赛络纺纱线截面近似于圆形，外观呈单纱但结构类似于股线，故纱线较紧密且条干均匀、外观光洁，可满足高档针织纱线的要求，近年来国内外的研究与应用越来越广。

本试验纺纱工艺流程如下：A 002A型圆盘式单打手抓棉机→SFA 035E型混棉机→FA 106A型梳针开棉机→FA 076型单打手成卷机→FA 212型梳棉机→E 80型精梳机→FA 316B型预并条机→FA 305C型并条机（二道）→A 454G型粗纱机→FA 503型细纱机→萨维奥（SAVIO）-ESPERO自动络筒机。

2 测试与分析

2.1 纱线形态

传统环锭纱的外观存在粗细不匀、质量和结构不匀，基本结构特征为内紧外松，纤维有折勾、弯曲和伸出毛羽，并存在转移[16]。赛络纺具有股线的优点，单根须条、毛羽卷入纱线内部，能够有效减少毛羽，改善纱线结构[17]。

本文采用蔡司Zeiss显微镜对纱线的纵向表面形态进行观察，设置倍数70.0倍、可视距离3.6 mm，测试温度（20±2） ℃、湿度（65±4）%。环锭纱和赛络纱的表面形态分别如图3、图4所示。

由图3可见，环锭纺纱体表面毛羽较多，纤维一端容易露出，较短纤维未能全部卷入纱体，其中A2纱线表面毛羽明显少于其他三种纱线。棉含量较多时，纱体表面多是白色毛羽，随着中空咖啡碳纤维含量增加，深灰色毛羽增加。环锭纺的纤维转移明显，在棉/中空咖啡碳混纺纱中，棉具有径向优先向外分布趋势，四种混纺比纱体表面都存在清晰的白色毛羽。

由图4可见，赛络纺纱体较紧密，表面毛羽明显优于环锭纺，但是B1和B4纱线由于棉或中空咖啡碳含量过高，毛羽明显增多，其中B2纱线表面毛羽明显少于其他三种纱线。

两种纺纱方式对比可得，赛络纺纱体比环锭纺较紧密，表面毛羽较少，条干较均匀;在直观视觉上，赛络纺中空咖啡碳/棉40/60混纺纱表面光洁、紧密，外观具有明显优势。

2.2 实际捻度

根据GB/T 2543.2—2001《纺织品纱线捻度的测定第2部分：退捻加捻法》，采用YG 155A型纱线捻度机，设定退捻的试验速度为800 mm/min，预张力系数0.5 cN/tex，隔距长度500 mm，捻向为S向，每组样品测5次，计算平均值。测试温度（20±2） ℃、湿度（65±4）%。

如图5所示，混纺比对实际捻度的影响曲线呈波动状态，中空咖啡碳纤维含量过高或过低，实际捻度与设计捻度的差异就变大，随着中空咖啡碳纤维与棉纤维混纺含量相近，纱线的实际捻度差异减少;赛络纱与环锭纱的实际捻度随混纺比变化趋势基本相同，赛络纱纱条捻度偏低、捻度变化较均匀。这是因为退捻加捻法是测定捻度的间接方法，对试样进行退捻和反向再加捻，直到试样达到其初始长度，会存在误差。赛络纺的粗纱经牵伸输出时，两根单纱须条已带有少量捻度，两股纤维束以螺旋状相互捻合在一起，彼此层次分明，互不相混[18]，因此测试时纱线退捻不充分又反向加捻，会存在实际捻度偏低现象。

2.3 条 干

根据GB/T 3292.1—2008《纺织品纱线条干不匀试验方法第1部分：电容法》，采用CT 200型条干均匀度测试分析仪测试纱线条干不匀率及其变异系数。每种纱线取10筒试样调湿48 h，每筒测试5次，取平均值。测试速度400 m/min，时间1 min，測试槽号为4、5槽，温度（20±2） ℃、湿度（65±4）%。

如图6所示，混纺比对条干不匀率的影响曲线先减小后增大，呈非线性趋势，在咖/棉混纺比为40/60时，纱线条干均匀度最好。赛络纱与环锭纱的条干随混纺比变化趋势基本相同，但赛络纺纱线条干不匀率总低于环锭纱，条干均匀优势较为明显。中空咖啡碳纤维是化学纤维，纤维长度较整齐、粗细均匀，对成纱条干有利;而棉纤维作为天然纤维，纵向有天然转曲且长度较短、整齐度较差、粗细差异也较大，对成纱条干不利。