采用正交试验优化PTT 纱工艺的实践

程小明 吕治家

（魏桥纺织股份有限公司，山东滨州，256200）

在后疫情时代，纺织品消费需求更加多元化，产品的创新迭代加快，这些新变化传导至上游材料及纺织品研发层面，推动了新材料的应用创新［1］。而在消费体验层面，人们在追求时尚的同时，更加注重服装的弹性舒适性能和便捷易打理，舒适功能面料备受推崇。目前市场上常见的弹性面料大部分是应用氨纶材料生产的，但氨纶弹性面料经多次穿着及洗涤后弹性伸长率变大［2］，容易出现严重的起鼓起包、松弛变形等问题，影响产品外观质感及穿着舒适性，难以满足多元化的市场需求。单组分生物基PTT 弹性短纤维以杜邦公司的Sorona®短纤维为代表，是一种新型聚酯材料，化学名为聚对苯二甲酸丙二酯。该纤维具有良好的耐化学性和持久性，初始模量低，并且随着拉伸比增大，初始模量的变化不大，兼具聚酯纤维和聚酰胺纤维的优点，特别是其优异的回弹性和易染性为提升所织面料的舒适弹性、抗皱保形性和蓬松感奠定了基础，可满足消费者对简约舒适、抗皱保形、易打理的消费诉求，具有广阔的开发前景。本研究结合生产实践，对PTT 纱的纺纱工艺进行分析和研究。

1 生产难点及影响因素分析

PTT 纤维独特的分子结构和结晶形态赋予其独特的性能，该纤维在受到应力时，应变变形首先发生在结晶的低分子区，当应力去除后，结晶结构锁定，使纤维能完全回复到原状。在实际生产过程中，PTT 纤维纯纺成纱的难度很大，由于该纤维弹性大、回缩性强，特别是经打手梳理、罗拉牵伸后，纤维容易回缩扭结成球，从而形成粗节、棉结等疵点，并严重破坏梳理及牵伸过程中的纤维运动分布，尤其是在细纱工序，PTT 纤维在牵伸过程中脱离钳口控制后迅速回缩，导致该纤维纯纺纱条干CV高及常发性纱疵多。在加捻过程中，由于该纤维须条也会出现回缩现象，从而导致细纱气圈形态不稳定，断头率增多，影响生产状态。

粗纱和细纱工艺参数是影响PTT 纱生产的关键因素。粗纱号数的选择不仅影响到粗纱工序与细纱工序生产能力［3］，还将影响到细纱牵伸力的大小，以及成纱指标和生产状态。以PTT 18.5 tex 赛络纱为例，在实际开展的单因素优选试验中，当单根粗纱号数351 tex、细纱牵伸38.0 倍时，经测试成纱条干CV16.89%，细节52 个/km，粗节49 个/km；当单根粗纱号数281 tex、细纱牵伸30.4 倍时，经测试成纱条干CV14.52%，细节18 个/km，粗节25 个/km。赛络纱需双粗纱喂入，经该试验验证可知，降低粗纱号数，减小细纱牵伸倍数，纤维相对位移量减少，PTT 纤维受拉伸程度降低，有利于改善成纱条干均匀度。但应避免粗纱号数过低，其他工艺因素不匹配而造成细纱出“硬头”问题，导致断头增多。粗纱号数的调整需要与其他工艺参数相匹配，主要是粗纱捻系数、细纱后区牵伸倍数、细纱钳口隔距及前胶辊压力等，因此以上参数都是影响PTT 纱生产的关键因素。

此外，由于PTT 纱弹性伸长大，纺纱过程中的气圈张力突变严重，气圈呈现忽大忽小的变化趋势。当细纱锭速过高时，气圈张力突变更加明显，断头主要发生在张力与强力两者波动中波峰和波谷交叉点［4］。细纱锭速、钢丝圈型号直接影响气圈张力变化，因此这两项参数也是影响PTT纱生产的关键因素。

2 技术措施及工艺优化

2.1 工艺参数的初步确定

通过以上分析可知，合理的粗纱和细纱工艺参数是实现PTT 纱生产的关键。为确保该纤维纯纺纱指标达到合理水平，并实现纺纱生产状态的稳定高效，通常粗纱号数需偏小掌握，以降低细纱工序的总牵伸倍数，减小纤维位移量，同时匹配合适的粗纱捻系数、细纱后区牵伸倍数、细纱钳口隔距及前胶辊压力，并且要避免因握持力与牵伸力不匹配而造成的细纱出“硬头”问题［5］。细纱锭速宜偏低掌握，以稳定气圈张力、减少气圈张力突变，同时配合合理的钢丝圈型号，减少断头，稳定生产状态。为此初步确定粗纱工序采用“轻定量，小捻系数”，细纱工序采用“低锭速，强控制”的工艺路线。

2.2 正交试验

粗纱工序与细纱工序的各项工艺因素之间存在着复杂的内在联系，在初步确定了粗纱工序、细纱工序的工艺路线之后，通过正交试验进一步优化各项工艺参数配置。该正交试验选取了粗纱号数（因素A）、粗纱捻系数（因素B）、细纱后区牵伸倍数（因素C）、细纱钳口隔距（因素D）、细纱前胶辊压力（因素E）、细纱锭速（因素F）、钢丝圈型号（因素G）共7 个因素，通过正交试验优选工艺参数，各因素水平表见表1。

表1 正交试验各因素水平表

选择L8（27）正交试验表进行试验，根据对品种生产难点的分析，确定以成纱条干CV、细节、粗节、棉结和细纱千锭时断头作为本试验考核衡量的关键指标。正交试验方案及试验结果见表2。为确保试验数据的代表性，以上方案中粗纱机与细纱机均选用同机台、同锭试验，其中粗纱机对比测试了40 锭，细纱对比测试了20 锭；粗纱罗拉隔距11 mm×26 mm×34 mm，钳口隔距3.0 mm，后区牵伸1.197 倍；细纱罗拉隔距18 mm×27 mm，细纱前胶辊使用邵尔A65 度丁腈橡胶胶辊。根据试验结果对各影响因素进行极差分析，结果见表3。

表2 正交试验方案及试验结果

表3 极差分析表

2.3 影响因素分析

各因素对条干均匀度的影响程度差异较大。粗纱号数的影响最为明显，分析原因为当粗纱号数变小，而细纱输出定量不变时，细纱总牵伸倍数减小，PTT 短纤维须条抽长拉细程度降低，纤维弹性变形较小，在脱离钳口控制后回缩的情况改善，使得整体成纱弹性伸长更加稳定，有利于提升条干均匀度水平，但粗纱号数过小会造成前纺生产难度加大，且生产成本增加。只有合理匹配粗纱捻系数与粗纱号数，才能确保细纱工序的顺利牵伸。当粗纱捻系数降低时，纤维间抱合力减弱，随之所需的细纱牵伸力降低，有利于提高条干均匀度水平。细纱钳口隔距对成纱条干指标的影响也占到一定比例，适当减小钳口隔距，加强上下胶圈对须条纤维的握持，有利于控制纤维的提前变速及纤维在牵伸过程中的回缩问题，对改善条干均匀度有一定作用。较大的细纱后区牵伸倍数对消除弯钩纤维及降低主牵伸区牵伸倍数有利，对改善条干均匀度有一定效果。细纱锭速与细纱钢丝圈型号的匹配对条干均匀度的影响相对较小。综合以上影响因素，优选条干均匀度最优方案为A2B2C1D2E2F1G2。

细纱锭速和细纱钢丝圈型号对细纱千锭时断头数影响十分明显，通过分析试验结果可知，细纱锭速与细纱钢丝圈型号不同水平组合搭配时，千锭时断头存在明显差异，方案1、方案5、方案8 的千锭时断头数明显低于其他方案，总体呈现低锭速千锭时断头数减少的趋势，其中方案8 断头最少，可见这两项因素的匹配合理性至关重要。适当降低锭速并合理配置钢丝圈型号，有利于稳定细纱气圈段的张力，可大幅降低纺纱张力波动，这是减少该类品种千锭时断头的关键。降低粗纱号数、适当加大细纱前胶辊压力，有利于降低牵伸不匀，改善前钳口对须条的握持，对降低细纱千锭时断头数有利。此外，较大的粗纱捻系数配合较大的细纱后区牵伸倍数及较大的细纱钳口隔距，有利于减小牵伸力波动，对改善千锭时断头有一定的作用。综合以上影响因素，优选降低细纱千锭时断头的最优方案为A2B1C1D2E1F1G2。

从以上分析得出的最优方案可知，成纱条干均匀度水平及细纱千锭时断头的主要影响因素各有不同，条干均匀度主要影响因素为粗纱号数、粗纱捻系数、细纱钳口隔距；细纱千锭时断头主要影响因素为细纱锭速、钢丝圈型号、粗纱号数和细纱前胶辊压力。为兼顾成纱条干均匀度及细纱千锭时断头数指标，最终确定试验的最优方案为A2B2C1D2E1F1G2，与试验方案8 一致。

3 规模化上机生产情况

采用新型纤维开发新产品需要立足于纤维本身的特性，通过合理地优化设计和技术创新，充分发挥纤维的优势，弥补或避开其不足，才能实现良好的产品开发效果［6］。参照以上正交试验结果，按照优化后的粗纱和细纱工艺方案进行PTT 纱的大规模上机生产，上机后成纱条干均匀度指标得到明显改善，其中实测成纱条干CV12.45%，细节1 个/km，粗节4 个/km，棉结5 个/km。但在此条件下细纱千锭时断头仍然略高，实测在5 根左右，为此对细纱设备的三条直线、三个水平、三同心［7］进行了校正，重新上机生产，此时实测细纱千锭时断头稳定在3 根以内，细纱工序生产状态得到明显改善，生产效率得到显著提升。因此也验证了该正交试验结果的可靠有效。

4 结语

PTT 短纤维弹性大、回缩性强，纯纺成纱时纱线条干均匀度较差，气圈形态不稳定，断头多，生产状态差。为改善PTT 纱的条干均匀度，需要对粗纱号数及粗纱捻系数进行优选，来降低PTT纤维须条的抽长拉细程度，且细纱工序宜采用较大的后区牵伸倍数、较小的钳口隔距及较大前胶辊握持力，来提升纱线条干均匀度。采用低锭速配置合适钢丝圈型号是降低细纱断头、保证生产状态的关键。通过正交法试验确定PTT 纱的工艺路线，即采用粗纱工序“轻定量，小捻系数”与细纱工序“低锭速，强控制”的工艺配置组合。规模化上机实践表明：通过对粗纱、细纱关键工艺参数的优化组合，并加强细纱工序的设备调整，可明显提升PTT 纱的条干均匀度水平，降低细纱断头数，改善生产状态，提高生产效率。