不同混纺比彩棉与白棉混纺纱线性能分析

张喜昌

(河南工程学院 纺织工程学院，河南 郑州 450007)

天然彩棉是棉纤维成熟时自身具有棕、绿等色彩棉花的统称[1]。天然彩棉纤维长度较短、线密度较小、强度较低，故可纺性较差，且天然彩棉颜色比较单一，色彩相对暗淡，难以满足消费者的需求[2]。随着现代科技的进步，纺织纤维材料开始向功能化、智能化、化学纤维环保化、天然纤维无害化方向发展，且天然彩棉纤维在纺织过程中省去了印染工序，减少了对环境的污染，有利于人体健康，产品具有色泽自然柔和、质地柔软等优点，深受消费者好评，市场发展潜力也随之增大[3-4]。蒋丽云等[5]对彩棉的性能进行了测试，对棕色彩棉、绿色彩棉和白棉纯纺纱线的纺纱与织造工艺，以及纯纺纱线和织物的性能进行了分析。温海永等[6]对棕色彩棉和白棉的主体长度、短绒率等进行了测试，并对棕色彩棉/白棉30/70混纺纱线的纺纱工艺进行了探讨。以上研究认为，由于彩棉细度细、成熟度较差，在纺纱工艺参数设计时打手、刺辊、锡林、道夫等回转机件均应采用低速。但是，目前对不同混纺比、不同彩棉与白棉混纺及纱线力学性能的研究较少。本研究采用不同彩棉种类、不同混纺比与普通白棉纤维进行混纺，生产出3种纯纺纱线和4种混纺纱线，并对这7种纱线的主要力学性能进行了测试与对比分析，以期更好地指导彩棉的生产实践。

1 彩棉纤维性能测试与分析

1.1 彩棉纤维性能

为进一步了解不同类型彩棉与白棉纤维的性能差异，合理设计纺纱工艺，对棕色彩棉、绿色彩棉和普通白棉纤维的主要性能进行了测试。棕色彩棉、绿色彩棉和白棉纤维的主体长度、品质长度和质量加权平均长度测试结果如表1所示。从表1可以看出，在3种纤维试样中，白棉纤维的主体长度、品质长度和质量加权平均长度均大于2种彩棉纤维。彩棉纤维较短，不适合纺制细特纱线，而且纱线的强力、条干不匀率和毛羽等质量指标也会受其影响。

棕色彩棉、绿色彩棉和白棉纤维线密度测试结果见表2。从表2可以看出，白棉纤维的线密度大于彩棉纤维，其中绿色彩棉纤维的线密度是3种纤维中最小的。绿色彩棉纤维的线密度较小，纤维较细，纺纱过程中容易拉断，但纤维之间接触面积较大，摩擦力较大，不易滑脱，成纱强力比较高。

表1 纤维主体长度、品质长度和质量加权平均长度测试结果Tab.1 Test results of modal length, mean length and weighted average length of fibers

表2 纤维线密度测试结果Tab.2 Test results of linear density of fibers

棕色彩棉、绿色彩棉和白棉纤维的拉伸性能测试结果如表3所示。

表3 纤维拉伸性能测试结果Tab.3 Test results of tensile property of fibers

从表3可以看出，白棉纤维的断裂强度大于2种彩棉纤维，3种纤维试样的断裂强度变异系数中，棕色彩棉数值最小，说明棕色彩棉的断裂强度波动较小，纤维整体的断裂强力比较均衡。等同的试纺条件下，断裂强度较大的纤维纺制出的纱线断裂强度也会较大。棕色彩棉纤维的断裂伸长率平均值大于白棉纤维和绿色彩棉纤维，且断裂伸长率的CV值最小，说明棕色彩棉的断裂伸长率波动较小，纤维整体的断裂伸长率比较均匀。绿色彩棉纤维的断裂功最小，棕色彩棉纤维的断裂功与白棉纤维较接近，且断裂功变异系数是3种纤维中最小的，表明棕色彩棉断裂功数据的离散程度较低、均匀程度较高。

1.2 彩棉纤维形态结构

棕色彩棉、绿色彩棉与白棉纤维的扫描电镜图如图1所示。

图1 纤维扫描电镜图Fig.1 Scanned electron microscopy of fibers

由图1可以看出，棕色彩棉、绿色彩棉与白棉纤维的纵向形态相似，呈现出细长、扁平带状的特点。

2 纱线的制备

2.1 纺纱方案

由于纱线品种较多，纺纱时使用纺纱样机，工艺流程如下：清梳联→并条(一道)→并条(二道)→粗纱→细纱。设计的纱线种类有白棉纱线、棕色彩棉纱线、绿色彩棉纱线3种纯纺纱线和30/70棕色彩棉/白棉混纺纱线、70/30棕色彩棉/白棉混纺纱线、30/70绿色彩棉/白棉混纺纱线和70/30绿色彩棉/白棉4种混纺纱线。

2.2 纺纱工艺设计

2.2.1清梳联

清梳联使用DHUA202型清梳试验机。将原料用手扯松，均匀铺在给棉罗拉前的传送带上，通过储棉仓、给棉罗拉、刺辊、锡林和盖板，由道夫输出棉网，经喇叭口汇聚形成棉条，生条定量设计为22.5 g/5 m。

2.2.2并条

并条使用DHUA301型并条试验机。采用二道并条，8根棉条并合，牵伸倍数为8，出条速度为10 m/min，条子定量为15 g/5 m。

2.2.3粗纱

粗纱纺制用的是DHUC01型棉型粗纱试验机，锭翼转速为300 r/min，粗纱捻度为55 捻/m，粗纱定量为5.5 g/10 m。

2.2.4细纱

细纱纺制用的是DHUX01型棉型细纱试验机，纱线的线密度为28 tex，捻度为728捻/m，后区牵伸倍数为1.2，锭子转速为8 000 r/min。

3 纱线性能测试与分析

为便于分析，用A～G对7种不同类型的纱线进行编号，A代表纯白棉纱线，B代表30/70棕色彩棉/白棉混纺纱线，C代表70/30棕色彩棉/白棉混纺纱线，D代表纯棕色彩棉纱线，E代表30/70绿色彩棉/白棉混纺纱线，F代表70/30绿色彩棉/白棉混纺纱线，G代表纯绿色彩棉纱线。

使用YG029型全自动电子单纱强力机对纱线力学性能进行测试，夹持长度为500 mm，拉伸速度为500 mm/min，张力系数为0.5，最大强力为1 000 cN，最小强力为100 cN，定伸长为200 mm。纱线的断裂强力、断裂强度、断裂伸长率和断裂功等拉伸性能测试结果如表4所示。

表4 纱线拉伸性能测试结果Tab.4 Test results of tensile properties of yarns

由表4可以看出：7种纱线试样中，纯绿色彩棉纱线的断裂强力和断裂强度最大，纯白棉纱线的断裂强力和断裂强度最小，混纺比相同时绿色彩棉混纺纱线的断裂强力和断裂强度大于棕色彩棉混纺纱线，同一品种彩棉混纺纱线的断裂强力和断裂强度随着彩棉混纺比的增大而增大。这是因为绿色彩棉纤维的线密度较小，纤维较细，纤维之间的抱合力大，不易滑脱。白棉纱线的断裂伸长率低于彩棉纱线和彩棉/白棉混纺纱线，纯棕色彩棉纱线的断裂伸长率低于纯绿色彩棉纱线，30/70棕色彩棉/白棉混纺纱线的断裂伸长率低于70/30棕色彩棉/白棉混纺纱线，30/70绿色彩棉/白棉混纺纱线的断裂伸长率平均值低于70/30绿色彩棉/白棉混纺纱线，纯棕色彩棉纱线断裂伸长率的CV值最小，表明其断裂伸长率数据离散程度较低，断裂伸长率变化比较均匀。白棉纱线的断裂功低于彩棉纱线和彩棉/白棉混纺纱线，棕色彩棉纱线和棕色彩棉/白棉混纺纱线的断裂功低于绿色彩棉纱线和绿色彩棉纱线/白棉混纺纱线，30/70棕色彩棉/白棉混纺纱线的断裂功低于70/30棕色彩棉/白棉混纺纱线，30/70绿色彩棉/白棉混纺纱线的断裂功平均值低于70/30绿色彩棉/白棉混纺纱线。

以上分析表明，彩棉纤维虽然长度较短，断裂强度较小，但其线密度小，纤维较细，等同条件下纺制出的彩棉纱线和彩棉/白棉混纺纱线的断裂强力、断裂强度、断裂伸长率、断裂功都要高于纯白棉纱线，有较好的力学性能。

4 结论

(1)彩棉纤维和普通白棉纤维外观一致，呈天然转曲的细长、扁平带状结构；白棉纤维的线密度和长度大于彩棉纤维；白棉纤维的断裂强度和断裂功高于彩棉纤维，而断裂伸长率低于彩棉纤维。因此，在纺纱工艺参数设计时，应根据纤维性能合理选择工艺参数。

(2)彩棉纱线和彩棉/白棉混纺纱线的断裂强力、断裂强度、断裂伸长率、断裂功都要高于纯白棉纱线，有较好的力学性能。彩棉与白棉纤维混纺可改善其可纺性能，增加彩棉纱线的花色品种。