高强耐磨罗布麻复合纱线的研制与工艺优化

高强耐磨罗布麻复合纱线的研制与工艺优化徐颖，韩光亭，张元明，张玉清，孙永军青岛市纤维新材料与现代纺织国家重点实验室（培育基地），青岛大学，山东青岛（266071）E-mail：[e-mail]摘要：本文为改善罗布麻混纺纱线毛羽多、强力低、耐磨性差等缺点，利用锦纶长丝对罗布麻混纺纱线实行合理包覆，通过对纺纱工艺进行试验研究与工艺优化，确定了合理的工艺参数，研制成功高强耐磨复合纱线，为低品质纱线的合理利用开辟了一条新的途径。关键词：包覆纱，强度，耐磨，包覆工艺，正交试验中图分类号：TS106.41+7文献标识码：B罗布麻纺织品具有吸湿透气、抑菌防臭等特点，具有优良的服用性能。但是，由于罗布麻植物本身的特点和初加工工艺不完善，致使其精干麻质量较差，严重影响了其成纱品质，突出表现在罗布麻混纺纱线毛羽多、条干不匀、强力低、耐磨性差，这不仅对纺织后续加工带来困难，而且还造成其制品精细程度不高，使用寿命短，这无疑阻碍了罗布麻纤维及其制品的推广利用[1-3]。为此，我们以罗布麻混纺纱和锦纶长丝为试验原料，拟利用锦纶长丝包覆罗布麻混纺纱的方法，在保持罗布麻混纺纱原有主要特性的前提下，增强其强力和耐磨性，从而为研制高品质罗布麻织物创造条件。1.试验方案设计1.1原料选择锦纶长丝选用15D/5F、20D/10F、30D/12F三种，罗布麻混纺纱选用14.6tex（JC/L/T60/35/5），主要物理机械性能指标如表1、2所示。表1锦纶长丝主要物理性能指标品种断裂强力/cN断裂强度/cN•dtex-1断裂伸长率/%15D/5F20D/10F30D/12F63.6691.60145.0738.1241.2643.5627.5929.6931.22表2罗布麻纱主要物理性能指标品种断裂强力/cN断裂强度/cN•tex-1断裂伸长率/%摩擦失重率/%14.6texJC/L/T60/35/5173.99.662.608371.2设备与工艺参数选择试验设备选用HKV141D—Ⅰ型包覆丝机，通过以锦纶长丝为外包丝，以罗布麻混纺纱为芯纱来纺制高强耐磨纱线[4-5]。研究表明影响包覆纱性能的主要参数有外包丝和芯纱的细度、包覆度、预加张力、导丝钩与锭子顶端的距离（简称导丝钩距离）、包覆工艺类型（即单包覆或双包覆）等[6-9]。经初步试验分析，在罗布麻芯纱细度已确定的情况下，外包丝纤度、包覆度、芯纱预加张力、导丝钩距离及包覆工艺类型等因素为主要影响因子。因此，本试验主要以外包丝纤度、包覆度、芯纱预加张力大小及导丝钩距离为影响因子对罗布麻混纺纱单、双包覆分别进行正交试验设计，以确定最佳工艺条件，为罗布麻包覆纱的生产提供技术指导。拟水平正交试验设计以双包覆纺纱为例，因素水平如表3所示。表3因素水平表因素水平外包丝纤度A/D包覆度B/圈•m-1芯纱预加张力C/cN导丝钩距离D/mm12315203050060070071215355575工艺试验方案如表4所示。表4工艺试验方案因素试验号ABCD111112122231333421235223162312731328321393321根据以上试验方案进行了高强耐磨纱线的研制，然后对采用不同工艺参数纺制的复合纱线进行耐磨性能和强伸性能的测试分析研究，并以此为基础确定合理的加工工艺。2.纱线性能研究与工艺优化2.1测试方法2.1.1耐磨性能测试由于锦纶长丝和罗布麻混纺纱的耐磨性相差较大，二者在摩擦过程中不会同时断裂，为了表征复合纱线的耐磨性能，拟依据在相同条件下纱线摩擦失重率大小来表示。为此，参考相关标准FZ/T01058-1999《纱线耐磨试验方法往复式磨辊法》，采用LCK-12A纱线耐磨仪进行测试，每个试样取20只卷装，统一选用国产400号砂纸作为磨料，摩擦长度为55mm±2mm，摩擦速度为60±1次/分，按照0.5g/tex施加张力，在往复磨擦300次之后，测量摩擦前后纱线的摩擦失重率。−摩擦前重量摩擦后重量摩擦失重率=摩擦前重量2.1.2强伸性能测试试验仪器采用YG061型电子单纱强力仪，测试条件为温度17－23℃，相对湿度62－68%，测试前纱线需在标准状态下平衡48h，夹持距离为250mm，拉伸速度250mm/min，测次取平均值，拉伸性能的预加张力为：预加张力=（芯纱线密度+外包丝线密度）×0.88cN/tex2.2测试结果对各种工艺参数纺制的锦纶/罗布麻包覆纱的耐磨性指标及力学指标测试结果分别进行统计分析，寻找内在规律性。由于直观分析方法仅仅是定性分析各因子的影响大小，方差分析则能够在一定的水平下，相对定量比较各因子影响的显著性大小，因此本试验将采用方差分析法。表5摩擦失重率的正交设计计算表头设计ABCD摩擦失重率1111123.32122212.53133310.44212312.05223118.96231218.37313216.88321311.99332112.5K1j46.252.053.554.7K2j49.241.437.047.6K3j41.243.346.134.3T=136.61jK15.417.317.818.22jK16.414.412.315.93jK13.713.815.413.4y=15.2Rj4.04.46.02.9Sj23.7229.5349.5013.32Se=3.18表6摩擦失重率的方差分析方差来源方差自由度F比显著性A23.72129.84α=0.01B29.53137.14α=0.01C49.50162.26α=0.01D19.32124.30α=0.01误差3.184--表7断裂强度的正交设计计算表头设计ABCD断裂强度1111112.5982122214.1563133312.5694212313.4405223113.7026231213.2097313213.3818321313.597=120.1371jK13.10713.14113.13513.2622jK13.45013.82313.69413.2053jK13.48813.08613.21713.582y=13.349Rj0.3830.7360.6480.223Sj0.2141.0290.5330.184Se=0.122表8断裂强度的方差分析方差来源方差自由度F比显著性A0.21417.016α=0.1B1.029133.738α=0.01C0.533117.475α=0.025D0.18416.033α=0.1误差0.1224--2.3结果分析方差分析法对包覆纱摩擦失重率及断裂强度统计分析结果如表5、表6和表7、表8所示。Rj的大小反映了试验因素的影响程度，Rj越大影响程度越高。由表5看出，对耐磨性影响因素的大小次序为：芯纱预加张力包覆度外包丝纤度导丝钩距离。由表7看出，对强度影响因素的大小次序为：包覆度芯纱预加张力外包丝纤度导丝钩距离。在每个因素中，对于包覆纱的耐磨性来说，表7中Kij值（i=1,2,3）最小时的水平最优，而对于强度来说，表5中Kij值（i=1,2,3）最大时的水平最优。由表5可知，对于包覆纱的耐磨性来说，外包丝纤度在3水平时K3j值最小，而由表7可知，对于强度来说，在3水平时K3j值最大。外包丝纤度越大，复丝中含有的单丝根数越多，表面接触面积越大，产生的摩擦力越大。而纱线的耐磨性主要取决于外层纤维的抗磨能力，随着锦纶长丝的纤度增大，摩擦时接触面增加，重量损失率减小，提高了原罗布麻纱的耐磨性。因此，外包丝纤度以3水平为宜。由表5可以看出，对于包覆纱的耐磨性来说，包覆度在2水平时K3j值最小，而由表7可以看出，对于强度来说，在2水平时K2j值最大。随着包覆度的增加，纱线抱合力增强，纤维不容易滑脱，同时，随着包覆度的增加，外包锦纶长丝在成纱中所占的比例增加，锦纶长丝的耐磨能力强也提高了成纱的耐磨性。但当包覆度增加至某一定值600圈／m时，若包覆度继续增加，外包丝对纱线的轴向倾斜角增大，使长丝强力在纱条轴向承受的有效分力降低，这时强度反而降低，耐磨性也随之下降。因此，包覆度选择2水平时最优。由表5可以看出，对于包覆纱的耐磨性来说，芯纱预加张力在2水平时K2j值最小，而由表7可以看出，对于强度来说，在2水平时K2j值最大。当芯纱预加张力增大时，芯纱在成纱中将逐步转变为伸直状态，此时芯纱将与外包丝同时受力，这时锦纶长丝将对包覆纱强度发挥明显的作用；芯纱预加张力的增大，有利于外包长丝有规律地缠绕到芯纱上，增强内外层的抱合性能，提高了包覆纱的耐磨性。但是当芯纱预加张力增大到一定值时，外包长丝和芯纱之间的抱合性能将随着芯纱的逐渐伸直变细而变差，容易造成内外层的相对滑动，包覆纱强度下降，耐磨性也随之降低。因此，罗布麻纱的预加张力以2水平为宜。由表5可以看出，对于包覆纱的耐磨性来说，导丝钩距离在3水平时K3j值最小，而由表7可以看出，对于强度来说，在3水平时K2j值最大。随着气圈导丝钩距离增大，锦纶长丝退饶时受到的气圈张力增加，包覆张力就大，受摩擦时罗布麻芯纱与锦纶长丝之间抱合力加强，两者之间不易产生滑移，耐磨性提高。因此，导丝钩距离选择3水平时最优。对单包覆纺纱工艺，采取与双包覆相同的方法进行正交试验分析，以提高包覆纱的耐磨性为主，兼顾其强度的大小，通过计算分析得出最优包覆纺纱工艺。表9为两种包覆方法的最优工艺。表9最优包覆纺纱工艺因素包覆类型外包丝纤度/D包覆度/圈•m-1芯纱预加张力/cN导丝钩距离/mm单包覆307001575双包覆3060012753.结语包覆纱作为一种新型的复合纱线，在改变了纱线结构的同时改善了纱线的性能。本文探讨了锦纶/罗布麻包覆纺纱及工艺，利用正交分析的方法对外包丝纤度、包覆度、芯纱预加张力、导丝钩距离等参数进行了优化，这不仅提高了纱线的强度和耐磨性能，而且使纱线兼具有罗布麻混纺纱和锦纶长丝的优点。参考文献[1]韩光亭，张元明，孙亚宁．不同含氮添加剂对罗布麻生物脱胶效果的影响[J]．纺织学报，2006；（3）：30-32．[2]韩学政，张本孟．精梳棉罗布麻远红外粘胶混纺纱的生产[J]．棉纺织技术，2006；（3）：157-158．[3]黄翠蓉，向新柱．罗布麻与棉混纺纱的试制[J]．棉纺织技术，2002；（10）：41-42．[4]马秀凤，张玉清，邢明杰．包覆纺纱技术的现状及发展趋势[J]．纺织导报，2005；（10）：140-142．[5]张玉清，邢明杰．HKV141D—Ⅰ型包覆丝机的性能特点与实践[J]．纺织机械，2004；（3）：13-15．[6]左葆齐，朱俊芳．真丝/氨纶包覆纱性能测试与分析[J]．丝绸，1997；（5）：42-45．[7]王文淑，冯素江．织前准备工序纱线耐磨性的测试与分析[J]．河北工业科技，2002；19(5)：29-31．[8]魏铭森，陈蓉娟．芯丝预加张力对摩擦包芯纱强力的影响[J]．纺织学报，2003（6）：22-24．[9]梁淑华．包缠纱的包缠数对成纱强力的影响[J]．河北纺织，1990；（3）：23-24．ResearchonHigh-strength&Wear-resistingApocynumVenetumCompositeYarnandOptimizationofSpinningTechnologyXuYing,HanGuangting,ZhangYuanming,ZhangYuqing,SunYongjunIncubationBaseofStateKeyLaboratoryfo