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第 44 卷 第 3 期2023 年 3 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.3Mar.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20210908905赛络纺棉/毛段彩纱结构及其性能史晶晶,杨恩龙(嘉兴学院 材料与纺织工程学院,浙江 嘉兴 314001)摘 要 针对环锭纺三罗拉和四罗拉法所纺段彩纱条干不匀的结果问题,采用同轴双后罗拉 2 组粗纱同锭位藕合等量喂入的方法纺制等线密度赛络纺棉/毛段彩纱,并对成纱的结构及性能进行了分析。纱线的纵向观测结果表明棉与毛的质量比差异越大,分段时间越长,纱线的段彩效果越明显;截面观测结果表明棉和毛纤维在纱中互相压紧并包缠形成类似于太极阴阳鱼的结构;分段中棉与毛质量比差异及纺纱分段时间增加时,纱线的断裂强度变小,CV 值变大,但对有害毛羽数量影响不大。该纺纱方法使用天然的棉和毛纤维,既丰富了现有花式纱线的产品种类,也在对细纱机进行简单改装的条件下制得股线风格的毛型感段彩纱,符合绿色低碳循环发展的趋势。关键词 棉/毛段彩纱;同轴双罗拉;赛络纱;纱线结构;纱线性能中图分类号:TS 104.7 文献标志码:A 收稿日期:2021-09-26 修回日期:2022-06-15基金项目:嘉兴市公益性研究计划项目(2019AD32014);教育部产学合作协同育人项目(220502054265747,220502054163039)第一作者:史晶晶(1981),女,高级实验师,硕士。主要研究方向为段彩纱工艺原理及其产品开发。通信作者:杨恩龙(1980),男,教授,博士。研究方向为新纤维材料及功能性纤维材料。E-mail:。随着配色和结构的不断创新,段彩纱受到消费者的青睐,产品附加值非常可观1。段彩纱是利用不同颜色的纤维组合在一起,通过调整机器结构及纺纱工艺参数,纺出纱线的颜色在纵向上呈规律性分段变化。早期的段彩纱主要采用针梳并条工序实现色段配色,在多色并条针梳机的后部连续喂入有色或白色的纤维基条,并通过电脑程序控制喂入有色纤维条,从而实现分段配色。该方法对纤维条中纤维的长度和类别有一定要求,并且纤维条经过后道工序的牵伸后,色段长度变得很长,从而产品具有较大的局限性。近年来国内通过对环锭细纱机牵伸机构进行改装制得段彩纱,并取得了较大的进展,有三罗拉2-4和四罗拉法5,这 2 种方法均以一种纤维为主纱,另一种纤维作为辅纱形成段彩,然而该方法成纱条干较差,纱线的断裂强度也受影响。为此,研究者对环锭细纱机中三罗拉长短皮圈牵伸装置的后罗拉进行改装,采用同轴双罗拉机构,实现 2 组粗纱在 1 个锭位同时喂入,2 组粗纱的牵伸隔距一致,而且后罗拉中的同轴双罗拉可以分别单独控制,实现 2 组粗纱的等量喂入,从而改善环锭纺段彩纱的条干,制得等线密度赛络纺段彩纱6-7。在纤维原料上,赛络纺棉/棉段彩纱相关研究8-10很多,也有研究者采用赛络纺将棉纤维和毛型涤纶短纤维粗纱条经牵伸后混合起来制成纱线11,但使用不同颜色的棉、毛粗纱从同一锭位喂入细纱机,制得赛络纺棉/毛段彩纱的纺纱工艺、纱线结构及性能还鲜有研究。本文基于同轴双罗拉技术,在对细纱机进行简单改装的情况下纺制股线风格的赛络纺棉/毛段彩纱,探索分段中棉与毛质量比例及分段时间对赛络纺棉/毛段彩纱断裂强度、条干及毛羽的影响,并结合纱线纵向和截面观测结果进行分析,以期丰富现有花式纱线的种类,并为同轴双罗拉赛络纺棉/毛段彩纱纺纱工艺的优化提供参考。1 实验部分1.1 实验原料与纱线设计 为更好地观测所纺纱线,本文实验以不同颜色的棉和毛粗纱为原料。棉粗纱来自浙江华祥纺织有限公司,颜色为白色,其干态定量为 6.53 g/(10 m);羊毛粗纱来自桐乡易德纺织有限公司,颜色为红色,其干态定量为 5.06 g/(10 m)。采用 HFX-A4J 型等线密度环锭纺段彩细纱机纺制赛络纺棉/毛段彩纱。纺纱设备及原理见文献12,采用棉和毛粗纱从同一锭位喂入细纱机2 个同轴后罗拉。细纱机环锭转速为 6 180 r/min,前罗拉线速度为 11.2 m/min,设计纱线线密度为30 tex,捻度为 600 捻/m,捻向为 Z。纺纱时分段时间分别是 1、2、4、8 s,分段时间越长,细纱色段长度 纺织学报第 44 卷越长。每种分段时间纺 5 种赛络段彩纱,每种细纱采用两段一循环。第 1 段细纱中棉与毛的质量比分别为 87.5:12.5、80:20、75:25、62.5:37.5 和55:45;第 2 段细纱中棉与毛质量比分别是 12.5:87.5、20:80、25:75、37.5:62.5 和 45:55。每种细纱中相邻两段的分段时间一样,即色段长度一样,从而使得同一管纱中整体上棉和毛纤维质量各占一半。相邻两段细纱中棉与毛质量比不同,从而在纱线纵向上呈现出段彩效果。1.2 纱线性能测试 采用美国科视达公司 KH1300 型三维视频显微镜观测纱线纵向形貌。为避免纱线挤压变形以及退捻,先将纱线浸入火棉胶溶液中,晾干,定形,再将其包埋在白色羊毛中进行切片。使用哈氏切片器对纱线进行截面切片,并用三维视频显微镜放大 300 倍,观察 2 种组分的分布情况。采用温州大荣纺织仪器有限公司 YG021D 型电子单纱强力仪测试纱线的强伸性能,所用的隔距长度为 500 mm。强伸性能采用定速法测试,拉伸速度为 500 mm/min,细纱所用预加张力的设置根据所测纱线的线密度估计,一般为 0.5 cN/tex,测试 20 次。采用莱州电子仪器公司 YG137 型条干均匀度测试分析仪测试纱线条干均匀性,测试速度为100 m/min,测试时间为 2.5 min,测试 10 次。采用莱州电子仪器公司 YG171B 型毛羽测试仪测试纱线毛羽,测试速度为 30 m/min,测试的纱线片段长度为 10 m,测试 10 次。测试温度为(252),相对湿度为(605)%。2 结果与分析2.1 形貌分析 图 1 为赛络纺棉/毛段彩纱线绕在黑板上的照片。图 中 棉 质 量/毛 质 量 分 别 为 87.5/12.5 和12.5/87.5、87.5/12.5 和 12.5/87.5 以 及 62.5/37.5 和 37.5/62.5 两段一循环,分段时间分别为 8、1 和 8 s。可看出,棉质量/毛质量为 87.5/12.5 和12.5/87.5 两段一循环时,分段时间为 8 s 和 1 s 的赛络纺棉/毛段彩纱都具有明显的色段分布,这 2 种纱线上相邻的色段因棉与毛的质量比差异较大,呈现的颜色分段效果较明显。分段时间为 8 s 的赛络纺棉/毛段彩纱比 1 s 的色段长度长,这是因为分段时间越长,色段所用的纺纱时间也越长。分段时间为 8 s,棉质量/毛质量为 62.5/37.5 和 37.5/62.5两段一循环的纱有颜色分段效果但段与段之间的颜色差别相对较小,这是因为纱线上相邻的色段中棉与毛质量比差异较小,而且赛络纺棉/毛段彩纱每个色段都由棉和毛 2 组纤维包缠形成。分段时间为8 s,棉质量/毛质量为 55/45 和 45/55 两段一循环的纱可看出有颜色分段效果,但比 62.5/37.5 和37.5/62.5 两段一循环的分段效果更不明显。从图中样品照片及实验中对其它参数样品的观察得出,棉与毛质量比不变时,纱线颜色分段效果随着分段时间延长而增加;分段时间不变时,颜色分段效果随棉与毛质量比差异增大而增加。图 1 不同棉与毛质量比与分段时间的纱线实物图Fig.1 Physical diagram of yarn with different mass ratio cotton to wool and segmentation time棉质量/毛质量为 62.5/37.5 纱段放大照片如图 2 所示。可清楚地看出纱段纵向棉和毛是一个双组分包缠的结构。图 2 不同放大倍数下赛络纺棉/毛段彩纱线照片Fig.2 Photos of cotton/wool yarn at different magnifications.(a)Longitudinal morphology(20);(b)Section morphology(300)图 2(a)中纱段上白色部分为棉,红色部分为毛。该纱段纵向形貌类似于股线,属于典型的赛络纱结构。图 2(b)为棉与毛质量比为 62.5:37.5 纱段截面照片。此时采用相同规格的黄色棉与红色羊毛纺纱,使得观察更清晰。纱中红色圆形纤维截面为毛,黄色腰圆形截面为棉,白色圆形截面为切片时固定纱条的外包羊毛纤维,左侧和上侧白色部分为火棉胶。从截面照片中还可看出,纱线的截面近似呈圆形或椭圆形,2 组纤维交界处排列紧密,且 2 组纤维相互挤压形成类似于太极图阴阳鱼的形状,进65第 3 期史晶晶 等:赛络纺棉/毛段彩纱结构及其性能 一步证实图 2(a)中赛络纺棉/毛段彩纱的包缠结构。2.2 纱线断裂强度分析 赛络纺棉/毛段彩纱断裂强度与分段中棉与毛质量比例及纺纱分段时间的关系如图 3 所示。可看出,当分段中棉与毛质量比不变时,纱线的断裂强度随着分段时间的延长而下降;当分段时间一定时,纱线断裂强度随着分段中棉与毛质量比差异增大而下降。分段中棉与毛质量比不变时,分段时间越长,此时段彩纱色段的长度越长。由于羊毛纤维比棉纤维粗,在纱线线密度不变的条件下,随着纱段中羊毛纤维比例的增加,纱段横截面中纤维的总根数减少,从而该纱段的断裂强度降低,最终导致整个纱线的断裂强度降低。赛络纺棉/毛段彩纱色段长度越长,越容易一拉伸时在纱线中毛含量多的纱段处断掉,所以分段时间长,赛络纺棉/毛段彩纱断裂强度下降。分段中棉与毛质量比差异越大时,段彩效果越明显,但羊毛在某些段含量就越大,纱线存在的强力薄弱环节也越多,纱线的断裂强度越小。图 3 棉/毛段彩纱的断裂强度Fig.3 Breaking strength of cotton/wool segment colored yarn每种细纱采用两段一循环,如第 1 段中棉质量/毛质量为 87.5/12.5,第 2 段中棉质量/毛质量为12.5/87.5。纺纱时通过一对同轴后罗拉交替变速实现棉毛喂入量的变化,如分段时间为 1 s 时,每纺纱 1 s 后罗拉就变速。而罗拉变速需一定的过渡时间,使得 2 个同轴后罗拉实际的速度差异比设计的小,实际纺出纱线色段中棉与毛质量差异相对设计的小。分段时间为 1 s 时,实际纺出纱线色段中棉与毛质量比与设计值的差别最大;随着分段时间延长,罗拉变速过渡时间与分段时间的比值减小,实际纺出纱线色段中棉与毛质量比逐渐趋近于设计值。分段时间在 2 s 以内时,纱线断裂强度随着分段棉与毛质量比差异增大而下降幅度小;而分段时间在4 s 以上时,纱线断裂强度随着分段中棉与毛质量比差异增大而下降的幅度大。如分段时间为 1 s,棉质量/毛质量为 87.5/12.5 和 12.5/87.5 两段一循环时,因分段时间较短,1 个色段纺纱 1 s 同轴后罗拉就必须变速,从而该色段中毛纤维质量与棉/毛总质量的实际比值比 87.5%小,因此该纱相对分段时间1 s,棉质量/毛质量为80/20 和20/80 两段一循环的断裂强度降低的幅度小。2.3 纱线条干均匀度分析 赛络纺棉/毛段彩纱条干均匀度与分段中棉与毛质量比及纺纱分段时间的关系如图 4 所示。可看出,分段中棉与毛质量比不变时,条干不匀随着分段时间的延长而增大;分段时间不变时,条干不匀随着分段中棉与毛质量比差异增大而增大。当分段中棉与毛质量比不变,分段时间延长时,段彩效果变明显,此时实际纺出的纱线某些色段中棉与毛质量比趋于设计的质量比,相对分段时间小时纱段中的棉与毛质量比差异大,又因羊毛纤维较棉纤维粗,随着纱段中羊毛纤维比例的增加,纱段横截面中纤维的总根数减少,从而纱段的条干均匀度变差,最终导致整个纱线的条干均匀度变差。随着分段时间的延长,罗拉变速过渡时间与分段时间的比值减小,实际纺出纱线色段中棉与毛质量比与设计值之间的差值逐渐变小,纱线的条干不匀 CV 值随着分段中棉与毛质量比差异增大而增加的幅度变大。如分段时间为 1 s,棉质量/毛质量为 87.5/12.5 和 12.5/87.5两段一循环时,实际纺出的纱线色段中棉与毛质量比差异相对设计的小,因此段彩效果相对分段时间长时不明显,但因某些色段中羊毛纤维的实际质量比例比设计的低,因此整个纱线的条干不匀 CV 值相对棉与毛质量比为 80/20 和 20/80 两段一循环增加的幅度小。图 4 棉/毛段彩纱的条干均匀度Fig.4 Evenness of cotton/wool segment colored yarn2.4 纱线毛羽分析 赛络纺棉/毛段彩纱有害毛羽与分段中棉与毛质量比例及纺纱分段时间的关系如图 5 所示。可看出,赛络纺棉/毛段彩纱有害毛羽与分段中棉与毛质75 纺织学报第 44 卷量比例及纺纱分段时间没有明显的关系。当分段中棉与毛质量比例及纺纱分段时间改变时,纺出的纱线中棉和毛的质量比仍然是 50:50,因此有害毛羽的总量变化不大,但比纯毛的纱线要好。棉纤维相对短且软,纤维之间抱和紧密,纺出的纱线中短毛羽数量较多,但长的有害毛羽较少;毛纤维相对长且硬,纤维间抱和相对差,虽然毛羽总数量相对少,但有害毛羽较多。采用赛络纺棉/毛段彩纱可制得毛型感的段彩纱线,且该纱的有害毛羽比纯毛纱的低。图 5 棉/毛赛络段彩纱的有害毛羽Fig.5 Harmful hairiness of cotton/wool segment colored yarn3 结 论 1)赛络纺棉/毛段彩纱纵向和截面观测结果表明,纱线具有明显的色段分布,棉和毛纤维在纱纺中形成互相包缠的结构,且棉与毛 2 组分相互压紧形成类似于太极图阴阳鱼的结构。2)当赛络纺棉/毛段彩纱分段中棉与毛质量比不变时,随着分段时间的延长,分段效果变好,纱线断裂强度变小,CV 值变大,纱线有害毛羽变化不明显。3)当赛络纺棉/毛段彩纱分段时间不变时,随分段中棉与毛质量比差异增加,分段效果变好,纱线断裂强度变小,CV 值变大,纱线有害毛羽变化不明显。4)当分段时间在 2 s 以内,棉与毛质量比差异不超过 75/25 时,可制得弱段彩效果、断裂强度及条干均匀度能满足服用性能要求的赛络纺棉/毛段彩纱,采用这种纱线可设计出若隐若现风格的织物,具有良好的应用前景。FZXB参考文献:1 赵慧,叶静.彩涤/棉纤维段彩纱的工艺研究J.轻纺工业与技术,2010,39(4):5-6,21.ZHAO Hui,YE Jing.Process study of colorful polyester/cotton fiber segment color yarn J.Light and Textile Industry and Technology,2010,39(4):5-6,21.2 上 海 日 舒 棉 纺 织 厂.段 彩 纺 纱 传 动 装 置:200420081737.2 P.2004-08-11.Day Shu Shanghai Cotton Textile Factory.Gearing mechanism of segment color yarn spinning:200420081737.2P.2004-08-11.3 李广德,赵学建,楚爱秋,等.赛络纺段彩纱质量控制体会J.棉纺织技术,2009,37(3):38-40.LI Guangde,ZHAO Xuejian,CHU Aiqiu,et al.Quality control of sirospun segment color yarn J.Cotton Textile Technology,2009,37(3):38-40.4 周惠煜,罗万象,付文娟.多功能三罗拉牵伸装置C/第十五届全国花式纱线及其织物技术进步研讨会论文集.北京:中国纺织工程学会,2009:5-6,21.ZHOU Huiyu,LUO Wanxiang,FU Wenjuan.Multi-fuction three roller system C/The 15th National Symposium on the Technological Advancement of Fancy Yarn&Its Fabric.Beijing:China Textile Engineering Society,2009:5-6,21.5 夏龙全.新型四罗拉段彩纱产品的开发C/2006中国纱线质量暨新产品开发技术论坛.青岛:全国棉纺织科技信息中心,2006:304-305.XIA Longquan.New four roller segment color yarn development C/2006 yarn quality and product development forum.Qingdao:China Cotton Textile Science and Technology Information Center,2006:304-305.6 陈伟雄.等线密度环锭纺段彩纱成纱方法及装置:201010616326.9 P.2010-12-28.CHEN Weixiong.Equal linear density ring spinning section colorful yarn forming method:201010616326.9P.2010-12-28.7 史晶晶,陈伟雄,易洪雷,等.双色段彩纱针织物图案的形成机制J.纺织学报,2015,36(9):34-37.SHI Jingjing,CHEN Weixiong,YI Honglei,et al.Pattern mechanism of double color segment-color yarn knitting fabric J.Journal of Textile Research,2015,36(9):34-37.8 郭明瑞,李沛赢,孙丰鑫,等.双色变换段彩纱成纱原理及其共混段长度与强度的影响因素J.纺织学报,2019,40(5):30-35.GUO Mingrui,LI Peiying,SUN Fengxin,et al.Spinning mechanism of two-color transformation segment color yarns and influencing factors on length and breaking tenacity of 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properties of cotton/wool siro segment colored yarnsSHI Jingjing,YANG Enlong(College of Material and Textile Engineering,Jiaxing University,Jiaxing,Zhejiang 314001,China)AbstractObjective Aiming at uneven of segment colored yarns made by three-roller and four-roller methods,coaxial double rear rollers were adopted to achieve the same linear density cotton/wool siro segment colored yarn by the method of two sets of roving at the same spindle position and equal coupled feeding.Two rovings are fed on the same position,and the drafting control condition of two rovings is consistent.The roller speed can be coupled to achieve equal fiber feeding.However,the spinning process,yarn structure and properties of cotton/wool siro segment colored yarn produced by coaxial roller spinning technology are rarely studied.MethodCotton/wool siro segment colored yarn with constant linear density was spun on HFX-A4J ring spinning frame.Two rovings were fed into the coaxial double rear roller equally at the same position.The lengths of spinning segmentation time were 1,2,4,8 s,and the mass ratio cotton to wool during spinning were 87.5/12.5,80/20,75/25,62.5/37.5 and 55/45.The influences of the proportion of mass ratio cotton to wool and the segmentation time on the breaking strength,evenness and hairiness of the colored yarn were investigated.The longitudinal and sectional yarn morphologies were observed with the KH1300 three-dimensional video microscope made by Questar Ltd.Results As is shown in the longitudinal and cross-sectional images of the yarn,the segment color effect of the yarn is more obvious with the increase of the difference in the mass ratio cotton to wool and the segmentation time.Owing to the different mass ratio cotton to wool in the adjacent two segments,the segment color effect appears in the longitudinal direction of the yarn.With the longitudinal observation results of the yarn,the longer the segmentation time is,the longer is the color segment length.Cross-sectional observations show that the cotton and wool fibers are compressed and wrapped in the yarn to form a structure similar to Yin and Yang fish of the Tai Chi pattern.When the mass ratio cotton to wool is constant,the breaking strength of the yarn decreases as the split time increases,and when the segmentation time is fixed,the yarn breaking strength decreases with the increase of the segment mass ratio cotton to wool difference.When the segment time is shorter than 2 s,the yarn breaking strength decreases slightly with the increase of segment mass ratio cotton to wool difference.When the segmentation time is more than 4 s,the breaking strength of yarn decreases greatly with the increase of segment mass ratio cotton to wool difference.The evenness of cotton/wool segment colored yarn suggested that when the mass ratio cotton to wool is constant,the evenness increases with the increase of segmentation time.When the segment ation time is fixed,the unevenness of the yarn increases with the increase of segment mass ratio cotton to wool difference.With the increase of segment time,the ratio of roller speed change transition time to segmentation time decreases,the difference between real mass ratio cotton to wool and the designed value decreases,and the CV value of yarn increases with the increase of segment mass ratio cotton to wool difference.Conclusion As the diameter of wool fiber is thicker than cotton fiber,the total number of fibers in the cross section of yarn segment decreases with the increase of the mass ratio of wool,which reduces the breaking strength of the yarn segment and ultimately the breaking strength of the whole yarn.When the segmentation time is within 2 s and the difference of mass ratio cotton to wool is not more than 75/25,the cotton/wool segment colored yarn with weak segment color effect is produced,and the breaking strength and evenness of the yarn meet with the requirements of wearing performance.With such a yarn,woven fabric can be designed for colored patterns.This spinning method enriches the product types of existing fancy yarns.Meanwhile,under the condition of simple modification of the spinning frame,the strand-style wool-like segment color yarn is produced.Keywords cotton/wool segment colored yarn;coaxial double roller;siro spun yarn;yarn structure;yarn property95