涤/棉、锦/棉混纺纱线的性能优化研究

秦雅伟+周永凯+张华

摘要：文章以高强涤纶、高强锦纶、棉为原料，通过涤/棉、锦/棉混纺试验，分析其混纺纱的工艺流程和技术参数，确定涤/棉75/25、锦/棉75/25的混纺纱性能优异。通过对优异混纺单纱的二合股线进行临界捻度测试，确定涤/棉股线和锦/棉股线分别在850、900捻/m时，其强力最大。

关键词：高强涤纶；高强锦纶；混纺；纺纱工艺；临界捻度

中图分类号：TS106 文献标志码：B

Research on Optimizing the Properties of Polyester/ Cotton and Polyamide/Cotton Blended Yarns

Abstract： Based on the trial spinning of polyester/cotton （75/25） and polyamide/cotton （75/25） blended yarns with high-tenacity polyester fiber， high-tenacity polyamide fiber and cotton， the paper analyzed the spinning process and related technical parameters and decided the optimum properties of the blended yarn. By testing the critical twist of the ply yarn result from the optimal blended single yarn， it draws the conclusion that the tenacity reaches the maximum when the twist of the polyester/cotton ply yarn and the polyamide/cotton ply yarn is at 850 twists/m and 900 twists/m respectively.

Key words： high-tenacity polyester fiber； high-tenacity polyamide fiber； blending； spinning process； critical twist

21世纪军用迷彩面料的主要原料由纯棉纤维变为棉与一种或多种合成纤维的混纺，天然纤维和合成纤维的混纺能使其面料舒适且耐用。以往对一定混纺比的涤/棉、锦/棉混纺研究较多，且注重对强力的要求，对于不同混纺比的纱线以及不同纱线的对比研究较少，而现代对于面料舒适性的要求越来越高，现提出采用高强涤纶、高强锦纶分别和棉以不同混纺比成纱，通过研究纱线性能和临界捻度的测试，较为全面地确定纱线混纺比和股线捻度。

棉纤维为纤维素纤维，其吸湿透气性和保暖性优良，有很好的服用舒适性，且来源丰富，价格低廉。高强涤纶与棉混纺织物的特点是不仅拥有优异的抗皱性和保形性，又可以使织物吸湿保暖，且热稳定性好。高强锦纶与棉混纺织物不仅拥有棉织物的舒适、柔软吸湿，又有锦纶织物的抗皱与耐磨性，且轻巧富有弹性。

文章通过不同的原料和同种原料不同混纺比的对比，确定适合军用迷彩面料用纱线的工艺加工过程和参数，对成品单纱的性能进行测试分析得到舒适耐用的混纺单纱。然后，通过对优化单纱临界捻度的测试，确定其股线捻度，为军用迷彩面料用纱线提供依据。

1试验部分

1.1涤/棉、锦/棉混纺纱线的设计与开发

1.1.1原料

原料中采用的棉为新疆原棉，马克隆值适中，为标准级（B级），成熟度适中；含糖量低，可纺性好；棉、高强涤纶和高强锦纶相较于同种纤维的强度较大，其中选取的低特涤纶，其混纺纱条干好、强度高、手感柔软，均有利于纺纱工序的进行。

棉纤维主要性能指标：马克隆值4.53，主体长度24.13mm，品质长度29.06mm，整齐度83%，断裂强度2.87cN/dtex，断裂伸长率7.5%，成熟度0.86。高强涤纶和高强锦纶的主要性能指标见表1。

1.1.2混纺纱工艺设计与流程

涤/棉、锦/棉的混纺比设计如表2所示。

棉和化纤的混纺一般可以选择两种混合方法：第一种方法是棉和化纤分别制条，在并条机上混合，高强涤纶和棉可按照第一种方法进行混纺；第二种方法是棉和化纤在开清棉阶段进行混合，由于锦纶的弯曲程度较大，蓬松程度大，在开清棉工序不易成卷，故在开清棉阶段混入25%的棉，之后再按照第一种方法进行。此外，棉必须经过精梳制条后，再与化纤混合。其工艺流程为：

棉：清花→梳棉→预并→条卷→精梳

涤：清花→梳棉→预并→三道并条→粗纱→细纱→络筒。

棉：清花→梳棉→预并→条卷→精梳

锦：清花（锦+棉）→梳棉→预并→三道并条→粗纱→细纱→络筒。

采用的设备及型号为：清花：FA002A型自动抓棉机→FA121型除金属杂质装置→A035D型混开棉机→FA106A型梳针辊筒开棉机→FA046A型振动棉箱给棉机→A076E型单打手成卷机（郑州市荥阳纺织机械厂），A186G型梳棉机（青岛纺织机械股份有限公司），A191B型条卷机（上海第一纺织机械厂），A201E型精梳机（上海纺织机械总厂），FA306A型并条机（中国纺织集团），FA506型紧密纺细纱机（江阴市华方新技术科研有限公司），ESPERO-M型自动络筒机。

1.1.3纺纱及其主要工艺参数

（1）原料预处理

由于锦纶的导电性能差，比电阻（1.6×107/Ω·cm）较大，回潮率较小，故易产生静电，在生产过程中易绕皮辊、罗拉；弯曲程度较大，蓬松度大，不易成卷。故需在锦纶短纤中加入10%左右的水，密闭放置48h，增加一定的回潮率，以利于后续工艺。

纺纱过程中控制环境条件为温度25℃，相对湿度70%。（2）开清棉

对于涤/棉混纺，其混合是在并条工序，开清棉工序各自进行。而由于锦纶不易成卷，静电积聚易引起牵伸缠绕，故在清花工序混入25%的棉。高强涤纶混卷定量400g/m，高强锦纶定量为350g/m。

（3）梳棉

为强化纤维的均匀混合，采用A186G型梳棉机，主要工艺参数为：刺辊转速830r/min，锡林转速330r/min，道夫速度22r/min，出条速度65m/min，生条定量为17g/5m。需控制棉卷重量不均，保证梳棉机生条的均匀度良好，生条重量不匀率控制在4%以下。

（4）精梳棉

对于要混纺的棉需要经过精梳工序。经过梳棉机成条后，经过条卷机成卷，之后进入精梳机，棉条定重17g/5m。采用和A201E型精梳机，主要工艺参数为：成卷罗拉转速25.87m/min，罗拉中心距46×50，精梳机牵伸罗拉隔距41.5mm。

（5）并条

采用FA306A型并条机，涤/棉采用6并，定重为18～19g/5m，牵伸倍数为6，车速320r/min，头并总牵伸倍数×后牵伸倍数7×1.7，末并总牵伸倍数×后牵伸倍数6.5×1.5，罗拉隔距47×51，出条速度200m/min。

（6）粗纱

采用THFA4421型悬锭式粗纱机，涤/棉粗纱定重5.5g/10m，总牵伸×后牵伸倍数7×1.3，罗拉隔距12×22×35，罗拉速度160r/min，粗纱捻系数110。

（7）细纱

采用FA506型紧密纺细纱机，涤/棉定重1.64g/100m，罗拉隔距18×36，后区牵伸倍数1.35，罗拉速度170r/min，锭速12400r/min，前罗拉速度141r/min，捻度系数413。

（8）络筒采用ESPERO-M型自动络筒机，络筒速度1000m/min。经过纺纱工序得到成品纱线线密度为16.3tex，捻度为110捻/10cm，捻向为Z捻。

1.1.4二合股线的制备

（1）并纱

采用浙江日发纺织机械有限公司生产的RF231B型并纱机，其中车速为260m/min。

（2）倍捻

采用浙江日发纺织机械有限公司生产的RF310G型倍捻机，锭子转数为7000m/min。

1.2纱线的性能测试

1.2.1纱线条干均匀度测试

在温度（20±2）℃、相对湿度65%±3%的条件下进行调湿24h，采用陕西长岭纺织机电科技有限公司生产的YG136型条干均匀度测试分析仪，参照GB/T3292—1997《纺织品纱条条干不匀试验方法（电容法）》对纱线进行测试。将调湿后的单纱置于检测槽中，测试速度为100m/min，测试时间为2.5min，测试次数为10次，调整张力，稳定后得出数据曲线。

1.2.2纱线强度测试

在温度（20±2）℃、相对湿度65%±3%的条件下调湿24h，采用北京正开仪器有限公司生产的YG029Z型全自动单纱强力仪，根据GB/T3916—1997《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》测定。设定隔距为500mm，拉伸速度为500mm/min。

1.2.3纱线回潮率测试

在温度（20±2）℃、相对湿度65%±3%的条件下调湿24h，采用南通宏大实验仪器有限公司生产的YG747型通风式快速八篮烘箱，根据GB/T9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定烘箱干燥法》测定。

1.2.4纱线横截面形态测试

选取的不同混纺比的横截面形态，其中直接染料染色的涤/棉单纱。利用GE-5型爱国者数码观测王和采用JEOLJSM-6360LV型X射线能谱仪拍摄横截面形态图。

1.2.5股线临界捻度的测试

股线捻度分别定为800、850、900、950、1000捻/m，捻向为ZS。对股线进行强力的测试，绘出强力-捻度曲线，选取使强力最大时的捻度值作为股线的捻度。进而对纱线以临界捻度和相同的工艺得到二合股线。

2结果与讨论

2.1纱线条干均匀度

由测试结果可知纱线整体均匀性较好，涤/棉混纺纱中涤纶含量越多，纱线条干均匀度越好；锦/棉混纺纱中，锦纶或棉含量差别较大时（例如100%棉、锦/棉85/15、100%锦纶），纱线条干均匀度稍微有所下降；相同混纺比的涤/棉、锦/棉纱线中，涤/棉混纺纱的条干均匀度均高于锦/棉纱。这是因为涤纶大分子基本为刚性分子，结晶度和取向度高，故涤/棉单纱的条干均匀度较好；锦/棉单纱因棉纤维的天然卷曲、锦纶的卷曲率和蓬松度较大，使得纯棉纱和含锦纶混纺纱的条干均匀度不高。

2.2纱线强度

由表3可见，随着合成纤维的增加，纱线强力逐渐增加；纯涤纶、纯锦纶纱的强力明显高于棉纱，相同混纺比的涤/棉纱线较锦/棉纱线的强力高。高强涤纶强力可达到7.17cN/dtex，初始模量高为1107.4cN/tex，刚性好；高强锦纶强力可达6.40cN/dtex，断裂伸长率高，纱线柔软舒适，使得混纺纱线强度和舒适性普遍提高。

2.3纱线回潮率

由表4可见，纱线回潮率与合成纤维含量呈反比。因天然纤维棉和锦纶大分子中的亲水基，棉和锦纶吸湿性好，故锦/棉混纺纱的回潮率较大；涤纶因大分子中疏水基团的存在，涤/棉混纺纱的回潮率较小。

2.4纱线的横截面形态

图1是涤/棉混纺纱的横截面形态图。左侧为GE-5型爱国者数码观测王500倍下的横截面，右侧为JEOLJSM-6360LV型X射线能谱仪在1000倍下的横截面形态。蓝色部分为棉，白色部分为化纤。由图1可见，随着化纤含量的增加，横截面从全部为蓝色到逐渐减少至全部为白色。可以看出纱线的混合较为均匀，并且按照比例分布合理，其中化纤的横截面为圆形，棉纤维有中腔。

综上所述，混纺纱为ZS捻向，110捻/10cm，16.3tex，混纺比在涤/棉（75/25）左右、锦/棉（75/25）时，强力较高，条干较好，回潮率适中，适合军用面料的开发。为得到两种纱线的股线，对以上性能优异的两种纱线进行临界捻度的测试，进而确定强力最大的捻度，得到优良的股线。

2.5股线临界捻度

股线在一定范围内随着捻度的增加，强力不断增加，但到某一临界值，捻度增加导致强力下降，故选取临界值才能使合成股线的强力达到最大，得到的股线性能越好。

二者强度在75/25左右增加较多，故综合考虑选择混纺比75/25的单纱合成股线，表5、图2及图3分别为涤/棉（75/25）、锦/棉（75/25）股线在不同捻度下的强力值和曲线。由图2和图3可见，涤/棉在850捻/m处、锦/棉在900捻/m处达到峰值，强力值达到高峰，即涤/棉的临界捻度为850捻/m、锦/棉的临界捻度为900捻/m。

通过对涤/棉、锦/棉单纱性质测试和股线捻度的确定可以得出，涤纶因其分子高结晶度和取向度，其与棉混纺后的条干均匀度良好，强度高，且随着涤纶混纺含量的增加二者性质越好；涤纶分子中较少的极性基团，导致其亲水性很差，与棉混纺得到一定的改善，且随棉含量的增加回潮率越好。锦纶分子也有较好的结晶度，强度较高，随着锦纶含量增加强度增大，但较涤纶略差；锦纶分子因较弱的范德华力，部分分子链卷曲度较大，取向度较差，其纤维蓬松度大，导致混纺纱的条干均匀度较涤/棉混纺稍差，且随着锦纶增加均匀度更差；锦纶分子中易形成氢键，吸湿性能较好，故其含量越高回潮率越高。综合耐用性和舒适性综合考虑，选择合适混纺比的单纱进行股线的合成。

通过对二者临界捻度的测试，在实际操作中保证不产生捻缩的情况下，使得股线性能最好，以此满足军用面料的要求。

3结论

（1）纺纱过程中须对锦纶加入一定比例的水进行预处理，在清花过程中混入25%的棉以利于后续工艺。纺纱工艺中保证一定的温湿度，对于控制棉结和静电问题尤其重要。

（2）通过对纱线基本性质的检测可以得出纱线强力与合成纤维所占比例成正比，涤/棉（75/25）左右、锦/棉（75/25）的混纺纱强力高、混纺条干均匀性良好、回潮率适中，纱线综合品质较高。故确定涤/棉（75/25）、锦/棉（75/25）、纱支为16.3tex、Z捻向、110捻/10cm混纺纱的性能优良。

（3）通过临界捻度的测试，确定涤/棉75/25、锦/棉75/25股线分别在850、900捻/m时强力达到最大，股线捻向为ZS，且捻缩不明显，利于后期加工使用，较适合军用面料的开发和利用。

作者简介：秦雅伟，女，1989年生，硕士在读。

通讯作者：周永凯，e-mail：jwczyk@bift.edu.cn。

作者单位：秦雅伟、周永凯，北京服装学院服装艺术与工程；张华，总后勤部装备研究所。

基金项目：总后勤部军需装备研究所“夏作训服”项目。