喷气纺腈纶纱结构与性能的关系

1、总牵伸倍数和纺纱速度对纱线结构和性能的影响

喷气纺是最具发展前景的新型纺纱技术之一。它纺制的所谓包缠纱是由外部的包缠纤维缠绕于平行芯纤维形成的。喷气纺纱机的类型有单喷嘴型(如东丽AJS)和双喷嘴型(如MJS)，后者在纺织工业中的应用更为广泛。喷气纺纱机能以高达400m/min的速度纺制细特纱，与环锭纺和转杯纺系统相比具有相当的竞争力。但由于喷气纱织物手感较为粗糙，故该技术并没有被普遍采用。

喷气纺是一项新的技术发明，因此，研究不同纺纱条件和工艺参数对喷气纱结构和性能的影响很有必要。大量文章仅对机器的总体变量进行研究，但在总牵伸倍数对喷气纺腈纶纱的结构和性能影响方面的研究不多。此外，纺纱速度也是影响纱线结构和性能的重要因素。本文研究了喷气纺腈纶纱的总牵伸倍数和纺纱速度对纱线结构和性能的影响，并给出了研究结果。

2、原料和方法

以腈纶纤维(51mm×1.5d)为原料，以不同的纺纱速度和总牵伸倍数，在村田MJS-802喷气纺纱机上纺制14.76tex的喷气纱。在18组试验中，一批试样保持后区牵伸倍数不变，为4.85，而改变总牵伸倍数。另一批试样保持主牵伸倍数不变，为44.87，而改变后区牵伸倍数。喷气纺纱前的准备工序包括在MMC梳棉机上梳棉和Laksh.miRieterD02S并条机上的三道并条工序。熟条的线密度作相应调整，以符合在喷气纺纱机上要求的牵伸倍数，分别为150，175，200。在开清阶段混入约占总重1%的有色纤维作为示踪纤维。

取500mm长的试样、200mm/min的伸长率，在Instron强力试验机上测得纱线强度和断裂伸长;纱线不匀率和纱疵数在Uster均匀度试验机上测试;挠曲刚度采用圈状法在一台重量加权的环锭纱硬挺度试验机上测试;长度≥3mm的毛羽在Zweigle毛羽测试机上测出。纱线耐磨性通过一台Universal磨损仪测出。纱线直径、纤维长度和芯纤维及包缠纤维的数量则是通过研究连续纱线长度内的100根示踪纤维的位置观测得出。

3、结果和讨论

高速纺纱时，前罗拉钳口处的气流造成边缘纱线脱离主纤维束，从而使纤维自由端形成更长的包缠纤维。同时还观察得出：每mm包缠纱圈数随纺纱速度的提高而减少。纺纱速度提高，包缠纤维增长，因此每mm纱圈数减少。从表2还可以看出：随着纺纱速度的提高，包缠纤维的数量增多而芯纤维的数量减少。

纺纱速度的提高，以及前罗拉速度的加快使得边缘纤维被更好地分离，导致出现更多的边缘纤维，由此产生更多的包缠纤维。高速纺纱还会引起气圈作用，造成更多的纤维脱离主纤维束，增加了包缠纤维的百分比。

纱线覆盖系数起先随纺纱速度增至190m/min而增加，接着又随纺纱速度的继续提高而减小。开始时纱线覆盖系数随纺纱速度增至190m/min而增加，可能是由于更多边缘纤维的形成使包缠纤维的数量增加。但是纺纱速度增至190m/min以上后，每mm纱圈数减少，因此出现了更多芯纤维暴露的纱线结构。同样，纺纱速度对纺纱三角区的纺纱张力也大有影响。

Grosberg等发表的文章认为：纺纱速度提高，当纱线张力较低时会形成气圈。低张力时气圈会增大，纺纱区的低张力导致纱线结构的紧密度减小。本文的研究表明：纺纱速度改变时，纱线直径随之变化的趋势也支持这个假说。表3显示了纺纱速度对纱线张力特性的显著影响。由表可知：当纺纱速度达到190m/min时，纱线强度最大。随着纺纱速度继续提高到190m/min以上时，纱线强度降低。纱线强度增大是因为纺纱速度的提高使包缠纤维数量增加，纤维长度增加，纱线覆盖系数提高。纺纱速度继续增至190m/min以上后纱线强度减小是因为单位长度中包缠纤维的减少、纱线覆盖系数减小。

随着纺纱速度的提高，纱线断裂伸长不断增加，然而，纱线强度、纱线覆2.78盖系数等先是增大再为减小。因此，对纱线断裂伸长变化趋势的解释是关键。因为喷气纱由平3.81行(或几乎平行)的芯纤维及连续(或间断)的均匀(或不匀)的包缠纤维组成，除了产生滑移外，纱芯伸长变化的可能性很小。在外力作用下，如果包缠纤维断裂或是位置调整而夹持不住纱芯，纱芯就会产生滑移。因此开始时断裂伸长的增加可能是由于纱线覆盖系数增大，约束了纱线运动。这样纱线变长，纱线的断裂伸长继续增加可能是由于纱线形成的重新调整过程的开始，直到纱线完全断裂为止。

挠曲刚度与纱线在弯曲中运动的自由程度紧密相关。随纺纱速度提高并增至190m/min时，纱线覆盖系数增大，纱线结构紧密度增加;这样，纱线在弯曲中的运动受阻，从而导致挠曲刚度增大。纺纱速度继续增至190m/rain以上后，纱线的紧密度降低，运动变得自由，纱线也更易弯曲，所以纺纱速度很高时挠曲刚度减小。开始时耐磨度增加可能是由于纱线的结构紧密。因为紧密的纱线结构延迟了磨损时芯纤维的暴露，这样需要更多的循环次数才能使纱线断裂。但速度很高时，因为纱线覆盖系数变小，表层纤维极易磨损掉，这样芯纤维很容易暴露而成为磨损表面。因此，纺纱速度继续提高时，耐磨度降低。

随着纺纱速度的提高，毛羽数急剧增加。当速度增至对加捻运动产生影响时，更多的纤维从中心纤维束中脱离，从而产生更多的突出端。这种纤维接着就形成了毛羽。由表4可看出：纺纱速度的提高使纺制的纱线变细，但同时恶化了条干均匀度。这是因为纺纱速度提高，前罗拉转速增加，气流浮动加剧了对前罗拉后部纤维的干扰。另外可以看出：尽管单项纱疵指标，即千米细节、粗节和棉结数与不匀率u%值遵循不同的变化趋势，但总纱疵与不匀率U%值的变化趋势一致。

4、总牵伸倍数的影响

本文的研究表明：在分别保持后区牵伸和主牵伸倍数不变的两组试验中，总牵伸倍数对纱线结构和性能的影响相似。表2显示了纤维长度随总牵伸倍数的增加而增加，总牵伸倍数高能够很好地拉伸纤维，产生高质量的纤维定向，从而增加了纤维长度。每mm纱圈数随总牵伸倍数的增加而减少，这也是因为包缠纤维长度的增加。总牵伸倍数增加，芯纤维的数量减少，而包缠纤维的数量增多。牵伸倍数高时，由于喂入条子的厚度增加，牵伸区的纤维分布大。这有助于边缘纤维的形成，从而产生更多的包缠纤维。

Chasmawala等的观点也支持了这个发现。表3显示随总牵伸倍数由150增至200，纱线覆盖系数增大。这是因为高倍牵伸形成更多的包缠纤维，增大了对平行芯纤维的径向压力，从而形成更为紧密的纱线结构。同时，高倍牵伸时芯纤维排列更加整齐，这也增加了纱线覆盖系数。总牵伸倍数对纱线强度有明显的影响。从表3可明显看出：纱线强度随总牵伸倍数的增加呈现增大趋势。随着牵伸倍数增加，芯纤维的数量减少，而包缠纤维的数量增多。因为在喷气纺中，芯纤维没有有效的移动，为了承受外部载荷，内层纤维摩擦所需的横向力来自包缠纤维。横向力随着包缠纤维的增多而增大，所以在高倍牵伸时，纱线强度增大。同样，因为高倍牵伸时纤维长度增加，内层纤维摩擦力增大，承载时对滑移运动产生更大的阻力。纱线覆盖系数随牵伸倍数的增大而增大，这也符合以上强度的变化趋势。至于纱线的断裂伸长，随总牵伸倍数的变化也表现出了不同的数值。观察得出：高牵伸倍数使断裂伸长值变大。纱线断裂伸长变化的这种现象也可由上述因素来解释。

随着形成包缠纤维数量的增加及头端自由纤维伸长(即包缠纤维的长度伸长)，内层纤维的抱合力增大，芯纤维所受横向力增大，约束了芯纤维的自由运动并增加了纱线的挠曲刚度。纱线耐磨度随总牵伸倍数的增加呈增大趋势。包缠纤维数量和长度的增加形成了更为紧密的纱线结构，并在磨损中覆盖住芯纤维，使纱线耐磨度增大。

随着总牵伸倍数增至175，纱线毛羽先是增多，后随着牵伸的继续增大，即表4中总牵伸倍数变化而保持后区牵伸倍数不变时，纱线毛羽减少。前半时期纱线毛羽的增多可能是由于有更多的包缠纤维形成。但随着包缠纤维数量上升至一定值以上时，它们包住了纱线，阻碍了纱线末端的突出，从而减少了毛羽。在总牵伸倍数变化而保持主牵伸倍数不变时，纱线毛羽不断减少。这可能是因为包缠纤维产生了更好的束缚效果。

牵伸倍数增大后，因为喂人条子厚度增加，自输出罗拉输出的纤维分布更宽。在主牵伸区的边缘或外表纤维产生了不确定或未受控制的运动，导致不匀率增大。高倍牵伸产生包缠纤维的数量增加对纱线不匀的不利影响还体现在它加剧了纱线短片段不匀率的形成。另外观察得出总纱疵和不匀率U%值具有相同的变化趋势。

5、结论

(1)随着总牵伸倍数和纺纱速度的提高，纤维长度增加，而每mm纱圈数与上述参数呈相反的变化趋势。

(2)随着总牵伸倍数和纺纱速度的提高，芯纤维数量减少，而包缠纤维数量增加。

(3)纺纱速度从170m/min增至190m/min时，纱线覆盖系数增大，然后随纺纱速度的继续增大而减小;纱线覆盖系数随着总牵伸倍数的增加而不断减小。

(4)纱线强度、挠曲刚度和耐磨度与纱线覆盖系数有直接关系。

(5)提高纺纱速度和增大总牵伸倍数导致纱线断裂伸长增加。

(6)提高纺纱速度和总牵伸倍数对条干均匀度的削弱作用很小。纱线毛羽随纺纱速度的提高而增多。

设置最佳组合的喷气纺机参数，能获得具备一些优良特性和较少不利性能的纱线。这些参数可以根据MJS纱线的最终用途来选择。