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原文刊自：2020年2月 第48卷（总第580期） 探讨解捻程度和牵伸倍数对再牵伸棉纱性能的影响。使用直接计数法测量了纱线的滑移捻度， 并依此计算不同牵伸倍数下假捻器的转速，在自制的细纱小样机纺制 9 种棉纱，分析纱线的细度、毛羽、条干和 断裂强度。正交试验表明：假捻器的转速是纱线条干均匀度的显著影响因素，成纱的条干均匀度随着假捻器转 速的增大而恶化。牵伸倍数是纱线细度、毛羽及强力性能的显著影响因素，随着牵伸倍数增大，成纱的细度显著 提高，毛羽及强力性能会明显变差。当假捻器的转速不大于 1/3 滑移捻度与纺纱线速度的乘积，且牵伸不大于 10 倍时，成纱的各项性能比较均衡。认为：再牵伸方法有利于以较低成本生产超细纱线。 解捻程度；假捻器；滑移捻度；牵伸倍数；再牵伸；成纱性能；极差分析；方差分析；正交试验 1 问题的提出 在纺制超细棉纱的过程中，由于原料及现有技术的限制，主要存在原料要求高、成纱截面纤维数过少、成纱强度低及成纱结构配置复杂等4个方面的问题 。针对这些问题，前人提出了采用载体纺纱技术、采用双精梳工艺、改进环锭纺设备、采用集聚纺等措施。 载体纺纱技术主要是针对成纱截面纤维数过少的问题，保证单纱截面纤维根数达到 35 根以上，如崔玉梅等人在纺制 1. 9 tex 棉纱时在原料中混入了 33% 的水溶性维纶短纤维，保证了纺纱过 程中纱线的强度。但这样也带来需要另外准备 水溶性纤维以及成纱还需要进行水浴处理工艺 的问题，使得生产过程较为繁琐。 双精梳工艺主要是针对一次精梳后成纱棉结及断裂强力仍不理想的问题。二次精梳能排 出大量短绒和棉结杂质，同时也能够使须条内的纤维分布更平行整齐，如庄文英等人在纺制3. 64tex×2特细股线时采用双精梳工序对长绒棉原料进行梳理，减少了棉结及毛羽。但双精梳 工艺对原料的要求比较高，同时为了改善纤维排 布顺序，多次精梳对设备也有一定要求，增加了生产成本。 目前，环锭纺是纺制超细纱线的主要方法，通过较大的牵伸倍数来获得超细纱线，这也是纤 维损伤及纱线条干恶化的原因。传统牵伸方式为三罗拉双胶圈两区牵伸，为了适应超细纱线 的纺制，先后出现了三罗拉四胶圈两区超大牵伸、四罗拉四胶圈三区超大牵伸等，总牵伸可达 200 多倍，如张洪等人在纺制 2. 9 tex 的棉单 纱时采用了四罗拉四胶圈三区的方式，总牵伸180 倍，成纱质量相对于三罗拉双胶圈两区牵伸 的方式有较大提高。虽然采用多组罗拉胶圈多 区牵伸的方式能够加强对纱线条干的控制，提高 成纱质量，但是过多的罗拉与胶圈组合方式使得 牵伸效率较低，同时对设备的改进较多，不利于操作。 集聚纺则是在传统环锭纺的基础上增加了对纱线的集聚作用，改善成纱的毛羽及条干等性能。但在牵伸配置上与环锭纺存在相似的问题。 因此，本文以降低对原料的需求及简化生产设备的目的重新设计了核心纺纱装置，研究解捻 程度和牵伸倍数对成纱性能的影响，探索超细纱线加工的新方法。捻度的大小反映了纱条沿轴向的扭转程度，但不能准确反映加工过程中纱线的解捻程度。因此我们引入了滑移捻度的概念。采用直接计数法测试纱线捻度时，随着捻回 数退去，纱条的主体逐渐散开，棉纤维间的抱合 力下降，伴随着测试仪器的外加张力，纱条会阶 跃式伸长甚至滑脱，此时已退去的捻回数称为滑 移捻度。本文以该数值为基准设计采用退捻加 捻法加工纱线时纱线的极限解捻程度。 2 试验方法 2. 1 纺纱设备 试验中采用的设备为自制细纱小样机，其结构示意图如图 1 所示。 纱线从左端喇叭口 1 喂入，穿过后罗拉 9 与 后胶辊 3，经过假捻器 4 后再穿过前罗拉 8 与前胶 辊 5，最后成纱经过槽筒 7 回转卷绕到纱筒 6 上。通过二次加工的方法，使用假捻器对纱线一边退 捻加捻一边牵伸，使得纱线处于有一定捻回的状 况下接受牵伸，然后迅速加捻成纱。 2. 2 试验设计 本试验以棉纤维平均手扯长度为 35 mm 的 JC 28. 1 tex 纱为原料。由于试验中采用定隔距 （前后隔距均为 1. 5 倍棉纤维平均长度，防止棉纤 维牵伸不开），主要考虑解捻程度和牵伸倍数 2个影响因素。考虑到设备牵伸效率，将牵伸控制在 20 倍以内，又由于小倍数牵伸（10 倍以内）成纱质 量较好且易于控制，故牵伸设置了 5 倍、10 倍、20 倍共 3 个因子，与此对应解捻程度也设置了 3 个 因子。具体设置见表 1。 用正交设计法设置样品的工艺参数。试验 中有两个因素：解捻程度（A）、牵伸倍数（B）。每 个因素都有3个水平。同时考虑到因素的交互作用（A×B）及误差（E）。通过以上条件 ，采 用L9（34）正交表列出了9种样品的具体设置，见表 2。 2. 3 性能测试方法 所有样品在测试前至少在标准环境下［温度 （22±2）℃、相对湿度（65±3）%］平衡 24 h 以上。样品细度由 YG086 型缕纱测长机取 100m长度的样品称重后计算得出，每种纱线测10 次取平均 值。样品毛羽根据 FZ/T 01086—2000《纺织品纱线毛羽测定方法投影计数法》进行测试 ，由 YG173A 型纱线毛羽测试仪测得样品的毛羽数据，测试速度 30 m/min，每种纱线每次取不同的 10 m 长片段，测 10 次取平均值。样品条干根据 GB/T 3292. 1—2008《纺织品纱线条干不匀试验 方 法 第 1 部 分 ：电 容 法》进 行 测 定 ，测试设备为 YG133B 型 条干均 匀 度 测试仪 ，测试速度100 m/min，测试时间 1 min，每种纱线测10 次取平均 值 。样品的断裂强力根据 GB/T 3916— 2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂 伸长率的测定（CRE 法）》进行测定，由 YG068C 型全自动单纱强力仪测得样品的断裂强力及断裂伸长率，纱线夹持长度 500 mm ，拉伸速度500 mm/min，每种纱线测 20 次取平均值。 3 试验结果与分析 成纱质量指标正交试验结果见表 3。 3. 1 成纱细度 成纱细度指标的极差分析见表 4。 由 表 4 得 到 因 素 主 次 为 B>A>A×B>E， 即牵伸倍数的影响最大，解捻程度次之，而两者的 交互作用影响较小。即组合 A2B3能得到最细的纱 线。为了验证其正确性，显著性检验见表 5。 各因素的均方差（MS）与误差的均方差之比 服从 F 分布，P 值为 F 值对应的概率，当 P≤0. 05 时，影响效果显著。由表 5 可以得到，牵伸倍数对 成纱细度的影响效果显著，与均值检验相同。 成纱细度的均值主效应图如图 2 所示。 从图 2 中可以看到，当解捻程度超过 2/3 滑 移捻度后会产生负效应，纱线细度增大，因此假 捻器的转速不应超过 2/3 滑移捻度与纺纱线速度 的乘积。虽然增大牵伸倍数能一直降低成纱细度，但大牵伸倍数会恶化纱线的毛羽、条干及强 力指标，因此牵伸倍数的选择范围要结合其他性 能指标来确定。解捻程度与牵伸倍数的交互作 用及误差的均值曲线的斜率较小，说明这两个因 素未对成纱细度有显著影响。 3. 2 毛羽 经测试，原纱及样品 1~样品 9 的 3 mm 毛羽数分别为 234. 20 根 / 10 m 、41. 70 根 /10 m、 54. 10 根 /10 m、80. 80 根 /10 m、48. 80 根 /10 m、 69. 00 根 /10 m、68. 70 根 /10 m、54. 60 根 /10 m、 53. 30 根 /10 m、68. 70 根 /10 m。可以看到，样品 的毛羽性能均较原纱有较大提升。这是由于假 捻牵伸工艺对浮游纤维有较好的控制，又对纱线 须条有一定程度的改善，有效减少了二次成 纱的毛羽。但随着解捻程度及牵伸倍数进一步 增大，成纱毛羽性能逐步恶化。纱线毛羽成因有 很多，可以分为加捻毛羽与过程毛羽。加捻毛 羽是在成纱点处形成，而过程毛羽主要是成纱点 后及后续工序中形成。在本试验中加捻毛羽主 要产生于假捻器与前罗拉这段，纱线在后罗拉与 假捻器之间通过假捻器回转退捻，然后在假捻器 与前罗拉之间加捻。随着牵伸倍数的增大，解捻 段纱线捻度降低，纤维间的抱合力下降，前、后罗 拉转速不同产生的牵伸作用使得纱体内纤维具 有不同速度。牵伸倍数越大，纤维的速度变化 越快。由于纱体表面无外界约束，一部分慢速纤 维在快速纤维的挤压下，加上纤维自身的弹性影 响，使得慢速纤维的端部发生翘起。在回捻段， 假捻器重新给纱线加捻时，翘起的纤维端部就容 易伸出纱体形成毛羽。3 mm 毛羽数指标的极 差分析见表 6。 由 表 6 得 到 因 素 主 次 为 B>A×B>A>E， 即牵伸倍数的影响最大，牵伸倍数与解捻程度的 交互作用次之，然后是解捻 程 度 。即 组 合 A1B1 的 3 mm 毛羽数最少。为了验证其正确性，显著 性检验见表 7。 由表 7 可以得到，牵伸倍数对毛羽的影响效 果显著，说明牵伸倍数是影响成纱毛羽的主要因 素。综合以上分析，因素 B 以较小的牵伸倍数来 减少毛羽。对于因素 A×B 取 1 水平为最小值， 由于因素 A 的影响程度低于 A×B，故因素 A 取 1 水平，即组合 A1B1能得到的纱线 3 mm 毛羽最少。 成纱 3 mm 毛羽数的均值主效应图如图 3 所示。 从图 3 可以看到，随着牵伸倍数及解捻程度 增大，成纱毛羽逐渐增多。当各因素超过 2 水平时，3 mm 毛羽数的增长更为明显。同时，对比 9 种样品与原纱的毛羽数据可以发现，将牵伸倍数和解捻程度均控制在 1 水平以内，成纱的毛羽水 平呈下降趋势，组合 A1B1为最小值。故要保证较好的毛羽水平，牵伸应小于5 倍 ，解捻程度小于1/3 滑移捻度。 3. 3 条干均匀度 条干均匀度是纱线性能的重要指标，条干是 否均匀影响到纱线的外观、断裂强力，以及后续 织 造 。样 品 条 干 CV 值 指 标 的 极 差 分 析 结 果 见表 8。
由表 8 可以得到因素主次为 A>B>E>A× B，即解捻程度的影响最大，牵伸倍数次之，而牵 伸倍数与解捻程度的交互作用影响较小甚至低 于误差。故因素 A 应选 1 水平，因素 B 选 2 水平， 即组合 A1B2的条干均匀度最佳。为了验证其正 确性，显著性检验见表 9。
从表 9 的计算结果来看，解捻程度对成纱条干均匀度影响效果显著，而牵伸倍数对成纱条干均匀度显著影响，验证了均值分析的判断。综合上述分析，组合A1B2的条干均匀度最佳 。 成纱条干CV值的均值主效应图如图4所示。 从图 4 中可看到，随着解捻程度增大，纱线的 条干均匀度是在下降的。牵伸倍数则对条干均 匀度无持续性效应。综合考虑，解捻程度不超过 1/3 滑移捻度，牵伸不大于 10 倍时，成纱的条干均 匀度优于原纱。
3. 4 断裂强度 影响纱线断裂强度性能的因素有很多，大的 分类有原料的纤维细度和纺纱时的工艺条件两 类。在本试验中，主要的工艺参数为假捻器转 速与前后罗拉的牵伸倍数。断裂强度指标的极 差分析见表 10。
由表 10 可以得到因素主次为 B>A>A×B >E，即牵伸倍数的影响最大，解捻程度次之，而 牵伸倍数与解捻程度的交互作用影响较小。即 A1B2组合的断裂强力最佳。为了验证其正确性， 显著性检验见表 11。
从表 11 的计算结果来看，牵伸倍数对成纱强 度影响效果显著，而解捻程度对成纱断裂强度无 显著影响，验证了均值分析的结论。综合上述分 析，组合 A1B2的断裂强力性能最好。 成纱断裂强度的均值主效应图如图 5 所示。由图 5 可以看到，因素 A 对成纱断裂强度表现为 持续性负效应，当因素 A 超过 2 水平后表现更明显，因此解捻程度不宜超过 1/3 滑移捻度。因素 B 在 2 水平之前有提高纱线断裂强度的正效应， 但超过 2 水平后纱线断裂强度急剧降低，说明牵 伸应控制在10 倍以内。综合考虑，要提高成纱的强力性能，假捻器转速应小于 1/3 滑移捻度与纺 纱线速度的乘积，牵伸不超过 10 倍。
4 结论 采用本文方法加工纱线时，滑移捻度能够很好地衡量设备在牵伸过程中对纱线的解捻程度。当牵伸倍数一定时，随着解捻程度的提高，成纱 的细度变细，但成纱的毛羽、条干均匀度及强力性能会不断恶化。当解捻程度一定，增大牵伸倍 数时，成纱细度有较大提高，但其他性能会恶化。通过正交试验发现：解捻程度是条干均匀度的显 著影响因素，而牵伸倍数是细度、毛羽及断裂强 度的显著影响因素。解捻程度与牵伸倍数的交 互作用较弱。因此，在纺纱过程中对牵伸倍数的 选择要更加重视。假捻器转速小于 1/3 纱线滑移 捻度与纺纱线速度的乘积，且牵伸不超过 10 倍 时，成纱的各项性能指标相对于原纱都有较好的提升。因此，该方法能够提高纱线细度的同时保证纱线的其他性能，其简单的结构，有利于以较小的成本生产超细纱线。当然，该纺纱方法及设 备目前还不够成熟，仍需要进一步优化。 资料来源：《棉纺织技术》 |
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