刘玉萌 陈 文 张瑞云 刘显煜 李 杰
（1.东华大学，上海， 201620；
2.福建新华源纺织集团有限公司，福建福州， 350200；
3.中国棉纺织行业协会，北京， 100027）
包芯纱是由两种以上的纤维组成包芯结构的纱，以氨纶为芯丝的弹力包芯纱较为常见。吴江天易恒服装面料有限公司用以锦纶短纤包缠锦纶长丝制成的锦纶包芯纱开发了一种防绒弹力面料［1］，通过结构设计，产品弹力和透气性较好，但由于锦纶耐热、耐光性较差，其包芯纱难以满足服用要求。上海第十七棉纺织总厂开发了一种莫代尔锦纶包芯纱［2］，用锦纶长丝作芯丝，以莫代尔作外包纤维；
魏桥纺织股份有限公司开发了一种大豆纤维与竹纤维混纺赛络包芯纱线［3］，其中芯丝为氨纶，在后续使用中易断头并影响布面风格。
为弥补常见氨纶芯丝强力低、弹性不稳定的缺陷，我们探讨以强度高、伸长较大、弹性和耐磨性均较好的锦纶66为芯丝的包芯纱，开发耐磨性较好的牛仔产品。与此同时，为了迎合绿色环保的潮流，选择粘胶和莱赛尔作为外包纤维。粘胶纤维有较好的透气性和吸湿性，莱赛尔舒适似棉，强度似涤纶，豪华似毛，滑爽似真丝，具有较高的干强和湿强，是理想的纺织原料［4］。相比于芯丝不易控制且易断的棉氨纶包芯纱，利用锦纶66和再生纤维素的优良特征，设计了粘胶（或莱赛尔）锦纶66包芯纱，纱线强力和纱线表面光洁程度较好，成纱质量和产品档次有效提升，丰富了牛仔用包芯纱的种类。
1.1 芯丝选择
现牛仔用包芯纱常见品种比较单一，大多为棉或其他短纤维包覆氨纶长丝或涤纶长丝。为改善氨纶丝在加工时断裂易出现包芯纱无芯丝，其回弹性过高，织制的服装易让人有一定压迫和不自由感的情况［5］，本研究选用锦纶66长丝作为芯丝，在赋予适宜弹力的同时，提供较好的强力和耐磨性。相对于氨纶包芯纱，锦纶66包芯纱属于低弹纱，适用于舒适类服装面料，如制作衬衣、女短罩衫、工作服、制服、短上衣、男女套装等。
根据生产经验，一般芯丝含量控制在20%以内，包覆效果会比较好，芯丝含量大于20%容易形成露芯纱。纺36.4 tex包芯纱，可选择芯丝最粗66.7 dtex；
纺28.1 tex包芯纱，可选择芯丝最粗44.4 dtex；
纺18.5 tex包芯纱，可选择芯丝最粗33.3 dtex。为了方便纺纱及后续测试，我们统一选择锦纶66 33.3 dtex长丝作为芯丝，完成本次包芯纱的设计与试制。选择33.3 dtex/34 F和33.3 dtex/10 F的锦纶66长丝分别作为芯丝原料。
1.2 外包纤维选择
选择粘胶和莱赛尔作为外包纤维，并进行质量指标测试。粘胶纤维规格1.33 dtex×38 mm，断裂强度2.53 cN/dtex，断裂伸长率16.20%，回潮率12.8%；
莱赛尔纤维规格1.33 dtex×38 mm，断裂强度2.89 cN/dtex，断裂伸长率6.88%，回潮率11.5%。
2.1 试验方案
本试验方案计划开发12种锦纶66包芯纱，具体包芯纱规格如表1所示。
2.2 纱线测试方法
2.2.1显微镜观察法
采用显微镜观察法，选择较清晰的放大倍数，观察所纺制的包芯纱横截面，分析包覆效果。采用Y172型纤维切片器制作纱线横截面切片，并在VAB-100-1型倒置显微镜下进行观察。
2.2.2物理性能测试
按照GB/T 398—2018《棉本色纱线》中相关试验方法的规定，对锦纶66包芯纱的物理指标进行测试，并对测试数据进行相应分析，其中主要测试仪器和参数设置如下。
纱线强力：采用YG063型全自动单纱强力仪，抽取10只管纱，共测试50次，夹持距离500 mm，拉伸速度250 mm/min，环境温度20 ℃，相对湿度65%。
条干均匀度：采用YG136型条干均匀度测试分析仪，抽取10只管纱，共测试50次，试验速度100 m/min，测试时间30 s。
纱线毛羽：采用USTER HL400型纱线毛羽测试仪，取20个管纱，每个管纱试验1次，每次测试片段长度100 m，测试速度400 m/min，测定毛羽长度为1 mm～3 mm。
JWF1009型抓棉机→JWF1029-160型多仓混棉机→JWF1115-160型精开棉机→JWF1171型棉箱给棉机→JWF1207型梳棉机→TMFD81S型并条机（头并）→TMFD81L型并条机（末并）→HY492C型粗纱机→DTM129型细纱机（加装赛络包芯纱装置）。
3.1 纺前准备
莱赛尔表面光滑，纺纱时会产生较强的静电，因此纺前要对原料进行防静电处理，提高莱赛尔的可纺性，而粘胶纤维不需要纺前的防静电处理。原料提前放入车间进行开包，至少存放24 h［6］，同时适当地喷入一定比例的抗静电剂（纤维原料∶水∶抗静电剂为600∶30∶1），进行防静电处理后再投入生产。
3.2 清棉和梳棉
清棉工序纺粘胶要尽量缩短流程，在确保开松度的同时减少打击；
梳棉工序锡林和刺辊速度偏低设计，减少短绒的产生［7］。莱赛尔纤维整齐度好，纤维较细且表面光滑，不含杂，但回弹性较差，易断，清花工序多松少打，降低纤维损伤，梳棉工序刺辊速度偏低设计，并适当提高锡林和刺辊线速比，使纤维有效完成梳理和转移工作，从而提高棉网的清晰度［8］。经优选，梳棉机工艺参数：生条干定量22 g/5 m，锡林刺辊线速比2.1∶1，锡林速度320 r/min，刺辊速度672 r/mm，盖板速度90 mm/min，出条速度110 m/min，锡林与盖板隔距0.25 mm、0.20 mm、0.20 mm、0.20 mm、0.25 mm，给棉板与刺辊隔距0.25 mm，注意控制生条短绒含量和棉结。
3.3 并条
为保证粘胶纤维伸直平行，采用“顺牵伸，重加压，轻定量，大隔距”的工艺原则；
为了防止缠绕罗拉胶辊的情况发生，要适当降低并条机的速度［9］。由于莱赛尔纤维较细，在并条时除了采用与纺粘胶相同的工艺原则外，还要在牵伸过程控制好莱赛尔纤维，避免“疙瘩”条的出现。采用两道并条，使纤维混和均匀。头末并并合数均为6根，熟条干定量18 g/5 m，头并、末并后区牵伸分别为1.8倍和1.3倍，总牵伸分别为7.2倍和6.3倍，罗拉隔距分别为13 mm×20 mm和12 mm×18 mm。
3.4 粗纱
采用“较大粗纱捻系数，小后区牵伸，小张力”的粗纱工艺配置。粘胶和莱赛尔纤维因光滑，纤维间抱合力不足，粗纱捻系数偏大设计，同时减小后区牵伸倍数，以得到较为均匀的粗纱。主要工艺参数：粗纱捻系数80，罗拉隔距28 mm×35 mm，后区牵伸1.35倍，干定量3.62 g/10 m。
3.5 细纱
细纱是成功制备锦纶66包芯纱的关键工序，选择DTM129型细纱机，加装锦纶66芯丝喂入装置，采用赛络包芯纱技术，设置好双粗纱之间隔距、罗拉加压、锭速和前后区牵伸倍数等参数，以制得合格包芯纱产品。
3.5.1赛络包芯纱装置
本试验采用赛络包芯纱装置，锦纶66长丝经导丝杆、导纱钩和导丝轮，喂入前罗拉钳口，双粗纱通过双喇叭口，进入牵伸装置，经过前罗拉时，锦纶66长丝处于双粗纱中间，三者合并加捻卷绕到细纱筒管上［10］。与传统包芯纱强力来源不同，赛络纺包芯纱主要来自于单纱间相互缠绕［11］。采用赛络纺工艺使包芯纱有较好的包覆效果，包芯纱的毛羽较少，条干较为均匀。
3.5.2细纱主要工艺参数
采用赛络纺和包芯纱的工艺，粘胶或莱赛尔以双粗纱喂入细纱机。锦纶66芯丝不经牵伸，被钳口吐出的须条包缠，其中粗纱干定量为3.62 g/10 m。调节粗纱间距通过控制加捻三角区的大小来改善包覆效果，本试验双粗纱间距设计为3 mm。
细纱采用大总牵伸、小后区牵伸工艺，根据试验方案纺制36.4 tex、28.1 tex和18.5 tex共3种包芯纱，后区牵伸1.15倍；
优化罗拉加压，后、中、前档加压档位为中、小、中；
优化摇架加压压力分配。根据纺制的包芯纱号数，细纱捻度设计在50捻/10 cm～120捻/10 cm，捻系数386～393，锭子速度10 000 r/min～15 000 r/min，锦纶66含量为9%～20%。
除了保证芯丝和须条的位置正确外，纺纱时必须严格控制气圈高度和大小，导纱钩不允许有沟槽，密切关注钢丝圈状态，如果磨损严重，极易形成剥皮纱（芯纱）或毛纱。采用PG1 4254型钢领，纺36.4 tex包芯纱采用BSJM1EMgc型5#钢丝圈，28.1 tex包芯纱采用UWL型2#钢丝圈，18.5 tex包芯纱采用UWL型1/0#钢丝圈。在生产过程中，钢领和钢丝圈型号可根据实际情况进行调整。
细纱前胶辊前冲量一般为1.5 mm～3.5 mm，通过前胶辊前冲，将粗纱须条下压，调节须条与罗拉之间的包围角，该包围角影响细纱断头，赛络纺的包围角要比传统环锭纺适当偏小掌握。
通过截面图对包芯纱的包覆情况进行分析，并测试包芯纱单纱强力、毛羽和条干指标，分析包芯纱性能。
4.1 包芯纱包覆效果分析
通过纱线截面图能够清楚地观察纱线的形状和颜色［12］，所纺包芯纱的横截面图如图1所示。对于芯丝为锦纶66 33.3 dtex/34 F包芯纱，白色部分为粘胶或莱赛尔纤维，黑棕色为锦纶66长丝；
对于芯丝为锦纶66 33.3 dtex/10 F包芯纱，小圆形白色部分为粘胶或莱赛尔纤维，大圆形白色部分为锦纶66长丝。
图1 包芯纱横截面图
根据包芯纱包覆量计算公式：包芯纱包覆量=外包纤维总面积/包芯纱横截面总面积×100%。计算得到图1中所有包芯纱的包覆量都在75%以上，甚至高达89%。实际包覆量能在一定程度上反映包覆效果，但包覆量大，并不一定代表包覆效果好。包覆量太小，会展现芯丝的优势，但外包纤维会包缠不均匀；
包覆量太大，无法展现芯丝优势，不易控制外包纤维，导致纱线条干不好、毛羽增多。
本试验包芯纱的实际包覆量符合包芯纱的包覆要求。一般来说，对于加工用于牛仔产品的锦纶66包芯纱，包覆量在70%以上较为合适。
对图1横截面观察，截面大致为圆形，芯丝为锦纶66 33.3 dtex/10 F的包芯纱普遍比芯丝为锦纶66 33.3 dtex/34 F的包覆效果好，原因是锦纶66 33.3 dtex/34 F的芯丝在自然状态下是弯曲蓬松的状态（如图2所示），而锦纶66 33.3 dtex/10 F的芯丝在自然状态下是平直紧凑的状态（如图3所示）。虽然在喂入时芯丝都为伸直状态，但在出前罗拉后进入气圈环的期间，芯丝不容易控制，锦纶66 33.3 dtex/34 F的芯丝会存在不完全伸直状态。在纱条加捻时，蓬松的锦纶66 33.3 dtex/34 F芯丝在加捻三角区与外包纤维一起进行内外转移，容易出现偏芯、露芯的情况。而芯丝为锦纶66 33.3 dtex/10 F的包芯纱，芯丝始终在中心处于平直紧凑的状态，外包纤维转移至纱线内部时，被芯丝挡住，包覆在芯丝周围，形成良好的包覆效果［13］。
图2 锦纶66 33.3 dtex/34 F芯丝外观
图3 锦纶66 33.3 dtex/10 F芯丝外观
对于试验中较粗纱线，纱线的结构也较松弛，容易导致做切片时芯丝因强力比外包纤维高，从而出现芯丝移动，造成偏芯、露芯情况；
对于较细纱线，纱线结构较紧凑，制作切片时芯丝不易移动，芯丝基本都被包覆在外包纤维中心位置。因此试验中也会表现出包芯纱的号数越细，包芯纱的包覆效果越好的情况。
4.2 纱线性能指标分析
对12种锦纶66包芯纱进行纱线质量指标测试，测试结果如表2所示。
分析表2可知，对于纱线断裂强力指标，芯丝为锦纶66 33.3 dtex/10 F包芯纱普遍比芯丝为锦纶66 33.3 dtex/34 F包芯纱高，结合包覆效果分析结果，在后续开发优选以锦纶66 33.3 dtex/10 F为芯丝的包芯纱。
分析表2还可知，纱线号数相同，以莱赛尔为外包纤维的包芯纱的断裂强力和断裂强力不匀率都普遍比以粘胶为外包纤维的包芯纱要高，这是因为粘胶纤维强力、抱合力都不如莱赛尔纤维。而以莱赛尔为外包纤维的包芯纱的断裂伸长率略小于外包纤维为粘胶的包芯纱，这是因为莱赛尔纤维的断裂伸长率相比粘胶纤维较低，影响了包芯纱的断裂伸长率。综合考虑优选强力较高、以莱赛尔为外包纤维的包芯纱。
表2 锦纶66包芯纱质量指标对比
随着包芯纱细度变细，包芯纱条干不匀率有上升的趋势，这是因为包芯纱细度越细，需要在纺纱过程中牵伸越大，对纤维的控制难度越大，成纱中容易出现粗细节和棉结。莱赛尔纤维回弹性较差，易断，易在纺纱过程中出现较多的毛羽，造成以莱赛尔为外包纤维的包芯纱毛羽普遍比粘胶的多。莱赛尔纤维抱合力差，且易出现原纤化情况，但这种原纤化情况对于牛仔面料而言，可以赋予更好的仿旧效果，使所织制的面料更具有牛仔风格。
本研究采用赛络包芯纱技术在细纱机上纺制了12种以锦纶66为芯丝的包芯纱，其断裂强度均达到国家标准规定的牛仔用经纱（大于12.5 cN/tex）的要求。但从包覆效果和强力指标对比分析来看，优选包覆效果好、纱线强力更好的以锦纶66 33.3 dtex/10 F为芯丝的6种包芯纱。同时考虑牛仔风格和强力要求，进一步优选以锦纶66 33.3 dtex/10 F为芯纱、莱赛尔为外包纤维的36.4 tex、28.1 tex、18.5 tex包芯纱，这3种包芯纱在提供给牛仔面料较高强力和一定弹性的同时，提高了牛仔产品的品质，赋予更靓丽的牛仔风格，丰富了牛仔纱线的种类，适于在各类牛仔产品中广泛应用。
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