（纺织工程专业论文）多组份纤维混纺比与纱线及织物性能关系的研究.pdf

摘要 摘要 随着人们环保和保健意识的增强，追求服装的舒适、美观、甚至保健等功能性 成为时尚。利用不同的纤维原料进行多组份混纺，可发挥各组份纤维的优点并克服 其缺点，实现其性能的互补，这为开发性能与外观独特的新型多组份功能性纱线及 面料提供了基础。 本文根据对织物高感性等性能及风格的要求，综合考虑了原料性能、纺纱工艺、 现有纺纱、织造、染整设备的能力及产品成本等因素，经筛选确定以羊绒、细旦涤 纶、m o d a l 纤维做为多组份纺纱的原料，对其7 种不同混纺比羊绒细旦涤纶m o d a l 纤维的混纺纱线的机械性能进行了测试分析，建立了混纺比与纱线性能之间的回归 模型。通过对7 种不同混纺比的混纺针织试样的服用性能进行测试( 主要测试指标 为：拉伸断裂性能、刚柔性、悬垂性、透气性、抗皱回复性、起毛起球性) ，对混纺 织物的服用性能与混纺比之间的关系进行研究，在织物的各项服用性能与混纺比之 间建立了回归模型。运用模糊数学理论的模糊综合评判方法来综合评价，由混纺织 物的各项服用性能计算最优混纺比。在此基础上，利用计算机语言开发计算机辅助 混纺织物设计系统，实现由各组份纤维原料入手，预测不同比例混纺纱线及织物的 性能；并实现由多组份混纺织物的各项性能预测混纺比。 硕士研究生孙亚宁( 纺织工程) 指导教师韩光亭教授 关键词：多组份纱线：混纺；织物性能；混纺比 垒! ! 堡竺! 一 _ _ _ 一一 a b s t r a c t w i t ht h ee n h a n c e m e n t o fe n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i n g a n dh e a l t h c a r i n g c o n s c i o u s n e s s i th a sc o m ei n t os t y l et op u r s u ec o m f o r t a b l e ，b e a u t i f u la n dh e a l t hc a r e c l o t h i n g b l e n d i n ga n di n t e r w e a v i n go f d i f f e r e n tf i b e r sc a ng i v ep l a yt oe a c hm e r i t a n do v e r c o m et h e i r s h o r t c o m i n g s ， w h i c hr e a l i z et h e i r p e r f o r m a n c e c o m p l e m e n t a r ya n d o f f e rt h ef o u n d a t i o nt o g e tt h ef u n c t i o n a lm u i t i c o m p o n e n t y a r n sa n df a b r i c sw i t hs p e c i a la p p e a r a n c e sa n d w e a r a b i l i t i e s c o n s i d e r i n gm a t e r i a lp r o p e r t i e s ，s p i n n i n gt e c l m i q u e s ，e q u i p m e n t s a n dt h ec o s to f p r o d u c t s ，c a s h m e r ef i b e r ，f r e ec o u n tp o l y e s t e ra n dm o d a lf i b e rw e r eb l e n d e dt o g e t h e rt o p r o d u c em u l t i c o m p o n e n ty a m s s e v e ns o r t s o fc a s h m e r e f i n ec o u n t p o l y e s t e r m o d a l b l e n d e dy a r n sw e r ep r e p a r e dw i t hd i f f e r e n tb l e n d i n gr a t i oa n dt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so f t h e s ey a m sw e r et e s t e dt o o r e g r e s s i o nm o d ew a se s t a b l i s h e db a s e do nt h er e l a t i o n s b e t w e e ne a c hi t e mo f p h y s i c a lp r o p e r t i e sa n db l e n d i n gr a t i o a n dt h e nw e a r a b i l i t i e so f s e v e ns o r t so fk n i t t e df a b r i cm a d eo fc a s h m e r e f i n ec o u n tp o l v e s t e r m o d a lb l e n d e d y a r n s w e r et e s t e d t h em a l nm e a s u r e m e n ti t e m sa r e1 i s t e da sf o l l o w s ：t e n s i l ep r o p e r t y , c r e a s e r e c o v e r yp r o p e r t y , b e n d i n gr i g i d i t y , d r a p i n gp r o p e r t ya n da i rp e r m e a b i l i t y a c c o r d i n gt o t h ei n v e s t j i g a t i o no fr e l a t i o n sb e t w e e nw e a r a b i l i t i e sa n d b l e n d i n gr a t i oo f b l e n d e df a b r i c s r e g r e s s i o n m o d ew a se s t a b l i s h e db a s e do nt h er e l a t i o n s b e t w e e ne a c hi t e mo f w e a r a b i l i f i e sa n d b l e n d i n gr a t i o o p t i m u mb l e n d i n gr a t i o nc a l lb ea s s u r e dc o r r e s p o n d i n g t oe a c hi t e mo fw e a r a b i l i t i e so fb l e n d e df a b r i c st h r o u g ha p p l y i n gf u z z ym a t h e m a t i c s ， f u r t h e r m o r e ，b l e n d e df a b r i ct e c h n o l o g yc a dh a sb e e nd e v e l o p e ds ot h a tb l e n d i n gr a t i o c o u l db eg o td i r e c t l ya c c o r d i n gt oe a c hi t e mo f w e a r a b i l i t i e s y i n i n gs u n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y p r o f g u a n g - - t i n g h a n k e y w o r d s ：m u l t i e o m p o n e n t y a r n s ；b l e n d ；w e a r a b i l i t y ；b l e n d i n gr a t i o 第一章前言 衣、食、住、行，衣者为先，作为人类进入文明社会以来发展较为活跃的因素 之一，“衣”已经成为一种文化，- - f - j 艺术，在人们的日常生活中扮演着极为重要的 角色。随着时代的进步和人们生活水平的提高，服饰文化得n t 长足发展，追求服 装的美观、舒适、保健，甚至功能性成为时尚，服用纺织品正朝着高支轻薄化、原 料多样化、风格多元化、功能多种化的方向发展，而现代纺织、染整加工技术的发 展为满足人们的要求提供了可能性。 1 1 多组份纤维混纺的目的和意义 纤维的混纺是二十世纪中期逐渐成熟起来的一种纺织技术，据报道：多种纤维 混纺交织产品，今后将占纺织品市场的主导地位。当前流行的混纺产品少则2 3 种， 多则4 6 种纤维混纺，通过混纺可使各种纤维取长补短，优势互补，大大提高产品 的服用性能，改进原料的可纺性。据专家预测“1 3 ，混纺产品在未来的纺织品市场上 将有广阔的前景，尤其是天然纤维和化学纤维的混纺、交织产品更受欢迎。由于各 种纺织纤维，不论是天然纤维还是化学纤维都具有各自的优点和缺点，多组份纤维 的混纺和交织，可发挥纤维各自的优点，克服其缺点，具体而言，其目的和意义归 结如下小“1 ： 充分利用纺织原料，降低成本。 随着人们环保、保健意识的增强，天然纤维织物越来越受到人们的青睐。但是 受种植等条件的限制，天然纤维原料远远满足不了需求，致使天然纤维原料及纺织 品价格较高。若采用多组份纤维混纺可以充分考虑各种纤维的性能，选择特定组份 搭配，从而节约原料，降低成本。 提高纤维的可纺性，获取符合要求的纺织产品。 在众多的纺织原料中，部分纤维由于长度短，长度整齐度差，强度小，韧性差 等原因，可纺性差，因而利用率低。若利用多组份纺纱技术，可以改善纤维的可纺 性，并凭借新的纺纱设备和纺纱工艺，可生产出符合要求的产品，满足市场需求。 例如，我国具有丰富的麻类资源，但麻类纤维出麻率低，落麻多，由于落麻含杂多、 长度短、长度离散度大，单独纺纱相当困难，可以利用其与不同纤维混纺，有利于 充分利用麻类资源，开发新产品。 改善产品性能，增加产品品种，提高产品的服用性能。 天然纤维和化学纤维由于性能不同而各具一定的有缺点。天然纤维一般具有穿 着舒适、与人体适应性强等优点，部分纤维还具有保健功效，但其资源有限；化学 纤维一般吸湿性差，易产生静电，但具有保形性好等优点。利用不同性能的纤维， 通过不同的组份搭配，选用不同的混纺比，可以制成不同品种，不同性能，不同风 1 宣璺奎兰堡主堂生笙苎 _ _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ 一一。 格的产品，使各种纤维能够互相取长补短，大大提高产品的服用性能。另外，新型 功能纤维不断出现，将不同组份的功能纤维混纺可以达至在不过多增大成本的前提 下，增强制品的功能性。 减少环境污染，符合环保要求。 在倡导“绿色生产，绿色消费”主题的二十一世纪，人们的环保意识日渐增强。 当今人们越来越关注天然纤维、绿色纤维，但天然纤维织物一般保形性差，在后整 理加工过程中就要经过化学处理以达到抗皱效果。而大多数整理剂对环境会造成不 同程度的污染。通过多组份纤维混纺的途径，可赋予产品特殊的性能，从而达到抗 皱的目的。用物理方法解决了化学问题，走清洁生产之路，符合当前发展趋势。此 外，利用新型纺织原料，如彩色棉纤维与其它组份纤维混纺，不但可以起到减少污 染的目的，还可以生产出新的产品。 1 2 本文的研究思路 服用纺织品品种繁多，用途也不一样，不同的用途对产品服用性能的要求也不 一样。无论是天然纤维，还是合成纤维都存在着独特的优点和自身无法克服的缺点， 为了改善织物的服用性能，在纺织中常常采用几种纤维混纺的方法，通过不同纤维 的混纺可以达到取长补短的效果。多组份混纺织物的服用性能由各组份纤维原料、 纱线与织物结构、纺织工艺以及染整加工条件等因素决定。所以，研究混纺织物的 服用性能与原料组成之间的定量关系对混纺织物的开发具有重要的意义。 混纺织物作为服用纺织品具有广阔的市场前景，但是，目前市场上的混纺产品 品种单调，这是由于迄今为止还没有完整的科学理论体系作为开发设计混纺织物的 基础。1 。2 ”，探索混纺织物的服用性能与混纺原料之间的定量关系不仅需要大量的人 力、物力，做大量重复性试验，往往还需要很长一段时间，一般的厂商不具备这方 面的科研条件或不愿做这些费时间、见效慢的工作。另外，织物是个复杂的纱线 集合体，而纱线本身又是一个复杂的纤维集合体，由于混纺的不同组份纤维的性能 差异很大，各组份纤维的性能，各组份纤维含量的多少，不同的纺纱方法及工艺， 不同的织造方法，不同的染整加工条件等因素都会影响到多组份混纺织物的性能， 因此探索多组份混纺织物的性能与各影响因素之间的关系就显得尤为重要。但是， 各影响因素之间的关系是错综复杂的，在多种及多重影响因素的共同作用下，很难 预测出多组份混纺织物的性能。只有在相同的纺纱工艺，相同的纱线工艺参数，相 同的织造方法及工艺，相同的染整加工条件下，讨论多组份纤维的含量多少对混纺 纱线及织物性能的影响才有意义。 本课题拟从三组份纤维混纺为切入点，从织物的高感性要求出发，在相同的纺 纱工艺，相同的纱线工艺参数，相同的织造方法及工艺，相同的染整加工条件下， 2 第一章前言 对多组份纤维混纺中纤维的性能、纱线性能、织物服用性能与混纺比之间的定量关 系进行研究，并开发混纺织物计算机辅助设计系统，以期由多组份纤维原料预测混 纺纱线及织物的性能，并通过对织物各项服用性能的要求预测纤维组份的混纺比。 本课题的工作只是多组份纤维混纺织物性能研究的一部分，以后期望能在此基础上， 逐渐对多组份纤维混纺织物的服用性能与混纺原料、纱线结构性能、织物组织结构 以及后整理工艺之间的定量关系进行研究，不断补充和完善混纺织物计算机辅助设 计系统，使之能够通过原料性能预测织物性能以及预测混纺比，反之通过所需织物 性自g 预测所需原料，并设计合理的工艺及各组份混纺比，实现双囱预测，从而成为 开发设计多组份混纺织物的得力助手。 具体而言，本课题的主要研究工作包括： 根据各组份纤维性能，确定各组份纤维原料与混纺比，制定纺纱工艺并制备 试样。 测试不同混纺比例混纺纱的机械性能，通过数学方法进行分析，建立混纺比 与纱线性能之间的关系式。 测试不同混纺比例混纺织物的各项性能指标，如刚柔性、悬垂性、透气性、 抗皱回复性、起毛起球性及机械性能等。建立混纺比与各项性能指标之间的关系式； 并且利用模糊数学综合评判方法实现由给定的混纺织物性能预测混纺比。 利用计算机语言编写程序，开发混纺织物计算机辅助设计系统，实现由各组 份纤维原料切入，预测不n l p , 例混纺纱线及织物的性能；并由设定的混纺织物的各 项性能预测混纺比。 3 兰三童亟堂型鱼 第二章试样制备 2 1 原料的选择 2 1 1 常见纤维在混纺织物中的作用 从表2 1 中可以看出，涤纶织物具有高强度和耐磨性、折皱回复性和折裥保持 性好、洗涤尺寸稳定性好的优点，和粘纤的性能互补性好，因此本课题选择细旦涤 纶、m o d a l 纤维作为组份原料，与羊绒纤维进行混纺“”1 ，以获得高感性织物，从而 对不同混纺比的混纺织物的服用性能与混纺比之间的定量关系进行研究。 表2 1 一些主要化学纤维和天然纤维在混纺织物中的作用 纤维名称 j 织物壶 涤纶腈纶锦纶维纶粘纤醋纤棉毛麻蚕丝 强度 + + + + + + + + oo + + o + + + h 耐磨性 + + + + + o + + + 0 + + 折皱回复性 + + + + ooo ( 干态) + + + 折裥保持性 + + + + + + oooo ( 干态) 洗涤尺寸稳定性 + 十+ + + + oooooo _ 蓬松性o + + + oooooooo n 抗起球性o + + + oo 抗熔孔性ooo + + + + + 一 抗静电性o + + + + + + +十+ 注：+ + + 表示在混纺织物中对某项性能作用显著 + 十表示在混纺织物中对某项性能作用重要： + 表示在混纺织物中对某项性能作用一般； o 表示对某项性能来说尚可纯纺； 一表示对某项性能来说不能纯纺。 2 1 2 羊绒纤维及其特性简介 羊绒纤维是珍贵的纺织原料，具有柔、轻、软、霜、糯的特性，素有“软黄金”、 4 一 宣壁查兰堡主兰望堡壅 _ _ - _ 一。一 “纤维宝石”的美誉。我国羊绒资源丰富，其产量、质量均居世界首位。羊绒制品 具有穿着舒适、保暖性强、绒面丰满、手感柔软、光泽柔和、滑糯的独特风格，深 受消费者的青睐。 羊绒纤维其截面成规则的圆形，圆整度好。羊绒纤维由鳞片层和皮质层组成， 没有髓质层，鳞片呈环形，张开角小，边缘光滑。纤维具有细度细、弹性好、吸湿 强、轻盈、保暖、手感柔软、滑糯、光泽自然等优良特性，赋予了纺织品以天然高 档感。出于羊绒纤维短纤维含量高，约为1 0 3 0 ，强力较弱，为4 4 4 9 0 n ，质 量比电阻为9 。9 9 5 1 0 9 9 c m 2 ，抗静电性能不够理想。羊绒产量少，价格昂贵，其主 要制品为针织品。羊绒纤维主要技术指标见表2 2 。 表2 2 羊绒纤维主要技术性能指标 平均长度平均直径断裂强度断裂伸长率回潮率 原料 m m umc n - d t e x 1 羊绒3 0 4 01 4 1 6l ，4 54 0 一5 01 5 2 1 3 细旦涤纶纤维及其特性简介 聚酯纤维大约产生于二十世纪四十年代，由i c i 公司首先生产，主要品种为聚 对苯二甲酸乙二酯纤维。由于聚酯纤维的初始模量大，适合与纤维素纤维及蛋白质 纤维混纺；高强度，弹性回复性能好，具有较好的尺寸稳定性和外观；以及良好的 洗可穿性，在纺织原料中的比例急速上升，到1 9 7 2 年产量占所有合成纤维的7 5 。 但随着纺织工业的不断发展，人们对服装舒适性的进一步要求，常规涤纶的染色差、 易产生静电、吸湿性能差，易粘灰等缺陷日益暴露，以致在服装上的应用受到限制。 进入七十年代以来，化纤短纤维的差别化研究加快了进度，差别化不仅用于仿真( 天 然) 纤维，而且向多功能方向发展，其中尤以细旦化发展最快。细旦纤维在长丝和 短纤维领域的开发和应用，已成为国际纺织界九十年代乃至二十一世纪的重大发展 方向，同时也促进了服装面料向薄型化和超薄化方向发展。“” 关于细旦、微细旦、超细旦纤维的定义，国际上尚无统一的标准。我国一般把 0 9 1 4 d t e x 的纤维称为细旦丝；0 5 5 1 1 d t e x 为微细旦丝；而0 5 5 d t e x 以下的 纤维称超细旦丝。细旦、微细、超细纤维主要有四大特性，而且随着纤维的细旦化， 微细旦化，超细旦化，其性能也越来越优化卓越。 几何特性：细旦纤维单丝纤度和单丝截面直径比真丝或任何天然纤维都小， 由于纤维细度的降低，纤维的填充度也大大增加，从而在纤维之间形成微气候室， 塑三皇蔓堡型鱼 一一 使保温性能大大改善。与此同时毛细管效应也相应加大，纤维的回潮率及吸水性增 加，使穿着舒适性获得很大改善a 力学特性；细旦纤维单丝强度低，而比强度高，与同支数的常规纤维纱相比， 纱的总强度高；此外还具有较低的伸长，较小的弯曲模量和较小的转动惯量。纤维 的弯曲刚度与纤维细度之间的关系式为： 弯曲刚度= ( 1 n ) x ( n e t 2 p ) 式中：n 为形状系数，常见纤维的n 值为0 5 9 - - 1 0 ； e 为比模量，单位为n d t e x ，常见纤维的比模量约为7 7 - - 2 3 n d t e x ； t 为纤维的细度，单位为d t e x ； p 为纤维密度，常见的纤维密度为0 9 - - 1 6 9 c m 。 可见，纤维的弯曲刚度与纤维的细度之间为平方关系，即当纤维的细度降至原 来的1 2 时，其弯曲f l 度将降至原来的1 4 。所以微细纤维织物具有优良的悬垂性， 手感极为柔软。 光学特性：由于细旦纤维排列密度大，单位面积上反射光的各个独立反射面 积小，但数量多，故其反射光泽比较柔和，具有丝光效果。 比表面积大。纤维细度与纤维表面积的关系如图2 1 所示。 舒赣袭丽积( c “炳) 4 0 0 0 2 0 歼魔里) 图2 1 细旦涤纶纤维细度与纤维表面积的关系 当细度小于1 0 旦时，纤维表面积急剧增大。其织物具有较高的吸湿效应和透 气性，增强了舒适性。 细旦涤纶纤维的主要技术指标见表2 3 所示。 袁2 3 细旦涤纶纤维主要技术性能指标 断裂强度断裂伸长率初始模量回潮率 原料 c n d t e x 1 c n r e x 一1 细旦涤纶 4 。02 3 2 96 0 0 8 0 06 7 6 童璺查堂堡主堂堡丝茎 2 1 4m o d a i 纤维及其特性简介 m o d a l 纤维是e h 欧洲奥地利l e n z i n g 公司用数年时间开发的一种全新的纤维素 纤维。它不但具有天然纤维的吸湿性，而且具有合成纤维的强伸性。m o d a l 纤维的 生产加工过程清洁无毒，其纺织品的废弃物可生物降解，具有良好的环保性能，被 称为绿色纤维。 m o d a l 纤维是粘胶纤维家族中的一员，既克服了粘胶纤维湿强力、湿模量低的 致命弱点，又保持了粘胶纤维良好的舒适性。不仅如此，m o d a l 纤维还在其他许多 方面做了改性，使这种新一代的纤维不仅具有良好的丝柔触感，肌肤般的自然光滑 和安适无比的凉爽感觉，极好的上色性、耐洗涤性和较低的缩水率，而且具有膨胀 率较低、吸湿性好的特点。m o d a 纤维是棉纤维理想的混纺伙伴，与毛纤维混纺可 有效的防止原纤化。 m o d a l 纤维具有其独特的性能特点“2 ”3 ，具体而言： o m o d a l 纤维是绿色环保再生纤维。由于它是由山毛榉木浆粕制成，其主体属 天然植物纤维素纤维；它制作时采用无毒并可回收的有机溶剂，在特定条件下，通 过溶解、过滤、脱泡等工序后挤压纺丝、凝固而成，对环境无污染，其残液的排放 对环境无害；该纤维取之于大自然，而后又可通过自然界的生物降解作用回归自然。 m o d a l 纤维具有超强吸湿性能。m o d a l 纤维具有合成纤维的强力和韧性，干强 为3 5 6 c n ，湿强为2 5 6 c n ，比棉纤维高，强力和吸湿溶胀性能介于粘、棉纤维之间。 其吸湿溶胀性能远远高于棉，比棉纤维高出5 0 ，而且吸湿的速度极快，表现优异， 可使肌肤经常保持干爽舒适。 m o d a l 纤维细度为l d t e x ，纤维柔滑、光洁，是一种天然的丝光纤维，因而织 物手感特别滑爽，使服用人员有舒适、飘逸的感觉，且持久性强，即使经常清洗， 仍能保持轻柔的感觉。 m o d a l 纤维的染色性能较好，易于着色，吸色透彻，色牢度好，因此染色后 的面料色泽鲜艳，高雅华贵，洗涤后仍能保持常新。与棉纤维相比，经2 5 次水洗 m o d a l 面料仍能保持原状及光滑度，且具有较好的形态与尺寸稳定性。 o m o d a l 纤维具有原纤化倾向。m o d a l 纤维湿模量较高，这就决定了它本身具有原纤 化倾向，但较之l y o c e l l 纤维要好一些。m o d a l 纤维的原纤化倾向具体表现在纯m o d a l 面料的易起毛起球性上。 m o d a l 纤维的主要技术指标见表2 4 所示。 第二章试样制各 表2 4m o d a l 纤维主要技术性能指标 断裂强度断裂伸k = 率初始模量回潮率 原料 c n d t e x 一1 c n t e x 一1 m o d a l 纤维3 4 3 61 2 1 48 0 0 1 2 5 01 2 5 2 2 实验设计 2 2 1 实验设计 考虑到实验的有效性，此多组份混纺纱中羊绒细旦涤纶m o d a l 纤维的混纺比 依次为：1 0 0 9 0 、1 0 2 0 7 0 、1 0 3 0 6 0 、1 0 5 0 4 0 、1 0 6 0 3 0 、1 0 7 0 2 0 、l o 9 0 o 。 2 2 2 实验原料 羊绒条： 定量：2 6 9 9 m ，取自河北清河毛纺厂 细旦涤纶条： 纤维细度：1 1 d t e x ， 定量：1 7 7 9 5 m ，取自青岛新运达棉纺织厂 m o d a l 纤维条： 纤维细度：1 5 6 d t e x ，定量：1 6 5 9 5 m ，取自青岛国棉六厂 2 3 试样的制备 2 3 1 并条工序 并条工序采用f 1 3 0 4 型并条机，机器的理论牵伸倍数为6 1 2 6 ，为达到预定的 混纺比并使各组份混合均匀，采用如下并条工艺： 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 0 9 0 ) ： 预并：m o d a l 纤维条9 根 混并一：预并后条子5 根、羊绒条1 根 混并二：混一并后条子3 根 1 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 2 0 7 0 ) ： 预并：细旦涤纶条4 根 混并一：预并后条子2 根、m o d a l 纤维条5 根 8 青岛大学硕士学位论文 混并二：混一并后条子7 根、羊绒条1 根 混并三：混二并后条子3 根 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 3 0 6 0 ) ： 预并：细旦涤纶条4 根 混并一：预并后条子2 根、m o d a l 纤维条3 根 混并二：混一并后条子7 根、羊绒条1 根 混并三：混二并后条子3 根 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 5 0 4 0 ) ： 混并一：细旦涤纶条6 根、m o d a l 纤维条5 根 混并二：混一并后条子4 根、羊绒条1 根 混并三：混二并后条子3 根 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 6 0 3 0 ) ： 混并一：细旦涤纶条2 根、m o d a l 纤维条1 根 混并二：混一并后条子8 根、羊绒条1 根 混并三：混二并后条子3 根 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 7 0 2 0 ) ： 混并一：细旦涤纶条3 根、m o d a l 纤维条l 根 混并二：混一并后条子9 根、羊绒条i 根 混并三：混二并后条子3 根 羊绒细旦涤纶m o d a l ( 1 0 9 0 0 ) ： 混并一：细旦涤纶条7 根、羊绒条l 根 混并二：混一并后条子3 根 2 3 2 粗纱工序 粗纱工序采用a 4 5 4 e 型粗纱机，采用“重加压、慢车速”的工艺原则。粗纱定 量适当偏轻，有助于减小纤维在牵伸运动中的移距偏差，改善条干不匀率。粗纱工 序中回潮率应适当，使粗纱中纤维在纺纱中刚度减弱，减少纺纱中纤维相互排斥和 静电积聚现象。其主要工艺参数有： 9 塑三童堕堂型鱼 前罗拉转速( r m i n ) 罗拉中心距( m m ) 后区牵伸倍数( 倍) 捻系数 粗纱定量( g l o m ) 2 4 0 ； 5 5 5 6 1 3 ： 7 0 ： 4 3 。 2 3 3 细纱工序 细纱工序采用f a 5 0 7 a 型细纱机。由于m o d a l 纤维蓬松、光滑、纤维卷曲不稳定， 纤维之间抱合力较差，因此，纺纱时容易产生大量的毛羽和粗细节，所以细纱工序 采用减小后区牵伸倍数，增大后区隔距，大捻度，小钳口隔距，中加压的工艺原则。 由于m o d a l 纤维与钢丝圈的摩擦系数大，钢丝圈的摩擦系数大，钢丝圈的摩擦功率 大，细纱除适当降低锭速外，用亚光钢领配b u 型钢丝圈，该类型钢丝圈通道宽畅， 散热快，减少了因钢丝圈发热引起的飞圈断头，且能减少成纱毛羽，钢领直径适当 减小，由于m o d a l 纤维抗弯刚度小，易缠罗拉和皮辊，因此胶辊硬度不能太软，生 产中要用中弹中硬涂料胶辊效果较好。其主要工艺参数有： 锭速( r m i n ) 前罗拉转速( r m i n ) 罗拉中心距( m m ) 后区牵伸倍数( 倍) 捻系数 钳口隔距( 硼) 1 4 0 0 0 ； 1 8 9 ； 4 4 5 5 1 2 ： 3 5 0 ： 2 5 。 2 3 4 织造 本试验使用q g e l 6 8 型单面圆机，采用常规工艺进行编织。在上机过程中，采用 定长贮存式给纱机构，用测长仪直接测量监测每根纱的进纱量，以控制织物的密度； 需调节好弯纱三角的位置，使织针能按照给纱装置的给纱速度弯纱，从而使弯纱张 力控制在合适的范围内；调节好导纱器的位置，保证正确的垫纱横角与纵角，从而 减少织疵。其主要工艺参数有： 坯布组织 进纱路数( 路) 筒径( 英寸) 输纱张力( g ) 针号 纬平针组织 4 0 ； 2 0 ； 4 5 ： 2 4 ； i 0 青岛大学硕十学位论文 纵密( 横歹l j 5 c m ) 横密( 纵行5 c m ) 7 5 ： 7 8 5 。 2 3 5 后整理 根据织物的纤维成分及性能，最终选择后整理的工艺流程为： 前处理一漂白一水洗一柔软处理一脱水一湿扩幅一烘干一呢毯定型 漂白：将试样进行漂白处理，漂白的目的就是要去除色素，赋予织物以必要的 白度。其漂白工艺处方： 双氧水( 3 0 ) ( g l ) 纯碱( g l ) 精练渗透剂( g l ) 双氧水稳定剂( g l ) 工艺条件： p h 值9 ： 温度( )7 5 ： 时间( m i n )6 0 。 烘干：烘干设备为松式无张力烘干机， 状态，可以使坯布充分回缩，降低缩水率。 定型：采用呢毯定型，使织物表面平整 至关重要。 9 0 。c 烘干，坯布在运行过程中处于松弛 这对改善坯布的缩水率、手感、弹性 5 5民州点叫 l 1 o l 笙三童童塑笪堡堕竺塑垫垫丝堂竺壅 第三章多组份混纺纱的机械性能研究 由于工业用纺织品要求高强度的纱线原料和纺织纤维可纺性研究的需要，以及 短纤维纱线结构带来结构力学研究的复杂性，许多问题的研究结论只是在一定假设 条件下得到的，因此，对纱线结构力学的研究在近年来仍然得到广大纺织工作者的 关注。”3 。 3 1 短纤维纯纺纱的机械性能研究 3 1 1 纤维性能与成纱质量间关系的研究方法 纤维性能与成纱质量间关系的研究有多种方法和途径，现将2 0 世纪以来的主要 研究方法与代表性成果归纳、分析如下： 统计相关分析法 这一方法在2 0 世纪3 0 4 0 年代就为各国学者所采用，它的特点是选取影响纱 线品质的一部分主要的纤维性能指标，如长度，线密度，强度，短绒率等，通过纺 纱实验，用统计方法建立纤维性能与成纱质量关系的经验方程。 这种分析方法的缺陷是：所建立的经验方程随纺纱设备、工艺参数和纱线线密 度不同而变，缺乏理论性。 半经验、半理论方法 它是先对纤维性能与成纱强力间关系作出基本的理论分析，然后由实验结果确 定某些修正系数的比较实用的方法。前苏联学者采用此法较多，其中以2 0 世纪五六 十年代的索氏棉纱强力公式最有代表性。 由于索氏公式的修正系数太多，实际上仍属于经验分析的范畴。 理论分析方法 短纤维纱强力理论分析的主要困难是由于纤维长度的不连续，且形成一定发布； 纤维在纱中复杂的排列和转移，如圆锥形或圆柱形螺旋线排列；纱线分层结构，如 中间纤维伸直，外层包缠，特别是转杯纺纱或其他形式的新型纺纱；以及实际短纤 纱中纤维性能和纱线捻度的不匀。1 9 6 9 年，在赫尔等编著的( ( s t r u c t u r a lm e c h a u i c s o ff i b e r s ，y a r n sa n df a b r i c s ) ) 一书中，全面系统地总结了纱线力学的研究成果， 从揭示纤维性能、纱线结构和纱线强度间理论关系的物理本质来说，赫尔的研究成 果是比较完善和具有代表性的。 3 1 2 影响短纤纱强度的因素 根据赫尔等的研究，影响短纤纱强度有两方面的因素：一是纤维性能因素，如 长度、线密度、强伸性能、表面摩擦性能等：二是纱线结构的因素，如捻度、线密 度、纺纱加工工艺或纤维在纱中的排列形态、条干均匀度等。因此，影响因素较为 1 2 重曼銮兰堡主堂垡堡苎 复杂，下面作简要讨论。 捻度的影响 短纤纱必须要有一定捻度，短纤维才能聚集在一起并具有一定强力。当捻度增 加时，纤维间横向压力增加，因滑脱长度减小，纤维对纱线的强力贡献损失较d 、。 但是，由于加捻作用，纤维在纱中倾斜，纤维的强力利用又会降低，加捻又起着消 极作用。捻度对短纤纱强力来说，先是积极作用为主，达到临界捻度后，又以消极 作用为主。 纤维长度 短纤纱中的纤维长度越长，头端长度占总长度的比例较小，纤维的强度利用率 较高，短纤纱的强度增加。当纤维长度小于或等于2 倍滑脱长度时，该纤维在纱中 不能被握持，将大大降低短纤纱强度。同时在纺纱时，短纤维在牵伸区不易被控制， 形成运动不规则的浮游纤维，使纱线条干不匀增大，进一步降低短纤纱的强度。因 此，为了提高短纤纱的质量，控制纤维原料中短纤维的含量是很重要的。通常以l = 2 l 。的长度作为短纤维百分率为界限。棉纺厂中常采用短绒界限为1 6 r a m 或2 0 r a m ， 毛纤维中以3 0 r a m 以下，苎麻纤维则以4 0 m m 以下长度作为短纤维率的界限。为了提 高成纱质量，尽可能在纺纱工艺中排除这些界限以下的短纤维是必要的。有时为了 生产高档的低线密度纱还需经过精梳工序以排除大量对纱线强度和条干不利的短纤 维。 纤维表面摩擦系数 当纤维表面摩擦系数增加时，产生滑动摩擦阻力迅速增加，所以，纤维的强力 损失较小。纤维表面摩擦系数是提高短纤维强度和影响纤维可纺性的重要因素。天 然纤维中棉纤维的天然转曲、毛纤维的天然卷曲使其具有较好的可纺性。化学短纤 维可利用其热塑性获得机械卷曲，能使纺纱过程顺利进行，并有利于提高纱线品质。 纤维线密度( 细度) 研究一根半径为, e l 的纤维，处在张力和横向压力作用下。纤维张力正比于横截 面积，而滑动摩擦阻力正比于纤维表面的横向压力和圆周长。因此，趋于引起滑动 的张力以a 2 增加，而摩擦阻力仅以a 增加。这样，纤维半径越大或越粗，由纤维张 力克服滑动摩擦阻力的趋势也越大。即纤维越细，纱线中纤维的强力利用系数越高。 纤维强度 正常捻度的短纤维纱强力由断裂部分纤维的强力和滑动部分纤维的摩擦阻力组 成的，且前者是主要的，因此，近似地，短纤纱的强度与纤维的强度成正比。 短纤纱的线密度 由经验可知，低线密度纱比高线密度纱难纺，这是因为，低线密度纱中纤维的 根数少，外层纤维比例大，容易相互滑移，纱线强度低。g o o d w i n ( 1 9 5 9 ) 报导，粘 1 3 第三章多组份混纺纱的机械性能研究 胶短纤维纱中最少纤维数为6 4 9 7 根，且决定于纤维线密度和长度。s t a u b u r y b y e r l e y ( 1 9 3 4 ) 报导，精梳毛纺中的最少纤维数为2 0 。 纺纱方法和纤维转移的影响 短纤纱中纤维的转移情况很重要，如果纤维按理想圆柱形螺旋线排列，那么纱 表层纤维将不能产生向心压力，短纤维不能聚集成具有一定强度的纱。纤维的径向 转移使纱表层纤维在一定长度的头端转移至内层被握持，通常转移越迅速，握持更 有效。纱线张力越大，产生的径向压力也越高，纤维间被握持更有效，形成“自锁” 结构。环锭纺纱比转杯纺纱、摩擦纺纱等新型纺纱线具有更高的纤维强力利用率， 是因为环锭纺纱中有许多数量的圆锥形螺旋线纤维被平行伸直，不规则纤维数量较 少。 3 2 混纺纱的力学性质分析 随着化学纤维的发展，混纺纱及其织物在纺织品中的比重很大，主要是天然纤 维受到气候、种植或培育条件的限制，不能满足社会对纺织品的需求。而且，混纺 纱的性能可以综合两种或两种以上不同纺织纤维( 特别是化纤与天然纤维) 的优点， 相互取长补短，使纺织品的服用性能提高。混纺织品的性能与混纺比关系密切，这 里主要讨论混纺比与混纺纱强度间关系。 3 2 1 混纺纱的强度 混合材料的性质指标，通常可由下述线性混和法则决定： j = 鼻虿 3 - ( 1 ) i = 1 式中：爿一第i 个成分的平均值； a 各成分的总平均值； t 一为第i 个成分的混和比例。 但是，对复合材料或混纺纱的断裂强度则例外，由于不同材料的断裂伸长不同， 上述混和法则是不适用的。 汉姆伯格( t t a m b u r g e r ，1 9 4 9 ) 是预测混纺纱理论强度的开拓者。当两种不同拉 伸性质纤维a 和b 混纺时，由于两者断裂伸长率不同，断裂伸长小的纤维首先断裂， 断裂前纱中的纤维a 和b 共同承担外力，当a 纤维断裂后，假设只有纤维b 继续承 担负荷，这时，混纺纱的拉伸曲线将会出现两个峰值，最高的峰值表示为混纺纱的 断裂强度，且混纺纱的断裂强度与混纺比密切相关，两个峰值的强度表达式为： 1 4 青岛大学硕士学位论文 s = a s l a 3 一( 2 ) s = 6 s 3 一( 3 ) 式中：s 为第一个断裂点( 峰值) 的比应力； 岛为第二个断裂点( 峰值) 的比应力； a 为混纺纱中纤维a 的比例； 6 为混纺纱中纤维b 的比例； 为纤维a 的断裂强度； s 为纤维b 的断裂强度； 5 如为在等于纤维a 断裂伸长率时纤维b 的比应力。 s 和品中的较大者即为混纺纱的断裂强度。不同类型纤维混纺纱断裂强度与混 纺比间关系分别示于图3 1 和图3 2 。 t 至 杰 较 剞 应变，( ( i ) 纤堆拉仲曲线 t 歪 生 倒 强 纤堆b ，f t b ) 镉坊地与掘妨妙强度弼关系 图3 1 混纺纱强度的理论预测 ； 蚕 盥生，( ) 歼堆b ，( ) a ) 纤堆拉伸曲境( b ) 混坊比与潜蝴睁釜度阔关摹 图3 2 混纺纱强度的理论预测 在图3 1 中，随着混纺纱中b 纤维含量的增加，混纺纱的断裂强度线性地降低 1 5 塑三主童塑丝塑箜丝塑塑塑竺! ! 竺茎 至最小值( 即最小混纺比如，。时的强度) ，然后随着混纺比b 的增加而线性地增加至 b 纤维的强度。在图3 2 中，混纺纱的断裂强度随着b 纤维混纺比6 的增加线性地 增加。任何混纺比的混纺纱的强度都比a 纤维纯纺纱的强度要高。 在实际应用中，对图3 1 类型的混纺纱，最低混纺纱强度时的最小混纺比瓯，。 在设计时应尽量避免，因为从纤维强力的有效利用角度来看是极不合理的，只有当 混纺比大于临界混纺比晚。时，混纺纱强度才不低于a 纤维的纯纺纱强度。掌握这 两个混纺比在设计混纺纱时很重要，其值可以计算如下： 因为a + 6 = 1 ，由图3 1 可知，令s = 岛，即可求得： 挽，产玎碱s a 对晚。，可令s = s ，即得： b c r s s o b 3 ( 4 ) 3 一( 5 ) 3 2 2 混纺纱断裂过程特征和强度的讨论 在实际短纤维混纺纱拉伸断裂过程中，并不会出现如上描述的，当a 纤维断裂 时拉伸曲线出现峰值，混纺纱完全断裂时又出现第二个峰值的现象，而是比较光滑 的曲线，其原因是由于同一组份的纤维的断裂伸长是不均一的。另外，当a 组份纤 维断裂后，只要纱线不解体，断裂的纤维在周围纤维握持下，仍然对纱线强力有贡 献。 凯姆和欧文( k e m p o w e n ，1 9 5 5 ) 对锦6 0 棉4 0 的混纺纱进行了实验观察， 当混纺纱在不同伸长率时，随着纱线伸长率增加，纤维断裂次数增加，所以纤维的 平均长度减小。当纱线伸长率达1 5 时，1 0 0 根纤维中断裂超过2 0 0 次，即平均每 根纤维断裂两次以上，表明棉纤维在锦棉混纺纱中出现多次断裂现象。 按式3 一( 2 ) 、式3 一( 3 ) 预测的混纺纱强力比实际混纺纱强度偏高，理由很清楚， 因为它没有考虑纤维在纱中的倾斜和纤维头端滑动的影响，表达式实质上是两组不 同纤维组成的平行纤维柬，而且也未考虑同组纤维间断裂伸长率的变异。 3 2 3 混纺纱的伸长率的讨论 根据以往对混纺纱断裂伸长的研究，就双组份混纺纱而言，如果伸长较大的b 组份纤维的混纺比6 小于其临界混纺比眈时，a 组份纤维的断裂决定了整个混纺纱 的断裂，即混纺纱的断裂伸长率s 为纯纺a 纱的断裂伸长率s 。；如果b 纤维的混纺 比6 大于其临界混纺比岛时，当a 组份纤维全部断裂，理论上已不再对纱的拉伸性 能有贡献时，而混纺纱本身尚未断裂，还可承受张力而继续伸长，此时混纺纱的拉 1 6 青岛大学硕十学位论文 伸主要由剩余的b 组份纤维承担，所以混纺纱的断裂伸长率s r 。，并且混纺纱的 断裂伸长率s 随着b 组份纤维混纺比6 的逐渐增加而增加，最终，当6 = 1 0 0 时， 混纺纱的伸长率s 完全达到b 组份纤维纯纺纱的伸长率ca 。由此，可得出双组份纤 维混纺时，其混纺纱的断裂伸长率的理论关系式如下： f = f 。 ( 晚)3 一( 6 ) f = 。+ 孚二争x ( 一巳) ( 6 岛) 3 - ( 7 ) l 一 这就是说，双组份混纺纱的伸长并非一定就是两种纤维的综合，而是在一定范 围内，伸长率小的组份决定混纺纱的伸长，只有当伸长率大的组份的比例达到定 程度后，混纺纱的伸长率才会逐渐增大。 3 3 羊绒细旦涤纶m o d al 混纺纱的强伸性能 3 3 1 羊绒细旦涤纶m o d ai 混纺纱的强力预测 影响混纺纱性能的因素很多，包括构成混纺纱的各组份纤维的性能及其含量、 纱的结构、成纱工艺等。其中构成混纺纱的各组份纤