双股棉纱的捻度稳定性研究

0   引言
        环锭纺纱机通过加捻使短纤维之间产生足够的抱合力，形成连续的纱线。纱条在加捻时产生扭矩，扭矩的大小取决于纱线捻度、纤维抗扭刚度和纱线线密度。加捻产生的扭矩由三部分组成，即纱中纤维扭转、弯曲以及纱线内部的拉/压应力。相比较而言，前两部分对纱线扭矩的影响比纤维张力的影响要小。
        Tanaon等人开发了一种预测单纱扭转性能的方法，该方法假设纱中纤维是不连续的。
        捻度的不稳定会引起纱线的缠结和弯曲，从而在单面针织物和机织物中产生歪斜现象。热定型和汽蒸可以减少或消除这种纱线的扭转，因此分别应用于合成纤维和天然纤维的定捻。天然纤维使用汽蒸方法进行的定捻效果不持久，最好的方法是同时采用热定型和汽蒸。通过将两根或多根单纱并合在一起，并以与单纱捻向相反的方向捻合在一起，使扭应力减小至零，可形成稳定的纱线。其原理是，通过有效地退捻，松弛扭应力，可使双股纱的捻度稳定。
        当干燥的短纤维纱合股时，合股捻度会因纱线扭应力的存在而减小。纱中大多数的弯曲应变、扭曲应变和拉伸应变由于纤维间的摩擦力而被固定住。但当这些纱线浸入水中后，纱线松弛，合股捻度会增加，这是因为水渗入纤维之间后，减小了纤维间的摩擦力，纱线的扭应力得到完全松弛。
        当对短纤纱进行加捻时，纤维间的剪应力不应超过一定数值。否则，即使纱线能得到自由松弛，它也不会恢复到原来状态，仍有一些捻度。因此，无扭矩双合股纱线的稳定捻度可根据单纱捻度进行预测，一般情况下应等于单纱捻度不稳定的那一部分。实际上一般采用的合股捻度是单纱捻度的2/3，且捻向相反。
        本文主要研究纱线在水中完全松弛后，单纱的稳定捻度和产生无扭矩双合股纱所需的合股捻度。

 

1   原料和方法
        用0.37 ktex(1.6 Ne)的粗纱在Lakshmi G 5/1型环锭细纱机上纺制14.8 tex(40 Ne)的精梳棉纱。捻度选取6个水平，即正常捻度和高出正常捻度的10％、20％、30％、40％和50％，每种单纱又以三种不同的捻度合股在一起（合股捻度是单纱捻度的1/3、l/2 和3/4）。

1.1   单纱捻度的确定
1.1.1   干态下单纱捻度的确定
        取30.5 cm~38.1 cm（12英寸~15英寸）长的单纱，一端用手握持住，另一端自然悬垂。因为纱线的一端是自由的，就会产生退捻。用捻度测试仪测定单纱上剩余的捻度，这就是干态下的单纱捻度。

1.1.2   水浴松弛后单纱捻度的确定
        室温下，取30.5 cm~38.1 cm（12英寸~15英寸）的单纱放在肥皂水中（肥皂浓度0.1 g/L），水槽的尺寸要能使纱线平直地浸在水中。因为纱线的两端都是自由的，纱线一浸入水中，即随着扭应力的去除立即开始退捻。在水中浸泡15 min，待扭应力消除后纱线获得稳定。取出纱线，自然干燥。干燥时应固定纱线的两端，以使其在干燥过程中不再发生意外的加捻或退捻。
        干燥后的纱线由于多数捻度已经被去除，没有足够的强力，所以不能用常规的方法测定其捻度。在常规的测定方法中，试样需夹持在固定夹头和旋转夹头之间先进行预拉伸，使指针与标志线重合。而湿松弛后的纱线在预拉伸时，纤维容易产生滑脱。因此，要用微小张力夹住试样，并保证试样在拉紧的情况下指针垂直。刚开始时，夹头以单纱捻向的方向旋转，直到指针与标志线重合，得到纱线捻度（设为X）。然后，捻度计数器复零，再用常规方法测出单纱捻度（设为Y），纱线的实际捻度即为Y－X。

1.2   捻度不稳定性的确定
        股线捻度的不稳定性根据ISO03343-1984(ref.7)标准方法来测定。用织物织缩测试仪测定残留扭矩的大小，开始时，纱线被固定夹头和带有刻度的可动夹头夹紧，距离为50 cm，预加张力1 cN/tex。
        水浴中加入肥皂（浓度0.1 g/L）以帮助纱线润湿。将扭力检测器放在水槽上方，纱线中部加上0.02 cN/tex的砝码，然后将可动夹头慢慢地向固定夹头方向移动，纱线同时浸入水中，观察纱线开始扭结时的夹头距离。随后将可动夹头移动到固定夹头处，这样50 cm长的纱全部浸入水中，纱线仍在扭结直到它不再随着时间变化，手工测定扭结捻回数。每个试样测15次。用同样的方法测定不浸入水浴中纱线的扭结捻回数和扭结开始时夹头距离（简称扭结开始长度）。

1.3   水浴中股线扭力稳定性的确定
        取30.5 cm~38.1 cm（12英寸~15英寸）的合股纱放入同样浓度的肥皂水中。当股线进入水中后，开始退捻或以合股捻的方向加捻（取决于合股纱的扭力方向和大小），直到捻度不再变化，取出晾干，记录股纱的捻度数，就是消除了单纱扭矩后股线的实际捻度。

 

2   结果与讨论
2.1   稳定捻度和不稳定捻度
        从表1和2可以看出，干态下纱线的退捻数（是单纱捻度的15%~20%）较湿态下低。干态时纤维间的摩擦力大，使得纱线的扭转应力应变不能充分松弛。而纱线浸入皂液后，水分子渗透进纤维之间，充当润滑剂的作用，减小了纤维间的摩擦力，使纱线的扭转应力几乎得到完全松弛。纱线在水中退捻、发生膨胀的效果也得到了证实。棉纱浸在约15%的NaOH溶液中膨胀最大，亦测出该条件下的稳定捻度数。在水中和NaOH溶液中的稳定捻度数差别不大。
        表1是干态下不同捻度水平单纱的稳定捻度和不稳定捻度。稳定捻度约是原捻度的80%~85％。为了合股纱的捻度平衡，需要测定湿态下松弛后单纱的稳定捻度。
        表2是湿态下不同捻度水平单纱的稳定捻度和不稳定捻度。不考虑单纱捻度大小，所有纱线的稳定捻度都是原纺纱捻度的45％，即55％的捻度是不稳定的。因此，当合股捻度为单纱捻度的55％，捻向与单纱相反时，纱线才能稳定。从表2也可以看出，随着单纱捻度的增加，纱线中稳定捻度也增加。

2.2   扭结捻回和扭结开始长度
        干态下的扭结捻回数与湿态下扭结捻回数不相等。干态下，合股捻度为单纱捻度1/3的股线不产生扭结，但合股捻度为单纱捻度1/2、3/4的股线就会出现扭结，且以Z向扭结（见图1和图2）。随着单纱捻度的增加，股线的扭结捻回数和扭结开始长度先增加然后减小。这说明干态条件下，合股时施加的捻度数量超过了纱线稳定所需要的捻度。
        在水中，合股捻度为单纱捻度1/2的股线不出现扭结，而其他两种纱线出现了扭结（见图3和图4）。干态下合股捻度为单纱捻度1/3的股线织出的布没有歪斜和卷曲现象，而用另两种纱线织成的布出现了歪斜和卷曲。织物经湿态松弛处理后，合股捻度为单纱捻度1/2的股线织成的织物没有歪斜和卷曲现象。然而，湿态松弛复原的程度也取决于织物结构。
        水浴中股线的扭结捻回数和扭结开始长度见图3和图4。合股捻度为单纱捻度1/3的股线在S方向上扭结，而合股捻度为单纱捻度3/4的股线在Z方向上扭结，说明前者没有完全消除原来的扭应力，而后者虽然完全消除了原来的扭应力，却又在相反方向上产生了额外的扭应力。合股捻度为单纱捻度1/2的股线未出现扭结。从图3和图4还可以看出，扭结捻度和扭结开始长度随着单纱捻度的增加而增加。

2.3   湿态松弛后的合股捻度
        湿态松弛前后的合股捻度见表3。对于合股捻度为单纱捻度1/3、3/4的股线，湿态松弛前后的股线捻度差异非常大。以1/2单纱捻度作为股线捻度时这种差异非常小，说明这种纱线没有扭矩。以1/3单纱捻度为合股捻度时，由于以合股方向对单纱进行了退捻，使得股线实际捻度比原来的捻度多，这也说明股线捻度不足以消除单纱的扭矩。然而，用3/4单纱捻度作为合股捻度时，在合股过程中退掉了一部分加上去的捻度，这说明施加的合股捻度多于要求的捻度。
        因为单纱的稳定捻度约是原纺纱捻度的45％，所以在不考虑合股捻度的情况下，湿态松弛后的股线捻度应是单纱捻度的55％。但是，以1/3和3/4单纱捻度作为合股捻度的股线，捻度分别是单纱捻度的42％和55％左右，这说明在水中纱线自身不能完全消除扭转应力应变。要想在水中完全退捻，就需要能量。纱线本身具有较高的扭转能量，所以在刚开始时能自行松弛退捻。能量的大部分会因退捻而释放掉，纱线中仍有少量能量存在，但不足以使纱线继续退捻。

 

3   结论
        （1）在干态下当单纱能自由退捻时，仅退去原来捻度的15%~20％。即使纱线中有扭转应力，纱线仍不能全部退捻，主要是由于纤维之间较大的摩擦力。
        （2）同样纱线在水中时能进一步退捻，直至扭转应力应变完全松弛。湿态松弛后，对于不同的捻度水平，测得的稳定捻度都是原单纱捻度的45％左右。
        （3）干态下，合股捻度是单纱捻度的1/3时，股线不出现扭结；但合股捻度是单纱捻度的1/2和3/4时，股线出现扭结。合股捻度是单纱捻度的1/2时，股线在水浴中也不出现扭结。
        （4）当合股捻度是单纱捻度的1/2、捻向相反时能得到稳定的股线。
《Indian Journal of Fiber & Textile Reseach》，2005；（3）.   
（曹红梅  译  张  弦  校）