摘要：Lyocell纤维具有优良的物理机械性能，其针织面料在手感和外观等方面的多功能性使其开发应用前景非常广阔。Amicor是一种抗菌性能良好的纤维，本文采用转杯纺纱技术加工19.7tex Lyocell/Amicor纤维抗菌针织纱，通过各方案试纺对比，研究转杯纺主要工艺参数与成纱质量的关系，为合理选择工艺参数，提高转杯针织纱的成纱质量提供参考。
0、引言
Lyocell纤维的主要产品之一是针织内衣、休闲服等，其产品拥有酷似天然纤维的体触感和悬垂性，尤其是轻磅针织面料，是女性内衣的最理想质料。它吸汗透气、保暖又凉爽，集棉的舒适性、粘胶的悬垂性、涤纶的强度和真丝的手感于一身。
Amicor纤维是英国ACORDIS公司开发出的新型抗菌纤维。常用来与棉、涤纶、天丝、羊毛等纤维混纺。当在混纺纱中混用少量Amicor组分时，不仅具有良好的抗菌性能，而且几乎不改变原面料的手感、风格以及主成分纤维的纺织加工性能[1]。
Amicor纤维面料能抑制细菌的生长，具有长期抗菌效果，耐洗涤，在100°C内任何温度下洗涤2OO次，其抗菌效果不变，而且在血液、汗液和尿液存在下，其优异的抗菌效果不受影响[2]。
转杯纱条干均匀，细节少，在针织加工过程中断头率降低，生产效率高。一般转杯纱断头可比使用环锭纱降低60%，针织机速度提高10%～15%。Lyocell纤维纱易产生毛羽，转杯纱是一次性筒子成形，成纱毛羽少，针织物外观清晰丰满，可生产出高质量的印花织物。转杯针织纱还具有纱疵少、弹性好、抗起球、耐磨等优点。为了开拓和适应当前市场的需求，对19.7tex Lyocell/Amicor保健针织产品进行了研究和开发。
1、加工条件
采用BD200SN型转杯纺纱机加工19.7tex混纺纱，Lyocell/Amicor混比：70/30，选用φ43转杯，OK37型锯齿分梳辊，螺旋陶瓷假捻盘，条子定量14.2g/5m，温度25℃，相对湿度75%。
2、纺纱方案设计、加工和性能测试
采用二次通用旋转组合设计来安排试验方案。该方法相对于传统的正交试验而言，具有试验次数少、计算简便；排除了误差干扰，通过建立的二次回归方程预测和推算非试验点的结果，预测值更能反映客观情况等优点。旋转组合设计因子编码表，见表1。
表1 因子编码表（r=1.682）
|
|
转杯速度（r/min） |
分梳辊速度（r/min） |
捻系数 |
|
＋ p |
55000 |
8000 |
330 |
|
＋1 |
53986 |
7919 |
320 |
|
0 |
52500 |
7800 |
305 |
|
－1 |
51014 |
7681 |
290 |
|
－ p |
50000 |
7600 |
280 |
根据三因子二次通用旋转组合设计表得到20套试验方案。试验方案的实施次序贯彻随机的原则，目的是消除系统误差。经过纺纱与纱线性能测试，采用数理统计方法中的极值偏差法对纱线性能数据进行异常值检验，剔除异常数据。试纺方案及纱线性能数据分别见表2、表3。
表2 试纺方案
|
实验 序号 |
转杯速度 （r/min） |
分梳辊速度 （r/min） |
捻系数 |
|
1 |
53986 |
7919 |
320 |
|
2 |
53986 |
7919 |
290 |
|
3 |
53986 |
7681 |
320 |
|
4 |
53986 |
7681 |
290 |
|
5 |
51014 |
7919 |
320 |
|
6 |
51014 |
7919 |
290 |
|
7 |
51014 |
7681 |
320 |
|
8 |
51014 |
7681 |
290 |
|
9 |
55000 |
7800 |
305 |
|
10 |
50000 |
7800 |
305 |
|
11 |
52500 |
8000 |
305 |
|
12 |
52500 |
7600 |
305 |
|
13 |
52500 |
7800 |
330 |
|
14 |
52500 |
7800 |
280 |
|
15 |
52500 |
7800 |
305 |
|
16 |
52500 |
7800 |
305 |
|
17 |
52500 |
7800 |
305 |
|
18 |
52500 |
7800 |
305 |
|
19 |
52500 |
7800 |
305 |
|
20 |
52500 |
7800 |
305 |
|
实验 序号 |
条干 （CV%） |
断裂强度 （cN/T） |
断裂伸长率 （%） |
毛羽指数 （个/m） |
细节/km (-50%) |
粗节/km (+50%) |
棉结/km (+200%) |
|
1 |
15.89 |
15.41 |
5.66 |
4.48 |
25 |
83 |
127 |
|
2 |
15.92 |
14.62 |
5.12 |
6.54 |
40 |
80 |
120 |
|
3 |
17.18 |
15.52 |
5.58 |
4.70 |
35 |
96 |
130 |
|
4 |
17.47 |
14.74 |
5.35 |
6.32 |
44 |
97 |
133 |
|
5 |
16.27 |
15.37 |
6.08 |
4.52 |
15 |
56 |
86 |
|
6 |
16.33 |
14.58 |
5.28 |
6.88 |
25 |
57 |
85 |
|
7 |
15.63 |
15.53 |
6.37 |
7.72 |
25 |
70 |
96 |
|
8 |
16.54 |
14.64 |
5.54 |
8.90 |
24 |
71 |
97 |
|
9 |
15.18 |
14.61 |
4.84 |
3.64 |
51 |
103 |
170 |
|
10 |
15.69 |
14.62 |
6.51 |
6.30 |
11 |
50 |
92 |
|
11 |
17.63 |
13.05 |
6.16 |
7.98 |
26 |
63 |
95 |
|
12 |
17.87 |
13.12 |
5.79 |
5.48 |
32 |
90 |
145 |
|
13 |
15.18 |
16.98 |
6.95 |
4.10 |
34 |
76 |
111 |
|
14 |
15.39 |
15.43 |
5.28 |
10.0 |
42 |
75 |
110 |
|
15 |
15.46 |
16.21 |
5.36 |
4.63 |
32 |
81 |
115 |
|
16 |
15.23 |
16.18 |
5.55 |
5.24 |
36 |
73 |
112 |
|
17 |
15.19 |
16.35 |
5.48 |
5.44 |
38 |
75 |
115 |
|
18 |
15.27 |
16.32 |
5.86 |
5.18 |
31 |
77 |
105 |
|
19 |
15.29 |
16.21 |
5.45 |
4.42 |
37 |
79 |
107 |
|
20 |
15.47 |
15.98 |
5.65 |
5.64 |
30 |
78 |
102 |
3、建立数学模型
三因子二次回归方程模型的一般通式如下：
利用MATLAB7.0软件，编写求解回归方程的程序。经过计算机运算，求得各指标回归方程的回归系数。通过回归方程的显著性检验，条干、断裂强度、粗节的回归方程是在α=0.01水平下显著，其余各指标的回归方程是在α=0.05水平下显著，初始的回归方程见表4。
表4 各指标初始的回归方程
|
指 标 |
方 程 |
|
条 干 |
Y=15.308+0.061x1-0.206x2-0.12x3-0.409x1x2+0.081x1x3+0.139x2x3+0.085x12+0.903x22+0.031x32 |
|
断裂强度 |
Y=16.188+0.011x1-0.042x2+0.429x3-0.001x1x2-0.014x1x3-0.011x2x3-0.454x12-0.995x22+0.109x32 |
|
断裂伸长率 |
Y=5.567-0.32x1-0.006x2+0.381x3+0.05x1x2-0.108x1x3+0.035x2x3-0.026x12+0.08x22+0.13x32 |
|
毛羽指数 |
Y=5.092-0.765x1-0.074x2-1.255x3+0.653x1x2-0.018x1x3-0.203x2x3-0.056x12+0.567x22+0.68x32 |
|
细节 |
Y=34.145+8.221x1-3.155x2-2.669x3-1.875x1x2-0.625x1x3-0.875x2x3-2.051x12-2.758x22+0.424x32 |
|
粗节 |
Y=77.144+13.995x1-7.572x2+0.123x3-0.25x1x2+0.50x1x3+0.50x2x3-0.196x12-0.196x22-0.55x32 |
|
棉结 |
Y=109.69+20.295x1-8.94x2+0.416x3+0.75x1x2+0.50x1x3+1.50x2x3+5.158x12+1.268x22-2.091x32 |
再经过回归系数显著性检验。在α=0.05水平下，剔除各指标回归方程中不显著的回归系数，得到各指标最终的回归方程，见表5所示。
表5各指标最终的回归方程
|
指 标 |
方 程 |
|
条干 |
Y=15.395-0.206x2-0.409x1x2+0.893x22 |
|
断裂强度 |
Y=16.277-0.464x12-1.006x22+0.429x3 |
|
断裂伸长率 |
Y=5.693-0.32x1+0.381x3 |
|
毛羽指数 |
Y=5.4728-0.765x1-1.255x3+0.634x32 |
|
细节 |
Y=31.150+8.221x1 |
|
粗节 |
Y=76.501+13.995x1-7.572x2 |
|
棉结 |
Y=112.651+20.295x1-8.94x2 |
根据各工艺参数与成纱指标之间的回归方程，利用MATLAB7.0软件，绘制三维立体曲面和等高曲线图，分析分梳辊转速、转杯速度、捻系数等工艺参数对Lyocell/Amicor转杯纱成纱质量的影响规律。
4.1 条干
从图1可以看出：当分梳辊速度低于7800r/min时，随着分梳辊转速的增加，成纱条干逐渐改善，超过7800r/min后，条干迅速恶化。分梳辊转速的提高，使分梳作用强，单纤维重量百分率显著提高，成纱条干得到改善，但Lyocell纤维断裂伸长较小，回弹性差，纤维易受损伤，随着分梳辊转速继续提高，纤维损伤严重，又使条干水平逐步变差。
随着转杯速度的提高，条干水平逐步略为变差，这是由于条子的喂入速度提高了，纤维分梳作用减弱；同时，Lyocell纤维固有的原纤化特性，容易在加工过程中产生大量的粗节和棉结，使条干水平下降。
4.2 断裂强度
当转杯速度增大时，转杯内真空度有所提高，使纤维从输送管到转杯凝聚槽的过程中，纤维的伸直定向度好，成纱断裂强度增加。但是，当转杯转速超过一定的临界值（53000 r/min）后，由于条子喂入速度加快，每根纤维受到的分梳辊梳理的平均齿数减少，分梳作用减弱，束纤维数量增多，输棉管道中单位时间内流过的纤维数量增加，使纤维分离度、定向度变差，成纱断裂强力开始逐步下降。
随着分梳辊转速的提高，分梳作用强，单纤维重量百分率显著提高，单纱强力也逐渐提高。但分梳辊转速超过7800r/min后继续增加，纤维不断损伤，短绒率增加，使断裂强力逐步下降。
随着捻系数增大，纤维对纱轴的向心压力加大，使纤维间的摩擦阻力增加，成纱断裂强度逐步增加。
故而对成纱断裂强度而言，当分梳辊转速7800r/min，转杯53000 r/min，捻系数330时，纱线的断裂强力达到峰值。
4.3 断裂伸长率
图3表明，断裂伸长率随着捻系数增加而线性增大。这是因为捻系数的增加使纤维倾斜角增大，拉伸时倾斜角有减小的趋势，从而使纱线断裂伸长增加。
转杯速度越高，纱条的张力也越大，也使得纱线的断裂伸长降低。
4.4 毛羽
图4表明，纱线毛羽数随着捻系数和转杯速度的增大而减少。提高捻系数可以增加纤维捻入纱体内和减少外露几率，因此毛羽数随捻系数的增加而减少。纱线张力随转杯速度的增加而大幅度提高，使纱线紧密以及缠绕纤维包缠较紧，毛羽数降低。
Lyocell纤维模量高，成纱毛羽多，且Lyocell纤维具有原纤化特性，若捻系数选择过小，织物在后加工和穿用过程中容易摩擦起球和产生毛茸[3]。因此，选择稍大些的捻系数不但可以减少Lyocell纱线毛羽，提高纱线强度，而且对抑制Lyocell纤维织物的原纤化倾向有利。
4.5 细节、粗节、棉结
图5、图6表明，细节、粗节、棉结数随着转杯速度提高而增多，粗节、棉结数随分梳辊速度的提高而减少。提高转杯速度，单位时间内喂入的纤维数量也增加，纤维的分梳作用减弱，使纤维分离度变差，细节、粗节、棉结数相应增多。同时，棉束在输棉管道中易发生倾斜运动,与管壁摩擦使棉结增多。因此，在提高转杯速度的同时，适当增加分梳辊速度，可使粗节、棉结数保持相对较少的数量。
5、其他技术要领
熟条定量偏轻掌握，可减轻分梳辊的负荷，有利于纤维的分梳和转移，提高成纱条干。
Lyocell纤维纱易产生毛羽，应适当控制转杯的引纱速度，采用低张力纺纱，尽量避免卷绕过程中纱体的摩擦。
采用螺旋陶瓷假捻盘，可使Lyocell转杯纱断头少，毛羽少，条干水平高。
6、结束语
（1）加工Lyocell/Amicor混纺转杯针织纱，应合理选择转杯纺的工艺参数，才能纺出高质量的纱线。
（2）通过上述分析，13号方案是比较合理的工艺方案。即：分梳辊转速7800r/min，转杯速度为52500r/min，捻系数330。
（3）采用陶瓷假捻盘，适当控制转杯的引纱速度，采用低张力纺纱。
（4）采用13号方案加工的混纺纱开发的针织面料具有很好的服用性能，拥有酷似天然纤维的体触感和悬垂性，飘逸流畅，吸汗透气、保暖又凉爽，而且强力高，耐磨性和弹性优良，具有较好的抗菌效果，是非常理想的保健内衣面料。
