涡流纺纱结构特点与无PVA上浆工艺探讨

上海齐力助剂有限公司  孟红彩

摘要：通过对相同细度的涡流纺纱与环锭纺纱成纱指标进行分析对比，探讨涡流纺纱的结构特点与上浆要求，选择与之相适应的浆料配方和浆纱上机工艺，实践证明，这种新型纺纱形式的经纱不仅较环锭纺降低浆纱成本，实现节能环保的无PVA上浆，而且更有利于布机效率的提高。

关键字：涡流纺；纱线结构；毛羽；耐磨性；浆料配方；CE； QL-89；上浆率。

在高速度的无梭织机日益增多并占主导地位的当今，浆纱同行们已普遍认同浆纱的主要目的是增加耐磨和贴伏毛羽，对高支纱的上浆需要适当的增强和保伸。这种观点更适合于传统的环锭纺经纱上浆，随着纺纱技术的不断发展，新型纺纱方法的经纱，如赛络纺、紧密纺和涡流纺已越来越多地应用到生产当中，不同的纺纱方式由于其成纱结构特点不同，在耐磨、毛羽方面较环锭纺有明显优势，对上浆的目的和要求与环锭纺也有所不同。

涡流纺纱是近几年发展起来的一项新型自由端纺纱技术。是利用固定的涡流发生管产生的空气涡流对纤维进行凝聚并加捻纺成的纱，由于其成纱质量好、生产流程短、产量高、用工少、能耗低，已逐渐受到纺织企业的睛睐. 传统的环锭纺浆纱配方通常采用PVA 、变性淀粉和聚丙烯酸类三大浆料能够满足织造要求，虽然PVA具有浆膜强度过高在浆纱干分绞容易产生二次毛羽的缺点，但它仍是一种性能优良的浆料，能够解决浆纱中出现的许多问题。不过，近年来随着人们对环境保护意识程度的提高，纺织行业已经把PVA这种不易生物降解，对环境污染大的浆料视为不洁浆料，越来越多替代PVA的高性能环保浆料被应用到浆纱当中，对亲水性纤维的短纤产品已基本能够达到少用不用PVA浆料，而对于疏水性纤维的环锭纺纱纯涤纶短纤，由于纤维强度高、毛羽长当毛羽互相纠缠时不易于断开，因而会造成开口不清、断头增加。如何解决纱线上的毛羽问题及布机织造时的开口不清，应用无PVA上浆还存在一定的难度，新型的纺纱形式如涡流纺纱，由于有害毛羽很少，为无PVA上浆提供了有利条件。

1、 涡流纺纱结构特点：

1.1 纱线结构分析 

涡流纺纱是一种双重结构纱，具有芯纤维和外包纤维，纱线的芯纤维平行排列、无捻度、外包纤维呈规则螺旋包裹在纱芯表面，这是由于其独特成纱原理形成的，涡流纺的纱线具有周期性包缠纤维，大部分浮游纤维是由包缠纤维自由端构成的，而纱芯纤维的末端被包缠纤维束缚，涡流纺采用正向压缩空气，在凝聚腔体内形成高速旋涡流场，结集聚在凝聚加捻口上的自由尾端纤维加捻成纱。涡流纺的外层规则螺旋包裹纤维比重大，在一个捻回内，包缠纤维所占表面积与纱表面之比达0.57，这意味着涡流纺纱线表面一半以上都被包缠纤维覆盖，并且不会存在漏芯现象，表面纤维排列近于传统环锭纺，结构较紧密，抗起球性和耐磨性比较好。涡流纺纱可制纤维长度在38-60mm的棉纤维和化学纤维纯纺与混纺纱。因纱线内部结构比较膨松，因而其染色性、吸浆性、透气性比较好。由于涡流纺纱成纱强力的原因，纱的支数范围只限中低特纱，在细号纱领域的竞争能力不够强。

传统环锭纺纱由于加捻三角区的存在，纱中的纤维不能全部被加捻到纱体中，较多边缘纤维一端被加捻入纱体，另一端在纱条表面形成毛羽，因而其结构紧密但纱体表面相对来说显得杂乱无序，光洁度较差,毛羽较多。

1.2成纱质量指标测试及数据分析

采用同一批号的粘胶纤维分别制成18.2tex的涡流纺纱、传统环锭纺纱进行纱线指标测试

1.2.1纱线毛羽测试（见表1）

表1 不同纱线毛羽性能测试对比

                  单位：根/10m

注：试验仪器为YG171B-1型纱线毛羽仪。

    纺织产品的手感和特性主要有毛羽多少决定。长度为2mm及以下的毛羽对生产过程和织物的外观质量影响不大，且会使织物具有一种天然的柔软手感；而长度为3mm及以上的毛羽却是影响纱线质量的潜在因素。由表1可看出，与环锭纺纱相比，涡流纱毛羽较少，3mm以上毛羽几乎为0。这是由于涡流纱是由包缠纤维和芯纤维所组成的一种双重结构纱，外包纤维规则螺旋紧密包缠在芯纤维表面，由于其独特的纱线结构使纤维头端和末端都被捻入纱线中。纱线表面更加稳定，后加工的毛羽增加量显著低于其他纱。特别是作为经纱，在浆纱时可以降低上浆率，并在退浆过程节约能源，大大提高织机效率，降低织造成本。同时纱线不易起毛球，但由于其短毛羽数较少，因而手感较其他纱稍硬。

1.2.2 纱线耐磨测试（见表2）

表2 不同纱线耐磨性能测试对比

注：试验仪器为Y109型电脑多功能纱线耐磨仪。

从表2可以看出，涡流纺纱的耐磨性次数远高于环锭纺纱，平均耐磨次数也很高，且耐磨次数不匀率低，这是由于纱线的耐磨性与纱线的结构密切相关，涡流纱和气流纱均由芯纤维和外包纤维两部分组成，纱芯表面包有缠绕纤维，纱线不易解体，故耐磨性高。

1.2.3 纱线强伸性能测试（见表3）

表3 不同纱线强伸性能指标测试对比

注：试验仪器为YG061F型电子单纱强力仪。

从表3可看出，涡流纱单纱断裂强度较传统环锭纱低，但单纱强力不匀率较低，断裂伸长比传统环锭纱高，且断裂伸长不匀率好。涡流纱是由平行排列、无捻度的芯纤维和外包纤维两部分组成的双重结构的纱，较易产生纤维间的滑移因而其强力较低，但其强力不匀率低可适应无梭织机生产，较低断头率，提高织机生产效率。

2、 浆料选择：

在实际生产中选择不同纤维的两个涡流纺纱喷气织机品种对比传统环锭纺纱进行上浆工艺实践：

品种一：R18.4/T75D  496/350   160cm  2/1斜纹 

 品种二：T28/T28  425/228  160cm  3/1斜纹

    为保证涡流纺纱在生产过程中不会因强力问题出现频繁断经现象，需要在织造前对涡流纱进行上浆。但由于涡流纱特殊的包芯结构，我们发现按传统上浆配方上浆，浆料被覆过多，在干分绞处出现大量断头，而在织造过程中会加剧内应力集中，使外层覆纱与芯纱的滑移加剧，从而使布面出现毛圈，影响布面光洁。为此我们选用浆料时充分考虑其性能要在粘附力、耐磨性、成膜性要接近PVA，浆膜强力还要适中，更有利于渗透。在纯涤品种上还要考虑浆膜的吸湿性不能过大以避免在织造中产生再粘开口不清现象。   

在R18.4/T75D  496/350   160cm  2/1斜纹品种上我们选择了CE绿色环保浆料与普通变性淀粉配伍，   在T28/T28  425/228  160cm  3/1斜纹品种上我们使用聚丙烯酸酯QL-89液体浆料与CE浆料配伍，既保证上浆性能的优越满足织造需求、同时又降低成本。

2.1.  CE浆料的性能

2.1.1CE浆料性状与规格与产品特性:

性状与规格见表4

表 4  CE浆料性状与规格

产品特性

CE是筛选了多种优质淀粉，经过多次深度变性，引入特殊的官能团单体，使之与淀粉的活性点发生反应。产品具有良好的粘结力，浆液流动性好，粘度热稳定性能好，浆膜在强力、伸长、耐磨等方面体现出优良的品质，退浆容易，生物降解性好。

2..1.2  CE浆料与PVA有关性能对比:

我们将CE浆料与PVA做了有关浆液对纱线的粘结力、浆膜性能的对比实验如表5， 

表 5  CE浆料和PVA的性能对比

   注:粘结力测试由东华大学浆料测试中心检测;

   浆膜性能的测试由无锡江南大学浆料检测中心检测.

2.2   QL-89浆料的性能

2.2.1  QL-89性状与规格与产品特性:

性状与规格见表6

                                                                                                     表6  QL-89浆料的性状与规格

  产品特性：

多元共聚且环保：传统的丙烯酸类浆料至多为三元共聚，在产品性能上存在明显缺陷，如含固量低、吸湿性大、粘度高，而QL-89则优选丙烯酸甲酯、乙酯等五种以上性能互补的单体聚合而成，吸湿性小、乳液粒度细，粘度低，渗透力极强，其大分子结构中含有大量酯基，对疏水性纤维具有极强的粘附力，特别适合于涤纶短纤，涤/棉、涤/粘等纤维上浆，浆膜柔韧有弹性，无再粘现象，与淀粉等传统浆料混溶性好，退浆迅速彻底，易于生物降解。

2.2.2 QL－89浆料与PVA及其它丙烯酸类浆料有关相能对比:

   QL－89属聚丙烯酸酯浆料，在纯涤、高含涤品种上，降低  和完全不用PVA上浆，有以下三个优点是非常突出的，从技术上来看，也是可行的。

               表7 QL－89与PVA对涤棉粘着力对比　 　单位：N

由于QL－89被设计成具有与涤纶纤维相似的化学功能团结构，因此对纯涤纶及高含涤纱线具有优异的粘着力，对贴伏毛羽十分有利。

要降低或完全不用PVA上浆，聚丙烯酸酯的用量要增加，目前国内、外绝大多数聚丙烯酸类浆料，都存在着吸湿性太强的问题，那么QL－89的吸湿情况如何呢？

                                                               表8   浆膜吸湿性对比试验　　 　吸湿单位：％       

以上是浆膜样品在不同相对湿度条件下，24小时的吸湿情况，由此可见QL－89解决了大多数聚丙烯类浆料高吸湿的特点，大量使用也不会造成纱线因吸湿而再粘，因吸湿过度而降低浆膜耐磨性的情况。

                                                         表9  浆膜强力与伸度对比

    由表9可知PVA的浆膜强力很大，大大超过了浆膜与纱线的粘附力，造成干分纱困难，在干分纱时易造成浆膜与纱线分离、浆膜撕裂、毛羽增多，而QL—89浆膜强力低，有利于分纱，浆膜完整、毛羽减少，同时理论与实践研究表明，浆膜的强力对纱线的作用并不大，而浆膜的伸度对之却很重要，浆膜的伸度若与所浆纱线的伸度相等或稍大，则非常有利于浆纱质量的提高，QL—89浆膜伸长率大于国内某丙烯，小于PVA，但大大高于纱线在织造时所受拉伸。

3、调浆工艺:

    3．1 调浆配方 

                                                                      表10 调浆配方

3．2调浆方法：

涡流纺纱的无PVA上浆操作简单、省时省汽，节能降耗，特别对于用常压桶的工厂可大大缩短调浆时间，提高生产效率：

高压桶调浆方法：放清水适量，开搅拌器后徐徐投入按工艺配方已备好的各种浆料，搅拌5-10分钟后紧闭桶盖，开汽升温至设定温度110℃，转保温闷浆10分钟，闷浆结束自动报警，输浆至供应桶定积淀粘备用。

常压桶调浆方法：放清水适量，开搅拌器后徐徐投入按工艺配方已备好的各种浆料，搅拌5-10分钟后，开汽升温至95℃以上，开小汽闷浆20分钟左右定积淀粘备用。

3．3选择调浆配方依据：

涡流纱是由平行排列、无捻度的芯纤维和外包纤维两部分组成的双重结构的纱，纱体呈内松外紧状，比较容易上浆。一些工厂在初次浆涡流纺纱时未考虑其纱线结构按照传统调浆工艺配方，结果导致上浆率过高，纱线弹性变差，在干分绞处出现大量断头，甚至开不出车的现象，特别是使用PVA的配方，由于PVA属于被覆性浆料且浆膜强度过高，使得涡流纺纱浆纱后在干分绞处浆膜破裂造成二次毛羽，纱体内纤维滑移，断头增加。

R18.4/T75D  496/350   160cm  2/1斜纹经纱为亲水性纤维素纤维，涡流纱采用渗透性好、耐磨性强的CE高性能变性淀粉配合普通氧化淀粉浆料，既能克服普通淀粉浆“脆而硬”的缺陷和PVA浆的二次毛羽问题，又使得纱线具有较好的耐磨性和弹性，保证纱线的可织性。

T28/T28  274/228  160cm     3/1斜纹经纱为疏水性纤维，环锭纺纱通常要以PVA浆料为主，但如上所述涡流纺纱则不适合，如此必须选用粘结力强、但浆膜强度又不高的浆料，传统的丙烯酸类浆料多为三元共聚，在产品性能上存在明显缺陷，如含固量低、吸湿性大、粘度高，不能作为主浆料使用。而QL-89则优选五种性能互补的单体聚合而成，吸湿性小，粘度低渗透好，其大分子结构中有大量酯基，对疏水性纤维具有较强的粘附性能，经实践用量最高可达到传统丙烯酸类浆料的6倍，此配方中作为主浆料取代PVA浆料配伍优质高性能变性淀粉CE浆料使浆膜强度适中，分绞顺利，完全实现了无PVA 上浆。

4、浆纱工艺与织造效果：

浆纱使用郑纺机产的GA308双浆槽浆纱机，布机为ZAX9100喷气织机

   4.1涡流纺纱上浆要点：

涡流纺纱由于其成纱的结构特点决定了毛羽少，尤其是3mm以上长毛羽近乎为零，纱线的条干均匀度和耐磨性也都优于同规格环锭纺纱，但纱线的强力较环锭纺纱低，因此浆纱时要以增强为主，适当的保伸。由于纱体呈内松外紧状，同其它纺纱形式相比，更容易上浆，浆纱时要考虑浆液含固量、上浆率要较环锭纺偏低掌握，浆纱以浸透为主，兼顾适当的被覆。

4.1.1选择合理的张力

整经时要求张力、排列、卷绕三均匀以保证浆纱退绕时张力均匀，浆纱时为保证浆液对纱线的渗透,喂入张力要偏小掌握,为减少干分绞处断头和撞筘现象,湿区张力和卷绕张力可偏大掌握。

4.1.2 低粘度、重渗透

由于涡流纺纱的纱芯无捻度,选用CE、QL-89这两种渗透性好、粘结力强、粘度低的浆料浆纱以保证上浆质量，浆纱可采用低粘度、中压力、高车速的上浆工艺来保证上浆率。

4.1.3 整经不需穿复分绞

由于选用的浆料浆膜强度适中，浆液粘度又偏小掌握，加上涡流纺纱毛羽偏少，浆纱分绞时不会出现粘并纱现象，这样不仅利于浆纱顺利，而且减少上机回丝，降低用纱成本。

4.1.4粘胶品种减少湿伸长

对于R18.4品种,由于经纱湿强力较低,浆纱在保证上浆率的前提下,尽量缩短浸浆长度。

4.1.5后上蜡

对于T28品种,为增加浆纱的平滑性，提高布机效率，浆纱应采用后上蜡。

4.2 浆纱工艺及效果:

每个品种环锭纺采用传统配方上浆工艺,涡流纺纱采用无PVA上浆工艺对比见表11:

                                           表11   品种一：R18.4/T75D  496/350   160cm  2/1斜纹上浆工艺及效果        

                                            表12   品种二：T28/T28  425/228  160cm       3/1斜纹上浆工艺及效果 

通过对比可以看出：涡流纺纱上浆与环锭纺相比具有更低的含固率与粘度，更大的压浆压力，上浆率降低约20%左右仍然保持良好的织造效果。在对涡流纺上浆过程中，应注意侧重浆液的浸透效果，减少浆液被覆，防止因表面上浆过大产生的断头及撞筘现象的发生。

根据涡流纺纱的结构特点选择与之相适应的调浆配方和浆纱上机工艺，实践证明，这种新型纺纱形式的经纱不仅较环锭纺降低浆纱成本，实现节能环保的无PVA上浆，而且更有利于布机效率的提高。

5、    结论：

5.1 涡流纺是一种高速高产的纺纱方法，具有工艺流程短，占用厂房面积小，用工省，能耗低等优点

5.2 涡流纺纱是一种双重结构纱，具有芯纤维和外包纤维两部分，芯纤维平行排列、无捻度，外包纤维呈规则螺旋包缠在芯纤维表面,结构较紧密。

5.3 涡流纺纱的单纱强力较传统环锭纺纱低，但强力不匀率好，在外观上具有与传统环锭纺纱相似的结构，且纱线毛羽大幅降低，耐磨性能和抗起毛起球性能优良，特别是纯涤纶品种减少因毛羽问题造成的开口不清和断经现象，更有利于提高高速度无梭织机的布机效率。

5.4由于选用的CE和QL-89浆料渗透性好、粘结力强，浆膜强度适中，浆液可采用低粘度、中压力、高车速的上浆工艺来保证上浆率。

5.5 与环锭纺纱相比，涡流纺纱可以采用较低含量固率，上浆率较环锭纺降低，既能保证织造要求，也能有效地降低用浆成本，百米用浆成本有较大幅度降低。。

5.6 选用优质的高性能环保浆料配以合适的上浆工艺在涡流纺纯涤品种上可以完全实现无PVA上浆，不仅降低了浆纱调浆时的能耗，而且降低印染企业退浆成本，满足排污要求，提高纺织企业的核心竞争力。

参考文献：

[1] 田茂，耿静，戴泽桦，许瑾，刁传文，郁崇文，喷气涡流纱与环锭纱及其织物的性能工较，现代纺织技术，2010（05）；0022-03

[2]  吕立斌，杜梅，张敏.涡流纺纱线性能分析[J]，棉纺织技术，2009,37（3）；49-51

[3]  方建洪，吕敦超，涡流纺纱线结构性能与上浆技术特点，全国浆料和浆纱技术2013年会论文集，117-122

[4]王正虎，涤棉品种无PVA上浆的探索，全国浆料和浆纱技术2013年会论文集，58-68

[5] 周永元.纺织浆料学〔M〕.北京:中国纺织出版社,2004:240-247

[6]杨志清.涡流纺纱方法的优势及其发展前景[J]，纺织服装周刊，2008（01）：84