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織物起毛起球成因及控制
美国材料试验协会(ASTM)对纤维起球作如下定义:单种纤维或多种纤维制成织物因纤维缠结而在布面形成的小结节或球珠。织物起球的先决条件是布面有松散纤维绒头,而长丝织物一般缺少这种布面绒头,也不易起球。
一、织物起毛起球的基本过程
起毛起球是一个渐变过程,通常表现为三个步骤:起毛-缠结起球-毛球脱落。当织物受到的外界摩擦力大于纤维强力或纤维之间的摩擦力或抱合力时,纤维末梢被拉出形成圈环和绒毛,织物表面因此生成绒毛,此谓起毛;绒毛露出一定长度后,在一定距离间因揉搓摩擦,反复伸长和回缩而纠结成球,生成的毛球并不大,也不形成死结,它的一端在织物的纤维中,并连接于布面,形成球状,此谓起球。当织物继续受到摩擦时,连接毛球的纤维会因反复拉伸弯曲疲劳而断裂,发生毛球脱落,如圖1所示[1]:
二、影响起毛起球的因素
织物起毛起球的原因是多方面的。如果毛球形成的速度大于脱落的速度,则其将堆积在织物表面,任何可使纤维滑向纱线表面的因素都可提高成球速率;反之,如果毛球脱落的速度大于形成的速度,则不易形成毛球堆积的外观。从起球的过程和机理可以看出,织物起球必须满足以下条件:①纤维要有足够的强度、伸长性和耐疲劳性;②纤维要柔软、易于弯曲变形和相互纠缠;③要有足够多和足够长的毛羽(絨毛);④要有产生纠缠的摩擦条件。凡是影响这些条件的因素都将影响织物的起毛起球。毛球的形成主要与以下幾個方面因素有关:
,加捻时纤维不容易伸展,摩擦过程中纤维容易松动滑移,,纤维卷曲性越好,越易起球.。
在生产中发现,在一定的工艺条件下,原棉的成熟度越高,纤维长度越长、整齐度越高,成纱毛羽越少。原棉成熟度高,棉纤维的强力好,纤维相对来说粗细均匀,长度较长,纱线单位长度内纤维数减少,纤维头减少,而且,长细纤维易受加捻扭矩和纤维间摩擦力的作用而使可能伸出纱体的纤维头长度减短。所以,纱体光滑,毛羽较少。
(1)梳理工序,棉条中短绒含量越高,越容易产生毛羽。当一般原棉的短绒排除率在5%以下时,成纱毛羽数量较多;短绒排除率在5%以上时,成纱的毛羽将会减少。在精梳落棉中排除了棉条中大量的短纤维,提高了纤维伸直平行度,所以成纱毛羽会减少。
(2)并粗工序,经二道并条的成纱毛羽比经一道并条的成纱毛羽少。经二道并条的棉须条中纤维的伸直平行度改善,有利于减少毛羽。采用头并大、二并小的并条后区牵伸,也有利于纤维伸直。二道并条采用集中前区牵伸工艺则有利于减少纤维弯钩。
(3)粗纱条的表面不光洁,可以在细纱加工中导致毛羽增多,所以,粗纱工序适当加大捻系数对减少棉纱毛羽有利。另外,粗纱车上的棉条通道不光洁也会造成纱线的毛羽增多。
(1)细纱是纺纱的关键工序,其纺专器材的优劣对成纱毛羽影响较大。主要表现为:①钢领直径不精确,圆整度、平整度不良,或有波纹、毛刺、凹凸不平与不光洁,钢领板不平或走动变形,上下运动不垂直,会造成纺纱张力的起伏波动与摩擦效应增加,导致纱线毛羽增加;②钢丝圈与钢领配合不良、嵌花,会造成纱线毛羽显著增加;③导纱钩起槽,对纱条的摩擦会使毛羽增加;④胶辊胶圈硬度过大,静电集聚,会导致缠绕严重,出现毛羽;⑤锭子对锭尖中心不准,造成纺纱张力波动而使纱线毛羽数量增加。
(2)气圈环位置低时,气圈直径增大,纺纱张力大,纺纱气圈张力激增,与纺纱部件的摩擦、碰撞加剧,毛羽增加。
(3)细纱集合器能收拢纱条边缘纤维,使纱条结构紧密、光滑,从而减少毛羽,但若集合器的开口过小,则会使棉须条变毛糙,增加棉纱毛羽。
(4)纱线对导纱钩的包围弧过大,会影响加捻的传递,纺纱段捻度减小,毛羽会增加。
(5)细纱锭速和车间温湿度条件也是影响毛羽的重要因素。成纱毛羽数随细纱锭速呈正比例增加,由于锭子的高速转动,使纤维产生离心力,致使纱体的纤维一端被甩出而形成毛羽。细纱车间的相对湿度低于50%时,成纱毛羽也会急剧增加。
(6)细纱机加捻部分的工艺条件与设备状态不良,纱线受到刮擦,会损伤纱线结构,使毛羽增加。加捻过程中,因为经牵伸后从前罗拉钳口输出的纤维有一定的宽度,形成一个三角区,在这个三角区内,纤维丛几乎失控,尤其两边的纤维在脱离加捻之前有可能形成飞花,也有可能一端卷入纱体,另一端漏在外面而形成毛羽。纤维丛被加捻成纱离开加捻三角区后,纱线受导纱钩、隔纱板、纱管和钢丝圈的摩擦,使一些原本卷入纱体的纤维被刮、擦、拉、扯而露出纱体,或一些纱线表层纤维被擦断浮出纱体,形成毛羽。
络筒加工除了改变棉纱的卷装形式和质量外,还可以切除粗节、弱节等纱疵。但是,络筒工艺的不良却会导致纱线最终毛羽增加。
络纱通道包括张力架S板、瓷柱、清纱器检测头、导纱管套、张力器,这些元件一旦出现毛刺、凹槽、破损,接触纱处表面不光洁时,棉纱在运动过程中就会受到较大的摩擦,并产生静电,
导致棉纱毛羽增加。在正常情况下,张力器是平衡转动的,如果张力器内弹簧弹性发生改变,纱线就会处于不正常的张力状态。如果张力过大,棉纱受到的摩擦变大,纱线毛羽增加。
正常的自停装置自停箱油量充足,纱线断头时筒纱立即跳起,脱离高速旋转的槽筒,否则,筒纱不立即跳起,不能脱离槽筒,而与高速运转的槽筒保持不变位置的摩擦,严重损伤纱线,使毛羽增加。如果自停箱缺油,筒纱启动之前,在下降过程中速度过快,和槽筒接触的冲击力过猛,摩擦力加大,棉纱受到损伤,毛羽数量增加。
、筒锭和槽筒的配合
若筒锭角度产生偏差,即宝塔管和槽筒角度不对,两者不密接,宝塔管的大头或小头和槽筒有较大缝隙,筒纱在运动中就会产生跳动。当宝塔管的孔大或锭管压簧失效时,两者之间的配合不密接,络纱过程中,筒纱和槽筒之间就会产生纵向滑移。筒纱的跳动与滑移,都会导致筒纱的局部加重摩擦,棉纱毛羽会显著增加。
(1)车速越高,纱线与槽筒之间的摩擦力越大,纱线受损伤也越大,毛羽数增加;
(2)张力刻度过大,络纱张力大,纱线与络纱通道各部件的摩擦力增大,棉纱毛羽变长、增多;
(3)预清纱隔距过小,纱线因与清纱板摩擦而受到损伤,毛羽增加;
(4)气圈破裂环的位置过高,导纱距离偏大,分别会造成纱线与络纱部件、纱线与管纱之间摩擦力的增大,毛羽量相应增加;
(5)筒纱卷装量对棉纱毛羽也存在一定的影响,若卷装过大,筒子重量大,筒子与槽筒摩擦力大,纱线受损伤大,棉纱毛羽量就会增加。
织物的纱线紧密度、表面平整度和组织结构等也是影响织物起毛起球性能的重要因素。,不易产生毛绒,已经产生的毛绒又由于纤维之间的摩擦阻力较大,而不易滑到织物表面上来,,结构比较疏松,,而降低了纤维从纱线中滑出的几率,因而抗起毛起球性能相对较好;斜纹机织物在同样的纱线线密度和纱线捻度情况下,抗起毛起球性能要逊于平纹织物;缎纹和提花织物则更差一些。
表面比较平整光洁的织物与表面粗糙的织物相比,其抗起毛起球性能相对要好些。因此,胖花织物、普通花色织物、罗纹织物、平针织物的抗起毛起球性是逐渐增加的.
纬编织物较经编织物易于起球;粗针距织物比细针距织物、平纹织物比罗纹织物、胖花织物比普通提花织物容易起球,其原因与织物结构紧密度的大小、。
喷气纺所得纱线的抗起毛起球性能优于环锭纺。采用环锭纺纱工艺时,较长的纤维倾向于集中在纱线中间,而较短的纤维则分布在外侧,从而容易导致起球;而气流纺的纱线则比环锭纺的纱线更易起球。
纱线或织物经染色及整理后,其抗起毛起球性会发生较大变化,这与染料、助剂、染整工艺条件有关。绞纱染色的纱线比散毛染色或毛条染色的纱线更易起球;成衣染色的衣物比色织的衣物易起球。后整理工艺对织物抗起毛起球性的影响十分显著,特别是经树脂整理后,其抗毛起球性会明显改善。短纤纱织物经过烧毛,长丝合纤织物经过热定形都可减轻起毛起球倾向,前者是由于自由纤维端减少,后者则是由于纤维的超分子结构及其性能发生变化所致。在织物的抗起毛起球整理工艺中,抗起毛起球助剂的浓度、柔软剂浓度、焙烘温度、焙烘时间四个因子都很重要。选择最佳整理工艺条件,不但可以提高织物的抗起毛起球性能,同时也能改善织物的其它性能。
三、控制措施
防起毛起球的方法较多,染色前、染色中的方法有如改变纤维的结构、成分与性能,改变纱线的纺纱工艺及织物结构,改变染整工艺等。一些合成纤维的纯纺或混纺针织物(如涤棉针织物)表面容易起毛起球,主要是因为合成纤维纤维间抱合力小,纤维的强伸度高,弹性也好,特别是耐疲劳与耐磨性好,故纤维端容易滑出织物表面,一旦在表面形成小球后,又不易很快脱落。据资料介绍,减少混纺针织物起球的方法主要有[5]:(1)对合成纤维采用变性的方法,使纤维的疲劳耐久度降低,使之产生的毛茸容易从织物表面脱落,不致于形成毛球。现在许多化纤厂开发的抗起球涤纶、***纶等就是采用的这种机理。(2)采取三角形或多边形等异形截面的纤维来减少起球,还可以调节合成纤维的卷曲数或成纱捻度来降低起球数。(3)采用特殊的后整理处理,经过助剂的作用改善织物的起球性。上述几种方法,或方法繁琐、成本高,或效果不显著,实际运作中并不多用。在生产实践中,应用比较多的是选用喷气纱或涡流纱,再配之以合适的工艺,达到抗起球的效果。
 合理选配原料
原料选配时,应按照成纱毛羽的要求,控制好纤维的长度、细度、整齐度及短绒率,为减少毛羽创造良好的条件。另外,原料选配时,还应注意化纤的油剂含量以及原棉的含糖量情况,因为油剂含量少,纺化纤时,易产生静电,引起须条发毛:油剂含量过多,原棉含糖量过高,都会造成通道粘附纤维现象严重,使梳棉、并条工序半制品发毛,毛羽增加.
 提高纤维平行伸直度
前纺各工序应以减少纤维的损伤,多排除短绒,提高纤维的伸直度为重点,确保半制品均匀、光洁、不发毛,为减少细纱毛羽打下基础。
(1) 清花工序:其重点是减少纤维的损伤,贯彻“多松少打”的工艺原则,所以清花工序应先自由打击,后握特打击以梳代打,减少纤维的损伤,可用梳针、锯齿等打手来替代原先的刀片打手,适当减慢打击机件的速度等。
(2)梳棉工序:应以减少纤维的损伤,多排短绒为主。常采用“紧隔距、强分梳”的工艺配置,适当降低刺辊转速,选择合适的给棉分梳工艺长度以减少对纤维的损伤;适当增加盖板速度,以增加对短绒的排除;增大锡林与刺辊的速比,提高纤维的转移率,改善纤维的转移状态,减少弯钩纤维的形成,以减少下道工序短绒的增加;完善吸尘装置,以利排除短绒。
(3)精梳工序:应加强对短绒的排除,合理控制精梳落棉率是一项重要措施。
(4)并条工序:重点是优化牵伸工艺,提高纤维的伸直度。具体讲,在普梳纺纱系统中,采用头后区牵伸大、二并后区牵伸小的牵伸工艺有利于纤维伸直,减少弯钩纤维改善粗纱结构,降低成纱毛羽。
(5)粗纱工序:适当增加粗纱捻系数,减小后区牵伸倍数,放大后区罗拉中心距,放大后区牵伸倍数,可降低后牵伸区纤维的扩散程度,并可提高进入前牵伸区的须条紧密度。粗纱前皮辊前冲3mm,以加强对粗纱加捻三角区纤维的控制,使粗纱的纱身光洁。合理选择喇叭口口径及集棉器开口大小,一般偏小掌握。
防止纤维的扩散,减少毛羽发生率适当选择各牵伸区的工艺参数,如罗拉隔距、牵伸倍数、捻系数等,对减少毛羽非常重要。
(1)细纱后牵伸工艺:适当提高粗纱捻系数,减少后区牵伸倍数,放大后区罗拉中心距,可加强对牵伸区纤维的聚合作用,降低后牵伸区纤维的扩散程度,并可提高进入前牵伸区的须条紧密度,有利于减少细纱毛羽。
(2)细纱捻系数:适当加大细纱捻纱数,有利于减少毛羽。这与毛羽的成因有关。所以捻系数的选择主要取决于最终产品对细纱品质的要求,在兼顾细纱品质和细纱生产效率时,适当增加细纱捻系数,有利于减少细纱毛羽。
(3) 纺纱加捻三角区的控制:纺纱三角区是产生毛羽的重要部位,减少或取消纺纱加捻三角区可以减少和控制细纱毛羽: ,减小了纤维在前罗拉上的包围弧,可减小加捻三角区,有利于减少细纱毛羽,胶辊前移过大,会影响牵伸效果,也会影响前罗拉加压的有效压力,故一般前移量应控制在2mm~3mm,包围角以17°~25°为宜。,但采用集棉器时,必须加强运转操作管理,否则使用不当会增加纱疵,开口过小会影响细纱条干。,可以增加钳口握持面积,缩小加捻三角区,加强与罗拉的啮合减少滑溜,有效地控制纤维的运动,减少浮游纤维头端伸出须条的机率,有利于减少细纱毛羽。。导纱钩孔径适当减少,可以减少毛羽。,可有效控制细纱毛羽,因为紧密纺技术原理实质上是对细纱机前罗拉输出外的纤维进行最大限度集聚,即利用附加装置(如负压等)缩小前罗拉钳口输出的须条宽度,降低三角区长度,力图消除纺纱三角区,达到减少毛羽和飞花之目的。
细纱锭速对棉纱毛羽有较大影响,在纺纱号数和配棉工艺一定的情况下,棉纱毛羽数随锭速增加几乎成正比例增加。因此,在实际生产中,应合理选择细纱锭速,妥善处理细纱产量与质量的矛盾,使企业的产品质量与产量处于最优化状态。
、钢丝圈减少细纱毛羽
钢领钢丝圈的配合及各自的状态,如钢丝圈的圈形、截面、形状、重量、使用寿命以及钢领的直径、衰退等都对毛羽有极大的影响,必须加强专件管理,合理选择与搭配。选择钢丝圈截面形状要从减少纱线与钢丝圈的摩擦和钢丝圈运转平稳两个角度综合考虑。动摩擦系数小,可减少成纱毛羽;但动摩擦系数过小,钢丝圈运转不平稳
,气圈控制不住,一方面增加断头,另一方面毛羽也会增多。钢丝圈圈形大,纱线通道的空间大,轧纱情况减少,运转平稳,有利于减少毛羽。
钢丝圈使用过久,也会因磨损、烧损而刮纱,致使毛羽增加;钢领衰退同样会因气圈变化较大而使毛羽增多。一般在一个调换周期内钢丝圈与钢领之间存在着磨合期、稳定期和衰退期。钢丝圈在磨合期、衰退期与钢领之间配合状况差,运行不平稳,纺纱张力波动大,钢丝圈对纱线的摩擦力也大,所以细纱毛羽多。特别是钢丝圈磨损严重时,易产生通道交叉,纱线会被磨损的缺口处刮毛产生较多的毛羽。因此,在运转中必须重视对不同品种、不同型号钢丝圈使用周期的摸索,制定合理的调换周期,并按要求更换,如果超期使用就会产生大量毛羽,因此需合理确定钢领、钢丝圈使用周期。
钢领直径对细纱毛羽也有一定的影响。当锭速不变,钢领直径增大,钢丝圈线速增加,纱线张力增大,气圈纱段所受空气阻力和离心力也较大,使细纱毛羽增加。
络筒速度和槽筒的表面状况、张力盘重量、导纱距离、破裂环高度等各项络筒工艺及设备类型对纱线毛羽有直接和较大的影响。
不论是1332M型络筒机,还是自动络筒机随络纱速度增加,纱线毛羽总体呈增加趋势,速度增加到一定程度,由于络纱张力波动随之稳定,使纱线与各部件的碰撞机会少,程度相对减轻,故筒纱毛羽反而有所下降。因此,为减少络纱毛羽,应尽可能选择适当低的络纱速度。-II型自络机为例,试验结果如表2:
表2  络纱速度与毛羽的关系
络纱速度
m/mm
T/JC65/35 
2mm毛羽·
X/根(10m)-1
3mm毛羽
X/根(10m)-1
2mm毛羽
X/根(10m)-1
3mm毛羽
X/根(10m)-1
2mm毛羽
X/根(10m)-1
3mm毛羽
X/根(1Om)-1
800
900
1000
1100
1200
络筒张力的大小直接表现为纱线与络纱通道各部件摩擦强度的强弱,与毛羽增加数存在着正相关的关系。因此,在保证筒子成形良好的情况下,合理选择张力刻度,控制络纱张力,有利于减少棉纱毛羽。络简线速度偏低掌握,可大量减少毛羽。线速度越高,毛羽增加越多,一般普通络简机线速度掌握在500dmin以下,自动络筒机线速度掌握在1000r/min以下为宜。络筒张力要适当,在满足成形要求的前提下,偏小掌握为好。
、温湿度及运转操作管理
(1)从清花至络简工序,所有的纺纱通道不能有挂花、粘花现象,牵伸部位、圈条部位及棉条棉筒等要定期擦洗。
(2)加强运转操作管理。、成品的搬运储存过程中,应采取防护措施:如棉卷包布,条子盖布,粗纱筒纱套塑料袋等,改进管纱及筒纱的运输方式,力求做到在搬运储存过程中减少对纱线的损伤及摩擦
;,规范操作行为:严禁打高条现象,避免条子和粗纱在储存和运输过程中造成发毛、挂毛;、机台、地面的清洁周期与方法不可疏忽,应严格执行清洁操作规程,特别是机台通道的清洁工作要加强,防止飞花集聚在车顶板及粗纱架上的粗纱表面,在做机台清洁工作时严禁拍打,造成飞花转移,更不能用毛刷拍打纺纱段,减少飞花附入等,防止人为产生毛羽;,应加强生产调度管理。本着“先做先用”原则,合理安排在制品的储备量,一来降低成本,二来减少外来飞花附入等,减少成纱毛羽。细纱工序要注意品种和机台的合理安排,尽可能避免支数悬殊过大的品种之间进行翻改。因为低支纱向高支纱翻改时,若不换钢领,由于钢领在纺低支纱时跑道已磨损严重,对纺高支纱极为不利,毛羽会大量产生。
(3)合理确定钢领、钢丝圈的更换周期。若钢领衰退,即使加重钢丝圈也无法控制气圈,致使气圈不稳定而产生较多毛羽;若钢丝圈磨损严重易产生通道交叉,纱线被刮断。
(4)加强车间温湿度管理。车间温湿度合适与否对纱线毛羽的影响很大,空调工作要贯彻执行“清钢放湿,精并粗吸湿,细纱放湿,络整吸湿”的原则。精梳、并条、粗纱三个工序相对湿度控制在60%~70%,细纱工序相对湿度控制在55%~65%,络整工序相对湿度控制在60%~70%的范围内,温度一般控制在20℃~32℃之间,27℃左右生产效果最佳。车间温度过高,相对湿度低于45%时纱线毛羽明显增加。
纤维改性包括分子结构改性、超分子结构改性和纤维形态物理改性等三种方法。
(1)分子结构改性
常规涤纶由于具有规整的分子结构而表现出结晶度、取向度、初始模量和强力均较高等超分子结构特性。良好的耐弯曲疲劳、耐扭转疲劳和耐磨性,不仅使常规涤纶容易起球,而且起球后不易脱落。通过在聚酯缩合过程中加入第三单体(3,5-间苯二甲酸二甲酯磺酸钠,SIPM),不仅可以制得具有阳离子染料可染功能的CDP纤维,而且可以显著改善纤维的抗起毛起球性能。第三单体SIPM的引入,打破了常规涤纶规整的超分子结构,可以使其从高强低伸型向中强中伸型转变,甚至向低强高伸型转变。初始模量和强力的降低,可以有效地改善织物的起球性能。如果在CDP的基础上继续加入第四单体———聚乙二醇,则可制得常压沸染的阳离子染料可染ECDP纤维,其抗起毛起球性能会进一步改善,但改性后耐热性会有所降低[3]。
(2)超分子结构改性
纤维的超分子结构与其起毛起球性能直接相关。合成纤维的超分子结构除了与高分子结构有关之外,还与其纺丝成型的加工与处理过程有关。通过改变纺丝和加工工艺,可以获得具有不同超分子结构的纤维。结晶度、晶粒大小、取向度等超分子结构重要参数的改变,会显著影响纤维的机械物理性能,从而影响纤维的抗起毛起球性能。
(3)纤维形态的改性
常规合成纤维的圆形截面和光滑表面,会使纤维间的抱合力降低。高纤维强力和低抱合力导致增加纤维从纱线和织物表面滑出的几率,一旦因摩擦而在织物表面形成的小球不易脱落,将造成严重的起毛起球外观。采用异形喷丝板纺丝制得的异形截面纤维,不仅可以获得理想的织物外观效果,而且由于抱合力较强,减少了纤维滑出纱线或织物的几率,从而改善织物的起毛起球性能。类似的方法还有很多,如增加纤维的卷曲度、调整纤维的纤度等。