多重變形機理及成紗性能

多重變形可以改變合纖長絲的幾何性狀，進而賦予織物豐滿、膨松、保暖和較好的手感，其機理的成功研發為變形理論產業化提供有利的實驗依據。傳統上，大部分紡織纖維，特別是天然纖維制成的紗線及織物都具有較好的手感和保暖性，這是由于這些纖維所具有的幾何性狀能使紡織品豐滿、膨松、保暖和賦于良好手感。但合纖長絲制成的紡織品卻并不具備以上良好的服用性能，只能通過變形加工來改變幾何性狀，進而滿足應用需要。目前主要的變形加工方法包括假捻變形、空氣變形、填塞箱變形、網絡加工、雙組分變形和異收縮變形等。假捻變形單絲為規則的螺旋線形狀，織物具有較高伸縮性、蓬松性、覆蓋性和保暖性，但手感較差并有極光。

　　空氣變形紗表層沿紗軸向形成許多絲圈絲弧，紗芯呈“辮子”形或“平行”絲束，且尺寸隨機分布，它的織物具有較高的蓬松性、覆蓋性、保暖性和柔和的光澤，但由于其成紗彎曲剛度較高，形成的織物具有粗糙手感和較高的剛度。為了進一步改善變形紗結構性能以及織物手感，多重變形正在不斷的研究和開發中。變形紗成紗形態理想模型多重變形是指兩次和兩次以上連續變形；復合變形指機械變形（包括熱機械變形和流體變形）與物理變形（異收縮變形）相結合；細觀變形介于宏觀變形與微觀變形之間，或者是對每根單絲施加不同的變形和卷曲形狀。多重變形主要包括：假捻變形（熱氣流變形）與網絡加工組合；假捻變形與空氣變形的組合；倍捻與假捻變形的組合。網絡加工及其成紗形態對假捻變形紗進行網絡加工，即利用壓縮空氣通過網絡噴嘴形成網絡結點，因而改變了假捻變形紗的形態結構，同時顯著增強了單絲之間的結合力，改善后可用于針織或梭織加工，而且并不改變織物其他性能和增加后加工的復雜性，加工成本低廉。

　　長絲選用相同原料，紡制相同線密度，共紡制了空氣變形紗、假捻變形紗、假捻變形與空氣變形組合和毛紗四種紗線進行實驗對比發現，假捻變形與空氣變形組合后其成紗形態結構更蓬松，卷曲形態更不規則；空氣變形紗的彎曲剛度、彎曲滯后矩較高，毛紗較低；四種紗的膨松度基本接近；空氣變形紗壓縮回復性較低。美國杜邦公司多重變形示意圖日本帝人多重變形示意圖為了比較各種變形紗的織成物，選用空氣變形紗、空氣變形與假捻變形組合、假捻變形與空氣變形組合和毛紗四種紗線為原料，在相同線密度、相同織物組織結構與織造工藝基礎上對制成物做實驗分析發現，兩種組合變形紗的織物性能與毛織物的性能較接近，表示多重變形紗顯著地改善了成紗形態結構，同時與毛紗類似。但由于須進行兩次變形加工，加工成本較高，推廣應用意義不大。

　　各種變形紗剛度對比各種變形紗壓縮性、膨松性對比倍捻與假捻變形組合可紡制縐效應變形紗，特點是強捻、高殘馀扭矩和膨松性。PET復絲先經倍捻錠子加捻度T1，熱定形后，由假捻器加捻度T2。T1與T2一般為同向，并對T＝T1＋T2進行熱定形，通過假捻器后，退捻T2。因此，加工縐效應變形紗類似于變形紗上迭加捻度并經熱定形。縐效應變形紗殘馀扭矩包括兩部分，殘馀扭矩的一部分為假捻變形產生的，另一部分是倍捻形成的，是以上兩部分迭加而成。而這兩部分迭加，其熱定形的效應是不同的。各種線線的SEM電鏡照片縐效應變形紗加工示意圖。1、倍捻錠子2、復絲3、喂入羅拉4、加熱箱5、假捻器6、輸出羅拉7、卷繞強捻紗變形紗既密實同時呈直線狀，縐效應變形紗既膨松，又呈三維卷曲形態，是比較理想的縐紗形態結構。

　　縐效應變形紗殘馀扭矩高于一般強捻紗殘馀扭矩，且加捻600捻/m的縐效應變形紗殘馀扭矩高于加捻1200捻/m的縐效應變形紗殘馀扭矩。因此，縐效應變形紗具有較高的潛在能，產生較強的縐效應和較高的膨松性。各種變形紗織物的手感評價縐效應紗形態圖加捻紗殘馀扭矩和所加捻度關系縐效應紗殘馀扭矩和所加捻度關系復合紗復合紗一般由異收縮的復絲進行假捻變形加工或空氣變形加工而成。先選用兩組高收縮絲與低收縮絲進行變形加工，然后在松弛狀態熱處理，較高收縮率的絲產生收縮力，而較低收縮率的絲彎曲成卷曲或成圈，這些變形迭加在原有的變形紗上，使變形更加隨機、更無規則。現在發展多組（大于兩組）不同收縮率的絲，所形成卷曲變形無論從形狀上，還是尺寸上更復雜、更隨機。多組不同收縮長絲收縮后的形態結構模型圖復合紗熱處理后結構更膨松、雜亂較低線密度的絲在紗的外層，具有較細、較密的卷曲；較高線密度的絲分布在紗內層，具有較稀、較粗的卷曲，形成半徑方向的變化。

　　根據各單絲性能須設計特種噴絲板，即不同的孔徑、不同的孔數以及有關分布，通過特種的紡絲和拉伸工藝獲得不同的收縮率、不同線密度的絲。不同噴絲孔紡制不同線密度、不同雙折射的POY單絲，低線密度的單絲具有較高的雙折射；相反，具有較低的雙折射；不同線密度的FDY單絲具有不同沸水收縮率，較低線密度具有較低的沸水收縮率，相反具有較高的沸水收縮率。

　　各單絲的強伸曲線FDY各單絲的強伸性能（10次測試平均值）細觀變形紗細觀變形使各單絲變形的概率、卷曲形態不同，目的是仿真天然纖維的性能，如麻節、棉轉曲。同時，紗的總體長度均勻，部分長度不勻。其不均勻表現的形式如粗細節、捻節、網節等等。按不同的“節”，可分為粗細節加工、捻節加工。粗細節加工方面，PET纖維在常規拉伸時，長度上形成不均勻，稱“細頸效應”，但它不容易被控制。粗細加工技術是按產品要求設計，并選用PLC控制。產生“細頸”的加工示意圖產生“捻節”示意圖捻節加工方面，假捻變形加工過程中所控制的工藝參數為拉伸、加捻、加熱、冷卻和退捻。在正常情況下，PET纖維不會被熔化。

　　假如對以上參數作適當調整，同時按照產品的要求可以實現部分“纖維熔化”或部分“纖維未退捻”，則在假捻變形紗上形成部分捻節。王善元教授是東華大學紡織材料研究開發中心主任、國務院學位委員會輕紡評議組召集人、國家博士后管理委員會專家組成員。