东华大学纺织学院 王善元 党敏 张海霞 节选自《氨纶纱加工、性能研究的现状与发展》
1氨纶弹力纱线的纺纱原理与主要性能
1．1 氨纶弹力纱线的类型及其特点
目前应用最为广泛的氨纶弹力纱线主要有3种形式：包芯纱、包覆纱和合捻线。3种弹力纱线都是氨纶丝的深加工产品，其不同的加工原理形成了不同的纱线风格。
1．1．1氨纶包芯纱
是以氨纶丝为纱芯，外包一种或几种非弹力的短纤维纺成的纱线。氨纶包芯纱可获得良好的手感与外观，以天然纤维为外包纤维的纱线吸湿性好，可根据产品的用途选择不同的弹性值。氨纶包芯纱与其它弹力纱线相比的显著特点是纱线在拉伸状态下芯丝不外露，因此染色效果好，宜做包括深色在内的各种颜色的产品。与其它类型的弹力纱线相比，包芯纱强力较低，一般单纱强力只相当于同规格外包纤维单独成纱的80％～90％。
1．1．2氨纶包覆纱
是以氨纶丝为芯，无弹性的长丝或短纤维纱线按螺旋形的方式对伸长状态的氨纶丝予以包覆而形成的弹力纱。氨纶包覆纱是在具有空心锭子的专用设备上加工的，全机分为弹力纱芯喂给、拉伸包覆和松弛卷取等3部分。包覆纱与其它弹力纱线的最明显区别之一是芯丝无捻度。包覆纱中氨纶丝与外包层之间的芯鞘关系明显，芯丝与外包层之间的抱合程度明显低于包芯纱和合捻线，因此其弹性高于后两者。包覆纱在张紧状态下有露芯现象，因此不宜做深色产品。包覆纱的手感较包芯纱硬，其强力是外包层长丝或纱线的强力，因此比同规格包芯纱的强力高。包覆纱为松弛卷绕，根据不同的用途其卷取率一般为60％～95％，这一点有别于包芯纱和合捻线，对织造工艺参数的影响较大。
1．1．3氨纶合捻线(又称合股线)
将氨纶边拉伸边与其它无弹性的两根纱并合加捻而成，一般在加装了特殊喂纱装置的环锭捻线机上生产。氨纶丝能与各种纱线或长丝配合生产弹力合捻线，并适合小批量多品种生产，甚至一台捻线机可同时加工几个品种。在张紧状态下，氨纶丝与其它纱之间是互相捻绕的关系，因此纱线在张紧状态下氨纶丝外露，染色时易造成色花色差，不宜做深色产品。氨纶合捻线的强力等于与之配合的非弹力纱线的强力，因此较同规格氨纶包芯纱的强力高。氨纶合捻线中氨纶丝与其它非弹力纱线之间的抱合程度低于氨纶包芯纱，体现为氨纶丝的回缩程度高于包芯纱，因此合捻线的弹性高于包芯纱。
1。2 氨纶包芯纱的纺纱原理
1．2．1环锭纺氨纶包芯纱
氨纶包芯纱可采用环锭纺、转杯纺、赛络纺、涡流纺、静电纺等方法纺制，使用最广泛的是环锭纺，其纺纱原理如图2所示。
在环锭细纱机上除原有的牵伸机构之外，再加装一套氨纶丝喂入机构和预牵伸机构，采用积极方式控制牵伸量。短纤维须条和氨纶丝分别经过牵伸后，同时从细纱机的前钳口喂入并合，经过导纱钩，再经过钢领、钢丝圈的加捻卷绕作用形成氨纶包芯纱，最后再经过汽蒸定捻和络筒。氨纶包芯纱的工艺流程概括为：
一般棉／氨纶包芯纱以60～80℃、15～20 min进行两次真空汽蒸定形为宜，毛／氨纶包芯纱以80℃、40 min的定形条件为宜。
1．2．2转杯纺氨纶包芯纱
转杯纺纺制氨纶包芯纱的纺纱原理如图3所示，
将转杯轴中心开孔，氨纶丝经由转杯轴中孔进入转杯，通过调整氨纶丝的张力来生产包芯纱。
1．2．3赛络纺氨纶包芯纱
在细纱机上加装适当装置后可纺制赛络纺弹性包芯纱。这种纱除了具有赛络纺纱和氨纶包芯纱的优点之外，还可避免包芯纱生产过程中由于工艺缺陷或设备状态不良等造成的露芯、空鞘等特有纱疵。所纺制的纱线芯丝包覆效果好，毛羽少，外表光滑，耐磨性能好，成纱质量高。
赛络纺的纺纱原理如图4所示，
两根平行的粗纱进入牵伸区后，经分别牵伸后从细纱机前罗拉钳口处出来汇合，锭子和钢丝圈的回转给纱线加捻，捻度自下而上地传递直至前罗拉握持处。在汇集点上方的两根单纱捻向和下方股线捻向相同，但捻度上少下多。
纺制赛络纺包芯纱时，氨纶长丝在芯丝退绕装置控制下，通过与前罗拉的速度差给予芯丝一定的预牵伸倍数，经过导丝轮从前罗拉喂入；两根粗纱通过一定隔距的粗纱喂入器从后罗拉喂入，经一定倍数的牵伸后在前罗拉出口处与氨纶芯丝捻合，从而形成具有一定弹性的赛络纺氨纶包芯纱。在此过程中，前罗拉出口处氨纶芯丝与两根经牵伸过的粗纱捻合时要控制好芯丝位置，使其位于纱芯正中，不致产生露芯和空鞘等纱疵。
1．3氨纶包芯纱的力学性能
氨纶包芯纱的力学性能(包括强力、伸长和弹性)是影响弹力织物的重要基础，分析影响包芯纱强力、弹性的因素，对包芯纱和弹力织物的原料选择、设计、生产，以及理解弹力纱线和织物的变形机理等均有参考意义。
1．3．1氨纶包芯纱的拉伸性能
氨纶包芯纱的拉伸曲线均为上凹曲线(图5)，
是单调增函数，曲线上各点的导数(曲线上各点切线的斜率)也为增函数。拉伸曲线上存在斜率等于l的特殊点，这一点左边的曲线，即拉伸曲线的低应力部分和氨纶丝的拉伸曲线相近；而右边的曲线，即拉伸曲线的高应力部分和外包纤维成纱的拉伸曲线相近。这说明氨纶包芯纱低张力拉伸时主要是芯丝起作用，而高张力拉伸时是外包纤维起作用。该点所对应的应力范围和该种纱的纺纱张力范围一致，据测定在20～40 cN内，具体与纱线线密度有关。另外，高应力段所对应的伸长率(对棉包芯纱的各种试样，一般在7％～9％之间)不超过10％，与普通棉纱的断裂伸长率一致。而低应力段的伸长率则大得多，而且各试样之间的差异也大。在拉伸过程中弹性纱所表现出的弹性，实际是低张力段所对应的变形能力，而在弹力服装中所利用的也正是这部分的弹性。
因此，可以把弹力纱的拉伸过程分为两个阶段，即低应力高伸长段和高应力低伸长段。两段的分界点所对应的拉力范围和纺纱张力的大小范围非常一致。要使弹力织物具有较大的伸缩能力，弹力纱在其中所表现出的弹性一定位于低应力段，因此研究比较弹力包芯纱的弹性性能，主要应该研究的是其低应力段的力学性能。
1.3．2氨纶包芯纱的弹性
弹性织物对氨纶包芯纱的性能有一定的要求，除了普通纱线所要求的如强力、条干均匀度、结杂、纱疵等指标外，对弹性性能和包覆效果等影响到弹性织物主要特征和布面质量的指标，也有相应要求。考核弹力包芯纱的弹性，通常包含以下几方面的内容：最大弹性伸长率；多次和单次拉伸弹性伸长率与残留塑性变形率；弹性伸长率的不匀率。
氨纶包芯纱的弹性主要取决于氨纶丝的细度、预牵伸倍数和氨纶丝的含量。氨纶丝越粗其弹性越大，目前氨纶包芯纱生产上应用最多的氨纶丝细度主要有44、77和155 dtex等3种，其它的多用来纺包覆纱。其中44 dtex氨纶丝适纺低弹纱，可织内衣、游泳衣等；77 dtex氨纶丝适纺中弹纱，可织牛仔布、袜子、衬衣等；155 dtex氨纶丝适纺高弹纱，可织腰带、弹性连接部分等。
氨纶丝的预牵伸至关重要，它不仅直接影响弹性，还影响成本。氨纶丝预牵伸倍数过低时不能充分发挥氨纶的潜在弹性，则所需氨纶含量高，成纱强力低，成本增加。而氨纶丝预牵伸倍数过高时，则容易引起断头，使纺纱困难。氨纶丝的预牵伸倍数一般在3～5倍内。不同规格的氨纶丝预牵伸倍数不同，44 dtex氨纶丝预牵伸倍数一般为3～4倍；77 dtex氨纶丝一般为3．5～4．5倍；155 dtex氨纶丝一般为4～5倍。
氨纶丝含量高，则纱的弹性大。但由于氨纶丝比较昂贵，并且氨纶丝含量高会影响成纱强力，所以在保证弹力及织物性能的情况下，必须严格控制其含量以降低成本，并保证成纱强力。根据纱线规格和用途，氨纶丝含量一般控制在3％～15％范围内较好，普通氨纶弹力包芯纱中氨纶丝的含量一般不超过10％。
1．4氨纶包芯纱的包覆效果、特有纱疵和消除措施
1．4．1氨纶包芯纱的包覆效果和特有纱疵
氨纶包芯纱的包覆效果是指它的外包纤维是否均匀、连续地分布在芯丝的周围。如果包覆不匀，尤其是露芯，产品将在染整工序中产生质量疵点。氨纶包芯纱包覆不良产生的特有纱疵主要有空芯、露芯、空鞘、麻花纱和弹性不均匀等。
空芯纱疵的成因主要有以下几个方面：首先，当氨纶丝断头后，外层纤维不断，继续纺纱，挡车工未发现或未及时发现，重新接头后无芯纱没有剔除或剔除不彻底，从而形成较长片段或短片段空芯纱。另外，由于钢领与钢丝圈配置不当或使用周期过长，钢丝圈发热或钢丝圈上磨出利刃，把氨纶丝割断，氨纶丝回缩就形成短片段空芯。特别是包覆效果不良时，外层短纤维不能把氨纶丝完全包住或形成麻花纱的情况下，更易发生这种情况，而日．这种空芯往往是密集地连续出现，整段纱线几乎失去弹性。
露芯和麻花纱是由于外包纤维对芯丝包覆不足所致。主要原因是工艺配置不当，如氨纶丝规格或氨纶丝牵伸倍数选择不当，芯丝含量偏高；氨纶丝与短纤维须条的相对位置不当；导丝器形式设计不合理或导丝器位置安装调节不适当等。另外，纺纱过程中由于各种原因断头，重新接头时如果接头技巧掌握不好，使氨纶丝尾端暴露于纱体之外而形成“裸芯尾巴”。
产生空鞘的原因是由于外包覆的粗纱须条在牵伸部位断头，或者虽然及时补充，但须条吸入到集棉管，而剩下无包覆的芯丝。这一段纱的弹性大于正常包芯纱，这种缺陷在纺制低线密度纱或芯丝较粗时容易发
