于学智，张明光，曹继鹏，张 月，王晓燕
(辽东学院 服装与纺织学院，辽宁 丹东 118003)
加捻是将纤维束、长丝或单纱聚集在一起的工艺过程，对纱线结构、物理性能有直接影响。捻度是纱线产品的固有质量特性，影响着成纱的外观和性能，从根本上影响着织物的最终性能[1-2]，一直受到业内专业技术人员的关注。例如：吴宁等[3]通过三维轮廓分析法对缝合线的表面形貌进行表征,针对不同捻度石英纤维缝合线的轮廓形貌结构对其磨损行为的影响进行了探究；
倪洁等[4]探索了不同规格的粘胶单纱反向加捻为双股线时，捻系数比对股线性能的影响；
文献[5-6]分别就捻度对新型环锭纺纱、聚酰亚胺纳米纤维纱线性能的影响进行了研究；
文献[7-8]则主要讨论了捻度对织物性能的影响。
上述研究主要集中在捻度对纱线和织物性能的影响，而准确测试捻度是保证其整体质量的重要基础。文献[9-10]对纱线捻度常用的测试方法和测试参数进行了分析对比，探讨如何充分发挥各自特点，保证捻度测试的准确性和可靠性，减少测试的不确定性。武银飞等[11]采用数字图像处理技术采集单根股线彩色图像，实现了股线捻度的自动识别，但未涉及对单纱捻度的自动识别，该方法存在一定的局限性。此外，钟智丽等[12]采用主成分分析法对所纺制的聚丙烯长丝/芳纶包缠纱捻度进行优化，得出最优捻度；
Chattopadhyay等[13]采用混合实验设计分析法对所纺制棉纤维与聚乳酸纤维混纺纱的混纺比和捻度进行优化组合，确定出最优的参数组合方案。上述研究均未探讨捻度与锦纶/棉混纺纱质量指标的关系，且大都采用主成分分析法和混合实验设计分析法等，使用拟合回归分析法来分析捻度与纱线多个质量指标关系的研究鲜有报道。
为此，本文纺制了16种不同捻度的锦纶/棉混纺纱，通过SPSS软件对其强伸性能、条干及毛羽指标与捻度的关系进行拟合回归分析，并且建立了回归预测模型，以期为锦纶/棉混纺纱生产中捻度设计和快速调整提供参考。
1.1 试样制备
采用传统环锭纺纺制线密度为27.9 tex，混纺比为50:50的锦纶/棉混纺纱。其中：线密度为1.67 dtex×38 mm的锦纶66由辽阳市顺兴化工有限公司生产；
线密度为1.64 dtex的棉纤维229由新疆沃普农业发展有限公司生产。在FA506细纱机上通过改变捻度齿轮设置16档捻度，在其它工艺参数和纺纱流程相同的条件下纺制了16种锦纶/棉混纺纱，每种样品纺出10个纱管，作为测试试样。具体工艺流程：在清梳工序采用微型清梳联联合机组，锦纶和棉各自独立加工成生条，在并条工序采用三道混并工艺，再经过粗纱、细纱加工工序。
1.2 主要纺纱工艺参数
1)原料预处理。锦纶吸湿性能较差，纤维间不易抱合，易产生静电绕皮辊、罗拉，加工困难，纺纱前需在温度为27 ℃，相对湿度为70%～75%的环境中放置48～72 h，以改善其吸湿导电性能，提高锦纶的可纺性。
2)清梳联。锦纶/棉采用棉条进行混纺，清梳工序各自独立加工。采用FA203C型梳棉机，在梳理过程中，锦纶以 “轻分梳”为原则，棉条和锦纶条的生条定量均为23.5 g/(5 m)，锡林转速为310 r/min，刺辊转速为760 r/min，出条速度为120 m/min，生条长片段不匀率应小于4%。
3)并条。采用FA306A型并条机，条子并合根数为6；
采用三道混并工艺，头道混并总牵伸倍数为5.7，二道混并为7.1倍，三道混并为5.7倍；
前牵伸区罗拉中心距为53 mm，后牵伸区为55 mm；
头道混并条子定量为24.7 g/(5 m)，二道为20.9 g/(5 m)，三道为22 g/(5 m)；
出条速度为200 m/min。
4)粗纱。采用FA494型悬锭式粗纱机，锦纶/棉粗纱定量为7.63 g/(10 m)；
总牵伸倍数为5.77；
集束罗拉与前罗拉间中心距为40 mm，前罗拉与中罗拉间为59 mm，中罗拉与后罗拉间为64 mm；
罗拉输出速度为282 r/min;粗纱捻系数为75。
5)细纱。采用FA506型细纱机，锦纶/棉细纱定量为2.61 g/(100 m)；
总牵伸倍数为29.27；
前牵伸区罗拉中心距为49 mm，后牵伸区为55 mm。
1.3 性能测试
对所纺锦纶/棉混纺纱强力、条干、毛羽质量指标进行测试，测试环境温度为(20±2)℃，相对湿度为(65±4)%。
采用温州市大荣纺织仪器有限公司的YG(B)021DX型单纱强力仪，根据GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》测试锦纶/棉混纺纱的强力。试样有效测试长度为500 mm，拉伸速度为500 mm/min，预加张力为0.5 cN/tex，每种样品测10个纱管，每个纱管测20次。
采用乌斯特公司的Uster ME100条干仪，根据GB/T 3292.1—2008《纺织品 纱条条干不匀试验方法 第1部分 电容法》测试锦纶/棉混纺纱的条干。试样有效测试长度为400 m，测试速度为400 m/min，每种样品测10个纱管，每个纱管测1次。
采用乌斯特公司的Uster Zweigle HL400毛羽仪，根据UTM08《纺织品纱条毛羽乌斯特测试方法》测试锦纶/棉混纺纱的毛羽。测试速度为400 m/min，测试时间为1 min，每种样品测10个纱管，每个纱管测1次；
试验结果均为多次测试的平均值。
不同捻度锦纶/棉混纺纱的强度、条干和毛羽指标测试结果见表1。
表1 不同捻度锦纶/棉混纺纱质量指标测试结果
2.1 捻度与混纺纱质量指标相关性分析
通过SPSS软件对捻度与锦纶/棉混纺纱强度、条干和毛羽测试结果进行相关性分析，结果如表2所示。
表2 锦纶/棉混纺纱质量指标与捻度的相关性分析
从表2可以看出：捻度与混纺纱的断裂强度和粗节指标在95%置信区间内显著相关；
捻度与混纺纱断裂强度CV值、断裂伸长率、细节及毛羽指标在99%置信区间内显著相关，且捻度与其相关关系非常紧密(相关系数在0.7以上);捻度与混纺纱断裂伸长率CV值、条干CV值和棉结指标不存在显著相关性。
2.2 捻度与混纺纱质量指标的回归分析
2.2.1 散点图趋势分析及模型建立
由于捻度与锦纶/棉混纺纱断裂强度、断裂强度CV值、断裂伸长率、粗节、细节及毛羽6个质量指标显著相关，因此通过SPSS软件，选取捻度为横坐标，断裂强度、断裂强度CV值、断裂伸长率、粗节、细节和毛羽指标为纵坐标，绘制其原始数据的散点图，并根据散点图上各散点的分布情况，做出回归曲线，如图1、2所示，很好地反映了捻度与混纺纱强伸性能、粗细节和毛羽指标的相关关系。
图1 捻度与强伸性能回归曲线
由图1、2可以看出，锦纶/棉混纺纱的断裂强度、断裂强度CV值、断裂伸长率、粗节、细节及毛羽6个质量指标随捻度变化趋势不是线性分布，故通过 SPSS软件回归分析中曲线估算分析的方法，分别拟合出捻度与该6个质量指标之间的最佳回归模型，回归方程及其判定系数、显著性检验结果如表 3 所示。
2.2.2 强伸性能指标与捻度间回归分析
从图1(a)和表3看出：锦纶/棉混纺纱的断裂强度随着捻度的增大而增加，当捻度增大到一定值后，断裂强度随着捻度的增大反而呈下降趋势。这是由于捻度增大使得纱线截面压力增大，从而增加了纤维间相互滑移的摩擦力，所以在一定范围内增加捻度可以增加纱线的强力，但过大的捻度可能对纤维造成损伤，从而使纱线强力减小[14]。
表3 锦纶/棉混纺纱质量指标与捻度的回归方程
锦纶/棉混纺纱断裂强度与捻度间关系符合二次曲线模型，判定系数R2为0.919的变异,说明捻度可以解释因变量断裂强度91.9%的变异，回归方程显著性检验P值为0.000<0.05，表明模型具有统计学使用意义。按回归方程计算，当临界捻度为1 228 捻/m时，相应的断裂强度为8.1 cN/tex。
图1(b)和表3显示：锦纶/棉混纺纱的断裂强度CV值与捻度的回归方程为三次曲线模型，判定系数R2为0.653，说明捻度可以解释因变量断裂强度不匀65.3%的变异，回归方程显著性检验P值为0.001<0.05，表明模型具有统计学使用意义。混纺纱断裂强度CV值随捻度增大先是上升，然后下降。按回归方程计算，当捻度为1 307 捻/m时，曲线模型有极大值。
图1(c)和表3显示：锦纶/棉混纺纱的断裂伸长率随捻度增大而增加。拟合的S型曲线回归方程判定系数R2为0.627，说明捻度可以解释因变量断裂伸长率62.7%的变异，回归方程显著性检验P值为0.000<0.05，表明模型具有统计学使用意义。
2.2.3 粗细节及毛羽指标与捻度间回归分析
图2(a)、(b)和表3显示：锦纶/棉混纺纱粗细节均随捻度增大而减少，当减少到一定程度时又随着捻度的增大而增加，拟合方程均符合三次曲线模型，判定系数R2分别为0.790和0.748，拟合曲线比较接近，说明捻度分别可以解释因变量粗节和细节79%和74.8%的变异，回归方程显著性检验P值为0.000<0.05，表明模型具有统计学使用意义。按回归方程计算，当捻度为1 259和1 407 捻/m时，粗节和细节拟合曲线分别出现极小值。
图2 捻度与粗细节、毛羽回归曲线
图2(c)和表3显示：锦纶/棉混纺纱毛羽随捻度增大先减小后趋于平缓。这是因为捻度越高，纤维抱合越好，纱线横截面上纤维越紧密，使得伸出纱线基干表面的毛羽减少，拟合的S型曲线判定系数R2为0.971，说明捻度可以解释因变量毛羽97.1%的变异，回归方程显著性检验P值为0.000<0.05，表明模型具有统计学使用意义。
2.2.4 模型的验证
利用测试组数据对表3中的模型进行验证，测试组数据与预测值间残差结果如表4所示。可以看出，混纺纱的强伸性能、粗细节和毛羽指标的测试组数据与预测值间残差绝对值均在3倍残差标准差以内，并无异常点，验证了表3中回归模型的有效性。
表4 测试组数据与预测值间残差结果
本文在其它工艺参数相同的条件下，采用传统环锭纺纺制了16种不同捻度的锦纶/棉混纺纱，通过SPSS软件建立了捻度与锦纶/棉混纺纱强伸性能、粗细节和毛羽指标的回归模型，主要得出以下结论。
1)锦纶/棉混纺纱的断裂强度与捻度拟合模型为二次拟合曲线，判定系数R2为0.919，临界捻度为1 228捻/m，断裂强度达到最高8.1 cN/tex。断裂强度CV值与捻度拟合曲线为三次拟合曲线，断裂强度CV值随捻度增大先是上升后下降，模型判定系数R2为0.653，捻度为1 307 捻/m时，曲线模型有极大值。混纺纱的断裂伸长率随捻度的增大而增加，S型拟合曲线判定系数R2为0.627。
2)锦纶/棉混纺纱粗细节均随捻度的增加而减小，当减到一定程度时又随着捻度的增大而增加，三次拟合曲线判定系数R2分别为0.790和0.748，拟合曲线出现极小值时，捻度分别为1 259、1 407 捻/m。混纺纱毛羽随捻度的增大先减少后趋于平缓，S型拟合曲线判定系数R2为0.971。
3)通过本文建立的模型可以依据锦纶/棉混纺纱纺纱过程中的捻度实现对其强伸性能、粗细节和毛羽各质量指标的预测和控制，也可以根据客户对纱线质量指标的要求，快速设计和调整纺纱过程中纱线的捻度，减少对测试人员和检测设备投入及其测试原料的浪费，达到高效节能的目的。
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