Evaluation of Wrapper Fibre Percentage in Lyocell Air-Jet Spun Yarns: Development of a New Method and Analysis of Its Relationship to Yarn Properties
本文介绍了一种用于量化莱赛尔气流纺纱中包覆纤维百分比的客观规则法，并证明了虽然该百分比在较短的喷嘴间距下达到峰值，但纱线强力和伸长率与包覆含量呈非线性关系，最终表明较长的喷嘴间距有利于提高机械性能并降低毛羽度。
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不要把一根线仅仅看作一根单一、实心的绳索，而要将其想象成由特定结构维系的微小纤维束。在现代纺织制造中，创造这种纤维束最有效的方法之一是通过气流纺（air-jet spinning）。这种机器并非像编织绳索那样将纤维扭在一起，而是利用旋转的气流吹袭纤维。这种力量会将部分纤维从主纤维束中拉出，并将其缠绕在外部，从而形成一个保护壳，将内部纤维锁定在原位。其结果是生产出一种强度高、表面光滑且生产速度快的纱线，这使其成为从服装到医疗纺织品等各类产品的首选材料。然而，这种纱线的强度和手感完全取决于内部核心与外部外壳之间的平衡。如果外部纤维过多，纱线可能会变得毛糙且脆弱；如果过少，则可能会散架。几十年来，科学家们一直致力于精确计算有多少纤维属于外壳，多少属于内芯，但以往的方法要么缓慢、困难，要么留下了太多人为猜测的空间。
捷克共和国利贝雷茨技术大学的一个研究小组通过开发一种更精确的观察这些纱线内部结构的新方法，解决了这一难题。他们专注于一种名为莱赛尔（Lyocell）的特定纤维，这种材料由木浆制成，以柔软、强韧且环保著称。研究人员希望了解气流纺机上的一个特定设置——即喂入纤维的辊筒与进行纺丝的喷嘴之间的距离——是如何改变纱线结构的。他们以三种不同的距离生产了纱线：标准设置、较短距离和较长距离。他们的目标是观察改变这个间隙是否会改变外层纤维与内层纤维的比例，以及这种变化是否会让纱线变强或变弱。
为了解决计数问题，研究小组首先尝试手动分离纤维，但发现外层纤维与内层纤维缠绕得如此紧密，以至于一旦将它们拉开，结构就会被破坏。随后，他们转向显微镜，将纱线切成极薄的截面，以便从侧面观察纤维。以往的方法需要专家通过肉眼观察这些切片，并根据外观来判断哪些纤维是“芯部”纤维，哪些是“包覆”纤维。这种方式具有主观性，意味着两位不同的专家可能会对同一根纤维有不同的计数结果。研究人员创建了一种消除这种猜测的新方法。他们测量了图像中每一根纤维横截面的尺寸。他们知道，沿着纱线中心直线运行的纤维看起来会是完美的圆形，而缠绕在外的纤维由于是被倾斜切割的，看起来会是更大、更扁的椭圆形。通过设定一条严格的规则，即任何大于特定尺寸的纤维都必须属于外层壳，他们可以让计算机来进行计数。他们甚至优化了这条规则，以忽略那些恰好位于中心位置的大型纤维，从而确保只统计真正的外层纤维。
通过使用这种全新的、客观的方法，研究人员发现机器部件之间的距离对纱线的结构有着深远的影响。当他们使用最短距离时，纱线包含最高比例的外层包覆纤维，达到总纤维数的约百分之三十。随着距离的增加，外层纤维的数量发生了变化，但并非简单的线性变化。最令人惊讶的发现是这种结构如何影响纱线的强度。研究人员发现，拥有更多的外层纤维最初会使纱线变得更强，但仅限于一定限度内。一旦外层纤维的比例超过某个界限，纱线实际上会变得更弱。这是因为外层纤维是以一定角度缠绕的，它们的拉力效率不如直线排列的内层纤维。如果这类纤维过多，试图破坏纱线的力量会以一种纤维无法承受的方式进行分布，导致纱线过早断裂。
该研究还观察了其他特性，例如纱线在断裂前的拉伸程度，以及有多少松散纤维凸出于表面（这种特性被称为毛羽度）。结果显示，增加机器部件之间的距离会使纱线更强，并能承受更大的拉伸而不折断。同时，较长的距离减少了凸出的松散纤维数量，从而使纱线更加光滑。这表明，让纤维在纺丝前有更多的移动空间，可以使它们排列得更好，形成更紧密、更高效的结构。研究人员得出结论，虽然增加距离并没有显著改变纤维填充的紧密度，但改变了纤维的排列方式。通过找到一个“甜点”——即外层纤维的比例既足以将纱线固定在一起，又不至于过高而削弱核心——制造商可以生产出更高质量的纺织品。这种新的纤维计数方法为理解这些复杂的结构提供了一个可靠的工具，实现了从猜测向基于规则的清晰理解的跨越。
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