第一节 色纺纱原料要求及检验
一、色纺纱原料
色纺纱原料除本白纤维外，还包括有色纤维组分。而有色纤维主要通过两种形式获得，一是对散纤维或棉网进行染色获得；另一种是通过在纺丝过程利用原液着色技术，添加色母粒，掺入适当的颜料或染料，从而获得有色纤维。下面将对散纤维染色及色母粒纤维制备过程质量要求进行详细介绍。
（一）散纤维染色质量要求
纤维染色过程即是把纤维浸入一定温度下的染料水溶液中，染料就从水相向纤维中移动，此时水中的染料量逐渐减少，经过一段时间以后，就达到平衡状态，最终使纤维获得所需颜色。原棉纤维染色分为散棉纤维染色和棉网染色两种方式，是散纤维染色中最主要与难度最大的染色品种。不同形式的染色方式对原棉的质量要求有所不同，具体要求如下。
1.散棉纤维染色对原棉质量要求
（1）棉纤维长度。棉纤维长度质量要求涉及两方面内容，一是棉纤维的主体长度，二是棉短绒率。
纤维长度是决定纱线强力的重要因素。纤维长度长，纤维间接触面积越大，纤维摩擦抱合能力越强；纤维长度整齐度越好，强力不匀率就越低。原棉因纤维染色后本身强力会降低5%～25%，致使纤维可纺性下降与纱线质量恶化，因此可通过对棉纤维的长度选择来弥补棉纤维染色导致的纱线强力下降。纺制细于14.6tex的色纺纱时，染色原棉纤维主体长度应选用在29～32mm，纺制粗于14.6tex色纺纱时，染色原棉纤维长度需达到27～29mm，有时可以按需配10%～50%的长绒棉，以确保成纱强力达到要求。
原棉中短纤维在纱条中起到减弱纤维间摩擦力和抱合力的作用，使纱线拉伸时纤维间滑脱的机会增加；牵伸结构与短纤维的运动控制能力较弱，浮游纤维增多，纱线条干恶化，成纱细节多，对成纱强力产生负面效应。原棉染色会导致棉纤维中短绒含量进一步增加，增加短绒2%～3%。因此，选用短绒含量较少的原棉染色是提高和改进色纺纱质量的重要措施，生产中原棉短绒含量一般控制在13%以下。
（2）棉纤维成熟度。一般而言，棉中杂质和僵瓣数量、纤维上色率、纱线质量受棉纤维成熟度显著影响。成熟度低的棉纤维本身上色率低，再加之原棉中含有较多的杂质和僵瓣，棉纤维与杂质和僵瓣的上色率与棉纤维上色深浅存在较大差异，导致原棉染色时容易因上色不匀而造成色花，尤其是染浅色或敏感色的棉纤维时，由于杂质和僵瓣存在而引起的色差不匀更加明显；反之，成熟度高的棉纤维本身含杂质和僵瓣较少，且纺纱过程中能经受打击，易清除杂质，不易产生棉结与索丝，致使棉纤维上色率较高，且上色较为均匀。原棉成熟度高低除影响棉纤维上色外，对纱线质量也有显著影响，主要表现为：成熟度低的棉纤维刚性差，在纺纱过程中也会增加棉结，造成纱线条干不匀，恶化成纱质量；但成熟度过高，纤维细度过粗，相应的成纱截面内纤维根数减少，成纱强力也会降低。生产实践表明，色纺纱原棉成熟度系数选用1.6～1.8为宜。
（3）棉纤维细度。棉纤维细度影响纤维上色率与成纱强力。一般来说，棉纤维粗细及细度均匀性在很大程度上决定纤维上色率与上色均匀性，细度越细，上色率越低；细度越粗，上色率越高，细度均匀性越好，上色均匀性越好。染浅色棉纤维时，应严格控制纤维细度分布，否则会因细度差异过大导致上色率差异过大，色棉中易出现条花或斑点的现象；染深色棉纤维时，为确保获得较高的上色率，应选择较粗的原棉纤维。总之，棉纤维细度适中且一致性较好是确保棉纤维染色后较少出现色花的前提。棉纤维细度对成纱强力存在两方面的影响：一方面纤维细度越细，原棉柔软有弹性、手感好、成纱截面内纤维根数增加，纤维之间接触面积增大，成纱后强力较高；另一方面，纤维越细，棉纤维成熟度差，使得成品的纤维刚性弱，易断，在纺纱过程中也会产生大量的棉结，成纱强力反而会下降。因此，合理选择棉纤维细度对色棉纱线产品的开发极其重要。为保证染色后的成纱强力达到要求，染色原棉纤维细度控制为1.72～1.89dtex为宜。
（4）马克隆值。马克隆值是棉纤维成熟度和细度的综合指标，可作为评价棉纤维内在品质的一个综合指标，直接影响纤维的色泽、强力、细度、天然卷曲性、弹性、吸湿、染色等。马克隆值过低，棉纤维成熟度较差，染色性能差，且染色后在纺纱过程中易断裂，产生棉结；马克隆值过高，也不利于染色，且可纺性能较差，成纱强力受影响，不利于纱线产品开发。实践经验表明：染色原棉宜选用的马克隆值一般在3.8～5.2，该范围内棉纤维细度适中，染色均匀，同时天然扭曲多，有利于纤维间抱合紧密，纱线质量较好；配棉时应控制马克隆值在合理的范围，避免使用马克隆值差异大的批次棉进行混棉，一般而言，马克隆值差异应控制在0.2～0.4范围内，否则染色时易产生色花。
（5）棉结、杂质及三丝。棉结、杂质以及三丝的含量是色纺棉染色和产品开发过程中质量控制的主要内容，影响上色率与上色均匀性。因此，色纺棉对此设置了较高的标准。
①棉结。棉结是布面出现色结现象的根本原因。色结在外形表现为游离于纱线主体颜色之外的一种乱纤维结，是影响织物质量的重要指标，是色纺行业质量控制的重要内容。作为非主体颜色的色结与主体颜色形成强烈对比，显露在纱线表面，严重破坏织物外观风格，尤其在较浅颜色的纱线中，色结对布面风格的破坏性越强。一般而言，色纺纱中深色纤维含量在30%以上时，浅色棉结较易显露出来，深色纤维含量在15%以下时，深色棉结较容易显露，比如浅麻灰品种颜色较浅，主体颜色是白色，黑色结很难控制，在原料选择上，应选用成熟度较好的纤维；纤维细度偏粗、棉结较少的原棉染黑色。实践表明：染色原棉棉结掌握在20粒/g以下，棉网在16粒/g以下为宜。
②杂质。原棉的疵点主要包括破籽及带纤维籽屑，对原棉的上色率及上色均匀性有显著影响。杂质基本不会上色，且易显露在染色棉的表面，影响原棉上色均匀性。破籽在纺纱过程中容易被清除掉，带纤维籽屑很难清除，应掌握在50～70粒/g以内为宜。较大的籽屑在梳理加工过程中会分解成若干更小的疵点，若用于敏感色的订单中，作为突出部分原料使用，对布面质量会有很大的影响。对每一批染色棉，也可以通过单唛试纺，了解条干仪测试数据及黑板疵点数，掌握此批染色棉的杂质疵点状况，根据品种、线密度及质量要求以做到合理配棉，优化配棉。皮辊棉含杂率一般在3%以上，高于锯齿棉1%～1.5%，不适于染浅色或彩色。
③三丝。“三丝”是指混入棉花中对棉花加工、使用有影响的硬性杂物和软性杂物的俗称。硬性杂物如金属、石块、木质等硬杂物；软性杂物如化学纤维、丝、麻、毛发丝、塑料绳、布块等异性纤维或有色纤维。其中毛发丝包括人的头发和一些畜禽的毛发、羽绒等。三丝很难在染色时上色，在纺纱过程中会被逐渐打碎，数量越来越多，附在成纱中直接影响成纱的强力及织物的外观，深色品种更加明显。因此，在染色前要对原棉进行拣三丝处理，特别针对深色棉，要对三丝问题严格把关，基本杜绝三丝夹入现象。
2.棉网染色对原棉的质量要求
（1）普梳棉网染色对原棉的选择。色纺纱含色纤维量在10%～50%之间，便可掩盖部分色结，染色时可用普梳棉网。普梳棉网经过两次清棉和梳棉工序，对色结有较好的控制。为方便染色，常将普梳棉网截成长度为15cm以下的短棉条，有利于防止棉条过长造成染色时缠绕。普梳棉网的质量控制要求如下：选择含杂低于1.8%，成熟度大于1.6，马克隆值在4.5～5.0之间的原棉，且生条棉结控制在20粒/g以下，生条短绒率控制在17%以下。
（2）精梳棉网染色对原棉的选择。色纺纱含色量低于10%，因含色量低，染色部分与主体颜色部分形成强烈的对比，色结更易凸显，为此，必须控制染色部分的色结，需采用精梳棉网染色。对染色原棉及棉网长度要求与普梳棉网染色对原棉的要求一致，不同的是精梳棉网棉结控制在15粒/g以下，短绒率控制在10%以下。
（二）色母纤维质量要求
化纤类有色成分，尽量减少染厂染色，可与化纤厂联系直购有色色母化纤，今后，这会成为一种趋势。上海德福纶化纤有限公司、滁州霞客环保色纺有限公司等已经推出几大系列多种色样的涤纶，博拉集团等有色色母粘胶纤维也有数十种色样推向市场。在混纺品种中，如能利用有色色母涤纶、有色粘胶纤维和其他成分原料调色，可降低成本，缩短染色时间，还可改善可纺性，提高色牢度，产品色彩艳丽，更具有生态环保性。
色母纤维是利用纺前着色工艺（也称为原液染色或纺液染色）获得，其着色剂以母粒的形式，在聚合物熔体挤出成为纤维前加入聚合物熔体。纺前染色法与传统的纺织品染色法不同，后者纺丝（白丝）和着色分两步进行，纺成纤维后再染色，要求染料或颜料与聚合体有一定的结合力和亲和力，染色过程主要属于化学变化；而前者纺前染色依赖于颜料，使着色剂均匀地分散在聚合体中，经纺丝成形后，着色剂即被固着在纤维中，着色过程属于物理变化，能提供更好的染色牢度。与常规染色相比，纺前着色优点如下。
1.适应性强
无须要求纤维具有亲和力（或结合力）即可使着色剂均匀分散在纤维中，使纤维均匀着色，能使一些高取向度、非极性难染的化学纤维生色。
2.着色均匀
固定纺丝条件，色母粒着色过程中，颜料沿纤维长度方向均匀渗透，不受纤维结晶度等结构差异的影响，避免了色差、色斑、色花等染色疵点的产生。就聚酯纤维纺前染色而言，普通散纤维染色法的染色均匀性在3.5-4级，而纺前染色无论批量多少，批次之间不会出现不能接受的色差，染色均匀性能达到4-4.5级。
3.着色牢度高、纤维质量稳定
从纤维结构看，纺前着色能使着色剂与纤维形成内外均匀结构相，因此，着色纤维在洗涤、日晒等方面具有较好的着色牢度，其皂洗和摩擦牢度绝大多数达到部颁标准4-5级，日晒牢度达到5级以上。有色纤维在织物加工过程中不再通过高温高压的染色工序，纤维的老化、并丝、损伤、收缩和变形现象大为减少，使着色纤维质量较为稳定。
4.功能可控
随着产品应用领域及相关环境的多样化，对纤维的功能要求变得更加迫切。着色技术的应用可将着色、抗老化剂、抗静电剂等集于一体，制成多功能母粒，方便后续产品开发与应用。
5.节能降耗、环境友好
着色、纺丝同时进行，生产周期短、成本低。在纺前着色纤维正常生产过程中，颜料利用率接近100%，当干色含量接近2%时，即可获得深色，颜料利用率高。纺前着色生产过程中，几乎没有影响环境的废水产生，不像常规染色，每染1kg纤维织物，则要产生2～10kg的废水，对环境污染较为严重。因此，色母纤维制备与生产过程具有环境友好的特点。
6.色母粒的质量控制
纺前染色产品的染色牢度受着色剂、常规色母粒设计、纺丝条件等因素影响。如开发汽车用和室外PET有色纤维，因对染色牢度的要求，根据用途设计母粒时，需重点考虑紫外线稳定性和持久的染色牢度，为此，诸如酞菁蓝和酞菁绿、喹吖啶酮红和苝红、蒽醌黄等颜料母粒的选择极为重要；开发商业和住宅地毯用PA纤维，需重点考虑漂白、耐气候色牢度、老化等问题。为确保色母纤维产品性能稳定，对色母粒应用与控制是关键，其关键质量控制要点如下。
（1）确保颜料在制品中均匀分散。色母生产过程中须对颜料进行细化处理，以提高颜料的分散性和着色力。专用色母的载体与纤维材料制品品种应相同，使其具有良好的匹配性，加热熔融后颜料颗粒能很好地分散于纤维材料制品中。
（2）确保颜料的化学稳定。直接使用颜料的话，由于在储存和使用过程中，颜料直接接触空气，颜料会发生吸水、氧化等现象，通过载体的添加制成色母后，载体将颜料和空气、水分隔离，使颜料的品质长期确保稳定。
（3）确保纤维制品颜色的稳定。色母颗粒与纤维切片颗粒应相近，且要求一致性较好和具有适度黏度，以确保准确计量，混和时不黏附在容器上，能与纤维熔体混合均匀，保证添加量稳定，从而确保制品颜色的稳定。
（4）确保操作人员的健康。颜料一般是粉状，添加和混和时容易飞扬，被人体吸入后将影响操作人员的健康。
二、色纺原料的检验
（一）回潮率测试
回潮率（M）作为交付货物商业质量及产品可纺性评价的重要依据，因此对散纤维染色后回潮率的测定具有重要意义。回潮率定义为在规定条件下测得的纺织材料中水的含量，以试样烘干前质量m0与烘干后质量m1的差数对烘干前质量的百分率表示，见式（2-1）所示：
回潮率的测试参考GB/T 9995、ASTM D2654和ISO 6741.1等相关标准。
（二）强伸性能测试
纤维材料经染色后，强伸性能受到损伤。对染色前后纤维强伸性能的评价有助于掌握染色过程对纤维力学性能的影响，系统评价纤维材料可纺性能的变化，为设置合理的纺纱加工工艺提供参考依据。测试时需要对纤维进行预调湿、调湿处理，纤维调湿和试验用标准大气按ISO 139—1973规定执行。预调湿用标准大气温度不超过50℃，相对湿度10%～25%。调湿和试验用标准大气要求温度为（20±2）℃，相对湿度为（65±3）%。纤维断裂强力及断裂伸长测试参考GB/T 14337—2008、ISO 5079—1995等相关标准。
（三）比电阻测试
纤维染色前后比电阻会有所变化，最终影响纤维的可纺性能。通过对纤维染色前后比电阻的评定，可以掌握纤维的抗静电性能的情况，从而根据需要对纤维进行前处理或进行必要的工艺配置来提高纤维的可纺性能。纤维的比电阻通常涉及纤维的体积比电阻、表面比电阻及质量比电阻。对纺织材料而言，由于横截面或体积不易测量，常采用质量比电阻来评价纤维的导电性能。
质量比电阻的测试参考GB/T 14342—2015标准。质量比电阻ρm可用式（2-2）表示：
式中：ρv——体积比电阻；
d——纤维密度。
因纤维的体积比电阻及纤维密度不便于测试，常通过测试在规定电极间的单位纤维样品重量的电阻R来表示，见式（2-3）：
式中：m——样品测试的重量，测试取15g；
L——测试中两电极板之间的距离，取2cm。
化学纤维尤其是合成纤维，一般吸湿性能差，回潮率低，质量比电阻较高，一般为1014Ω·g/cm2。质量比电阻过高，在加工过程中容易产生静电，给纺织生产带来较大困难，实际生产中应通过添加油剂、给湿等手段，控制纤维质量比电阻小于109Ω·g/cm2。
（四）耐水、洗色牢度检验
对耐水色牢度与耐洗色牢度检验而言，其试样样品准备过程一致，即将散纤维梳、压成一薄层，取其质量约为贴衬织物总质量的一半，按下列两种方法之一制备试样样品：一是夹于一块40mm×100mm多纤维贴衬织物及一块40mm×100mm染不上颜色的织物之间，沿四边缝合，形成一个组合试样；二是夹于两块40mm×100mm规定的单纤维贴衬织物之间，沿四边隙缝合，形成另一个组合试样。完成试样准备后，耐水色牢度测试过程参考GB/T 5713—2013标准；耐洗色牢度测试过程参考GB/T 3921.1—2008、GB/T 3921.2—2008、GB/T 3921.3—2008和 GB/T 3921.4—2008等相关标准。最后采用灰色样卡评定试验的变色和贴衬织物的沾色，评定程序及方法分别参考标准GB/T 250—2008和GB/T 251—2008。
如果使用的是五档灰色样卡，当原样（原贴衬）和试后样（试后贴衬）之间的观感色差相当于灰色样卡某等级所具有的观感色差时，该级数就作为该试样的变色（沾色）牢度级数。如果原样（原贴衬）和试后样（试后贴衬）之间的观感色差接近于灰色样卡某两个等级的中间，则试样的变色（沾色）牢度级数评定为中间等级，如4-5级或2-3级。只有当试后样（试后贴衬）和原样（原贴衬）之间没有观感色差时才可定位5级。如果使用的是九档灰色样卡，当原样（原贴衬）和试后样（试后贴衬）之间的观感色差最接近于灰色样卡某等级所具有的观感色差时，该级数就作为该试样的变色（沾色）牢度级数。只有当试后样和原样之间没有观感色差时才可定为5级。
（五）耐皂洗牢度检验
耐皂洗牢度检验的原理为：纺织品试样与一块或两块规定的标准贴衬织物缝合在一起，置于皂洗或肥皂和无水碳酸钠混合液中，在规定时间和温度条件下进行机械搅动，再经清洗和干燥，以原样作为参照样，用灰色样卡或仪器评定试样变色和贴衬织物沾色。
耐皂洗牢度测试过程中，试样样品制备与耐水、耐洗色牢度测试一致。耐皂洗牢度测试方法参考标准GB/T 3921—2008。耐皂洗牢度评定仍然采用灰色样卡法，用于评定变色和沾色，符合GB/T 250—2008和GB/T 251—2008；或采用光谱测色仪，依据GB/T 8424.1—2001、FZ/T 01023—1993和FZ/T 01024—1993评定变色和沾色。
（六）耐摩擦牢度检验
耐摩擦牢度检验为：将试样分别与一块干摩擦布和一块湿摩擦布摩擦，然后评定摩擦布的沾色程度。通常不对散纤维的耐摩擦牢度进行评定，而是通过最终获得面料来评定样品的耐摩擦牢度，评定方法参考标准GB/T 3920—2008。
（七）色差检验
对色纺纱而言，对散纤维的色差检验是获得准确的色纺纱色彩的重要内容。通常色差检验有目测方法和仪器测试方法两种。目测方法受许多外来因素的干扰，除颜色本身外，照明条件、背景的亮度和色泽、材料的光质、透明性、大小、形状和质感以及观察人员的主观因素等都会影响鉴定的结果。而仪器测试法分别测试试样与标样之间的色度值，然后利用色度值再根据相应色差公式计算得出色差值，既排除了人为因素的影响，大大减小了误差，使测试具有较高的准确性和重现性，又有利于贸易和生产过程中色差的控制。这里仅对色差的仪器测试法进行进一步介绍。
通过对众多的色差公式进行对比和评估，国际照明委员会（CIE）于1976年统一了色差公式的应用，正式推荐了CIELAB均匀颜色空间及其对应的色差公式，有利于生产管理的科学化和色差控制。色差的仪器检验通常可采用颜色测量仪器（光谱光度计）和Datacolor测色仪等仪器设备进行色差的测定。CIELAB色差公式如下：
其中，ΔEab为CIELAB色空间中2种颜色的色差；ΔL*为CIELAB色空间中2种颜色的明度指数L*1与L*2之差，即ΔL*=ΔL*1-ΔL*2；Δa*，Δb*分别为CIELAB色空间中2种颜色的色品指数a*1与a*2，b*1与b*2之差，即Δa*=a*1-a*2，Δb*=b*1-b*2。
三、色纺纱原料成本控制
纺纱成本的75%以上由原料成本决定，直接影响棉纺行业的盈利水平。根据客户订单情况，合理分析用棉方案，选择性价比高的原料，处理好产品质量与原料成本的关系，防止满足产品质量要求的前提下形成过剩质量，严控产品成本。选择色纺原料时，应根据纱线的不同用途，后道工序的加工要求，抓住产品质量要求的主次因素，综合选择适宜的原料。如针织纱用棉，需考虑下游产品是染色或漂白，吸色的均匀性，捻度不匀率锭间差异控制在2%以下，满足大圆机或横机的织造要求；而机织纱用棉的关键是纱线强力、毛羽和条干，要保证浆纱、整经效率，断头要少，织造效率要高。
影响成纱强力的因素排序为强度、长度、细度、短绒率、整齐度；影响成纱条干的因素排序为纤维细度、长度、短绒率、整齐度；影响成纱棉结的因素排序为未成熟纤维比例、原料加工及纺纱工艺不合理造成纤维揉搓而形成棉结，乌斯特试验棉结数多，反映出原料中籽屑多而大，经过清棉和梳棉工序，分解成几倍数量的小疵点。就纱线强力而言，纤维强度增加1cN/tex，相当于短绒率可提高3%～5%，马克隆值可降低0.1～0.2；用棉量方面，原料短绒率每增加2%，吨纱用棉增加10～15kg；就纱线条干而言，短绒率每增加3%，相当于长度减少1mm，马克隆值降低0.1。因此，原料选择时，应基于成纱强力与条干两指标，综合考虑原料的特征。有研究表明：选择成熟度为1.7～1.8、马克隆值为4.8～5.2、纤维细度为1.72～1.92dtex、短绒率为10%～12%的原棉染色，纺纱成本较低，色纺纱质量较好，即要获得优质的色纺纱，最好选择短绒率低、成熟度好的原棉作为染色棉。
色纺纺纱中的一些混纺产品，如涤纶、粘胶纤维、竹炭改性粘胶纤维、莫代尔纤维、腈纶等纤维与棉混纺产品中，在拼色时选择色母粒纤维，代替染色棉，可以降低染色费用。如对于涤棉和粘棉混纺色纺纱，用色母粒原料代替染色棉，按5%含色量，吨纱可节约成本约580元；含色量为10%或85%以上的敏感色，用5%左右的化学纤维代替精梳棉网部分，吨纱可节约成本约650元。此外，还可根据纱线特数、最终用途选择不同的细度或单纤维强力的化学纤维，在提高成纱强力的同时，也降低了纺纱原料成本。