百年纺织之十五：粗糙的纱线
2023年11月9日 星期四

        用于制作服装的纱线直径最多3mm（家里打毛线衣的绒线），最细则可以是几十微米甚至更细，例如报道有500支的细纱（公制支数是指在公定回潮率时重量为1g的纱线具有的长度米数），换算成直径就约等于40μm。纱线虽然直径很细，但直径仍然不均匀。纱线直径不均匀既带来了织物丰厚的手感，但也是织物疵点的重要来源。纱线直径粗细不匀是纺织工艺的重要考量因素。另外纱线的强度或比强度，直接受到纱线不匀性的影响。
       对于对纱线性能感兴趣的人来说，探讨纱线和棉条不匀性的起源，Martindale的论文虽然距今年代久远[1]，但仍是必读之作。
       马丁但儿（Martindale）在前期纤维形态周期性分布[2]、纱条和纱线外形不规则性[3]的基础上，对于纤维末端在纱线内部完全随机分布的理想纱线，Martindale [4]提供了这种纱线的理论极限，或者说对于这种理想纱线所期望的最低不匀性。这就是现在著名的Martindale理论。极限不匀性以CV值表示，此处记为CV_lim。对于具有纤维横截面积（CV_A）变异性的理想纱线，下式给出了这种理想纱线的极限不匀性:

式中，n为纱线横截面中平均纤维数，CV_A为纤维横截面积的变异系数。
       若所有纤维均匀且纤维横截面积一致，则极限不匀性可简化为:

       这些公式表明，纱线横截面中的纤维数量是决定纱线不匀性的最重要因素，而纱线不匀性反过来又影响纱线的其他重要性能，如强度。纱线不匀性会随着纱线横截面中纤维数量的减少而增加。纤维的变异性对纱线不匀性的影响较小。这一点也适用于其他纤维集合体，如棉条和粗纱。
       这项工作的重要性在于指出：要使纱线具有一定的强度，就必须减少纱线不匀性。这意味着纱线横截面中平均纤维数量必须在一个最低水平以上。要实现这一点只有两种途径，要么增加纱线的直径，要么降低用于纺纱的纤维的直径。在高品质的服装应用中，需要使用细纱，因此纤维必须非常细，以确保纱线横截面中具有足够数量的纤维。这也解释了为什么纱线细度是有极限的，以及为什么细纤维和细纱线比粗纱线更昂贵。

       纱线或者长丝纤维的条干不匀性测试仪器，从早期的黑板法到现在电容法，经过了多代人的艰辛努力。瑞士生产的乌斯特条干仪是现在的主流品牌。我国长岭纺电生产的国产条干仪也是该领域的拳头产品。我还记得30多年前跟随姚老师到上海毛麻所出差时，用该所新购置的乌斯特条干仪测试，并与长岭刚研制的条干仪做比对。都是题外话了。
       值得注意的是，在论文的结论部分，Martindale特别感谢了他的同事H. E. Daniels博士在提出关于随机纤维排列的理论处理方法方面的主要贡献。在早期发表的文章中[4]，Martindale还指出，“假设纤维末端随机分布，我的一位同事Daniels先生指出，厚度的不匀性存在一个确定最小值，低于该值则无法纺纱”。这些致谢表明，Daniels实际上推导出了这个关于纱线不匀性的重要“Martindale方程”。当时，Henry Ellis Daniels博士是一位年轻的统计学家，与Martindale一起在利兹的羊毛工业研究机构（WIRA）工作。他在1942年11月向爱丁堡大学提交了题为《On the strength distribution of bundles of threads, and its asymptotic approximation》的博士论文。

       Martindale以他名字命名的马丁但儿织物耐磨仪最为出名，已经被列入织物耐磨性测试的国际标准。其实这项工作[5]是他研究工作的副产品而已，他真正花时间钻研的工作却是纱线条干不匀理论。真是清朝周希陶所著《增广贤文》中所说：“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”。

参考文献
1 X. Wang (2023) Nomination and commentary on ‘A new method of measuring the irregularity of yarns with some observations on the origin of irregularities in worsted slivers and yarns, by Martindale J. G., Journal of the Textile Institute Transactions, 36:3, T35–T47, 1945’, The Journal of The Textile Institute, 114:6, 916-916
2 J. G. Martindale (1941). A correlation periodograph for the measurement of periods in disturbed wave-forms. Journal of the Textile Institute Transactions, 32: 5, T71-T82
3 J. G. Martindale (1942) Irregularities in Rovings and Yarns. Journal of the Textile Institute Proceedings, 33:2, P9–P22
4 J. G. Martindale (1945). A new method of measuring the irregularity of yarns with some observations on the origin of irregularities in worsted slivers and yarns. Journal of the Textile Institute Transactions, 36:3, T35-T47
5 J. G. Martindale (1942). A new design of cloth wearing tester. Journal of the Textile Institute Transactions, 33: 9, T151-T158