细型羊绒纱线的纺纱优化：纤维制备与纺纱技术的影响 瓦法·马胡布（Wafa Mahjoub）、 萨兰古·乌赫纳（Sarangoo Ukhnaa）、 让-伊夫·德兰（Jean-Yves Drean）和 奥马尔·哈扎拉（Omar Harzallah）

《Fibers》：Spinning Optimization of Fine Cashmere Yarns: Influence of Fiber Preparation and Spinning Technology Wafa Mahjoub, Sarangoo Ukhnaa, Jean-Yves Drean and Omar Harzallah

　　**亮点**

**主要发现是什么？**
- 纤维准备，特别是梳理过程，通过减少短纤维的比例和增强纤维排列，显著提高了纤维的规整性。
- 与传统的环锭纺纱相比，紧密纺纱减少了纱线的毛羽，并改善了纤维在纱线结构中的整合度。
- 剩余缺陷（如结节和纤维簇）被确定为纱线断裂和纺纱不稳定的主要原因。

**主要发现的意义是什么？**
- 该研究基于工业纱线断裂阈值，建立了一个实用的细绒毛纱可纺性标准。
- 结果表明，当纤维内在变异性和剩余缺陷存在时，仅优化纺纱技术不足以完全改善纱线性能。
- 该工作强调了纤维准备质量在实现稳定纺纱条件和生产高质量细绒毛纱中的主导作用。

**摘要**

绒毛因其柔软性、细度和宝贵特性而被认为是最有价值的天然纤维之一。然而，由于纤维特性的内在变异性以及绒毛中存在粗硬的护毛，细绒毛纱的生产在技术上仍然具有挑战性。本研究通过分析纤维准备和纺纱技术对纱线结构和性能的影响，探讨了细绒毛纱生产条件的优化。平均直径约为16微米的绒毛纤维经过多个准备阶段处理，以改善纤维排列并减少短纤维的比例。使用传统的环锭纺纱和紧密纺纱系统生产了线密度在10到12.9 tex之间的纱线。通过测量不规则性、纱线缺陷、拉伸性能和毛羽来评估纱线质量。结果表明，改进的纤维准备显著提高了纤维的规整性和纺纱稳定性，而紧密纺纱技术减少了纱线的毛羽。然而，结果也显示，即使在优化条件下，结节等剩余缺陷仍然是纺纱性能的主要限制因素。这些发现强调了优化纤维准备和纺纱技术对于提高细绒毛纱的可纺性和整体质量的重要性。

**1. 引言**

绒毛因其卓越的柔软性、轻质性、出色的隔热性能和舒适性而被认为是最负盛名的天然纺织纤维之一。与其他纺织纤维相比，全球原始绒毛的产量相对有限。目前每年的原始绒毛产量估计约为3800吨，来自大约1080万只不同品种和品系的山羊[1]。其中大部分产量来自中亚，特别是蒙古和中国，这两个国家共同占据了全球供应的最大份额[2]。

在主要生产国中，蒙古在全球绒毛产业中占据特别重要的地位。该国严酷的大陆性气候和传统的畜牧养殖方式为饲养能够生产高质量纤维的绒毛山羊提供了有利条件。蒙古山羊通常会长出由两种不同类型的纤维组成的双层绒毛：一层由柔软的绒毛纤维组成的内层绒毛和一层较长的粗硬护毛。绒毛纤维是用于纺织生产的宝贵成分，而护毛和短纤维通常在加工过程中被去除[2,3]。由于原材料的内在变异性，绒毛纤维的技术加工特别复杂。天然动物纤维在物理和机械性能上表现出相当大的变异性，包括纤维直径、纤维长度、卷曲特性和拉伸行为。这种变异性显著影响了纤维在纺织加工过程中的技术表现，尤其是在纺纱操作期间[4,5]。

从动物纤维生产细纱对纤维特性（如细度、长度分布和强度）非常敏感。例如，直径较小的纤维通常提供更柔软、更轻的纱线，但在纺纱过程中也可能表现出较低的抗断裂性。同样，纤维组合中存在短纤维会通过降低纤维凝聚力并增加纺纱过程中的断裂概率而对纱线形成产生负面影响[6]。

在之前的研究中[7]，详细调查了蒙古绒毛纤维的物理和机械性能。该研究表明，不同山羊品系和种群之间的纤维直径、纤维长度和拉伸性能存在显著差异。平均纤维直径根据山羊品系的不同，范围在大约13.2微米到16.7微米之间，而平均纤维长度（以“Hauteur”表示，即调整后的平均长度）在大约25.5毫米到43毫米之间。此外，单个纤维的拉伸应力范围在大约167兆帕到225兆帕之间。这些结果强调了在优化纺纱等工艺时理解纤维变异性的重要性。

尽管已有大量研究关注绒毛纤维的生物和物理特性，但很少有研究探讨将这些纤维转化为细纱的技术方面。特别是，对于蒙古绒毛而言，纤维准备过程、纤维结构与纺纱性能之间的关系尚未得到充分探索。纤维准备是将原始纤维转化为纱线的关键阶段。梳理、牵伸和精梳等准备过程旨在对齐纤维、去除杂质和短纤维，并提高纤维组合的均匀性。这些操作直接影响纤维束的结构，进而影响纺纱过程中的纱线形成[8,9]。

在梳理过程中去除短纤维对于生产细纱尤为重要。短纤维会降低纤维在纱线结构中的凝聚力，可能导致纱线不规则性增加和纺纱过程中的断裂率上升。因此，有效的纤维准备在确保稳定的纺纱条件和生产具有可接受结构和机械性能的纱线方面起着关键作用[10]。

除了纤维准备外，纺纱技术的选择也对纱线质量起着重要作用。传统的环锭纺纱由于其多功能性和能够生产强纱线结构的能力，仍然是生产细纱最广泛使用的方法。然而，在处理非常细的纤维时，环锭纺纱在纱线毛羽和纤维在纱线体内的整合度方面存在某些局限性[11]。近年来，紧密纺纱技术作为一种改进纱线结构的替代方法被开发出来。在紧密纺纱系统中，通过使用空气动力学或机械压缩装置来减少传统环锭纺纱过程中形成的纺纱三角区。这一过程改善了纤维排列，并增强了纤维在纱线体内的整合度，从而降低了纱线的毛羽并提高了结构紧凑性[12,13,14]。多项研究表明，与传统的环锭纺纱相比，紧密纺纱可以显著减少纱线的毛羽并提高纱线强度[15,16]。

然而，尽管有这些技术改进，细绒毛纱的生产仍然受到纤维内在变异性和剩余缺陷的影响，这些因素会显著影响纺纱稳定性和纱线质量。

本研究的目的是探讨生产细绒毛纱所需的技术条件，并评估纤维准备和纺纱技术对纱线结构和性能的影响。特别强调基于纱线断裂行为定义一个实用的可纺性限制，并分析缺陷在限制纺纱性能中的作用。使用传统的环锭纺纱和紧密纺纱技术生产了线密度在10 tex到12.9 tex之间的细纱。对所得纱线进行了质量评估，包括质量不规则性、纱线缺陷、拉伸性能和毛羽，以评估纺纱技术对纱线质量的影响。通过分析纤维准备、纤维束结构和纱线形成之间的关系，本研究旨在更深入地了解蒙古绒毛纤维的技术加工过程。这些结果可能有助于优化纺纱条件并提高适用于高价值纺织应用的优质绒毛纱的生产。

除了已知的纤维准备和纺纱技术的影响外，本研究还旨在提供关于细绒毛纤维可纺性限制的新见解。特别是，它提出了一种基于工业条件下纱线断裂率的实用可纺性评估方法，并强调了即使在经过优化准备和紧密纺纱后，结节和纤维簇等剩余缺陷在限制纺纱性能中的主导作用。因此，这项工作有助于更好地理解控制细绒毛纱生产的过程-结构-性能关系。

**2. 材料与方法**

**2.1. 原材料**

本研究中使用的原材料是从原始山羊绒毛的工业加工中获得的蒙古绒毛纤维。蒙古山羊的绒毛通常由一层细绒毛纤维和一层粗硬护毛组成。细绒毛纤维是用于纺织生产的宝贵成分，而护毛和其他杂质在脱毛过程中被去除。本研究中分析的样本来自不同的蒙古山羊品种，包括Buural、Bayandelger、Ulgin Ulaan、Erchim以及杂交品种Gobi Gurvan Saikhan（图1）。这些品种的选择基于它们的地理分布、种群密度和在蒙古绒毛产业中的重要性。样本来自蒙古不同地区采用传统畜牧养殖系统饲养的山羊。图1. 选定的山羊养殖区[7]。

收集后，原始绒毛纤维经过初步清洁，以去除植物物质、动物皮屑和其他污染物。然后进行实验室洗涤过程，以去除油脂和蜡质成分，同时保持纤维的结构完整性。洗涤过程使用温和的洗涤剂溶液进行实验室洗涤，随后进行多次冲洗。纤维在大约30°C的温度下在受控搅拌条件下处理，以确保有效去除油脂和杂质，同时保持纤维完整性。洗涤后，纤维用蒸馏水彻底冲洗并在受控条件下干燥，直到达到恒定质量。

洗涤后，样本在受控温度条件下干燥，直到达到恒定重量。这一程序确保了纤维的机械性能得到保持，同时去除了表面污染物。洗涤过程后，纤维在标准大气条件（20 ± 2°C和65 ± 2%相对湿度）下至少放置48小时再进行测试。

纤维的物理和机械性能在我们之前的研究[7]中已经进行了详细调查和报告。在那项工作中，对蒙古绒毛纤维进行了全面的表征，包括纤维直径、纤维长度分布和拉伸性能。结果强调了纤维性能根据山羊品种和来源的不同而存在显著差异。在本研究中，这些先前表征的纤维被用作参考材料，以研究它们在纤维准备和纺纱过程中的行为。这种方法允许建立纤维内在特性与其可纺性以及最终纱线结构和性能之间的直接关系。

使用标准纺织测试方法确定了纤维的主要物理特性。根据ISO 137标准，使用投影显微镜方法测量纤维直径。分析了大约一千根纤维片段，以获得具有统计代表性的测量结果。分析样本的平均纤维直径根据山羊品系的不同，范围在大约13.2微米到16.7微米之间。使用Peyer TexLab AL100仪器（Peyer TexLab Ltd., Zurich, Switzerland）测量纤维长度，该仪器可以测量两个参数的纤维长度分布：Barbe和Hauteur[17]。参数Barbe表示按纤维质量加权的平均纤维长度，而Hauteur表示按纤维线性密度加权的平均纤维长度。这些参数提供了关于纤维长度分布及其适合纺纱的技术适用性的宝贵信息。对于每个样本，分析了包含大量单个纤维的五个纤维束，以获得具有统计代表性的纤维长度分布。平均纤维长度以Hauteur表示，根据山羊品种的不同，范围在大约25.5毫米到43毫米之间。还使用符合ISO 5079标准的拉伸测试机评估了单个纤维的拉伸性能。每个样本测试了大约五十根纤维，以获得可靠的统计结果。用于拉伸测试的标距长度为10毫米，伸长率设定为每分钟100%。根据样品的不同，纤维的测量拉伸应力范围大约在167兆帕到225兆帕之间。大多数样品的断裂伸长率超过了40%，表明蒙古羊绒纤维具有相对较高的延展性。这些物理和机械性能与之前关于羊绒纤维的研究结果一致，证实了所分析纤维适用于纺纱应用。

2.2. 纤维制备与表征
在纺纱之前，原始羊绒纤维经过了一系列制备过程，旨在改善纤维排列、去除短纤维，并产生适合成纱的均匀纤维集合体。制备过程包括以下主要步骤：洗涤、梳理、牵伸、精梳和整理。图2展示了细羊绒纱的生产技术流程。原始纤维的制备阶段在蒙古乌兰巴托的Gobi公司纺纱厂进行，后续的深加工则在法国Guebwiller的N. Schlumberger公司完成。该过程包括一系列连续步骤，以形成适合纺纱的均匀纤维集合体。梳理过程用于打开纤维束，使纤维分离并去除残留杂质。在此阶段，纤维部分排列并形成连续的纤维条。梳理在将无序的纤维团转化为适合进一步加工的有序结构中起着关键作用。梳理后，纤维条经过多次牵伸处理。牵伸过程旨在提高纤维的平行度并减少纤维条内的质量不均匀性。在此操作中，多根纤维条被合并并拉伸，从而重新分配纤维并使纤维集合体均匀化。这一步对于提高纤维条的规则性和确保稳定的纺纱条件至关重要。精梳操作是制备过程中的关键步骤，特别是对于生产细纱而言。精梳可以去除短纤维、结节和残留杂质，同时显著改善纤维排列。这一过程增强了纤维长度的均匀性，并减少了已知会对纱线凝聚力产生负面影响并增加纺纱过程中断裂风险的短纤维比例。整理阶段是为了使纤维集合体符合纺纱过程的要求，包括准备合适的粗纱结构[7,18,19]。

在制备过程中，通过测量不同阶段的短纤维百分比、纤维长度分布和纤维条不均匀性来评估纤维性能的变化。这些测量结果有助于评估每个制备步骤在改善纤维集合体结构均匀性和其纺纱适用性方面的有效性。

2.3. 纤维条制备与表征
纤维制备完成后，纤维被组装成适合纺纱的纤维条。纤维条的结构质量对纱线性能起着决定性作用，因为纤维在纤维条内的分布和排列直接影响纱线的形成和纺纱稳定性。纤维条的规则性通过质量不均匀性来评估，该不均匀性以质量变异系数（CV%）表示。这些测量使用Uster Tester（Uster Technologies AG，瑞士乌斯特）进行，可以连续分析纤维条长度方向的线性质量变化。从理论上讲，纤维集合体的不均匀性可以用理想纤维条的概念来描述，在理想情况下，纤维被认为是随机分布且平行的[20]。在这种情况下，给定横截面内的纤维数量遵循泊松分布。根据这一模型，理论上的不均匀性由以下公式给出：
(1)
其中n表示纤维条横截面内的平均纤维数量。
然而，由于多种因素（包括纤维长度的变异性、纤维直径的变异性以及加工过程中引入的技术缺陷），实际纤维条的不均匀性总是高于理论值。Martindale[20,21,22]表明，纱线或纤维条的不均匀性极限可以用横截面内的纤维数量和纤维细度的变异性来表示。理论上的变异系数由以下公式给出：
(2)
其中KM是Martindale系数，取决于纤维细度的变异性。
系数KM可以表示为：
(3)
其中CVl,a表示按长度加权的纤维截面变异系数。
这一公式表明，即使在理想的纤维集合体中，不均匀性也无法完全消除，因为它与纤维特性的自然变异性密切相关。对于像羊绒这样的天然纤维，这种变异性通常比合成纤维更高，从而导致更高的理论不均匀性。然而，Martindale方法没有考虑纤维长度分布的影响。对于长纤维，Huberty[20,23]引入了一个修正系数KH，该系数考虑了纤维长度和牵伸条件的影响：
(4)
其中H表示平均纤维长度，CVH表示纤维长度的变异系数，F(l)表示纤维长度分布函数，Δc是与机器分辨率相关的参数。
这一公式表明，纱线的不均匀性不仅取决于纤维细度，还取决于纤维长度分布和加工条件。为了评估实际纤维条或纱线与理想结构的偏差，可以定义一个规则性指数I：
(5)
该指数直接反映了纤维集合体的质量。I值接近1表示结构接近理论极限，而较高的值则反映了技术缺陷的存在。实际上，由于牵伸波、纤维控制不完善以及机器相关干扰，实际纤维条的不均匀性总是高于理论极限。因此，减少技术不均匀性仍然是纤维制备和纺纱过程中的关键目标。

2.4. 纺纱过程
羊绒纱采用两种不同的纺纱技术生产：传统的环锭纺纱和紧密纺纱。纺纱实验分别使用Zinser 800环锭纺纱机（Saurer，德国Uebach-Palenberg）进行传统纺纱，以及Zinser 800 AirComTex系统（Saurer，德国Uebach-Palenberg）进行紧密纺纱。两种系统都在受控的工业条件下运行，以确保结果的可重复性，并能够可靠地比较两种纺纱技术。所有纺纱实验都在受控的环境条件下进行，温度约为20 ± 2°C，相对湿度为65 ± 2%。这些条件有助于保持纤维行为的稳定性，限制静电效应，并促进纺纱过程中的纤维凝聚力。

在传统的环锭纺纱中，通过缠绕拉伸后的纤维束来形成纱线，从而在前罗拉和纱线形成点之间形成一个纺纱三角形。这种纺纱三角形会导致部分失去纤维控制，导致纤维散开和外围纤维未能完全融入纱线结构。因此，环锭纺纱的纱线通常具有较高的毛羽度和较低的纤维紧密度。相比之下，紧密纺纱技术通过在插入捻度之前压缩纤维束来减少或消除纺纱三角形。在AirComTex系统中，利用空气动力吸力将纤维聚集成紧密的纤维束，从而改善纤维排列并增强纤维在纱线体内的整合。这使得纱线结构更加紧密，毛羽度降低，机械性能得到提升。图3展示了传统环锭纺纱（左）和紧密纺纱（右）的纺纱三角形对比，说明了纺纱三角形的减小和纤维控制的改善。为了研究细羊绒纤维的纺纱极限，实施了一个结构化的实验纺纱计划。从200 tex的粗纱开始，使用两种纺纱技术生产纱线。实验纺纱计划总结在表1中。表1列出了用于生产羊绒纱的实验纺纱计划。生产了线密度分别为10 tex和12.5 tex的纱线，不同捻度水平（α = 115和α = 95）下进行了测试，以评估捻度强度对纱线凝聚力和机械性能的影响。捻度计算使用以下公式：
(6)
总共制造了五种不同的纱线配置，为纺纱性能的分析提供了全面的数据集。

2.5. 纱线测试方法
通过一系列全面的物理和机械测试来评估所生产羊绒纱的质量，以表征纱线结构、性能以及与纤维制备和纺纱技术相关的纺纱稳定性。纱线不均匀性使用Uster Tester（Uster Technologies AG，瑞士乌斯特）在标准测试条件下进行测量。分析的参数包括质量变异系数（CV%），以及单位长度内的薄弱点数量、粗节数量和结节数量。这些参数提供了关于纱线均匀性的定量信息，并反映了纤维集合体的结构质量，特别是与纤维条规则性和牵伸条件相关的情况。除了整体不均匀性外，还分析了纱线沿长度方向的质量变化分布，以检测与牵伸波或机器引起的干扰相关的潜在周期性缺陷。这种分析有助于区分随机不均匀性和工艺引起的不均匀性，这与第2.3节描述的理论框架一致。纱线的拉伸性能使用符合ISO 2062标准的拉伸试验机进行测定。测量的参数包括拉伸强度（cN/tex）、断裂伸长率（%）和断裂能量。这些性能反映了纱线结构内纤维之间的凝聚力，直接受到纤维长度分布、纤维排列和捻度水平的影响。纱线毛羽度使用配备毛羽度测量模块的Uster Tester（Uster Technologies AG，瑞士乌斯特）进行评估。该方法量化了从纱线表面突出的纤维数量和长度。纱线毛羽度受纺纱技术的显著影响，特别是纺纱三角形的存在或减少，因此是比较环锭纺纱和紧密纺纱系统的关键参数。使用光学显微镜进行显微观察，以分析纱线的内部结构。这些观察有助于评估纤维的堆积密度、纤维取向以及纤维在纱线体内的整合程度，为机械性能和不均匀性测量提供了定性支持。

3. 结果与讨论
3.1. 羊绒纤维的特性
羊绒纤维的固有特性在纤维制备和纺纱过程中的行为中起着决定性作用。这些特性在我们之前的研究[7]中已经详细调查和报告。在本研究中，仅重点讨论了影响纺纱性的关键参数及其与纱线形成的关系。羊绒纤维来源于羊绒山羊特有的双层绒毛结构，由细小的绒毛纤维和较粗的护毛组成。这种双重结构是对恶劣气候条件的自然适应：绒毛纤维提供保温作用，而护毛形成保护性外层。这种原材料的固有异质性对纤维加工和纱线形成构成了主要挑战。从加工的角度来看，这些纤维特性不仅是描述性参数，还是控制纺纱行为的初始条件。特别是，纤维直径决定了纱线横截面内的纤维数量，从而影响纱线凝聚力；而纤维长度分布则控制纤维的重叠程度和应力在纱线内的传递效率。短纤维和残留的粗纤维的存在预计会降低凝聚力，并增加牵伸和捻纱过程中的纤维滑移概率。因此，这些纤维特性在确定纺纱稳定性和纱线质量方面起着关键作用。因此，在后续部分，这些纤维特性被视为解释纺纱性能、纱线规则性和机械性能的关键输入参数。

3.1.1. 形态特征
羊绒纤维的形态特征在纺织加工过程中的技术行为中起着决定性作用。进行了显微观察以分析纤维的形态特征。SEM图像显示了绒毛纤维和护毛之间的显著差异，如图4所示。图4显示了细绒毛纤维（右侧）和护毛（左侧）的SEM显微图。细绒毛纤维具有相对规则且定义明确的角质层鳞片，边缘平滑，间距均匀。这些鳞片有助于纤维的柔软性和灵活性，并在纱线形成过程中促进纤维之间的凝聚力。相比之下，保护毛具有更粗糙的结构，其角质层鳞片不规则且间距较大。原始羊毛中存在保护毛对羊绒加工来说是一个重大的技术挑战。保护毛比绒毛纤维粗得多，可能会对纱线的均匀性和织物外观产生负面影响。因此，在纤维准备过程中去除保护毛是生产高质量羊绒纱线的关键步骤。

3.1.2 纤维直径分布
纤维直径是影响可纺性的最重要参数之一，因为它直接影响纤维的灵活性以及纱线横截面中的纤维数量。纤维直径的详细分布已在[7]中报告。平均纤维直径根据山羊品种的不同，大约在13.2微米到16.7微米之间。纤维直径的变异系数低于22%，表明其变异性处于中等水平。直径分布遵循对数正态分布，这是天然动物纤维的典型特征。然而，较粗纤维的存在（主要与残留的保护毛有关）可能会通过增加毛羽感和在纱线结构中产生不规则的纤维排列来降低纱线质量。从纺纱的角度来看，这一直径范围确保了纱线横截面中有足够的纤维数量，这对于维持纤维凝聚力至关重要。然而，观察到的变异性可能会局部影响纤维排列，并在纺纱过程中导致应力分布不均。

3.1.3 纤维长度特性
纤维长度是另一个决定羊绒纤维可纺性的关键参数。纤维长度的详细分布已在[7]中报告。测量的纤维长度（Hauteur）大约在25.5毫米到43毫米之间，表明纺纱条件相对有利。然而，纤维长度的变异性仍然显著，反映了原材料的天然异质性。特别是短纤维的存在对纱线形成起着关键作用。短纤维对纤维凝聚力的贡献较小，并增加了纺纱过程中纤维滑移的风险。在原材料中，短纤维的比例约为12%。这一高比例对纺纱是一个主要限制，这也说明了梳理过程的重要性，因为梳理过程可以显著减少短纤维含量并提高纤维的排列质量。这种纤维长度的变异性预计会直接影响纺纱稳定性，因为较短的纤维对载荷传递的贡献较小，增加了纤维滑移和纱线断裂的风险。因此，纤维长度分布对于确定纱线的凝聚力和纺纱性能起着关键作用。

3.1.4 单个纤维的拉伸性能
单个纤维的拉伸性能影响它们在牵伸和加捻过程中承受机械应力的能力。在本研究中，拉伸应力大约在167兆帕到225兆帕之间，而断裂伸长率在40%到52%之间。这些数值表明蒙古羊绒纤维具有相对较高的延展性和足够的强度，适用于纺纱应用。这种拉伸性能的变异性可能导致纱线内部的应力分布不均，从而在纺纱过程中产生局部薄弱点。这种效应可能会增加纱线结构对缺陷的敏感性，并促进纱线在受力时的断裂。

3.2 羊绒纤维的可纺性
3.2.1 纤维特性对纱条均匀性和可纺性的影响
洗涤后，原材料由大约72%的绒毛纤维、20%的保护毛和8%的杂质组成。平均纤维直径约为16.1微米，变异系数为18%，而平均纤维长度（Hauteur）约为30毫米。在准备过程中，特别是在梳理阶段之后，纤维特性发生了显著变化。如图5所示，梳理操作导致平均纤维长度显著增加，长度变异性减少。这种改善主要是由于短纤维被去除，因为梳理过程无法保留它们。有效纤维长度的增加有助于改善纤维之间的重叠并增强纱条内的凝聚力。

3.2.2 纺纱性能和纱线质量
通过纱线均匀性、缺陷分析、拉伸行为和结构观察来评估羊绒纤维的纺纱性能。质量随长度变化的分析（图9）显示，随着切割长度的增加，CV%持续下降。这种行为是随机纤维排列的特征，其中短长度的变化在较长长度上逐渐平均化。曲线上没有明显的峰值或不规则波动，表明没有周期性故障，证实了纺纱条件稳定且没有机器引起的干扰。这证实了输入的粗纱为纺纱提供了稳定且均匀的起始结构。图10的频谱图进一步支持了这一观察结果。质量变化主要集中在短波长范围内（大约1米以下），这是随机纤维分布的典型特征。没有观察到主导波长，表明不规则性主要是随机的，而非工艺相关的。这些结果表明，输入的粗纱具有良好随机化的结构，没有可检测到的周期性不规则性。这证实了纤维准备过程为稳定纺纱提供了合适条件，而后续的纱线不规则性主要由纤维本身的特性决定。

纱线断裂率被用作可纺性的关键指标。结果见表2。根据纱线类型和纺纱条件，观察到了显著的变化。虽然工业上可接受的值通常为每1000个锭子每小时50次断裂，但有些纱线的断裂率要高得多，达到232次断裂。这些结果表明在某些条件下达到了可纺性的极限。这种基于阈值的解释为工业条件下评估可纺性提供了实用的标准。纱线断裂的主要原因是粗纱中存在结节和纤维簇。每米粗纱中的结节数量在3到6个之间，相当于纺纱后每1000米纱线中有大约150到300个结节。这些缺陷会在纺纱过程中产生局部应力集中，显著增加纱线断裂的概率。从力学角度来看，结节对纱线断裂的影响可以通过几个相互作用的现象来解释：首先，结节和纤维簇在纤维排列中形成局部刚性区域，导致牵伸和加捻过程中的应力集中；其次，结节扰乱了纤维的均匀流动，造成沿纱线的瞬态不稳定性和不均匀的纤维张力分布；第三，这些缺陷周围的纤维整合不良，在拉伸载荷下促进纤维滑移，减少了纤维之间的有效载荷传递。因此，纱线断裂优先发生在这些结构薄弱点，解释了缺陷含量与纺纱不稳定性之间的强相关性。这种分析强调了局部结构缺陷在控制纺纱性能中的主导作用。

纱线均匀性进一步使用不规则性指数I和系数K进行分析。不规则性指数在1.03到1.08之间（图11），表明纱线结构接近理想纤维排列所定义的理论极限。尽管整体均匀性良好，但仍观察到纱线缺陷。随着纱线线密度的降低，每1000米纱线中的薄弱点和粗点数量增加（图12）。这归因于纱线横截面中纤维数量的减少，增加了对局部质量变化的敏感性。每1000米纱线中的结节数量大约在10到42个之间（图13），反映了准备过程中纤维簇的残留和纤维个体化不完全。纱线横截面的显微观察显示了纤维排列的变异性（图14）。图14展示了Nm100HC、Nm95HR和Nm80LC纱线的横截面显微照片。Nm100HC纱线表现出相对紧凑且组织良好的结构，而Nm95HT和Nm80LC纱线则显示出更不均匀的纤维分布。这些结构差异可能导致局部机械弱点，并影响纱线性能。这些观察结果与机械性能和缺陷分布的变异性一致。图15展示了纱线的拉伸性能，结果显示不同纱线的拉伸行为存在明显差异。具有更高纤维凝聚力和更好结构组织的纱线倾向于表现出更高的拉伸强度和断裂能量。相比之下，纤维排列和排列的变化导致断裂伸长率有中等程度的差异。尽管存在这些变化，不同样品的总体机械性能仍然相对一致。这表明，尽管纱线横截面中的纤维数量及其分布可能有所不同，但整体纱线结构仍然足够连贯，以确保稳定的机械性能。与拉伸性能相关的变异系数表明存在一定程度的变异性，这可以归因于纤维排列的局部不规则性和缺陷的存在。

总体而言，这些结果表明纤维准备在提高羊绒纤维的可纺性方面起着决定性作用。去除短纤维并结合在牵伸过程中控制纱条不规则性，可以生产出更加均匀的纤维排列，这对于实现稳定的纺纱条件和生产高质量纱线至关重要。然而，残留的不规则性的存在表明，仅靠准备过程无法完全消除结构缺陷，这些缺陷仍可能影响纺纱过程中的纱线性能。

3.3纺纱技术的影响：环锭纺与紧密纺的比较
通过比较在相似加工条件下的传统环锭纺和紧密纺系统，评估了纺纱技术对纱线质量的影响。紧密纺的特点是在加捻之前通过空气动力学方式使纤维束凝结，从而消除了纺纱三角形。这种改进提高了纤维的排列顺序，并增强了纤维在纱线结构中的整合性。相比之下，传统环锭纺的纺纱三角形较大，导致纤维的凝聚力较差，纤维在纱线表面突出的概率较高。结果表明，紧密纺纱线通常具有比环锭纺纱线更好的结构特性。特别是，紧密纺纱线的纤维堆积更紧密，结构更加均匀，这有助于提高纤维凝聚力并减少纤维向纱线表面的迁移。

纺纱技术对纱线毛羽度的影响在图16中得到了清晰体现。结果显示，无论是3毫米还是8毫米的测量长度，紧密纺纱线的毛羽度值都明显低于环锭纺纱线。对于较长的突出纤维（8毫米），这种差异尤为明显，在紧密纺纱线中显著减少。这表明紧密纺在限制从纱线表面突出的长纤维方面特别有效，而长纤维会对纱线的外观和性能产生负面影响。相比之下，环锭纺纱线的毛羽度较高，尤其是粗纱，反映出表面松散结合的纤维较多。

图16显示了环锭纺和紧密纺开士米纱在3毫米和8毫米长度下的毛羽度测量结果。这些结构差异也体现在纱线表面形态上（图17和图18）：紧密纺纱线的表面更加光滑均匀，而环锭纺纱线的纤维突出程度更高。图17展示了环锭纺和紧密纺开士米纱的表面外观差异；图18的扫描电子显微镜（SEM）图像显示，紧密纺纱线的纤维整合性更好，纤维突出减少。

在纱线均匀性方面，两种纺纱系统产生的结果相当接近，不规则指数和变异系数也相似。然而，由于在牵伸和加捻过程中对纤维排列的控制更好，紧密纺纱线往往具有更稳定的结构。纱线缺陷的分析表明，两种纺纱系统仍会受到棉结和纤维团块的影响。这些缺陷主要源于纤维制备过程，在纺纱过程中无法完全消除，这突显了上游加工对最终纱线质量的重要性。从机械角度来看，紧密纺纱线的拉伸性能略有提升（图15），尤其是在强度和断裂能量方面。这种改进归因于更好的纤维排列和更强的纤维间凝聚力。不过，差异仍然较小，表明纤维本身的性质和制备条件在决定纱线机械性能方面仍起主导作用。

尽管紧密纺提高了纤维排列并减少了毛羽度，但在细开士米纤维的情况下，这些改进的效果相对有限。这可以通过材料本身的限制来解释：首先，纤维长度的较大变异性降低了纤维凝结的效果，因为短纤维无法完全融入纱线结构；其次，棉结和纤维团块等残留缺陷引入了局部结构不均匀性，这些缺陷无法通过纺纱技术消除；最后，细开士米纤维较低的弯曲刚度和较高的柔韧性降低了内部凝聚力，即使在紧密结构中也会更容易发生纤维滑动。这些综合因素解释了为什么尽管纤维控制得到改善，紧密纺带来的提升仍然有限。因此，紧密纺的改进效果较为温和，说明纤维特性在决定纱线性能方面起着主导作用。

总体而言，紧密纺在纱线紧密度、减少毛羽度和略微提升机械性能方面具有明显优势。然而，最终纱线的质量仍很大程度上取决于初始纤维特性和制备过程的效率。因此，优化纤维制备对于充分发挥紧密纺在细开士米纱生产中的优势至关重要。这一结果进一步强调了仅靠技术改进无法完全弥补材料本身的局限性。

**结论**
本研究提供了一个基于工业断裂率阈值的实用框架，用于评估细开士米纱的纺纱可行性。结果表明，即使在优化的纤维制备和紧密纺条件下，棉结和纤维团块等残留缺陷仍然是主要限制因素。这一发现突显了细开士米纤维加工的基本局限性，并解释了为什么仅靠纺纱技术的改进只能带来有限的纱线性能提升。

研究还表明，纤维制备在提高纺纱可行性方面起着关键作用。特别是梳理过程显著减少了短纤维的比例，改善了纤维排列，从而提高了纤维条的均匀性和纺纱条件的稳定性。然而，尽管如此，棉结和纤维团块等残留缺陷仍然存在，成为纺纱性能的主要限制因素。纱线性能分析显示，在受控条件下可以生产出线密度在10至12.9 tex之间的细开士米纱。这些纱线的不规则程度较低，不规则指数接近理论极限，表明纤维排列有序。尽管如此，缺陷的存在仍会影响纱线质量，尤其是在断裂率和结构变异性方面。

传统环锭纺与紧密纺的比较突显了紧密纺技术的优势：紧密纺纱线的毛羽度较低，尤其是对于较长的突出纤维，同时纤维在纱线结构中的整合性更好。这些结构改进带来了轻微的机械性能提升，包括更高的强度和断裂能量。然而，两种纺纱系统之间的差异仍然较小，表明纤维特性和制备过程在决定纱线性能方面仍起主导作用。

紧密纺带来的有限改进证实了与纤维相关的限制（如长度变异性和残留缺陷）起着主导作用，这些限制无法仅通过纺纱技术完全消除。这清楚地表明，细开士米纤维的纺纱可行性主要受材料本身特性的影响，而非加工技术。

总体而言，生产高质量细开士米纱需要纤维制备和纺纱技术的共同优化。虽然紧密纺在纱线结构和表面质量方面具有明显优势，但其效果很大程度上取决于纤维初始的质量。因此，改进纤维制备是实现最佳纺纱性能和生产适用于高价值纺织应用的纱线的关键因素。这些发现为优化工业纺纱条件提供了有用的指导，并指出了加工细开士米纤维的实际限制。