錦綸混紡紗生產(chǎn)工藝研究

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摘要：探討精梳棉／石墨烯改性錦綸60／4014．8tex賽絡(luò)集聚紡紗線的紡紗方法。通過優(yōu)選原料，在開清棉工序混入一定比例的棉纖維，解決了石墨烯改性錦綸成卷困難的問題；通過在預(yù)并工序并入一定比例的精梳棉條來調(diào)整成紗的混紡比。在保證良好分梳、除雜的同時(shí)，盡量減少梳理過程對纖維的損傷，合理優(yōu)化并條、粗紗工藝流程，細(xì)紗采用賽絡(luò)集聚紡紗方式，加強(qiáng)對牽伸區(qū)浮游纖維的控制，計(jì)算并調(diào)整紡紗工藝參數(shù)。經(jīng)測試，成紗的各項(xiàng)性能指標(biāo)良好。認(rèn)為：針對石墨烯改性錦綸的工藝研究可以在棉紡設(shè)備上解決混紡紗的生產(chǎn)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：石墨烯改性錦綸；混紡比；梳理隔距；賽絡(luò)集聚紗；成紗質(zhì)量

石墨烯纖維材料研究與開發(fā)應(yīng)用是當(dāng)前我國紡織行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，石墨烯在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用顯示出較大的優(yōu)越性，可以提升纖維斷裂強(qiáng)度，使纖維具有良好的阻燃性、織物具有導(dǎo)電性能，具有理想的遠(yuǎn)紅外發(fā)射功能，增強(qiáng)產(chǎn)品的防紫外線性［1］。石墨烯改性錦綸（以下簡稱石墨烯錦綸）既保留了錦綸的自身優(yōu)點(diǎn)，又引入了石墨烯的優(yōu)良特性。石墨烯錦綸具有防靜電、防紫外線、抗菌抑菌、低溫紅外、耐磨耐腐等特點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛［2］。石墨烯錦綸可與棉、莫代爾、竹漿纖維、粘膠等纖維混和紡紗，使纖維特性得到優(yōu)化與互補(bǔ)，織成的面料具有石墨烯的優(yōu)良特性，同時(shí)耐磨保形、穿著舒適。但是，由于石墨烯錦綸加工工藝不完善，且石墨烯片層之間較強(qiáng)的作用力，使石墨烯材料分散性能較差，纖維表面摩擦因數(shù)小、抱合力差［3－4］，這不僅關(guān)系其后道加工能否順利進(jìn)行，影響其成紗質(zhì)量，而且還會(huì)阻礙石墨烯錦綸纖維紡織品的開發(fā)以及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。本次研究以海安文凱化纖有限公司等組成的合作聯(lián)盟研發(fā)的石墨烯錦綸和新疆兵團(tuán)細(xì)絨棉為原料，通過調(diào)整各種工藝參數(shù)，在棉紡設(shè)備上實(shí)現(xiàn)棉石墨烯錦綸混紡紗的生產(chǎn)［5］。

1原料選配

紡制棉／石墨烯錦綸60／4014．8tex賽絡(luò)集聚機(jī)織用紗線的兩種纖維基本性能指標(biāo)如下。纖維石墨烯錦綸棉纖維平均長度／mm3729．5線密度／dtex1．921．55體積比電阻／Ω•cm7．6×1051．2×105回潮率／％4．588．5斷裂強(qiáng)度／cN•dtex－13．92．74斷裂強(qiáng)力CV／％17．3816．7斷裂伸長率／％23．426．1由以上數(shù)據(jù)可知，石墨烯錦綸的斷裂強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率比棉纖維大，平均長度比棉纖維長，說明石墨烯錦綸的物理機(jī)械性能比棉纖維好。這是由于錦綸纖維中加入了石墨烯，石墨稀中的碳原子之間由鍵能很強(qiáng)的σ鍵連接，增強(qiáng)了石墨烯的力學(xué)性能。但線密度比棉纖維大。石墨烯錦綸回潮率比棉纖維小，體積比電阻比棉纖維大，說明石墨烯錦綸吸濕性和導(dǎo)電性不如棉纖維。錦綸改性前后纖維SEM形貌如圖1所示。

2紡紗工藝流程

棉纖維：A002D型抓棉機(jī)→A035C型混開棉機(jī)→FA106B型開棉機(jī)→A092→型給棉機(jī)A076F型成卷機(jī)→FA231C型梳棉機(jī)→FA311型并條機(jī)→E32型條卷機(jī)→E65型精梳機(jī)。石墨烯錦綸＋精梳棉條：FA002C→型抓棉機(jī)FA035B型混棉機(jī)→FA106A→型開棉機(jī)FA161型給棉機(jī)→A076E型成卷機(jī)→FA201B型梳棉機(jī)→JWF1310型并條機(jī)（預(yù)并）。精梳棉條＋精梳棉石墨烯錦綸混紡預(yù)并條：JWF1310型并條機(jī)（三道）→JWF1415型粗紗機(jī)→EJM128K型細(xì)紗機(jī)→AutoconerX5型絡(luò)筒機(jī)。

3關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置

3．1開清棉工序3．1．1精梳棉石墨烯錦綸開清棉工藝石墨烯錦綸堆積蓬松，表面摩擦因數(shù)小，抱合力差，必須對石墨烯錦綸進(jìn)行預(yù)處理，以增強(qiáng)其可紡性能。將3％的抗靜電劑與溫水混合稀釋后噴撒在石墨烯錦綸上，經(jīng)過24h的堆倉養(yǎng)生后，將石墨烯錦綸全部人工初步撕扯，同時(shí)將一定比例撕扯部分精梳條與石墨烯錦綸在清棉圓盤混和（要達(dá)到精梳棉／石墨烯錦綸60／40的比例，需要在并條工序加入精梳棉條調(diào)整混紡比）。通過預(yù)處理的石墨烯錦綸，纖維間的摩擦力和抱合力得到增強(qiáng)，成卷質(zhì)量得到改善，成卷表面狀態(tài)較好，可以在梳棉工序順利退卷進(jìn)行生產(chǎn)。3．1．2棉纖維開清棉工藝抓棉要保證纖維開松好、除雜好、混和好、損傷小，抓取量小、輕抓、均勻抓取［6］。另外，為防止產(chǎn)生大量棉結(jié)、束絲、硬塊，必須認(rèn)真檢查管道的光潔度和抓棉機(jī)的吸風(fēng)。在保證供應(yīng)正常、輸棉順暢的前提下混棉機(jī)的換倉壓力要偏小掌握。做到“薄喂快給”，設(shè)置較快線速度、較小角釘簾隔距，可提高梳棉效率和質(zhì)量。3．2梳理工序3．2．1精梳棉與石墨烯錦綸梳理工藝石墨烯錦綸強(qiáng)力較高，斷裂伸長率較大，但是纖維的摩擦因數(shù)較小，抱合力較差。在梳棉過程中纖維容易沉積在針齒之間，造成纖維轉(zhuǎn)移困難。提高錫林和刺輥線速度比，使纖維能夠順利地轉(zhuǎn)移。錫林速度高，分梳轉(zhuǎn)移能力強(qiáng)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)置較小的刺輥與錫林隔距，使纖維順利從刺輥轉(zhuǎn)移到錫林。為防止纖維纏繞錫林，錫林與蓋板隔距要比紡棉時(shí)大。采用適中的蓋板速度，在提高蓋板除雜效率、減少棉結(jié)的同時(shí)，使得蓋板花增加也緩慢一些。錫林與道夫隔距適當(dāng)偏小，可避免出現(xiàn)云斑或棉結(jié)增多。優(yōu)選紡化學(xué)纖維的配套針布，在保證良好的分梳、除雜的同時(shí)，又要減小損傷纖維，盡可能使束狀纖維分散成單纖維。適當(dāng)降低刺輥速度，減少纖維損傷，降低短絨率。梳棉工序主要工藝參數(shù)：蓋板速度89．8mm／min，錫林速度335r／min，刺輥速度224r／min，給棉板～刺輥隔距0．254mm，刺輥～除塵刀隔距0．330mm，刺輥～預(yù)分梳板隔距0．305mm、0．508mm、0．508mm、1．499mm，錫林～蓋板隔距0．229mm、0．203mm、0．178mm、0．178mm、0．203mm，制得混和生條干定量21．5g／5m。3．2．2棉纖維梳理工藝棉梳理工序主要工藝參數(shù)：蓋板速度89．8mm／min，錫林速度330r／min，刺輥速度203r／min，給棉板～刺輥隔距0．254mm，刺輥～除塵刀隔距0．305mm，刺輥～預(yù)分梳板隔距0．254mm、0．457mm、0．457mm、1．039mm，錫林～蓋板隔距0．203mm、0．178mm、0．178mm、0．203mm。3．3并條工序精梳棉條與石墨烯錦綸棉條在并條機(jī)上并合時(shí)，前后區(qū)牽伸分配、牽伸倍數(shù)、隔距都要設(shè)置合理，本次并條方案：將石墨烯錦綸與精梳棉的混和條，先進(jìn)行預(yù)并，采用6根混和條喂入，牽伸倍數(shù)為5．857倍，得干定量為22．02g／5m；頭道并條采用2根石墨烯錦綸與棉混和條＋3根精梳棉條喂入，精梳棉條干定量17．2g／5m，使得精梳棉與石墨烯錦綸混紡比達(dá)到60∶40，牽伸5．088倍，干定量18．8g／5m；二道與三道均采用6根并合，牽伸分別為6．407倍、6．512倍，所得干定量分別為20．07g／5m、18．5g／5m。并條工序的牽伸過程中，纖維會(huì)產(chǎn)生回彈，為減少纖維的牽伸變形，改善條子的伸直度，降低突發(fā)性紗疵，應(yīng)采用小牽伸倍數(shù)［7］。由于喂入預(yù)并條機(jī)的生條中有石墨烯錦綸和棉兩種纖維，排列比較混亂，要提高纖維伸直平行度，消除棉條中的后彎鉤纖維，三道總牽伸要略大，頭道并條的后區(qū)牽伸要增大，二、三道后區(qū)牽伸要略小。牽伸形式采用三上三下下壓式壓力棒附導(dǎo)向上羅拉曲線牽伸。石墨烯錦綸表面光滑、無卷曲，抱合力較差，因此應(yīng)適當(dāng)增加羅拉加壓力，同時(shí)減小喇叭口直徑，適當(dāng)降低羅拉速度，防止斷頭。清潔工作要做好，防止?fàn)可觳考焕w維纏繞而增加紗疵。牽伸力與握持力要相適應(yīng)，使得牽伸過程中條子不易滑脫，有效控制纖維，從而改善條干均勻度、不易斷頭，同時(shí)并條膠輥加壓118N×362N×392N×362N，出條速度260m／min，羅拉隔距10mm×16mm。各道條干CV控制指標(biāo)為3．95％（預(yù)并）、4．36％（頭并）、4．02％（二并）、3．16％（末并）。3．4粗紗工序石墨烯錦綸表面摩擦因數(shù)小，纖維間抱合力小，表面光滑無卷曲，為防止意外牽伸帶來的粗紗條干不勻，捻度要增大，張力和后區(qū)牽伸要減小。設(shè)置適當(dāng)?shù)你Q口隔距來控制浮游纖維，降低條干不勻；根據(jù)纖維長度，合理設(shè)置羅拉隔距；提高前羅拉轉(zhuǎn)速，來提高生產(chǎn)效率。粗紗工序主要工藝參數(shù)：捻度54．1捻／m，干定量3．2g／10m，錠翼速度950r／min，牽伸11．67倍，鉗口隔距6．5mm，前羅拉轉(zhuǎn)速203r／min，羅拉隔距12mm×28mm×35mm。3．5細(xì)紗工序細(xì)紗工序采用三羅拉網(wǎng)格圈負(fù)壓式賽絡(luò)集聚紡紡制14．7tex機(jī)織紗。在細(xì)紗工藝配置中，提高紗線條干、強(qiáng)力、控制紗線毛羽是細(xì)紗工序的重點(diǎn)。石墨烯錦綸表面摩擦因數(shù)小，纖維間抱合力差，纖維間易產(chǎn)生滑移，纖維變速點(diǎn)很不穩(wěn)定，滑移的形成使纖維在牽伸中前后失控，是影響條干不勻和強(qiáng)力偏低的關(guān)鍵所在［8］。牽伸分配時(shí)，前區(qū)比后區(qū)控制浮游纖維的作用強(qiáng)，因此后區(qū)牽伸倍數(shù)要小于前區(qū)牽伸倍數(shù)；另外后區(qū)羅拉隔距要加大，羅拉加壓要足夠；鋼領(lǐng)鋼絲圈選用合理，適當(dāng)降低錠速，減少斷頭［9］。細(xì)紗工序主要工藝參數(shù)：羅拉隔距18mm×35mm，BS7／0＃鋼絲圈，LX966型膠輥，錠速14000r／min，3mm隔距塊，前羅拉轉(zhuǎn)速191r／min，捻系數(shù)369。3．6絡(luò)筒工序棉石墨烯錦綸混紡紗強(qiáng)力偏低，必須減小絡(luò)筒張力。同時(shí)，絡(luò)筒速度不宜過大，以免影響成紗質(zhì)量，在不影響正常生產(chǎn)的情況下，槽筒速度偏低掌握，設(shè)為800m／min。合理設(shè)定空氣捻接器參數(shù)，控制好接頭質(zhì)量；合理設(shè)定電子清紗參數(shù)，確保有害紗疵得到效清除。

4成紗質(zhì)量指標(biāo)

采用USTERTENSORAPID型單紗強(qiáng)力測試儀對棉／石墨烯錦綸60／4014．8tex賽絡(luò)集聚紗的強(qiáng)伸性能進(jìn)行測試，測試結(jié)果：斷裂強(qiáng)力192．3cN，斷裂強(qiáng)度13．08cN／tex，強(qiáng)力CV6．7％，斷裂伸長率6．25％。采用USTERME100型條干儀對棉／石墨烯錦綸60／4014．8tex賽絡(luò)集聚紗的條干進(jìn)行測試，測試結(jié)果：條干CV14．33％，－40％細(xì)節(jié)328．3個(gè)／km，－50％細(xì)節(jié)15．5個(gè)／km，＋35％粗節(jié)751個(gè)／km，＋50％粗節(jié)111．3個(gè)／km，＋140％棉結(jié)542．3個(gè)／km，＋200％棉結(jié)127個(gè)／km，毛羽H值3．13。由以上數(shù)據(jù)可以看出，棉石墨烯錦綸混紡紗紗強(qiáng)力偏低，這與石墨烯錦綸本身的強(qiáng)力有關(guān)，但石墨烯錦綸增加了紗線的耐磨性，與普通化學(xué)纖維相比，其吸濕性較好，成紗所含棉結(jié)以及粗細(xì)節(jié)相對較少，條干均勻度得到了改善。

5結(jié)語

（1）石墨烯錦綸可紡性差，通過在開清棉工序混入一定比例的棉纖維，可解決石墨烯錦綸纖維成卷困難的問題，通過在預(yù)并條工序并入一定比例的精梳棉，并結(jié)合開清工序混入的棉纖維比例來調(diào)整成紗的混紡比，得到棉石墨烯錦綸特定混紡比的混紡紗。（2）在原棉紡設(shè)備上通過將細(xì)紗機(jī)改裝為三羅拉網(wǎng)格圈負(fù)壓式賽絡(luò)集聚紡系統(tǒng)，得到成紗各項(xiàng)性能指標(biāo)良好的功能性石墨烯錦綸混紡紗，為生產(chǎn)功能性紡織品面料提供原料。（3）合理確定工藝參數(shù)及選用紡紗配件，保持良好的機(jī)械狀態(tài)，保持各通道的光潔，提高生產(chǎn)管理水平和擋車工操作水平，是提高棉石墨烯錦綸混紡紗質(zhì)量的有效措施。

作者:張亞芳 徐伯俊 劉新金 蘇旭中 吉宜軍 單位:1.江南大學(xué) 2.南通雙弘紡織有限公司