锦纶混纺纱生产工艺研究

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摘要：探讨精梳棉／石墨烯改性锦纶60／4014．8tex赛络集聚纺纱线的纺纱方法。通过优选原料，在开清棉工序混入一定比例的棉纤维，解决了石墨烯改性锦纶成卷困难的问题；通过在预并工序并入一定比例的精梳棉条来调整成纱的混纺比。在保证良好分梳、除杂的同时，尽量减少梳理过程对纤维的损伤，合理优化并条、粗纱工艺流程，细纱采用赛络集聚纺纱方式，加强对牵伸区浮游纤维的控制，计算并调整纺纱工艺参数。经测试，成纱的各项性能指标良好。认为：针对石墨烯改性锦纶的工艺研究可以在棉纺设备上解决混纺纱的生产难点。

关键词：石墨烯改性锦纶；混纺比；梳理隔距；赛络集聚纱；成纱质量

石墨烯纤维材料研究与开发应用是当前我国纺织行业发展的重点，石墨烯在纺织领域的应用显示出较大的优越性，可以提升纤维断裂强度，使纤维具有良好的阻燃性、织物具有导电性能，具有理想的远红外发射功能，增强产品的防紫外线性［1］。石墨烯改性锦纶（以下简称石墨烯锦纶）既保留了锦纶的自身优点，又引入了石墨烯的优良特性。石墨烯锦纶具有防静电、防紫外线、抗菌抑菌、低温红外、耐磨耐腐等特点，应用领域广泛［2］。石墨烯锦纶可与棉、莫代尔、竹浆纤维、粘胶等纤维混和纺纱，使纤维特性得到优化与互补，织成的面料具有石墨烯的优良特性，同时耐磨保形、穿着舒适。但是，由于石墨烯锦纶加工工艺不完善，且石墨烯片层之间较强的作用力，使石墨烯材料分散性能较差，纤维表面摩擦因数小、抱合力差［3－4］，这不仅关系其后道加工能否顺利进行，影响其成纱质量，而且还会阻碍石墨烯锦纶纤维纺织品的开发以及产业化生产。本次研究以海安文凯化纤有限公司等组成的合作联盟研发的石墨烯锦纶和新疆兵团细绒棉为原料，通过调整各种工艺参数，在棉纺设备上实现棉石墨烯锦纶混纺纱的生产［5］。

1原料选配

纺制棉／石墨烯锦纶60／4014．8tex赛络集聚机织用纱线的两种纤维基本性能指标如下。纤维石墨烯锦纶棉纤维平均长度／mm3729．5线密度／dtex1．921．55体积比电阻／Ω•cm7．6×1051．2×105回潮率／％4．588．5断裂强度／cN•dtex－13．92．74断裂强力CV／％17．3816．7断裂伸长率／％23．426．1由以上数据可知，石墨烯锦纶的断裂强度、断裂强力、断裂伸长率比棉纤维大，平均长度比棉纤维长，说明石墨烯锦纶的物理机械性能比棉纤维好。这是由于锦纶纤维中加入了石墨烯，石墨稀中的碳原子之间由键能很强的σ键连接，增强了石墨烯的力学性能。但线密度比棉纤维大。石墨烯锦纶回潮率比棉纤维小，体积比电阻比棉纤维大，说明石墨烯锦纶吸湿性和导电性不如棉纤维。锦纶改性前后纤维SEM形貌如图1所示。

2纺纱工艺流程

棉纤维：A002D型抓棉机→A035C型混开棉机→FA106B型开棉机→A092→型给棉机A076F型成卷机→FA231C型梳棉机→FA311型并条机→E32型条卷机→E65型精梳机。石墨烯锦纶＋精梳棉条：FA002C→型抓棉机FA035B型混棉机→FA106A→型开棉机FA161型给棉机→A076E型成卷机→FA201B型梳棉机→JWF1310型并条机（预并）。精梳棉条＋精梳棉石墨烯锦纶混纺预并条：JWF1310型并条机（三道）→JWF1415型粗纱机→EJM128K型细纱机→AutoconerX5型络筒机。

3关键参数设置

3．1开清棉工序3．1．1精梳棉石墨烯锦纶开清棉工艺石墨烯锦纶堆积蓬松，表面摩擦因数小，抱合力差，必须对石墨烯锦纶进行预处理，以增强其可纺性能。将3％的抗静电剂与温水混合稀释后喷撒在石墨烯锦纶上，经过24h的堆仓养生后，将石墨烯锦纶全部人工初步撕扯，同时将一定比例撕扯部分精梳条与石墨烯锦纶在清棉圆盘混和（要达到精梳棉／石墨烯锦纶60／40的比例，需要在并条工序加入精梳棉条调整混纺比）。通过预处理的石墨烯锦纶，纤维间的摩擦力和抱合力得到增强，成卷质量得到改善，成卷表面状态较好，可以在梳棉工序顺利退卷进行生产。3．1．2棉纤维开清棉工艺抓棉要保证纤维开松好、除杂好、混和好、损伤小，抓取量小、轻抓、均匀抓取［6］。另外，为防止产生大量棉结、束丝、硬块，必须认真检查管道的光洁度和抓棉机的吸风。在保证供应正常、输棉顺畅的前提下混棉机的换仓压力要偏小掌握。做到“薄喂快给”，设置较快线速度、较小角钉帘隔距，可提高梳棉效率和质量。3．2梳理工序3．2．1精梳棉与石墨烯锦纶梳理工艺石墨烯锦纶强力较高，断裂伸长率较大，但是纤维的摩擦因数较小，抱合力较差。在梳棉过程中纤维容易沉积在针齿之间，造成纤维转移困难。提高锡林和刺辊线速度比，使纤维能够顺利地转移。锡林速度高，分梳转移能力强，有利于提高产品的质量。设置较小的刺辊与锡林隔距，使纤维顺利从刺辊转移到锡林。为防止纤维缠绕锡林，锡林与盖板隔距要比纺棉时大。采用适中的盖板速度，在提高盖板除杂效率、减少棉结的同时，使得盖板花增加也缓慢一些。锡林与道夫隔距适当偏小，可避免出现云斑或棉结增多。优选纺化学纤维的配套针布，在保证良好的分梳、除杂的同时，又要减小损伤纤维，尽可能使束状纤维分散成单纤维。适当降低刺辊速度，减少纤维损伤，降低短绒率。梳棉工序主要工艺参数：盖板速度89．8mm／min，锡林速度335r／min，刺辊速度224r／min，给棉板～刺辊隔距0．254mm，刺辊～除尘刀隔距0．330mm，刺辊～预分梳板隔距0．305mm、0．508mm、0．508mm、1．499mm，锡林～盖板隔距0．229mm、0．203mm、0．178mm、0．178mm、0．203mm，制得混和生条干定量21．5g／5m。3．2．2棉纤维梳理工艺棉梳理工序主要工艺参数：盖板速度89．8mm／min，锡林速度330r／min，刺辊速度203r／min，给棉板～刺辊隔距0．254mm，刺辊～除尘刀隔距0．305mm，刺辊～预分梳板隔距0．254mm、0．457mm、0．457mm、1．039mm，锡林～盖板隔距0．203mm、0．178mm、0．178mm、0．203mm。3．3并条工序精梳棉条与石墨烯锦纶棉条在并条机上并合时，前后区牵伸分配、牵伸倍数、隔距都要设置合理，本次并条方案：将石墨烯锦纶与精梳棉的混和条，先进行预并，采用6根混和条喂入，牵伸倍数为5．857倍，得干定量为22．02g／5m；头道并条采用2根石墨烯锦纶与棉混和条＋3根精梳棉条喂入，精梳棉条干定量17．2g／5m，使得精梳棉与石墨烯锦纶混纺比达到60∶40，牵伸5．088倍，干定量18．8g／5m；二道与三道均采用6根并合，牵伸分别为6．407倍、6．512倍，所得干定量分别为20．07g／5m、18．5g／5m。并条工序的牵伸过程中，纤维会产生回弹，为减少纤维的牵伸变形，改善条子的伸直度，降低突发性纱疵，应采用小牵伸倍数［7］。由于喂入预并条机的生条中有石墨烯锦纶和棉两种纤维，排列比较混乱，要提高纤维伸直平行度，消除棉条中的后弯钩纤维，三道总牵伸要略大，头道并条的后区牵伸要增大，二、三道后区牵伸要略小。牵伸形式采用三上三下下压式压力棒附导向上罗拉曲线牵伸。石墨烯锦纶表面光滑、无卷曲，抱合力较差，因此应适当增加罗拉加压力，同时减小喇叭口直径，适当降低罗拉速度，防止断头。清洁工作要做好，防止牵伸部件被纤维缠绕而增加纱疵。牵伸力与握持力要相适应，使得牵伸过程中条子不易滑脱，有效控制纤维，从而改善条干均匀度、不易断头，同时并条胶辊加压118N×362N×392N×362N，出条速度260m／min，罗拉隔距10mm×16mm。各道条干CV控制指标为3．95％（预并）、4．36％（头并）、4．02％（二并）、3．16％（末并）。3．4粗纱工序石墨烯锦纶表面摩擦因数小，纤维间抱合力小，表面光滑无卷曲，为防止意外牵伸带来的粗纱条干不匀，捻度要增大，张力和后区牵伸要减小。设置适当的钳口隔距来控制浮游纤维，降低条干不匀；根据纤维长度，合理设置罗拉隔距；提高前罗拉转速，来提高生产效率。粗纱工序主要工艺参数：捻度54．1捻／m，干定量3．2g／10m，锭翼速度950r／min，牵伸11．67倍，钳口隔距6．5mm，前罗拉转速203r／min，罗拉隔距12mm×28mm×35mm。3．5细纱工序细纱工序采用三罗拉网格圈负压式赛络集聚纺纺制14．7tex机织纱。在细纱工艺配置中，提高纱线条干、强力、控制纱线毛羽是细纱工序的重点。石墨烯锦纶表面摩擦因数小，纤维间抱合力差，纤维间易产生滑移，纤维变速点很不稳定，滑移的形成使纤维在牵伸中前后失控，是影响条干不匀和强力偏低的关键所在［8］。牵伸分配时，前区比后区控制浮游纤维的作用强，因此后区牵伸倍数要小于前区牵伸倍数；另外后区罗拉隔距要加大，罗拉加压要足够；钢领钢丝圈选用合理，适当降低锭速，减少断头［9］。细纱工序主要工艺参数：罗拉隔距18mm×35mm，BS7／0＃钢丝圈，LX966型胶辊，锭速14000r／min，3mm隔距块，前罗拉转速191r／min，捻系数369。3．6络筒工序棉石墨烯锦纶混纺纱强力偏低，必须减小络筒张力。同时，络筒速度不宜过大，以免影响成纱质量，在不影响正常生产的情况下，槽筒速度偏低掌握，设为800m／min。合理设定空气捻接器参数，控制好接头质量；合理设定电子清纱参数，确保有害纱疵得到效清除。

4成纱质量指标

采用USTERTENSORAPID型单纱强力测试仪对棉／石墨烯锦纶60／4014．8tex赛络集聚纱的强伸性能进行测试，测试结果：断裂强力192．3cN，断裂强度13．08cN／tex，强力CV6．7％，断裂伸长率6．25％。采用USTERME100型条干仪对棉／石墨烯锦纶60／4014．8tex赛络集聚纱的条干进行测试，测试结果：条干CV14．33％，－40％细节328．3个／km，－50％细节15．5个／km，＋35％粗节751个／km，＋50％粗节111．3个／km，＋140％棉结542．3个／km，＋200％棉结127个／km，毛羽H值3．13。由以上数据可以看出，棉石墨烯锦纶混纺纱纱强力偏低，这与石墨烯锦纶本身的强力有关，但石墨烯锦纶增加了纱线的耐磨性，与普通化学纤维相比，其吸湿性较好，成纱所含棉结以及粗细节相对较少，条干均匀度得到了改善。

5结语

（1）石墨烯锦纶可纺性差，通过在开清棉工序混入一定比例的棉纤维，可解决石墨烯锦纶纤维成卷困难的问题，通过在预并条工序并入一定比例的精梳棉，并结合开清工序混入的棉纤维比例来调整成纱的混纺比，得到棉石墨烯锦纶特定混纺比的混纺纱。（2）在原棉纺设备上通过将细纱机改装为三罗拉网格圈负压式赛络集聚纺系统，得到成纱各项性能指标良好的功能性石墨烯锦纶混纺纱，为生产功能性纺织品面料提供原料。（3）合理确定工艺参数及选用纺纱配件，保持良好的机械状态，保持各通道的光洁，提高生产管理水平和挡车工操作水平，是提高棉石墨烯锦纶混纺纱质量的有效措施。

作者:张亚芳 徐伯俊 刘新金 苏旭中 吉宜军 单位:1.江南大学 2.南通双弘纺织有限公司