高比例兔絨與石墨烯混紡紗的生產(chǎn)工藝研究

張 毅，徐永富，高園園

(天津工業(yè)大學 紡織學院，天津 300387)

0 前言

兔絨表面潔白、光澤亮麗、手感柔韌、滑爽親膚，纖維內(nèi)部都有大小不同的顆粒狀髓腔結(jié)構(gòu)，因此質(zhì)地輕盈，并具有良好的吸濕透濕以及透氣與保暖性等特點[1]。如何降低純兔絨紗線在紡紗過程的難度，增強紗線質(zhì)量，提高兔毛的可紡性，是兔毛企業(yè)提高產(chǎn)能遇到的難題。石墨烯纖維材料制作的紡織品具有良好的阻燃性、超導電性能，理想的遠紅外發(fā)射功能，防紫外線性能，已經(jīng)成為當前我國紡織行業(yè)研究與開發(fā)應用的重點，在紡織領(lǐng)域的應用顯示出較大的優(yōu)越性。石墨烯改性粘膠(簡稱石墨烯粘膠)是以粘膠為基體，在紡絲溶液中加入石墨烯，它不僅能保留了粘膠的自身優(yōu)點，而且還具有石墨烯的優(yōu)良特性。石墨烯粘膠具有防靜電、防紫外線、抗菌抑菌、低溫紅外等特點，應用領(lǐng)域廣泛[2]。

粘膠基石墨烯纖維與兔絨混紡，不僅改善兔絨纖維在紡紗過程中存在靜電等的不足，還可以減少原料的的浪費，能提高兩者的綜合性能。本次設計的功能性紗線結(jié)合了兩種兔絨纖維的透濕透氣性、粘膠基石墨烯纖維的紫外防護、遠紅外保健、抗菌性等優(yōu)異的物理性能，同時提升了兔絨的可紡性，互相彌補兩者之間性能差異，使得產(chǎn)品的適應性更為廣泛。

本次研究以石墨烯粘膠和兔絨為原料，混紡比例為兔絨：粘膠基石墨烯=60：40，對各道工序的工藝參數(shù)進行改良，為石墨烯粘膠和兔絨混紡紗的工業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 原料

60 %兔絨和40 %石墨烯粘膠

2 混紡紗線的紡紗工藝流程

開松(XFH型小和毛機)→梳理(DSCa-01小型數(shù)字式梳棉機)→頭道并條→二道并條(DSDr-01小型數(shù)字式并條機)→粗紗(DSRo-01小型數(shù)字式粗紗機)→細紗(DSSp-01小型數(shù)字式細紗機)→合股(DSTw-01型數(shù)字式小樣并捻聯(lián)合機)

3 生產(chǎn)工藝

3.1 纖維預處理工序

3.1.1 兔毛和毛處理

和毛工序是增加兔毛可紡性的關(guān)鍵工序，針對不同原料的不同特性，進行給濕加油。兔毛纖維的紡紗最主要的問題是抱合力差和存在靜電，要提高兔毛的可紡性，首先應該考慮這兩個問題。因此利用和毛給濕對兔毛纖維進行預處理，提高兔毛纖維的抱合力，改變兔毛纖維的紡紗性能，解決靜電現(xiàn)象，穩(wěn)定兔毛紡紗過程。為避免化學處理方法對兔毛纖維造成損傷，選用和毛油、水對纖維進行預處理[3]。和毛油與水的比例為1：11，和毛油以重量比例為毛：油=100：4進行量取，將配好的油水采用噴霧法均勻地噴灑在兔毛纖維上，放置于陰涼處，密封靜放24 h進行悶毛，目的是使油水均勻滲透進入兔毛纖維之間，減少靜電產(chǎn)生。

3.1.2 石墨烯粘膠纖維處理

將石墨烯粘膠長絲剪成與兔毛纖維平均長度大致相同的38 mm短纖，便于兩種纖維混合均勻。

3.2 開松與混和工序

首先將兩種原料進行各自的開松處理，使各自纖維之間盡量開松，然后將兩種纖維按照混紡比例進行手工的混合，注意手的濕度不宜過濕，否則纖維會粘附到手上。手工混合時力度不宜過大，防止纖維的飛絮產(chǎn)生，影響兩種纖維混紡比例。隨后在和毛機進一步混合，兩種纖維之間混合程度應盡量均勻，混合的成分應盡量達到均勻一致。在和毛機上進行開松和混合時，首先將混合纖維鋪放在和毛機的喂毛簾上，注意要鋪放均勻，并且喂入時要定時定量，否則會造成混合不勻和開松程度小?；炝弦羞m當?shù)拈_松度，所以在此之前進行各自原料的開松，這樣才能夠減少對兩種纖維的損傷。在和毛機上加工時，應該盡量減小錫林轉(zhuǎn)速，將各個隔距之間增大和減少工作輥對數(shù)，以減少對纖維損失?；旌弦淮魏蟮睦w維為防止部分纖維混合不勻，所以要進行第二次混合，二次混合好的原料開松度與混合度應均勻。

3.3 梳理工序

此道工序的目的是解決單纖維分離狀態(tài)和盡量減少纖維長度損傷。應采用“定量要大、隔距適中、速度放低、速比加大、減小張力、加大壓力、減少次數(shù)”的工藝原則。

由于混合纖維中兔毛纖維占有比例較大，且兔毛纖維紡紗較為困難，所以工藝參數(shù)應以羽毛纖維性能進行設定。不僅兩種纖維之間存在長度差異，而且兔毛纖維內(nèi)部也存在長度差異，因此在為避免損傷纖維，短絨增加，成網(wǎng)飄頭與不易成網(wǎng)等問題，在梳理過程中蓋板、錫林速度、刺輥和道夫速度應適當降低，蓋板速度設定為2 mm/min，錫林轉(zhuǎn)速設定為40 r/min，刺輥速度設定為130 r/min，道夫轉(zhuǎn)速設定為10 r/min[4]。避免纖維充塞梳理區(qū)和粘輥等問題，應該增大錫林與刺輥的速比，提高纖維轉(zhuǎn)移率，成網(wǎng)清晰和厚薄均勻。為避免靜電現(xiàn)象產(chǎn)生，纖維纏繞羅拉、壓輥等現(xiàn)象出現(xiàn)，實驗室相對濕度控制在65 %左右。除此之外，為了進一步減少纖維的損傷及摩擦，錫林和道夫間的隔距應適當減小，間距設定為0.12 mm。梳理工序中，應減少對纖維的梳理次數(shù)，若次數(shù)過多，會減小纖維之間抱合力，增大靜電，進而會對成網(wǎng)效果產(chǎn)生影響。兔毛纖維表面光滑、蓬松，為避免喇叭口處出現(xiàn)堵條和出條不勻，出條困難，出條內(nèi)部存在靜電力等問題，應加大喇叭口處壓輥的壓力。

3.4 并條工序

并條工序的主要目的是均勻混合，降低不勻率，改善熟條的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(纖維的伸直度和分離度)，消除彎鉤。工藝原則是“降低速度、加大壓力、縮小隔距、減小牽伸”。

頭并和二并的生條并和根數(shù)均為8根。由于原料是由兩種原料混合而成，且兔毛纖維之間抱合力較差，纖維之間存在差異，因此生條的強力較低，為避免出現(xiàn)斷裂和重量不勻現(xiàn)象，采用壓力棒牽伸，改善長纖維和短纖維的分布情況，使生條受拉力均勻。降低牽伸速度，避免出現(xiàn)斷頭現(xiàn)象。羅拉加壓為400 N，增大對纖維的握持力。為避免在此工序出現(xiàn)出現(xiàn)飛毛多、纖維纏繞羅拉、浮游纖維分布不均、熟條條干強度較低和條干內(nèi)部蓬松，存在靜電等現(xiàn)象，采用尼龍6涂料的皮輥，四羅拉雙區(qū)牽伸，減小后區(qū)牽伸倍數(shù)，并采用緊壓式喇叭口出條，后區(qū)牽伸倍數(shù)為1.2倍?？紤]到纖維之間長度不勻和纖維整齊度的存在，故羅拉握持距要偏小，設定為前區(qū)為6 mm，后區(qū)為10 mm。

3.5 粗紗工序

粗紗機采用三羅拉雙短膠圈牽伸形式，采用“加大壓力、增大隔距、減小牽伸、增大捻系數(shù)”的工藝原則。

由于此次為兔毛和石墨烯粘膠混紡紗線，卷裝較小，錠翼設定轉(zhuǎn)速為500 r/min。為了減小在紡制粗紗過程中的阻力，總牽伸倍數(shù)為7倍，后區(qū)牽伸倍數(shù)較小為1.2倍。根據(jù)纖維種類和特點，避免出現(xiàn)須條伸長受阻，導致條子出現(xiàn)斷頭，羅拉握持距離應盡量增大，設定為20 mm。為了增強粗紗的斷裂強力，防止在粗紗成形和粗紗退繞過程中出現(xiàn)斷頭，導致細紗斷頭和增加紗線毛羽等問題，需要增大羅拉壓力，設定為150 N/雙錠，增大粗紗捻系數(shù)，設定為75。粗紗工序中，后區(qū)集合器與喂入集合器的選擇也很重要，它可以防止纖維擴散，提供附加摩擦力界，集合器口徑的大小，后區(qū)與喂入定量適應，前區(qū)與輸出定量適應。

3.6 細紗工序

細紗工序應掌握“加大捻度、增大壓力、降低速度”的原則。

細紗工序采用環(huán)錠紡，紡成紗線為單紗16.7 tex?？偁可毂稊?shù)=前區(qū)牽伸倍數(shù)×后區(qū)牽伸倍數(shù)，總牽伸倍數(shù)為21.4。前區(qū)牽伸控制強，牽伸倍數(shù)設置可大，后區(qū)牽伸的主要作用是為前區(qū)牽伸做準備，充分發(fā)揮皮圈對纖維的控制作用，達到既能提高前區(qū)牽伸，又能保證成紗質(zhì)量的目的。采用較大捻系數(shù)，是為了避免較多毛羽的產(chǎn)生和增大紗線強力，為后序織造工序的順利進行創(chuàng)作條件，紗線捻度設定為80。同時降低錠子速度，主要是考慮到兔毛與石墨烯粘膠混紡紗強力低，有利于減少斷頭，理論錠速設定為8500 r/min。

3.7 紗線合股

為了后序織造工序的順利進行，對紡成的單紗進行合股。紗線合股可以增強紗線強力和耐磨性能，減少毛羽和有利于紗線條干均勻。紗線合股工序使用DSTw-01型數(shù)字式小樣并捻聯(lián)合機，采用兩根單紗合股，注意加壓重錘的選擇，不宜過大，兩個單紗管的放置應當處于平行，減小退繞阻力。紗線合股設計捻度為40捻/10 cm，設計錠速為2781 r/min。

4 紗線性能的測試與分析

在進行紗線強力測試之前，先將紗線試樣放在標準恒溫恒濕環(huán)境下預調(diào)濕24 h。采用YG020型電子單紗強力儀，紗線測試長度為200 mm，測試速度200 mm/min，測試次數(shù)為20次，結(jié)果取其平均值。

采用USTERⅡ型條干均勻度儀對紗線的條干CV值進行測定。

紗線性能測試結(jié)果如下表1所示：

表1 紗線性能測試結(jié)果

通過以上數(shù)據(jù)可知，兔毛纖維與石墨烯粘膠纖維混紡單紗斷裂強度比較低，用于織造易出現(xiàn)斷頭和增加紗線毛羽，對單紗進行合股之后，其斷裂強力增加將近一倍，滿足后序工序織造的條件，提高工作效率，減少斷頭。由于此次設計采用的是傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗，其條干CV值與毛羽數(shù)量較大，實際生產(chǎn)中可采用緊密紡或氣流紡提高紗線條干均勻度。

5 結(jié)論

不同性質(zhì)的纖維混紡比例對紗線風格影響十分明顯，兔毛纖維混紡比例增加，紗線滑爽、柔軟、手感好，但隨著兔毛纖維混紡比例增加，特別在冬季和高溫高濕季節(jié)，成網(wǎng)較為困難，易產(chǎn)生靜電，紡紗難度大。經(jīng)過試驗，確定混紡比例為40/60時，既能保留產(chǎn)品功能，又能降低紡紗難度。在開松與混紡工序，確保兩種原料之間的充分混合，達到了纖維分布均勻。梳理工序中，注重喂入纖維量的多少與生條的質(zhì)量問題。在并條工序中，合理設計并條根數(shù)，并嚴格控制室內(nèi)溫濕度，以防產(chǎn)生纏輥現(xiàn)象產(chǎn)生。在粗紗工序中，合理的捻系數(shù)設定減少粗紗在退繞過程中的意外伸長。在細紗工序中，采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗，要注意錠速的選擇，避免斷頭的產(chǎn)生。采用合股的方法，能增大紗線強力，有利于織物織造。在紡紗各道工序利用工業(yè)加濕器進行加濕，減少靜電產(chǎn)生，成紗效果更理想。各項工序中工藝參數(shù)的設定需要根據(jù)實際生產(chǎn)需要進行設定。

兔絨/粘膠基石墨烯纖維混紡紗線，不僅原料具有透濕透氣、紫外防護、遠紅外保健、抗菌等功能性性能，而且提高兔毛的可紡性和紗線的強力，降低加工難度。純兔絨混紡紗線存在的紡紗困難，可以利用與其他纖維進行混紡進行解決，從價格和生產(chǎn)工序復雜程度考慮，要確定合適的混紡比例至關(guān)重要。此外，還可以使用轉(zhuǎn)杯紡紗和氣流紡紗進行紗線生產(chǎn)，能更大程度地減少毛羽和提高紗線條干均勻度。從總體來看，此次設計的混紡紗線采用合適混紡比例，確定了合理工藝參數(shù)，簡便易操作，節(jié)省原料，流程清晰，為工業(yè)生產(chǎn)和實踐提供了理論支撐。