棉紡纖維可紡性的分析和研究

劉榮清

(上海紡織工程學(xué)會(huì),上海,200060)

纖維的可紡性是指纖維可紡紗的性能和特點(diǎn)。廣義的可紡性還包括纖維可紡的品種、范圍、用途，紡紗質(zhì)量的優(yōu)劣，包含物理指標(biāo)和外觀疵點(diǎn)，紡紗生產(chǎn)難易程度及可行性，紡紗產(chǎn)量、效率等等，隨著紡織技術(shù)的進(jìn)步，長(zhǎng)絲纖維類(lèi)產(chǎn)品、非織造布產(chǎn)品，可以不經(jīng)紡紗直接制成用品，但短纖維紡紗仍占紡織制品的主導(dǎo)地位，應(yīng)用最廣。

1 棉紡纖維紡紗的基本要求和限制

1.1 纖維線密度的要求和限制

紡紗線密度(線密度)應(yīng)有一定的限制。纖維線密度小，可紡成較細(xì)的紗，制成細(xì)密、柔軟的織物，透氣性好，具有絲綢感，懸垂性、飄逸性、抗皺性也強(qiáng)，尺寸穩(wěn)定性也優(yōu)，其織物屬高端面料，可加工高檔服飾，制成桃皮絨、麂皮絨等。但是纖維過(guò)細(xì)絕對(duì)強(qiáng)力偏低，纖維易斷裂，纖維太輕、太蓬松、加工困難。棉紡常規(guī)纖維線密度為1.5 dtex左右，0.55 dtex～1.4 dtex稱(chēng)細(xì)纖維。我國(guó)規(guī)定小于1.32 dtex的纖維稱(chēng)為超細(xì)纖維，純棉紡特細(xì)紗(7.5 tex以下)常用優(yōu)質(zhì)長(zhǎng)絨棉，其線密度為0.8 dtex～1.1 dtex，國(guó)外化纖或化纖與棉混紡的特細(xì)紗中的化纖，常用0.55 dtex～1.0 dtex的超細(xì)纖維[1]。

1.2 纖維成紗截面根數(shù)的限制

在一定條件下，線密度小的纖維可以紡出條干比較均勻的紗，成紗橫截面中根數(shù)越多，成紗條干不勻率越好。早在20世紀(jì)60年代，阿爾茲博士就指出成紗橫截面的纖維根數(shù)的概念，環(huán)錠紡應(yīng)大于62根，轉(zhuǎn)杯紡應(yīng)達(dá)130根以上，摩擦紡應(yīng)達(dá)110根以上。隨著紡紗技術(shù)的不斷改善，我們認(rèn)為目前環(huán)錠紡一般應(yīng)大于45根，就可紡出品質(zhì)優(yōu)良的細(xì)紗，紡紗極限應(yīng)不低于40根。

1.3 成紗線密度(tex)極限的探討

設(shè)：n為成紗橫截面根數(shù)，T為成紗線密度(tex)，t為成紗纖維線密度(dtex)，則成紗截面根數(shù)n=T×10÷t。如設(shè)t=0.8 dtex、n=紡紗極限根數(shù)40，代入上式，則Tmin=3.2 tex。

上例說(shuō)明，如用國(guó)產(chǎn)長(zhǎng)絨棉0.8 dtex線密度(約合公制8 000支)做原料，紡紗極限線密度為3.2 tex。本人認(rèn)為這是符合國(guó)情的。如果通過(guò)水溶性維綸作載體紡紗或用嵌入式紡紗等新方法，或用超細(xì)化學(xué)纖維作原料，還可以降低紡紗極限線密度，但這種“特細(xì)紗”已不是原來(lái)意義的“特細(xì)紗”，是存在于織物中的非常態(tài)特細(xì)紗了。

1.4 紡紗纖維長(zhǎng)度的限制和細(xì)長(zhǎng)比的約束

1.4.1 紡紗纖維長(zhǎng)度與可紡性

紡紗纖維長(zhǎng)度達(dá)不到一定范圍內(nèi)，不能順利紡紗。纖維長(zhǎng)度必須與牽伸裝置的羅拉隔距、搖架規(guī)格、膠圈架型式、長(zhǎng)度、鉗口隔距、加壓機(jī)構(gòu)、膠輥、膠圈條件相適應(yīng)、相匹配。否則會(huì)形成條干不良、紗疵嚴(yán)重，出硬頭，甚至開(kāi)不出車(chē)。我國(guó)細(xì)絨棉長(zhǎng)度一般為23 mm～33 mm；長(zhǎng)絨棉長(zhǎng)度為32 mm～40 mm；化纖長(zhǎng)度：棉型38 mm～50 mm，中長(zhǎng)型50 mm～65 mm。如果用超長(zhǎng)度長(zhǎng)絲束或毛型纖維65 mm～205 mm紡紗，可以用“牽切紡紗機(jī)”強(qiáng)行拉斷或用膠圈有上下開(kāi)槽的滑溜牽伸勉強(qiáng)進(jìn)行。但條干差、紗疵多，只能生產(chǎn)低檔產(chǎn)品。棉紡纖維的整齊度差、短絨率太高也會(huì)影響纖維的可紡性。此外可紡性對(duì)纖維的強(qiáng)度伸長(zhǎng)率、彈性、卷曲性也有一定的要求[2]。 PBT、PTT等高彈纖維不適合紡紗。

1.4.2 纖維細(xì)長(zhǎng)比的選擇

根據(jù)經(jīng)典的經(jīng)驗(yàn)公式，細(xì)長(zhǎng)比P=L/T。式中L為纖維長(zhǎng)度(mm)，T為纖維線密度(dtex)。一般認(rèn)為P=23.1，可紡性最好；P>23.1，纖維偏細(xì)偏長(zhǎng)，易拉斷損傷；P<23.1，纖維太短、太粗對(duì)強(qiáng)力、條干不利。

2 纖維可紡性不良產(chǎn)生的主要問(wèn)題

清棉工序。主要表現(xiàn)為纖維易糾纏一起，不易開(kāi)松；有的易黏卷黏層，形成破洞，成卷困難；筵棉厚薄不勻等。隨著清梳聯(lián)技術(shù)成熟和推廣、筵棉喂給自調(diào)勻整的采用，該矛盾已較少。

梳棉工序。經(jīng)常產(chǎn)生的問(wèn)題有纖維扭結(jié)、分梳不足，易充塞針布，產(chǎn)生繞錫林現(xiàn)象，甚至軋壞針布。有的棉網(wǎng)纖維分散、漂浮、棉網(wǎng)下垂，成條困難，必須采用膠圈導(dǎo)棉裝置，有的纖維轉(zhuǎn)移不良，棉結(jié)增加，棉網(wǎng)不均勻等。

并、粗、細(xì)工序。最突出的問(wèn)題是產(chǎn)生繞羅拉、繞膠輥、繞膠圈“三繞”問(wèn)題[3]。造成條干不均勻，紗疵增加，混和不良，甚至開(kāi)不出車(chē)，細(xì)紗斷頭增加，飛花、膠輥花增加，產(chǎn)量明顯下降，勞動(dòng)強(qiáng)度增大等，甚至形成織造大面積或規(guī)律性紗疵關(guān)車(chē)。嚴(yán)重的紗疵還會(huì)造成機(jī)件損壞，羅拉彎曲等。

3 紡紗纖維靜電與可紡性

紡紗纖維產(chǎn)生的靜電問(wèn)題是影響可紡性的主要關(guān)鍵。紡紗過(guò)程中纖維與纖維，纖維與機(jī)件相互摩擦形成靜電，產(chǎn)生相互排斥或吸引，影響可紡性[4]。影響靜電大小的第一因素是纖維的比電阻。

化纖中的合成纖維一般吸濕性能差，回潮率低，其質(zhì)量比電阻可在1×1013Ω·g/cm2以上,未給油的合成纖維更高。近代開(kāi)發(fā)的高性能合成纖維分子量大、聚合度和結(jié)晶度高、比電阻都較大。天然和人造蛋白質(zhì)纖維比電阻也偏高，也易產(chǎn)生靜電，對(duì)生產(chǎn)帶來(lái)困難，一般希望比電阻控制在小于1×108Ω·g/cm2。表征防靜電性能指標(biāo)還有以下幾種：帶電荷量(C)，面電荷密度(C/cm2)，靜電電位(V)，半衰期。

半衰期：以τ來(lái)表示。表明電荷降至一半的時(shí)間，帶電荷量和τ反映了影響靜電的程度和時(shí)間,τ和帶電荷量與材料的摩擦因素、環(huán)境的相對(duì)濕度、回潮率和接觸力度有關(guān)。

在18世紀(jì)發(fā)表了幾個(gè)靜電電位序列表，近年來(lái)又有了補(bǔ)充和修改。

靜電序列依次從正(+)至負(fù)(-)如下：空氣，人手，石棉，兔毛，玻璃，云母，錦綸，羊毛，發(fā)和毛皮，鉛，絲，紙，鋁，棉，鐵，麻，木，琥珀，封條，硬質(zhì)橡膠，鎳和銅，黃銅和銀，金和鉑，粘膠纖維，醋酸酯，聚酯，賽璐珞，錦綸，丙烯，聚氨基甲酸酯，聚乙烯，氯乙烯，特氟隆。

由靜電序列表可知，當(dāng)兩種材料相摩擦?xí)r，前面的帶正電，后面的帶負(fù)電，電荷相同時(shí)會(huì)互相排斥，形成飛花散開(kāi)。當(dāng)纖維產(chǎn)生電荷相反時(shí)會(huì)相互吸引，產(chǎn)生糾纏，從而產(chǎn)生“三繞”現(xiàn)象。靜電電荷量大，半衰期長(zhǎng)的纖維顯然影響更大。

4 清除紡紗靜電的對(duì)策

4.1 改善纖維本身的導(dǎo)電性

常用的方法是合成纖維制造時(shí)添加親水性聚合物，或用復(fù)合紡絲法制成外層有親水性皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，也可改變纖維的截面，增加纖維的吸濕、導(dǎo)電能力[4]。

4.2 紡紗生產(chǎn)前施加抗靜電劑

抗靜電劑實(shí)則是表面活性劑，它使得纖維表面形成與產(chǎn)生相反的離子，中和摩擦產(chǎn)生的電荷，清除或減少靜電的影響。同時(shí)可增加其表面吸濕性，防止靜電的產(chǎn)生，縮短靜電電荷的半衰期。對(duì)合成纖維抗靜電劑常用陽(yáng)離子活性劑，羊毛類(lèi)纖維常用陰離子活性劑。也有非離子表面活性劑，主要用于增加吸濕性?？轨o電劑可與和毛油、水按照一定比例混合均勻噴灑在纖維層中，存放24 h后再經(jīng)充分混和使用。

4.3 提高纖維回潮率

提高纖維回潮率可以降低比電阻，也可減少靜電，但要防止過(guò)濕和滴水，造成纖維濕繞等副作用。

4.4 提高車(chē)間相對(duì)濕度

一般冬天干燥，空氣中靜電多發(fā)，不易散逸，提高相對(duì)濕度可減少靜電，必要時(shí)可進(jìn)行局部噴霧給濕或者針對(duì)性用正離子或負(fù)離子發(fā)生器給濕，效果較好，目前家用空調(diào)負(fù)離子發(fā)生器通風(fēng)已經(jīng)普及應(yīng)用，工廠使用還不普及。

4.5 用纖維混和變化清除靜電

對(duì)靜電現(xiàn)象嚴(yán)重的合成纖維混入吸濕性較好、回潮率高的天然纖維或再生纖維素纖維，或者將靜電序列中兩端的兩種纖維混和紡紗，使兩種不同的纖維產(chǎn)生不同的靜電極性互相中和，可以減少靜電的產(chǎn)生，但開(kāi)發(fā)產(chǎn)品必須迎合市場(chǎng)需要，符合質(zhì)量和成本的要求。

4.6 使用靜電消除器

專(zhuān)用工業(yè)靜電消除器在食品、醫(yī)藥、造紙、IT行業(yè)廣泛使用，特別適用紡織高端產(chǎn)品的生產(chǎn)，有電暈放電式、放射線式、軟X線式、紫光線式多種形式，可免加抗靜電劑，自動(dòng)、及時(shí)、針對(duì)性消除靜電，具有很大的發(fā)展前景。

4.7 施加油劑，降低纖維摩擦因數(shù)消除靜電

例如在羊毛類(lèi)纖維中，施加和毛油，降低纖維摩擦因數(shù)，減少靜電產(chǎn)生。和毛油同樣需混合均勻，滲透一定時(shí)間，最好結(jié)合和毛機(jī)使用。

4.8 改進(jìn)紡織器材和涂料

應(yīng)用新型不產(chǎn)生靜電或能消除靜電的膠輥、膠圈、膠圈架、集棉器、喇叭頭等器材或涂料，同時(shí)做好日常有關(guān)管理工作。

5 可紡性較差纖維的示例和分析

5.1 麻類(lèi)纖維

麻類(lèi)纖維為韌皮纖維，其共性為表皮縱向有橫結(jié)、豎紋、裂紋、表面粗糙，導(dǎo)致摩擦因數(shù)大，易產(chǎn)生靜電和糾纏，但有涼爽、吸濕、透氣的特點(diǎn)，剛性大，不貼身，宜做夏季衣飾。麻類(lèi)纖維呈絲束狀，現(xiàn)代脫膠技術(shù)使其線密度大大降低，但一般尚在3 dtex以上，脫膠后的精干麻長(zhǎng)度長(zhǎng)，價(jià)格高，不適合棉紡生產(chǎn)。棉紡常采用其麻落棉與棉混紡，一般需采用專(zhuān)用油劑和抗靜電劑才能正常紡紗。并用膠圈導(dǎo)棉裝置順利成條，麻類(lèi)纖維有苧麻、亞麻、漢麻、黃麻等多種，亞麻紡紗棉紡常用其落棉稱(chēng)為亞麻二粗，苧麻落棉也常使用。黃麻原制麻袋，現(xiàn)經(jīng)精細(xì)化脫膠處理能紡粗中號(hào)紡織品。

5.2 蠶絲類(lèi)紡織品

5.3 羊毛類(lèi)纖維

在這里，羊毛類(lèi)纖維泛指綿羊毛、山羊絨、兔毛三種棉紡可紡纖維，他們都是天然蛋白質(zhì)纖維，表面有鱗片，具有較大比電阻。截面呈圓柱形，易產(chǎn)生靜電。

5.3.1 綿羊毛

采用較短、較細(xì)的優(yōu)質(zhì)綿羊毛，用棉紡系統(tǒng)紡成“半精梳的羊毛紗”是近代技術(shù)創(chuàng)新，已經(jīng)是成熟的工藝，成本比傳統(tǒng)的精梳毛紡低，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，這里不做介紹。

5.3.2 山羊絨

山羊絨是山羊毛底層細(xì)絨毛，是我國(guó)特產(chǎn)，產(chǎn)量居世界第一，俗稱(chēng)“軟黃金”，是珍貴的動(dòng)物纖維。它由鱗片和皮質(zhì)層組成，沒(méi)有髓質(zhì)層，鱗片光滑，手感柔軟，卷曲數(shù)少，光澤好，抱合力差。平均直徑15 μm～16 μm，纖維強(qiáng)力4 cN～5 cN，其特點(diǎn)是含脂率高，原毛雜質(zhì)多，油污多。紡紗前必須進(jìn)行先行粗檢和預(yù)分梳處理，通過(guò)洗滌和機(jī)械方法去除纖維油污和大部分雜質(zhì)，然后再給加油，加靜電消除劑，加水經(jīng)燜毛處理。通常上油率1.5%以上，回潮率達(dá)到20%才能和毛紡紗。其靜電高，質(zhì)量比電阻達(dá)1×1010Ω·g/cm2，在梳棉機(jī)上容易產(chǎn)生纏錫林，纏道夫，充塞圈條器，在紡紗過(guò)程中產(chǎn)生“黏、爛、纏”現(xiàn)象。山羊絨紡織品屬于高端紡織品，適用制作毛衫，大衣，圍巾等時(shí)尚服飾[5-6]。

5.3.3 兔毛

兔毛纖維表層有鱗片，但非常光滑，纖維卷曲極少，摩擦因數(shù)低，纖維抱合力低；體積質(zhì)量小，十分蓬松，長(zhǎng)度均勻度差；單強(qiáng)低，易斷裂，成紗纖維易脫落，掉毛。平均纖維長(zhǎng)度22 mm～25 mm，低品級(jí)兔毛可紡性極差，毛紡設(shè)備較難紡紗。紡紗前必須先預(yù)處理去除雜質(zhì)，施加油劑和抗靜電劑，實(shí)行分層橫鋪直取，均勻和毛，輕打輕梳，實(shí)行設(shè)備普遍降速。為了防止開(kāi)、粗、細(xì)纏羅拉，膠輥應(yīng)涂抗靜電涂料。一般適合與腈綸纖維混紡。

5.4 天然纖維

5.4.1 木棉

木棉為果實(shí)纖維,其特點(diǎn)是中空型纖維，中空度達(dá)80%～90%，體積質(zhì)量小，是理想的保暖材料。有優(yōu)質(zhì)的吸濕、導(dǎo)濕性,強(qiáng)度低,易漂浮，長(zhǎng)度在30 mm～40 mm，表面有蠟質(zhì)，耐酸耐堿，含有大量的木質(zhì)素，上染率低，無(wú)蛀不霉，輕盈柔軟彈性?xún)?yōu)良，可紡性差。只能與棉混紡成中、粗特紗，開(kāi)發(fā)柔軟舒適的高端內(nèi)衣。

5.4.2 牛角瓜纖維

它是一種草木果實(shí)纖維，形如牛角，每年可收獲多次，其縱橫截面與黃麻相似，纖維線密度為0.5 dtex～0.7 dtex，長(zhǎng)度80 mm～100 mm，手感柔軟光滑。棉紡需切斷后才能與棉混和紡紗，紡織中、粗特紗，織物能防水、防縮、抗起球、防過(guò)敏。

5.4.3 竹原纖維

它是將竹子攪碎，經(jīng)高溫脫膠后制成，其縱橫截面與黃麻相似，纖維線密度為5 dtex～7 dtex，手感粗硬，長(zhǎng)度80 mm～100 mm，不符合棉紡可紡條件，必須切斷才能紡紗，纖維透氣性好，韌性好，能防水，防縮、抗起球，防過(guò)敏，易與棉混紡開(kāi)發(fā)，宜做外衣、服飾產(chǎn)品，市場(chǎng)占有率不大。

6 結(jié)語(yǔ)

棉紡短纖維對(duì)紡紗可行性應(yīng)有一個(gè)基本要求和限制，包括纖維的線密度(dtex)，紡紗線密度(tex)，細(xì)紗截面中纖維根數(shù)，纖維細(xì)長(zhǎng)比。

紡紗靜電的產(chǎn)生是可紡性的關(guān)鍵問(wèn)題，首先必須從纖維自身著手改進(jìn)，例如化纖廠如何降低化纖比電阻，減少纖維摩擦因數(shù)，增加纖維卷曲度、含油率和回潮率，改進(jìn)纖維縱截面形態(tài)，改善吸濕性、導(dǎo)電性和纖維抱合力等。要積極研究有效的油劑、靜電消除劑或靜電消除器。

要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的把控制溫度和相對(duì)濕度作為生產(chǎn)環(huán)境標(biāo)志的理念，補(bǔ)充把生產(chǎn)場(chǎng)所的離子發(fā)生的電荷數(shù)量的強(qiáng)度作為控制主要指標(biāo)，及時(shí)正確自動(dòng)測(cè)定或人工測(cè)定。使用相應(yīng)的靜電消除器針對(duì)性產(chǎn)生相反的離子，中和或消除不同場(chǎng)所不同極性的靜電，改善各種纖維的可紡性。長(zhǎng)期來(lái)看，可實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、全自動(dòng)管理，現(xiàn)階段可先采用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生離子的方法。

要研究新型紡織器材包括牽伸部件、膠輥、膠圈、集棉器等，適應(yīng)可紡性差的纖維紡紗。