石墨烯纖維混紡功能型服裝面料的開發(fā)與生產(chǎn)實(shí)踐

曾語(yǔ)晴，王顯方，暢 嬌

（1 陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西咸陽(yáng) 712000；2 咸陽(yáng)紡織集團(tuán)有限公司,陜西咸陽(yáng) 712000）

1 概述

石墨烯是一種由碳原子組成的二維納米材料，具有優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)特性、熱性能和較高的比表面積的新型碳材料[1]。石墨烯纖維是以普通粘膠紡絲原液為基體，通過添加石墨烯分散液制備而成，不僅解決了高純度石墨烯纖維可紡性差的問題，且在保持紡織品各項(xiàng)基本性能的同時(shí)具有石墨烯某一種或幾種獨(dú)特性質(zhì)的紡織產(chǎn)品，根據(jù)市場(chǎng)信息反饋，結(jié)合客戶要求，生產(chǎn)技術(shù)人員依據(jù)設(shè)備性能、探索新工藝技術(shù)，開發(fā)了石墨烯系列服裝面料[2]。

（1）品種規(guī)格

GR/JC(80/20)11.8×11.8 551×47263″平紋。

（2）產(chǎn)品風(fēng)格

石墨烯纖維具有優(yōu)異的抗菌性能、防紫外線性能和遠(yuǎn)紅外性能等，與純棉纖維混紡，織造出既具有棉的外觀、手感和親水性，又具有抗菌抑菌，親膚透氣，防紫外線和抗靜電等功能的紡織品，在功能性紡織品領(lǐng)城展示出良好的應(yīng)用前景[3]。

2 產(chǎn)品試制技術(shù)關(guān)健

由于使用的石墨烯纖維，其物性指標(biāo)與常規(guī)粘膠纖維有差異，特別是強(qiáng)力比較低，單纖維斷裂強(qiáng)度為1.96cN/dtex，回潮率9.8%，同時(shí)纖維顏色為灰黑色，整個(gè)生產(chǎn)過程的隔離防錯(cuò)工作任務(wù)艱巨，同時(shí)，由于石墨烯纖維價(jià)格昂貴，減少生產(chǎn)浪費(fèi)，提高各工序制成率尤為重要，為預(yù)防布面錯(cuò)纖維、錯(cuò)支發(fā)生且保證下機(jī)質(zhì)量，各生產(chǎn)工序放置專門的回花、回條、回絲筐，由專人負(fù)責(zé)、跟蹤該項(xiàng)工作，杜絕錯(cuò)支、錯(cuò)纖維，并采用以下關(guān)鍵工藝和生產(chǎn)管理[4]。

（1）清花工序

由于石墨烯纖維整齊度好、含雜少、強(qiáng)力低的特點(diǎn)，因此采用多梳少打、輕打少落、防止損傷纖維的工藝原則。在原料上盤時(shí)，人工對(duì)原料包進(jìn)行挑揀排列，將抓棉機(jī)打手速度降低至650r/min，成卷機(jī)綜合打手速度降低為700r/min。并對(duì)棉卷進(jìn)行包裹，防止飛花混入。

（2）梳棉工序

為防止石墨烯品種的下吸花大面積吸入除塵管道，堵塞了下吸風(fēng)口，形成錯(cuò)纖維，所以增加除塵管道的風(fēng)量。校準(zhǔn)梳棉機(jī)各部分隔距，合理配置錫林、刺輥及出條速度，嚴(yán)格控制生條棉結(jié)。值車工及時(shí)處理落花及巡回，保證生條重量穩(wěn)定，以便后工序能更好地控制混紡比例。梳棉工序主要工藝參數(shù)：純石墨烯生條定量為20.45g/5m，錫林轉(zhuǎn)速340r/min，刺輥轉(zhuǎn)速790r/min，道夫轉(zhuǎn)速20r/min,蓋板速度為128mm/min。

（3）并條工序

為了混合均勻，采用三道混并和，頭并6 根混紡，其中4 根石墨烯生條和2 根精梳棉條，二并、三并采用6 根半熟條混入，機(jī)后條子均勻搭配。對(duì)機(jī)臺(tái)進(jìn)行隔離，并及時(shí)清潔地面及機(jī)合飛花。合理牽伸分配，后區(qū)牽伸頭道較二道大，三道最小的分配方式，出條速度較常規(guī)品種低10%，約為500r/min 左右，以降低熟條棉結(jié)增長(zhǎng)率。

（4）粗紗工序

降低粗紗錠子速度10%，減小卷繞張力，同時(shí)增加粗紗捻度，主要工藝參數(shù)：錠子速度為700r/min，羅拉中心距為38×54×60mm，后區(qū)牽伸倍數(shù)1.35 倍，粗紗捻度6.0 捻/10cm，粗紗定量4.5g/10m。

（5）細(xì)紗工序

在FA528 細(xì)紗機(jī)生產(chǎn)，考慮到石墨烯纖維的強(qiáng)力小的特殊性能，細(xì)紗工序的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)中，錠子速度較常規(guī)品種低10%，適當(dāng)增加細(xì)紗的捻系數(shù)以提高成紗強(qiáng)力，錠子速度為15430r/min，羅拉中心距17×38mm，后區(qū)牽伸為1.19 倍，細(xì)紗捻系數(shù)為440。用塑料布隔檔該品種機(jī)臺(tái)，防止回花亂飛，飄到相鄰機(jī)臺(tái)，造成錯(cuò)纖維，錯(cuò)支。車間溫度控制在28℃～32℃，相對(duì)濕度控制在55%～60%，成紗各項(xiàng)指標(biāo)及生產(chǎn)穩(wěn)定。

（6）單紗指標(biāo)

GR/JC(80/20)11.8tex 經(jīng)紗為例，單紗成紗指標(biāo)為：條干CV 值14.32%、千米細(xì)節(jié)11 個(gè)、千米粗節(jié)210 個(gè)、千米棉結(jié)480 個(gè)、平均強(qiáng)力265CN、單強(qiáng)CV 值9.7%、斷裂強(qiáng)度19.8CN，成紗質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（7）整經(jīng)工序

采用“低張力、低車速、少停自”工藝，以減少斷頭，整經(jīng)速度降低為600r/min，摩擦輥張力應(yīng)力設(shè)定為200CN,這樣既減少整經(jīng)張力變化，又減少產(chǎn)生倒斷頭和漿紗纏紗的可能性。

（8）漿紗工序

由于該品種石墨烯粘膠纖維含量高，紗線毛羽多、紗線強(qiáng)力較小，另外石墨烯纖維濕強(qiáng)較小，故選用以磷酸酯淀粉、聚酯漿料為主的混合漿，為了提高紗線強(qiáng)力將PVA 用量掌握在15%以下，以獲得的關(guān)健是形成完整的漿膜和良好的滲透，提高紗線強(qiáng)力。在生產(chǎn)過程中，開車前將漿槽、蠟槽機(jī)臺(tái)必須徹底清潔干凈，以防將原纖維等白色纖維粘在紗線上，布面形成白點(diǎn)。

（9）織造工序

由于該品種緊度較大，紗線強(qiáng)力低，采用“高后梁、早開口”機(jī)上工藝，有利于緯紗飛行，降低上機(jī)張力，減少緯停和斷經(jīng)次數(shù)，提高布面質(zhì)量和機(jī)臺(tái)效率。由于緯紗顏色為灰黑色，緯紗斷頭后探緯器不易檢測(cè)，將靈敏度不能設(shè)置過高。

在生產(chǎn)過程中將機(jī)合用塑料布格擋單獨(dú)隔離，防止飛花亂飛[5]。

3 生產(chǎn)工藝流程

4 織布機(jī)效率及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)

（2）緯紗:

參照FZ/T 13004-2006 標(biāo)準(zhǔn)及客戶協(xié)議，對(duì)開發(fā)的GR/JC(80/20)11.8×11.8 551×47263″平紋產(chǎn)品在幅寬、密度、強(qiáng)力等物理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，并針對(duì)測(cè)試指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)等，測(cè)試的數(shù)據(jù)及等級(jí)見表1。

表1 織布機(jī)效率及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)Table 1 Physical indicators and grades of products

由表1 可知，經(jīng)過紡紗、織造市場(chǎng)工藝的調(diào)整，通過合理的配棉、科學(xué)配置各工序工藝參數(shù)，開發(fā)出石墨烯與棉混紡產(chǎn)品，該產(chǎn)品滿足市場(chǎng)一等品的要求，產(chǎn)品可用于高檔床上用品及高級(jí)服裝面料，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著智能社會(huì)發(fā)展的需要，材料之間的組合已成為一種必然。具有高強(qiáng)度高導(dǎo)電率等特殊功能的石墨烯材料通過結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了材料和功能的完美融合，如石墨烯鋰電池、石墨烯超級(jí)電容器、石墨烯儲(chǔ)氫器件等[7]，以此來滿足社會(huì)發(fā)展的需求，盡管石墨烯織物在其功能性與舒適服用性能之間仍存在兼容差，以及纖維柔性較差等問題，但高性能化、多功能化、智能化的石墨烯材料肯定了石墨烯在功能紡織品領(lǐng)域的地位。相信隨著石墨烯的制備技術(shù)的不斷提升，織物功能性的進(jìn)一步研發(fā)，石墨烯產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的時(shí)代終會(huì)到來。