聚酰亞胺纖維集聚混紡紗的工藝優(yōu)化

曾令璽 曾社平 劉建農(nóng) 姚靜靜 唐建東

（際華三五四二紡織有限公司，湖北襄陽，441000）

聚酰亞胺是一類以酰亞胺環(huán)為特征結(jié)構(gòu)的聚合物，是一種耐高低溫，力學(xué)性能、電學(xué)性能及穩(wěn)定性能優(yōu)異的特種高分子材料［1］，在一定程度上能替代錦綸6 和錦綸66。其各類制品如薄膜、涂料、模塑料、復(fù)合材料、層壓制品、黏結(jié)劑、分離膜等已廣泛應(yīng)用于航空航天、電子工業(yè)、光波通訊、防彈材料、氣體分離、電子通訊等諸多領(lǐng)域［2］。本研究使用連云港奧神新材料有限公司提供的1.67 dtex×51 mm 聚酰亞胺纖維，成功開發(fā)出精梳細絨棉/聚酰亞胺/粘膠40/30/30 9.8 tex 集聚紗。

1 產(chǎn)品開發(fā)思路

（1）考慮到混紡紗在加捻過程中長纖維向紗線中間轉(zhuǎn)移，短纖維向紗線邊緣轉(zhuǎn)移的趨向，因此選用51 mm 的聚酰亞胺纖維形成類似“芯紗”的效果，而38 mm 以及短于38 mm 的纖維（粘膠纖維和棉纖維）向紗線邊緣轉(zhuǎn)移，使開發(fā)的紗線風(fēng)格較為獨特。

（2）由于聚酰亞胺纖維具有較長的長度、較小的伸長率（8.54%），其加捻效率比38 mm 纖維高，正常加捻就可產(chǎn)生強捻紗效果。

（3）使用51 mm 和常規(guī)38 mm 聚酰亞胺纖維開發(fā)的布面風(fēng)格不同，51 mm 纖維的布面組織緊湊，有細微的褶皺感。

（4）由于混紡紗中長度差異較大的纖維在牽伸過程中的變速點不同，產(chǎn)生的移距偏差不同，使得纖維牽伸紊亂，容易產(chǎn)生細節(jié)，強力低、紗疵高、混紡難度大。根據(jù)以往生產(chǎn)色紡品種的經(jīng)驗，抱合好的纖維與抱合不好的纖維混紡，梳棉容易成網(wǎng)，因而選用與粘膠混紡有利于聚酰亞胺纖維順利成網(wǎng)。為增加服裝吸濕透氣性，同時提高檔次，加入一定比例的精梳細絨棉。根據(jù)前期優(yōu)選試驗，當聚酰亞胺纖維的混紡比例超過30%時，易造成靜電過大，難以生產(chǎn)。因此，最終確定混紡比為精梳細絨棉/聚酰亞胺/粘膠40/30/30，并根據(jù)各混紡纖維的性能特性對各工序工藝進行了優(yōu)化設(shè)計。

2 纖維物理性能分析

聚酰亞胺纖維作為一種綜合性能良好的合成纖維，其基本性能對產(chǎn)品的開發(fā)起決定性作用［3］。聚酰亞胺纖維回潮率2.43%，吸濕性較差，體積比電阻較大（4.17×1011Ω·cm），生產(chǎn)中靜電嚴重，會造成梳棉成網(wǎng)困難，各工序黏纏嚴重，無法正常生產(chǎn)。為改善后續(xù)可紡性，需要對原料進行預(yù)處理，使體積比電阻下降到1×108Ω·cm 以下。

粘膠纖維規(guī)格1.33 dtex×38 mm，體積比電阻較?。?.33×107Ω·cm），與聚酰亞胺纖維混紡，有助于提高其可紡性。粘膠纖維回潮率較大（12.54%），吸濕性較好，可以利用空氣中的水分導(dǎo)電，進一步降低聚酰亞胺纖維的靜電黏纏。同時粘膠纖維表面有溝槽，纖維之間抱合好。

所用棉纖維為新疆細絨棉，主體長度29.9 mm，細度1.7 dtex，馬克隆值4.3，回潮率5.8%。

3 紡紗方案及工藝流程

3.1 紡紗方案選擇

結(jié)合多組分混紡紗的生產(chǎn)經(jīng)驗，一方面考慮到聚酰亞胺纖維的可紡性，另一方面考慮到混紡纖維長度差異對清梳隔距設(shè)計的影響，將聚酰亞胺纖維與粘膠纖維先采用包混，然后在并條工序?qū)⒕崦迼l與聚酰亞胺粘膠混紡生條進行條混。

3.2 工藝流程

（聚酰亞胺纖維+粘膠纖維）：A002A 型抓棉機→FA106C 型豪豬開棉機→A045B 型凝棉器→A092A 型給棉機→A076C 型成卷機→A186D 型梳棉機

（精梳棉條+聚酰亞胺粘膠混紡生條）：FA317 型并條機→RSB D221C 型并條機→RSB D221C 型并條機→A454 型粗紗機→DTM129 型細紗機→AUTOCONER338RM 型絡(luò)筒機

精梳棉條的生產(chǎn)采用常規(guī)工藝，清梳工序僅重點介紹聚酰亞胺粘膠混紡生條的生產(chǎn)工藝。

4 各工序工藝配置及技術(shù)措施

4.1 原料預(yù)處理

聚酰亞胺纖維體積比電阻大，在生產(chǎn)中極易產(chǎn)生靜電［4］，紡前要對其進行防靜電處理，以解決梳棉不能成網(wǎng)，易黏纏羅拉、膠輥等問題。減少靜電危害的方法從本質(zhì)上就是減輕或防止摩擦，或者通過各種途徑使產(chǎn)生的靜電荷很快地釋放掉［5］。抗靜電劑種類多樣，通常用非離子型抗靜電劑，我們在聚酰亞胺纖維品種上均使用離子型抗靜電劑。原因是聚酰亞胺纖維蓬松，清棉不易成卷，必須將緊壓羅拉加熱，而非離子型抗靜電劑的除靜電原理是親水基團導(dǎo)電，緊壓羅拉加熱時水分蒸發(fā)，起不到導(dǎo)靜電的作用，故使用離子型抗靜電劑。

將離子型抗靜電劑和溫水按一定比例兌勻，均勻噴灑在聚酰亞胺原料上，在養(yǎng)生房溫度20 ℃～25 ℃、相對濕度50%～55%環(huán)境下燜放24 h 以上，使用液壓機打包，與粘膠纖維交叉上盤，抗靜電劑的作用有時效性，纖維上盤后要盡快進行生產(chǎn)。

4.2 清棉工序

清棉工序遵循“勤抓多抓，輕打多梳少落”原則。由于聚酰亞胺纖維蓬松，抓取量相對少，因此抓棉打手刀片伸出肋條2 mm，適當加大抓取量。由于兩種纖維的蓬松程度不同，打手每次抓取兩種纖維不均勻，為此將頭尾卷子單獨存放并做標記，以方便梳棉工序分開使用，然后在并條工序交叉使用，盡量減少色差。聚酰亞胺纖維與粘膠纖維的斷裂強度都不高，為減少纖維損傷，采用短流程，輕打擊，適當降低各部件速度。開棉機打手轉(zhuǎn)速400 r/min，三翼綜合打手轉(zhuǎn)速710 r/min?？紤]到聚酰亞胺纖維蓬松，棉卷采用重定量400 g/m，以增加棉網(wǎng)抱合。

4.3 梳棉工序

梳棉工序遵循“柔性梳理，兼顧長度，大五點隔距，好轉(zhuǎn)移”原則，兩種纖維長度差異較大，其分梳工藝長度完全不同，以均衡為原則，在生產(chǎn)38 mm 纖維的分梳工藝長度基礎(chǔ)上，通過定制6 mm 鐵板，給棉板兩邊各墊一塊，將給棉板抬高6 mm，以減少刺輥對聚酰亞胺纖維的損傷，同時放大給棉板與刺輥隔距，按照0.46 mm 設(shè)計。

聚酰亞胺纖維長度長，較難被針齒釋放，易發(fā)生纏錫林、纏蓋板，且由于棉卷采用重定量，錫林負荷大，因此蓋板至錫林間五點隔距適當放大為0.28 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.23 mm、0.25 mm，還可減少纖維在錫林與蓋板針間梳理不順暢造成的棉結(jié)。

兩種纖維的斷裂強度均不高，尤其粘膠纖維，故適當降低刺輥和道夫等部件速度，以減少纖維損傷，提高棉網(wǎng)清晰度，降低棉結(jié)［6］。刺輥轉(zhuǎn)速660 r/min，錫林轉(zhuǎn)速300 r/min，道夫轉(zhuǎn)速20 r/min，同時蓋板輪直徑210 mm，蓋板速度116 mm/min，加快排除短絨。

聚酰亞胺纖維間抱合力較差，無卷曲，不易成網(wǎng)，容易在道夫下掉網(wǎng)，以及在緊壓羅拉與壓輥之間斷網(wǎng)，為此將剝棉羅拉與緊壓羅拉隔距設(shè)計為0.48 mm，以加強轉(zhuǎn)移，或者使用集棉器解決抱合力較差、斷網(wǎng)的問題。棉網(wǎng)張力1.36 倍，生條干定量19 g/5 m。

錫林針布型號AC2030×01740，道夫針布型號AD4030×01890，蓋板針布型號TPT-52，刺輥針布型號AT5611×05610。

4.4 并條工序

并條工序是實現(xiàn)紗線混和、達到預(yù)期混紡比以及改善成紗條干的關(guān)鍵［7］，聚酰亞胺混紡紗的生產(chǎn)遵循“交叉混和，中速度，中加壓”原則。頭并采用5 根并合，其中3 根聚酰亞胺粘膠混紡生條，中間間隔插入2 根精梳棉條，盡量保證混和顏色均勻一致。二并與三并均使用自調(diào)勻整功能以進一步改善混和不勻與重量不勻率，由于RSB D221C 型并條機壓輥厚度小，聚酰亞胺纖維蓬松，當采用8 根并合時，總有一部分條子跑到壓輥外，進而產(chǎn)生纏羅拉、纏壓輥現(xiàn)象，因此將并合數(shù)調(diào)整為6 根。由于精梳細絨棉纖維、粘膠纖維間抱合較好，粘膠纖維性質(zhì)接近棉，且兩者混紡比例達到70%，由此可以適當提高速度，增加產(chǎn)能；并條膠輥硬度偏小選擇，為邵爾A75 度，增加對纖維的握持，減少條子邊緣纖維擴散產(chǎn)生的紗疵。并條工序主要工藝參數(shù)：頭并采取較大后區(qū)牽伸（1.875 倍）以減少后彎鉤纖維，總牽伸5.06 倍，羅拉握持距53 mm×54 mm；二并采用6 根并合，后區(qū)牽伸1.5 倍，羅拉握持距52 mm×54 mm，總牽伸6.16 倍；三并采用6 根并合，較小后區(qū)牽伸（1.35 倍），羅拉握持距52 mm×53 mm，總牽伸6.10 倍，干重18.2 g/5 m。三道并條的速度均控制在250 m/min。

4.5 粗紗工序

由于聚酰亞胺纖維容易纏羅拉、纏膠輥膠圈，產(chǎn)生紗疵，粗紗工藝設(shè)計原則為“合適羅拉握持距，較大捻系數(shù)，小后區(qū)牽伸，較低速度”。由于條子定量大，適當放大前區(qū)握持距，即羅拉握持距53.5 mm×66.5 mm，避免因牽伸不開而產(chǎn)生竹節(jié)?？紤]到聚酰亞胺纖維較為蓬松，抱合力較差，需適當加大粗紗捻系數(shù)，設(shè)計為75，避免卷繞過程中的斷粗紗，同時減少纖維纏羅拉現(xiàn)象。后區(qū)牽伸偏小設(shè)計為1.24 倍，既可改善條干，又可避免聚酰亞胺纖維在牽伸過程中回彈。由于3 種纖維長度差異較大，為避免棉纖維被甩出紗體形成毛羽，錠翼速度不宜過高，設(shè)計為560 r/min，粗紗伸長率盡量控制在2.0%以內(nèi)，內(nèi)外排粗紗伸長率差異控制在1.5%以內(nèi)。聚酰亞胺纖維顏色為黑色，粗紗機后采用全封閉隔離，避免纖維四處飛散，污染其他品種。由于羅拉握持距足夠大，鉗口隔距可以偏小設(shè)計為4.5 mm，選用邵爾A75 度大直徑（33 mm）膠輥，增加對棉條的握持，避免意外牽伸。粗紗干定量3.9 g/10 m，總牽伸9.3 倍。

4.6 細紗工序

細紗工序采用集聚紡，并遵循“較大捻度，合適壓力，降低速度”原則。由于聚酰亞胺纖維長度較長（51 mm），羅拉握持距設(shè)計為52 mm×63 mm，后區(qū)握持距不宜再大，否則易造成后羅拉軸頭彎曲。由于前區(qū)羅拉握持距大，采用普通上下銷時，浮游區(qū)長，長度相對較短的棉纖維和粘膠纖維在浮游區(qū)處于不受控狀態(tài)，牽伸紊亂，容易產(chǎn)生細節(jié)、斷頭。為此在較大捻系數(shù)（390）前提下采用加寬上下銷，定制的加寬下銷寬度為25 mm，并優(yōu)選鉗口隔距規(guī)格，以提高紗線的強力和條干均勻度。鉗口隔距和下銷優(yōu)選試驗情況見表1。

表1 鉗口隔距和下銷優(yōu)選試驗

由表1 可知，當2.5 mm 隔距塊搭配加寬上下銷時，其成紗條干均勻度、強力相對最好。這是因為加寬上下銷縮短了浮游區(qū)，摩擦力界延長，增加了對混紡須條中短纖維的控制，使之順利牽伸，不易產(chǎn)生細節(jié)。降低紡紗速度有助于減少斷頭。采用防靜電網(wǎng)格圈，減輕聚酰亞胺纖維黏纏。采用紡棉的LXC966 型膠輥，30.3 mm 的大直徑，使摩擦力界在鉗口前后延伸，加強對纖維的控制。由于混紡纖維的加權(quán)品質(zhì)長度相對于羅拉握持距較短，易飛散，且在牽伸區(qū)集聚形成紗疵，為此揩車周期縮短為10 天左右。由于聚酰亞胺纖維為黑色，膠輥膠圈表面易變黑，影響牽伸，因此將膠輥使用周期由3 個月縮短為2 個月。細紗后區(qū)牽伸設(shè)定為1.14 倍，總牽伸39.8 倍，前羅拉速度125 r/min。根據(jù)纖維轉(zhuǎn)移理論，長纖維（51 mm聚酰亞胺纖維）往紗線中間轉(zhuǎn)移，短纖維（38 mm及以下的粘膠纖維與棉纖維）往紗線外層轉(zhuǎn)移，在相同捻系數(shù)390 的情況下長纖維的加捻程度大，形成類似于包芯紗結(jié)構(gòu)的紗線，各纖維加捻效率和伸長率的不同，使得該混紡紗生產(chǎn)的布面有褶皺效果。

4.7 絡(luò)筒工序

聚酰亞胺混紡紗細節(jié)多，強力低，容易斷頭，須合理設(shè)置絡(luò)筒工藝。經(jīng)過測試，紗線結(jié)頭強力比紗線細節(jié)處高，為此適當增大絡(luò)筒速度，拉斷細節(jié)重新捻接，提高紗線的整體強力，進而減少整經(jīng)斷頭和提高織機效率。但絡(luò)筒速度不宜過高，經(jīng)優(yōu)選，車速設(shè)置為1 000 r/min。紗線整體顏色偏向灰色，聚酰亞胺纖維顏色相對于紗線是深色，使用異纖切除功能，切除紗線上顏色較深的紗疵，減少布面黑色竹節(jié)。主要清紗參數(shù)：N 3.8，S 2.2×1.4 cm，L 1.25×4 cm。由于該混紡紗在整經(jīng)工序易糾纏形成“小辮子”，類似于強捻紗效果，為此在絡(luò)筒工序須放置5 天～7 天，使紗線自然定捻，同時在整經(jīng)工序須加大張力，拉直紗線。

5 結(jié)論

（1）由于聚酰亞胺纖維體積比電阻大，梳棉不易成網(wǎng)，容易纏繞膠輥和羅拉，為此采用離子型抗靜電劑進行紡前預(yù)處理，此外與粘膠纖維混紡，可在一定程度上緩解靜電現(xiàn)象。

（2）因中長型51 mm 聚酰亞胺纖維長度與38 mm 常規(guī)纖維長度差異較大，因此各工序的紡紗工藝設(shè)計會有所不同，尤其在梳棉工序需要適當抬高給棉板，增加分梳工藝長度，避免拉斷纖維。

（3）針對集聚紡聚酰亞胺混紡紗在細紗工序存在浮游區(qū)長、細節(jié)高、斷頭多的問題，采用加寬上下銷，可改善成紗條干均勻度，提高強力，最終成功制得滿足織造要求的精梳細絨棉/聚酰亞胺/粘膠40/30/30 9.8 tex 紗。

（4）絡(luò)筒工序在保證結(jié)頭強力的情況下，適當增加槽筒速度，拉斷細節(jié)重新捻接，提高紗線的整體強力，進而減少整經(jīng)斷頭和提高織機效率。