高比例兔绒与石墨烯混纺纱的生产工艺研究

张 毅，徐永富，高园园

(天津工业大学 纺织学院，天津 300387)

0 前言

兔绒表面洁白、光泽亮丽、手感柔韧、滑爽亲肤，纤维内部都有大小不同的颗粒状髓腔结构，因此质地轻盈，并具有良好的吸湿透湿以及透气与保暖性等特点[1]。如何降低纯兔绒纱线在纺纱过程的难度，增强纱线质量，提高兔毛的可纺性，是兔毛企业提高产能遇到的难题。石墨烯纤维材料制作的纺织品具有良好的阻燃性、超导电性能，理想的远红外发射功能，防紫外线性能，已经成为当前我国纺织行业研究与开发应用的重点，在纺织领域的应用显示出较大的优越性。石墨烯改性粘胶(简称石墨烯粘胶)是以粘胶为基体，在纺丝溶液中加入石墨烯，它不仅能保留了粘胶的自身优点，而且还具有石墨烯的优良特性。石墨烯粘胶具有防静电、防紫外线、抗菌抑菌、低温红外等特点，应用领域广泛[2]。

粘胶基石墨烯纤维与兔绒混纺，不仅改善兔绒纤维在纺纱过程中存在静电等的不足，还可以减少原料的的浪费，能提高两者的综合性能。本次设计的功能性纱线结合了两种兔绒纤维的透湿透气性、粘胶基石墨烯纤维的紫外防护、远红外保健、抗菌性等优异的物理性能，同时提升了兔绒的可纺性，互相弥补两者之间性能差异，使得产品的适应性更为广泛。

本次研究以石墨烯粘胶和兔绒为原料，混纺比例为兔绒：粘胶基石墨烯=60：40，对各道工序的工艺参数进行改良，为石墨烯粘胶和兔绒混纺纱的工业生产提供参考。

1 原料

60 %兔绒和40 %石墨烯粘胶

2 混纺纱线的纺纱工艺流程

开松(XFH型小和毛机)→梳理(DSCa-01小型数字式梳棉机)→头道并条→二道并条(DSDr-01小型数字式并条机)→粗纱(DSRo-01小型数字式粗纱机)→细纱(DSSp-01小型数字式细纱机)→合股(DSTw-01型数字式小样并捻联合机)

3 生产工艺

3.1 纤维预处理工序

3.1.1 兔毛和毛处理

和毛工序是增加兔毛可纺性的关键工序，针对不同原料的不同特性，进行给湿加油。兔毛纤维的纺纱最主要的问题是抱合力差和存在静电，要提高兔毛的可纺性，首先应该考虑这两个问题。因此利用和毛给湿对兔毛纤维进行预处理，提高兔毛纤维的抱合力，改变兔毛纤维的纺纱性能，解决静电现象，稳定兔毛纺纱过程。为避免化学处理方法对兔毛纤维造成损伤，选用和毛油、水对纤维进行预处理[3]。和毛油与水的比例为1：11，和毛油以重量比例为毛：油=100：4进行量取，将配好的油水采用喷雾法均匀地喷洒在兔毛纤维上，放置于阴凉处，密封静放24 h进行闷毛，目的是使油水均匀渗透进入兔毛纤维之间，减少静电产生。

3.1.2 石墨烯粘胶纤维处理

将石墨烯粘胶长丝剪成与兔毛纤维平均长度大致相同的38 mm短纤，便于两种纤维混合均匀。

3.2 开松与混和工序

首先将两种原料进行各自的开松处理，使各自纤维之间尽量开松，然后将两种纤维按照混纺比例进行手工的混合，注意手的湿度不宜过湿，否则纤维会粘附到手上。手工混合时力度不宜过大，防止纤维的飞絮产生，影响两种纤维混纺比例。随后在和毛机进一步混合，两种纤维之间混合程度应尽量均匀，混合的成分应尽量达到均匀一致。在和毛机上进行开松和混合时，首先将混合纤维铺放在和毛机的喂毛帘上，注意要铺放均匀，并且喂入时要定时定量，否则会造成混合不匀和开松程度小。混料要有适当的开松度，所以在此之前进行各自原料的开松，这样才能够减少对两种纤维的损伤。在和毛机上加工时，应该尽量减小锡林转速，将各个隔距之间增大和减少工作辊对数，以减少对纤维损失。混合一次后的纤维为防止部分纤维混合不匀，所以要进行第二次混合，二次混合好的原料开松度与混合度应均匀。

3.3 梳理工序

此道工序的目的是解决单纤维分离状态和尽量减少纤维长度损伤。应采用“定量要大、隔距适中、速度放低、速比加大、减小张力、加大压力、减少次数”的工艺原则。

由于混合纤维中兔毛纤维占有比例较大，且兔毛纤维纺纱较为困难，所以工艺参数应以羽毛纤维性能进行设定。不仅两种纤维之间存在长度差异，而且兔毛纤维内部也存在长度差异，因此在为避免损伤纤维，短绒增加，成网飘头与不易成网等问题，在梳理过程中盖板、锡林速度、刺辊和道夫速度应适当降低，盖板速度设定为2 mm/min，锡林转速设定为40 r/min，刺辊速度设定为130 r/min，道夫转速设定为10 r/min[4]。避免纤维充塞梳理区和粘辊等问题，应该增大锡林与刺辊的速比，提高纤维转移率，成网清晰和厚薄均匀。为避免静电现象产生，纤维缠绕罗拉、压辊等现象出现，实验室相对湿度控制在65 %左右。除此之外，为了进一步减少纤维的损伤及摩擦，锡林和道夫间的隔距应适当减小，间距设定为0.12 mm。梳理工序中，应减少对纤维的梳理次数，若次数过多，会减小纤维之间抱合力，增大静电，进而会对成网效果产生影响。兔毛纤维表面光滑、蓬松，为避免喇叭口处出现堵条和出条不匀，出条困难，出条内部存在静电力等问题，应加大喇叭口处压辊的压力。

3.4 并条工序

并条工序的主要目的是均匀混合，降低不匀率，改善熟条的内部结构(纤维的伸直度和分离度)，消除弯钩。工艺原则是“降低速度、加大压力、缩小隔距、减小牵伸”。

头并和二并的生条并和根数均为8根。由于原料是由两种原料混合而成，且兔毛纤维之间抱合力较差，纤维之间存在差异，因此生条的强力较低，为避免出现断裂和重量不匀现象，采用压力棒牵伸，改善长纤维和短纤维的分布情况，使生条受拉力均匀。降低牵伸速度，避免出现断头现象。罗拉加压为400 N，增大对纤维的握持力。为避免在此工序出现出现飞毛多、纤维缠绕罗拉、浮游纤维分布不均、熟条条干强度较低和条干内部蓬松，存在静电等现象，采用尼龙6涂料的皮辊，四罗拉双区牵伸，减小后区牵伸倍数，并采用紧压式喇叭口出条，后区牵伸倍数为1.2倍。考虑到纤维之间长度不匀和纤维整齐度的存在，故罗拉握持距要偏小，设定为前区为6 mm，后区为10 mm。

3.5 粗纱工序

粗纱机采用三罗拉双短胶圈牵伸形式，采用“加大压力、增大隔距、减小牵伸、增大捻系数”的工艺原则。

由于此次为兔毛和石墨烯粘胶混纺纱线，卷装较小，锭翼设定转速为500 r/min。为了减小在纺制粗纱过程中的阻力，总牵伸倍数为7倍，后区牵伸倍数较小为1.2倍。根据纤维种类和特点，避免出现须条伸长受阻，导致条子出现断头，罗拉握持距离应尽量增大，设定为20 mm。为了增强粗纱的断裂强力，防止在粗纱成形和粗纱退绕过程中出现断头，导致细纱断头和增加纱线毛羽等问题，需要增大罗拉压力，设定为150 N/双锭，增大粗纱捻系数，设定为75。粗纱工序中，后区集合器与喂入集合器的选择也很重要，它可以防止纤维扩散，提供附加摩擦力界，集合器口径的大小，后区与喂入定量适应，前区与输出定量适应。

3.6 细纱工序

细纱工序应掌握“加大捻度、增大压力、降低速度”的原则。

细纱工序采用环锭纺，纺成纱线为单纱16.7 tex。总牵伸倍数=前区牵伸倍数×后区牵伸倍数，总牵伸倍数为21.4。前区牵伸控制强，牵伸倍数设置可大，后区牵伸的主要作用是为前区牵伸做准备，充分发挥皮圈对纤维的控制作用，达到既能提高前区牵伸，又能保证成纱质量的目的。采用较大捻系数，是为了避免较多毛羽的产生和增大纱线强力，为后序织造工序的顺利进行创作条件，纱线捻度设定为80。同时降低锭子速度，主要是考虑到兔毛与石墨烯粘胶混纺纱强力低，有利于减少断头，理论锭速设定为8500 r/min。

3.7 纱线合股

为了后序织造工序的顺利进行，对纺成的单纱进行合股。纱线合股可以增强纱线强力和耐磨性能，减少毛羽和有利于纱线条干均匀。纱线合股工序使用DSTw-01型数字式小样并捻联合机，采用两根单纱合股，注意加压重锤的选择，不宜过大，两个单纱管的放置应当处于平行，减小退绕阻力。纱线合股设计捻度为40捻/10 cm，设计锭速为2781 r/min。

4 纱线性能的测试与分析

在进行纱线强力测试之前，先将纱线试样放在标准恒温恒湿环境下预调湿24 h。采用YG020型电子单纱强力仪，纱线测试长度为200 mm，测试速度200 mm/min，测试次数为20次，结果取其平均值。

采用USTERⅡ型条干均匀度仪对纱线的条干CV值进行测定。

纱线性能测试结果如下表1所示：

表1 纱线性能测试结果

通过以上数据可知，兔毛纤维与石墨烯粘胶纤维混纺单纱断裂强度比较低，用于织造易出现断头和增加纱线毛羽，对单纱进行合股之后，其断裂强力增加将近一倍，满足后序工序织造的条件，提高工作效率，减少断头。由于此次设计采用的是传统环锭纺纱，其条干CV值与毛羽数量较大，实际生产中可采用紧密纺或气流纺提高纱线条干均匀度。

5 结论

不同性质的纤维混纺比例对纱线风格影响十分明显，兔毛纤维混纺比例增加，纱线滑爽、柔软、手感好，但随着兔毛纤维混纺比例增加，特别在冬季和高温高湿季节，成网较为困难，易产生静电，纺纱难度大。经过试验，确定混纺比例为40/60时，既能保留产品功能，又能降低纺纱难度。在开松与混纺工序，确保两种原料之间的充分混合，达到了纤维分布均匀。梳理工序中，注重喂入纤维量的多少与生条的质量问题。在并条工序中，合理设计并条根数，并严格控制室内温湿度，以防产生缠辊现象产生。在粗纱工序中，合理的捻系数设定减少粗纱在退绕过程中的意外伸长。在细纱工序中，采用传统环锭纺纱，要注意锭速的选择，避免断头的产生。采用合股的方法，能增大纱线强力，有利于织物织造。在纺纱各道工序利用工业加湿器进行加湿，减少静电产生，成纱效果更理想。各项工序中工艺参数的设定需要根据实际生产需要进行设定。

兔绒/粘胶基石墨烯纤维混纺纱线，不仅原料具有透湿透气、紫外防护、远红外保健、抗菌等功能性性能，而且提高兔毛的可纺性和纱线的强力，降低加工难度。纯兔绒混纺纱线存在的纺纱困难，可以利用与其他纤维进行混纺进行解决，从价格和生产工序复杂程度考虑，要确定合适的混纺比例至关重要。此外，还可以使用转杯纺纱和气流纺纱进行纱线生产，能更大程度地减少毛羽和提高纱线条干均匀度。从总体来看，此次设计的混纺纱线采用合适混纺比例，确定了合理工艺参数，简便易操作，节省原料，流程清晰，为工业生产和实践提供了理论支撑。