生物质石墨烯改性粘胶混纺纱的开发

侯芝富 郭俊霞 赵秀云 孟祥华

(山东超越纺织有限公司，山东聊城，252800)

石墨烯是目前世界上发现的最薄、最坚硬、具有最强导电性的纳米新材料。自2004年在英国曼彻斯特大学实验室被正式制备以来，受到全世界关注，被誉为“新材料之王”。生物质石墨烯是利用航天技术，从玉米芯纤维素中研制出来的新材料，属全球首创。生物质石墨烯改性纤维具有独特的人体可激发的远红外、抗菌抑菌、预防螨虫、防静电、防紫外线、吸湿快干、调节人体微循环、促进深度睡眠等功能性[1-4]。石墨烯纤维可分为以粘胶、锦纶、氨纶、涤纶等纤维为载体的石墨烯改性纤维种类。生物质石墨烯改性纤维以粘胶为载体，其纺制品用于医药用品、运动服饰、羽绒服、睡袋、棉被、床垫、靠枕、枕芯、披肩等高端纺织品。我公司近年来先后开发生产了生物质石墨烯与莫代尔、腈纶、粘胶、精梳棉等纤维，组成的多组分不同混纺比例、不同号数的石墨烯混纺纱品种。本文以生物质石墨烯改性粘胶/莫代尔/腈纶40/30/30 11.8 tex赛络集聚纺品种为例，对生物质石墨烯改性粘胶混纺纱的产品开发与生产做简要介绍。

1 原料的选用

2.5%生物质石墨烯改性粘胶纤维(以下简称石墨烯纤维)规格1.33 dtex×38 mm，黑色，干态断裂强度2.5 cN/dtex，干态断裂伸长率20.4%，白度4.5%，体积比电阻5.58×107Ω·cm，回潮率12.41%。Dralon腈纶规格1.3 dtex×40 mm，有光，干态断裂强度2.6 cN/dtex，干态断裂伸长率27%，体积比电阻1.55×106Ω·cm，回潮率2.10%。兰精莫代尔1.30 dtex×39 mm，干态断裂强度3.5 cN/dtex，干态断裂伸长率14%，体积比电阻3.3×107Ω·cm，回潮率10.52%。

2 纺纱工艺流程

石墨烯纤维为有色纤维，为确保石墨烯混纺纱的各原料成分混和均匀，三种纺纱原料采取包混+条混相结合的混和方式。由于石墨烯纤维与莫代尔两种原料开松程度接近，腈纶较为蓬松，故先将石墨烯纤维与莫代尔两种原料进行包混，二次成卷后，再到并条工序与腈纶进行并合。

3 主要工艺参数配置及生产管理措施

3.1 清棉工序

将石墨烯纤维、莫代尔纤维、腈纶三种原料包，在预开松室内剪掉打包带，放置24 h以上，平衡适应车间内温湿度环境。由于莫代尔纤维回潮偏小，为防止莫代尔纤维在加工过程中脆断损伤，需给湿处理，使其接近公定回潮要求。

石墨烯纤维、莫代尔纤维原料上棉台时，严格按上包图放置，排包均匀，密度一致，削高填平，保证抓取一致，避免因混和不均匀，出现色差及布面横档疵品[5]。为确保石墨烯纤维、莫代尔纤维原料充分混和，在清棉工序需二次成卷。石墨烯纤维、莫代尔纤维、腈纶3种原料均属化学纤维，无杂质，仅有少量硬丝、并丝及超长纤维等疵点。根据原料的性能，在清棉工序贯彻“多梳少打，多回收少排除，以梳代打”的工艺原则。腈纶较为蓬松，为防止黏卷，便于梳棉工序棉卷喂入顺利退绕，在成卷时用同品种的粗纱做隔离，同时成卷罗拉用加温棒加温，使棉卷密度加大成形良好。FA002A型抓棉机的抓棉小车每运行一周下降3 mm，小车的运行速度2.0 r/min，梳针打手速度石墨烯纤维、莫代尔纤维为446 r/min，腈纶为525 r/min， A076A型综合打手速度920 r/min，成卷罗拉速度11 r/min。棉卷质量指标要求如下。

棉卷品种 石墨烯+莫代尔 腈纶

棉卷长度/m 27 27

棉卷湿重/g·m-1405 403

伸长率/% 2.63 1.44

每米重量不匀率/% 1.0 0.9

3.2 梳棉工序

由于化纤类原料纤维长，整齐度好，不含杂，梳棉工序应以梳理为主，使纤维单根化，并最大限度降低纤维的损伤。锡林速度稍高可以减轻针面的负荷，增强分梳，其速度设置为330 r/min。刺辊速度降低有利于纤维转移，其速度设置为石墨烯莫代尔780 r/min，腈纶850 r/min。由于原料含杂少，可降低盖板速度，控制在88.4 mm/min。道夫速度稍低，有利于改善棉网质量，其速度设置为22 r/min。为使纤维充分梳理，锡林与活动盖板的五点隔距为0.18 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.18 mm。

提高棉网清晰度和纤维伸直度，预防石墨烯纤维混纺纱形成的黑星有害纱疵[6]。道夫、锡林、盖板、刺辊针布使用要结合更换周期，加强对针布锋锐度检查，发现齿尖磨损超限或损坏，应及时更换针布，确保针布良好状态和梳理效果。依据原料规格，配置适宜的针布型号。原料纤维细度越细，为使纤维充分梳理，要选用矮、薄、密、光、硬的新型针布。盖板针布型号采用TPT-52型，道夫针布型号采用AD4030×01870型，锡林针布型号采用AC2030×01740型。严格控制A1疵点，对梳棉机逐台做好跟踪试验，重点检查道夫和刺辊部分，将A1疵点控制在十万米100个以内。保持机台清洁，严防挂花带入棉网产生疵点。提高滤尘效果，减少短绒堆积现象，各部吸风管道保持畅通，不挂花，以免影响棉网质量。尤其棉网清洁器部位，挡车工必须随时做好清洁，一旦棉网清洁器堵塞，就会使棉网产生大量棉结，严重危害生条质量。生条质量指标要求如下。

棉卷品种 石墨烯+莫代尔 腈纶

湿定量/g·(5 m)-118.8 19.0

结杂/粒·g-14 4

棉网等级/级 1 1

重量不匀率/% <3.5 <3.5

3.3 并条工序

为了进一步降低生条重量不匀率，使石墨烯纤维莫代尔纤维混和条与腈纶混和充分，并促使混纺比例准确，在进行条混前，先将石墨烯莫代尔生条进行预并处理[7]。由于石墨烯纤维混纺纱中纤维特性不同，为保持混纺纱中各种纤维在纱线结构中分布一致，要求在一混条子喂入时固定各根条子位置，保证布面风格均匀一致。为预防和控制纱线黑星产生，适当降低工艺速度，及时清除纱线通道部分的棉蜡，保持纤维在牵伸过程中处于伸直状态，减少纤维弯钩现象，保持纤维平直纱条光滑。加强运转操作管理，做好半成品防护工作，不允许出现高条和毛乱条。储备条保持盖好防护罩，防止飞花附入，并杜绝与其他半成品之间黏附造成的混纤现象。并条工序工艺参数配置见表1。其中，各道罗拉隔距均为11 mm×10 mm×20 mm。

表1成纱质量指标测试结果

并条道数湿定量/g·(5 m)-1后区牵伸/倍并合根数/根出条速度/m·min-1预并一并二并三并18.417.016.316.01.821.861.591.5965预+2A66170182185180

3.4 粗纱工序

粗纱工序采用“较低车速，大隔距，重加压，大捻系数，小后区牵伸”的工艺原则。由于该品种为赛络集聚纺品种，粗纱定量在满足细纱上机要求的前提下按最大设计。生产过程中要控制好粗纱张力，减少大小纱之间的张力差异。石墨烯纤维为黑色纤维，做好隔离防护工作，严防半成品碰撞及纤维飘浮，造成混纤现象。石墨烯纤维混纺纱机台与相邻品种机台之间，用高密度尼龙网做好严密隔离墙棚。运输粗纱的车辆及盛放储备粗纱的容器，做好指定石墨烯品种专用标识，做到专车专用，严防与运输其他品种的车辆容器混用混放。粗纱工序工艺参数配置：湿定量3.6 g/10 m，后区牵伸1.18倍，捻系数80.1，罗拉隔距27 mm×39 mm，锭速750 r/min。

3.5 细纱工序

加强赛络集聚纺集聚区的管理，保持集聚区的两根纱条清晰稳定[8]。一旦出现纱条模糊、抖动或变为单根须条时，会严重影响质量，造成疙瘩纱，棉结粗节增多，毛羽增多，强力降低。应检查喇叭口是否偏位，摇架压力是否偏小，摇架螺丝是否松动，负压管接头是否脱落漏风，异形管盖板吸风槽是否挂花堵塞，张力勾部分是否缠花，网格圈是否破损，传动齿轮是否积花缺齿等问题。由于细纱总牵伸达61倍，我们采用大牵伸工艺，使用双压力棒上销。赛络集聚纺毛羽少，结构紧密，钢丝圈在运行过程中阻力大，必须配置与之相适应的钢领钢丝圈。采用PG1 4054 GC型高精轴承钢精抛镀铬钢领，布雷克 C1ULudr型10/0#钢丝圈，hd68型上胶圈规格37 mm×28 mm×0.9 mm，下胶圈规格80 mm×30 mm×1 mm，868型铝衬胶辊规格19 mm×31 mm×28 mm。由于赛络集聚纺无导纱动程，胶辊胶圈易产生中凹现象，为使胶辊胶圈表面对纤维有足够的握持力，且不发生缠绕现象，胶圈更换周期为3个月，前二胶辊复磨周期为2个月，前一及后胶辊复磨周期为6个月。石墨烯纤维混纺纱为黑灰色纱线，石墨烯纤维比例越大颜色越深，细纱断头后，不易辨认，需加强灯光亮度，提高光照度，方便挡车工及时发现断头。长期生产石墨烯纤维混纺纱，胶辊胶圈表面会有着色变黑现象，更换品种时胶辊胶圈需做调换清洗或复磨处理。细纱工序工艺参数配置：总牵伸61倍，后区牵伸1.18倍，捻系数361，罗拉隔距20 mm×50 mm，前罗拉速度150 r/min，隔距块2.2 mm[9]。成纱质量指标：条干CV11.78%，细节1个/km，粗节11个/km，棉结23个/km，毛羽H值2.39，断裂强度13.9 cN/tex。

3.6 络筒工序

络筒工序的主要任务是清除纱疵，减少外观疵点，生产成形良好的筒纱。电子清纱工艺参数要设定合理，挡车工要加强责任心，严格把好质量关，不合格的半成品不准流入下道工序，不合格的产成品不准出厂[10]。为预防石墨烯纤维混纺纱黑星产生，络筒速度要合理，一般设置1 100 m/min。QPRO-60型自动络筒机配备乌斯特QUANTUM3型电子清纱器，由于石墨烯纤维混纺纱为有色纱线，须关闭电清FD异纤清纱极限工艺参数设置，方可正常生产。品种翻改、调整组设置时必须在停车状态进行，不然会产生误切或漏切，且槽筒在高速状态下改纺，还会损伤设备。由于电子清纱器智能识别纱体，且剔除纱疵是在基纱平均值的基础上，按百分比折算清纱基准，故生产品种分组设置不得少于10锭一组，分组锭数越多清纱越彻底，尤其在品种翻改上下机期间，更应注意分组状态，以免受纱体清纱基准波动，影响石墨烯纤维混纺纱线质量。应用细纱锭位扫描仪和内含芯片的专用纱管，定期排查质量报警的落后锭子，并及时进行质量追踪和整改，消灭落后锭子，降低锭间CVb质量差异，保持成纱质量稳定一致。电子清纱器主要工艺参数：NSL1 240%×0.5 cm，NSL2 150%×1.6 cm，NSL3 85%×3.8 cm，NSL4 55%×9.0 cm，NSL5 28%×30.0 cm，NSL6 17%×160.0 cm，T1 -38%×5.5 cm，T2 -25%×23.0 cm，T3 -16%×110.0 cm，PF灵敏度30%，PF周期个数30，U 60%。

4 结束语

生物质石墨烯改性粘胶混纺纱既属于功能性纤维纱线，又属于色纺纱线，其原料价格昂贵，制作的石墨烯产品为高端高档高品质产品，在纺纱过程一定要保证成纱质量，尤其杜绝出现黑星、色差和布面横档质量问题。生物质石墨烯纤维为黑色纤维，原料进车间后要加强管理控制，各工序做好严密隔离防护工作，做到车辆容器专车专用，按指定区域生产或放置，半成品运输走专用运输通道，严防造成混纤和污染其他纱线品种。紧紧围绕影响石墨烯纤维混纺纱线质量的控制重点，优化工艺参数，合理控制车速，优选纺纱器材，保持设备良好运行状态，加强运转操作管理，强化员工质量意识，做好质量在线检测和离线检测，及时消除产品质量波动，就能有效控制生物质石墨烯纤维混纺纱的优良品质。