棉纺纤维可纺性的分析和研究

刘荣清

(上海纺织工程学会,上海,200060)

纤维的可纺性是指纤维可纺纱的性能和特点。广义的可纺性还包括纤维可纺的品种、范围、用途，纺纱质量的优劣，包含物理指标和外观疵点，纺纱生产难易程度及可行性，纺纱产量、效率等等，随着纺织技术的进步，长丝纤维类产品、非织造布产品，可以不经纺纱直接制成用品，但短纤维纺纱仍占纺织制品的主导地位，应用最广。

1 棉纺纤维纺纱的基本要求和限制

1.1 纤维线密度的要求和限制

纺纱线密度(线密度)应有一定的限制。纤维线密度小，可纺成较细的纱，制成细密、柔软的织物，透气性好，具有丝绸感，悬垂性、飘逸性、抗皱性也强，尺寸稳定性也优，其织物属高端面料，可加工高档服饰，制成桃皮绒、麂皮绒等。但是纤维过细绝对强力偏低，纤维易断裂，纤维太轻、太蓬松、加工困难。棉纺常规纤维线密度为1.5 dtex左右，0.55 dtex～1.4 dtex称细纤维。我国规定小于1.32 dtex的纤维称为超细纤维，纯棉纺特细纱(7.5 tex以下)常用优质长绒棉，其线密度为0.8 dtex～1.1 dtex，国外化纤或化纤与棉混纺的特细纱中的化纤，常用0.55 dtex～1.0 dtex的超细纤维[1]。

1.2 纤维成纱截面根数的限制

在一定条件下，线密度小的纤维可以纺出条干比较均匀的纱，成纱横截面中根数越多，成纱条干不匀率越好。早在20世纪60年代，阿尔兹博士就指出成纱横截面的纤维根数的概念，环锭纺应大于62根，转杯纺应达130根以上，摩擦纺应达110根以上。随着纺纱技术的不断改善，我们认为目前环锭纺一般应大于45根，就可纺出品质优良的细纱，纺纱极限应不低于40根。

1.3 成纱线密度(tex)极限的探讨

设：n为成纱横截面根数，T为成纱线密度(tex)，t为成纱纤维线密度(dtex)，则成纱截面根数n=T×10÷t。如设t=0.8 dtex、n=纺纱极限根数40，代入上式，则Tmin=3.2 tex。

上例说明，如用国产长绒棉0.8 dtex线密度(约合公制8 000支)做原料，纺纱极限线密度为3.2 tex。本人认为这是符合国情的。如果通过水溶性维纶作载体纺纱或用嵌入式纺纱等新方法，或用超细化学纤维作原料，还可以降低纺纱极限线密度，但这种“特细纱”已不是原来意义的“特细纱”，是存在于织物中的非常态特细纱了。

1.4 纺纱纤维长度的限制和细长比的约束

1.4.1 纺纱纤维长度与可纺性

纺纱纤维长度达不到一定范围内，不能顺利纺纱。纤维长度必须与牵伸装置的罗拉隔距、摇架规格、胶圈架型式、长度、钳口隔距、加压机构、胶辊、胶圈条件相适应、相匹配。否则会形成条干不良、纱疵严重，出硬头，甚至开不出车。我国细绒棉长度一般为23 mm～33 mm；长绒棉长度为32 mm～40 mm；化纤长度：棉型38 mm～50 mm，中长型50 mm～65 mm。如果用超长度长丝束或毛型纤维65 mm～205 mm纺纱，可以用“牵切纺纱机”强行拉断或用胶圈有上下开槽的滑溜牵伸勉强进行。但条干差、纱疵多，只能生产低档产品。棉纺纤维的整齐度差、短绒率太高也会影响纤维的可纺性。此外可纺性对纤维的强度伸长率、弹性、卷曲性也有一定的要求[2]。 PBT、PTT等高弹纤维不适合纺纱。

1.4.2 纤维细长比的选择

根据经典的经验公式，细长比P=L/T。式中L为纤维长度(mm)，T为纤维线密度(dtex)。一般认为P=23.1，可纺性最好；P>23.1，纤维偏细偏长，易拉断损伤；P<23.1，纤维太短、太粗对强力、条干不利。

2 纤维可纺性不良产生的主要问题

清棉工序。主要表现为纤维易纠缠一起，不易开松；有的易黏卷黏层，形成破洞，成卷困难；筵棉厚薄不匀等。随着清梳联技术成熟和推广、筵棉喂给自调匀整的采用，该矛盾已较少。

梳棉工序。经常产生的问题有纤维扭结、分梳不足，易充塞针布，产生绕锡林现象，甚至轧坏针布。有的棉网纤维分散、漂浮、棉网下垂，成条困难，必须采用胶圈导棉装置，有的纤维转移不良，棉结增加，棉网不均匀等。

并、粗、细工序。最突出的问题是产生绕罗拉、绕胶辊、绕胶圈“三绕”问题[3]。造成条干不均匀，纱疵增加，混和不良，甚至开不出车，细纱断头增加，飞花、胶辊花增加，产量明显下降，劳动强度增大等，甚至形成织造大面积或规律性纱疵关车。严重的纱疵还会造成机件损坏，罗拉弯曲等。

3 纺纱纤维静电与可纺性

纺纱纤维产生的静电问题是影响可纺性的主要关键。纺纱过程中纤维与纤维，纤维与机件相互摩擦形成静电，产生相互排斥或吸引，影响可纺性[4]。影响静电大小的第一因素是纤维的比电阻。

化纤中的合成纤维一般吸湿性能差，回潮率低，其质量比电阻可在1×1013Ω·g/cm2以上,未给油的合成纤维更高。近代开发的高性能合成纤维分子量大、聚合度和结晶度高、比电阻都较大。天然和人造蛋白质纤维比电阻也偏高，也易产生静电，对生产带来困难，一般希望比电阻控制在小于1×108Ω·g/cm2。表征防静电性能指标还有以下几种：带电荷量(C)，面电荷密度(C/cm2)，静电电位(V)，半衰期。

半衰期：以τ来表示。表明电荷降至一半的时间，带电荷量和τ反映了影响静电的程度和时间,τ和带电荷量与材料的摩擦因素、环境的相对湿度、回潮率和接触力度有关。

在18世纪发表了几个静电电位序列表，近年来又有了补充和修改。

静电序列依次从正(+)至负(-)如下：空气，人手，石棉，兔毛，玻璃，云母，锦纶，羊毛，发和毛皮，铅，丝，纸，铝，棉，铁，麻，木，琥珀，封条，硬质橡胶，镍和铜，黄铜和银，金和铂，粘胶纤维，醋酸酯，聚酯，赛璐珞，锦纶，丙烯，聚氨基甲酸酯，聚乙烯，氯乙烯，特氟隆。

由静电序列表可知，当两种材料相摩擦时，前面的带正电，后面的带负电，电荷相同时会互相排斥，形成飞花散开。当纤维产生电荷相反时会相互吸引，产生纠缠，从而产生“三绕”现象。静电电荷量大，半衰期长的纤维显然影响更大。

4 清除纺纱静电的对策

4.1 改善纤维本身的导电性

常用的方法是合成纤维制造时添加亲水性聚合物，或用复合纺丝法制成外层有亲水性皮芯结构的复合纤维，也可改变纤维的截面，增加纤维的吸湿、导电能力[4]。

4.2 纺纱生产前施加抗静电剂

抗静电剂实则是表面活性剂，它使得纤维表面形成与产生相反的离子，中和摩擦产生的电荷，清除或减少静电的影响。同时可增加其表面吸湿性，防止静电的产生，缩短静电电荷的半衰期。对合成纤维抗静电剂常用阳离子活性剂，羊毛类纤维常用阴离子活性剂。也有非离子表面活性剂，主要用于增加吸湿性。抗静电剂可与和毛油、水按照一定比例混合均匀喷洒在纤维层中，存放24 h后再经充分混和使用。

4.3 提高纤维回潮率

提高纤维回潮率可以降低比电阻，也可减少静电，但要防止过湿和滴水，造成纤维湿绕等副作用。

4.4 提高车间相对湿度

一般冬天干燥，空气中静电多发，不易散逸，提高相对湿度可减少静电，必要时可进行局部喷雾给湿或者针对性用正离子或负离子发生器给湿，效果较好，目前家用空调负离子发生器通风已经普及应用，工厂使用还不普及。

4.5 用纤维混和变化清除静电

对静电现象严重的合成纤维混入吸湿性较好、回潮率高的天然纤维或再生纤维素纤维，或者将静电序列中两端的两种纤维混和纺纱，使两种不同的纤维产生不同的静电极性互相中和，可以减少静电的产生，但开发产品必须迎合市场需要，符合质量和成本的要求。

4.6 使用静电消除器

专用工业静电消除器在食品、医药、造纸、IT行业广泛使用，特别适用纺织高端产品的生产，有电晕放电式、放射线式、软X线式、紫光线式多种形式，可免加抗静电剂，自动、及时、针对性消除静电，具有很大的发展前景。

4.7 施加油剂，降低纤维摩擦因数消除静电

例如在羊毛类纤维中，施加和毛油，降低纤维摩擦因数，减少静电产生。和毛油同样需混合均匀，渗透一定时间，最好结合和毛机使用。

4.8 改进纺织器材和涂料

应用新型不产生静电或能消除静电的胶辊、胶圈、胶圈架、集棉器、喇叭头等器材或涂料，同时做好日常有关管理工作。

5 可纺性较差纤维的示例和分析

5.1 麻类纤维

麻类纤维为韧皮纤维，其共性为表皮纵向有横结、竖纹、裂纹、表面粗糙，导致摩擦因数大，易产生静电和纠缠，但有凉爽、吸湿、透气的特点，刚性大，不贴身，宜做夏季衣饰。麻类纤维呈丝束状，现代脱胶技术使其线密度大大降低，但一般尚在3 dtex以上，脱胶后的精干麻长度长，价格高，不适合棉纺生产。棉纺常采用其麻落棉与棉混纺，一般需采用专用油剂和抗静电剂才能正常纺纱。并用胶圈导棉装置顺利成条，麻类纤维有苎麻、亚麻、汉麻、黄麻等多种，亚麻纺纱棉纺常用其落棉称为亚麻二粗，苎麻落棉也常使用。黄麻原制麻袋，现经精细化脱胶处理能纺粗中号纺织品。

5.2 蚕丝类纺织品

5.3 羊毛类纤维

在这里，羊毛类纤维泛指绵羊毛、山羊绒、兔毛三种棉纺可纺纤维，他们都是天然蛋白质纤维，表面有鳞片，具有较大比电阻。截面呈圆柱形，易产生静电。

5.3.1 绵羊毛

采用较短、较细的优质绵羊毛，用棉纺系统纺成“半精梳的羊毛纱”是近代技术创新，已经是成熟的工艺，成本比传统的精梳毛纺低，具有较大的经济价值，这里不做介绍。

5.3.2 山羊绒

山羊绒是山羊毛底层细绒毛，是我国特产，产量居世界第一，俗称“软黄金”，是珍贵的动物纤维。它由鳞片和皮质层组成，没有髓质层，鳞片光滑，手感柔软，卷曲数少，光泽好，抱合力差。平均直径15 μm～16 μm，纤维强力4 cN～5 cN，其特点是含脂率高，原毛杂质多，油污多。纺纱前必须进行先行粗检和预分梳处理，通过洗涤和机械方法去除纤维油污和大部分杂质，然后再给加油，加静电消除剂，加水经焖毛处理。通常上油率1.5%以上，回潮率达到20%才能和毛纺纱。其静电高，质量比电阻达1×1010Ω·g/cm2，在梳棉机上容易产生缠锡林，缠道夫，充塞圈条器，在纺纱过程中产生“黏、烂、缠”现象。山羊绒纺织品属于高端纺织品，适用制作毛衫，大衣，围巾等时尚服饰[5-6]。

5.3.3 兔毛

兔毛纤维表层有鳞片，但非常光滑，纤维卷曲极少，摩擦因数低，纤维抱合力低；体积质量小，十分蓬松，长度均匀度差；单强低，易断裂，成纱纤维易脱落，掉毛。平均纤维长度22 mm～25 mm，低品级兔毛可纺性极差，毛纺设备较难纺纱。纺纱前必须先预处理去除杂质，施加油剂和抗静电剂，实行分层横铺直取，均匀和毛，轻打轻梳，实行设备普遍降速。为了防止开、粗、细缠罗拉，胶辊应涂抗静电涂料。一般适合与腈纶纤维混纺。

5.4 天然纤维

5.4.1 木棉

木棉为果实纤维,其特点是中空型纤维，中空度达80%～90%，体积质量小，是理想的保暖材料。有优质的吸湿、导湿性,强度低,易漂浮，长度在30 mm～40 mm，表面有蜡质，耐酸耐碱，含有大量的木质素，上染率低，无蛀不霉，轻盈柔软弹性优良，可纺性差。只能与棉混纺成中、粗特纱，开发柔软舒适的高端内衣。

5.4.2 牛角瓜纤维

它是一种草木果实纤维，形如牛角，每年可收获多次，其纵横截面与黄麻相似，纤维线密度为0.5 dtex～0.7 dtex，长度80 mm～100 mm，手感柔软光滑。棉纺需切断后才能与棉混和纺纱，纺织中、粗特纱，织物能防水、防缩、抗起球、防过敏。

5.4.3 竹原纤维

它是将竹子搅碎，经高温脱胶后制成，其纵横截面与黄麻相似，纤维线密度为5 dtex～7 dtex，手感粗硬，长度80 mm～100 mm，不符合棉纺可纺条件，必须切断才能纺纱，纤维透气性好，韧性好，能防水，防缩、抗起球，防过敏，易与棉混纺开发，宜做外衣、服饰产品，市场占有率不大。

6 结语

棉纺短纤维对纺纱可行性应有一个基本要求和限制，包括纤维的线密度(dtex)，纺纱线密度(tex)，细纱截面中纤维根数，纤维细长比。

纺纱静电的产生是可纺性的关键问题，首先必须从纤维自身着手改进，例如化纤厂如何降低化纤比电阻，减少纤维摩擦因数，增加纤维卷曲度、含油率和回潮率，改进纤维纵截面形态，改善吸湿性、导电性和纤维抱合力等。要积极研究有效的油剂、静电消除剂或静电消除器。

要转变传统的把控制温度和相对湿度作为生产环境标志的理念，补充把生产场所的离子发生的电荷数量的强度作为控制主要指标，及时正确自动测定或人工测定。使用相应的静电消除器针对性产生相反的离子，中和或消除不同场所不同极性的静电，改善各种纤维的可纺性。长期来看，可实现智能检测、全自动管理，现阶段可先采用风机产生离子的方法。

要研究新型纺织器材包括牵伸部件、胶辊、胶圈、集棉器等，适应可纺性差的纤维纺纱。