聚酰亚胺纤维集聚混纺纱的工艺优化

2022-06-14曾令玺曾社平刘建农姚静静唐建东

棉纺织技术 2022年6期

曾令玺曾社平刘建农姚静静唐建东

（际华三五四二纺织有限公司，湖北襄阳，441000）

聚酰亚胺是一类以酰亚胺环为特征结构的聚合物，是一种耐高低温，力学性能、电学性能及稳定性能优异的特种高分子材料［1］，在一定程度上能替代锦纶6 和锦纶66。其各类制品如薄膜、涂料、模塑料、复合材料、层压制品、黏结剂、分离膜等已广泛应用于航空航天、电子工业、光波通讯、防弹材料、气体分离、电子通讯等诸多领域［2］。本研究使用连云港奥神新材料有限公司提供的1.67 dtex×51 mm 聚酰亚胺纤维，成功开发出精梳细绒棉/聚酰亚胺/粘胶40/30/30 9.8 tex 集聚纱。

1 产品开发思路

（1）考虑到混纺纱在加捻过程中长纤维向纱线中间转移，短纤维向纱线边缘转移的趋向，因此选用51 mm 的聚酰亚胺纤维形成类似“芯纱”的效果，而38 mm 以及短于38 mm 的纤维（粘胶纤维和棉纤维）向纱线边缘转移，使开发的纱线风格较为独特。

（2）由于聚酰亚胺纤维具有较长的长度、较小的伸长率（8.54%），其加捻效率比38 mm 纤维高，正常加捻就可产生强捻纱效果。

（3）使用51 mm 和常规38 mm 聚酰亚胺纤维开发的布面风格不同，51 mm 纤维的布面组织紧凑，有细微的褶皱感。

（4）由于混纺纱中长度差异较大的纤维在牵伸过程中的变速点不同，产生的移距偏差不同，使得纤维牵伸紊乱，容易产生细节，强力低、纱疵高、混纺难度大。根据以往生产色纺品种的经验，抱合好的纤维与抱合不好的纤维混纺，梳棉容易成网，因而选用与粘胶混纺有利于聚酰亚胺纤维顺利成网。为增加服装吸湿透气性，同时提高档次，加入一定比例的精梳细绒棉。根据前期优选试验，当聚酰亚胺纤维的混纺比例超过30%时，易造成静电过大，难以生产。因此，最终确定混纺比为精梳细绒棉/聚酰亚胺/粘胶40/30/30，并根据各混纺纤维的性能特性对各工序工艺进行了优化设计。

2 纤维物理性能分析

聚酰亚胺纤维作为一种综合性能良好的合成纤维，其基本性能对产品的开发起决定性作用［3］。聚酰亚胺纤维回潮率2.43%，吸湿性较差，体积比电阻较大（4.17×1011Ω·cm），生产中静电严重，会造成梳棉成网困难，各工序黏缠严重，无法正常生产。为改善后续可纺性，需要对原料进行预处理，使体积比电阻下降到1×108Ω·cm 以下。

粘胶纤维规格1.33 dtex×38 mm，体积比电阻较小（7.33×107Ω·cm），与聚酰亚胺纤维混纺，有助于提高其可纺性。粘胶纤维回潮率较大（12.54%），吸湿性较好，可以利用空气中的水分导电，进一步降低聚酰亚胺纤维的静电黏缠。同时粘胶纤维表面有沟槽，纤维之间抱合好。

所用棉纤维为新疆细绒棉，主体长度29.9 mm，细度1.7 dtex，马克隆值4.3，回潮率5.8%。

3 纺纱方案及工艺流程

3.1 纺纱方案选择

结合多组分混纺纱的生产经验，一方面考虑到聚酰亚胺纤维的可纺性，另一方面考虑到混纺纤维长度差异对清梳隔距设计的影响，将聚酰亚胺纤维与粘胶纤维先采用包混，然后在并条工序将精梳棉条与聚酰亚胺粘胶混纺生条进行条混。

3.2 工艺流程

（聚酰亚胺纤维+粘胶纤维）：A002A 型抓棉机→FA106C 型豪猪开棉机→A045B 型凝棉器→A092A 型给棉机→A076C 型成卷机→A186D 型梳棉机

（精梳棉条+聚酰亚胺粘胶混纺生条）：FA317 型并条机→RSB D221C 型并条机→RSB D221C 型并条机→A454 型粗纱机→DTM129 型细纱机→AUTOCONER338RM 型络筒机

精梳棉条的生产采用常规工艺，清梳工序仅重点介绍聚酰亚胺粘胶混纺生条的生产工艺。

4 各工序工艺配置及技术措施

4.1 原料预处理

聚酰亚胺纤维体积比电阻大，在生产中极易产生静电［4］，纺前要对其进行防静电处理，以解决梳棉不能成网，易黏缠罗拉、胶辊等问题。减少静电危害的方法从本质上就是减轻或防止摩擦，或者通过各种途径使产生的静电荷很快地释放掉［5］。抗静电剂种类多样，通常用非离子型抗静电剂，我们在聚酰亚胺纤维品种上均使用离子型抗静电剂。原因是聚酰亚胺纤维蓬松，清棉不易成卷，必须将紧压罗拉加热，而非离子型抗静电剂的除静电原理是亲水基团导电，紧压罗拉加热时水分蒸发，起不到导静电的作用，故使用离子型抗静电剂。

将离子型抗静电剂和温水按一定比例兑匀，均匀喷洒在聚酰亚胺原料上，在养生房温度20 ℃～25 ℃、相对湿度50%～55%环境下焖放24 h 以上，使用液压机打包，与粘胶纤维交叉上盘，抗静电剂的作用有时效性，纤维上盘后要尽快进行生产。

4.2 清棉工序

清棉工序遵循“勤抓多抓，轻打多梳少落”原则。由于聚酰亚胺纤维蓬松，抓取量相对少，因此抓棉打手刀片伸出肋条2 mm，适当加大抓取量。由于两种纤维的蓬松程度不同，打手每次抓取两种纤维不均匀，为此将头尾卷子单独存放并做标记，以方便梳棉工序分开使用，然后在并条工序交叉使用，尽量减少色差。聚酰亚胺纤维与粘胶纤维的断裂强度都不高，为减少纤维损伤，采用短流程，轻打击，适当降低各部件速度。开棉机打手转速400 r/min，三翼综合打手转速710 r/min。考虑到聚酰亚胺纤维蓬松，棉卷采用重定量400 g/m，以增加棉网抱合。

4.3 梳棉工序

梳棉工序遵循“柔性梳理，兼顾长度，大五点隔距，好转移”原则，两种纤维长度差异较大，其分梳工艺长度完全不同，以均衡为原则，在生产38 mm 纤维的分梳工艺长度基础上，通过定制6 mm 铁板，给棉板两边各垫一块，将给棉板抬高6 mm，以减少刺辊对聚酰亚胺纤维的损伤，同时放大给棉板与刺辊隔距，按照0.46 mm 设计。

聚酰亚胺纤维长度长，较难被针齿释放，易发生缠锡林、缠盖板，且由于棉卷采用重定量，锡林负荷大，因此盖板至锡林间五点隔距适当放大为0.28 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.23 mm、0.25 mm，还可减少纤维在锡林与盖板针间梳理不顺畅造成的棉结。

两种纤维的断裂强度均不高，尤其粘胶纤维，故适当降低刺辊和道夫等部件速度，以减少纤维损伤，提高棉网清晰度，降低棉结［6］。刺辊转速660 r/min，锡林转速300 r/min，道夫转速20 r/min，同时盖板轮直径210 mm，盖板速度116 mm/min，加快排除短绒。

聚酰亚胺纤维间抱合力较差，无卷曲，不易成网，容易在道夫下掉网，以及在紧压罗拉与压辊之间断网，为此将剥棉罗拉与紧压罗拉隔距设计为0.48 mm，以加强转移，或者使用集棉器解决抱合力较差、断网的问题。棉网张力1.36 倍，生条干定量19 g/5 m。

锡林针布型号AC2030×01740，道夫针布型号AD4030×01890，盖板针布型号TPT-52，刺辊针布型号AT5611×05610。

4.4 并条工序

并条工序是实现纱线混和、达到预期混纺比以及改善成纱条干的关键［7］，聚酰亚胺混纺纱的生产遵循“交叉混和，中速度，中加压”原则。头并采用5 根并合，其中3 根聚酰亚胺粘胶混纺生条，中间间隔插入2 根精梳棉条，尽量保证混和颜色均匀一致。二并与三并均使用自调匀整功能以进一步改善混和不匀与重量不匀率，由于RSB D221C 型并条机压辊厚度小，聚酰亚胺纤维蓬松，当采用8 根并合时，总有一部分条子跑到压辊外，进而产生缠罗拉、缠压辊现象，因此将并合数调整为6 根。由于精梳细绒棉纤维、粘胶纤维间抱合较好，粘胶纤维性质接近棉，且两者混纺比例达到70%，由此可以适当提高速度，增加产能；并条胶辊硬度偏小选择，为邵尔A75 度，增加对纤维的握持，减少条子边缘纤维扩散产生的纱疵。并条工序主要工艺参数：头并采取较大后区牵伸（1.875 倍）以减少后弯钩纤维，总牵伸5.06 倍，罗拉握持距53 mm×54 mm；二并采用6 根并合，后区牵伸1.5 倍，罗拉握持距52 mm×54 mm，总牵伸6.16 倍；三并采用6 根并合，较小后区牵伸（1.35 倍），罗拉握持距52 mm×53 mm，总牵伸6.10 倍，干重18.2 g/5 m。三道并条的速度均控制在250 m/min。

4.5 粗纱工序

由于聚酰亚胺纤维容易缠罗拉、缠胶辊胶圈，产生纱疵，粗纱工艺设计原则为“合适罗拉握持距，较大捻系数，小后区牵伸，较低速度”。由于条子定量大，适当放大前区握持距，即罗拉握持距53.5 mm×66.5 mm，避免因牵伸不开而产生竹节。考虑到聚酰亚胺纤维较为蓬松，抱合力较差，需适当加大粗纱捻系数，设计为75，避免卷绕过程中的断粗纱，同时减少纤维缠罗拉现象。后区牵伸偏小设计为1.24 倍，既可改善条干，又可避免聚酰亚胺纤维在牵伸过程中回弹。由于3 种纤维长度差异较大，为避免棉纤维被甩出纱体形成毛羽，锭翼速度不宜过高，设计为560 r/min，粗纱伸长率尽量控制在2.0%以内，内外排粗纱伸长率差异控制在1.5%以内。聚酰亚胺纤维颜色为黑色，粗纱机后采用全封闭隔离，避免纤维四处飞散，污染其他品种。由于罗拉握持距足够大，钳口隔距可以偏小设计为4.5 mm，选用邵尔A75 度大直径（33 mm）胶辊，增加对棉条的握持，避免意外牵伸。粗纱干定量3.9 g/10 m，总牵伸9.3 倍。

4.6 细纱工序

细纱工序采用集聚纺，并遵循“较大捻度，合适压力，降低速度”原则。由于聚酰亚胺纤维长度较长（51 mm），罗拉握持距设计为52 mm×63 mm，后区握持距不宜再大，否则易造成后罗拉轴头弯曲。由于前区罗拉握持距大，采用普通上下销时，浮游区长，长度相对较短的棉纤维和粘胶纤维在浮游区处于不受控状态，牵伸紊乱，容易产生细节、断头。为此在较大捻系数（390）前提下采用加宽上下销，定制的加宽下销宽度为25 mm，并优选钳口隔距规格，以提高纱线的强力和条干均匀度。钳口隔距和下销优选试验情况见表1。

表1 钳口隔距和下销优选试验

由表1 可知，当2.5 mm 隔距块搭配加宽上下销时，其成纱条干均匀度、强力相对最好。这是因为加宽上下销缩短了浮游区，摩擦力界延长，增加了对混纺须条中短纤维的控制，使之顺利牵伸，不易产生细节。降低纺纱速度有助于减少断头。采用防静电网格圈，减轻聚酰亚胺纤维黏缠。采用纺棉的LXC966 型胶辊，30.3 mm 的大直径，使摩擦力界在钳口前后延伸，加强对纤维的控制。由于混纺纤维的加权品质长度相对于罗拉握持距较短，易飞散，且在牵伸区集聚形成纱疵，为此揩车周期缩短为10 天左右。由于聚酰亚胺纤维为黑色，胶辊胶圈表面易变黑，影响牵伸，因此将胶辊使用周期由3 个月缩短为2 个月。细纱后区牵伸设定为1.14 倍，总牵伸39.8 倍，前罗拉速度125 r/min。根据纤维转移理论，长纤维（51 mm聚酰亚胺纤维）往纱线中间转移，短纤维（38 mm及以下的粘胶纤维与棉纤维）往纱线外层转移，在相同捻系数390 的情况下长纤维的加捻程度大，形成类似于包芯纱结构的纱线，各纤维加捻效率和伸长率的不同，使得该混纺纱生产的布面有褶皱效果。

4.7 络筒工序

聚酰亚胺混纺纱细节多，强力低，容易断头，须合理设置络筒工艺。经过测试，纱线结头强力比纱线细节处高，为此适当增大络筒速度，拉断细节重新捻接，提高纱线的整体强力，进而减少整经断头和提高织机效率。但络筒速度不宜过高，经优选，车速设置为1 000 r/min。纱线整体颜色偏向灰色，聚酰亚胺纤维颜色相对于纱线是深色，使用异纤切除功能，切除纱线上颜色较深的纱疵，减少布面黑色竹节。主要清纱参数：N 3.8，S 2.2×1.4 cm，L 1.25×4 cm。由于该混纺纱在整经工序易纠缠形成“小辫子”，类似于强捻纱效果，为此在络筒工序须放置5 天～7 天，使纱线自然定捻，同时在整经工序须加大张力，拉直纱线。