生物質石墨烯改性粘膠混紡紗的開發

侯芝富 郭俊霞 趙秀云 孟祥華

(山東超越紡織有限公司，山東聊城，252800)

石墨烯是目前世界上發現的最薄、最堅硬、具有最強導電性的納米新材料。自2004年在英國曼徹斯特大學實驗室被正式制備以來，受到全世界關注，被譽為“新材料之王”。生物質石墨烯是利用航天技術，從玉米芯纖維素中研制出來的新材料，屬全球首創。生物質石墨烯改性纖維具有獨特的人體可激發的遠紅外、抗菌抑菌、預防螨蟲、防靜電、防紫外線、吸濕快干、調節人體微循環、促進深度睡眠等功能性[1-4]。石墨烯纖維可分為以粘膠、錦綸、氨綸、滌綸等纖維為載體的石墨烯改性纖維種類。生物質石墨烯改性纖維以粘膠為載體，其紡制品用于醫藥用品、運動服飾、羽絨服、睡袋、棉被、床墊、靠枕、枕芯、披肩等高端紡織品。我公司近年來先后開發生產了生物質石墨烯與莫代爾、腈綸、粘膠、精梳棉等纖維，組成的多組分不同混紡比例、不同號數的石墨烯混紡紗品種。本文以生物質石墨烯改性粘膠/莫代爾/腈綸40/30/30 11.8 tex賽絡集聚紡品種為例，對生物質石墨烯改性粘膠混紡紗的產品開發與生產做簡要介紹。

1 原料的選用

2.5%生物質石墨烯改性粘膠纖維(以下簡稱石墨烯纖維)規格1.33 dtex×38 mm，黑色，干態斷裂強度2.5 cN/dtex，干態斷裂伸長率20.4%，白度4.5%，體積比電阻5.58×107Ω·cm，回潮率12.41%。Dralon腈綸規格1.3 dtex×40 mm，有光，干態斷裂強度2.6 cN/dtex，干態斷裂伸長率27%，體積比電阻1.55×106Ω·cm，回潮率2.10%。蘭精莫代爾1.30 dtex×39 mm，干態斷裂強度3.5 cN/dtex，干態斷裂伸長率14%，體積比電阻3.3×107Ω·cm，回潮率10.52%。

2 紡紗工藝流程

石墨烯纖維為有色纖維，為確保石墨烯混紡紗的各原料成分混和均勻，三種紡紗原料采取包混+條混相結合的混和方式。由于石墨烯纖維與莫代爾兩種原料開松程度接近，腈綸較為蓬松，故先將石墨烯纖維與莫代爾兩種原料進行包混，二次成卷后，再到并條工序與腈綸進行并合。

3 主要工藝參數配置及生產管理措施

3.1 清棉工序

將石墨烯纖維、莫代爾纖維、腈綸三種原料包，在預開松室內剪掉打包帶，放置24 h以上，平衡適應車間內溫濕度環境。由于莫代爾纖維回潮偏小，為防止莫代爾纖維在加工過程中脆斷損傷，需給濕處理，使其接近公定回潮要求。

石墨烯纖維、莫代爾纖維原料上棉臺時，嚴格按上包圖放置，排包均勻，密度一致，削高填平，保證抓取一致，避免因混和不均勻，出現色差及布面橫檔疵品[5]。為確保石墨烯纖維、莫代爾纖維原料充分混和，在清棉工序需二次成卷。石墨烯纖維、莫代爾纖維、腈綸3種原料均屬化學纖維，無雜質，僅有少量硬絲、并絲及超長纖維等疵點。根據原料的性能，在清棉工序貫徹“多梳少打，多回收少排除，以梳代打”的工藝原則。腈綸較為蓬松，為防止黏卷，便于梳棉工序棉卷喂入順利退繞，在成卷時用同品種的粗紗做隔離，同時成卷羅拉用加溫棒加溫，使棉卷密度加大成形良好。FA002A型抓棉機的抓棉小車每運行一周下降3 mm，小車的運行速度2.0 r/min，梳針打手速度石墨烯纖維、莫代爾纖維為446 r/min，腈綸為525 r/min， A076A型綜合打手速度920 r/min，成卷羅拉速度11 r/min。棉卷質量指標要求如下。

棉卷品種 石墨烯+莫代爾 腈綸

棉卷長度/m 27 27

棉卷濕重/g·m-1405 403

伸長率/% 2.63 1.44

每米重量不勻率/% 1.0 0.9

3.2 梳棉工序

由于化纖類原料纖維長，整齊度好，不含雜，梳棉工序應以梳理為主，使纖維單根化，并最大限度降低纖維的損傷。錫林速度稍高可以減輕針面的負荷，增強分梳，其速度設置為330 r/min。刺輥速度降低有利于纖維轉移，其速度設置為石墨烯莫代爾780 r/min，腈綸850 r/min。由于原料含雜少，可降低蓋板速度，控制在88.4 mm/min。道夫速度稍低，有利于改善棉網質量，其速度設置為22 r/min。為使纖維充分梳理，錫林與活動蓋板的五點隔距為0.18 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.18 mm。

提高棉網清晰度和纖維伸直度，預防石墨烯纖維混紡紗形成的黑星有害紗疵[6]。道夫、錫林、蓋板、刺輥針布使用要結合更換周期，加強對針布鋒銳度檢查，發現齒尖磨損超限或損壞，應及時更換針布，確保針布良好狀態和梳理效果。依據原料規格，配置適宜的針布型號。原料纖維細度越細，為使纖維充分梳理，要選用矮、薄、密、光、硬的新型針布。蓋板針布型號采用TPT-52型，道夫針布型號采用AD4030×01870型，錫林針布型號采用AC2030×01740型。嚴格控制A1疵點，對梳棉機逐臺做好跟蹤試驗，重點檢查道夫和刺輥部分，將A1疵點控制在十萬米100個以內。保持機臺清潔，嚴防掛花帶入棉網產生疵點。提高濾塵效果，減少短絨堆積現象，各部吸風管道保持暢通，不掛花，以免影響棉網質量。尤其棉網清潔器部位，擋車工必須隨時做好清潔，一旦棉網清潔器堵塞，就會使棉網產生大量棉結，嚴重危害生條質量。生條質量指標要求如下。

棉卷品種 石墨烯+莫代爾 腈綸

濕定量/g·(5 m)-118.8 19.0

結雜/粒·g-14 4

棉網等級/級 1 1

重量不勻率/% <3.5 <3.5

3.3 并條工序

為了進一步降低生條重量不勻率，使石墨烯纖維莫代爾纖維混和條與腈綸混和充分，并促使混紡比例準確，在進行條混前，先將石墨烯莫代爾生條進行預并處理[7]。由于石墨烯纖維混紡紗中纖維特性不同，為保持混紡紗中各種纖維在紗線結構中分布一致，要求在一混條子喂入時固定各根條子位置，保證布面風格均勻一致。為預防和控制紗線黑星產生，適當降低工藝速度，及時清除紗線通道部分的棉蠟，保持纖維在牽伸過程中處于伸直狀態，減少纖維彎鉤現象，保持纖維平直紗條光滑。加強運轉操作管理，做好半成品防護工作，不允許出現高條和毛亂條。儲備條保持蓋好防護罩，防止飛花附入，并杜絕與其他半成品之間黏附造成的混纖現象。并條工序工藝參數配置見表1。其中，各道羅拉隔距均為11 mm×10 mm×20 mm。

表1成紗質量指標測試結果

并條道數濕定量/g·(5 m)-1后區牽伸/倍并合根數/根出條速度/m·min-1預并一并二并三并18.417.016.316.01.821.861.591.5965預+2A66170182185180

3.4 粗紗工序

粗紗工序采用“較低車速，大隔距，重加壓，大捻系數，小后區牽伸”的工藝原則。由于該品種為賽絡集聚紡品種，粗紗定量在滿足細紗上機要求的前提下按最大設計。生產過程中要控制好粗紗張力，減少大小紗之間的張力差異。石墨烯纖維為黑色纖維，做好隔離防護工作，嚴防半成品碰撞及纖維飄浮，造成混纖現象。石墨烯纖維混紡紗機臺與相鄰品種機臺之間，用高密度尼龍網做好嚴密隔離墻棚。運輸粗紗的車輛及盛放儲備粗紗的容器，做好指定石墨烯品種專用標識，做到專車專用，嚴防與運輸其他品種的車輛容器混用混放。粗紗工序工藝參數配置：濕定量3.6 g/10 m，后區牽伸1.18倍，捻系數80.1，羅拉隔距27 mm×39 mm，錠速750 r/min。

3.5 細紗工序

加強賽絡集聚紡集聚區的管理，保持集聚區的兩根紗條清晰穩定[8]。一旦出現紗條模糊、抖動或變為單根須條時，會嚴重影響質量，造成疙瘩紗，棉結粗節增多，毛羽增多，強力降低。應檢查喇叭口是否偏位，搖架壓力是否偏小，搖架螺絲是否松動，負壓管接頭是否脫落漏風，異形管蓋板吸風槽是否掛花堵塞，張力勾部分是否纏花，網格圈是否破損，傳動齒輪是否積花缺齒等問題。由于細紗總牽伸達61倍，我們采用大牽伸工藝，使用雙壓力棒上銷。賽絡集聚紡毛羽少，結構緊密，鋼絲圈在運行過程中阻力大，必須配置與之相適應的鋼領鋼絲圈。采用PG1 4054 GC型高精軸承鋼精拋鍍鉻鋼領，布雷克 C1ULudr型10/0#鋼絲圈，hd68型上膠圈規格37 mm×28 mm×0.9 mm，下膠圈規格80 mm×30 mm×1 mm，868型鋁襯膠輥規格19 mm×31 mm×28 mm。由于賽絡集聚紡無導紗動程，膠輥膠圈易產生中凹現象，為使膠輥膠圈表面對纖維有足夠的握持力，且不發生纏繞現象，膠圈更換周期為3個月，前二膠輥復磨周期為2個月，前一及后膠輥復磨周期為6個月。石墨烯纖維混紡紗為黑灰色紗線，石墨烯纖維比例越大顏色越深，細紗斷頭后，不易辨認，需加強燈光亮度，提高光照度，方便擋車工及時發現斷頭。長期生產石墨烯纖維混紡紗，膠輥膠圈表面會有著色變黑現象，更換品種時膠輥膠圈需做調換清洗或復磨處理。細紗工序工藝參數配置：總牽伸61倍，后區牽伸1.18倍，捻系數361，羅拉隔距20 mm×50 mm，前羅拉速度150 r/min，隔距塊2.2 mm[9]。成紗質量指標：條干CV11.78%，細節1個/km，粗節11個/km，棉結23個/km，毛羽H值2.39，斷裂強度13.9 cN/tex。

3.6 絡筒工序

絡筒工序的主要任務是清除紗疵，減少外觀疵點，生產成形良好的筒紗。電子清紗工藝參數要設定合理，擋車工要加強責任心，嚴格把好質量關，不合格的半成品不準流入下道工序，不合格的產成品不準出廠[10]。為預防石墨烯纖維混紡紗黑星產生，絡筒速度要合理，一般設置1 100 m/min。QPRO-60型自動絡筒機配備烏斯特QUANTUM3型電子清紗器，由于石墨烯纖維混紡紗為有色紗線，須關閉電清FD異纖清紗極限工藝參數設置，方可正常生產。品種翻改、調整組設置時必須在停車狀態進行，不然會產生誤切或漏切，且槽筒在高速狀態下改紡，還會損傷設備。由于電子清紗器智能識別紗體，且剔除紗疵是在基紗平均值的基礎上，按百分比折算清紗基準，故生產品種分組設置不得少于10錠一組，分組錠數越多清紗越徹底，尤其在品種翻改上下機期間，更應注意分組狀態，以免受紗體清紗基準波動，影響石墨烯纖維混紡紗線質量。應用細紗錠位掃描儀和內含芯片的專用紗管，定期排查質量報警的落后錠子，并及時進行質量追蹤和整改，消滅落后錠子，降低錠間CVb質量差異，保持成紗質量穩定一致。電子清紗器主要工藝參數：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靈敏度30%，PF周期個數30，U 60%。

4 結束語

生物質石墨烯改性粘膠混紡紗既屬于功能性纖維紗線，又屬于色紡紗線，其原料價格昂貴，制作的石墨烯產品為高端高檔高品質產品，在紡紗過程一定要保證成紗質量，尤其杜絕出現黑星、色差和布面橫檔質量問題。生物質石墨烯纖維為黑色纖維，原料進車間后要加強管理控制，各工序做好嚴密隔離防護工作，做到車輛容器專車專用，按指定區域生產或放置，半成品運輸走專用運輸通道，嚴防造成混纖和污染其他紗線品種。緊緊圍繞影響石墨烯纖維混紡紗線質量的控制重點，優化工藝參數，合理控制車速，優選紡紗器材，保持設備良好運行狀態，加強運轉操作管理，強化員工質量意識，做好質量在線檢測和離線檢測，及時消除產品質量波動，就能有效控制生物質石墨烯纖維混紡紗的優良品質。