棉紡纖維可紡性的分析和研究

劉榮清

(上海紡織工程學會,上海,200060)

纖維的可紡性是指纖維可紡紗的性能和特點。廣義的可紡性還包括纖維可紡的品種、范圍、用途，紡紗質量的優劣，包含物理指標和外觀疵點，紡紗生產難易程度及可行性，紡紗產量、效率等等，隨著紡織技術的進步，長絲纖維類產品、非織造布產品，可以不經紡紗直接制成用品，但短纖維紡紗仍占紡織制品的主導地位，應用最廣。

1 棉紡纖維紡紗的基本要求和限制

1.1 纖維線密度的要求和限制

紡紗線密度(線密度)應有一定的限制。纖維線密度小，可紡成較細的紗，制成細密、柔軟的織物，透氣性好，具有絲綢感，懸垂性、飄逸性、抗皺性也強，尺寸穩定性也優，其織物屬高端面料，可加工高檔服飾，制成桃皮絨、麂皮絨等。但是纖維過細絕對強力偏低，纖維易斷裂，纖維太輕、太蓬松、加工困難。棉紡常規纖維線密度為1.5 dtex左右，0.55 dtex～1.4 dtex稱細纖維。我國規定小于1.32 dtex的纖維稱為超細纖維，純棉紡特細紗(7.5 tex以下)常用優質長絨棉，其線密度為0.8 dtex～1.1 dtex，國外化纖或化纖與棉混紡的特細紗中的化纖，常用0.55 dtex～1.0 dtex的超細纖維[1]。

1.2 纖維成紗截面根數的限制

在一定條件下，線密度小的纖維可以紡出條干比較均勻的紗，成紗橫截面中根數越多，成紗條干不勻率越好。早在20世紀60年代，阿爾茲博士就指出成紗橫截面的纖維根數的概念，環錠紡應大于62根，轉杯紡應達130根以上，摩擦紡應達110根以上。隨著紡紗技術的不斷改善，我們認為目前環錠紡一般應大于45根，就可紡出品質優良的細紗，紡紗極限應不低于40根。

1.3 成紗線密度(tex)極限的探討

設：n為成紗橫截面根數，T為成紗線密度(tex)，t為成紗纖維線密度(dtex)，則成紗截面根數n=T×10÷t。如設t=0.8 dtex、n=紡紗極限根數40，代入上式，則Tmin=3.2 tex。

上例說明，如用國產長絨棉0.8 dtex線密度(約合公制8 000支)做原料，紡紗極限線密度為3.2 tex。本人認為這是符合國情的。如果通過水溶性維綸作載體紡紗或用嵌入式紡紗等新方法，或用超細化學纖維作原料，還可以降低紡紗極限線密度，但這種“特細紗”已不是原來意義的“特細紗”，是存在于織物中的非常態特細紗了。

1.4 紡紗纖維長度的限制和細長比的約束

1.4.1 紡紗纖維長度與可紡性

紡紗纖維長度達不到一定范圍內，不能順利紡紗。纖維長度必須與牽伸裝置的羅拉隔距、搖架規格、膠圈架型式、長度、鉗口隔距、加壓機構、膠輥、膠圈條件相適應、相匹配。否則會形成條干不良、紗疵嚴重，出硬頭，甚至開不出車。我國細絨棉長度一般為23 mm～33 mm；長絨棉長度為32 mm～40 mm；化纖長度：棉型38 mm～50 mm，中長型50 mm～65 mm。如果用超長度長絲束或毛型纖維65 mm～205 mm紡紗，可以用“牽切紡紗機”強行拉斷或用膠圈有上下開槽的滑溜牽伸勉強進行。但條干差、紗疵多，只能生產低檔產品。棉紡纖維的整齊度差、短絨率太高也會影響纖維的可紡性。此外可紡性對纖維的強度伸長率、彈性、卷曲性也有一定的要求[2]。 PBT、PTT等高彈纖維不適合紡紗。

1.4.2 纖維細長比的選擇

根據經典的經驗公式，細長比P=L/T。式中L為纖維長度(mm)，T為纖維線密度(dtex)。一般認為P=23.1，可紡性最好；P>23.1，纖維偏細偏長，易拉斷損傷；P<23.1，纖維太短、太粗對強力、條干不利。

2 纖維可紡性不良產生的主要問題

清棉工序。主要表現為纖維易糾纏一起，不易開松；有的易黏卷黏層，形成破洞，成卷困難；筵棉厚薄不勻等。隨著清梳聯技術成熟和推廣、筵棉喂給自調勻整的采用，該矛盾已較少。

梳棉工序。經常產生的問題有纖維扭結、分梳不足，易充塞針布，產生繞錫林現象，甚至軋壞針布。有的棉網纖維分散、漂浮、棉網下垂，成條困難，必須采用膠圈導棉裝置，有的纖維轉移不良，棉結增加，棉網不均勻等。

并、粗、細工序。最突出的問題是產生繞羅拉、繞膠輥、繞膠圈“三繞”問題[3]。造成條干不均勻，紗疵增加，混和不良，甚至開不出車，細紗斷頭增加，飛花、膠輥花增加，產量明顯下降，勞動強度增大等，甚至形成織造大面積或規律性紗疵關車。嚴重的紗疵還會造成機件損壞，羅拉彎曲等。

3 紡紗纖維靜電與可紡性

紡紗纖維產生的靜電問題是影響可紡性的主要關鍵。紡紗過程中纖維與纖維，纖維與機件相互摩擦形成靜電，產生相互排斥或吸引，影響可紡性[4]。影響靜電大小的第一因素是纖維的比電阻。

化纖中的合成纖維一般吸濕性能差，回潮率低，其質量比電阻可在1×1013Ω·g/cm2以上,未給油的合成纖維更高。近代開發的高性能合成纖維分子量大、聚合度和結晶度高、比電阻都較大。天然和人造蛋白質纖維比電阻也偏高，也易產生靜電，對生產帶來困難，一般希望比電阻控制在小于1×108Ω·g/cm2。表征防靜電性能指標還有以下幾種：帶電荷量(C)，面電荷密度(C/cm2)，靜電電位(V)，半衰期。

半衰期：以τ來表示。表明電荷降至一半的時間，帶電荷量和τ反映了影響靜電的程度和時間,τ和帶電荷量與材料的摩擦因素、環境的相對濕度、回潮率和接觸力度有關。

在18世紀發表了幾個靜電電位序列表，近年來又有了補充和修改。

靜電序列依次從正(+)至負(-)如下：空氣，人手，石棉，兔毛，玻璃，云母，錦綸，羊毛，發和毛皮，鉛，絲，紙，鋁，棉，鐵，麻，木，琥珀，封條，硬質橡膠，鎳和銅，黃銅和銀，金和鉑，粘膠纖維，醋酸酯，聚酯，賽璐珞，錦綸，丙烯，聚氨基甲酸酯，聚乙烯，氯乙烯，特氟隆。

由靜電序列表可知，當兩種材料相摩擦時，前面的帶正電，后面的帶負電，電荷相同時會互相排斥，形成飛花散開。當纖維產生電荷相反時會相互吸引，產生糾纏，從而產生“三繞”現象。靜電電荷量大，半衰期長的纖維顯然影響更大。

4 清除紡紗靜電的對策

4.1 改善纖維本身的導電性

常用的方法是合成纖維制造時添加親水性聚合物，或用復合紡絲法制成外層有親水性皮芯結構的復合纖維，也可改變纖維的截面，增加纖維的吸濕、導電能力[4]。

4.2 紡紗生產前施加抗靜電劑

抗靜電劑實則是表面活性劑，它使得纖維表面形成與產生相反的離子，中和摩擦產生的電荷，清除或減少靜電的影響。同時可增加其表面吸濕性，防止靜電的產生，縮短靜電電荷的半衰期。對合成纖維抗靜電劑常用陽離子活性劑，羊毛類纖維常用陰離子活性劑。也有非離子表面活性劑，主要用于增加吸濕性。抗靜電劑可與和毛油、水按照一定比例混合均勻噴灑在纖維層中，存放24 h后再經充分混和使用。

4.3 提高纖維回潮率

提高纖維回潮率可以降低比電阻，也可減少靜電，但要防止過濕和滴水，造成纖維濕繞等副作用。

4.4 提高車間相對濕度

一般冬天干燥，空氣中靜電多發，不易散逸，提高相對濕度可減少靜電，必要時可進行局部噴霧給濕或者針對性用正離子或負離子發生器給濕，效果較好，目前家用空調負離子發生器通風已經普及應用，工廠使用還不普及。

4.5 用纖維混和變化清除靜電

對靜電現象嚴重的合成纖維混入吸濕性較好、回潮率高的天然纖維或再生纖維素纖維，或者將靜電序列中兩端的兩種纖維混和紡紗，使兩種不同的纖維產生不同的靜電極性互相中和，可以減少靜電的產生，但開發產品必須迎合市場需要，符合質量和成本的要求。

4.6 使用靜電消除器

專用工業靜電消除器在食品、醫藥、造紙、IT行業廣泛使用，特別適用紡織高端產品的生產，有電暈放電式、放射線式、軟X線式、紫光線式多種形式，可免加抗靜電劑，自動、及時、針對性消除靜電，具有很大的發展前景。

4.7 施加油劑，降低纖維摩擦因數消除靜電

例如在羊毛類纖維中，施加和毛油，降低纖維摩擦因數，減少靜電產生。和毛油同樣需混合均勻，滲透一定時間，最好結合和毛機使用。

4.8 改進紡織器材和涂料

應用新型不產生靜電或能消除靜電的膠輥、膠圈、膠圈架、集棉器、喇叭頭等器材或涂料，同時做好日常有關管理工作。

5 可紡性較差纖維的示例和分析

5.1 麻類纖維

麻類纖維為韌皮纖維，其共性為表皮縱向有橫結、豎紋、裂紋、表面粗糙，導致摩擦因數大，易產生靜電和糾纏，但有涼爽、吸濕、透氣的特點，剛性大，不貼身，宜做夏季衣飾。麻類纖維呈絲束狀，現代脫膠技術使其線密度大大降低，但一般尚在3 dtex以上，脫膠后的精干麻長度長，價格高，不適合棉紡生產。棉紡常采用其麻落棉與棉混紡，一般需采用專用油劑和抗靜電劑才能正常紡紗。并用膠圈導棉裝置順利成條，麻類纖維有苧麻、亞麻、漢麻、黃麻等多種，亞麻紡紗棉紡常用其落棉稱為亞麻二粗，苧麻落棉也常使用。黃麻原制麻袋，現經精細化脫膠處理能紡粗中號紡織品。

5.2 蠶絲類紡織品

5.3 羊毛類纖維

在這里，羊毛類纖維泛指綿羊毛、山羊絨、兔毛三種棉紡可紡纖維，他們都是天然蛋白質纖維，表面有鱗片，具有較大比電阻。截面呈圓柱形，易產生靜電。

5.3.1 綿羊毛

采用較短、較細的優質綿羊毛，用棉紡系統紡成“半精梳的羊毛紗”是近代技術創新，已經是成熟的工藝，成本比傳統的精梳毛紡低，具有較大的經濟價值，這里不做介紹。

5.3.2 山羊絨

山羊絨是山羊毛底層細絨毛，是我國特產，產量居世界第一，俗稱“軟黃金”，是珍貴的動物纖維。它由鱗片和皮質層組成，沒有髓質層，鱗片光滑，手感柔軟，卷曲數少，光澤好，抱合力差。平均直徑15 μm～16 μm，纖維強力4 cN～5 cN，其特點是含脂率高，原毛雜質多，油污多。紡紗前必須進行先行粗檢和預分梳處理，通過洗滌和機械方法去除纖維油污和大部分雜質，然后再給加油，加靜電消除劑，加水經燜毛處理。通常上油率1.5%以上，回潮率達到20%才能和毛紡紗。其靜電高，質量比電阻達1×1010Ω·g/cm2，在梳棉機上容易產生纏錫林，纏道夫，充塞圈條器，在紡紗過程中產生“黏、爛、纏”現象。山羊絨紡織品屬于高端紡織品，適用制作毛衫，大衣，圍巾等時尚服飾[5-6]。

5.3.3 兔毛

兔毛纖維表層有鱗片，但非常光滑，纖維卷曲極少，摩擦因數低，纖維抱合力低；體積質量小，十分蓬松，長度均勻度差；單強低，易斷裂，成紗纖維易脫落，掉毛。平均纖維長度22 mm～25 mm，低品級兔毛可紡性極差，毛紡設備較難紡紗。紡紗前必須先預處理去除雜質，施加油劑和抗靜電劑，實行分層橫鋪直取，均勻和毛，輕打輕梳，實行設備普遍降速。為了防止開、粗、細纏羅拉，膠輥應涂抗靜電涂料。一般適合與腈綸纖維混紡。

5.4 天然纖維

5.4.1 木棉

木棉為果實纖維,其特點是中空型纖維，中空度達80%～90%，體積質量小，是理想的保暖材料。有優質的吸濕、導濕性,強度低,易漂浮，長度在30 mm～40 mm，表面有蠟質，耐酸耐堿，含有大量的木質素，上染率低，無蛀不霉，輕盈柔軟彈性優良，可紡性差。只能與棉混紡成中、粗特紗，開發柔軟舒適的高端內衣。

5.4.2 牛角瓜纖維

它是一種草木果實纖維，形如牛角，每年可收獲多次，其縱橫截面與黃麻相似，纖維線密度為0.5 dtex～0.7 dtex，長度80 mm～100 mm，手感柔軟光滑。棉紡需切斷后才能與棉混和紡紗，紡織中、粗特紗，織物能防水、防縮、抗起球、防過敏。

5.4.3 竹原纖維

它是將竹子攪碎，經高溫脫膠后制成，其縱橫截面與黃麻相似，纖維線密度為5 dtex～7 dtex，手感粗硬，長度80 mm～100 mm，不符合棉紡可紡條件，必須切斷才能紡紗，纖維透氣性好，韌性好，能防水，防縮、抗起球，防過敏，易與棉混紡開發，宜做外衣、服飾產品，市場占有率不大。

6 結語

棉紡短纖維對紡紗可行性應有一個基本要求和限制，包括纖維的線密度(dtex)，紡紗線密度(tex)，細紗截面中纖維根數，纖維細長比。

紡紗靜電的產生是可紡性的關鍵問題，首先必須從纖維自身著手改進，例如化纖廠如何降低化纖比電阻，減少纖維摩擦因數，增加纖維卷曲度、含油率和回潮率，改進纖維縱截面形態，改善吸濕性、導電性和纖維抱合力等。要積極研究有效的油劑、靜電消除劑或靜電消除器。

要轉變傳統的把控制溫度和相對濕度作為生產環境標志的理念，補充把生產場所的離子發生的電荷數量的強度作為控制主要指標，及時正確自動測定或人工測定。使用相應的靜電消除器針對性產生相反的離子，中和或消除不同場所不同極性的靜電，改善各種纖維的可紡性。長期來看，可實現智能檢測、全自動管理，現階段可先采用風機產生離子的方法。

要研究新型紡織器材包括牽伸部件、膠輥、膠圈、集棉器等，適應可紡性差的纖維紡紗。