石墨烯改性粘膠混紡紗的開發

蔣建清 章水龍 楊新勇 徐麗桃 章友鶴

(1.浙江春江輕紡集團有限責任公司，浙江杭州，311407；2.浙江省新型紡織品研發重點實驗室，浙江杭州，310009)

石墨烯是目前世界上最薄、強度最大、導電導熱性最好的新型納米材料[1-2]。其優異的性能使其在高性能儲能、生物、智能、電子、復合材料等領域得到廣泛應用[3]。由于石墨烯改性纖維還處于開發階段，其加工工藝有待進一步完善，且石墨烯片層之間較強的作用力，使石墨烯材料分散性能較差，導致石墨烯纖維的韌性差，發脆，紡紗過程中容易損傷斷裂，加上石墨烯纖維表面摩擦因數小、卷曲度低、抱合力小、可紡性差[4]，影響了石墨烯纖維的開發利用。因此，通過對石墨烯纖維性能特點的研究，探索石墨烯纖維的紡紗技術，優化生產工藝，改善石墨烯纖維的可紡性，拓展石墨烯纖維的應用范圍，擴大石墨烯紡織品的產業化應用，對企業乃至整個紡織業都具有重要的意義。本文就石墨烯改性粘膠/滌綸50/50 18.5 tex紗線開發中的相關技術作分析探討。

1 石墨烯改性粘膠混紡紗的工藝優化

由于石墨烯改性纖維的可紡性差，用石墨烯改性粘膠單種原料紡紗困難較大，不易成網成條。滌綸是目前合成纖維中用量最大的品種，可紡性能優良，纖維的強力較高，可彌補石墨烯改性粘膠纖維可紡性差、強力不足的弱點，且兩種纖維均為化學纖維，具有雜質疵點少、長度與整齊度相近的特點，可直接采用包混和合適的紡化纖清梳工藝生產，故采用石墨烯改性粘膠與滌綸混紡，混紡比例為50/50。兩種纖維的實測技術數據如下。

原料 滌綸 石墨烯改性粘膠

細度/dtex 1.34 1.70

長度/mm 38.7 37.3

斷裂強力/cN 8.18 4.07

斷裂強度

/cN·dtex-16.13 2.49

回潮率/% 0.56 7.27

斷裂伸長率/% 26.01 14.49

卷曲度

/個·(25.4 mm)-111.15 5.7

1.1 紡紗工藝流程

1.2 石墨烯改性粘膠預處理

針對石墨烯改性粘膠纖維較蓬松，表面摩擦因數小，纖維間抱合力弱，且干燥較快，可紡性欠佳的問題，在投入開清棉工序前，需對石墨烯改性粘膠進行預處理，以增強纖維的摩擦力和抱合力。用0.5%比例的CA-2880型油劑加水的混合液，按原料重量的5%的用量，均勻噴灑在松散的原料上，再用薄膜覆蓋堆倉處理24 h，使油劑的混合液滲透到纖維內部。通過預處理的石墨烯改性粘膠，纖維間的摩擦力與抱合力顯著增強，使開清棉的成卷質量得以改善，從而在梳棉工序能使纖維得到良好的梳理與轉移，杜絕了塌邊破網等現象產生，使生產順利進行。

1.3 清梳工序

開清棉工序。根據兩種原料長度整齊度好、含雜質疵點少的特性，采用短流程工藝處理，并遵循“勤抓少抓，多送輕打，充分混和”的工藝原則。為提高抓棉機小車的運轉效率，減少纖維塊重量，提高混和均勻性，采取減少抓棉小車下降高度和刀片伸出肋條的距離，并適當降低開清棉工序主要打手速度，以減少對纖維的損傷。抓棉機打手速度740 r/min，開棉機打手速度480 r/min，成卷機打手速度920 r/min。

梳棉工序。采取“梳理為主，減少打擊，小隔距，慢速度，快轉移”的工藝設計。設置較小的刺輥和錫林隔距(0.18 mm)，提高錫林和刺輥線速比至2.0以上，以利于纖維由刺輥快速向錫林轉移，設計較小的錫林和蓋板隔距(0.20 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.18 mm)以提高紡紗梳理度，錫林與道夫間小隔距(0.10 mm)有利于纖維的剝離轉移，避免重復梳理。適當降低刺輥和道夫速度等(刺輥速度733 r/min，錫林速度330 r/min，道夫速度18.6 r/min)以減少纖維損傷，提高棉網清晰度，降低棉結。

1.4 并粗工序

并條工序采用“大隔距，低速度，輕定量”的工藝設計。為改善長片段條干均勻度，采用三道混并工藝，在末道并條機上使用帶自調勻整的HSR1000型并條機。考慮到梳棉條中有較多的彎鉤纖維，在并條工藝中消除與減少彎鉤纖維，提高條子的伸直平行度，可以減少后道紗疵，故在頭并上采用較大后區牽伸(1.83倍)，在末并上采用較小后區牽伸(1.35倍)，同時適當降低并條輸出速度(控制在300 m/min～350 m/min)，有利于纖維在牽伸過程中位移穩定，改善條干均勻度。此外，考慮到細紗采用賽絡紡工藝，需用雙粗紗喂入，故并條定量需偏輕設計。并條工序主要工藝參數如下。其中，頭并、二并羅拉隔距12 mm×7 mm×18 mm，末并羅拉隔距11 mm×16 mm。

項目 頭并 二并 末并

定量/g·(5 m)-121.0 20.0 19.0

總牽伸/倍 6.23 6.30 7.36

后區牽伸/倍 1.83 1.42 1.35

并合數/根 6 6 7

出條速度/m·min-1300 300 350

棉網張力/倍 1.121 1.121 1.076

粗紗工序采用“輕定量，慢車速，大捻度”的工藝設計。由于賽絡紡需雙粗紗喂入，其粗紗定量設計也比常規要輕50%左右。加大粗紗捻系數可以提高粗紗強力，一方面可防止條子輸送中意外牽伸帶來粗紗條干不勻，另一方面能避免粗紗在細紗工序退繞時因粗紗定量較輕被拉斷。粗紗工序主要工藝參數：粗紗定量4.0 g/10 m，總牽伸9.5倍，后區牽伸1.21倍，捻系數93.0，錠翼速度853 r/min，隔距塊5.5 mm，羅拉隔距15 mm×28 mm×40 mm。

1.5 細紗工序

細紗工序采取放大后區隔距，縮小后區牽伸，在浮游區采用新型下銷棒和小鉗口隔距的控制工藝，以改善細節，減少弱環紗。為提高對纖維的握持力，采用邵爾A75度前膠輥，確保牽伸順利，杜絕硬頭產生。此外，為減少紡紗斷頭，提高生產效率，適當降低紡紗錠速、加大捻系數、合理選配鋼領鋼絲圈，使生產運轉正常。采用賽絡紡工藝，由于有兩根粗紗喂入紡紗，不但能顯著提高成紗強力，且可使紗線表面光潔，毛羽少，耐摩擦性提高。細紗工藝設計參數：總牽伸49.83倍，后區牽伸1.21倍，錠速12 936 r/min，隔距塊3.0 mm，羅拉隔距19 mm×28 mm，捻系數344，PG1型鋼領，EMI型 5/0#鋼絲圈。

1.6 絡筒工序

針對石墨烯改性粘膠混紡紗的性能特點，絡筒工序適當降低絡筒速度以降低絡筒斷頭；設定合適的絡筒張力，確保筒子成形良好無重疊現象；發揮電子清紗器質量把關功能，設置合理的清紗曲線，既達到有效清除各類有害紗疵，又避免不必要的清紗切割影響設備效率與制成率；在絡筒過程中，對紗線進行上蠟處理，以提高紗線光潔與潤滑度，減少紗線在后道織造工序中與機件摩擦產生的棉結。絡筒電清設定參數：N 280%，S 180%×1.8 cm，L 40%×20 cm，T -40%×20 cm，H1 330%×0.8 cm，H2 160%×4.0 cm，H3 140%×6.0 cm。

2 石墨烯改性粘膠混紡紗測試分析

2.1 質量檢測

參照FZ/T 12004—2015《滌綸與粘膠纖維混紡本色紗線》，將紗線送國家紡織服裝產品質量監督檢驗中心(浙江)進行檢測，測試結果如下。

項目 實測值 一等品要求

重量偏差/% -1.5 ±2.5

重量CV/% 1.8 ≤3.0

斷裂強度/cN·tex-122.4 ≥18.0

強度CV/% 7.9 ≤12.0

條干CV/% 13.8 ≤15.0

2.2 性能測試

為了分析評價石墨烯改性粘膠混紡紗的各項性能，我們將該混紡紗織成平紋梭織面料送國家紡織服裝產品質量檢測中心(浙江)分別進行防靜電性能、保暖性能以及抗菌性能的檢測。

依照GB/T 12703.1—2008《紡織品靜電性能評定 第1部分：靜電壓半衰期》的規定，試樣在高壓靜電場中帶電至穩定電壓(10 kV)，加壓30 s后斷開高壓電源，使其電壓通過接地金屬臺自然衰減，測定靜電壓衰減至一半所需的時間，半衰期測得為0.2 s，防靜電性能達到A級要求(≤2.0 s)。

根據FZ/T 73022—2012《針織保暖內衣》的標準，面料的保暖率應不小于30%，按照GB/T 11048—2008《紡織品生理舒適性穩態條件下熱阻和濕阻的測定》測得面料保暖率為29.5%，接近標準要求，產品具有較好的保暖性能。

根據GB 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》測得面料金黃色葡萄球菌抑菌率為59.76%，大腸桿菌抑菌率為19.09%，白色念珠菌抑菌率為60.21%，產品具有一定的抗菌保健功能。

3 結語

由于單一石墨烯改性粘膠可紡性差，必須對其進行預處理，同時采用與滌綸混紡的方法來改善可紡性；采取兩次抓棉及短流程開清棉工藝，既確保兩種纖維充分混和與長片段混和均勻度，又減少了對纖維的打擊損傷；通過梳棉梳理工藝的優化設置，減少了短絨的增長率，增加對棉結的去除率；采用三道并條工藝，使纖維的伸直度、平行度、分離度提高，纖維條的長、短片段不勻率改善；采取加大粗紗捻系數的設計，防止紡紗中意外牽伸帶來的條干不勻與斷頭，細紗采用賽絡紡工藝，能顯著減少成紗毛羽、提高紗線光潔度、強力和條干水平，這一系列工藝技術的實施，確保了開發的石墨烯改性粘膠混紡紗取得較好的質量水平，產品經測試，具有較好的抗菌、防靜電、保暖等功能。