聚酰亞胺纖維集聚混紡紗的工藝優化

曾令璽 曾社平 劉建農 姚靜靜 唐建東

（際華三五四二紡織有限公司，湖北襄陽，441000）

聚酰亞胺是一類以酰亞胺環為特征結構的聚合物，是一種耐高低溫，力學性能、電學性能及穩定性能優異的特種高分子材料［1］，在一定程度上能替代錦綸6 和錦綸66。其各類制品如薄膜、涂料、模塑料、復合材料、層壓制品、黏結劑、分離膜等已廣泛應用于航空航天、電子工業、光波通訊、防彈材料、氣體分離、電子通訊等諸多領域［2］。本研究使用連云港奧神新材料有限公司提供的1.67 dtex×51 mm 聚酰亞胺纖維，成功開發出精梳細絨棉/聚酰亞胺/粘膠40/30/30 9.8 tex 集聚紗。

1 產品開發思路

（1）考慮到混紡紗在加捻過程中長纖維向紗線中間轉移，短纖維向紗線邊緣轉移的趨向，因此選用51 mm 的聚酰亞胺纖維形成類似“芯紗”的效果，而38 mm 以及短于38 mm 的纖維（粘膠纖維和棉纖維）向紗線邊緣轉移，使開發的紗線風格較為獨特。

（2）由于聚酰亞胺纖維具有較長的長度、較小的伸長率（8.54%），其加捻效率比38 mm 纖維高，正常加捻就可產生強捻紗效果。

（3）使用51 mm 和常規38 mm 聚酰亞胺纖維開發的布面風格不同，51 mm 纖維的布面組織緊湊，有細微的褶皺感。

（4）由于混紡紗中長度差異較大的纖維在牽伸過程中的變速點不同，產生的移距偏差不同，使得纖維牽伸紊亂，容易產生細節，強力低、紗疵高、混紡難度大。根據以往生產色紡品種的經驗，抱合好的纖維與抱合不好的纖維混紡，梳棉容易成網，因而選用與粘膠混紡有利于聚酰亞胺纖維順利成網。為增加服裝吸濕透氣性，同時提高檔次，加入一定比例的精梳細絨棉。根據前期優選試驗，當聚酰亞胺纖維的混紡比例超過30%時，易造成靜電過大，難以生產。因此，最終確定混紡比為精梳細絨棉/聚酰亞胺/粘膠40/30/30，并根據各混紡纖維的性能特性對各工序工藝進行了優化設計。

2 纖維物理性能分析

聚酰亞胺纖維作為一種綜合性能良好的合成纖維，其基本性能對產品的開發起決定性作用［3］。聚酰亞胺纖維回潮率2.43%，吸濕性較差，體積比電阻較大（4.17×1011Ω·cm），生產中靜電嚴重，會造成梳棉成網困難，各工序黏纏嚴重，無法正常生產。為改善后續可紡性，需要對原料進行預處理，使體積比電阻下降到1×108Ω·cm 以下。

粘膠纖維規格1.33 dtex×38 mm，體積比電阻較小（7.33×107Ω·cm），與聚酰亞胺纖維混紡，有助于提高其可紡性。粘膠纖維回潮率較大（12.54%），吸濕性較好，可以利用空氣中的水分導電，進一步降低聚酰亞胺纖維的靜電黏纏。同時粘膠纖維表面有溝槽，纖維之間抱合好。

所用棉纖維為新疆細絨棉，主體長度29.9 mm，細度1.7 dtex，馬克隆值4.3，回潮率5.8%。

3 紡紗方案及工藝流程

3.1 紡紗方案選擇

結合多組分混紡紗的生產經驗，一方面考慮到聚酰亞胺纖維的可紡性，另一方面考慮到混紡纖維長度差異對清梳隔距設計的影響，將聚酰亞胺纖維與粘膠纖維先采用包混，然后在并條工序將精梳棉條與聚酰亞胺粘膠混紡生條進行條混。

3.2 工藝流程

（聚酰亞胺纖維+粘膠纖維）：A002A 型抓棉機→FA106C 型豪豬開棉機→A045B 型凝棉器→A092A 型給棉機→A076C 型成卷機→A186D 型梳棉機

（精梳棉條+聚酰亞胺粘膠混紡生條）：FA317 型并條機→RSB D221C 型并條機→RSB D221C 型并條機→A454 型粗紗機→DTM129 型細紗機→AUTOCONER338RM 型絡筒機

精梳棉條的生產采用常規工藝，清梳工序僅重點介紹聚酰亞胺粘膠混紡生條的生產工藝。

4 各工序工藝配置及技術措施

4.1 原料預處理

聚酰亞胺纖維體積比電阻大，在生產中極易產生靜電［4］，紡前要對其進行防靜電處理，以解決梳棉不能成網，易黏纏羅拉、膠輥等問題。減少靜電危害的方法從本質上就是減輕或防止摩擦，或者通過各種途徑使產生的靜電荷很快地釋放掉［5］。抗靜電劑種類多樣，通常用非離子型抗靜電劑，我們在聚酰亞胺纖維品種上均使用離子型抗靜電劑。原因是聚酰亞胺纖維蓬松，清棉不易成卷，必須將緊壓羅拉加熱，而非離子型抗靜電劑的除靜電原理是親水基團導電，緊壓羅拉加熱時水分蒸發，起不到導靜電的作用，故使用離子型抗靜電劑。

將離子型抗靜電劑和溫水按一定比例兌勻，均勻噴灑在聚酰亞胺原料上，在養生房溫度20 ℃～25 ℃、相對濕度50%～55%環境下燜放24 h 以上，使用液壓機打包，與粘膠纖維交叉上盤，抗靜電劑的作用有時效性，纖維上盤后要盡快進行生產。

4.2 清棉工序

清棉工序遵循“勤抓多抓，輕打多梳少落”原則。由于聚酰亞胺纖維蓬松，抓取量相對少，因此抓棉打手刀片伸出肋條2 mm，適當加大抓取量。由于兩種纖維的蓬松程度不同，打手每次抓取兩種纖維不均勻，為此將頭尾卷子單獨存放并做標記，以方便梳棉工序分開使用，然后在并條工序交叉使用，盡量減少色差。聚酰亞胺纖維與粘膠纖維的斷裂強度都不高，為減少纖維損傷，采用短流程，輕打擊，適當降低各部件速度。開棉機打手轉速400 r/min，三翼綜合打手轉速710 r/min。考慮到聚酰亞胺纖維蓬松，棉卷采用重定量400 g/m，以增加棉網抱合。

4.3 梳棉工序

梳棉工序遵循“柔性梳理，兼顧長度，大五點隔距，好轉移”原則，兩種纖維長度差異較大，其分梳工藝長度完全不同，以均衡為原則，在生產38 mm 纖維的分梳工藝長度基礎上，通過定制6 mm 鐵板，給棉板兩邊各墊一塊，將給棉板抬高6 mm，以減少刺輥對聚酰亞胺纖維的損傷，同時放大給棉板與刺輥隔距，按照0.46 mm 設計。

聚酰亞胺纖維長度長，較難被針齒釋放，易發生纏錫林、纏蓋板，且由于棉卷采用重定量，錫林負荷大，因此蓋板至錫林間五點隔距適當放大為0.28 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.23 mm、0.25 mm，還可減少纖維在錫林與蓋板針間梳理不順暢造成的棉結。

兩種纖維的斷裂強度均不高，尤其粘膠纖維，故適當降低刺輥和道夫等部件速度，以減少纖維損傷，提高棉網清晰度，降低棉結［6］。刺輥轉速660 r/min，錫林轉速300 r/min，道夫轉速20 r/min，同時蓋板輪直徑210 mm，蓋板速度116 mm/min，加快排除短絨。

聚酰亞胺纖維間抱合力較差，無卷曲，不易成網，容易在道夫下掉網，以及在緊壓羅拉與壓輥之間斷網，為此將剝棉羅拉與緊壓羅拉隔距設計為0.48 mm，以加強轉移，或者使用集棉器解決抱合力較差、斷網的問題。棉網張力1.36 倍，生條干定量19 g/5 m。

錫林針布型號AC2030×01740，道夫針布型號AD4030×01890，蓋板針布型號TPT-52，刺輥針布型號AT5611×05610。

4.4 并條工序

并條工序是實現紗線混和、達到預期混紡比以及改善成紗條干的關鍵［7］，聚酰亞胺混紡紗的生產遵循“交叉混和，中速度，中加壓”原則。頭并采用5 根并合，其中3 根聚酰亞胺粘膠混紡生條，中間間隔插入2 根精梳棉條，盡量保證混和顏色均勻一致。二并與三并均使用自調勻整功能以進一步改善混和不勻與重量不勻率，由于RSB D221C 型并條機壓輥厚度小，聚酰亞胺纖維蓬松，當采用8 根并合時，總有一部分條子跑到壓輥外，進而產生纏羅拉、纏壓輥現象，因此將并合數調整為6 根。由于精梳細絨棉纖維、粘膠纖維間抱合較好，粘膠纖維性質接近棉，且兩者混紡比例達到70%，由此可以適當提高速度，增加產能；并條膠輥硬度偏小選擇，為邵爾A75 度，增加對纖維的握持，減少條子邊緣纖維擴散產生的紗疵。并條工序主要工藝參數：頭并采取較大后區牽伸（1.875 倍）以減少后彎鉤纖維，總牽伸5.06 倍，羅拉握持距53 mm×54 mm；二并采用6 根并合，后區牽伸1.5 倍，羅拉握持距52 mm×54 mm，總牽伸6.16 倍；三并采用6 根并合，較小后區牽伸（1.35 倍），羅拉握持距52 mm×53 mm，總牽伸6.10 倍，干重18.2 g/5 m。三道并條的速度均控制在250 m/min。

4.5 粗紗工序

由于聚酰亞胺纖維容易纏羅拉、纏膠輥膠圈，產生紗疵，粗紗工藝設計原則為“合適羅拉握持距，較大捻系數，小后區牽伸，較低速度”。由于條子定量大，適當放大前區握持距，即羅拉握持距53.5 mm×66.5 mm，避免因牽伸不開而產生竹節。考慮到聚酰亞胺纖維較為蓬松，抱合力較差，需適當加大粗紗捻系數，設計為75，避免卷繞過程中的斷粗紗，同時減少纖維纏羅拉現象。后區牽伸偏小設計為1.24 倍，既可改善條干，又可避免聚酰亞胺纖維在牽伸過程中回彈。由于3 種纖維長度差異較大，為避免棉纖維被甩出紗體形成毛羽，錠翼速度不宜過高，設計為560 r/min，粗紗伸長率盡量控制在2.0%以內，內外排粗紗伸長率差異控制在1.5%以內。聚酰亞胺纖維顏色為黑色，粗紗機后采用全封閉隔離，避免纖維四處飛散，污染其他品種。由于羅拉握持距足夠大，鉗口隔距可以偏小設計為4.5 mm，選用邵爾A75 度大直徑（33 mm）膠輥，增加對棉條的握持，避免意外牽伸。粗紗干定量3.9 g/10 m，總牽伸9.3 倍。

4.6 細紗工序

細紗工序采用集聚紡，并遵循“較大捻度，合適壓力，降低速度”原則。由于聚酰亞胺纖維長度較長（51 mm），羅拉握持距設計為52 mm×63 mm，后區握持距不宜再大，否則易造成后羅拉軸頭彎曲。由于前區羅拉握持距大，采用普通上下銷時，浮游區長，長度相對較短的棉纖維和粘膠纖維在浮游區處于不受控狀態，牽伸紊亂，容易產生細節、斷頭。為此在較大捻系數（390）前提下采用加寬上下銷，定制的加寬下銷寬度為25 mm，并優選鉗口隔距規格，以提高紗線的強力和條干均勻度。鉗口隔距和下銷優選試驗情況見表1。

表1 鉗口隔距和下銷優選試驗

由表1 可知，當2.5 mm 隔距塊搭配加寬上下銷時，其成紗條干均勻度、強力相對最好。這是因為加寬上下銷縮短了浮游區，摩擦力界延長，增加了對混紡須條中短纖維的控制，使之順利牽伸，不易產生細節。降低紡紗速度有助于減少斷頭。采用防靜電網格圈，減輕聚酰亞胺纖維黏纏。采用紡棉的LXC966 型膠輥，30.3 mm 的大直徑，使摩擦力界在鉗口前后延伸，加強對纖維的控制。由于混紡纖維的加權品質長度相對于羅拉握持距較短，易飛散，且在牽伸區集聚形成紗疵，為此揩車周期縮短為10 天左右。由于聚酰亞胺纖維為黑色，膠輥膠圈表面易變黑，影響牽伸，因此將膠輥使用周期由3 個月縮短為2 個月。細紗后區牽伸設定為1.14 倍，總牽伸39.8 倍，前羅拉速度125 r/min。根據纖維轉移理論，長纖維（51 mm聚酰亞胺纖維）往紗線中間轉移，短纖維（38 mm及以下的粘膠纖維與棉纖維）往紗線外層轉移，在相同捻系數390 的情況下長纖維的加捻程度大，形成類似于包芯紗結構的紗線，各纖維加捻效率和伸長率的不同，使得該混紡紗生產的布面有褶皺效果。

4.7 絡筒工序

聚酰亞胺混紡紗細節多，強力低，容易斷頭，須合理設置絡筒工藝。經過測試，紗線結頭強力比紗線細節處高，為此適當增大絡筒速度，拉斷細節重新捻接，提高紗線的整體強力，進而減少整經斷頭和提高織機效率。但絡筒速度不宜過高，經優選，車速設置為1 000 r/min。紗線整體顏色偏向灰色，聚酰亞胺纖維顏色相對于紗線是深色，使用異纖切除功能，切除紗線上顏色較深的紗疵，減少布面黑色竹節。主要清紗參數：N 3.8，S 2.2×1.4 cm，L 1.25×4 cm。由于該混紡紗在整經工序易糾纏形成“小辮子”，類似于強捻紗效果，為此在絡筒工序須放置5 天～7 天，使紗線自然定捻，同時在整經工序須加大張力，拉直紗線。

5 結論

（1）由于聚酰亞胺纖維體積比電阻大，梳棉不易成網，容易纏繞膠輥和羅拉，為此采用離子型抗靜電劑進行紡前預處理，此外與粘膠纖維混紡，可在一定程度上緩解靜電現象。

（2）因中長型51 mm 聚酰亞胺纖維長度與38 mm 常規纖維長度差異較大，因此各工序的紡紗工藝設計會有所不同，尤其在梳棉工序需要適當抬高給棉板，增加分梳工藝長度，避免拉斷纖維。

（3）針對集聚紡聚酰亞胺混紡紗在細紗工序存在浮游區長、細節高、斷頭多的問題，采用加寬上下銷，可改善成紗條干均勻度，提高強力，最終成功制得滿足織造要求的精梳細絨棉/聚酰亞胺/粘膠40/30/30 9.8 tex 紗。

（4）絡筒工序在保證結頭強力的情況下，適當增加槽筒速度，拉斷細節重新捻接，提高紗線的整體強力，進而減少整經斷頭和提高織機效率。