石墨烯改性錦綸混紡花式紗的設計及性能分析

劉梅城 江婉薇 周 瑞 唐雪雁 肖蘭蘭

（江蘇工程職業技術學院，江蘇南通，226001）

石墨烯改性錦綸是用石墨烯對錦綸進行改性而制得的一種功能性纖維，既具有石墨烯良好的電學、熱學性能，又具有錦綸質輕柔軟、高強耐磨、回彈性好等特點，而且對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等病菌具有優異的物理抗菌性，以及石墨烯所散發的遠紅外光波波長能改善血液循環，促進新陳代謝，對人體有保健作用。因此，近年來在功能性紡織品上得到越來越廣泛的應用［1-2］。

由于石墨烯改性錦綸呈現灰黑色，這種特定的色彩制約其在紡織市場的應用。本研究采用石墨烯改性錦綸長絲進行紗線設計，所紡制的花式紗線通過多種纖維混紡可進一步改善石墨烯改性錦綸的可紡性與服飾性能，利用花式紗線色彩的多元變化可以避免石墨烯改性錦綸的色彩單一，以期為紡織企業進行石墨烯改性纖維產品開發提供設計思路。

1 原料選擇

石墨烯改性錦綸規格為155.56 dtex/48 F FDY 長絲，顏色為灰黑色，質量等級為優級，光澤亮麗，由南通強生石墨烯新材料科技有限公司提供；粘膠纖維規格為1.56 dtex×38 mm，顏色分別為黃色、黑色，質量等級為優級，由宜賓絲麗雅集團有限公司提供；滌綸規格為1.56 dtex×38 mm，顏色分別為藍色、咖啡色，質量等級為優級，由午和（江蘇）差別化纖維有限公司提供。

2 紗線結構設計

2.1 集聚賽絡菲爾紡紗

集聚賽絡菲爾紡是采用集聚紡與普通賽絡菲爾紡兩種紡紗技術結合在一起形成的一種復合紡紗技術，采用這種紡紗技術紡制集聚賽絡菲爾紗中的長絲與短纖紗界限分明。集聚賽絡菲爾紗在紗線條干、毛羽、強度等方面優于普通賽絡菲爾紗，特別是紗體更加圓整、光潔，不但提高了織物的透氣性、耐磨性，而且織物更加絲滑、飄逸，與長絲織物的風格相近［3-4］。

2.2 翻轉段彩紗

翻轉段彩紗是以兩根粗紗輪流作主紗、輔紗，即當一根粗紗作主紗時，另一根粗紗作輔紗進行間斷輸出，實現一根紗上既有漸變段彩紗的結構，又有間斷附著段彩的獨特紗線結構，色彩與結構的變化更加豐富［5-7］。由于翻轉段彩紗在生產過程中，需要采用雙通道紡紗技術分別控制兩根須條的牽伸，通過集聚紡技術可解決段彩部分的丟失與段彩紗的銜接問題。因此，實際上翻轉段彩紗就是集聚紡花式紗。

2.3 賽絡菲爾紡翻轉段彩紗的設計

賽絡菲爾紡翻轉段彩紗是在紡紗過程中通過集聚紡、賽絡菲爾紡、雙通道紡紗等多種方法的復合，形成一種具有復合結構的段彩紗。在細紗機的中、后羅拉上進行兩根窄膠圈的雙通道牽伸機構改造，實現對兩根粗紗的獨立控制；在前羅拉處進行四羅拉式集聚紡改造，安裝輸出羅拉、輸出膠輥、異形管、網格圈，異形管采用集聚槽；加裝化纖長絲喂給裝置，搖架上安裝導絲輪。當兩根粗紗采用輪流輸出，輸出的須條在集聚紡集聚槽處匯聚在一起，形成紗體圓整的翻轉段彩紗，在輸出羅拉加捻三角區處與長絲復合加捻形成賽絡菲爾紡翻轉段彩紗。

由于翻轉段彩紗在集聚紡集聚槽的集聚過程中，集聚槽傾斜設計導致須條翻轉形成微捻，紗體結構緊密、剛性較大，特別是當粗紗須條線密度與化纖長絲線密度差異較大時，兩者剛性差異較為顯著，在纖維須條與化纖長絲的加捻、相互纏繞過程中，形成以翻轉段彩紗為主體、化纖長絲纏附在翻轉段彩紗上的獨特結構，包纏的化纖長絲能夠非常有效地控制翻轉段彩紗銜接處與段彩附著處松散結構，抑制紗線表面毛羽，從而改善了翻轉段彩紗的強力與耐磨性［8-9］。

3 石墨烯改性錦綸混紡花式紗的設計

石墨烯改性錦綸長絲不但具有較好的遠紅外、抗菌、防紫外、防靜電等性能，而且以石墨烯改性錦綸長絲制成的面料還具有觸感涼爽、手感絲滑的特點，主要用于襪類、內衣以及T 恤產品等針織面料的生產［10-11］。本研究采用石墨烯改性錦綸長絲與翻轉段彩紗復合，生產賽絡菲爾紡翻轉段彩紗，兼具長絲與短纖紗兩種風格，有利于拓寬石墨烯改性錦綸長絲的應用范圍。同時可避免由于紗線中石墨烯改性錦綸混紡比例低、過于分散而影響石墨烯改性纖維的功能效果，紡制出一種具有多功能、色彩變化豐富的花式紗線。

本翻轉段彩紗采用4 種不同顏色的纖維，兩兩混紡制成兩種不同顏色的粗紗，通過雙通道細紗機紡制出色彩多變的翻轉段彩紗，在集聚紡輸出羅拉三角區與石墨烯改性錦綸長絲匯合制成賽絡菲爾紡翻轉段彩紗。其中，藍色滌綸與黃色粘膠按照65∶35 的比例進行混紡制成青苔色粗紗，咖啡色滌綸與黑色粘膠按照65∶35 的比例進行混紡制成深褐色粗紗。以青苔色粗紗與深褐色粗紗輪流做主紗形成紗線主體，青苔色粗紗間斷附著深褐色粗紗，深褐色粗紗間斷附著青苔色粗紗，再以光澤亮麗的深灰色石墨烯改性錦綸長絲纏繞在翻轉段彩紗表面，形成灰綠相間、層次豐富、風格獨特的賽絡菲爾紡翻轉段彩紗，如圖1 所示。

圖1 賽絡菲爾紡翻轉段彩紗

由于本次紗線產品設計采用5 種色彩的纖維進行混紡、組合設計，模擬森林中多種色彩、光線的變化，以此制成的機織面料呈現出森林中斑駁陸離的效果，紗線設計意象如圖2 所示。

圖2 紗線設計意象

4 紡紗要點

（1）采用小型清梳聯紡紗系統，主要由DSOp-02 型小樣開松機、DSFe-01 型自動喂棉機和DSCa-11A 型數字式小樣梳棉機組成。其中藍色滌綸與黃色粘膠經人工混和后為A 紗，咖啡色滌綸與黑色粘膠人工混和后為B 紗，投入小型清梳聯機組分別制成兩種生條，A 生條定量14.5 g/5 m，重量不勻率3.2%；B 生條定量14.7 g/5 m，重量不勻率2.5%

（2）在DSDr-01型數字式小樣并條機經過兩道并條并合，并合根數均為6 根，并條速度30 m/min，A 熟條定量 14.6 g/5 m，重量不勻率 1.1%；B 熟條定量14.7 g/5 m，重量不勻率0.8%。

（3）粗紗工序。在DSRo-01 型數字式小樣粗紗機上生產，膠圈鉗口隔距5.0 mm，羅拉隔距22 mm×26 mm×35 mm，粗紗錠速550 r/min，捻系數設計60，A 粗紗定量5.0 g/10 m，重量不勻率1.4%；B 粗紗定量5.1 g/10 m，重量不勻率1.5%。

（4）在JCF-DGN-C 型全自動多功能數控細紗小樣機上生產，該細紗機配置四羅拉式集聚紡、雙通道紡紗裝置以及上下兩層長絲喂入系統，搖架上安裝了導絲輪，滿足了本次紗線生產的技術要求。A 粗紗從后羅拉喂入，B 粗紗從中羅拉喂入，A、B 兩根粗紗經過兩個相互獨立的膠圈牽伸區喂入前羅拉，再進入集聚紡裝置，集聚紡異形管采用單集聚槽。由于異形管集聚槽自前往后向右傾斜，右側須條率先被集聚槽集聚，左側須條在網格圈的轉動以及集聚槽氣流的共同作用下，在集聚槽的前半部與右側須條匯合在一起形成一根紗。A、B 兩根須條集聚在一起形成翻轉段彩紗。由于A、B 兩根粗紗基本都是單區牽伸，粗紗的捻度不宜太大，避免牽伸不開。石墨烯改性錦綸長絲與翻轉段彩紗保持5 mm～7 mm 的間距，使得翻轉段彩紗獲得較好的預加捻效果。石墨烯改性錦綸長絲與翻轉段彩紗由輸出羅拉輸出，經匯合、加捻形成一根賽絡菲爾紡翻轉段彩紗。

細紗主要工藝配置：膠圈鉗口隔距3.5 mm，羅拉隔距19 mm×26 mm，錠速7 000 r/min，捻度55捻/10 cm。段彩設計：主紗A、B紗段長度200 mm，段彩A、B 紗段長度50 mm。

5 性能測試

經實測，本次研發的石墨烯改性錦綸/滌綸/粘膠43/37/20 36 tex 花式紗主要成紗質量指標：線密度偏差1.7%，百米重量CV3.0%，單紗斷裂強度21.05 cN/tex，單紗斷裂伸長率14.6%，單紗強力CV9.7%，3 mm 毛羽3.11 根/m，捻度CV5.7%。由測試數據可以看出，該花式紗具有較高的單紗斷裂強度，3 mm 毛羽數較少，紗線光潔。

為了對本次研發的石墨烯改性錦綸混紡花式紗的性能進行評價，設計并試織了機織面料，并對其進行相關功能性測試。本設計機織物樣品采用一上一下平紋組織，經密300 根/10 cm，緯密215 根/10 cm，織物樣品幅寬30 cm。依據GB/T 4802.1—2008《紡織品織物起毛起球性能的測定第 1 部分：圓軌跡法》和GB/T 18830—2009《紡織品防紫外線性能的評定》對織物表面起毛起球性能和防紫外線性能進行測定。織物的熱濕、保暖等性能參照FZ/T 73022—2019《針織保暖內衣》和 FZ/T 73051—2015《熱濕性能針織內衣》進行測定。具體測試結果：織物抗起毛起球性能5 級，織物紫外線防護系數（UPF）99.95，織物透氣率273.65 mm/s，織物熱阻0.016 88 m·2K/W。從測試指標上看，本次研發的石墨烯改性錦綸混紡花式紗織物具有良好的透氣性與散熱性能，抗起毛起球性能達到5 級，UPF值也大于50，具有良好的防紫外性能。

6 結語

本研究采用石墨烯改性錦綸長絲與翻轉段彩紗復合，生產賽絡菲爾紡翻轉段彩紗，兼具長絲與短纖紗兩種風格，改變了石墨烯改性錦綸色彩單一的局限。在紗線的形成過程中，采用了“兩次并合”工藝，第一次采用兩種粗紗并合紡制出翻轉段彩紗，第二次采用翻轉段彩紗與石墨烯改性錦綸長絲并合，再加捻形成這種獨特結構的花式紗。

通過對石墨烯改性錦綸混紡花式紗質量指標的測試，表明研發的石墨烯改性錦綸/滌綸/粘膠43/37/20 36 tex 花式紗具有較高的斷裂強度，3 mm 毛羽數較少。所制成織物的抗起毛起球性、防紫外性能、透氣性能以及保暖性能均較好，為功能性紗線的時尚化、花式紗線的功能化提供了產品開發思路。