新疆棉精梳落棉適應性及加工特點

李國鋒,王 莉

(阿克蘇職業技術學院 紡織工程學院,新疆 阿克蘇 843000)

棉花產業鏈承載了我國將近1億人口就業。在紡紗加工過程中,棉花原材料成本占到紡紗成本的70%～80%。為提高棉紗品質,提高紗線的可紡性,在棉紡加工過程中通常經過精梳工序,精梳落棉正是棉紡精梳機的精梳作用所去除的短絨,主要表現在長度通常較短,纖維的品質較差。但從成本角度而言,100%純棉精梳落棉比棉花便宜50%以上,因此將精梳落棉作為紡紗原料,順應“可持續發展”要求,同時也是降低企業運營成本的有效方法。根據2021年國家統計局公布的數據,全國棉花產量為573.1萬t,其中,新疆棉花產量512.9萬t[1]。但目前研究新疆精梳落棉性能、純棉精梳落棉紡紗加工還較少,如何有效利用精梳落棉成為大多數棉紡廠所遇到的難題。

1 新疆棉的性能及適應性

1.1 細絨棉的性能及適紡性

2021年我國新疆鋸齒棉棉花實際平均長度為29.23 mm,加權平均長度值為28.79 mm,馬克隆值A+B級為86.31%,平均長度整齊度指數為82.4%,平均斷裂比強度為28.73 c N/tex,白棉平均級為3.03,軋工質量P3等級占比為0.61%。紡紗一致性指數(SCI值)是表達單紗強力和連續可紡性的綜合指標。SCI值越大,成紗強力和連續可紡性越好。古麗美合日·麥麥提等[2]研究得出阿克蘇2018—2020年棉花指標均值的SCI值分別為121.8～131.3,李國鋒等[3]研究得出北疆SCI值估算比南疆高10～15。依據烏斯特2013紡紗一致性指數分級可知,上半部平均長度處于50%～95%水平,適合紡中細特棉紗。

1.2 長絨棉的性能及適紡性

新疆是我國唯一的長絨棉種植地,具有長度長、強力高、長度整齊度好等特點,是高端紡織品、特種紡織品必不可少的原料。董曉宇等對2017年至2020年新疆阿克蘇地區長絨棉質量數據進行分析,結果表明:36 mm 標準級以上棉花占比74.82%以上,馬克隆值A級和B2級占比均在98%以上,可以滿足高品質紡織品生產的要求[4]。研究得出新疆長絨棉紡紗一致性系數SCI值分別為216.3～227.5[3],根據烏斯特2013紡紗一致性指數分級可知,上半部平均長度處于50%～95%水平。適紡細號及特細號棉紗。

2 新疆精梳落棉的性能

紡紗廠面臨嚴峻的質量挑戰,例如異纖污染、經紗斷頭等難題。高品質精梳棉紗在紡紗加工過程中都會經過異纖設備,因此精梳落棉含異纖少,紡紗產品可以滿足紗線質量對紗線異纖的要求。據有關數據,細絨棉精梳落棉中纖維的長度通常較短(18～22 mm),長絨棉精梳落棉纖維長度通常在23～25 mm。收集測試和引用數據[5]見表1。分析可以看出:長絨棉精梳落棉馬克隆值、斷裂比強度指標優于細絨棉,其他纖維性能指標較差;長絨棉精梳落棉性能指標接近或優于細絨棉精梳落棉。在精梳落棉紡紗時,由于其纖維長度短、整齊度差、短纖維的比例高及紡紗一致性系數小,因此造成在紡紗過程中使用精梳落棉紡紗的比例較低。

表1 棉花指標數據

3 精梳落棉的適紡性

劉允光研究認為精梳落棉率的增加幅度對成紗質量的影響也有臨界點,這說明過度強調精梳落棉的去除并不會顯著改善短纖含量,反而會因為去除更多的纖維導致生產成本上升。烏斯特公報2013版上半部平均長度統計范圍為25～40 mm,25 mm SCI 5%的水平為120,SCI 95%的水平為88,短絨棉精梳落棉測試紡紗一致性指數為35～41,長絨棉精梳落棉測試紡紗一致性指數為55～63,也就是說即使使用長絨棉精梳落棉,纖維長度和整齊度仍然無法滿足環錠紡正常紡紗條件。

3.1 紡紗方法的適紡性

近年來,生態紡織品成為人們關注的焦點之一,越來越多的學者開始關注精梳落棉的紡紗性能,開始借助新型紡紗技術,探索高比例運用精梳落棉纖維紡紗,尋求拓寬精梳落棉紗的應用領域[6]。

3.1.1 轉杯紡

張圣忠等在精梳落棉原料上,將其分成三大類:纖維長度大于20 mm、纖維長度在16～20 mm、纖維長度小于16 mm 分別紡制轉杯18.5、28 tex和一般質量轉杯產品,并成功用大于20 mm 的精梳落棉紡制了18.5 tex細特轉杯紡紗。趙媛媛以低成本的長絨棉精梳落棉為原料,在DS60半自動轉杯紡紗機上紡制了14.6 tex紗。

3.1.2 集聚紡紗技術

在全世界紡紗總量中,環錠紗在紡紗生產中占最大比例,也是現代紡紗中最重要的一種紡紗形式[7]。細紗工序采取集聚紡技術,使得牽伸后松散的須條獲得較好的集中,纖維相互間集聚程度提高?？涤衿嫉扔?0%的長絨棉精梳落棉與70%的細絨棉進行14.6 tex的緊密紡紡紗試驗,實現了低配棉紡高品質紗的目標。

3.2 紡紗品種的適紡性

3.2.1 精梳落棉純紡的局限性

當前,對純棉精梳落棉的利用通常依托轉杯紡技術將其紡制成中粗特紗,紡紗細度范圍在58.3～29.2 tex之間。如果采用100%純精梳落棉紡制19.4 tex及以下的紗時,由于纖維整體性能較差,紡紗過程中容易出現斷頭現象,導致紡紗效率低[8],所紡紗線的質量不穩定,產品附加值低。

3.2.2 純棉混紡的可行性分析

一是最優化選擇和使用精梳落棉,將精梳落棉與普通棉纖維混合紡紗。一般多采用在配棉工序進行混合,使用比例較低,一般不超過5%,由于精梳落棉與棉纖維的纖維長度、彎鉤纖維數量、含雜的比例各不相同,紡紗各工藝設計需要考慮成紗穩定性。二是新型紡紗技術的選用[9]。為提高纖維紡紗的適應性,依據精梳落棉纖維性能的差異、原棉性能差異,分別制定工藝流程,例如江蘇恒力化纖股份有限公司等[8]將棉、精梳落分別紡制成粗紗,在細紗機上分別牽伸后集聚加捻紡制棉、精梳落棉紗,研究結果表明,精梳落棉比例利用率可達20%,棉紗的細度可以達到19.4～14.6 tex。三是用部分長絨棉精梳落棉代替細絨棉,康玉萍等[7]紡制了細絨棉/長絨棉精梳落棉70/30 14.6 tex混紡紗,研究得出混紡紗與純細絨棉指標接近,長絨棉精梳落棉可以部分代替細絨棉進行紡紗。為環錠紡開發中特棉紗和高比例利用精梳落棉提供了思路,是棉紡企業降低成本的新路徑。

3.2.3 純棉混紡的局限性分析

一是借助工藝優化手段精梳落棉利用率較低;二是精梳棉粗紗的牽伸由2套牽伸機構分別進行獨立牽伸后匯合集聚成紗,紡紗機構復雜,且由于混紡比例是根據2個粗紗定量控制,如混合比例差異大,則會出現粗紗定量差異大,賽絡紡紗時等腰三角不穩定,定量輕的一根須條,容易被吸走,因此無法適應賽絡紡紡紗要求;三是利用部分長絨棉精梳落棉代替細絨棉比例還較低,成紗質量無法達到細絨棉紡紗質量。

3.3 紡紗工藝的適紡性

有研究表明:粗紗、細紗牽伸機構不能控制10 mm及以下長度的纖維,短纖維數量愈多,牽伸附加的不勻率成紗CV%就愈大[10]。紡制純棉精梳落棉紗時,由于纖維長度較短,精梳落棉的紡紗一致性較差,細絨棉與長絨棉纖維之間、細絨棉與長絨棉精梳落率之間性能均存在差異,因此要根據纖維性能,分別設計梳理和牽伸工藝。通過合理設計工藝流程,在前紡工序分別紡制粗紗,根據纖維特點分別設計梳理、牽伸及加捻工藝,提高纖維的適應性。盡管有技術表明:運用環錠紡新型紡紗技術,將精梳落棉和精梳棉粗紗在環錠細紗工序,分別喂入不同的牽伸裝置進行牽伸,進入集聚紡紗系統,保證了細紗牽伸的合理性和牽伸后纖維的集聚效果,由于短纖維也向紗線中心緊密集聚,進一步擴大了原料適用范圍,確保了中低特紡紗質量的穩定性。

4 結束語

棉紡企業瞄準綠色發展趨勢,準確定位紡紗方式,才能打造現代紡織綠色發展產業鏈。通過分析精梳落棉性能差異,在環錠紡領域研究其適應性,探索新的紡紗品種。今后可依據精梳落棉的性能特點,有針對性地開發成套紡紗設備,滿足高比例使用精梳落棉的需求;基于目前精梳落棉使用2套牽伸機構紡紗機構復雜的特征,將牽伸機構進一步優化,開發新的紡紗設備,滿足賽絡紡等新技術的需求;針對當前長絨棉精梳落棉代替細絨棉存在的強力、毛羽和條干無法達到細絨棉紡紗質量的弊端,配合使用三維(3D)集聚效果的集聚紡紗裝置,提升集聚效果,改善紡紗質量;考慮到精梳落棉紗固有的棉結多特性,可開發結子紗,形成獨有的風格。只有全方位高效利用棉花資源,提升精梳落棉在紡紗中的使用比例和拓展紡紗品種,才能實現棉花資源集約化、廢物資源化、低碳化。