石墨烯改性錦綸混紡花式紗的設(shè)計(jì)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(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南通，226001）

石墨烯改性錦綸是用石墨烯對(duì)錦綸進(jìn)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(xué)、熱學(xué)性能，又具有錦綸質(zhì)輕柔軟、高強(qiáng)耐磨、回彈性好等特點(diǎn)，而且對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等病菌具有優(yōu)異的物理抗菌性，以及石墨烯所散發(fā)的遠(yuǎn)紅外光波波長(zhǎng)能改善血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，對(duì)人體有保健作用。因此，近年來(lái)在功能性紡織品上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用［1-2］。

由于石墨烯改性錦綸呈現(xiàn)灰黑色，這種特定的色彩制約其在紡織市場(chǎng)的應(yīng)用。本研究采用石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲進(jìn)行紗線設(shè)計(jì)，所紡制的花式紗線通過多種纖維混紡可進(jìn)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(yè)進(jìn)行石墨烯改性纖維產(chǎn)品開發(fā)提供設(shè)計(jì)思路。

1 原料選擇

石墨烯改性錦綸規(guī)格為155.56 dtex/48 F FDY 長(zhǎng)絲，顏色為灰黑色，質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)級(jí)，光澤亮麗，由南通強(qiáng)生石墨烯新材料科技有限公司提供；粘膠纖維規(guī)格為1.56 dtex×38 mm，顏色分別為黃色、黑色，質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)級(jí)，由宜賓絲麗雅集團(tuán)有限公司提供；滌綸規(guī)格為1.56 dtex×38 mm，顏色分別為藍(lán)色、咖啡色，質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)級(jí)，由午和（江蘇）差別化纖維有限公司提供。

2 紗線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 集聚賽絡(luò)菲爾紡紗

集聚賽絡(luò)菲爾紡是采用集聚紡與普通賽絡(luò)菲爾紡兩種紡紗技術(shù)結(jié)合在一起形成的一種復(fù)合紡紗技術(shù)，采用這種紡紗技術(shù)紡制集聚賽絡(luò)菲爾紗中的長(zhǎng)絲與短纖紗界限分明。集聚賽絡(luò)菲爾紗在紗線條干、毛羽、強(qiáng)度等方面優(yōu)于普通賽絡(luò)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(zhǎng)絲織物的風(fēng)格相近［3-4］。

2.2 翻轉(zhuǎn)段彩紗

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

2.3 賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗的設(shè)計(jì)

賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗是在紡紗過程中通過集聚紡、賽絡(luò)菲爾紡、雙通道紡紗等多種方法的復(fù)合，形成一種具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的段彩紗。在細(xì)紗機(jī)的中、后羅拉上進(jìn)行兩根窄膠圈的雙通道牽伸機(jī)構(gòu)改造，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩根粗紗的獨(dú)立控制；在前羅拉處進(jìn)行四羅拉式集聚紡改造，安裝輸出羅拉、輸出膠輥、異形管、網(wǎng)格圈，異形管采用集聚槽；加裝化纖長(zhǎng)絲喂給裝置，搖架上安裝導(dǎo)絲輪。當(dāng)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(zhuǎn)段彩紗，在輸出羅拉加捻三角區(qū)處與長(zhǎng)絲復(fù)合加捻形成賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗。

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

3 石墨烯改性錦綸混紡花式紗的設(shè)計(jì)

石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲不但具有較好的遠(yuǎn)紅外、抗菌、防紫外、防靜電等性能，而且以石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲制成的面料還具有觸感涼爽、手感絲滑的特點(diǎn)，主要用于襪類、內(nèi)衣以及T 恤產(chǎn)品等針織面料的生產(chǎn)［10-11］。本研究采用石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲與翻轉(zhuǎn)段彩紗復(fù)合，生產(chǎn)賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗，兼具長(zhǎng)絲與短纖紗兩種風(fēng)格，有利于拓寬石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲的應(yīng)用范圍。同時(shí)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(zhuǎn)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(xì)紗機(jī)紡制出色彩多變的翻轉(zhuǎn)段彩紗，在集聚紡輸出羅拉三角區(qū)與石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲匯合制成賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗。其中，藍(lán)色滌綸與黃色粘膠按照65∶35 的比例進(jìn)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(jìn)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(zhǎng)絲纏繞在翻轉(zhuǎn)段彩紗表面，形成灰綠相間、層次豐富、風(fēng)格獨(dú)特的賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗，如圖1 所示。

圖1 賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗

由于本次紗線產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用5 種色彩的纖維進(jìn)行混紡、組合設(shè)計(jì)，模擬森林中多種色彩、光線的變化，以此制成的機(jī)織面料呈現(xiàn)出森林中斑駁陸離的效果，紗線設(shè)計(jì)意象如圖2 所示。

圖2 紗線設(shè)計(jì)意象

4 紡紗要點(diǎn)

（1）采用小型清梳聯(lián)紡紗系統(tǒng)，主要由DSOp-02 型小樣開松機(jī)、DSFe-01 型自動(dòng)喂棉機(jī)和DSCa-11A 型數(shù)字式小樣梳棉機(jī)組成。其中藍(lán)色滌綸與黃色粘膠經(jīng)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(lián)機(jī)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(shù)字式小樣并條機(jī)經(jīng)過兩道并條并合，并合根數(shù)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(shù)字式小樣粗紗機(jī)上生產(chǎn)，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(shù)設(shè)計(jì)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(dòng)多功能數(shù)控細(xì)紗小樣機(jī)上生產(chǎn)，該細(xì)紗機(jī)配置四羅拉式集聚紡、雙通道紡紗裝置以及上下兩層長(zhǎng)絲喂入系統(tǒng)，搖架上安裝了導(dǎo)絲輪，滿足了本次紗線生產(chǎn)的技術(shù)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(jīng)過兩個(gè)相互獨(dú)立的膠圈牽伸區(qū)喂入前羅拉，再進(jìn)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(cè)須條率先被集聚槽集聚，左側(cè)須條在網(wǎng)格圈的轉(zhuǎn)動(dòng)以及集聚槽氣流的共同作用下，在集聚槽的前半部與右側(cè)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(zhuǎn)段彩紗。由于A、B 兩根粗紗基本都是單區(qū)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(zhǎng)絲與翻轉(zhuǎn)段彩紗保持5 mm～7 mm 的間距，使得翻轉(zhuǎn)段彩紗獲得較好的預(yù)加捻效果。石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲與翻轉(zhuǎn)段彩紗由輸出羅拉輸出，經(jīng)匯合、加捻形成一根賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗。

細(xì)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(shè)計(jì)：主紗A、B紗段長(zhǎng)度200 mm，段彩A、B 紗段長(zhǎng)度50 mm。

5 性能測(cè)試

經(jīng)實(shí)測(cè)，本次研發(fā)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(zhì)量指標(biāo)：線密度偏差1.7%，百米重量CV3.0%，單紗斷裂強(qiáng)度21.05 cN/tex，單紗斷裂伸長(zhǎng)率14.6%，單紗強(qiáng)力CV9.7%，3 mm 毛羽3.11 根/m，捻度CV5.7%。由測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，該花式紗具有較高的單紗斷裂強(qiáng)度，3 mm 毛羽數(shù)較少，紗線光潔。

為了對(duì)本次研發(fā)的石墨烯改性錦綸混紡花式紗的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，設(shè)計(jì)并試織了機(jī)織面料，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)功能性測(cè)試。本設(shè)計(jì)機(jī)織物樣品采用一上一下平紋組織，經(jīng)密300 根/10 cm，緯密215 根/10 cm，織物樣品幅寬30 cm。依據(jù)GB/T 4802.1—2008《紡織品織物起毛起球性能的測(cè)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(píng)定》對(duì)織物表面起毛起球性能和防紫外線性能進(jìn)行測(cè)定?？椢锏臒釢?、保暖等性能參照FZ/T 73022—2019《針織保暖內(nèi)衣》和 FZ/T 73051—2015《熱濕性能針織內(nèi)衣》進(jìn)行測(cè)定。具體測(cè)試結(jié)果：織物抗起毛起球性能5 級(jí)，織物紫外線防護(hù)系數(shù)（UPF）99.95，織物透氣率273.65 mm/s，織物熱阻0.016 88 m·2K/W。從測(cè)試指標(biāo)上看，本次研發(fā)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(dá)到5 級(jí)，UPF值也大于50，具有良好的防紫外性能。

6 結(jié)語(yǔ)

本研究采用石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲與翻轉(zhuǎn)段彩紗復(fù)合，生產(chǎn)賽絡(luò)菲爾紡翻轉(zhuǎn)段彩紗，兼具長(zhǎng)絲與短纖紗兩種風(fēng)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(zhuǎn)段彩紗，第二次采用翻轉(zhuǎn)段彩紗與石墨烯改性錦綸長(zhǎng)絲并合，再加捻形成這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的花式紗。

通過對(duì)石墨烯改性錦綸混紡花式紗質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)試，表明研發(fā)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(qiáng)度，3 mm 毛羽數(shù)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(shí)尚化、花式紗線的功能化提供了產(chǎn)品開發(fā)思路。