生物質(zhì)石墨烯改性粘膠混紡紗的開發(fā)

侯芝富 郭俊霞 趙秀云 孟祥華

(山東超越紡織有限公司，山東聊城，252800)

石墨烯是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅(jiān)硬、具有最強(qiáng)導(dǎo)電性的納米新材料。自2004年在英國曼徹斯特大學(xué)實(shí)驗(yàn)室被正式制備以來，受到全世界關(guān)注，被譽(yù)為“新材料之王”。生物質(zhì)石墨烯是利用航天技術(shù)，從玉米芯纖維素中研制出來的新材料，屬全球首創(chuàng)。生物質(zhì)石墨烯改性纖維具有獨(dú)特的人體可激發(fā)的遠(yuǎn)紅外、抗菌抑菌、預(yù)防螨蟲、防靜電、防紫外線、吸濕快干、調(diào)節(jié)人體微循環(huán)、促進(jìn)深度睡眠等功能性[1-4]。石墨烯纖維可分為以粘膠、錦綸、氨綸、滌綸等纖維為載體的石墨烯改性纖維種類。生物質(zhì)石墨烯改性纖維以粘膠為載體，其紡制品用于醫(yī)藥用品、運(yùn)動服飾、羽絨服、睡袋、棉被、床墊、靠枕、枕芯、披肩等高端紡織品。我公司近年來先后開發(fā)生產(chǎn)了生物質(zhì)石墨烯與莫代爾、腈綸、粘膠、精梳棉等纖維，組成的多組分不同混紡比例、不同號數(shù)的石墨烯混紡紗品種。本文以生物質(zhì)石墨烯改性粘膠/莫代爾/腈綸40/30/30 11.8 tex賽絡(luò)集聚紡品種為例，對生物質(zhì)石墨烯改性粘膠混紡紗的產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)做簡要介紹。

1 原料的選用

2.5%生物質(zhì)石墨烯改性粘膠纖維(以下簡稱石墨烯纖維)規(guī)格1.33 dtex×38 mm，黑色，干態(tài)斷裂強(qiáng)度2.5 cN/dtex，干態(tài)斷裂伸長率20.4%，白度4.5%，體積比電阻5.58×107Ω·cm，回潮率12.41%。Dralon腈綸規(guī)格1.3 dtex×40 mm，有光，干態(tài)斷裂強(qiáng)度2.6 cN/dtex，干態(tài)斷裂伸長率27%，體積比電阻1.55×106Ω·cm，回潮率2.10%。蘭精莫代爾1.30 dtex×39 mm，干態(tài)斷裂強(qiáng)度3.5 cN/dtex，干態(tài)斷裂伸長率14%，體積比電阻3.3×107Ω·cm，回潮率10.52%。

2 紡紗工藝流程

石墨烯纖維為有色纖維，為確保石墨烯混紡紗的各原料成分混和均勻，三種紡紗原料采取包混+條混相結(jié)合的混和方式。由于石墨烯纖維與莫代爾兩種原料開松程度接近，腈綸較為蓬松，故先將石墨烯纖維與莫代爾兩種原料進(jìn)行包混，二次成卷后，再到并條工序與腈綸進(jìn)行并合。

3 主要工藝參數(shù)配置及生產(chǎn)管理措施

3.1 清棉工序

將石墨烯纖維、莫代爾纖維、腈綸三種原料包，在預(yù)開松室內(nèi)剪掉打包帶，放置24 h以上，平衡適應(yīng)車間內(nèi)溫濕度環(huán)境。由于莫代爾纖維回潮偏小，為防止莫代爾纖維在加工過程中脆斷損傷，需給濕處理，使其接近公定回潮要求。

石墨烯纖維、莫代爾纖維原料上棉臺時(shí)，嚴(yán)格按上包圖放置，排包均勻，密度一致，削高填平，保證抓取一致，避免因混和不均勻，出現(xiàn)色差及布面橫檔疵品[5]。為確保石墨烯纖維、莫代爾纖維原料充分混和，在清棉工序需二次成卷。石墨烯纖維、莫代爾纖維、腈綸3種原料均屬化學(xué)纖維，無雜質(zhì)，僅有少量硬絲、并絲及超長纖維等疵點(diǎn)。根據(jù)原料的性能，在清棉工序貫徹“多梳少打，多回收少排除，以梳代打”的工藝原則。腈綸較為蓬松，為防止黏卷，便于梳棉工序棉卷喂入順利退繞，在成卷時(shí)用同品種的粗紗做隔離，同時(shí)成卷羅拉用加溫棒加溫，使棉卷密度加大成形良好。FA002A型抓棉機(jī)的抓棉小車每運(yùn)行一周下降3 mm，小車的運(yùn)行速度2.0 r/min，梳針打手速度石墨烯纖維、莫代爾纖維為446 r/min，腈綸為525 r/min， A076A型綜合打手速度920 r/min，成卷羅拉速度11 r/min。棉卷質(zhì)量指標(biāo)要求如下。

棉卷品種 石墨烯+莫代爾 腈綸

棉卷長度/m 27 27

棉卷濕重/g·m-1405 403

伸長率/% 2.63 1.44

每米重量不勻率/% 1.0 0.9

3.2 梳棉工序

由于化纖類原料纖維長，整齊度好，不含雜，梳棉工序應(yīng)以梳理為主，使纖維單根化，并最大限度降低纖維的損傷。錫林速度稍高可以減輕針面的負(fù)荷，增強(qiáng)分梳，其速度設(shè)置為330 r/min。刺輥速度降低有利于纖維轉(zhuǎn)移，其速度設(shè)置為石墨烯莫代爾780 r/min，腈綸850 r/min。由于原料含雜少，可降低蓋板速度，控制在88.4 mm/min。道夫速度稍低，有利于改善棉網(wǎng)質(zhì)量，其速度設(shè)置為22 r/min。為使纖維充分梳理，錫林與活動蓋板的五點(diǎn)隔距為0.18 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.18 mm。

提高棉網(wǎng)清晰度和纖維伸直度，預(yù)防石墨烯纖維混紡紗形成的黑星有害紗疵[6]。道夫、錫林、蓋板、刺輥針布使用要結(jié)合更換周期，加強(qiáng)對針布鋒銳度檢查，發(fā)現(xiàn)齒尖磨損超限或損壞，應(yīng)及時(shí)更換針布，確保針布良好狀態(tài)和梳理效果。依據(jù)原料規(guī)格，配置適宜的針布型號。原料纖維細(xì)度越細(xì)，為使纖維充分梳理，要選用矮、薄、密、光、硬的新型針布。蓋板針布型號采用TPT-52型，道夫針布型號采用AD4030×01870型，錫林針布型號采用AC2030×01740型。嚴(yán)格控制A1疵點(diǎn)，對梳棉機(jī)逐臺做好跟蹤試驗(yàn)，重點(diǎn)檢查道夫和刺輥部分，將A1疵點(diǎn)控制在十萬米100個(gè)以內(nèi)。保持機(jī)臺清潔，嚴(yán)防掛花帶入棉網(wǎng)產(chǎn)生疵點(diǎn)。提高濾塵效果，減少短絨堆積現(xiàn)象，各部吸風(fēng)管道保持暢通，不掛花，以免影響棉網(wǎng)質(zhì)量。尤其棉網(wǎng)清潔器部位，擋車工必須隨時(shí)做好清潔，一旦棉網(wǎng)清潔器堵塞，就會使棉網(wǎng)產(chǎn)生大量棉結(jié)，嚴(yán)重危害生條質(zhì)量。生條質(zhì)量指標(biāo)要求如下。

棉卷品種 石墨烯+莫代爾 腈綸

濕定量/g·(5 m)-118.8 19.0

結(jié)雜/粒·g-14 4

棉網(wǎng)等級/級 1 1

重量不勻率/% <3.5 <3.5

3.3 并條工序

為了進(jìn)一步降低生條重量不勻率，使石墨烯纖維莫代爾纖維混和條與腈綸混和充分，并促使混紡比例準(zhǔn)確，在進(jìn)行條混前，先將石墨烯莫代爾生條進(jìn)行預(yù)并處理[7]。由于石墨烯纖維混紡紗中纖維特性不同，為保持混紡紗中各種纖維在紗線結(jié)構(gòu)中分布一致，要求在一混條子喂入時(shí)固定各根條子位置，保證布面風(fēng)格均勻一致。為預(yù)防和控制紗線黑星產(chǎn)生，適當(dāng)降低工藝速度，及時(shí)清除紗線通道部分的棉蠟，保持纖維在牽伸過程中處于伸直狀態(tài)，減少纖維彎鉤現(xiàn)象，保持纖維平直紗條光滑。加強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)操作管理，做好半成品防護(hù)工作，不允許出現(xiàn)高條和毛亂條。儲備條保持蓋好防護(hù)罩，防止飛花附入，并杜絕與其他半成品之間黏附造成的混纖現(xiàn)象。并條工序工藝參數(shù)配置見表1。其中，各道羅拉隔距均為11 mm×10 mm×20 mm。

表1成紗質(zhì)量指標(biāo)測試結(jié)果

并條道數(shù)濕定量/g·(5 m)-1后區(qū)牽伸/倍并合根數(shù)/根出條速度/m·min-1預(yù)并一并二并三并18.417.016.316.01.821.861.591.5965預(yù)+2A66170182185180

3.4 粗紗工序

粗紗工序采用“較低車速，大隔距，重加壓，大捻系數(shù)，小后區(qū)牽伸”的工藝原則。由于該品種為賽絡(luò)集聚紡品種，粗紗定量在滿足細(xì)紗上機(jī)要求的前提下按最大設(shè)計(jì)。生產(chǎn)過程中要控制好粗紗張力，減少大小紗之間的張力差異。石墨烯纖維為黑色纖維，做好隔離防護(hù)工作，嚴(yán)防半成品碰撞及纖維飄浮，造成混纖現(xiàn)象。石墨烯纖維混紡紗機(jī)臺與相鄰品種機(jī)臺之間，用高密度尼龍網(wǎng)做好嚴(yán)密隔離墻棚。運(yùn)輸粗紗的車輛及盛放儲備粗紗的容器，做好指定石墨烯品種專用標(biāo)識，做到專車專用，嚴(yán)防與運(yùn)輸其他品種的車輛容器混用混放。粗紗工序工藝參數(shù)配置：濕定量3.6 g/10 m，后區(qū)牽伸1.18倍，捻系數(shù)80.1，羅拉隔距27 mm×39 mm，錠速750 r/min。

3.5 細(xì)紗工序

加強(qiáng)賽絡(luò)集聚紡集聚區(qū)的管理，保持集聚區(qū)的兩根紗條清晰穩(wěn)定[8]。一旦出現(xiàn)紗條模糊、抖動或變?yōu)閱胃殫l時(shí)，會嚴(yán)重影響質(zhì)量，造成疙瘩紗，棉結(jié)粗節(jié)增多，毛羽增多，強(qiáng)力降低。應(yīng)檢查喇叭口是否偏位，搖架壓力是否偏小，搖架螺絲是否松動，負(fù)壓管接頭是否脫落漏風(fēng)，異形管蓋板吸風(fēng)槽是否掛花堵塞，張力勾部分是否纏花，網(wǎng)格圈是否破損，傳動齒輪是否積花缺齒等問題。由于細(xì)紗總牽伸達(dá)61倍，我們采用大牽伸工藝，使用雙壓力棒上銷。賽絡(luò)集聚紡毛羽少，結(jié)構(gòu)緊密，鋼絲圈在運(yùn)行過程中阻力大，必須配置與之相適應(yīng)的鋼領(lǐng)鋼絲圈。采用PG1 4054 GC型高精軸承鋼精拋鍍鉻鋼領(lǐng)，布雷克 C1ULudr型10/0#鋼絲圈，hd68型上膠圈規(guī)格37 mm×28 mm×0.9 mm，下膠圈規(guī)格80 mm×30 mm×1 mm，868型鋁襯膠輥規(guī)格19 mm×31 mm×28 mm。由于賽絡(luò)集聚紡無導(dǎo)紗動程，膠輥膠圈易產(chǎn)生中凹現(xiàn)象，為使膠輥膠圈表面對纖維有足夠的握持力，且不發(fā)生纏繞現(xiàn)象，膠圈更換周期為3個(gè)月，前二膠輥復(fù)磨周期為2個(gè)月，前一及后膠輥復(fù)磨周期為6個(gè)月。石墨烯纖維混紡紗為黑灰色紗線，石墨烯纖維比例越大顏色越深，細(xì)紗斷頭后，不易辨認(rèn)，需加強(qiáng)燈光亮度，提高光照度，方便擋車工及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷頭。長期生產(chǎn)石墨烯纖維混紡紗，膠輥膠圈表面會有著色變黑現(xiàn)象，更換品種時(shí)膠輥膠圈需做調(diào)換清洗或復(fù)磨處理。細(xì)紗工序工藝參數(shù)配置：總牽伸61倍，后區(qū)牽伸1.18倍，捻系數(shù)361，羅拉隔距20 mm×50 mm，前羅拉速度150 r/min，隔距塊2.2 mm[9]。成紗質(zhì)量指標(biāo)：條干CV11.78%，細(xì)節(jié)1個(gè)/km，粗節(jié)11個(gè)/km，棉結(jié)23個(gè)/km，毛羽H值2.39，斷裂強(qiáng)度13.9 cN/tex。

3.6 絡(luò)筒工序

絡(luò)筒工序的主要任務(wù)是清除紗疵，減少外觀疵點(diǎn)，生產(chǎn)成形良好的筒紗。電子清紗工藝參數(shù)要設(shè)定合理，擋車工要加強(qiáng)責(zé)任心，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，不合格的半成品不準(zhǔn)流入下道工序，不合格的產(chǎn)成品不準(zhǔn)出廠[10]。為預(yù)防石墨烯纖維混紡紗黑星產(chǎn)生，絡(luò)筒速度要合理，一般設(shè)置1 100 m/min。QPRO-60型自動絡(luò)筒機(jī)配備烏斯特QUANTUM3型電子清紗器，由于石墨烯纖維混紡紗為有色紗線，須關(guān)閉電清FD異纖清紗極限工藝參數(shù)設(shè)置，方可正常生產(chǎn)。品種翻改、調(diào)整組設(shè)置時(shí)必須在停車狀態(tài)進(jìn)行，不然會產(chǎn)生誤切或漏切，且槽筒在高速狀態(tài)下改紡，還會損傷設(shè)備。由于電子清紗器智能識別紗體，且剔除紗疵是在基紗平均值的基礎(chǔ)上，按百分比折算清紗基準(zhǔn)，故生產(chǎn)品種分組設(shè)置不得少于10錠一組，分組錠數(shù)越多清紗越徹底，尤其在品種翻改上下機(jī)期間，更應(yīng)注意分組狀態(tài)，以免受紗體清紗基準(zhǔn)波動，影響石墨烯纖維混紡紗線質(zhì)量。應(yīng)用細(xì)紗錠位掃描儀和內(nèi)含芯片的專用紗管，定期排查質(zhì)量報(bào)警的落后錠子，并及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量追蹤和整改，消滅落后錠子，降低錠間CVb質(zhì)量差異，保持成紗質(zhì)量穩(wěn)定一致。電子清紗器主要工藝參數(shù)：NSL1 240%×0.5 cm，NSL2 150%×1.6 cm，NSL3 85%×3.8 cm，NSL4 55%×9.0 cm，NSL5 28%×30.0 cm，NSL6 17%×160.0 cm，T1 -38%×5.5 cm，T2 -25%×23.0 cm，T3 -16%×110.0 cm，PF靈敏度30%，PF周期個(gè)數(shù)30，U 60%。

4 結(jié)束語

生物質(zhì)石墨烯改性粘膠混紡紗既屬于功能性纖維紗線，又屬于色紡紗線，其原料價(jià)格昂貴，制作的石墨烯產(chǎn)品為高端高檔高品質(zhì)產(chǎn)品，在紡紗過程一定要保證成紗質(zhì)量，尤其杜絕出現(xiàn)黑星、色差和布面橫檔質(zhì)量問題。生物質(zhì)石墨烯纖維為黑色纖維，原料進(jìn)車間后要加強(qiáng)管理控制，各工序做好嚴(yán)密隔離防護(hù)工作，做到車輛容器專車專用，按指定區(qū)域生產(chǎn)或放置，半成品運(yùn)輸走專用運(yùn)輸通道，嚴(yán)防造成混纖和污染其他紗線品種。緊緊圍繞影響石墨烯纖維混紡紗線質(zhì)量的控制重點(diǎn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，合理控制車速，優(yōu)選紡紗器材，保持設(shè)備良好運(yùn)行狀態(tài)，加強(qiáng)運(yùn)轉(zhuǎn)操作管理，強(qiáng)化員工質(zhì)量意識，做好質(zhì)量在線檢測和離線檢測，及時(shí)消除產(chǎn)品質(zhì)量波動，就能有效控制生物質(zhì)石墨烯纖維混紡紗的優(yōu)良品質(zhì)。