石墨烯改性粘膠混紡紗的開發(fā)

蔣建清 章水龍 楊新勇 徐麗桃 章友鶴

(1.浙江春江輕紡集團有限責任公司，浙江杭州，311407；2.浙江省新型紡織品研發(fā)重點實驗室，浙江杭州，310009)

石墨烯是目前世界上最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性最好的新型納米材料[1-2]。其優(yōu)異的性能使其在高性能儲能、生物、智能、電子、復(fù)合材料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3]。由于石墨烯改性纖維還處于開發(fā)階段，其加工工藝有待進一步完善，且石墨烯片層之間較強的作用力，使石墨烯材料分散性能較差，導(dǎo)致石墨烯纖維的韌性差，發(fā)脆，紡紗過程中容易損傷斷裂，加上石墨烯纖維表面摩擦因數(shù)小、卷曲度低、抱合力小、可紡性差[4]，影響了石墨烯纖維的開發(fā)利用。因此，通過對石墨烯纖維性能特點的研究，探索石墨烯纖維的紡紗技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，改善石墨烯纖維的可紡性，拓展石墨烯纖維的應(yīng)用范圍，擴大石墨烯紡織品的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，對企業(yè)乃至整個紡織業(yè)都具有重要的意義。本文就石墨烯改性粘膠/滌綸50/50 18.5 tex紗線開發(fā)中的相關(guān)技術(shù)作分析探討。

1 石墨烯改性粘膠混紡紗的工藝優(yōu)化

由于石墨烯改性纖維的可紡性差，用石墨烯改性粘膠單種原料紡紗困難較大，不易成網(wǎng)成條。滌綸是目前合成纖維中用量最大的品種，可紡性能優(yōu)良，纖維的強力較高，可彌補石墨烯改性粘膠纖維可紡性差、強力不足的弱點，且兩種纖維均為化學纖維，具有雜質(zhì)疵點少、長度與整齊度相近的特點，可直接采用包混和合適的紡化纖清梳工藝生產(chǎn)，故采用石墨烯改性粘膠與滌綸混紡，混紡比例為50/50。兩種纖維的實測技術(shù)數(shù)據(jù)如下。

原料 滌綸 石墨烯改性粘膠

細度/dtex 1.34 1.70

長度/mm 38.7 37.3

斷裂強力/cN 8.18 4.07

斷裂強度

/cN·dtex-16.13 2.49

回潮率/% 0.56 7.27

斷裂伸長率/% 26.01 14.49

卷曲度

/個·(25.4 mm)-111.15 5.7

1.1 紡紗工藝流程

1.2 石墨烯改性粘膠預(yù)處理

針對石墨烯改性粘膠纖維較蓬松，表面摩擦因數(shù)小，纖維間抱合力弱，且干燥較快，可紡性欠佳的問題，在投入開清棉工序前，需對石墨烯改性粘膠進行預(yù)處理，以增強纖維的摩擦力和抱合力。用0.5%比例的CA-2880型油劑加水的混合液，按原料重量的5%的用量，均勻噴灑在松散的原料上，再用薄膜覆蓋堆倉處理24 h，使油劑的混合液滲透到纖維內(nèi)部。通過預(yù)處理的石墨烯改性粘膠，纖維間的摩擦力與抱合力顯著增強，使開清棉的成卷質(zhì)量得以改善，從而在梳棉工序能使纖維得到良好的梳理與轉(zhuǎn)移，杜絕了塌邊破網(wǎng)等現(xiàn)象產(chǎn)生，使生產(chǎn)順利進行。

1.3 清梳工序

開清棉工序。根據(jù)兩種原料長度整齊度好、含雜質(zhì)疵點少的特性，采用短流程工藝處理，并遵循“勤抓少抓，多送輕打，充分混和”的工藝原則。為提高抓棉機小車的運轉(zhuǎn)效率，減少纖維塊重量，提高混和均勻性，采取減少抓棉小車下降高度和刀片伸出肋條的距離，并適當降低開清棉工序主要打手速度，以減少對纖維的損傷。抓棉機打手速度740 r/min，開棉機打手速度480 r/min，成卷機打手速度920 r/min。

梳棉工序。采取“梳理為主，減少打擊，小隔距，慢速度，快轉(zhuǎn)移”的工藝設(shè)計。設(shè)置較小的刺輥和錫林隔距(0.18 mm)，提高錫林和刺輥線速比至2.0以上，以利于纖維由刺輥快速向錫林轉(zhuǎn)移，設(shè)計較小的錫林和蓋板隔距(0.20 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.18 mm)以提高紡紗梳理度，錫林與道夫間小隔距(0.10 mm)有利于纖維的剝離轉(zhuǎn)移，避免重復(fù)梳理。適當降低刺輥和道夫速度等(刺輥速度733 r/min，錫林速度330 r/min，道夫速度18.6 r/min)以減少纖維損傷，提高棉網(wǎng)清晰度，降低棉結(jié)。

1.4 并粗工序

并條工序采用“大隔距，低速度，輕定量”的工藝設(shè)計。為改善長片段條干均勻度，采用三道混并工藝，在末道并條機上使用帶自調(diào)勻整的HSR1000型并條機?？紤]到梳棉條中有較多的彎鉤纖維，在并條工藝中消除與減少彎鉤纖維，提高條子的伸直平行度，可以減少后道紗疵，故在頭并上采用較大后區(qū)牽伸(1.83倍)，在末并上采用較小后區(qū)牽伸(1.35倍)，同時適當降低并條輸出速度(控制在300 m/min～350 m/min)，有利于纖維在牽伸過程中位移穩(wěn)定，改善條干均勻度。此外，考慮到細紗采用賽絡(luò)紡工藝，需用雙粗紗喂入，故并條定量需偏輕設(shè)計。并條工序主要工藝參數(shù)如下。其中，頭并、二并羅拉隔距12 mm×7 mm×18 mm，末并羅拉隔距11 mm×16 mm。

項目 頭并 二并 末并

定量/g·(5 m)-121.0 20.0 19.0

總牽伸/倍 6.23 6.30 7.36

后區(qū)牽伸/倍 1.83 1.42 1.35

并合數(shù)/根 6 6 7

出條速度/m·min-1300 300 350

棉網(wǎng)張力/倍 1.121 1.121 1.076

粗紗工序采用“輕定量，慢車速，大捻度”的工藝設(shè)計。由于賽絡(luò)紡需雙粗紗喂入，其粗紗定量設(shè)計也比常規(guī)要輕50%左右。加大粗紗捻系數(shù)可以提高粗紗強力，一方面可防止條子輸送中意外牽伸帶來粗紗條干不勻，另一方面能避免粗紗在細紗工序退繞時因粗紗定量較輕被拉斷。粗紗工序主要工藝參數(shù)：粗紗定量4.0 g/10 m，總牽伸9.5倍，后區(qū)牽伸1.21倍，捻系數(shù)93.0，錠翼速度853 r/min，隔距塊5.5 mm，羅拉隔距15 mm×28 mm×40 mm。

1.5 細紗工序

細紗工序采取放大后區(qū)隔距，縮小后區(qū)牽伸，在浮游區(qū)采用新型下銷棒和小鉗口隔距的控制工藝，以改善細節(jié)，減少弱環(huán)紗。為提高對纖維的握持力，采用邵爾A75度前膠輥，確保牽伸順利，杜絕硬頭產(chǎn)生。此外，為減少紡紗斷頭，提高生產(chǎn)效率，適當降低紡紗錠速、加大捻系數(shù)、合理選配鋼領(lǐng)鋼絲圈，使生產(chǎn)運轉(zhuǎn)正常。采用賽絡(luò)紡工藝，由于有兩根粗紗喂入紡紗，不但能顯著提高成紗強力，且可使紗線表面光潔，毛羽少，耐摩擦性提高。細紗工藝設(shè)計參數(shù)：總牽伸49.83倍，后區(qū)牽伸1.21倍，錠速12 936 r/min，隔距塊3.0 mm，羅拉隔距19 mm×28 mm，捻系數(shù)344，PG1型鋼領(lǐng)，EMI型 5/0#鋼絲圈。

1.6 絡(luò)筒工序

針對石墨烯改性粘膠混紡紗的性能特點，絡(luò)筒工序適當降低絡(luò)筒速度以降低絡(luò)筒斷頭；設(shè)定合適的絡(luò)筒張力，確保筒子成形良好無重疊現(xiàn)象；發(fā)揮電子清紗器質(zhì)量把關(guān)功能，設(shè)置合理的清紗曲線，既達到有效清除各類有害紗疵，又避免不必要的清紗切割影響設(shè)備效率與制成率；在絡(luò)筒過程中，對紗線進行上蠟處理，以提高紗線光潔與潤滑度，減少紗線在后道織造工序中與機件摩擦產(chǎn)生的棉結(jié)。絡(luò)筒電清設(shè)定參數(shù)：N 280%，S 180%×1.8 cm，L 40%×20 cm，T -40%×20 cm，H1 330%×0.8 cm，H2 160%×4.0 cm，H3 140%×6.0 cm。

2 石墨烯改性粘膠混紡紗測試分析

2.1 質(zhì)量檢測

參照FZ/T 12004—2015《滌綸與粘膠纖維混紡本色紗線》，將紗線送國家紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(浙江)進行檢測，測試結(jié)果如下。

項目 實測值 一等品要求

重量偏差/% -1.5 ±2.5

重量CV/% 1.8 ≤3.0

斷裂強度/cN·tex-122.4 ≥18.0

強度CV/% 7.9 ≤12.0

條干CV/% 13.8 ≤15.0

2.2 性能測試

為了分析評價石墨烯改性粘膠混紡紗的各項性能，我們將該混紡紗織成平紋梭織面料送國家紡織服裝產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心(浙江)分別進行防靜電性能、保暖性能以及抗菌性能的檢測。

依照GB/T 12703.1—2008《紡織品靜電性能評定 第1部分：靜電壓半衰期》的規(guī)定，試樣在高壓靜電場中帶電至穩(wěn)定電壓(10 kV)，加壓30 s后斷開高壓電源，使其電壓通過接地金屬臺自然衰減，測定靜電壓衰減至一半所需的時間，半衰期測得為0.2 s，防靜電性能達到A級要求(≤2.0 s)。

根據(jù)FZ/T 73022—2012《針織保暖內(nèi)衣》的標準，面料的保暖率應(yīng)不小于30%，按照GB/T 11048—2008《紡織品生理舒適性穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測定》測得面料保暖率為29.5%，接近標準要求，產(chǎn)品具有較好的保暖性能。

根據(jù)GB 20944.3—2008《紡織品抗菌性能的評價 第3部分：振蕩法》測得面料金黃色葡萄球菌抑菌率為59.76%，大腸桿菌抑菌率為19.09%，白色念珠菌抑菌率為60.21%，產(chǎn)品具有一定的抗菌保健功能。

3 結(jié)語

由于單一石墨烯改性粘膠可紡性差，必須對其進行預(yù)處理，同時采用與滌綸混紡的方法來改善可紡性；采取兩次抓棉及短流程開清棉工藝，既確保兩種纖維充分混和與長片段混和均勻度，又減少了對纖維的打擊損傷；通過梳棉梳理工藝的優(yōu)化設(shè)置，減少了短絨的增長率，增加對棉結(jié)的去除率；采用三道并條工藝，使纖維的伸直度、平行度、分離度提高，纖維條的長、短片段不勻率改善；采取加大粗紗捻系數(shù)的設(shè)計，防止紡紗中意外牽伸帶來的條干不勻與斷頭，細紗采用賽絡(luò)紡工藝，能顯著減少成紗毛羽、提高紗線光潔度、強力和條干水平，這一系列工藝技術(shù)的實施，確保了開發(fā)的石墨烯改性粘膠混紡紗取得較好的質(zhì)量水平，產(chǎn)品經(jīng)測試，具有較好的抗菌、防靜電、保暖等功能。