1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維的生產(chǎn)工藝探討

周世川，黨 虎，謝 峰，王 琦，周振華，張 璐

(新疆中泰紡織集團(tuán)有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

粘膠纖維是以天然棉短絨、木材、竹材、甘蔗渣等富含纖維素的物質(zhì)為原料生產(chǎn)的再生纖維素纖維，其最大特點(diǎn)是與天然棉纖維的某些服用性能極為相似，具有吸濕、透氣、易染色、抗靜電和易紡等優(yōu)良性能[1]。

目前，粘膠纖維行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，生產(chǎn)的品種多數(shù)以普通短纖維為主，粘膠纖維產(chǎn)品的功能化、異形化、細(xì)旦化成為行業(yè)近年來(lái)重要的發(fā)展方向[2]。因此，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)都在產(chǎn)品的差別化、功能化上下功夫。超細(xì)旦粘膠短纖維是粘膠短纖維的差別化產(chǎn)品，其在原有長(zhǎng)度不變的情況，線密度更小，纖維更細(xì)，同時(shí)，在保持機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，手感更好，其紗線及織物更細(xì)滑柔軟，面料更輕薄，質(zhì)量更好[3-4]。

普通粘膠短纖維因結(jié)構(gòu)單一，在高檔紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用存在局限性，其紗線大都是中、低支紗，規(guī)格為45 s以下，而高支紗品種很少，如60 s以上高支紗的生產(chǎn)基本處于空白。隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步及人類生活品質(zhì)的提高，生產(chǎn)高支紗已成為粘膠短纖維行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

為進(jìn)一步優(yōu)化粘膠短纖維產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、拓展粘膠短纖維的應(yīng)用，作者采用傳統(tǒng)濕法紡絲工藝，在現(xiàn)有的普通粘膠短纖維生產(chǎn)線上，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，改變噴絲頭的規(guī)格，成功生產(chǎn)出規(guī)格為1.11 dtex×38 mm的超細(xì)旦粘膠短纖維，并在下游紡紗廠試生產(chǎn)60 s混紡高支紗，紗線質(zhì)量均符合優(yōu)等品各項(xiàng)指標(biāo)。

1 試驗(yàn)

1.1 主要原材料

闊葉漿粕：山東太陽(yáng)紙業(yè)有限公司生產(chǎn)；液堿：工業(yè)級(jí)，新疆中泰化學(xué)集團(tuán)有限生產(chǎn)；二硫化碳：工業(yè)級(jí)，新疆巴州瑞興化工有限生產(chǎn)；硫酸：工業(yè)級(jí)，新疆中泰紡織集團(tuán)生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備及儀器

噴絲頭：北京華宇創(chuàng)新鉭鈮科技有限公司制；酸堿滴定儀器：安徽美星實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司制；NDJ-8S型數(shù)字顯示旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)：淄博淄分儀器有限公司制；YG001B單纖維強(qiáng)力機(jī)：常州市中纖檢測(cè)儀器設(shè)備有限公司制。

1.3 1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維的生產(chǎn)

超細(xì)旦粘膠短纖維的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)濕法紡絲法，在現(xiàn)有的普通粘膠短纖維生產(chǎn)工藝流程和主機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行，原料漿粕經(jīng)過(guò)濾、熟成、脫泡，得到的粘膠達(dá)到紡絲要求的黏度、熟成度后，再經(jīng)紡前過(guò)濾送往紡絲機(jī)，使用特殊設(shè)計(jì)的噴絲頭，結(jié)合特殊的凝固浴組成和合理的拉伸分配，纖維在凝固浴中固化成形，最后經(jīng)切斷、精煉、烘干等后處理工序，制得超細(xì)旦粘膠短纖維。

主要生產(chǎn)工藝參數(shù)如下：粘膠黏度35～50 s、熟成度8～13 mL、甲纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.9%～9.3%、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.95%～5.45%，凝固浴硫酸濃度(123±1)g/L、硫酸鋅濃度7.0～8.0 g/L、溫度47.5～48.5 ℃，紡絲速度70 m/min，噴絲頭規(guī)格為45頭、單頭孔數(shù)2 300、孔徑0.05 mm，拉伸比58%，收縮系數(shù)79%。生產(chǎn)的超細(xì)旦粘膠短纖維規(guī)格為1.33 dtex×38 mm，生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 超細(xì)旦粘膠短纖維生產(chǎn)工藝流程
Fig.1 Flow chart of ultrafine viscose staple fiber production

1.4 分析與測(cè)試

線密度：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，從伸直的纖維束上切取一定長(zhǎng)度的纖維束，按照GB/T 14463—2008《粘膠短纖維》測(cè)試并計(jì)算[5]。

力學(xué)性能：采用YG001B單纖維強(qiáng)力機(jī)，按照GB/T 14463—2008《粘膠短纖維》測(cè)試?yán)w維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘膠質(zhì)量

(1)熟成度

粘膠的熟成度高，即粘膠老，鹽值低；熟成度低，即粘膠生，鹽值高。熟成度高、鹽值低的粘膠在酸浴中較易凝固，可紡性好。熟成度低、鹽值高、膠生的粘膠絲條凝固性能差，經(jīng)不起拉伸，易形成毛絲或斷頭。試驗(yàn)表明，粘膠的熟成度控制在8～13 mL較好。

(2)黏度

粘膠的黏度過(guò)高，氣泡不易脫盡，而且送膠壓力下降，會(huì)造成毛絲增多，易出現(xiàn)纏輥現(xiàn)象；黏度太低時(shí)成形不穩(wěn)定，絲條易斷頭，可紡性差。試驗(yàn)表明，粘膠的黏度控制在(40±5)s較好。

2.2 噴絲頭規(guī)格

生產(chǎn)超細(xì)旦粘膠短纖維，噴絲頭是關(guān)鍵，由于纖維素黃酸酯分子鏈長(zhǎng)，相對(duì)分子質(zhì)量大，分子間有較強(qiáng)的引力，粘膠進(jìn)入噴絲孔入口時(shí)受到剪切力的作用產(chǎn)生入口效應(yīng)，粘膠體積變小，所產(chǎn)生的彈性能儲(chǔ)存于粘膠中，由于粘膠在噴絲孔道中的時(shí)間非常短，內(nèi)應(yīng)力得不到完全松弛，所消耗的彈性能很少，大部分彈性能在粘膠出孔口時(shí)釋放發(fā)生回彈，產(chǎn)生孔口脹大效應(yīng)，粘膠細(xì)流比在孔道時(shí)放大2.5～3.0倍。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中必須縮小噴絲頭孔徑，纖維線密度才能變小，纖維才能更細(xì)，在原紡速及對(duì)應(yīng)產(chǎn)量不變的情況下，所匹配的噴絲頭孔數(shù)必須增多，保證紡絲盤在相應(yīng)紡絲速度下單位時(shí)間的噴膠量相等。

生產(chǎn)1.33 dtex普通粘膠短纖維時(shí)，采用的噴絲頭規(guī)格為45頭、單頭孔數(shù)1 900、孔徑0.055 mm。生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時(shí)，纖維線密度減小，為保證產(chǎn)量，需增加噴絲頭孔數(shù)；在紡絲盤總橫截面積一定的情況下，孔徑不同，對(duì)應(yīng)的噴絲頭孔數(shù)也不同，且噴絲頭孔徑越小，其加工難度越大。為保證產(chǎn)量兼顧噴絲孔的加工難度，生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時(shí)，選擇噴絲頭孔數(shù)為2 300，孔徑為0.05 mm。

2.3 紡絲凝固浴工藝條件

(1)硫酸濃度

粘膠凝固與纖維素再生的速度與凝固浴中的硫酸濃度有關(guān)。硫酸濃度過(guò)高，纖維成形速度過(guò)快，易形成粗大的凝膠結(jié)構(gòu)，造成纖維內(nèi)外層的再生程度不均一，在拉伸時(shí)易發(fā)生脆性斷裂，強(qiáng)度下降；硫酸濃度過(guò)低，會(huì)使凝固再生過(guò)程緩慢而造成紡絲困難，易斷頭及出現(xiàn)膠塊、疵點(diǎn)。試驗(yàn)中控制硫酸濃度在122～124 g/L，可紡性好，生產(chǎn)穩(wěn)定。

(2)硫酸鋅濃度

凝固浴中硫酸鋅的作用主要是延緩再生，加入少量的硫酸鋅可改善纖維成形效果，使纖維具有較高的韌性和優(yōu)良的抗疲勞性能,纖維結(jié)構(gòu)均勻，能提高纖維的強(qiáng)度，還能提高纖維的伸度和勾結(jié)強(qiáng)度。但是，凝固浴中硫酸鋅濃度太高，會(huì)使纖維成形過(guò)于緩慢，絲條易帶膠塊，影響可紡性。試驗(yàn)表明，硫酸鋅濃度控制在7.0～8.0 g/L時(shí)，可紡性好，纖維成形好。

(3)凝固浴溫度

提高凝固浴溫度能加快凝固過(guò)程中各種物理、化學(xué)過(guò)程的進(jìn)行，能提高成品纖維結(jié)構(gòu)的均勻性，纖維強(qiáng)伸度也隨著增加。但當(dāng)凝固浴溫度高于某個(gè)臨界值時(shí)，成形速度過(guò)快以及硫化氫、二硫化碳?xì)怏w大量逸出而使纖維產(chǎn)生大量孔隙，成品纖維的強(qiáng)伸度反而下降。試驗(yàn)中凝固浴溫度宜控制在48～52 ℃。

2.4 拉伸比和收縮系數(shù)

粘膠從噴絲頭噴出時(shí)，首先進(jìn)行噴頭拉伸。粘膠細(xì)流尚處于粘流態(tài)，噴頭拉伸主要是將粘膠細(xì)流導(dǎo)引成線，噴頭拉伸過(guò)大，絲條易斷頭或產(chǎn)生毛絲。噴頭拉伸后進(jìn)入盤間拉伸，盤間拉伸是在紡絲機(jī)導(dǎo)絲盤與第一集束機(jī)、第二集束機(jī)之間進(jìn)行的，通過(guò)盤間拉伸，纖維大分子鏈可以沿著纖維軸向整齊排列而形成新的締合點(diǎn)并被固定下來(lái)，定向性提高，從而提高纖維的物理機(jī)械性能。絲束經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈拉伸后，纖維素大分子及其聚集大多沿著拉力方向取向，大分子間的作用力很強(qiáng)，使纖維大分子幾乎處于僵直狀態(tài)，因此纖維必然產(chǎn)生回縮。在拉伸后纖維適當(dāng)回縮，在不過(guò)多地?fù)p害纖維強(qiáng)度的情況下，可改善纖維的脆性，使纖維伸度有所提高。

生產(chǎn)1.33 dtex普通粘膠短纖維時(shí)，拉伸比控制在54%，收縮系數(shù)保持在81%，其強(qiáng)力與干斷裂伸長(zhǎng)率均達(dá)到優(yōu)等品指標(biāo)。生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時(shí)，為保證其線密度與強(qiáng)力，將拉伸比從54%調(diào)整至58%，收縮系數(shù)從81%調(diào)整至79%。

2.5 后處理工藝條件

(1)切斷

粘膠短纖維用于紡織加工或與棉、毛及其他化纖混紡，必須將纖維切斷成棉紡廠生產(chǎn)所需的規(guī)定長(zhǎng)度，生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時(shí)，切斷長(zhǎng)度不變?yōu)?8 mm。

(2)精練

精練的目的是除去或減少初生纖維中對(duì)成品纖維質(zhì)量有影響的雜質(zhì)，再通過(guò)上油柔化處理，改善纖維的紡織性能。精練工序包括水洗、脫硫、漂白、脫氯、上油等。

首先，給纖槽將切斷后的纖維經(jīng)高溫水流沖擊充分打散，通過(guò)水洗以除去纖維表面的殘硫及硫酸鹽等雜質(zhì)。纖維的含硫雜質(zhì)大部分在此被洗去，以后各道水洗的目的就是除去前道工序生成的水溶性雜質(zhì)及處理藥液。硫在較高溫度下可以溶解于水，因此附在纖維表面的硫，大部分可用80 ℃左右的熱水清洗掉，而留在纖維內(nèi)部的硫是以膠體質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)存在，必須用化學(xué)藥劑處理，使不溶于水的膠態(tài)硫轉(zhuǎn)化為水溶性的硫化物而被除去，采用氫氧化鈉來(lái)脫硫，溫度84～88 ℃。

然后，對(duì)水洗脫硫后的纖維進(jìn)行漂白。經(jīng)脫硫后的纖維，光澤雖已轉(zhuǎn)強(qiáng)，但外觀上還帶有黃色色光。試驗(yàn)中采用次氯酸鈉對(duì)纖維進(jìn)行漂白，漂白液pH值控制在8～10.5。當(dāng)pH為6～8時(shí)，對(duì)纖維破壞最嚴(yán)重，且次氯酸鈉易分解出有害氣體、惡化勞動(dòng)條件；當(dāng)pH大于10.5時(shí)，纖維的損傷較小，但會(huì)腐蝕機(jī)械零件。

最后，對(duì)纖維進(jìn)行上油。纖維經(jīng)水洗、脫硫、漂白后，附著在纖維上的大部分雜質(zhì)雖已除去，但仍不能直接用于紡織，還需進(jìn)行上油柔化處理。上油的目的是調(diào)節(jié)纖維表面的摩擦力，使纖維具有平滑的手感，又有適當(dāng)?shù)谋Ш狭?消除靜電從而改善纖維的紡織性能。

(3)烘干及打包

纖維經(jīng)后處理后，含濕很高。為了使產(chǎn)品達(dá)到要求的含濕標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)回潮率為13%)，必須對(duì)纖維進(jìn)行干燥，在干燥過(guò)程中不僅是纖維的水分被蒸發(fā)，而且纖維的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，所以纖維經(jīng)過(guò)干燥，很多性質(zhì)將被固定下來(lái)。纖維的干燥時(shí)間和干燥均勻程度與進(jìn)入烘燥機(jī)纖維層的溫度、厚度均勻性、松散程度、空氣溫度以及相對(duì)濕度等有關(guān)。

當(dāng)烘干溫度較低時(shí)，纖維的斷裂強(qiáng)度隨烘干溫度的提高有所上升，且斷裂伸長(zhǎng)也隨強(qiáng)度的增加而增加。此外，溫度低，烘干時(shí)間長(zhǎng)，烘干機(jī)的長(zhǎng)度要增加。

烘干后的纖維需再次開(kāi)松，使其回潮趨于均勻，并且松散柔和的纖維更便于風(fēng)送。經(jīng)烘干機(jī)烘干和精開(kāi)棉機(jī)干開(kāi)松后，纖維借助于風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流經(jīng)風(fēng)管至凝棉器，然后落棉至打包機(jī)，打包成一定規(guī)格和尺寸的棉包，以便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

2.6 試生產(chǎn)工況及產(chǎn)品質(zhì)量

(1)第一次試生產(chǎn)條件

第一次試生產(chǎn)考核周期為3 d，粘膠的黏度平均值為42 s、熟成度平均值為11.5 mL，凝固浴硫酸濃度平均值為123 g/L、硫酸鋅濃度平均值7.4 g/L、溫度為48 ℃。在此工藝條件下試生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維，生產(chǎn)控制平穩(wěn)。

(2)第二次試生產(chǎn)條件

第二次試生產(chǎn)考核周期也為3d，生產(chǎn)條件與第一次相比，粘膠各指標(biāo)保持不變，但凝固浴硫酸濃度從123 g/L下調(diào)至120 g/L,凝固浴溫度從48 ℃上調(diào)至50 ℃。

從紡絲成形情況看，第一次試生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)異常纏輥現(xiàn)象，第二次試生產(chǎn)時(shí)明顯好轉(zhuǎn)，生產(chǎn)穩(wěn)定。2次試生產(chǎn)1.11 dtex×38 mm超細(xì)旦粘膠短纖維的質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1。從表1可知：2次試生產(chǎn)的纖維質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)要求；第二次試生產(chǎn)時(shí)，因凝固浴硫酸濃度下降、溫度上升，得到的纖維力學(xué)性能更好，纖維干斷裂強(qiáng)度達(dá)2.52 cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度達(dá)1.33 cN/dtex，干斷裂伸長(zhǎng)率為18.64%。

表1 1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維試生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量Tab.1 Quality of 1.11 dtex ultrafine viscose staple fiber in trial production

試生產(chǎn)的1.11 dtex×38 mm超細(xì)旦粘膠短纖維供下游紗廠生產(chǎn)混紡高支紗，根據(jù)下游紗廠生產(chǎn)反饋，使用超細(xì)旦粘膠短纖維混紡比例為40%，生產(chǎn)60 s高支紗，生產(chǎn)正常，紗線質(zhì)量較好。

3 結(jié)論

a. 在普通粘膠短纖維生產(chǎn)裝置上，試生產(chǎn)1.11 dtex×38 mm超細(xì)旦粘膠短纖維，為保證產(chǎn)量，噴絲頭孔徑必須相應(yīng)變小，孔數(shù)相應(yīng)增多；為保證纖維強(qiáng)力，應(yīng)提高拉伸比，降低收縮系數(shù)；適當(dāng)降低酸浴濃度、提高酸浴溫度，纖維強(qiáng)力較好。

b. 試生產(chǎn)1.11 dtex 超細(xì)旦粘膠短纖維時(shí)，選擇噴絲頭孔數(shù)為2 300、孔徑為0.05 mm，控制粘膠黏度為42 s、熟成度為11.5 mL，凝固浴硫酸濃度為120 g/L、溫度為50 ℃，拉伸比為58%，收縮系數(shù)為79%，可紡性好，生產(chǎn)穩(wěn)定；纖維干斷裂強(qiáng)度達(dá)2.52 cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度達(dá)1.33 cN/dtex，干斷裂伸長(zhǎng)率為18.64%。

c. 以1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維混紡比例為40%，生產(chǎn)60 s高支紗，紗線質(zhì)量較好。