小比例導(dǎo)電纖維精梳混紡毛紗工藝探討

張淑梅，張 娜，王吉祥，王文志，趙 亮,2，王 曉

(1.煙臺(tái)南山學(xué)院，山東 龍口 265706； 2.山東南山智尚科技股份有限公司，山東 龍口 265706)

普通滌綸與羊毛纖維混紡織物具有抗皺、尺寸穩(wěn)定、易洗快干和價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們的喜愛。但其在紡織加工和穿著使用過程中極易因摩擦而產(chǎn)生靜電，輕微的靜電會(huì)影響織物外觀和穿著舒適性，嚴(yán)重的靜電則會(huì)對(duì)人體心臟和神經(jīng)等部位造成損害，甚至可能引起火災(zāi)或爆炸等安全問題[1]。為了解決靜電問題，通過在毛/滌混紡產(chǎn)品中添加一定比例的導(dǎo)電纖維，不僅可以降低紡織加工過程中的靜電纏繞現(xiàn)象，還可以使織物在穿著過程中具有良好的抗靜電功能[2]。本文以絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導(dǎo)電纖維混紡紗為例，探討了其生產(chǎn)加工過程。通過將碳黑導(dǎo)電纖維與絲光羊毛、滌綸、天絲進(jìn)行混紡，綜合各種纖維的不同特性，取長補(bǔ)短，改善可紡性的同時(shí)，使其織物具有良好的抗靜電功能和穿著服用性能，從而提高產(chǎn)品附加值。

1 導(dǎo)電纖維

1.1 導(dǎo)電纖維性能

導(dǎo)電纖維是指比電阻在106Ω·cm以下的纖維，主要是通過電子傳導(dǎo)和電暈放電的形式消除掉紡織生產(chǎn)和織物使用過程中的靜電。導(dǎo)電纖維的抗靜電性能不受環(huán)境溫濕度變化的影響，在干燥的空氣環(huán)境下仍具有防止靜電積聚和消除靜電的性能[3]。導(dǎo)電纖維分為金屬纖維、金屬涂鍍層纖維、金屬化合物導(dǎo)電纖維和碳黑導(dǎo)電纖維。各類導(dǎo)電纖維與普通合成纖維比電阻值對(duì)比見表1。

表1 導(dǎo)電纖維與普通合成纖維比電阻值對(duì)比Tab.1 Comparison of specific resistance between conductive fiber and ordinary synthetic fiber

比電阻越小的纖維，導(dǎo)電性能越好，其紡織加工或織物使用過程中越不易產(chǎn)生靜電。由表1可以看出，導(dǎo)電纖維的比電阻均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通合成纖維的比電阻，因此，導(dǎo)電纖維可以快速消除靜電現(xiàn)象。其中，金屬導(dǎo)電纖維和碳黑導(dǎo)電纖維相比，金屬導(dǎo)電纖維比電阻要更低，具有出色的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。但是，金屬導(dǎo)電纖維具有較大的自身質(zhì)量，因此紡絲工藝?yán)щy，且紡出來的紗性能也較差。而碳黑導(dǎo)電纖維的比電阻不超過1×105Ω·cm，達(dá)到了抗靜電要求，同時(shí)，碳黑導(dǎo)電纖維柔韌性好，與其他纖維混紡時(shí)具有良好的相容性和紡紗性能，因此本文選用碳黑導(dǎo)電纖維混紡紡紗。

1.2 碳黑導(dǎo)電纖維的制備

碳黑導(dǎo)電纖維是采用皮芯復(fù)合紡絲法，把滌綸當(dāng)作基體，將碳黑和滌綸原纖混合后進(jìn)行紡絲制得，該方法既保留了滌綸纖維本有的物理性能，又使纖維具備了良好的導(dǎo)電性[4]。碳黑導(dǎo)電纖維的橫截面和表面分別見圖1、2。

圖1 碳黑導(dǎo)電纖維橫截面(×1 600)Fig.1 Cross section of carbon black conductive fiber(×1 600)

圖2 碳黑導(dǎo)電纖維表面(×150)Fig.2 Carbon black conductive fiber surface(×150)

由圖1可以看出，碳黑導(dǎo)電纖維的橫截面近乎圓形，這與纖維制造過程中的噴絲孔有關(guān)。由圖2中可以看出，碳黑導(dǎo)電纖維的表面相對(duì)光滑、平直幾乎無卷曲。

2 原料選配及紗線規(guī)格

2.1 原料選擇

混紡紗原料的選擇既要考慮產(chǎn)品的風(fēng)格特點(diǎn)和質(zhì)量要求，又要遵循取長補(bǔ)短的原則，充分發(fā)揮各種原料的性能優(yōu)勢(shì)。本文實(shí)驗(yàn)選取的原料由18.5 μm絲光羊毛、1.67 dtex和2.22 dtex滌綸、3 dtex天絲及3.33 dtex碳黑導(dǎo)電纖維組成，混紡各組分纖維的細(xì)度及性能指標(biāo)見表2。

表2 混紡各組分纖維的性能指標(biāo)Tab.2 Performance indicators of each component fiber blended

絲光羊毛具有蠶絲般光澤和手感，其織物抗收縮、耐水洗、抗起球，但染色牢度差，易起皺、比電阻高[5]，易產(chǎn)生靜電。天絲是纖維素纖維，具有吸濕能力強(qiáng)、光澤好、手感舒適等特點(diǎn)。滌綸纖維具有強(qiáng)度高、彈性回復(fù)性好、耐腐蝕性、織物挺括易打理和結(jié)實(shí)耐用等特點(diǎn)，但吸濕透氣性差，紡織加工和穿著時(shí)易產(chǎn)生靜電。碳黑導(dǎo)電纖維具有較高的強(qiáng)力和回潮率，比電阻不超過1×105Ω·cm，具有較好的導(dǎo)電性。將絲光羊毛與滌綸、天絲、碳黑導(dǎo)電纖維進(jìn)行混紡，能夠綜合各種纖維的不同特性，使織物既保留絲光羊毛和天絲的滑彈糯的手感、良好的吸濕透氣性、懸垂飄逸性和抗起球的特性，又具有了滌綸纖維優(yōu)異的挺闊抗皺耐用性及碳黑導(dǎo)電纖維的抗靜電性。通過實(shí)踐，碳黑導(dǎo)電纖維的應(yīng)用大大降低紡織加工中靜電纏繞現(xiàn)象和織物穿著時(shí)靜電和吸附灰塵等現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 混紡比

混紡比例的確定必須綜合考慮各種纖維特性和織物的風(fēng)格與用途。本文紗線主要用于織造消防備勤系列服裝，面料要求堅(jiān)牢、舒適、透氣、保暖、耐洗、不變形、抗靜電等。資料顯示，碳黑導(dǎo)電纖維具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)電耐久性和可紡性，其纖維含量0.5%時(shí)，即可滿足紡織加工和織物穿著過程中的抗靜電要求，一般添加范圍掌握在0.5%～2.0%范圍內(nèi)[6]。通過多次試紡對(duì)比分析，當(dāng)絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導(dǎo)電纖維的混紡比例分別采用50%、15%、34%、1%時(shí)，面料既能消除靜電，又可滿足織物風(fēng)格要求。混紡各組分纖維混紡比見表3。

表3 混紡各組分纖維混紡比Tab.3 Blending ratio of each component fiber in blending

2.3 產(chǎn)品規(guī)格

本文設(shè)計(jì)的絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導(dǎo)電纖維混紡紗的線密度為12.6 tex，捻度為440捻/m，捻向?yàn)閆捻的單紗。

3 紡紗工藝

根據(jù)原料品種、混紡比例及生產(chǎn)車間設(shè)備情況，結(jié)合精梳混紡毛紗加工原則，確定絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導(dǎo)電纖維混紡紗的紡紗生產(chǎn)流程為：復(fù)精梳→前紡→后紡。先進(jìn)的紡紗設(shè)備是紡制高品質(zhì)精紡紗線的基礎(chǔ)，本品種復(fù)精梳和前紡主要選用GC15混條針梳機(jī)、GC30針梳機(jī)、GV20高速牽伸機(jī)、PB33精梳機(jī)及FM8N無捻粗紗機(jī)(法國NSC公司)。后紡主要選用德國進(jìn)口設(shè)備，如451C3細(xì)紗機(jī)(德國青澤公司)和AC338絡(luò)筒機(jī)(德國賜來福公司)[7]。

3.1 復(fù)精梳

本文設(shè)計(jì)的混紡紗所用纖維種類多，比例差異大，特別是碳黑導(dǎo)電纖維只占到了1%，為了確保小比例碳黑導(dǎo)電纖維在整個(gè)紗線中的均勻分布且混比正確，在復(fù)精梳關(guān)鍵工序必須采取相應(yīng)的工藝技術(shù)措施。

3.1.1 工藝流程

復(fù)精梳工藝采用與常規(guī)品種不同的紡紗工藝流程和混條方法，即在精梳之前配置4道混條、3道針梳。復(fù)精梳工藝流程為：1道混條→2道混條→3道混條→4道混條→1道針梳→2道針梳→3道針梳→精梳→4道針梳→末道針梳。

3.1.2 精梳前混條

混條工序越靠前，混合效果就越均勻，因此混條機(jī)要配置在針梳之前。首先，將絲光羊毛條W在1道混條機(jī)上進(jìn)行混條，同時(shí)加入和毛油(混條后毛條記為W1)，并存放24 h，以使和毛油均勻滲透；同時(shí)在2道混條機(jī)上將1%比例碳黑導(dǎo)電纖維與24%比例1.67 dtex滌綸條進(jìn)行假和。其次，假和后混合條(記為H2)再與10%比例2.22 dtex滌綸條、15%比例3.0 dtex天絲條及絲光羊毛條W1在3道混條機(jī)上混條(混合后條子記為H3)。最后，將H3與剩余的絲光羊毛條W1在4道混條機(jī)上并合完，得到最終的混紡條H4。

此外，為了確保碳黑導(dǎo)電纖維在紗線內(nèi)的橫向均勻分布，混條喂入各組分纖維條時(shí)，需要合理配置各組分纖維條排列位置。各組分纖維條喂入排列形式混條主要工藝參數(shù)見表4。

表4 混條主要工藝參數(shù)Tab.4 Main process parameters of mixed strips

3.1.3 精梳前針梳

精梳前的梳理也稱理?xiàng)l，主要是通過并和使纖維得到進(jìn)一步的梳理和混合，提高纖維伸直平行度和毛條的條干均勻度，從而減少纖維在精梳機(jī)上的損傷和不必要的落毛。因此應(yīng)采用較輕的出條定量，以適應(yīng)精梳工序輕定量喂入的要求，精梳前針梳主要工藝參數(shù)設(shè)置見表5。

表5 精梳前針梳主要工藝參數(shù)Tab.5 Main process parameters of needle comb before combing

3.1.4 精 梳

精梳是復(fù)精梳中的關(guān)鍵工序，主要作用是去除在精梳前梳理過程中產(chǎn)生的毛粒和短纖維，并進(jìn)一步使毛條中纖維平行順直。本文設(shè)計(jì)采用PB33型精梳機(jī)，在配置工藝參數(shù)時(shí)，應(yīng)遵循“輕定量喂入，車速較低配置，拔取隔距適當(dāng)放大”的原則，喂入條重設(shè)定為14 g/m，喂入根數(shù)為22根，下機(jī)條重為22 g/m，車速設(shè)定為200鉗次/min，拔取隔距設(shè)置為36 mm。為了使喂入毛條在一定的張力下得到有效梳理，后牽伸倍數(shù)控制在1.00～1.07倍范圍內(nèi)。同時(shí)適當(dāng)控制精梳落毛，使精梳加工制成率控制在98%左右，以降低生產(chǎn)成本。

3.1.5 精梳后針梳

精梳之后針梳也稱整條，主要作用是改善精梳工序毛網(wǎng)搭接時(shí)形成的新周期性不勻。為了防止梳理過程中毛粒再次形成，應(yīng)采用較低車速和較小牽伸倍數(shù)，精梳后針梳主要工藝參數(shù)設(shè)置見表6。

表6 精梳后針梳主要工藝參數(shù)Tab.6 Main process parameters of needle comb after combing

3.2 前 紡

3.2.1 前紡工藝流程

針對(duì)本品種原料組分多、比例差異大的特點(diǎn)，為了確保各組分在縱橫向混合充分均勻，針梳之間增加1道混條以進(jìn)一步提高原料的混合均勻程度。前紡工藝流程為：混條→前紡1針→前紡2針→前紡3針→前紡4針→粗紗。

3.2.2 前紡工藝設(shè)計(jì)

3.2.2.1混條、針梳

經(jīng)過1道混條和4道針梳，毛條經(jīng)過多次反復(fù)混和梳理，進(jìn)一步達(dá)到各組分的均勻混合和纖維平行順直的目的。依照“小牽伸、輕定量、重加壓”的原則，在針梳機(jī)上應(yīng)使用較小的針距、較小的喂入負(fù)荷以及較低的牽伸倍數(shù)來減少毛粒?；鞐l、針梳主要工藝參數(shù)設(shè)置見表7。

表7 前紡各工序主要工藝參數(shù)設(shè)置Tab.7 Main process parameter settings for each process of spinning

3.2.2.2粗 紗

粗紗主要是將前道針梳下來的條子進(jìn)一步抽長、拉細(xì)，使纖維更加平直條子更加均勻，然后卷繞成適合后紡加工的粗紗[8]。粗紗機(jī)采用的是FM8N型無捻粗紗機(jī)，在設(shè)置牽伸倍數(shù)時(shí)，一般要求牽伸倍數(shù)在10～13范圍內(nèi)偏大配置，本設(shè)計(jì)牽伸倍數(shù)采用12倍，能夠較好地防止“硬頭”現(xiàn)象的發(fā)生。粗紗主要工藝參數(shù)設(shè)置見表7。

3.3 后 紡

3.3.1 后紡工藝流程

本文紡制的絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導(dǎo)電纖維混紡紗，細(xì)紗線密度12.6 tex，捻度440捻/m。后紡工藝流程為：細(xì)紗→蒸紗→絡(luò)筒。

3.3.2 后紡工藝設(shè)計(jì)

3.3.2.1細(xì) 紗

細(xì)紗是紡紗加工的關(guān)鍵工序，主要作用是將前道工序的粗紗抽長拉伸至所設(shè)定的線密度12.6 tex，并將其加捻成具有一定強(qiáng)度和彈性的紗線，以便進(jìn)行后續(xù)加工。根據(jù)牽伸原理，牽伸倍數(shù)太大容易引起條干惡化，太小又會(huì)造成牽伸不開出硬頭。因此，細(xì)紗牽伸倍數(shù)盡量控制在15～20倍范圍內(nèi)。為了減少細(xì)紗斷頭，穩(wěn)定生產(chǎn)，捻度應(yīng)偏大掌握，車速偏低配置。同時(shí)，要合理選配鋼絲圈的型號(hào)與重量，并定期保養(yǎng)皮輥皮圈。細(xì)紗主要工藝參數(shù)見表8。

表8 細(xì)紗主要工藝參數(shù)Tab.8 Main process parameters of spun yarn

3.3.2.2蒸 紗

蒸紗目的主要是消除紗線內(nèi)纖維張緊的應(yīng)力和靜電，恢復(fù)紡紗過程中纖維損失的彈性，并使捻度趨于穩(wěn)定。同時(shí)，蒸紗還可以減少紗線的毛羽，提高紗線的強(qiáng)力，進(jìn)而降低后續(xù)加工斷頭。蒸紗工藝參數(shù)應(yīng)根據(jù)紗線品種(原料、單紗或股線)、捻度等因素合理設(shè)置。本品種采用瑞士紗力拉公司的XO SELECT圓形真空蒸紗機(jī)，采用1次蒸紗，蒸紗溫度和時(shí)間分別設(shè)定為90～95 ℃和90 min。

3.3.2.3絡(luò) 筒

絡(luò)筒主要目的增加卷裝容量，便于后工序生產(chǎn)，并通過電子清紗器清除紗線上的雜質(zhì)和長短粗細(xì)節(jié)等紗疵，所以要合理設(shè)置清紗器參數(shù)并嚴(yán)格上機(jī)，以提高紗線的品質(zhì)。

在絡(luò)紗過程中，絡(luò)紗速度、絡(luò)紗張力及車間溫濕度等控制不當(dāng)，均會(huì)使紗線毛羽增加。AC338型自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)理論速度為2 000 m/min，但在生產(chǎn)實(shí)踐中，特別是生產(chǎn)線密度10～30 tex的紗時(shí)，其絡(luò)紗速度應(yīng)控制在800～1 400 m/min范圍內(nèi)；絡(luò)紗張力與毛羽增長呈正相關(guān)，如果張力太小，筒子將變得松軟、成形不良，如果張力太大，紗線的條干就會(huì)惡化，毛羽也會(huì)增加，因此張力值大小要按照紗號(hào)單紗強(qiáng)力的10%～13%設(shè)定；絡(luò)筒車間的溫濕度對(duì)毛羽也有一定影響，一般車間相對(duì)濕度控制在75%左右，溫度控制在30 ℃左右時(shí)，防毛羽的效果最佳[9]。絡(luò)筒主要工藝參數(shù)設(shè)置見表 9。

表9 絡(luò)筒主要工藝參數(shù)Tab.9 Main process parameters of winding

4 結(jié) 論

本文通過分析紡紗生產(chǎn)和織物穿著使用過程的靜電干擾問題，結(jié)合設(shè)計(jì)產(chǎn)品的服用性能要求，從原料選配、紡紗工藝流程配置和各工序工藝參數(shù)的設(shè)置入手，使各組分纖維更合理的均勻分布在紗線相應(yīng)位置，同時(shí)，互相取長補(bǔ)短，發(fā)揮各自性能優(yōu)勢(shì)，從而使產(chǎn)品質(zhì)量和抗靜電性能得到進(jìn)一步優(yōu)化提升。

①在紡紗過程中較細(xì)纖維易轉(zhuǎn)移分布在紗線的內(nèi)層，較粗纖維主要分布在紗線的外層，根據(jù)此規(guī)律選擇各組分纖維細(xì)度排列順序?yàn)椋航z光羊毛>3.33 dtex碳黑導(dǎo)電纖維>3.0 dtex天絲>2.22dtex滌綸>1.67 dtex滌綸。其中1.67 dtex和2.22 dtex這2種細(xì)度滌綸纖維，主要分布在紗線的中內(nèi)層，這種分布既能發(fā)揮滌綸纖維高強(qiáng)、挺闊抗皺的優(yōu)勢(shì)，又避開滌綸與肌膚直接接觸時(shí)吸濕透氣性差，與外部摩擦易產(chǎn)生靜電等問題。同時(shí)2.22 dtex滌綸與1.67 dtex滌綸搭配使用能夠使滌綸均勻分布在紗線內(nèi)層和中層，優(yōu)化了纖維強(qiáng)力的利用系數(shù)，提高了紗線的強(qiáng)力[10]。

②絲光羊毛是本混紡紗的主體，混紡占比高達(dá)50%，且細(xì)度最大，其與細(xì)度較大的天絲纖維會(huì)盡可能的分布在紗線的外層，從而使得織物具有絲光羊毛和天絲的滑彈糯的舒適手感、良好吸濕透氣性和懸垂飄逸性等。

③碳黑導(dǎo)電纖維混紡比雖然只有1%，但是其細(xì)度比3.0 dtex天絲、1.67 dtex滌綸和2.22dtex滌綸的細(xì)度均大，較絲光羊毛稍細(xì)，根據(jù)粗細(xì)纖維在紡紗過程中的轉(zhuǎn)移分布規(guī)律，碳黑導(dǎo)電纖維會(huì)盡可能分布在紗線的外層，從而提高其導(dǎo)電性能。

④按照常規(guī)品種進(jìn)行紡紗工藝配置時(shí)，1%碳黑導(dǎo)電纖維在混紡時(shí)很容易造成混合不勻。為此采用了增加混條和針梳道數(shù)，并采取假和的混條方式，使其先與1.67 dtex滌綸條混條，再與其他組分原料反復(fù)混合，有效解決了小比例組分混合不均的難題。