徐 良 姜立新

［金輪針布（江蘇）有限公司，江蘇南通，226143］

植物染纖維的紡織工藝符合國際環(huán)保的發(fā)展潮流以及我國“綠色環(huán)保，節(jié)能減排”的經濟發(fā)展戰(zhàn)略。通過提取植物色素對被染物（主要是天然纖維和環(huán)保性纖維素纖維）染色，既減少了化學染料對生態(tài)環(huán)境的破壞，又循環(huán)利用了天然可再生資源。但植物染纖維這種特殊的染色處理方式，導致了纖維的強力、摩擦因數(shù)和防靜電性能等指標都發(fā)生了很大變化，對其梳理的針布齒形設計與針布配套也應隨之進行改進。

1 植物染纖維性能的變化與梳理要求

植物染染色使用的植物染染料分為直接染料、媒介染料和還原染料3種，其一般流程可概括為：媒染→水洗→染色→水洗→干燥。無論是先染后媒法或先媒后染法，都需要經歷一次或多次的反復媒染，這對纖維的可紡性能帶來了嚴重影響。相對于本色棉，經染色后的植物染纖維中的膠、脂和糖類濕黏性物質減少，纖維在染色過程中受到不同程度的損傷，纖維疲勞度上升。采用原來配套于紡本色纖維的梳理針布難以對植物染纖維取得同樣的梳理效果。

1.1 植物染纖維的拉伸斷裂性能及其對梳理的影響

天然染料對于棉、麻和纖維素纖維的上染率很低，一般要反復進行媒染，因此對植物染纖維的強力損失較大。本次測試采用藍、紅、綠、灰、紫和黃6種植物染料對棉纖維和莫代爾纖維染色，然后對染色纖維的各項性能進行測量并取平均值，以分析染色后纖維性能的變化規(guī)律。

植物染棉纖維和植物染莫代爾纖維的強力變化情況如表1所示。

由表1可以看出，與本色棉纖維相比，植物染棉纖維的平均斷裂比強度下降14.2%，平均初始模量下降幅度顯著，下降達49.5%。這種變化對梳理作用產生的負面影響主要體現(xiàn)在兩個方面。第一，植物染棉纖維斷裂強度的下降，使纖維能承受的梳理強度也下降，這就意味著與本色棉纖維相比，在相同梳理力下植物染纖維更易產生短絨；第二，植物染棉纖維初始模量接近本色棉纖維的一半，纖維之間更易扭結形成新的棉結，纖維與梳理器材之間也更易纏繞，不但影響梳理效果，而且更易產生新的棉結。

由表1還可以看出，與本色莫代爾纖維相比，植物染莫代爾纖維的平均強力和斷裂比強度下降21.4%，初始平均模量上升20.3%。這種變化對梳理作用的影響如下。第一，植物染莫代爾纖維斷裂比強度的下降，意味著在相同梳理強度作用下，植物染莫代爾纖維比本色莫代爾纖維更易損傷和斷裂，更易產生短絨；第二，與棉纖維經植物染染色后初始模量變化趨勢相反，植物染莫代爾纖維的初始模量反而有所提升，這種變化在一定范圍內有利于提高纖維的可紡性，更利于提升纖維的梳理效果。

1.2 植物染纖維的防靜電性能及其對梳理的影響

對植物染纖維防靜電性能的測定，同樣采用上述6種顏色的植物染料，結果發(fā)現(xiàn)其防靜電性能的離散性較大，不同染料的質量比電阻相差較大。

植物染棉纖維的防靜電性能測試結果如表2所示。植物染棉纖維的質量比電阻受各類染料影響幅度比較大，其中紫色質量比電阻最大，接近黃色質量比電阻值的19倍，梳理過程中更易產生靜電，因此生產過程中對針布齒形的選擇上需考慮齒密（縱橫向齒距）和纖維的轉移能力（防纏繞）；在梳棉工藝上需考慮梳理隔距和梳理速度［1］。

表2 植物染棉纖維的防靜電性能測試結果

植物染莫代爾纖維的防靜電性能測試結果如表3所示。植物染莫代爾纖維的質量比電阻受各類染料影響幅度也比較大，同樣是紫色質量比電阻最大，接近灰色質量比電阻值的8倍，因此梳理過程中也更易產生靜電?？傮w而言，經過植物染料染色后的莫代爾纖維，平均質量比電阻值和本色纖維相差不大，防靜電性能的改變也不大，經過梳理器材的分梳、混和、轉移作用后，其防靜電性能相較于本色莫代爾纖維有所改善。

表3 植物染莫代爾纖維的防靜電性能測試結果

1.3 植物染纖維的摩擦性能及其對梳理的影響

植物染棉纖維和植物染莫代爾纖維的摩擦性能測試結果如表4所示。

由表4可以看出，植物染棉纖維的纖維與金屬之間靜、動摩擦因數(shù)相對于本色棉纖維分別增加33%和41%，纖維與纖維之間靜、動摩擦因數(shù)則分別增加了30%和21%，這意味著在一定范圍內，因植物染棉纖維摩擦因數(shù)的增加，使染色纖維的可紡性下降。主要表現(xiàn)在：第一，纖維間摩擦因數(shù)的增加，既影響纖維的伸直平行度，同時又干擾了纖維間的分離度；第二，纖維與梳理器材摩擦因數(shù)的增加，影響到梳理針布對纖維的握持和分梳能力，進而影響到針布工作角的配套選擇和針布齒形轉移能力的設計。

由表4可知，植物染莫代爾纖維的纖維和金屬之間靜摩擦因數(shù)相對于本色莫代爾纖維增加7.5%，動摩擦因數(shù)減少26.5%；纖維與纖維之間靜摩擦因數(shù)則減少24.4%，動摩擦因數(shù)減少15.6%?？傮w上植物染莫代爾纖維的可紡性上升，這與植物染棉纖維的摩擦性能變化相差很大，因此，這種性能變化的不同趨勢，使梳理針布的配套選擇因素變得更加復雜。

表4 植物染棉纖維和植物染莫代爾纖維的摩擦性能測試結果

1.4 植物染纖維的回潮率更易受車間溫濕度影響

相比本色棉纖維，植物染棉纖維中的膠、脂和糖類濕黏性物質減少，這為車間適度加濕奠定了基礎，加濕可以增加棉纖維的強力，減少梳理過程的短絨產生，但加濕后由于植物染纖維具有很強的親水性，受車間溫濕度影響比較大，這對分梳轉移、減少棉結雜質和提高纖維分離平行度均構成不利影響；且對針布有銹蝕性，影響針布的使用壽命。

1.5 植物染纖維的卷曲度下降

由于與媒染劑等發(fā)生復雜的化學反應，反復的物理作用與擾動，并且需經過較常規(guī)工序更多的生產流程，所以植物染纖維的天然卷曲度會降低，部分纖維會因過度疲勞而易脆斷，同時纖維間的抱合力下降，成網困難。

2 植物染纖維梳理針布的配套選擇

2.1 色點和色結的梳理

植物染纖維生條中殘留的棉結和雜質在最終成紗時反映為有色疵點，紗號越細越顯著。這種由棉結雜質形成的異色疵點，即使是很細小的棉結，也會因為顏色凸顯而成為有害紗疵［2］，而對于本色棉而言，此類細小的本色棉結卻可能是無害的。所以，目前應對本色棉的梳理針布配套和梳理工藝，難以對此類色點與色結進行有效清理。

植物染棉纖維針織布面嚴重時的色點實物圖片如圖1所示。經過對布面的拆解分析，主要原因還是植物染纖維的色結和部分死結所造成；另外從對成紗纖維的解捻過程還可以發(fā)現(xiàn)，纖維的單纖化程度不夠，纖維的伸直度不夠，纖維混和也不夠均勻。圖2為梳棉機棉網放大2倍的色點圖，可以清晰看出有明顯色點。

圖1 植物染棉針織布面色點實物圖片

圖2 梳棉機棉網放大2倍色點清晰

取梳棉機梳理莫代爾纖維時的棉網，在放大2倍時難以發(fā)現(xiàn)生條棉網上的棉束，如圖3所示。在放大10倍時可以清晰看到生條棉網上的棉束，如圖4所示。

圖3 莫代爾棉網放大2倍

圖4 莫代爾棉網放大10倍

2.2 植物染纖維梳理針布的設計要求

針對上述植物染纖維的性能變化和梳理特點，總結梳理針布的設計要求如下。

（1）梳理度方面。由于色點的存在，需要比本色纖維更細致的梳理度要求。錫林針布握持能力需加強；齒密合適（考慮到靜電、摩擦性能）；橫向齒距要小。蓋板針布要具有對細小色點良好的梳理和清潔能力；橫向齒距減少；蓋板和錫林針布相配套；總齒密加大。

（2）梳理強度方面。植物染纖維強力下降，又要經過二次梳理，不能有過高的梳理強度，需要對纖維進行柔性梳理。錫林針布駝峰設計需兼顧梳理和轉移；縱向齒距設計需兼顧梳理度要求。蓋板針布植針組織需漸密設計；齒密滿足梳理度，蓋板負荷不能太大；合適的工作角；齒高不能太高。

（3）轉移率方面。錫林針布要求錫林淺齒矮齒；錫林齒形駝峰設計。道夫針布應具備高的轉移率。蓋板針布工作角要滿足對結雜的轉移；合理優(yōu)選植針角和膝高，保證棉耗少。

（4）通用性方面。錫林針布工作角介于梳理本色棉和纖維素纖維之間，其規(guī)格參數(shù)和齒形使握持的纖維容易釋放，淺齒有效擴大了工作角的適紡功能。蓋板針布需滿足工作角適紡品種范圍廣，與錫林工作角匹配，從而實現(xiàn)有效轉移和分梳。

3 植物染纖維梳理針布的配套研究

針對植物染纖維的性能和梳理特點，開展了對梳理針布配套的應用研究，要求針布的配套能滿足大部分常規(guī)纖維的梳理，具有較強的通用適紡能力。

3.1 錫林針布設計方案

3.1.1 錫林針布工作角選擇

錫林針布工作角的測算［3］：根據(jù)公式（1）～公式（3）可計算單纖維平均離心力U、平均梳理力R和前角余角δ最小值。錫林針布前角余角δ最小值測算如表5所示。

表5 錫林針布前角余角最小值δmin的測算

式中：R為單纖維平均梳理力（N），U為單纖維平均離心力（N），δmin為錫林針齒前角余角最小值（°），K為負載功率（kW），K0為空載功率（kW），P為梳棉機臺時產量（kg/h），nc為錫林速度（r/min），r為道夫轉移率（%），Nt為纖維的細度（tex），L為纖維平均長度（mm），dc為錫林直徑（mm），μ為纖維和針布間的摩擦因數(shù)。

通過計算，在產量較低和錫林速度較低的情況下，工作角的配套選擇最大不宜超過90°-δmin，即35.6°，在此錫林工作角可選擇為35°，這樣既可整體提高對混紡纖維的握持分梳能力，又可對細小的色點起到更為細致的梳理作用。

3.1.2 錫林針布齒形選擇

錫林齒尖工作角的強握持作用，往往會導致棉結雜質在轉移上發(fā)生困難，進而對纖維形成搓揉，基于植物染纖維的性能和梳理特點，選擇駝峰與淺齒的齒形方案［4］。首先，駝峰齒形能防止被齒尖握持的纖維下滑嵌入齒根，從而使纖維的分梳轉移作用更多發(fā)生在錫林與蓋板表面之間，這樣對減少棉結和排除不成熟纖維、死棉更為有利；其次，駝峰齒形在錫林針布表面形成氣流能更好地托持纖維，使錫林蓋板間部分纖維處于柔性梳理狀態(tài)，從而減少了短絨；最后，駝峰齒形和更小的淺齒設計能使錫林表面的纖維更容易轉移到道夫，從而減少纖維返回量。

3.1.3 錫林針布齒高與齒深設計

鑒于植物染纖維所使用的原料多為纖維素纖維和棉纖維的混和，而且種類繁多，細特纖維也較多，因此選擇比較成熟的齒形總高2.0 mm，但齒深相對于原有設計配套有所減小，從0.40 mm減小為0.35 mm，齒深較淺可擴大工作角的適紡功能［5］，以更好兼顧梳理與釋放，進一步減少短絨的產生。

3.1.4 錫林針布齒密設計

橫向齒距：針布基部厚度采用0.4 mm，橫向密度大，對植物染纖維的分梳能力強，有利于對色點色結細致梳理，并可提高纖維的分離度和伸直度，改善棉網清晰度。

縱向齒距：齒密計算見公式（4）［6］，計算結果如表6所示。表中：dc為錫林直徑（m），B為錫林幅寬（m）。

表6 錫林針布齒密計算表

式中：C為錫林有負荷梳理度（齒/根），N為錫林針齒齒密［齒/（25.4 mm）2］，nc為錫林轉速（r/min），P為臺時產量（kg/h），Nm為纖維公制支數(shù)（m/g），L為纖維平均長度（m），γ為道夫轉移率（%）。

根據(jù)植物染纖維的性能和梳理特性，考慮到色結和色點等梳理難點，在梳理度的選擇上應大于對應的本色纖維，對植物染棉纖維和植物染莫代爾纖維分別采用3.4齒/根和3.2齒/根的梳理度進行測算，并取計算最大值935齒/（25.4 mm）2。此處錫林針布齒密采用950齒/（25.4 mm）2，橫向齒距取0.4 mm，縱向齒距取1.7 mm。

3.2 道夫針布的配套選擇

為了增強對植物染纖維（部分細特纖維）的轉移能力，通過增加道夫齒密的方式，以增強道夫的抓取能力，并減少返花、搓揉和重復梳理而產生的棉結與短絨。同時，道夫針布總高采用4.5 mm，比普通道夫針布高，這樣可以有效疏通錫林、道夫三角區(qū)高速回轉氣流，以減少渦流的產生，并提高纖維的轉移能力，進一步降低成紗棉結和紗疵。道夫針布型號采用AD4530×01870，齒密達512齒/（25.4 mm）2。

3.3 蓋板針布的設計

蓋板針布工作角和膝高選擇。針對植物染纖維的特點，采用較小橫向針尖距，縱向針尖稀密均勻排列，同時采用較小的工作角（72°）；植物染纖維種類比較多，這其中包括了各類細特纖維，由此蓋板針布梳理力的變化幅度特別大。通過降低針高設計，以減少針尖位置的撓度和針布受力時的瞬間脈沖，以減緩工作角的變化，滿足蓋板針布的實際設計需求。

針布植針組織選擇。針對植物染纖維的特性，此次配套的MCH53型蓋板針布重新設計了植針組織并優(yōu)化了排列參數(shù)，新的梳理通道線形變化更為流暢，減少了梳理過程中的纖維凝滯和集聚，從而降低了蓋板充塞或附花現(xiàn)象。

橫向齒密和縱向齒密排列選擇。為了最大限度地強化對細小色結的梳理和排除，橫向針間距進一步減小，橫向齒密繼續(xù)增加，纖維的伸直度、平行度和分離度也同步獲得提升；縱向齒密保持合理的選擇，縱向漸密，漸進梳理，梳理強度力求平穩(wěn)變化，梳理度在遞增中最大限度減少纖維損傷［7］。

3.4 刺輥針布的配套選擇

增強纖維轉移。刺輥采用AT 5610?S×05611型駝峰針布，以改善刺輥與錫林之間纖維的轉移效果，從而有利于提高刺輥的一次分梳效果；駝峰齒形也可以使纖維在梳理過程中受到柔性梳理。

增加分梳能力和排雜能力。由于纖維及雜質都保持在刺輥鋸齒針布表面，駝峰設計使除雜數(shù)量增加，使不成熟纖維等在梳棉的喂入階段就被及時排除，從而使下游工序產品的棉結顯著減少，進一步提高了產品質量。

4 植物染纖維梳理針布的配套試驗

針對植物染纖維性能和針布配套，我們選擇了山東某專業(yè)從事植物染纖維紡紗研究企業(yè)進行驗證。選擇了兩種配套針布，上機工藝和針布周期保持一致，針布配置如下。方案A為試驗針布，AC2035S×01740型 錫 林 針 布，AD4530×01870型道夫針布，MCH 53型蓋板針布，AT 5610?S×05611型刺輥針布；方案B為原配套針布，AC2030×01740型錫林針布，AD4030×01890型道夫針布，MCH 52型蓋板針布，AT 5610×05611型刺輥針布。

4.1 植物染纖維配套針布梳理效果驗證

品種1：M本色/M藍色90/10 14.8 tex賽絡集聚紡針織紗（M本色細 度1.1 dtex，M藍色細 度1.3 dtex）。品 種2：JC本色/C駝色/C灰色/C紅色45/42/10/3 27.8 tex。

品種1配套方案A和方案B對比，試驗結果如下。

對于品種1而言，試驗方案A條干CV水平和粗細節(jié)水平均好于方案B，+140%棉結、+200%棉結也比方案B分別少78%和55%。表明方案A針布齒形的配套設計更能有效適應植物染細特莫代爾纖維的梳理和轉移，較大的錫林工作角增加了纖維的握持分梳能力，而駝峰齒形在增強梳理的同時又提升了纖維的轉移能力，纖維的伸直度、平行度、分離度均獲得較大改善。

另外，方案A的落棉率小于方案B，這從另一個側面說明，在相同梳棉工藝條件下（蓋板齒密和工作角接近），盡管梳理得到加強，但由于錫林和刺輥均采用了駝峰齒形，其中錫林針布還進一步減少了齒深，所以方案A對植物染纖維的保護能力更好，產生的短絨更少。

品種2配套方案A和方案B對比，試驗結果如下。

對于品種2而言，試驗方案A的+200%棉結、+280%棉結均小于方案B，且分別下降35%和56%，其他指標也獲得一定程度的改善。這說明方案A針布配套對于植物染棉纖維的梳理效果均好于方案B針布配套。

4.2 植物染纖維配套針布通用性試驗

植物染纖維梳理用針布配套對其他本色纖維（如滌綸、粘膠、竹漿纖維）的梳理具有良好的通用性，山東該企業(yè)曾做過本色竹漿纖維梳理效果的對比試驗，試驗品種：竹漿纖維13.1 tex賽絡集聚針織紗，試驗結果如下。

從測試數(shù)據(jù)可知，方案A比方案B成紗+200%棉結少32%，紗疵中短粗和長粗均少于方案B，這說明植物染纖維針布配套在應用于本色纖維的梳理過程中同樣具有良好的梳理效果。

植物染纖維配套針布對不同機型、不同原料有較強適紡性和通用性，我們選擇山東另一家企業(yè)A 186G型梳棉機進行對比試驗，所紡品種為 T白色/C白色/C咖啡色/C棕色66.5/1.75/1.75/30 18.5 tex和R本色/C本色/C灰色50/40/10 19.5 tex集聚紗。從測試指標來看，棉結數(shù)量下降均超過30%，通過針織打樣機快速試織對比，試驗針布的布面無色結，紋理清晰，明顯好于原配套針布。

5 結論

本色纖維經植物染染色工藝流程后，會導致纖維強力、摩擦性能和防靜電性能等發(fā)生較大幅度的變化，為此梳理針布的配套方案設計也應適應這種改變，以便更好地發(fā)揮配套針布的梳理效能。

（1）錫林工作角的選擇應根據(jù)纖維原料的性能進行測算，駝峰與淺齒的齒形方案同樣應根據(jù)纖維性能和成紗品質而定，這樣既可增加對植物染纖維色點與色結有效分梳與清理，同時又增強了道夫對纖維的轉移作用，減少了纖維損傷和棉結的產生。

（2）蓋板采用較小的橫向針尖距，縱向針尖由稀到密均勻排列；采用較小的工作角和針高；針布的植針組織和排列參數(shù)經優(yōu)化后確保了通道的流暢。這些組合設計，使蓋板與錫林間的棉層梳理更為細致，對植物染纖維細小結雜的排除能力也獲得增強。

（3）采用高密道夫針布，以增強對纖維的握持和轉移能力，減少A 1紗疵；同時增加齒深，以加大齒間容量，并有效疏導三角區(qū)高速氣流，防止渦流，以減少返花、搓揉與棉網疵點。

（4）植物染纖維的大雜少，纖維疲勞度增加，強力下降幅度也較大。因此刺輥選擇駝峰形針布，以保護纖維，增強纖維的轉移能力，減少返花。

（5）植物染纖維梳理用針布配套研究表明，其梳理效果好于常規(guī)的針布配套，色結降低明顯，同時短絨減少，落棉率降低。配套針布對各類纖維的適紡性較強，具有較強的通用性。