何旭帆，江 慧，張玉澤，汪 軍，陳 霞

(東華大學(xué)，上海 201620)

0 引言

對(duì)位芳綸纖維作為高性能纖維的代表，在擁有優(yōu)異的力學(xué)性能以及阻燃耐熱性能的同時(shí)，還具備耐磨、耐化學(xué)腐蝕、絕緣、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)異性能，但高強(qiáng)對(duì)位芳綸纖維(簡稱“高強(qiáng)芳綸纖維”)短纖紗線及織物的開發(fā)仍是業(yè)內(nèi)面臨的難題之一[1]。本文借助傳統(tǒng)清梳聯(lián)梳理裝置和轉(zhuǎn)杯紡快速成條儀，通過對(duì)比清梳聯(lián)梳理、清梳聯(lián)梳理后成條儀梳理、直接成條儀梳理3種不同梳理方式對(duì)芳綸纖維梳理質(zhì)量的影響，同時(shí)優(yōu)化紡紗各流程的工藝，確定高強(qiáng)芳綸纖維/導(dǎo)電纖維混紡紗線的工藝流程。

1 原料性能及可紡性初探

纖維性能對(duì)成紗質(zhì)量影響巨大。純紡紗線能最大程度發(fā)揮出高強(qiáng)芳綸纖維的力學(xué)性能，但由于芳綸比電阻較大，容易在紡紗過程中產(chǎn)生靜電，從而纏繞羅拉和膠輥，導(dǎo)致紡紗困難，所以需在原料中添加2%的導(dǎo)電纖維以降低靜電。嚴(yán)格地講，試紡紗線實(shí)際為高強(qiáng)芳綸纖維/導(dǎo)電纖維 98/2混紡紗線；因?qū)щ娎w維添加的量較少，不影響紗線的主要性能，可視作純紡高強(qiáng)芳綸紗線。試紡紗線原料主要規(guī)格及性能如表1所示。

表1 原料主要規(guī)格及性能

由表1可知，作為主要原料的芳綸纖維長度遠(yuǎn)大于一般棉型纖維長度，在普通棉紡設(shè)備上紡制芳綸纖維會(huì)有一定困難。據(jù)棉紡可紡性經(jīng)驗(yàn)公式X=L/D(其中：L為纖維長度/mm，D為纖維線密度/dtex)分析：當(dāng)X約為23時(shí)，纖維的可紡性較好；當(dāng)X>23時(shí)，纖維過長、紡紗時(shí)易扭結(jié)、梳理質(zhì)量不佳，可紡性較差；當(dāng)X<23時(shí)，纖維過于短粗，容易惡化條干導(dǎo)致可紡性不佳[2]。

表1中芳綸纖維的X值約為31.88，大于23，故在傳統(tǒng)棉紡梳理設(shè)備未調(diào)整梳理隔距的情況下，很難紡制出高質(zhì)量的芳綸紗線。雖然作為配伍纖維的導(dǎo)電滌綸長度和線密度與芳綸纖維存在較大差異，但由于其占比低，僅為2%，預(yù)實(shí)驗(yàn)表明黑色滌綸纖維的摻入并不會(huì)影響紗線的主體色。

2 紡紗工藝流程設(shè)計(jì)

試紡工藝流程為：手扯開松纖維→纖維預(yù)處理→梳理→并條(2～3道)→粗紗→細(xì)紗。

2.1 梳理前準(zhǔn)備工序

由于提供的芳綸纖維電阻率較大，解決好纖維因靜電纏繞膠輥的問題是梳理的基礎(chǔ)。在保持較適宜環(huán)境溫濕度的同時(shí)，選取合適的油劑對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)處理是杜絕靜電纏繞的關(guān)鍵。

化纖在出廠時(shí)，各根纖維會(huì)攢聚到一起，在預(yù)處理前需要手工對(duì)纖維進(jìn)行預(yù)開松，盡量使其為松散狀態(tài)，既能使預(yù)處理油劑更好地作用于纖維，也有助于提高纖維的梳理質(zhì)量，減少棉結(jié)和彎鉤纖維的產(chǎn)生。之后，將配置好的油劑噴灑于纖維表面，噴灑混合液的質(zhì)量須使纖維回潮率保持在10%～20%，噴灑后須將纖維密閉放置約24 h，使纖維達(dá)到吸放濕平衡。

2.2 梳理成條工藝實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

選取同種纖維，分別采用清梳聯(lián)梳理(方案A1)、清梳聯(lián)梳理1次后成條儀梳理(方案A2)和直接成條儀梳理(方案A3)，通過檢查成條外觀、粗紗卷裝質(zhì)量及成紗質(zhì)量，對(duì)比不同梳理方式的梳理質(zhì)量。

2.2.1 清梳聯(lián)梳理

FA1581-50H型微清梳聯(lián)合實(shí)驗(yàn)機(jī)是典型的清梳聯(lián)小樣試驗(yàn)機(jī)。由于小樣清梳聯(lián)無抓棉裝置，故纖維喂入時(shí)應(yīng)盡量均勻，從而使輸出條干均勻，梳理時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量使用柔性梳理工藝，適當(dāng)減小喂入定量，降低機(jī)件運(yùn)行速度，以減小纖維損傷與纏繞?？刂剖崂碥囬g相對(duì)濕度為65%，溫度約為25 ℃。

2.2.2 清梳聯(lián)梳理后成條儀梳理

檢驗(yàn)清梳聯(lián)梳理后的纖維，發(fā)現(xiàn)纖維的梳理質(zhì)量很差，纖維的伸直平行度低，存在較多的棉結(jié)和未梳理開的問題，無法繼續(xù)進(jìn)行后道工序，于是將清梳聯(lián)梳理過1次的纖維重新放入成條儀進(jìn)行梳理。

SX01型成條儀是利用轉(zhuǎn)杯紡成紗原理，將纖維快速梳理成條的裝置。纖維喂入后，經(jīng)主分梳輥梳理，在氣流的作用下從分梳輥表面剝離進(jìn)入輸纖通道，在轉(zhuǎn)杯作用下凝聚成條。

已經(jīng)經(jīng)過一次梳理的芳綸纖維，成條儀再次梳理時(shí)為減少纖維損傷，降低短絨率和棉結(jié)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)低主分梳輥的轉(zhuǎn)速；工藝負(fù)壓選擇為9 kPa，以加強(qiáng)通道中的纖維轉(zhuǎn)移，防止因靜電造成過多的纖維滯留；由于纖維質(zhì)量較輕，成條抱合力差，為加強(qiáng)須條的凝聚，轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速選擇為4800 r/min，成條儀工藝參數(shù)見表2。

表2 成條儀工藝參數(shù)

2.2.3 直接成條儀梳理

清梳聯(lián)梳理過的纖維再進(jìn)行1次成條儀梳理后，盡管梳理質(zhì)量得到較大改善，但初次梳理時(shí)產(chǎn)生的棉結(jié)及彎鉤纖維，在第2次梳理時(shí)很難完全改善，故將未梳理過的纖維直接進(jìn)行成條儀梳理。

相較清梳聯(lián)梳理后成條儀梳理的工藝(見表2)，在其他成條儀工藝參數(shù)均不變的情況下，只將主分梳輥轉(zhuǎn)速調(diào)高至4800 r/min，直接對(duì)未梳理過的纖維進(jìn)行成條儀梳理。

2.3 并條工序

并條需解決纖維靜電纏繞羅拉、膠輥的問題，而適宜的溫濕度對(duì)減輕靜電纏繞有明顯作用[3]。此外，保持纖維通道清潔，使用滑石粉及適當(dāng)調(diào)低電機(jī)轉(zhuǎn)速也可以使靜電纏繞不影響并條工序的順利進(jìn)行。并條采用順牽伸工藝，可進(jìn)一步提升纖維的伸直平行度；由于纖維較細(xì)，喇叭口直徑宜偏小控制，防止須條分散[4]。

試紡時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果采取6根并合，條子會(huì)牽伸不開而出現(xiàn)硬頭，進(jìn)而導(dǎo)致條干惡化。這可能是由于6根并合時(shí)，條子排列比較緊密，加之纖維長度較長，致使?fàn)可炝^大而使纖維牽伸不開。為此，采取3根并合，同時(shí)降低生條定量，以解決生條牽伸不開的問題[5-6]。

試紡選用HAFJ1201型單眼并條機(jī)，采取三道并條降低條子不勻率，主要工藝參數(shù)見表3。

表3 并條工藝參數(shù)

2.4 粗紗工序

由于纖維長度較大，粗紗應(yīng)合理調(diào)整羅拉隔距，試紡時(shí)采用三羅拉雙短膠圈式牽伸；粗紗牽伸時(shí)依舊要考慮纖維纏繞羅拉或膠輥的問題，必要時(shí)對(duì)空氣加濕，預(yù)先對(duì)熟條進(jìn)行抗靜電油劑預(yù)調(diào)濕處理，或者調(diào)低錠翼高速和錠翼低速的參數(shù)，也可在一定程度改善纖維纏繞[7-8]。此外，粗紗捻度不宜過高，否則會(huì)造成粗紗牽伸不開，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)后確定該試紡紗的粗紗捻系數(shù)應(yīng)比純棉機(jī)織紗低22%～28%。

具體粗紗工藝參數(shù)如表4所示。

表4 粗紗工藝參數(shù)

2.5 細(xì)紗工序

細(xì)紗工序是成紗的最后一步，也是對(duì)細(xì)紗之前工藝流程質(zhì)量的檢驗(yàn)。紡制過程中發(fā)現(xiàn)，按清梳聯(lián)方式梳理而成的生條質(zhì)量很差，纖維未得到完全的梳理，導(dǎo)致粗紗工序難以持續(xù)進(jìn)行，斷頭嚴(yán)重且條干不勻率極大。

因此，將清梳聯(lián)梳理后成條儀梳理、直接成條儀梳理的2組粗紗在DHUX-01型細(xì)紗機(jī)上進(jìn)行紡紗試驗(yàn)，經(jīng)工藝優(yōu)化后選定的主要工藝參數(shù)見表5。

表5 細(xì)紗工藝參數(shù)

2.6 測試結(jié)果及對(duì)比

將A1方案、A2方案、A3方案的梳理效果，在粗紗工序進(jìn)行對(duì)比，見圖1。通過粗紗卷裝外觀來檢驗(yàn)梳理質(zhì)量的差別，可以看出不同梳理方式和工藝對(duì)粗紗質(zhì)量影響很大。其中，A1方案的粗紗卷裝外觀極差，存在肉眼可見的粗細(xì)不勻，在粗紗生產(chǎn)工序中也表現(xiàn)出頻繁的斷頭和肉眼可見的粗節(jié)；A3方案的粗紗外觀最好，卷裝清晰，條干均勻，表明其纖維得到了較為充分的梳理；A2方案的粗紗卷裝外觀尚可，介于A1方案和A3方案之間。

a) A1方案

將A2方案和A3方案的粗紗繼續(xù)進(jìn)行后道工序，對(duì)所紡紗線進(jìn)行拉伸斷裂強(qiáng)力、條干CV值以及毛羽測試，對(duì)比結(jié)果見表6。

表6 不同梳理方案的紗線質(zhì)量對(duì)比

由表6可知，A3方案紗線的條干CV值相比A2方案降低了約36%，毛羽數(shù)減少了約29%，斷裂強(qiáng)力提高了約24%，紗線質(zhì)量有明顯提升，表明SX01型成條儀更適合對(duì)芳綸纖維進(jìn)行梳理。這可能是由于傳統(tǒng)清梳聯(lián)梳理下，機(jī)械作用梳理是主要的梳理方式，刺輥、錫林、蓋板以及道夫間針齒的多次作用對(duì)纖維的梳理較強(qiáng)，且芳綸纖維在嚴(yán)重靜電作用下易造成梳理成網(wǎng)困難，加之小樣清梳聯(lián)裝置隔距調(diào)整不便，難以加工中長纖維，造成纖維伸直平行度低；而成條儀利用氣流將纖維在分梳輥梳理后積聚成條，更適合加工芳綸纖維這種抱合力弱的纖維，且分梳輥梳理時(shí)對(duì)纖維的作用較弱，在一定程度減弱了靜電作用和對(duì)纖維的損傷，同時(shí)成條儀梳理時(shí)的少量、定量喂入，極大程度地降低了生條不勻。

A2方案的紗線質(zhì)量相比A1方案，雖然獲得了較大提升，但仍無法達(dá)到A3方案直接成條儀梳理的質(zhì)量。這可能是由于成條儀梳理時(shí)，雖然對(duì)纖維進(jìn)行了重復(fù)梳理，但清梳聯(lián)梳理時(shí)造成的棉結(jié)、彎鉤纖維等依舊持續(xù)存在，并且在經(jīng)歷了梳理和多道并條后，對(duì)纖維造成了一定的損傷，從而使紗線品質(zhì)無法達(dá)到未梳理過的纖維直接進(jìn)行成條儀梳理的紗線品質(zhì)。

3 結(jié)語

3.1基于環(huán)錠紡紗技術(shù)，對(duì)比傳統(tǒng)清梳聯(lián)梳理與轉(zhuǎn)杯成條儀梳理對(duì)改性芳綸纖維成紗質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，梳理質(zhì)量是提升紗線質(zhì)量的關(guān)鍵；相比清梳聯(lián)梳理，成條儀大大提升了芳綸纖維的梳理質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上確定的芳綸短纖紗線開發(fā)的基本工藝流程，得到了能用于織造高性能防護(hù)服的紗線。

3.2相比于傳統(tǒng)清梳聯(lián)梳理，成條儀操作簡單，流程可控，對(duì)原料要求低，不會(huì)造成纖維的大量浪費(fèi)，特別適合高性能纖維的試紡研發(fā)。