1.11 dtex超細旦粘膠短纖維的生產工藝探討

周世川，黨 虎，謝 峰，王 琦，周振華，張 璐

(新疆中泰紡織集團有限公司，新疆 庫爾勒 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為原料生產的再生纖維素纖維，其最大特點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、抗靜電和易紡等優良性能[1]。

目前，粘膠纖維行業產品結構單一，生產的品種多數以普通短纖維為主，粘膠纖維產品的功能化、異形化、細旦化成為行業近年來重要的發展方向[2]。因此，國內大部分企業都在產品的差別化、功能化上下功夫。超細旦粘膠短纖維是粘膠短纖維的差別化產品，其在原有長度不變的情況，線密度更小，纖維更細，同時，在保持機械性能的基礎上，手感更好，其紗線及織物更細滑柔軟，面料更輕薄，質量更好[3-4]。

普通粘膠短纖維因結構單一，在高檔紡織品領域的應用存在局限性，其紗線大都是中、低支紗，規格為45 s以下，而高支紗品種很少，如60 s以上高支紗的生產基本處于空白。隨著社會的發展進步及人類生活品質的提高，生產高支紗已成為粘膠短纖維行業的發展趨勢。

為進一步優化粘膠短纖維產品結構、拓展粘膠短纖維的應用，作者采用傳統濕法紡絲工藝，在現有的普通粘膠短纖維生產線上，通過調整工藝參數，改變噴絲頭的規格，成功生產出規格為1.11 dtex×38 mm的超細旦粘膠短纖維，并在下游紡紗廠試生產60 s混紡高支紗，紗線質量均符合優等品各項指標。

1 試驗

1.1 主要原材料

闊葉漿粕：山東太陽紙業有限公司生產；液堿：工業級，新疆中泰化學集團有限生產；二硫化碳：工業級，新疆巴州瑞興化工有限生產；硫酸：工業級，新疆中泰紡織集團生產。

1.2 主要設備及儀器

噴絲頭：北京華宇創新鉭鈮科技有限公司制；酸堿滴定儀器：安徽美星實驗設備有限公司制；NDJ-8S型數字顯示旋轉粘度計：淄博淄分儀器有限公司制；YG001B單纖維強力機：常州市中纖檢測儀器設備有限公司制。

1.3 1.11 dtex超細旦粘膠短纖維的生產

超細旦粘膠短纖維的生產采用傳統濕法紡絲法，在現有的普通粘膠短纖維生產工藝流程和主機設備的基礎上進行，原料漿粕經過濾、熟成、脫泡，得到的粘膠達到紡絲要求的黏度、熟成度后，再經紡前過濾送往紡絲機，使用特殊設計的噴絲頭，結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，最后經切斷、精煉、烘干等后處理工序，制得超細旦粘膠短纖維。

主要生產工藝參數如下：粘膠黏度35～50 s、熟成度8～13 mL、甲纖質量分數8.9%～9.3%、堿質量分數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，噴絲頭規格為45頭、單頭孔數2 300、孔徑0.05 mm，拉伸比58%，收縮系數79%。生產的超細旦粘膠短纖維規格為1.33 dtex×38 mm，生產工藝流程見圖1。

圖1 超細旦粘膠短纖維生產工藝流程
Fig.1 Flow chart of ultrafine viscose staple fiber production

1.4 分析與測試

線密度：在標準大氣壓條件下，從伸直的纖維束上切取一定長度的纖維束，按照GB/T 14463—2008《粘膠短纖維》測試并計算[5]。

力學性能：采用YG001B單纖維強力機，按照GB/T 14463—2008《粘膠短纖維》測試纖維的斷裂強度、斷裂伸長率等[5]。

2 結果與討論

2.1 粘膠質量

(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，經不起拉伸，易形成毛絲或斷頭。試驗表明，粘膠的熟成度控制在8～13 mL較好。

(2)黏度

粘膠的黏度過高，氣泡不易脫盡，而且送膠壓力下降，會造成毛絲增多，易出現纏輥現象；黏度太低時成形不穩定，絲條易斷頭，可紡性差。試驗表明，粘膠的黏度控制在(40±5)s較好。

2.2 噴絲頭規格

生產超細旦粘膠短纖維，噴絲頭是關鍵，由于纖維素黃酸酯分子鏈長，相對分子質量大，分子間有較強的引力，粘膠進入噴絲孔入口時受到剪切力的作用產生入口效應，粘膠體積變小，所產生的彈性能儲存于粘膠中，由于粘膠在噴絲孔道中的時間非常短，內應力得不到完全松弛，所消耗的彈性能很少，大部分彈性能在粘膠出孔口時釋放發生回彈，產生孔口脹大效應，粘膠細流比在孔道時放大2.5～3.0倍。因此，在實際生產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，在原紡速及對應產量不變的情況下，所匹配的噴絲頭孔數必須增多，保證紡絲盤在相應紡絲速度下單位時間的噴膠量相等。

生產1.33 dtex普通粘膠短纖維時，采用的噴絲頭規格為45頭、單頭孔數1 900、孔徑0.055 mm。生產1.11 dtex超細旦粘膠短纖維時，纖維線密度減小，為保證產量，需增加噴絲頭孔數；在紡絲盤總橫截面積一定的情況下，孔徑不同，對應的噴絲頭孔數也不同，且噴絲頭孔徑越小，其加工難度越大。為保證產量兼顧噴絲孔的加工難度，生產1.11 dtex超細旦粘膠短纖維時，選擇噴絲頭孔數為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。硫酸濃度過高，纖維成形速度過快，易形成粗大的凝膠結構，造成纖維內外層的再生程度不均一，在拉伸時易發生脆性斷裂，強度下降；硫酸濃度過低，會使凝固再生過程緩慢而造成紡絲困難，易斷頭及出現膠塊、疵點。試驗中控制硫酸濃度在122～124 g/L，可紡性好，生產穩定。

(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良的抗疲勞性能,纖維結構均勻，能提高纖維的強度，還能提高纖維的伸度和勾結強度。但是，凝固浴中硫酸鋅濃度太高，會使纖維成形過于緩慢，絲條易帶膠塊，影響可紡性。試驗表明，硫酸鋅濃度控制在7.0～8.0 g/L時，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程中各種物理、化學過程的進行，能提高成品纖維結構的均勻性，纖維強伸度也隨著增加。但當凝固浴溫度高于某個臨界值時，成形速度過快以及硫化氫、二硫化碳氣體大量逸出而使纖維產生大量孔隙，成品纖維的強伸度反而下降。試驗中凝固浴溫度宜控制在48～52 ℃。

2.4 拉伸比和收縮系數

粘膠從噴絲頭噴出時，首先進行噴頭拉伸。粘膠細流尚處于粘流態，噴頭拉伸主要是將粘膠細流導引成線，噴頭拉伸過大，絲條易斷頭或產生毛絲。噴頭拉伸后進入盤間拉伸，盤間拉伸是在紡絲機導絲盤與第一集束機、第二集束機之間進行的，通過盤間拉伸，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并被固定下來，定向性提高，從而提高纖維的物理機械性能。絲束經過強烈拉伸后，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，使纖維大分子幾乎處于僵直狀態，因此纖維必然產生回縮。在拉伸后纖維適當回縮，在不過多地損害纖維強度的情況下，可改善纖維的脆性，使纖維伸度有所提高。

生產1.33 dtex普通粘膠短纖維時，拉伸比控制在54%，收縮系數保持在81%，其強力與干斷裂伸長率均達到優等品指標。生產1.11 dtex超細旦粘膠短纖維時，為保證其線密度與強力，將拉伸比從54%調整至58%，收縮系數從81%調整至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所需的規定長度，生產1.11 dtex超細旦粘膠短纖維時，切斷長度不變為38 mm。

(2)精練

精練的目的是除去或減少初生纖維中對成品纖維質量有影響的雜質，再通過上油柔化處理，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高溫水流沖擊充分打散，通過水洗以除去纖維表面的殘硫及硫酸鹽等雜質。纖維的含硫雜質大部分在此被洗去，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，而留在纖維內部的硫是以膠體質點狀態存在，必須用化學藥劑處理，使不溶于水的膠態硫轉化為水溶性的硫化物而被除去，采用氫氧化鈉來脫硫，溫度84～88 ℃。

然后，對水洗脫硫后的纖維進行漂白。經脫硫后的纖維，光澤雖已轉強，但外觀上還帶有黃色色光。試驗中采用次氯酸鈉對纖維進行漂白，漂白液pH值控制在8～10.5。當pH為6～8時，對纖維破壞最嚴重，且次氯酸鈉易分解出有害氣體、惡化勞動條件；當pH大于10.5時，纖維的損傷較小，但會腐蝕機械零件。

最后，對纖維進行上油。纖維經水洗、脫硫、漂白后，附著在纖維上的大部分雜質雖已除去，但仍不能直接用于紡織，還需進行上油柔化處理。上油的目的是調節纖維表面的摩擦力，使纖維具有平滑的手感，又有適當的抱合力,消除靜電從而改善纖維的紡織性能。

(3)烘干及打包

纖維經后處理后，含濕很高。為了使產品達到要求的含濕標準(標準回潮率為13%)，必須對纖維進行干燥，在干燥過程中不僅是纖維的水分被蒸發，而且纖維的結構也發生了變化，所以纖維經過干燥，很多性質將被固定下來。纖維的干燥時間和干燥均勻程度與進入烘燥機纖維層的溫度、厚度均勻性、松散程度、空氣溫度以及相對濕度等有關。

當烘干溫度較低時，纖維的斷裂強度隨烘干溫度的提高有所上升，且斷裂伸長也隨強度的增加而增加。此外，溫度低，烘干時間長，烘干機的長度要增加。

烘干后的纖維需再次開松，使其回潮趨于均勻，并且松散柔和的纖維更便于風送。經烘干機烘干和精開棉機干開松后，纖維借助于風機產生的氣流經風管至凝棉器，然后落棉至打包機，打包成一定規格和尺寸的棉包，以便于儲存和運輸。

2.6 試生產工況及產品質量

(1)第一次試生產條件

第一次試生產考核周期為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1.11 dtex超細旦粘膠短纖維，生產控制平穩。

(2)第二次試生產條件

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

從紡絲成形情況看，第一次試生產過程中出現異常纏輥現象，第二次試生產時明顯好轉，生產穩定。2次試生產1.11 dtex×38 mm超細旦粘膠短纖維的質量指標見表1。從表1可知：2次試生產的纖維質量指標均達到優等品標準要求；第二次試生產時，因凝固浴硫酸濃度下降、溫度上升，得到的纖維力學性能更好，纖維干斷裂強度達2.52 cN/dtex，濕斷裂強度達1.33 cN/dtex，干斷裂伸長率為18.64%。

表1 1.11 dtex超細旦粘膠短纖維試生產產品質量Tab.1 Quality of 1.11 dtex ultrafine viscose staple fiber in trial production

試生產的1.11 dtex×38 mm超細旦粘膠短纖維供下游紗廠生產混紡高支紗，根據下游紗廠生產反饋，使用超細旦粘膠短纖維混紡比例為40%，生產60 s高支紗，生產正常，紗線質量較好。

3 結論

a. 在普通粘膠短纖維生產裝置上，試生產1.11 dtex×38 mm超細旦粘膠短纖維，為保證產量，噴絲頭孔徑必須相應變小，孔數相應增多；為保證纖維強力，應提高拉伸比，降低收縮系數；適當降低酸浴濃度、提高酸浴溫度，纖維強力較好。

b. 試生產1.11 dtex 超細旦粘膠短纖維時，選擇噴絲頭孔數為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%，收縮系數為79%，可紡性好，生產穩定；纖維干斷裂強度達2.52 cN/dtex，濕斷裂強度達1.33 cN/dtex，干斷裂伸長率為18.64%。

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