小比例導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.煙臺南山學院，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、尺寸穩定、易洗快干和價格適中等優點，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生靜電，輕微的靜電會影響織物外觀和穿著舒適性，嚴重的靜電則會對人體心臟和神經等部位造成損害，甚至可能引起火災或爆炸等安全問題[1]。為了解決靜電問題，通過在毛/滌混紡產品中添加一定比例的導電纖維，不僅可以降低紡織加工過程中的靜電纏繞現象，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/碳黑導電纖維混紡紗為例，探討了其生產加工過程。通過將碳黑導電纖維與絲光羊毛、滌綸、天絲進行混紡，綜合各種纖維的不同特性，取長補短，改善可紡性的同時，使其織物具有良好的抗靜電功能和穿著服用性能，從而提高產品附加值。

1 導電纖維

1.1 導電纖維性能

導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和電暈放電的形式消除掉紡織生產和織物使用過程中的靜電。導電纖維的抗靜電性能不受環境溫濕度變化的影響，在干燥的空氣環境下仍具有防止靜電積聚和消除靜電的性能[3]。導電纖維分為金屬纖維、金屬涂鍍層纖維、金屬化合物導電纖維和碳黑導電纖維。各類導電纖維與普通合成纖維比電阻值對比見表1。

表1 導電纖維與普通合成纖維比電阻值對比Tab.1 Comparison of specific resistance between conductive fiber and ordinary synthetic fiber

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

1.2 碳黑導電纖維的制備

碳黑導電纖維是采用皮芯復合紡絲法，把滌綸當作基體，將碳黑和滌綸原纖混合后進行紡絲制得，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電性[4]。碳黑導電纖維的橫截面和表面分別見圖1、2。

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

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

由圖1可以看出，碳黑導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。由圖2中可以看出，碳黑導電纖維的表面相對光滑、平直幾乎無卷曲。

2 原料選配及紗線規格

2.1 原料選擇

混紡紗原料的選擇既要考慮產品的風格特點和質量要求，又要遵循取長補短的原則，充分發揮各種原料的性能優勢。本文實驗選取的原料由18.5 μm絲光羊毛、1.67 dtex和2.22 dtex滌綸、3 dtex天絲及3.33 dtex碳黑導電纖維組成，混紡各組分纖維的細度及性能指標見表2。

表2 混紡各組分纖維的性能指標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]，易產生靜電。天絲是纖維素纖維，具有吸濕能力強、光澤好、手感舒適等特點。滌綸纖維具有強度高、彈性回復性好、耐腐蝕性、織物挺括易打理和結實耐用等特點，但吸濕透氣性差，紡織加工和穿著時易產生靜電。碳黑導電纖維具有較高的強力和回潮率，比電阻不超過1×105Ω·cm，具有較好的導電性。將絲光羊毛與滌綸、天絲、碳黑導電纖維進行混紡，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異的挺闊抗皺耐用性及碳黑導電纖維的抗靜電性。通過實踐，碳黑導電纖維的應用大大降低紡織加工中靜電纏繞現象和織物穿著時靜電和吸附灰塵等現象的發生。

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，面料要求堅牢、舒適、透氣、保暖、耐洗、不變形、抗靜電等。資料顯示，碳黑導電纖維具有良好的導電性、導電耐久性和可紡性，其纖維含量0.5%時，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[6]。通過多次試紡對比分析，當絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導電纖維的混紡比例分別采用50%、15%、34%、1%時，面料既能消除靜電，又可滿足織物風格要求。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 產品規格

本文設計的絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導電纖維混紡紗的線密度為12.6 tex，捻度為440捻/m，捻向為Z捻的單紗。

3 紡紗工藝

根據原料品種、混紡比例及生產車間設備情況，結合精梳混紡毛紗加工原則，確定絲光羊毛/滌綸/天絲/碳黑導電纖維混紡紗的紡紗生產流程為：復精梳→前紡→后紡。先進的紡紗設備是紡制高品質精紡紗線的基礎，本品種復精梳和前紡主要選用GC15混條針梳機、GC30針梳機、GV20高速牽伸機、PB33精梳機及FM8N無捻粗紗機(法國NSC公司)。后紡主要選用德國進口設備，如451C3細紗機(德國青澤公司)和AC338絡筒機(德國賜來福公司)[7]。

3.1 復精梳

本文設計的混紡紗所用纖維種類多，比例差異大，特別是碳黑導電纖維只占到了1%，為了確保小比例碳黑導電纖維在整個紗線中的均勻分布且混比正確，在復精梳關鍵工序必須采取相應的工藝技術措施。

3.1.1 工藝流程

復精梳工藝采用與常規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，因此混條機要配置在針梳之前。首先，將絲光羊毛條W在1道混條機上進行混條，同時加入和毛油(混條后毛條記為W1)，并存放24 h，以使和毛油均勻滲透；同時在2道混條機上將1%比例碳黑導電纖維與24%比例1.67 dtex滌綸條進行假和。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道混條機上并合完，得到最終的混紡條H4。

此外，為了確保碳黑導電纖維在紗線內的橫向均勻分布，混條喂入各組分纖維條時，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見表4。

表4 混條主要工藝參數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條，主要是通過并和使纖維得到進一步的梳理和混合，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上的損傷和不必要的落毛。因此應采用較輕的出條定量，以適應精梳工序輕定量喂入的要求，精梳前針梳主要工藝參數設置見表5。

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

3.1.4 精 梳

精梳是復精梳中的關鍵工序，主要作用是去除在精梳前梳理過程中產生的毛粒和短纖維，并進一步使毛條中纖維平行順直。本文設計采用PB33型精梳機，在配置工藝參數時，應遵循“輕定量喂入，車速較低配置，拔取隔距適當放大”的原則，喂入條重設定為14 g/m，喂入根數為22根，下機條重為22 g/m，車速設定為200鉗次/min，拔取隔距設置為36 mm。為了使喂入毛條在一定的張力下得到有效梳理，后牽伸倍數控制在1.00～1.07倍范圍內。同時適當控制精梳落毛，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搭接時形成的新周期性不勻。為了防止梳理過程中毛粒再次形成，應采用較低車速和較小牽伸倍數，精梳后針梳主要工藝參數設置見表6。

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

3.2 前 紡

3.2.1 前紡工藝流程

針對本品種原料組分多、比例差異大的特點，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 前紡工藝設計

3.2.2.1混條、針梳

經過1道混條和4道針梳，毛條經過多次反復混和梳理，進一步達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，在針梳機上應使用較小的針距、較小的喂入負荷以及較低的牽伸倍數來減少毛粒。混條、針梳主要工藝參數設置見表7。

表7 前紡各工序主要工藝參數設置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一步抽長、拉細，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]。粗紗機采用的是FM8N型無捻粗紗機，在設置牽伸倍數時，一般要求牽伸倍數在10～13范圍內偏大配置，本設計牽伸倍數采用12倍，能夠較好地防止“硬頭”現象的發生。粗紗主要工藝參數設置見表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/碳黑導電纖維混紡紗，細紗線密度12.6 tex，捻度440捻/m。后紡工藝流程為：細紗→蒸紗→絡筒。

3.3.2 后紡工藝設計

3.3.2.1細 紗

細紗是紡紗加工的關鍵工序，主要作用是將前道工序的粗紗抽長拉伸至所設定的線密度12.6 tex，并將其加捻成具有一定強度和彈性的紗線，以便進行后續加工。根據牽伸原理，牽伸倍數太大容易引起條干惡化，太小又會造成牽伸不開出硬頭。因此，細紗牽伸倍數盡量控制在15～20倍范圍內。為了減少細紗斷頭，穩定生產，捻度應偏大掌握，車速偏低配置。同時，要合理選配鋼絲圈的型號與重量，并定期保養皮輥皮圈。細紗主要工藝參數見表8。

表8 細紗主要工藝參數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纖維張緊的應力和靜電，恢復紡紗過程中纖維損失的彈性，并使捻度趨于穩定。同時，蒸紗還可以減少紗線的毛羽，提高紗線的強力，進而降低后續加工斷頭。蒸紗工藝參數應根據紗線品種(原料、單紗或股線)、捻度等因素合理設置。本品種采用瑞士紗力拉公司的XO SELECT圓形真空蒸紗機，采用1次蒸紗，蒸紗溫度和時間分別設定為90～95 ℃和90 min。

3.3.2.3絡 筒

絡筒主要目的增加卷裝容量，便于后工序生產，并通過電子清紗器清除紗線上的雜質和長短粗細節等紗疵，所以要合理設置清紗器參數并嚴格上機，以提高紗線的品質。

在絡紗過程中，絡紗速度、絡紗張力及車間溫濕度等控制不當，均會使紗線毛羽增加。AC338型自動絡筒機理論速度為2 000 m/min，但在生產實踐中，特別是生產線密度10～30 tex的紗時，其絡紗速度應控制在800～1 400 m/min范圍內；絡紗張力與毛羽增長呈正相關，如果張力太小，筒子將變得松軟、成形不良，如果張力太大，紗線的條干就會惡化，毛羽也會增加，因此張力值大小要按照紗號單紗強力的10%～13%設定；絡筒車間的溫濕度對毛羽也有一定影響，一般車間相對濕度控制在75%左右，溫度控制在30 ℃左右時，防毛羽的效果最佳[9]。絡筒主要工藝參數設置見表 9。

表9 絡筒主要工藝參數Tab.9 Main process parameters of winding

4 結 論

本文通過分析紡紗生產和織物穿著使用過程的靜電干擾問題，結合設計產品的服用性能要求，從原料選配、紡紗工藝流程配置和各工序工藝參數的設置入手，使各組分纖維更合理的均勻分布在紗線相應位置，同時，互相取長補短，發揮各自性能優勢，從而使產品質量和抗靜電性能得到進一步優化提升。

①在紡紗過程中較細纖維易轉移分布在紗線的內層，較粗纖維主要分布在紗線的外層，根據此規律選擇各組分纖維細度排列順序為：絲光羊毛>3.33 dtex碳黑導電纖維>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種細度滌綸纖維，主要分布在紗線的中內層，這種分布既能發揮滌綸纖維高強、挺闊抗皺的優勢，又避開滌綸與肌膚直接接觸時吸濕透氣性差，與外部摩擦易產生靜電等問題。同時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層和中層，優化了纖維強力的利用系數，提高了紗線的強力[10]。

②絲光羊毛是本混紡紗的主體，混紡占比高達50%，且細度最大，其與細度較大的天絲纖維會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碳黑導電纖維混紡比雖然只有1%，但是其細度比3.0 dtex天絲、1.67 dtex滌綸和2.22dtex滌綸的細度均大，較絲光羊毛稍細，根據粗細纖維在紡紗過程中的轉移分布規律，碳黑導電纖維會盡可能分布在紗線的外層，從而提高其導電性能。

④按照常規品種進行紡紗工藝配置時，1%碳黑導電纖維在混紡時很容易造成混合不勻。為此采用了增加混條和針梳道數，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混合，有效解決了小比例組分混合不均的難題。