石墨烯改性粘胶混纺纱的开发

蒋建清 章水龙 杨新勇 徐丽桃 章友鹤

(1.浙江春江轻纺集团有限责任公司，浙江杭州，311407；2.浙江省新型纺织品研发重点实验室，浙江杭州，310009)

石墨烯是目前世界上最薄、强度最大、导电导热性最好的新型纳米材料[1-2]。其优异的性能使其在高性能储能、生物、智能、电子、复合材料等领域得到广泛应用[3]。由于石墨烯改性纤维还处于开发阶段，其加工工艺有待进一步完善，且石墨烯片层之间较强的作用力，使石墨烯材料分散性能较差，导致石墨烯纤维的韧性差，发脆，纺纱过程中容易损伤断裂，加上石墨烯纤维表面摩擦因数小、卷曲度低、抱合力小、可纺性差[4]，影响了石墨烯纤维的开发利用。因此，通过对石墨烯纤维性能特点的研究，探索石墨烯纤维的纺纱技术，优化生产工艺，改善石墨烯纤维的可纺性，拓展石墨烯纤维的应用范围，扩大石墨烯纺织品的产业化应用，对企业乃至整个纺织业都具有重要的意义。本文就石墨烯改性粘胶/涤纶50/50 18.5 tex纱线开发中的相关技术作分析探讨。

1 石墨烯改性粘胶混纺纱的工艺优化

由于石墨烯改性纤维的可纺性差，用石墨烯改性粘胶单种原料纺纱困难较大，不易成网成条。涤纶是目前合成纤维中用量最大的品种，可纺性能优良，纤维的强力较高，可弥补石墨烯改性粘胶纤维可纺性差、强力不足的弱点，且两种纤维均为化学纤维，具有杂质疵点少、长度与整齐度相近的特点，可直接采用包混和合适的纺化纤清梳工艺生产，故采用石墨烯改性粘胶与涤纶混纺，混纺比例为50/50。两种纤维的实测技术数据如下。

原料 涤纶 石墨烯改性粘胶

细度/dtex 1.34 1.70

长度/mm 38.7 37.3

断裂强力/cN 8.18 4.07

断裂强度

/cN·dtex-16.13 2.49

回潮率/% 0.56 7.27

断裂伸长率/% 26.01 14.49

卷曲度

/个·(25.4 mm)-111.15 5.7

1.1 纺纱工艺流程

1.2 石墨烯改性粘胶预处理

针对石墨烯改性粘胶纤维较蓬松，表面摩擦因数小，纤维间抱合力弱，且干燥较快，可纺性欠佳的问题，在投入开清棉工序前，需对石墨烯改性粘胶进行预处理，以增强纤维的摩擦力和抱合力。用0.5%比例的CA-2880型油剂加水的混合液，按原料重量的5%的用量，均匀喷洒在松散的原料上，再用薄膜覆盖堆仓处理24 h，使油剂的混合液渗透到纤维内部。通过预处理的石墨烯改性粘胶，纤维间的摩擦力与抱合力显著增强，使开清棉的成卷质量得以改善，从而在梳棉工序能使纤维得到良好的梳理与转移，杜绝了塌边破网等现象产生，使生产顺利进行。

1.3 清梳工序

开清棉工序。根据两种原料长度整齐度好、含杂质疵点少的特性，采用短流程工艺处理，并遵循“勤抓少抓，多送轻打，充分混和”的工艺原则。为提高抓棉机小车的运转效率，减少纤维块重量，提高混和均匀性，采取减少抓棉小车下降高度和刀片伸出肋条的距离，并适当降低开清棉工序主要打手速度，以减少对纤维的损伤。抓棉机打手速度740 r/min，开棉机打手速度480 r/min，成卷机打手速度920 r/min。

梳棉工序。采取“梳理为主，减少打击，小隔距，慢速度，快转移”的工艺设计。设置较小的刺辊和锡林隔距(0.18 mm)，提高锡林和刺辊线速比至2.0以上，以利于纤维由刺辊快速向锡林转移，设计较小的锡林和盖板隔距(0.20 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.18 mm)以提高纺纱梳理度，锡林与道夫间小隔距(0.10 mm)有利于纤维的剥离转移，避免重复梳理。适当降低刺辊和道夫速度等(刺辊速度733 r/min，锡林速度330 r/min，道夫速度18.6 r/min)以减少纤维损伤，提高棉网清晰度，降低棉结。

1.4 并粗工序

并条工序采用“大隔距，低速度，轻定量”的工艺设计。为改善长片段条干均匀度，采用三道混并工艺，在末道并条机上使用带自调匀整的HSR1000型并条机。考虑到梳棉条中有较多的弯钩纤维，在并条工艺中消除与减少弯钩纤维，提高条子的伸直平行度，可以减少后道纱疵，故在头并上采用较大后区牵伸(1.83倍)，在末并上采用较小后区牵伸(1.35倍)，同时适当降低并条输出速度(控制在300 m/min～350 m/min)，有利于纤维在牵伸过程中位移稳定，改善条干均匀度。此外，考虑到细纱采用赛络纺工艺，需用双粗纱喂入，故并条定量需偏轻设计。并条工序主要工艺参数如下。其中，头并、二并罗拉隔距12 mm×7 mm×18 mm，末并罗拉隔距11 mm×16 mm。

项目 头并 二并 末并

定量/g·(5 m)-121.0 20.0 19.0

总牵伸/倍 6.23 6.30 7.36

后区牵伸/倍 1.83 1.42 1.35

并合数/根 6 6 7

出条速度/m·min-1300 300 350

棉网张力/倍 1.121 1.121 1.076

粗纱工序采用“轻定量，慢车速，大捻度”的工艺设计。由于赛络纺需双粗纱喂入，其粗纱定量设计也比常规要轻50%左右。加大粗纱捻系数可以提高粗纱强力，一方面可防止条子输送中意外牵伸带来粗纱条干不匀，另一方面能避免粗纱在细纱工序退绕时因粗纱定量较轻被拉断。粗纱工序主要工艺参数：粗纱定量4.0 g/10 m，总牵伸9.5倍，后区牵伸1.21倍，捻系数93.0，锭翼速度853 r/min，隔距块5.5 mm，罗拉隔距15 mm×28 mm×40 mm。

1.5 细纱工序

细纱工序采取放大后区隔距，缩小后区牵伸，在浮游区采用新型下销棒和小钳口隔距的控制工艺，以改善细节，减少弱环纱。为提高对纤维的握持力，采用邵尔A75度前胶辊，确保牵伸顺利，杜绝硬头产生。此外，为减少纺纱断头，提高生产效率，适当降低纺纱锭速、加大捻系数、合理选配钢领钢丝圈，使生产运转正常。采用赛络纺工艺，由于有两根粗纱喂入纺纱，不但能显著提高成纱强力，且可使纱线表面光洁，毛羽少，耐摩擦性提高。细纱工艺设计参数：总牵伸49.83倍，后区牵伸1.21倍，锭速12 936 r/min，隔距块3.0 mm，罗拉隔距19 mm×28 mm，捻系数344，PG1型钢领，EMI型 5/0#钢丝圈。

1.6 络筒工序

针对石墨烯改性粘胶混纺纱的性能特点，络筒工序适当降低络筒速度以降低络筒断头；设定合适的络筒张力，确保筒子成形良好无重叠现象；发挥电子清纱器质量把关功能，设置合理的清纱曲线，既达到有效清除各类有害纱疵，又避免不必要的清纱切割影响设备效率与制成率；在络筒过程中，对纱线进行上蜡处理，以提高纱线光洁与润滑度，减少纱线在后道织造工序中与机件摩擦产生的棉结。络筒电清设定参数：N 280%，S 180%×1.8 cm，L 40%×20 cm，T -40%×20 cm，H1 330%×0.8 cm，H2 160%×4.0 cm，H3 140%×6.0 cm。

2 石墨烯改性粘胶混纺纱测试分析

2.1 质量检测

参照FZ/T 12004—2015《涤纶与粘胶纤维混纺本色纱线》，将纱线送国家纺织服装产品质量监督检验中心(浙江)进行检测，测试结果如下。

项目 实测值 一等品要求

重量偏差/% -1.5 ±2.5

重量CV/% 1.8 ≤3.0

断裂强度/cN·tex-122.4 ≥18.0

强度CV/% 7.9 ≤12.0

条干CV/% 13.8 ≤15.0

2.2 性能测试

为了分析评价石墨烯改性粘胶混纺纱的各项性能，我们将该混纺纱织成平纹梭织面料送国家纺织服装产品质量检测中心(浙江)分别进行防静电性能、保暖性能以及抗菌性能的检测。

依照GB/T 12703.1—2008《纺织品静电性能评定 第1部分：静电压半衰期》的规定，试样在高压静电场中带电至稳定电压(10 kV)，加压30 s后断开高压电源，使其电压通过接地金属台自然衰减，测定静电压衰减至一半所需的时间，半衰期测得为0.2 s，防静电性能达到A级要求(≤2.0 s)。

根据FZ/T 73022—2012《针织保暖内衣》的标准，面料的保暖率应不小于30%，按照GB/T 11048—2008《纺织品生理舒适性稳态条件下热阻和湿阻的测定》测得面料保暖率为29.5%，接近标准要求，产品具有较好的保暖性能。

根据GB 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价 第3部分：振荡法》测得面料金黄色葡萄球菌抑菌率为59.76%，大肠杆菌抑菌率为19.09%，白色念珠菌抑菌率为60.21%，产品具有一定的抗菌保健功能。

3 结语

由于单一石墨烯改性粘胶可纺性差，必须对其进行预处理，同时采用与涤纶混纺的方法来改善可纺性；采取两次抓棉及短流程开清棉工艺，既确保两种纤维充分混和与长片段混和均匀度，又减少了对纤维的打击损伤；通过梳棉梳理工艺的优化设置，减少了短绒的增长率，增加对棉结的去除率；采用三道并条工艺，使纤维的伸直度、平行度、分离度提高，纤维条的长、短片段不匀率改善；采取加大粗纱捻系数的设计，防止纺纱中意外牵伸带来的条干不匀与断头，细纱采用赛络纺工艺，能显著减少成纱毛羽、提高纱线光洁度、强力和条干水平，这一系列工艺技术的实施，确保了开发的石墨烯改性粘胶混纺纱取得较好的质量水平，产品经测试，具有较好的抗菌、防静电、保暖等功能。