賀光福

（珠海勵(lì)聯(lián)紡織染工業(yè)有限公司，廣東珠海，519050）

目前紡織行業(yè)融合新纖維、功能化、綠色健康的產(chǎn)品，更能贏得用戶的關(guān)注和市場(chǎng)消費(fèi)者的青睞。生物基石墨烯以天然綠色植物秸稈為原料，采用基于基團(tuán)配位組裝析碳原理的熱裂解法制備而成，除了具有石墨烯良好的熱學(xué)、抗菌抑菌特性外，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)化學(xué)污染，天然環(huán)保［1］。根據(jù)市場(chǎng)需求以及紡織行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，以生物基石墨烯改性莫代爾纖維（以下簡(jiǎn)稱石墨烯纖維）、柔軟吸濕的棉纖維、輕柔而有彈性的羊毛為原料，選擇合適的紡紗設(shè)備，并優(yōu)化工藝流程及紡紗參數(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)石墨烯纖維與棉、羊毛混紡的功能性針織紗線。

1 混紡紗原料及紗線工藝設(shè)計(jì)

1.1 原料的選擇

3種纖維主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 原料主要性能指標(biāo)

其中，石墨烯纖維購(gòu)于山東圣泉新材料股份有限公司，纖維細(xì)度1.33 dtex；棉纖維采用浙江吉祥鳥(niǎo)紡織有限公司的229精梳棉條，纖維細(xì)度1.55 dtex；為使面料手感光滑，羊毛采用張家港揚(yáng)子精梳毛條有限公司的絲光羊毛條，纖維細(xì)度19.40μm。

1.2 紗線規(guī)格

石墨烯改性纖維一般是將石墨烯粉末顆粒加入紡絲液復(fù)合制造而成，石墨烯本身價(jià)格較高，且由于石墨烯顆粒加入紡絲液中會(huì)破壞纖維原有的結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)，從而影響纖維的單纖維強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率［2］。因此，為了減少對(duì)纖維物理指標(biāo)的影響，并考慮生產(chǎn)成本控制的因素，目前市場(chǎng)上石墨烯改性纖維中石墨烯含量通常不超過(guò)3%，但石墨烯含量直接影響纖維的熱學(xué)和抗菌性能。石墨烯含量越高時(shí)，其優(yōu)良性能越容易表現(xiàn)出來(lái)，所以石墨烯改性纖維中石墨烯含量是紗線開(kāi)發(fā)中重點(diǎn)考慮的指標(biāo)。山東圣泉新材料股份有限公司生產(chǎn)的石墨烯纖維內(nèi)含質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%的生物基石墨烯，為保障成品面料的功能性測(cè)試，纖維在混紡紗線中所占的比例必須大于20%。為了使混紡紗產(chǎn)品能夠更好地體現(xiàn)石墨烯優(yōu)良的抗菌性能，紗線設(shè)計(jì)石墨烯纖維含量為30%。紗線的具體規(guī)格為棉/石墨烯纖維/羊毛60/30/10 27.8 tex×2針織紗線。

1.3 紗線工藝設(shè)計(jì)

由于石墨烯本身是黑色，所以石墨烯纖維已是有色纖維，色紡紗只需考慮染其他混紡成分的顏色［3］。紡紗采用毛紡半精紡紡紗工藝流程。先將混紡紗中棉纖維與羊毛纖維按產(chǎn)品顏色分別染色，然后將染色后的纖維按混紡比例混紡成紗。紡紗具體工藝流程：BC262型和毛機(jī)→FB220型梳棉機(jī)→FA 306型并條機(jī)→A 454型粗紗機(jī)→FA 528型細(xì)紗機(jī)→Savio Polar M型絡(luò)筒機(jī)→AW22型高速并線機(jī)→WH196型倍捻機(jī)。

2 紡紗生產(chǎn)工藝

2.1 混毛工序

石墨烯纖維手感柔軟，但比未改性的莫代爾纖維稍顯粗糙，不夠爽滑，這是因?yàn)樵趶?fù)合紡絲時(shí)，有部分石墨烯粉末顆粒分布在纖維表面，形成微小凸起，使得纖維表面粗糙，纖維表面摩擦因數(shù)增加，纖維間的抱合力強(qiáng)，與棉纖維、羊毛混和時(shí)，取纖維質(zhì)量0.5%的CTA?2886和毛油和纖維質(zhì)量6%的水配成混合溶液，均勻噴散到纖維中，由于生物基石墨烯有優(yōu)良的導(dǎo)電性，混毛時(shí)可不加入抗靜電劑。

將混和均勻的混料燜放24 h以上，以確保和毛油、水均勻滲透到纖維中，使纖維得到較好的潤(rùn)滑，提高纖維柔軟性和韌性，保護(hù)纖維在后續(xù)梳理時(shí)不易被拉斷，同時(shí)和毛油及水分可提高原料上機(jī)回潮率，減少加工過(guò)程中的飛毛、落花，提高混紡紗制成率和質(zhì)量［4］。

2.2 梳理工序

梳理工序的重點(diǎn)是加強(qiáng)纖維分梳，有效排除色點(diǎn)、雜質(zhì)，石墨烯纖維和棉纖維細(xì)度細(xì)，韌性差，工藝上應(yīng)以“減少纖維損傷，提高棉條質(zhì)量，降低棉結(jié)”為原則［5］，采用“多分梳，緊隔距，低速度，快轉(zhuǎn)移”的工藝設(shè)計(jì)，適當(dāng)降低道夫轉(zhuǎn)速和減小生條定量，有利于梳理、除雜和纖維轉(zhuǎn)移，并采用“刺輥低速，錫林高速”的工藝，以提高生條質(zhì)量，在錫林和刺輥間采用較大的線速比（2.1）和較小的隔距，以減少纖維返花和棉結(jié)產(chǎn)生，錫林與活動(dòng)蓋板采用緊隔距，即0.20 mm、0.17 mm、0.15 mm、0.15 mm、0.18 mm，以增強(qiáng)纖維梳理強(qiáng)度，道夫與錫林間隔距0.13 mm，有利于梳棉過(guò)程中纖維轉(zhuǎn)移。其他主要工藝參數(shù)：生條定量19.5 g/5 m，錫林轉(zhuǎn)速340 r/min，刺輥轉(zhuǎn)速760 r/min，道夫轉(zhuǎn)速20 r/min。

2.3 并粗工序

并條工序的重點(diǎn)是確保條子的顏色混合均勻，采用適當(dāng)?shù)臓可?，提高纖維的伸直度和分離度。牽伸倍數(shù)分配采用倒?fàn)可旆绞?，即頭并牽伸大，二并牽伸小，這樣更有利于改善條干均勻度，采用三道并條工藝可以改善長(zhǎng)片段條干均勻度和提高混色效果［6?7］。并條工序主要工藝參數(shù)：頭道定量18.57 g/5 m，總牽伸6.3倍，后區(qū)牽伸1.65倍，并合數(shù)6根；二道定量17.9 g/5 m，總牽伸8.3倍，后區(qū)牽伸1.35倍，并合數(shù)8根；三道定量17.5 g/5 m，總牽伸8.2倍，后區(qū)牽伸1.30倍，并合數(shù)8根。

粗紗工序控制好牽伸質(zhì)量，提高纖維的伸直度和紗條均勻度，石墨烯纖維、棉和羊毛的纖維間抱合力較好，工藝上采用“輕定量，低捻系數(shù)，慢車(chē)速”的工藝設(shè)計(jì)，以減輕細(xì)紗工序的牽伸負(fù)荷，改善成紗條干均勻度。由于天然纖維間長(zhǎng)度差異大，應(yīng)減少羅拉握持距離，適當(dāng)增加羅拉加壓，以有效控制浮游纖維［8］。粗紗工序主要工藝參數(shù)：公制捻系數(shù)50，粗紗定量5.83 g/10 m，后區(qū)牽伸1.21倍，總牽伸6.0倍，錠速830 r/min，羅拉加壓200 N×150 N×150 N。

2.4 細(xì)紗工序

細(xì)紗是紡紗過(guò)程中最后一道工序，工藝的關(guān)鍵是控制好牽伸和對(duì)纖維的握持，避免牽伸不勻，產(chǎn)生短粗節(jié)、棉結(jié)等紗疵。由于石墨烯纖維較細(xì)，容易產(chǎn)生棉結(jié)，所以細(xì)紗生產(chǎn)時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低車(chē)速，并加大捻系數(shù)以減少細(xì)紗斷頭。細(xì)紗工序主要工藝參數(shù)：細(xì)紗定量2.78 g/100 m，公制捻系數(shù)130，后區(qū)牽伸1.25倍，總牽伸21倍，錠速8 500 r/min。

2.5 筒并捻工序

絡(luò)筒工序要掌握好筒子的卷繞密度，保證成形良好，切除細(xì)紗中的棉結(jié)、短粗節(jié)，同時(shí)要檢查斷頭自停裝置以保障結(jié)頭質(zhì)量，降低絡(luò)筒車(chē)速，即750 m/min，減小因絡(luò)筒造成的棉結(jié)和毛羽，合理設(shè)置清紗參數(shù)以清除有害疵點(diǎn)。主要清紗參數(shù)：棉結(jié)+280%，短粗節(jié)+180%×20 mm，長(zhǎng)粗節(jié)+50%×20 cm，長(zhǎng)細(xì)節(jié)-50%×20 cm。

并紗、捻線工序主要減少紗線斷頭率，提高生產(chǎn)效率，并線機(jī)速度設(shè)定為650 m/min。倍捻機(jī)股線捻度428捻/m，同時(shí)為了減少毛羽和斷頭，倍捻機(jī)錠速設(shè)定為7 000 r/min，并配置上蠟裝置，增加紗線表面蠟質(zhì)，減少紗線毛羽和提高后道織機(jī)效率。

3 針織物性能測(cè)試

經(jīng)實(shí)測(cè)，棉/石墨烯纖維/羊毛60/30/10 27.8 tex×2針織紗線的主要物理性能指標(biāo)：線密度偏差1.6%，條干CV值12.3%，斷裂強(qiáng)力360 cN，斷裂伸長(zhǎng)率13.5%，2 h起球等級(jí)/起球箱法4級(jí)。其質(zhì)量滿足FZ/T 71008—2008《半精紡毛針織紗線標(biāo)準(zhǔn)》優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)GB/T 20944.3—2008《紡織品 抗菌性能的評(píng)價(jià)第3部分：振蕩法》對(duì)所織的針織物進(jìn)行抗菌性能測(cè)試，并采用標(biāo)準(zhǔn)中的10.1.1的洗滌程序?qū)椢镞M(jìn)行20次水洗，以測(cè)試紗線的抗菌耐洗性能［9?10］。紗線抗菌性能測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 混紡紗抑菌率測(cè)試結(jié)果

由表2可以看出，混紡紗線所織的針織物對(duì)3種菌種均具有較好的抗菌效果，織物在洗滌20次后，其抗菌性能有所降低，但整體抑菌率仍在90%以上，說(shuō)明石墨烯纖維混紡紗線織物具有優(yōu)良的抗菌性能和耐洗滌性能。

4 結(jié)語(yǔ)

生物基石墨烯賦予了改性纖維對(duì)人體有益的抗菌特性，纖維中石墨烯含量直接影響其抗菌功效。為保證混紡紗有較好的抗菌性能，紗線中混紡石墨烯纖維的比例不能小于20%；石墨烯纖維混紡針織紗線的生產(chǎn)，需針對(duì)各個(gè)纖維性能特點(diǎn)，合理選擇各工序紡紗參數(shù)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，所紡制的紗線具有良好的物理性能，其織物具有優(yōu)良的抗菌性能和耐洗滌性能。石墨烯纖維混紡針織紗線的開(kāi)發(fā)，拓展了功能性針織面料的設(shè)計(jì)思路。由于石墨烯本身是黑色，因此石墨烯纖維顏色偏黑灰。雖然色紡混紡紗線拓寬了其在多彩紡織品中的應(yīng)用，但對(duì)于一些淺色以及顏色鮮艷紗線的開(kāi)發(fā)仍受到一定的限制。