李國(guó)鋒,王 莉

(阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院 紡織工程學(xué)院,新疆 阿克蘇 843000)

棉花產(chǎn)業(yè)鏈承載了我國(guó)將近1億人口就業(yè)。在紡紗加工過程中,棉花原材料成本占到紡紗成本的70%～80%。為提高棉紗品質(zhì),提高紗線的可紡性,在棉紡加工過程中通常經(jīng)過精梳工序,精梳落棉正是棉紡精梳機(jī)的精梳作用所去除的短絨,主要表現(xiàn)在長(zhǎng)度通常較短,纖維的品質(zhì)較差。但從成本角度而言,100%純棉精梳落棉比棉花便宜50%以上,因此將精梳落棉作為紡紗原料,順應(yīng)“可持續(xù)發(fā)展”要求,同時(shí)也是降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本的有效方法。根據(jù)2021年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù),全國(guó)棉花產(chǎn)量為573.1萬t,其中,新疆棉花產(chǎn)量512.9萬t[1]。但目前研究新疆精梳落棉性能、純棉精梳落棉紡紗加工還較少,如何有效利用精梳落棉成為大多數(shù)棉紡廠所遇到的難題。

1 新疆棉的性能及適應(yīng)性

1.1 細(xì)絨棉的性能及適紡性

2021年我國(guó)新疆鋸齒棉棉花實(shí)際平均長(zhǎng)度為29.23 mm,加權(quán)平均長(zhǎng)度值為28.79 mm,馬克隆值A(chǔ)+B級(jí)為86.31%,平均長(zhǎng)度整齊度指數(shù)為82.4%,平均斷裂比強(qiáng)度為28.73 c N/tex,白棉平均級(jí)為3.03,軋工質(zhì)量P3等級(jí)占比為0.61%。紡紗一致性指數(shù)(SCI值)是表達(dá)單紗強(qiáng)力和連續(xù)可紡性的綜合指標(biāo)。SCI值越大,成紗強(qiáng)力和連續(xù)可紡性越好。古麗美合日·麥麥提等[2]研究得出阿克蘇2018—2020年棉花指標(biāo)均值的SCI值分別為121.8～131.3,李國(guó)鋒等[3]研究得出北疆SCI值估算比南疆高10～15。依據(jù)烏斯特2013紡紗一致性指數(shù)分級(jí)可知,上半部平均長(zhǎng)度處于50%～95%水平,適合紡中細(xì)特棉紗。

1.2 長(zhǎng)絨棉的性能及適紡性

新疆是我國(guó)唯一的長(zhǎng)絨棉種植地,具有長(zhǎng)度長(zhǎng)、強(qiáng)力高、長(zhǎng)度整齊度好等特點(diǎn),是高端紡織品、特種紡織品必不可少的原料。董曉宇等對(duì)2017年至2020年新疆阿克蘇地區(qū)長(zhǎng)絨棉質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果表明:36 mm 標(biāo)準(zhǔn)級(jí)以上棉花占比74.82%以上,馬克隆值A(chǔ)級(jí)和B2級(jí)占比均在98%以上,可以滿足高品質(zhì)紡織品生產(chǎn)的要求[4]。研究得出新疆長(zhǎng)絨棉紡紗一致性系數(shù)SCI值分別為216.3～227.5[3],根據(jù)烏斯特2013紡紗一致性指數(shù)分級(jí)可知,上半部平均長(zhǎng)度處于50%～95%水平。適紡細(xì)號(hào)及特細(xì)號(hào)棉紗。

2 新疆精梳落棉的性能

紡紗廠面臨嚴(yán)峻的質(zhì)量挑戰(zhàn),例如異纖污染、經(jīng)紗斷頭等難題。高品質(zhì)精梳棉紗在紡紗加工過程中都會(huì)經(jīng)過異纖設(shè)備,因此精梳落棉含異纖少,紡紗產(chǎn)品可以滿足紗線質(zhì)量對(duì)紗線異纖的要求。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù),細(xì)絨棉精梳落棉中纖維的長(zhǎng)度通常較短(18～22 mm),長(zhǎng)絨棉精梳落棉纖維長(zhǎng)度通常在23～25 mm。收集測(cè)試和引用數(shù)據(jù)[5]見表1。分析可以看出:長(zhǎng)絨棉精梳落棉馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度指標(biāo)優(yōu)于細(xì)絨棉,其他纖維性能指標(biāo)較差;長(zhǎng)絨棉精梳落棉性能指標(biāo)接近或優(yōu)于細(xì)絨棉精梳落棉。在精梳落棉紡紗時(shí),由于其纖維長(zhǎng)度短、整齊度差、短纖維的比例高及紡紗一致性系數(shù)小,因此造成在紡紗過程中使用精梳落棉紡紗的比例較低。

表1 棉花指標(biāo)數(shù)據(jù)

3 精梳落棉的適紡性

劉允光研究認(rèn)為精梳落棉率的增加幅度對(duì)成紗質(zhì)量的影響也有臨界點(diǎn),這說明過度強(qiáng)調(diào)精梳落棉的去除并不會(huì)顯著改善短纖含量,反而會(huì)因?yàn)槿コ嗟睦w維導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。烏斯特公報(bào)2013版上半部平均長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)范圍為25～40 mm,25 mm SCI 5%的水平為120,SCI 95%的水平為88,短絨棉精梳落棉測(cè)試紡紗一致性指數(shù)為35～41,長(zhǎng)絨棉精梳落棉測(cè)試紡紗一致性指數(shù)為55～63,也就是說即使使用長(zhǎng)絨棉精梳落棉,纖維長(zhǎng)度和整齊度仍然無法滿足環(huán)錠紡正常紡紗條件。

3.1 紡紗方法的適紡性

近年來,生態(tài)紡織品成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一,越來越多的學(xué)者開始關(guān)注精梳落棉的紡紗性能,開始借助新型紡紗技術(shù),探索高比例運(yùn)用精梳落棉纖維紡紗,尋求拓寬精梳落棉紗的應(yīng)用領(lǐng)域[6]。

3.1.1 轉(zhuǎn)杯紡

張圣忠等在精梳落棉原料上,將其分成三大類:纖維長(zhǎng)度大于20 mm、纖維長(zhǎng)度在16～20 mm、纖維長(zhǎng)度小于16 mm 分別紡制轉(zhuǎn)杯18.5、28 tex和一般質(zhì)量轉(zhuǎn)杯產(chǎn)品,并成功用大于20 mm 的精梳落棉紡制了18.5 tex細(xì)特轉(zhuǎn)杯紡紗。趙媛媛以低成本的長(zhǎng)絨棉精梳落棉為原料,在DS60半自動(dòng)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上紡制了14.6 tex紗。

3.1.2 集聚紡紗技術(shù)

在全世界紡紗總量中,環(huán)錠紗在紡紗生產(chǎn)中占最大比例,也是現(xiàn)代紡紗中最重要的一種紡紗形式[7]。細(xì)紗工序采取集聚紡技術(shù),使得牽伸后松散的須條獲得較好的集中,纖維相互間集聚程度提高?？涤衿嫉扔?0%的長(zhǎng)絨棉精梳落棉與70%的細(xì)絨棉進(jìn)行14.6 tex的緊密紡紡紗試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了低配棉紡高品質(zhì)紗的目標(biāo)。

3.2 紡紗品種的適紡性

3.2.1 精梳落棉純紡的局限性

當(dāng)前,對(duì)純棉精梳落棉的利用通常依托轉(zhuǎn)杯紡技術(shù)將其紡制成中粗特紗,紡紗細(xì)度范圍在58.3～29.2 tex之間。如果采用100%純精梳落棉紡制19.4 tex及以下的紗時(shí),由于纖維整體性能較差,紡紗過程中容易出現(xiàn)斷頭現(xiàn)象,導(dǎo)致紡紗效率低[8],所紡紗線的質(zhì)量不穩(wěn)定,產(chǎn)品附加值低。

3.2.2 純棉混紡的可行性分析

一是最優(yōu)化選擇和使用精梳落棉,將精梳落棉與普通棉纖維混合紡紗。一般多采用在配棉工序進(jìn)行混合,使用比例較低,一般不超過5%,由于精梳落棉與棉纖維的纖維長(zhǎng)度、彎鉤纖維數(shù)量、含雜的比例各不相同,紡紗各工藝設(shè)計(jì)需要考慮成紗穩(wěn)定性。二是新型紡紗技術(shù)的選用[9]。為提高纖維紡紗的適應(yīng)性,依據(jù)精梳落棉纖維性能的差異、原棉性能差異,分別制定工藝流程,例如江蘇恒力化纖股份有限公司等[8]將棉、精梳落分別紡制成粗紗,在細(xì)紗機(jī)上分別牽伸后集聚加捻紡制棉、精梳落棉紗,研究結(jié)果表明,精梳落棉比例利用率可達(dá)20%,棉紗的細(xì)度可以達(dá)到19.4～14.6 tex。三是用部分長(zhǎng)絨棉精梳落棉代替細(xì)絨棉,康玉萍等[7]紡制了細(xì)絨棉/長(zhǎng)絨棉精梳落棉70/30 14.6 tex混紡紗,研究得出混紡紗與純細(xì)絨棉指標(biāo)接近,長(zhǎng)絨棉精梳落棉可以部分代替細(xì)絨棉進(jìn)行紡紗。為環(huán)錠紡開發(fā)中特棉紗和高比例利用精梳落棉提供了思路,是棉紡企業(yè)降低成本的新路徑。

3.2.3 純棉混紡的局限性分析

一是借助工藝優(yōu)化手段精梳落棉利用率較低;二是精梳棉粗紗的牽伸由2套牽伸機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行獨(dú)立牽伸后匯合集聚成紗,紡紗機(jī)構(gòu)復(fù)雜,且由于混紡比例是根據(jù)2個(gè)粗紗定量控制,如混合比例差異大,則會(huì)出現(xiàn)粗紗定量差異大,賽絡(luò)紡紗時(shí)等腰三角不穩(wěn)定,定量輕的一根須條,容易被吸走,因此無法適應(yīng)賽絡(luò)紡紡紗要求;三是利用部分長(zhǎng)絨棉精梳落棉代替細(xì)絨棉比例還較低,成紗質(zhì)量無法達(dá)到細(xì)絨棉紡紗質(zhì)量。

3.3 紡紗工藝的適紡性

有研究表明:粗紗、細(xì)紗牽伸機(jī)構(gòu)不能控制10 mm及以下長(zhǎng)度的纖維,短纖維數(shù)量愈多,牽伸附加的不勻率成紗CV%就愈大[10]。紡制純棉精梳落棉紗時(shí),由于纖維長(zhǎng)度較短,精梳落棉的紡紗一致性較差,細(xì)絨棉與長(zhǎng)絨棉纖維之間、細(xì)絨棉與長(zhǎng)絨棉精梳落率之間性能均存在差異,因此要根據(jù)纖維性能,分別設(shè)計(jì)梳理和牽伸工藝。通過合理設(shè)計(jì)工藝流程,在前紡工序分別紡制粗紗,根據(jù)纖維特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)梳理、牽伸及加捻工藝,提高纖維的適應(yīng)性。盡管有技術(shù)表明:運(yùn)用環(huán)錠紡新型紡紗技術(shù),將精梳落棉和精梳棉粗紗在環(huán)錠細(xì)紗工序,分別喂入不同的牽伸裝置進(jìn)行牽伸,進(jìn)入集聚紡紗系統(tǒng),保證了細(xì)紗牽伸的合理性和牽伸后纖維的集聚效果,由于短纖維也向紗線中心緊密集聚,進(jìn)一步擴(kuò)大了原料適用范圍,確保了中低特紡紗質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

棉紡企業(yè)瞄準(zhǔn)綠色發(fā)展趨勢(shì),準(zhǔn)確定位紡紗方式,才能打造現(xiàn)代紡織綠色發(fā)展產(chǎn)業(yè)鏈。通過分析精梳落棉性能差異,在環(huán)錠紡領(lǐng)域研究其適應(yīng)性,探索新的紡紗品種。今后可依據(jù)精梳落棉的性能特點(diǎn),有針對(duì)性地開發(fā)成套紡紗設(shè)備,滿足高比例使用精梳落棉的需求;基于目前精梳落棉使用2套牽伸機(jī)構(gòu)紡紗機(jī)構(gòu)復(fù)雜的特征,將牽伸機(jī)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化,開發(fā)新的紡紗設(shè)備,滿足賽絡(luò)紡等新技術(shù)的需求;針對(duì)當(dāng)前長(zhǎng)絨棉精梳落棉代替細(xì)絨棉存在的強(qiáng)力、毛羽和條干無法達(dá)到細(xì)絨棉紡紗質(zhì)量的弊端,配合使用三維(3D)集聚效果的集聚紡紗裝置,提升集聚效果,改善紡紗質(zhì)量;考慮到精梳落棉紗固有的棉結(jié)多特性,可開發(fā)結(jié)子紗,形成獨(dú)有的風(fēng)格。只有全方位高效利用棉花資源,提升精梳落棉在紡紗中的使用比例和拓展紡紗品種,才能實(shí)現(xiàn)棉花資源集約化、廢物資源化、低碳化。