1.11 dtex超细旦粘胶短纤维的生产工艺探讨

周世川，党 虎，谢 峰，王 琦，周振华，张 璐

(新疆中泰纺织集团有限公司，新疆 库尔勒 841000)

粘胶纤维是以天然棉短绒、木材、竹材、甘蔗渣等富含纤维素的物质为原料生产的再生纤维素纤维，其最大特点是与天然棉纤维的某些服用性能极为相似，具有吸湿、透气、易染色、抗静电和易纺等优良性能[1]。

目前，粘胶纤维行业产品结构单一，生产的品种多数以普通短纤维为主，粘胶纤维产品的功能化、异形化、细旦化成为行业近年来重要的发展方向[2]。因此，国内大部分企业都在产品的差别化、功能化上下功夫。超细旦粘胶短纤维是粘胶短纤维的差别化产品，其在原有长度不变的情况，线密度更小，纤维更细，同时，在保持机械性能的基础上，手感更好，其纱线及织物更细滑柔软，面料更轻薄，质量更好[3-4]。

普通粘胶短纤维因结构单一，在高档纺织品领域的应用存在局限性，其纱线大都是中、低支纱，规格为45 s以下，而高支纱品种很少，如60 s以上高支纱的生产基本处于空白。随着社会的发展进步及人类生活品质的提高，生产高支纱已成为粘胶短纤维行业的发展趋势。

为进一步优化粘胶短纤维产品结构、拓展粘胶短纤维的应用，作者采用传统湿法纺丝工艺，在现有的普通粘胶短纤维生产线上，通过调整工艺参数，改变喷丝头的规格，成功生产出规格为1.11 dtex×38 mm的超细旦粘胶短纤维，并在下游纺纱厂试生产60 s混纺高支纱，纱线质量均符合优等品各项指标。

1 试验

1.1 主要原材料

阔叶浆粕：山东太阳纸业有限公司生产；液碱：工业级，新疆中泰化学集团有限生产；二硫化碳：工业级，新疆巴州瑞兴化工有限生产；硫酸：工业级，新疆中泰纺织集团生产。

1.2 主要设备及仪器

喷丝头：北京华宇创新钽铌科技有限公司制；酸碱滴定仪器：安徽美星实验设备有限公司制；NDJ-8S型数字显示旋转粘度计：淄博淄分仪器有限公司制；YG001B单纤维强力机：常州市中纤检测仪器设备有限公司制。

1.3 1.11 dtex超细旦粘胶短纤维的生产

超细旦粘胶短纤维的生产采用传统湿法纺丝法，在现有的普通粘胶短纤维生产工艺流程和主机设备的基础上进行，原料浆粕经过滤、熟成、脱泡，得到的粘胶达到纺丝要求的黏度、熟成度后，再经纺前过滤送往纺丝机，使用特殊设计的喷丝头，结合特殊的凝固浴组成和合理的拉伸分配，纤维在凝固浴中固化成形，最后经切断、精炼、烘干等后处理工序，制得超细旦粘胶短纤维。

主要生产工艺参数如下：粘胶黏度35～50 s、熟成度8～13 mL、甲纤质量分数8.9%～9.3%、碱质量分数4.95%～5.45%，凝固浴硫酸浓度(123±1)g/L、硫酸锌浓度7.0～8.0 g/L、温度47.5～48.5 ℃，纺丝速度70 m/min，喷丝头规格为45头、单头孔数2 300、孔径0.05 mm，拉伸比58%，收缩系数79%。生产的超细旦粘胶短纤维规格为1.33 dtex×38 mm，生产工艺流程见图1。

图1 超细旦粘胶短纤维生产工艺流程
Fig.1 Flow chart of ultrafine viscose staple fiber production

1.4 分析与测试

线密度：在标准大气压条件下，从伸直的纤维束上切取一定长度的纤维束，按照GB/T 14463—2008《粘胶短纤维》测试并计算[5]。

力学性能：采用YG001B单纤维强力机，按照GB/T 14463—2008《粘胶短纤维》测试纤维的断裂强度、断裂伸长率等[5]。

2 结果与讨论

2.1 粘胶质量

(1)熟成度

粘胶的熟成度高，即粘胶老，盐值低；熟成度低，即粘胶生，盐值高。熟成度高、盐值低的粘胶在酸浴中较易凝固，可纺性好。熟成度低、盐值高、胶生的粘胶丝条凝固性能差，经不起拉伸，易形成毛丝或断头。试验表明，粘胶的熟成度控制在8～13 mL较好。

(2)黏度

粘胶的黏度过高，气泡不易脱尽，而且送胶压力下降，会造成毛丝增多，易出现缠辊现象；黏度太低时成形不稳定，丝条易断头，可纺性差。试验表明，粘胶的黏度控制在(40±5)s较好。

2.2 喷丝头规格

生产超细旦粘胶短纤维，喷丝头是关键，由于纤维素黄酸酯分子链长，相对分子质量大，分子间有较强的引力，粘胶进入喷丝孔入口时受到剪切力的作用产生入口效应，粘胶体积变小，所产生的弹性能储存于粘胶中，由于粘胶在喷丝孔道中的时间非常短，内应力得不到完全松弛，所消耗的弹性能很少，大部分弹性能在粘胶出孔口时释放发生回弹，产生孔口胀大效应，粘胶细流比在孔道时放大2.5～3.0倍。因此，在实际生产中必须缩小喷丝头孔径，纤维线密度才能变小，纤维才能更细，在原纺速及对应产量不变的情况下，所匹配的喷丝头孔数必须增多，保证纺丝盘在相应纺丝速度下单位时间的喷胶量相等。

生产1.33 dtex普通粘胶短纤维时，采用的喷丝头规格为45头、单头孔数1 900、孔径0.055 mm。生产1.11 dtex超细旦粘胶短纤维时，纤维线密度减小，为保证产量，需增加喷丝头孔数；在纺丝盘总横截面积一定的情况下，孔径不同，对应的喷丝头孔数也不同，且喷丝头孔径越小，其加工难度越大。为保证产量兼顾喷丝孔的加工难度，生产1.11 dtex超细旦粘胶短纤维时，选择喷丝头孔数为2 300，孔径为0.05 mm。

2.3 纺丝凝固浴工艺条件

(1)硫酸浓度

粘胶凝固与纤维素再生的速度与凝固浴中的硫酸浓度有关。硫酸浓度过高，纤维成形速度过快，易形成粗大的凝胶结构，造成纤维内外层的再生程度不均一，在拉伸时易发生脆性断裂，强度下降；硫酸浓度过低，会使凝固再生过程缓慢而造成纺丝困难，易断头及出现胶块、疵点。试验中控制硫酸浓度在122～124 g/L，可纺性好，生产稳定。

(2)硫酸锌浓度

凝固浴中硫酸锌的作用主要是延缓再生，加入少量的硫酸锌可改善纤维成形效果，使纤维具有较高的韧性和优良的抗疲劳性能,纤维结构均匀，能提高纤维的强度，还能提高纤维的伸度和勾结强度。但是，凝固浴中硫酸锌浓度太高，会使纤维成形过于缓慢，丝条易带胶块，影响可纺性。试验表明，硫酸锌浓度控制在7.0～8.0 g/L时，可纺性好，纤维成形好。

(3)凝固浴温度

提高凝固浴温度能加快凝固过程中各种物理、化学过程的进行，能提高成品纤维结构的均匀性，纤维强伸度也随着增加。但当凝固浴温度高于某个临界值时，成形速度过快以及硫化氢、二硫化碳气体大量逸出而使纤维产生大量孔隙，成品纤维的强伸度反而下降。试验中凝固浴温度宜控制在48～52 ℃。

2.4 拉伸比和收缩系数

粘胶从喷丝头喷出时，首先进行喷头拉伸。粘胶细流尚处于粘流态，喷头拉伸主要是将粘胶细流导引成线，喷头拉伸过大，丝条易断头或产生毛丝。喷头拉伸后进入盘间拉伸，盘间拉伸是在纺丝机导丝盘与第一集束机、第二集束机之间进行的，通过盘间拉伸，纤维大分子链可以沿着纤维轴向整齐排列而形成新的缔合点并被固定下来，定向性提高，从而提高纤维的物理机械性能。丝束经过强烈拉伸后，纤维素大分子及其聚集大多沿着拉力方向取向，大分子间的作用力很强，使纤维大分子几乎处于僵直状态，因此纤维必然产生回缩。在拉伸后纤维适当回缩，在不过多地损害纤维强度的情况下，可改善纤维的脆性，使纤维伸度有所提高。

生产1.33 dtex普通粘胶短纤维时，拉伸比控制在54%，收缩系数保持在81%，其强力与干断裂伸长率均达到优等品指标。生产1.11 dtex超细旦粘胶短纤维时，为保证其线密度与强力，将拉伸比从54%调整至58%，收缩系数从81%调整至79%。

2.5 后处理工艺条件

(1)切断

粘胶短纤维用于纺织加工或与棉、毛及其他化纤混纺，必须将纤维切断成棉纺厂生产所需的规定长度，生产1.11 dtex超细旦粘胶短纤维时，切断长度不变为38 mm。

(2)精练

精练的目的是除去或减少初生纤维中对成品纤维质量有影响的杂质，再通过上油柔化处理，改善纤维的纺织性能。精练工序包括水洗、脱硫、漂白、脱氯、上油等。

首先，给纤槽将切断后的纤维经高温水流冲击充分打散，通过水洗以除去纤维表面的残硫及硫酸盐等杂质。纤维的含硫杂质大部分在此被洗去，以后各道水洗的目的就是除去前道工序生成的水溶性杂质及处理药液。硫在较高温度下可以溶解于水，因此附在纤维表面的硫，大部分可用80 ℃左右的热水清洗掉，而留在纤维内部的硫是以胶体质点状态存在，必须用化学药剂处理，使不溶于水的胶态硫转化为水溶性的硫化物而被除去，采用氢氧化钠来脱硫，温度84～88 ℃。

然后，对水洗脱硫后的纤维进行漂白。经脱硫后的纤维，光泽虽已转强，但外观上还带有黄色色光。试验中采用次氯酸钠对纤维进行漂白，漂白液pH值控制在8～10.5。当pH为6～8时，对纤维破坏最严重，且次氯酸钠易分解出有害气体、恶化劳动条件；当pH大于10.5时，纤维的损伤较小，但会腐蚀机械零件。

最后，对纤维进行上油。纤维经水洗、脱硫、漂白后，附着在纤维上的大部分杂质虽已除去，但仍不能直接用于纺织，还需进行上油柔化处理。上油的目的是调节纤维表面的摩擦力，使纤维具有平滑的手感，又有适当的抱合力,消除静电从而改善纤维的纺织性能。

(3)烘干及打包

纤维经后处理后，含湿很高。为了使产品达到要求的含湿标准(标准回潮率为13%)，必须对纤维进行干燥，在干燥过程中不仅是纤维的水分被蒸发，而且纤维的结构也发生了变化，所以纤维经过干燥，很多性质将被固定下来。纤维的干燥时间和干燥均匀程度与进入烘燥机纤维层的温度、厚度均匀性、松散程度、空气温度以及相对湿度等有关。

当烘干温度较低时，纤维的断裂强度随烘干温度的提高有所上升，且断裂伸长也随强度的增加而增加。此外，温度低，烘干时间长，烘干机的长度要增加。

烘干后的纤维需再次开松，使其回潮趋于均匀，并且松散柔和的纤维更便于风送。经烘干机烘干和精开棉机干开松后，纤维借助于风机产生的气流经风管至凝棉器，然后落棉至打包机，打包成一定规格和尺寸的棉包，以便于储存和运输。

2.6 试生产工况及产品质量

(1)第一次试生产条件

第一次试生产考核周期为3 d，粘胶的黏度平均值为42 s、熟成度平均值为11.5 mL，凝固浴硫酸浓度平均值为123 g/L、硫酸锌浓度平均值7.4 g/L、温度为48 ℃。在此工艺条件下试生产1.11 dtex超细旦粘胶短纤维，生产控制平稳。

(2)第二次试生产条件

第二次试生产考核周期也为3d，生产条件与第一次相比，粘胶各指标保持不变，但凝固浴硫酸浓度从123 g/L下调至120 g/L,凝固浴温度从48 ℃上调至50 ℃。

从纺丝成形情况看，第一次试生产过程中出现异常缠辊现象，第二次试生产时明显好转，生产稳定。2次试生产1.11 dtex×38 mm超细旦粘胶短纤维的质量指标见表1。从表1可知：2次试生产的纤维质量指标均达到优等品标准要求；第二次试生产时，因凝固浴硫酸浓度下降、温度上升，得到的纤维力学性能更好，纤维干断裂强度达2.52 cN/dtex，湿断裂强度达1.33 cN/dtex，干断裂伸长率为18.64%。

表1 1.11 dtex超细旦粘胶短纤维试生产产品质量Tab.1 Quality of 1.11 dtex ultrafine viscose staple fiber in trial production

试生产的1.11 dtex×38 mm超细旦粘胶短纤维供下游纱厂生产混纺高支纱，根据下游纱厂生产反馈，使用超细旦粘胶短纤维混纺比例为40%，生产60 s高支纱，生产正常，纱线质量较好。

3 结论

a. 在普通粘胶短纤维生产装置上，试生产1.11 dtex×38 mm超细旦粘胶短纤维，为保证产量，喷丝头孔径必须相应变小，孔数相应增多；为保证纤维强力，应提高拉伸比，降低收缩系数；适当降低酸浴浓度、提高酸浴温度，纤维强力较好。

b. 试生产1.11 dtex 超细旦粘胶短纤维时，选择喷丝头孔数为2 300、孔径为0.05 mm，控制粘胶黏度为42 s、熟成度为11.5 mL，凝固浴硫酸浓度为120 g/L、温度为50 ℃，拉伸比为58%，收缩系数为79%，可纺性好，生产稳定；纤维干断裂强度达2.52 cN/dtex，湿断裂强度达1.33 cN/dtex，干断裂伸长率为18.64%。

c. 以1.11 dtex超细旦粘胶短纤维混纺比例为40%，生产60 s高支纱，纱线质量较好。