集聚纺石墨烯纤维系列产品的开发

刘 倩，李春苗

(河北宏润新型面料有限公司，河北 高阳 071500)

石墨烯纤维具有强大的体温远红外促进微循环功能和超强的吸湿透气等特性，其制品抗菌抑菌性能经多次洗涤不会衰减，且吸湿排汗、舒适亲肤。此外，石墨烯纤维表面电阻率低、静电荷散逸迅速，且其表面有一定的润滑性，摩擦因数小可抑制和减少静电荷的产生。基于此，笔者公司成功开发出集聚纺石墨烯纤维系列产品。现以石墨烯纤维与精梳棉、涤纶混纺为例，介绍产品开发的工艺措施和技术创新点。

1 主要工艺流程

1.1 石墨烯纤维生条

石墨烯纤维为新型纤维，具有密度大、不易开松且超长纤维、倍长纤维多的特点，在抓棉机抓取前采用FA106型梳棉机进行预开松，结合较低的工艺转速和较大的工艺隔距，既减少纤维损伤又可充分预开松。

纺石墨烯纤维在清花、梳棉工序的流程为：FA002型圆盘抓棉机→SFA035C型混开棉机→FA025型多仓混棉机→FA106型豪猪开棉机→YQ600G型异纤清除机→FB171型给棉箱→FA186A型梳棉机。石墨烯纤维的生条定量为20 g/(5 m)。

1.2 精梳棉条

精梳工艺设计的主要目的是将精梳小卷制成精梳棉条，进一步清除棉条中的短绒、棉结、杂质和纤维疵点，提高纤维的伸直平行度和纱线品质。公司采用立达E35型条卷机和立达E66型精梳机制备棉条，质量稳定。精梳棉条干定量为20 g/(5 m)。

1.3 涤纶生条

涤纶原料要求含油均匀、长度稳定，超长纤维率和倍长纤维含量在可控范围内。纺涤纶清梳联工艺流程为：FA009型抓棉机→FA029型多仓混棉机→FA116型主除杂机→JWF1171型振荡给棉箱→FA203A型梳棉机。涤纶生条干定量为20 g/(5 m)。

根据客户要求，该混纺产品中石墨烯纤维比例为28.57%、涤纶纤维比例为29.57%、精梳棉比例为42.86%。

2 主要工艺设计要点

2.1 前纺

2.1.1 石墨烯纤维的清花、梳棉工艺设计

石墨烯纤维的梳理工艺，一般采用“早落少碎、渐进开松、减少打击、避免短绒增加”原则[1]。因此，设计的主要参数为：FA002型抓棉机抓棉打手转速为920 r/min；SFA035C型混开棉机豪猪打手转速为920 r/min，第一平打手转速为581 r/min，第二平打手转速为540 r/min，配合尘棒大隔距，减小排除、加强开松；FA106型豪猪开棉机打手转速为500 r/min，棉箱打手转速为580 r/min。

FA186型梳棉机纺石墨烯纤维的各点隔距，要偏大掌握，选择针/齿密较小的梳理针布，以减少纤维损伤。配置为：AC2030×01550D型锡林针布，AD4530×01870D型道夫针布，AT5010×5611型刺辊针布，MCBH42D型弹性盖板针布。锡林—盖板隔距从入口到出口分别为：0.381 mm，0.330 mm，0.330 mm，0.330 mm，0.381 mm。锡林转速为360 r/min，刺辊转速为980 r/min，保证棉束纤维能够顺利转移；盖板线速度为266 mm/min，保证对纤维进行合理梳理；出条速度为65 m/min，能减少对纤维的损伤。

2.1.2 涤纶纤维的清梳联工艺设计

涤纶纤维线密度为1.33 dtex，具有纤维细和天然滑糯的特点，使得抓棉机不易抓取成功[2]。工艺设计将打手转速提高为1300 r/min，打手与肋条隔距减小为-1.5 mm，配合合理的补风系统，在实现对涤纶纤维开松的同时，加大对纤维的抓取量。

涤纶纤维清梳联工艺流程短，应注重FA116型主除杂机分梳板的梳理作用以及除尘的工艺设计，做到分梳板分梳到位，除尘刀排除索丝、杂质的同时应尽量少损伤纤维。其主要工艺参数为：主刺辊转速为280 r/min；主刺辊与第一分梳板入口隔距为3.0 mm、出口隔距为2.5 mm，与第二分梳板入口隔距为2.7 mm、出口隔距为2.5 mm；3把除尘刀与主刺辊隔距分别为1.3 mm，2.0 mm，2.2 mm，较大的除尘刀隔距可减少对涤纶纤维的损伤，减少短纤维的产生。

FA203型梳棉机纺涤纶纤维的各点隔距宜偏大掌握。其锡林—盖板的5点隔距为：0.356 mm，0.305 mm，0.305 mm，0.305 mm，0.356 mm，以适应涤纶纤维长度长、棉结少的特点。

纺涤纶纤维梳棉机后部工艺设计也很重要。设计梳棉刺辊与锡林隔距为0.178 mm，梳棉刺辊与刺辊分梳板隔距加大为3 mm，刺辊与除尘刀隔距加大为0.559 mm，目的是减少纤维损伤。刺辊与给棉板隔距设计为0.635 mm，锡林转速为390 r/min，刺辊转速为640 r/min，较大的锡林刺辊速比有利于涤纶纤维的伸直平行。

2.1.3 并粗工艺设计

2根石墨烯纤维生条+3根棉精梳条+2根涤纶生条的并条混合及后工艺流程为：FA306A型并条机(头并)→FA306A 型并条机(二并)→FA326型并条机(三并，带USTER自调匀整)→FA423型悬锭粗纱机→FA507型细纱机(改造华方集聚纺装置)→SMARO型自动络筒机(带USTER QUANTEM 3型电子清纱器)。

并条工艺设计既要保证条干水平，也要注意条子的外观质量和抱合力。

a) 头并要保证混纺比。2根石墨烯纤维生条、2根涤纶条与3根棉精梳条交叉排列，由于棉纤维具有长度短[3]的特点，头并并条隔距设计为7 mm×18 mm，选用φ15 mm压力棒调节环，保证压力棒位置，确定适合的摩擦力界、保证条干均匀；喇叭口规格偏小掌握，制定清洁检查周期，保证圈条盘斜管洁净、无棉蜡，棉条无破损；前罗拉与出条小压辊间的张力偏小控制，以增强棉纤维与涤纶纤维成条的抱合力，避免张力不一致出现疙瘩条。

b) 二并要保证充分混合。二并并合数为8根，目的是使石墨烯纤维、涤纶纤维和棉纤维充分混合。隔距设计为7 mm×20 mm，选用φ14 mm压力棒调节环，以保证条干水平；干定量设计为23 g/(5 m)，使用3.6 mm喇叭口，保证纤维间抱合紧密，避免劈条。

c) 末道为8根并合，干定量为21.5 g/(5 m)，隔距设计为8 mm×20 mm，选用φ13 mm压力棒调节环；FA326型自调匀整并条机导棉器规格偏小掌握，为83 mm，以加强纤维之间抱合，避免后道工序出现劈条、细条问题。

d) 粗纱工序要进一步提高纤维的平行伸直度，也要控制伸长率。为了配合细纱工序的牵伸能力，粗纱定量设计为6.0 g/(10 m)，粗纱捻系数设计一般不大于70，以细纱工序牵伸顺畅又不产生意外牵伸细节为宜，设计捻度为2.7捻/(10 cm)，效果较好。此外，粗纱工序要保证纱线外观质量，要求成形良好、无明显的外观疵点，以减少后工序出现牵伸不良问题。

2.2 后纺

2.2.1 细纱工艺设计

细纱工序主要任务是牵伸、加捻和卷绕成形。牵伸工艺设计要求控制力、引导力和摩擦力界配合得当[4]，以控制、改善条干且无偶发性纱疵为宜。

笔者公司集聚纺是在普通环锭纺FA507型牵伸装置前，加装异型管、网格圈和吸风装置等。网格圈集聚区的纤维受负压控制，加捻三角区宽度缩小使得纤维束集束，之后再经过输出加捻，几乎每根纤维都能集聚到纱体内。这样的纺纱形式纤维离散性小，需要的牵伸力更大，以避免吐硬头、牵伸不开问题，影响生产生活。

由于石墨烯纤维混纺品种的纤维长度差异较大，细纱工艺隔距设计要兼顾化纤和棉纤维的特点。纺14.6 tex品种的细纱设计隔距为17 mm×42 mm，配用2.5 mm、不带压力棒的隔距块，后区牵伸倍数偏大、为1.25，避免出现石墨烯纤维和涤纶纤维牵伸不开等问题。细纱锭速为14 kr/min，不宜过快；负压吸风偏大掌握，使纤维抱合紧密、增加成纱强力。石墨烯集聚纺纱线比普通环锭纺纱线毛羽少、强力高，更适合制作高档产品。

2.2.2 自络工艺设计

自络速度不能太高，优化为850 m/min时棉结、毛羽增加最小；使用USTER QUANTEM 3型电子清纱器合理确定清纱参数，切除有害纱疵、保留无害纱体，配用Q-DATE功能把关异常条干纱、棉结超标纱等，提高纱锭均匀度，保证络筒质量稳定。

3 结语

石墨烯纤维安全级别达到A级婴幼儿服装要求，可与棉、麻、丝、毛、涤纶、腈纶等各种纤维混纺，尤其与纯棉、涤纶混纺，可兼顾纯棉织物的舒适性和涤纶织物的高强力与挺括性，市场应用性非常强。集聚纺石墨烯纤维品种毛羽少、强力高，在纺纱过程中要注意清花、梳棉工艺设计，总体原则是大隔距、慢速度，以充分开松并减少纤维损伤；并条工序采用3道并合方式，使纤维间混合均匀；粗纱工序用小捻系数，保证良好的外观质量；细纱工序兼顾牵伸力和控制力，保证正常牵伸、少出偶发性疵点；络筒工序充分利用USTER QUANTEM 3型电子清纱器的强大功能，把控纱疵，稳定品质。