高比例高强锦纶棉混纺纱的纺制

刘高丞 孔 聪 李 洋 王新厚

（1.东华大学，上海，201620；2.山东联润新材料科技有限公司，山东枣庄，277400）

锦纶又称聚酰胺纤维，是最早实现工业化生产的合成纤维，其具有高强耐磨、质轻柔软、回弹性好等优良性能［1］。目前，市场上应用的锦纶，由于其断裂强度相对较低（小于6.0 c N/dtex），断裂伸长率高（大于50%）、变异系数大，与棉混纺的配伍性较差且纤维本身的可纺性较差，多为低比例锦棉混纺产品（锦纶混纺比不大于50%），其纱线断裂强力低，纱线性能较差，无法体现锦纶的优良特性［2⁃3］。相较于普通锦纶，高强锦纶在保持锦纶优良物理化学特性的同时具有显著高强低伸的特点，有助于改善可纺性，且与棉混纺可进一步提高成纱强力和耐磨性，并突出锦纶的手感和舒适性。本研究通过纺制高比例高强锦纶棉混纺纱，探讨高比例高强锦纶与棉混纺时的可纺性、纺纱工艺和成纱性能。

1 原料性能指标

高强锦纶规格1.5 dtex×38 mm，断裂强度6.87 cN/dtex，断裂伸长率39.9%，含油率0.56%，回潮率4.12%，体积比电阻0.21×108Ω·cm，卷曲数16.25个/25 mm，疵点含量0 mg/100 g，由恒天中纤纺化无锡有限公司提供；细绒棉品种为希腊棉，马克隆值4.71，平均长度27.71 mm，16 mm短绒率16.60%，含杂率1.87%，回潮率6.2%，断裂强度2.84 cN/dtex，由山东联润新材料科技有限公司提供。

2 纺纱设备及工艺流程

采用精梳工序后的棉纤维，可提高纤维长度和整齐度，进一步去除杂质和棉结，有效提高与锦纶混纺的可纺性、成纱强力和品质。将扯松后的精梳棉条和养生后的锦纶按比例均匀铺层混和到输棉帘上，匀速喂入改造的开松机和和毛机上，经充分机械开松混和后的棉层再喂入梳棉机。具体纺纱设备及工艺流程如下。

（原棉）→特吕茨勒清梳联→JWF1310型预并条机→E35型条并卷联合机→E66型精梳机

（精梳棉条+养生后锦纶）→（称重）→（人工铺层混和）→单齿辊开松机+FN246B型和毛机（2遍～3遍）→FA201B型梳棉机→JWF1310型并条机（3道）→FA497型粗纱机→FA506型细纱机

3 主要工艺配置及技术措施

经过前期对棉纺用高强锦纶纺丝油剂、卷曲性、倍长和超长纤维以及疵点含量等方面的研究和改进［4］，大大提高了纤维的可纺性。在纺制低比例高强锦纶棉混纺纱时（锦纶混纺比例为20%、40%、50%），在保证纺纱车间一定相对湿度和正常机械状态下，纺纱可顺利进行。但当高强锦纶混纺比例提高至60%及以上时，就必须采取相应的技术措施和工艺优化，才能确保纺纱顺利进行。

3.1 锦纶养生预处理

从高聚物起电序列可知，锦纶比羊毛更易在摩擦过程中失去电子而产生正电荷，所以在纺纱时要严格控制锦纶的比电阻处于较低水平。对于合成纤维，一般希望体积比电阻控制在108Ω·cm以下［5］，因此对锦纶进行养生处理。考虑到锦纶原料的体积比电阻值已相对较低，且为了避免在梳棉工序出现锡林绕花现象，按照抗静电剂∶水=1∶9的比例，用喷雾器按纤维总质量3%，均匀喷洒人工开松的锦纶纤维后焖放养生24 h，保证油水充分分散和渗透均匀。实践发现，当加入抗静电油剂进一步降低锦纶的体积比电阻至106Ω·cm～107Ω·cm、回潮率由4.12%提高至6%～8%后，在有效减轻锡林绕花现象的同时改善了纤维缠绕胶圈胶辊等静电现象。

3.2 纺纱环境温湿度

高比例锦纶与棉混纺时，由于锦纶的吸湿性较差，提高车间相对湿度对静电现象的改善作用不大，反而恶化了机械生产条件［6］。降低车间相对湿度，使养生后的锦纶相对纺纱环境处于放湿状态，反而可防止静电及粘黏现象的产生。

高温将造成纤维回潮率下降而产生静电［7］，且长时间与纤维接触摩擦的机件会产生大量的热。因此降低环境温度有利于摩擦产生的热量及时散失，胶圈胶辊上积聚的静电及时散逸，可避免电荷积聚而发生纤维缠绕。所以高比例锦纶与棉混纺时，尤其在夏天，要适当降低车间温湿度，即温度26℃～30℃，相对湿度55%～65%。

3.3 混纺方式

与棉混纺，可明显改善锦纶的可纺性，而保证混纺原料的充分混和，使纱的任一片段中所含纤维成分一致成为提升混纺纱质量的关键。由于锦纶与棉物理性能差异大，如果采用条混，锦纶条与棉条即使采用多道并条仍然会出现混和不匀的现象。因此，采用散纤维混和方式（称重人工铺层混和）。同时，由于锦纶相较于精梳棉更易缠绕机件，为保证实际混纺比和设计混纺比一致，投料时锦纶的投料量要稍高。所纺制的高比例高强锦纶混纺比为60%、80%、100%。

3.4 清棉工序

由于纺纱所用的高强锦纶和精梳棉条的纤维长度整齐度好，且锦纶本身不含杂质，经精梳后的棉条亦是杂质较少，所以清棉工序采用“多松少打，均匀混和”的原则。使用打击作用轻微而开松混和作用良好的单齿辊开松机，加以和毛机棉箱混和和输棉帘的“平铺直取”作用，确保高强锦纶和棉纤维充分均匀混和的同时减少对纤维不必要损伤。与低比例锦纶棉混纺纱相比，当生产高比例锦纶棉混纺纱时，经一道开松后纤维的开松程度不能达到梳棉工序所要求的开松度，随着锦纶混纺比例的增加，需要经过二次甚至三次开松，其开松程度的好坏不仅影响后道梳棉工序生条的质量，还会直接影响梳棉工序生产能否顺利进行。

3.5 梳棉工序

为避免锡林绕花问题，保证纤维顺利转移是决定高比例锦纶棉混纺纱能否顺利生产的关键。针布是梳棉机的核心，高比例锦纶与棉混纺时，锡林需配置较小针齿密度、较大工作角的针布，保证锦纶正常转移，有效解决锡林绕花的问题；同时由于锦纶卷曲较多，回弹性好，易填塞盖板针布，故采用弹性针布剥棉方式。由于高强锦纶和精梳棉条中几乎不含杂质，所以要降低刺辊转速，以减少纤维损伤；同时提高锡林转速，增大锡林刺辊线速比，收紧刺辊与锡林间隔距，以保证预分梳后的纤维顺利转移至锡林，减少纤维揉搓造成的棉结；适当增大锡林至盖板隔距，保证正常分梳和转移，同时降低道夫转速，并收紧锡林至道夫隔距，增强道夫对纤维的凝聚能力，提高纤维在完成盖板区梳理除杂后向道夫转移的能力，减小锡林与盖板的针布负荷。高比例高强锦纶棉混纺纱在梳棉工序主要工艺参数：生条湿定量23 g/5 m，道夫转速30 r/min，锡林转速420 r/min，刺辊转速670 r/min，盖板速度120 mm/min，锡林至盖板隔距0.33 mm、0.30 mm、0.30 mm、0.30 mm、0.33 mm。

3.6 并条工序

采用四上三下压力棒型牵伸和“低车速，少并合数，小牵伸”的工艺原则。相较于低比例锦纶与棉混纺，高比例锦纶与棉混纺时，采用适用于锦纶长度的较大罗拉隔距，同时对牵伸胶辊进行抗静电处理并降低车速以减少纤维缠绕胶辊的现象。由于锦纶的高回弹特性，牵伸倍数过大易造成大幅度的牵伸回弹，使纱条条干恶化，毛羽增多，故要减少并合数和牵伸倍数。由于混纺方式采用散纤维混和工艺，所以在并条前锦纶和棉纤维已得到充分混和，故采用三道并条，以调整长片段条干不匀为主，混和为辅。生条内纤维伸直度和平行度低，故头并采用小牵伸、大罗拉隔距。头并采用较少并合数、较小总牵伸和较大后区牵伸倍数有利于须条内前弯钩纤维伸直，而二并和末并采用小后区牵伸倍数和大前区牵伸倍数有利于须条内后弯钩纤维伸直［8］。高比例锦纶棉混纺纱在并条工序的主要工艺参数如表1所示。

表1 高比例锦纶棉混纺纱在并条工序主要工艺参数

3.7 粗纱工序

采用四罗拉双短胶圈牵伸，以“低车速，不同锦纶混纺比选用不同粗纱捻系数”为原则，粗纱工序主要工艺参数：定量5.0 g/5 m，总牵伸9.22倍，后区牵伸1.19倍，罗拉中心距40 mm×52 mm×60 mm，钳口隔距7 mm，车速900 r/min。

若粗纱捻系数设计过大，易造成须条在细纱牵伸过程中牵伸力大于握持力而出现牵伸不开现象，采取放大细纱后区隔距和钳口隔距解决“硬头”现象后，又会导致细纱条干恶化、毛羽增多；若粗纱捻系数设计太小，易产生意外牵伸，增加成纱时断头和条干不匀，所以根据所纺纤维性能来设计合理的粗纱捻系数尤为重要［9］。高强锦纶长度长、长度一致性好，且纤维本身具有很高的强度和回弹性，表现为高比例锦纶棉混纺时，对粗纱施加较小的捻度便具有高粗纱强度和紧密度［10］。因此，要随锦纶混纺比例的提高逐渐降低粗纱的捻系数。为提高后道细纱条干均匀度等品质指标，在保证细纱正常牵伸的前提下，采用较大的粗纱捻度。经一系列捻系数梯度试验后，确定不同高强锦纶混纺比例下较为合适的粗纱捻系数：混纺比例60%时粗纱捻系数112，混纺比例80%时粗纱捻系数69，混纺比例100%时粗纱捻系数58。

3.8 细纱工序

采用传统环锭纺改造后的四罗拉网格圈型赛络集聚纺系统，以“重罗拉加压，中后区隔距，小后区牵伸倍数，小钳口隔距”的工艺原则，在保证牵伸顺利的基础上，采用小后区牵伸倍数和小钳口隔距，提高成纱的条干均匀度。

小罗拉隔距虽有利于对须条中浮游纤维的控制，可提高细纱条干均匀度，但使须条在牵伸过程中牵伸力增加，易出现牵伸不开现象；大罗拉隔距可减弱对须条中浮游纤维的控制能力，避免牵伸不开现象。为便于实际生产，高比例锦纶与棉混纺时，采取普适性高的中隔距，对于细纱条干均匀度和细纱“硬头”现象的平衡则主要通过对粗纱捻系数、细纱后区牵伸倍数和钳口隔距的调控。选择较小后区牵伸倍数的同时，采用低硬度抗静电处理胶辊，加强对须条握持力，防止锦纶回弹产生毛羽，恶化条干［11］。选择较重钢丝圈（比纺同号数纯棉纱时加重1号～2号），以加强对气圈大小及张力的控制。

纺制高比例高强锦纶棉混纺纱时，随着锦纶混纺比例的增加，需更加注重锦纶特性对细纱工艺的影响并调整优化。由于高强锦纶强度高、伸长大、回弹性好，后区牵伸倍数及细纱捻系数宜偏小；由于锦纶长度长、整齐度好，钳口隔距及罗拉隔距可偏大掌握。保证不同比例高比例高强锦纶棉混纺纱能够顺利稳定生产前提下的主要工艺参数配置：总牵伸29.16倍，后区牵伸1.2倍，捻系数397，罗拉中心距44 mm×61 mm，双喇叭口间距8 mm，钳口隔距3.5 mm，负压电机频率48 Hz，锭速12 000 r/min。后期可针对具体混纺比及纱号进一步优化关键细纱工艺参数，从而达到提高纱线品质的目的。

4 纱线性能指标

采用上述纺纱工艺和技术措施，成功纺制出36.9 tex高比例高强锦纶棉混纺纱，各纱线性能指标测试结果如表2所示。

表2 高比例高强锦纶棉混纺纱性能指标

从表3测试结果可以看出，由于高强锦纶具有显著的高强特性，且伸长较棉纤维大，纺制出的高比例高强锦纶棉混纺纱具有较高的强伸性能，且随着高强锦纶混纺比例的增加，混纺纱高强伸性能的特性越发明显。同时各混纺纱条干C V和3 mm毛羽数指标均较好，纱线品质优良。

5 结论

（1）高比例高强锦纶（锦纶混纺比例≥60%）与棉混纺时，需根据原料自身的回潮率和体积比电阻水平，在纺前对高强锦纶进行养生预处理，使纤维的体积比电阻降低至106Ω·cm～107Ω·cm，回潮率提高至6%～8%，同时控制车间温湿度，保证在纺纱过程中纤维处于放湿状态，有效防止静电及黏缠现象的产生。

（2）根据高强锦纶比重轻、强度高、伸长大、回弹性好的特性，针对纺纱各工序出现的问题，合理调整工艺。即开清工序要注意提高锦纶的开松度；梳棉工序通过合理配置针布、提高锡林转速及锡林刺辊线速比、增大锡林盖板隔距、降低道夫转速、收紧锡林和道夫间隔距等措施，确保纤维顺利转移；并条工序采用少并合数、小牵伸倍数，防止因锦纶在须条中产生较大的牵伸回弹使纱条干恶化、毛羽增加；粗纱工序注意随锦纶混纺比例的提高逐渐降低所纺粗纱的捻系数，保证粗纱具有较好紧密度和强力的同时具有良好的可牵伸性；细纱工序采用小后区牵伸倍数、小钳口隔距及中罗拉隔距，采用低硬度抗静电处理胶辊，钢丝圈比同号数的棉纱加重1号～2号，保证成纱的条干均匀度和良好的毛羽水平。

（3）由于高强锦纶具有显著的高强特性，使得纺制出的高比例高强锦纶棉混纺纱具有较高的强伸性能。同时各混纺纱条干C V和3 mm毛羽数指标均较好，纱线品质优良。