石墨烯改性锦纶混纺花式纱的设计及性能分析

刘梅城 江婉薇 周 瑞 唐雪雁 肖兰兰

（江苏工程职业技术学院，江苏南通，226001）

石墨烯改性锦纶是用石墨烯对锦纶进行改性而制得的一种功能性纤维，既具有石墨烯良好的电学、热学性能，又具有锦纶质轻柔软、高强耐磨、回弹性好等特点，而且对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等病菌具有优异的物理抗菌性，以及石墨烯所散发的远红外光波波长能改善血液循环，促进新陈代谢，对人体有保健作用。因此，近年来在功能性纺织品上得到越来越广泛的应用［1-2］。

由于石墨烯改性锦纶呈现灰黑色，这种特定的色彩制约其在纺织市场的应用。本研究采用石墨烯改性锦纶长丝进行纱线设计，所纺制的花式纱线通过多种纤维混纺可进一步改善石墨烯改性锦纶的可纺性与服饰性能，利用花式纱线色彩的多元变化可以避免石墨烯改性锦纶的色彩单一，以期为纺织企业进行石墨烯改性纤维产品开发提供设计思路。

1 原料选择

石墨烯改性锦纶规格为155.56 dtex/48 F FDY 长丝，颜色为灰黑色，质量等级为优级，光泽亮丽，由南通强生石墨烯新材料科技有限公司提供；粘胶纤维规格为1.56 dtex×38 mm，颜色分别为黄色、黑色，质量等级为优级，由宜宾丝丽雅集团有限公司提供；涤纶规格为1.56 dtex×38 mm，颜色分别为蓝色、咖啡色，质量等级为优级，由午和（江苏）差别化纤维有限公司提供。

2 纱线结构设计

2.1 集聚赛络菲尔纺纱

集聚赛络菲尔纺是采用集聚纺与普通赛络菲尔纺两种纺纱技术结合在一起形成的一种复合纺纱技术，采用这种纺纱技术纺制集聚赛络菲尔纱中的长丝与短纤纱界限分明。集聚赛络菲尔纱在纱线条干、毛羽、强度等方面优于普通赛络菲尔纱，特别是纱体更加圆整、光洁，不但提高了织物的透气性、耐磨性，而且织物更加丝滑、飘逸，与长丝织物的风格相近［3-4］。

2.2 翻转段彩纱

翻转段彩纱是以两根粗纱轮流作主纱、辅纱，即当一根粗纱作主纱时，另一根粗纱作辅纱进行间断输出，实现一根纱上既有渐变段彩纱的结构，又有间断附着段彩的独特纱线结构，色彩与结构的变化更加丰富［5-7］。由于翻转段彩纱在生产过程中，需要采用双通道纺纱技术分别控制两根须条的牵伸，通过集聚纺技术可解决段彩部分的丢失与段彩纱的衔接问题。因此，实际上翻转段彩纱就是集聚纺花式纱。

2.3 赛络菲尔纺翻转段彩纱的设计

赛络菲尔纺翻转段彩纱是在纺纱过程中通过集聚纺、赛络菲尔纺、双通道纺纱等多种方法的复合，形成一种具有复合结构的段彩纱。在细纱机的中、后罗拉上进行两根窄胶圈的双通道牵伸机构改造，实现对两根粗纱的独立控制；在前罗拉处进行四罗拉式集聚纺改造，安装输出罗拉、输出胶辊、异形管、网格圈，异形管采用集聚槽；加装化纤长丝喂给装置，摇架上安装导丝轮。当两根粗纱采用轮流输出，输出的须条在集聚纺集聚槽处汇聚在一起，形成纱体圆整的翻转段彩纱，在输出罗拉加捻三角区处与长丝复合加捻形成赛络菲尔纺翻转段彩纱。

由于翻转段彩纱在集聚纺集聚槽的集聚过程中，集聚槽倾斜设计导致须条翻转形成微捻，纱体结构紧密、刚性较大，特别是当粗纱须条线密度与化纤长丝线密度差异较大时，两者刚性差异较为显著，在纤维须条与化纤长丝的加捻、相互缠绕过程中，形成以翻转段彩纱为主体、化纤长丝缠附在翻转段彩纱上的独特结构，包缠的化纤长丝能够非常有效地控制翻转段彩纱衔接处与段彩附着处松散结构，抑制纱线表面毛羽，从而改善了翻转段彩纱的强力与耐磨性［8-9］。

3 石墨烯改性锦纶混纺花式纱的设计

石墨烯改性锦纶长丝不但具有较好的远红外、抗菌、防紫外、防静电等性能，而且以石墨烯改性锦纶长丝制成的面料还具有触感凉爽、手感丝滑的特点，主要用于袜类、内衣以及T 恤产品等针织面料的生产［10-11］。本研究采用石墨烯改性锦纶长丝与翻转段彩纱复合，生产赛络菲尔纺翻转段彩纱，兼具长丝与短纤纱两种风格，有利于拓宽石墨烯改性锦纶长丝的应用范围。同时可避免由于纱线中石墨烯改性锦纶混纺比例低、过于分散而影响石墨烯改性纤维的功能效果，纺制出一种具有多功能、色彩变化丰富的花式纱线。

本翻转段彩纱采用4 种不同颜色的纤维，两两混纺制成两种不同颜色的粗纱，通过双通道细纱机纺制出色彩多变的翻转段彩纱，在集聚纺输出罗拉三角区与石墨烯改性锦纶长丝汇合制成赛络菲尔纺翻转段彩纱。其中，蓝色涤纶与黄色粘胶按照65∶35 的比例进行混纺制成青苔色粗纱，咖啡色涤纶与黑色粘胶按照65∶35 的比例进行混纺制成深褐色粗纱。以青苔色粗纱与深褐色粗纱轮流做主纱形成纱线主体，青苔色粗纱间断附着深褐色粗纱，深褐色粗纱间断附着青苔色粗纱，再以光泽亮丽的深灰色石墨烯改性锦纶长丝缠绕在翻转段彩纱表面，形成灰绿相间、层次丰富、风格独特的赛络菲尔纺翻转段彩纱，如图1 所示。

图1 赛络菲尔纺翻转段彩纱

由于本次纱线产品设计采用5 种色彩的纤维进行混纺、组合设计，模拟森林中多种色彩、光线的变化，以此制成的机织面料呈现出森林中斑驳陆离的效果，纱线设计意象如图2 所示。

图2 纱线设计意象

4 纺纱要点

（1）采用小型清梳联纺纱系统，主要由DSOp-02 型小样开松机、DSFe-01 型自动喂棉机和DSCa-11A 型数字式小样梳棉机组成。其中蓝色涤纶与黄色粘胶经人工混和后为A 纱，咖啡色涤纶与黑色粘胶人工混和后为B 纱，投入小型清梳联机组分别制成两种生条，A 生条定量14.5 g/5 m，重量不匀率3.2%；B 生条定量14.7 g/5 m，重量不匀率2.5%

（2）在DSDr-01型数字式小样并条机经过两道并条并合，并合根数均为6 根，并条速度30 m/min，A 熟条定量 14.6 g/5 m，重量不匀率 1.1%；B 熟条定量14.7 g/5 m，重量不匀率0.8%。

（3）粗纱工序。在DSRo-01 型数字式小样粗纱机上生产，胶圈钳口隔距5.0 mm，罗拉隔距22 mm×26 mm×35 mm，粗纱锭速550 r/min，捻系数设计60，A 粗纱定量5.0 g/10 m，重量不匀率1.4%；B 粗纱定量5.1 g/10 m，重量不匀率1.5%。

（4）在JCF-DGN-C 型全自动多功能数控细纱小样机上生产，该细纱机配置四罗拉式集聚纺、双通道纺纱装置以及上下两层长丝喂入系统，摇架上安装了导丝轮，满足了本次纱线生产的技术要求。A 粗纱从后罗拉喂入，B 粗纱从中罗拉喂入，A、B 两根粗纱经过两个相互独立的胶圈牵伸区喂入前罗拉，再进入集聚纺装置，集聚纺异形管采用单集聚槽。由于异形管集聚槽自前往后向右倾斜，右侧须条率先被集聚槽集聚，左侧须条在网格圈的转动以及集聚槽气流的共同作用下，在集聚槽的前半部与右侧须条汇合在一起形成一根纱。A、B 两根须条集聚在一起形成翻转段彩纱。由于A、B 两根粗纱基本都是单区牵伸，粗纱的捻度不宜太大，避免牵伸不开。石墨烯改性锦纶长丝与翻转段彩纱保持5 mm～7 mm 的间距，使得翻转段彩纱获得较好的预加捻效果。石墨烯改性锦纶长丝与翻转段彩纱由输出罗拉输出，经汇合、加捻形成一根赛络菲尔纺翻转段彩纱。

细纱主要工艺配置：胶圈钳口隔距3.5 mm，罗拉隔距19 mm×26 mm，锭速7 000 r/min，捻度55捻/10 cm。段彩设计：主纱A、B纱段长度200 mm，段彩A、B 纱段长度50 mm。

5 性能测试

经实测，本次研发的石墨烯改性锦纶/涤纶/粘胶43/37/20 36 tex 花式纱主要成纱质量指标：线密度偏差1.7%，百米重量CV3.0%，单纱断裂强度21.05 cN/tex，单纱断裂伸长率14.6%，单纱强力CV9.7%，3 mm 毛羽3.11 根/m，捻度CV5.7%。由测试数据可以看出，该花式纱具有较高的单纱断裂强度，3 mm 毛羽数较少，纱线光洁。

为了对本次研发的石墨烯改性锦纶混纺花式纱的性能进行评价，设计并试织了机织面料，并对其进行相关功能性测试。本设计机织物样品采用一上一下平纹组织，经密300 根/10 cm，纬密215 根/10 cm，织物样品幅宽30 cm。依据GB/T 4802.1—2008《纺织品织物起毛起球性能的测定第 1 部分：圆轨迹法》和GB/T 18830—2009《纺织品防紫外线性能的评定》对织物表面起毛起球性能和防紫外线性能进行测定。织物的热湿、保暖等性能参照FZ/T 73022—2019《针织保暖内衣》和 FZ/T 73051—2015《热湿性能针织内衣》进行测定。具体测试结果：织物抗起毛起球性能5 级，织物紫外线防护系数（UPF）99.95，织物透气率273.65 mm/s，织物热阻0.016 88 m·²K/W。从测试指标上看，本次研发的石墨烯改性锦纶混纺花式纱织物具有良好的透气性与散热性能，抗起毛起球性能达到5 级，UPF值也大于50，具有良好的防紫外性能。

6 结语

本研究采用石墨烯改性锦纶长丝与翻转段彩纱复合，生产赛络菲尔纺翻转段彩纱，兼具长丝与短纤纱两种风格，改变了石墨烯改性锦纶色彩单一的局限。在纱线的形成过程中，采用了“两次并合”工艺，第一次采用两种粗纱并合纺制出翻转段彩纱，第二次采用翻转段彩纱与石墨烯改性锦纶长丝并合，再加捻形成这种独特结构的花式纱。

通过对石墨烯改性锦纶混纺花式纱质量指标的测试，表明研发的石墨烯改性锦纶/涤纶/粘胶43/37/20 36 tex 花式纱具有较高的断裂强度，3 mm 毛羽数较少。所制成织物的抗起毛起球性、防紫外性能、透气性能以及保暖性能均较好，为功能性纱线的时尚化、花式纱线的功能化提供了产品开发思路。