高比例再生胶原蛋白纤维混纺纱的工艺优化

李 洋 张书峰 孙启畅 宋 静

（山东联润新材料科技有限公司，山东枣庄，277400）

目前市场上大部分胶原蛋白纤维都是以粘胶等纤维为载体添加少量的胶原蛋白而制成，属于胶原蛋白改性纤维，市场上少见再生胶原蛋白纤维。同时由于再生胶原蛋白纤维强力低、不耐高温、回潮大等特点，纺成纱存在强力低、棉结高等问题。目前行业内再生胶原蛋白纤维混纺比例在50%以上的纱线应用仍处于空白。我公司通过研究最终成功开发出高质量的混纺比例为70%的再生胶原蛋白纱线，不仅拓展了再生胶原蛋白纤维的应用领域、丰富了产品种类，更推动了功能性产品的差异化和高端化。

1 纤维特性

1.1 纤维选择

再生胶原蛋白纤维是一种动物蛋白质再生纤维，其由二层牛皮中的胶原蛋白提取物纺丝制成。市场上生产再生胶原蛋白纤维厂家很少，本次使用的再生胶原蛋白纤维，纤维细度细，稳定性较高，质量相对较好，纤维规格2.22 dtex×38 mm。

莫代尔纤维是一种再生纤维素纤维，纤维触感柔软，温和环保，且具有较高的强度，与再生胶原蛋白纤维进行混纺可充分发挥二者的优势，所制面料具有滋润亲肤、消臭抗菌等特点，可广泛应用于内衣、家居服等领域。所用莫代尔纤维规格1.0 dtex×39 mm。

1.2 再生胶原蛋白纤维特点

（1）亲肤低敏。再生胶原蛋白纤维回潮率高达22.1%，具有良好的保湿性能，且富含多种对人体有益的氨基酸，亲肤护肤，同时具有良好的生物相容性、低抗原性（低致敏）。

（2）消臭抗菌。纱线中加入30%的再生胶原蛋白纤维，对于氨气、醋酸、异戊酸等异味有明显的除臭效果；再生胶原蛋白纤维含量50%的混纺产品可通过抗菌AAA 级认证，对于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等常见病菌的抗菌效果显著。

（3）本质阻燃。再生胶原蛋白纤维极限氧指数（LOI）高达36%，高于部分阻燃类腈纶、涤纶。

1.3 再生胶原蛋白纤维生产难点

（1）强度低、易脆断。再生胶原蛋白纤维弹性模量和强度较低，断裂伸长率较高，纤维断裂强度1.5 cN/dtex，断裂伸长率25%，因此在加工过程中易造成纤维损伤，从而形成棉结，影响成纱指标。

（2）纤维回潮大。在标准温湿度条件下，再生胶原蛋白纤维含水量约为22%，是棉纤维的2.5 倍、粘胶纤维的2 倍。回潮率大给生产过程带来很大困难，容易出现并粗工序黏缠罗拉、胶辊等问题，影响产量和质量。

（3）纤维缩率大。再生胶原蛋白纤维在65 ℃左右会大幅收缩，在生产过程中需要严格控制抓取以及打击部位的温度，避免再生胶原蛋白纤维过热收缩变质。

（4）纤维淋湿后，纤维卷曲易伸长变形，要求生产环境湿度不宜过大。

2 产品开发要点

2.1 混纺比例确认

将再生胶原蛋白纤维与莫代尔纤维混纺，综合两种纤维的特性，开发适用于针织内衣及家居服的纱线，实现滋润亲肤、消臭抗菌、柔软细腻的效果，因此需合理配置两种纤维的混纺比例。其中，再生胶原蛋白纤维含量越高，再生胶原蛋白纤维的特性越明显，但由于单纤维强力较低，由此带来的纺纱、织造难度也增加。试验发现，当再生胶原蛋白纤维比例在70%以上时，纱线强力很低，织布断头多，织造困难；而当再生胶原蛋白纤维比例在30%以下时，其优良特性难以得到体现。因此，设计再生胶原蛋白纤维/莫代尔纤维混纺比例为70/30、50/50、30/70，分别对应试验方案1、方案2、方案3，对比测试其制成面料的功能性，结果见表1。

表1 不同混纺方案对产品功能性的影响

由表1 可以看出，当再生胶原蛋白纤维/莫代尔纤维混纺比为70/30 时，产品的消臭抗菌性最好。由于目前再生胶原蛋白纤维细度较粗，为2.22 dtex，不宜纺制特细号纱。因此，纱线规格确定为再生胶原蛋白纤维/莫代尔纤维 70/30 14.8 tex。

2.2 生产难点

2.2.1原料开松度存在矛盾

混纺纱线的混和方式有散纤维混和与条混两种。其中，散纤维混和可以实现不同纤维的细致混和，布面效果细腻均匀，但无法兼顾两种纤维的加工要求；条混可以兼顾不同纤维的加工要求，但混和效果较差，当纤维染色性能不同，在面料用于单染时，布面风格较为粗犷，且在混并之前，两种材料往往要增加一道预并条来保证条子的均匀程度，加工流程长、成本高。

首先，再生胶原蛋白纤维采用弱酸性染料染色，与莫代尔纤维染色性能不同，再生胶原蛋白纤维强力低不耐打击与梳理，为尽量减少加工工序对纤维的损伤，散纤维混和的方式更适合该产品；其次，再生胶原蛋白纤维强度低，不耐打击，而莫代尔纤维较为密实，需要加强开松，与再生胶原蛋白纤维的柔性加工形成矛盾。综合以上两个方面，初步确立先将莫代尔纤维进行开松梳理后，再与再生胶原蛋白纤维进行散纤维混和的方式。

2.2.2棉结指标难以控制

根据生产醋酯纤维的经验来看，断裂强度低的纤维容易在梳理、牵伸工序发生脆断而形成短绒，短绒的集聚则会造成棉结大量增多。棉结控制重点：一是对梳棉工序的梳理隔距、梳理速度等工艺参数进行全面系统性的优化；二是并粗工序遵循“小定量、低牵伸、慢车速”的工艺原则，减少纤维短绒的产生，从而降低成纱棉结。

2.2.3并粗工序缠绕问题

再生胶原蛋白纤维回潮率高达22%，原料的回潮率过大时，纤维对罗拉、胶辊的摩擦增大，易黏缠，同时纤维间的抱合力也较大，纱条易造成黏连，使纱条表面产生头尾张开的毛羽状散乱纤维，容易缠绕罗拉、胶辊［1］。因此，重点控制生产环境温湿度，适当使用干燥装置，对胶辊、涂料进行优选优化，并适当降低车速，同时减少前道工序短纤维也有利于解决并粗工序的缠绕问题。

2.2.4成纱强力低

成纱强力低的主要原因：一方面是由于纱线细节多，存在强力弱环；另一方面是纱线捻度设定不合理，纱体结构松散或过紧，因为单根纱线的断裂强力随捻度的增加先增大后减小［2］。

2.2.5产品开发思路

根据上述四项主要质量控制点和生产难点，结合以往生产实践，确立了开发思路：莫代尔棉网+预混和+清梳联混和的方式，通过清棉流程的优化兼顾两种纤维的加工要求；全流程降低生产环境温湿度（温度25 ℃，相对湿度55%～60%），加装温感器监控抓取、梳理部件温度；优选专件器材，系统性进行梳棉、细纱等关键工序工艺优化试验。具体工艺流程如下。

莫代尔棉网：（莫代尔原料）→FA002 型圆盘抓棉机→FA022-6 型多仓混棉机→FA201B 型梳棉机（收集棉网）。

预混和：（莫代尔棉网+再生胶原蛋白纤维）→FA002 型圆盘抓棉机→FA022-6 型多仓混棉机→立式打包机（得到混和原料）。

（混和原料）→FA002 型圆盘抓棉机→FA036型混开棉机（改造）→FA201B 型梳棉机（加装温感系统）→JWF1310 型并条机→RSBD22C 型并条机→FA497 型粗纱机→JWF1510 型赛络集聚纺细纱机→Savio Polar L 型自动络筒机。

3 生产要点及技术措施

3.1 解决并粗缠绕问题

3.1.1原料养生

为解决生产过程中的缠绕问题，需要在纺纱之前对纤维进行养生处理，同时为避免纤维过度吸湿造成卷曲变形，经过与纤维生产厂家长时间的跟踪与试验开发，优化出适合此纤维生产的专用油剂与配液方案。先将抗静电油剂（LR-010）与减少纤维缠绕罗拉的润滑剂（LR-011）按如下方法用软水调配：将5g LR-010 用100 g～150 g 软水稀释，由于油剂不易溶解，建议用40 ℃～50 ℃的温水。将1 g LR-011 用100 g～150 g 软水稀释，在室温25 ℃～30 ℃条件下油剂即可溶解。1 kg 再生胶原蛋白纤维原料用油剂量为5 g 的LR-010 和1 g 的LR-011；将配好的油剂分别或混合后以雾状均匀喷洒在再生胶原蛋白纤维原料上，再用塑料布包裹起来放置24 h，使溶液彻底渗透至纤维内部。

由于有的配送人员素质较低，或对工作没有责任心，或觉得态度无所谓，导致对顾客态度恶劣。他们不能及时耐心地与客户沟通，共同解决配送过程中出现的问题。与客户发生冲突时，不能采取礼貌的方式对待客户，也不及时向物流公司进行汇报，无法顺利解决客户遇到的问题，这会导致客户对该物流配送产生很大的不满。因此必须对配送人员进行培训，主要是服务态度的培训，必须使用礼貌用语，出现问题必须及时向公司客服进行反馈，不能直接与顾客发生争执。

3.1.2胶辊涂料

并条和粗纱胶辊采用常规的板凃方式上涂料，在生产再生胶原蛋白纤维品种时胶辊返花、绕花严重，无法正常开车生产。通过多次试验，在磨床室对胶辊进行磨砺后，直接按照3∶1 的涂料配比加碳粉进行笔涂胶辊，利用胶辊磨砺时较高的表面温度，增强涂料渗透性，加强胶辊表面抗绕能力。通过以上方法，并条胶辊返花、绕花现象有很大改善，能够正常生产。

3.2 解决开清矛盾

3.2.1开清路线优化

由于莫代尔纤维原料紧实，需要强力开松，而再生胶原蛋白纤维松散且不耐打击，两者对开松度的要求存在矛盾，因此，开清工序需要在保护再生胶原蛋白纤维的前提下提高莫代尔纤维的开松度。在开清工艺流程设计上，将莫代尔纤维先通过抓棉机、梳棉机进行一遍开松、梳理，收集棉网后与再生胶原蛋白纤维进行混和。混和后的纤维经打包机打成软包，再采用短流程清梳联，进行柔性清梳加工，最大限度减少纤维损伤。

3.2.2设备改造

为进一步减轻对纤维的打击，对FA036 型混开棉机进行了自主改造。即拆除储棉箱中的压棉帘，使纤维在棉箱中保持蓬松状态自由翻滚，仅靠角钉帘的抓取作用进行自由开松；把U 形打手与豪猪打手均更换为梳针打手，并改为变频传动。纤维经过两个打手之后，直接由上出棉口输出，不再经过第3 个开松打手。

3.2.3开清工艺设计

在工艺设计上，将抓棉机打手刀片伸出肋条的距离调整为-3 mm，小车下降动程调整为2 mm/次，小车回转速度为2 r/min，以保证抓棉机运转效率在90%以上，有利于均匀抓取较小的棉块。FA036 型混开棉机的打手速度通过变频调控控制在350 r/min，以减轻对纤维的打击。此外由于两种纤维均不含杂质，无需排杂，可将打手与尘棒间隔距调至最大，调整尘棒角度指示针至40°。

3.3 棉结控制

3.3.1针布选型

再生胶原蛋白纤维含量较高时纤维易缠绕罗拉，其原因是由于纤维的刚性低，同时在梳棉期间纤维容易趋于沉入梳棉针布中，造成纤维从道夫上转移不出来绕锡林，进而使盖板返花严重。对此，我们联合针布厂家进行不同针布型号的上机对比试验，最终优化锡林针布型号AC2025×01560D-Z、盖板针布型号MCBH40D/S、道夫针布型号AD4030×01870D - Z、刺辊针布型号AT5605×05611。

3.3.2设备改造

由于再生胶原蛋白纤维对温度较为敏感，在65 ℃左右会大幅收缩，我们针对性地进行了系列设备改造与工艺优化试验。首先我们在梳棉机锡林墙板上加装温度感应器，实时对锡林辊体进行温度检测，一方面控制降低筵棉的给棉量，另外一方面降低锡林速度与出条速度；同时根据温度显示器的数据，通过人工进行环境温度与风量的相应调整，将温度控制在60 ℃以下，减少因再生胶原蛋白纤维过热收缩影响分梳质量从而形成棉结。

3.3.3梳理工艺优化

在纺纱生产中，梳棉工序是控制棉结指标的重中之重，在梳棉机诸多的工艺参数中，锡林速度、锡林至盖板隔距是影响分梳效果的核心工艺参数。此外，纤维经过清棉工序的两次加工，已具备较好的开松效果，应进一步减轻梳理工序刺辊等部位不必要的打击，减少纤维损伤［3］。

为制定该品种的最佳梳棉工艺，试验选用锡林速度A、锡林至盖板隔距B、刺辊与预分梳板隔距（进/出）C为变化因素，其余工艺参数依照醋酯纤维生产经验及前期单因子试验结果保持固定不变；选取对针织布面质量影响较大的成纱棉结（+200%）为主要评价指标，采用正交试验法进行工艺优化。

再生胶原蛋白纤维与醋酯纤维同样具有断裂强度低的特点，依据前期生产醋酯纤维的经验，选定因素水平表见表2，试验方案及结果见表3，极差分析表见表4。

表2 因素水平表

表3 试验方案及结果

表4 棉结极差分析表

由表4 可以看出，各因素对成纱棉结（+200%）的影响由大到小依次为锡林至盖板隔距、锡林速度、刺辊与预分梳板隔距，最优试验方案为A2B2C3，即锡林速度250 r/min，锡林至盖板五点隔距0.28 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.28 mm，刺辊与预分梳板隔距（进/出）1.12 mm/1.07 mm。目前，经过样品试验和批量生产的验证，所优选参数方案完全满足下游用户对棉结的要求。

3.4 提高强力

3.4.1细纱捻系数优化

根据生产醋酯纤维纱线的经验，其他条件不变，设计捻系数330、340、350、360、370、380 共6 组进行同锭纺纱对比试验，研究捻系数对纱线强力的影响。 由此得出纱线断裂强度分别为12.9 cN/tex、13.3 cN/tex、13.8 cN/tex、14.2 cN/tex、14.0 cN/tex、13.8 cN/tex。从上述数据可以看出，细纱捻系数从330 增加到380 过程中，纱线断裂强度先上升后下降，在捻系数为360 时断裂强度最大。

3.4.2专件控制

由于再生胶原蛋白纤维低强的特性，细纱工序在牵伸过程中同样会产生短绒且容易由于静电使断头增加，长时间积累会造成机台清洁差，甚至附入成纱形成疵点影响成纱强力。为此，纺纱工艺采用偏大的牵伸隔距和钳口隔距，以减轻对纤维的控制［4］；集聚区网格圈选用较为稀疏的规格（100 目/cm2），并适当增大集聚负压，使纤维粉尘可顺利被吸入异形管，防止网格圈堵塞；胶辊采用防静电紫外线光照的邵尔A79 度胶辊，同时加装胶辊清洁装置来减少油污、飞花等疵点的产生；钢丝圈则偏轻掌握，避免张力过大造成断头［5］，并每天通过显微镜对钢丝圈的磨损状态进行监控，通过观察纱线与钢丝圈的摩擦痕、钢丝圈与钢领的摩擦痕之间的间距，掌握钢丝圈更换周期，以防止出现对纱线的刮擦。细纱工序主要工艺参数：总牵伸66.02倍，后区牵伸1.136倍，集聚负压3 200 Pa，捻系数360，锭速11 000 r/min，钳口隔距2.0 mm，罗拉隔距18 mm×40 mm，钢丝圈型号EL1 HD TW 6/0。

3.4.3赛络集聚纺

相较于普通环锭纺，细纱工序采用集聚赛络纺，在减少短绒、改善条干的同时提高成纱强力；同时，按照“小定量、小牵伸、低车速”的工艺原则，减少意外牵伸等问题产生的粗细节，进一步保证成纱质量。

3.4.4络筒上蜡

络筒工序根据针织用纱的质量要求，合理设置电子清纱器的切疵门限，控制万米剪切数在6个以内。此纱线表面摩擦因数较高，为提高纱线在后道加工的润滑性，避免纱线表面的再生胶原蛋白纤维在后道加工刮擦过程中断裂产生短绒，需选择合适的蜡块对纱线进行上蜡处理；此外，上蜡处理可以在一定程度上改善纱线强力、减少织布断头［6］。

4 关键技术指标

经实测，再生胶原蛋白纤维/莫代尔纤维70/30 14.8 tex 纱的主要质量指标：线密度偏差率+0.3%，线密度CV0.9%，单纱断裂强度14.3 cN/tex，单纱断裂强力CV5.4%，断裂伸长率6.8%，捻度94.5 捻/10 cm，条干CV9.96%，细节0.5个/km，粗节14.5个/km，棉结14.0个/km，毛羽H值4.31。

根据后续使用情况反馈、参照莫代尔纤维醋酯纤维混纺本色纱标准，所制备的再生胶原蛋白纤维莫代尔纤维混纺纱强力较高，棉结少，纱体紧致光洁，完全满足后续织造使用要求。

5 结语

针对再生胶原蛋白短纤维的特性，以赛络集聚纺再生胶原蛋白纤维/莫代尔纤维 70/30 14.8 tex 纱为例，对其纺纱工艺、各工序生产要点和技术措施进行了试验研究。通过柔性生产工艺，解决因纤维强力低、回潮大、不耐高温等纤维因素带来的纺纱、织造难题，实现了顺利生产，并开发一系列高比例的再生胶原蛋白纤维纱线及面料，可广泛应用于家居服、内衣、床单等贴身服装。对推动胶原蛋白短纤维在纺织领域的应用，生产出功能舒适、绿色环保、消臭抗菌的纺织品具有重要的意义。

由于我们对于再生胶原蛋白纤维的物理性能、纺纱条件以及细微工艺的研究仍不够深入透彻，目前该纺纱生产还存在一定不足，需进一步改善成纱品质，同时应加强再生胶原蛋白纤维与其他纤维纱线的开发研究，并向特细号纱发展，形成一系列再生胶原蛋白短纤纱产品。