侯芝富 郭俊霞 趙秀云 孟祥華
(山東超越紡織有限公司,山東聊城,252800)
石墨烯是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最薄、最堅硬、具有最強導電性的納米新材料。自2004年在英國曼徹斯特大學實驗室被正式制備以來,受到全世界關注,被譽為“新材料之王”。生物質(zhì)石墨烯是利用航天技術,從玉米芯纖維素中研制出來的新材料,屬全球首創(chuàng)。生物質(zhì)石墨烯改性纖維具有獨特的人體可激發(fā)的遠紅外、抗菌抑菌、預防螨蟲、防靜電、防紫外線、吸濕快干、調(diào)節(jié)人體微循環(huán)、促進深度睡眠等功能性[1-4]。石墨烯纖維可分為以粘膠、錦綸、氨綸、滌綸等纖維為載體的石墨烯改性纖維種類。生物質(zhì)石墨烯改性纖維以粘膠為載體,其紡制品用于醫(yī)藥用品、運動服飾、羽絨服、睡袋、棉被、床墊、靠枕、枕芯、披肩等高端紡織品。我公司近年來先后開發(fā)生產(chǎn)了生物質(zhì)石墨烯與莫代爾、腈綸、粘膠、精梳棉等纖維,組成的多組分不同混紡比例、不同號數(shù)的石墨烯混紡紗品種。本文以生物質(zhì)石墨烯改性粘膠/莫代爾/腈綸40/30/30 11.8 tex賽絡集聚紡品種為例,對生物質(zhì)石墨烯改性粘膠混紡紗的產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)做簡要介紹。
2.5%生物質(zhì)石墨烯改性粘膠纖維(以下簡稱石墨烯纖維)規(guī)格1.33 dtex×38 mm,黑色,干態(tài)斷裂強度2.5 cN/dtex,干態(tài)斷裂伸長率20.4%,白度4.5%,體積比電阻5.58×107Ω·cm,回潮率12.41%。Dralon腈綸規(guī)格1.3 dtex×40 mm,有光,干態(tài)斷裂強度2.6 cN/dtex,干態(tài)斷裂伸長率27%,體積比電阻1.55×106Ω·cm,回潮率2.10%。蘭精莫代爾1.30 dtex×39 mm,干態(tài)斷裂強度3.5 cN/dtex,干態(tài)斷裂伸長率14%,體積比電阻3.3×107Ω·cm,回潮率10.52%。
石墨烯纖維為有色纖維,為確保石墨烯混紡紗的各原料成分混和均勻,三種紡紗原料采取包混+條混相結合的混和方式。由于石墨烯纖維與莫代爾兩種原料開松程度接近,腈綸較為蓬松,故先將石墨烯纖維與莫代爾兩種原料進行包混,二次成卷后,再到并條工序與腈綸進行并合。
將石墨烯纖維、莫代爾纖維、腈綸三種原料包,在預開松室內(nèi)剪掉打包帶,放置24 h以上,平衡適應車間內(nèi)溫濕度環(huán)境。由于莫代爾纖維回潮偏小,為防止莫代爾纖維在加工過程中脆斷損傷,需給濕處理,使其接近公定回潮要求。
石墨烯纖維、莫代爾纖維原料上棉臺時,嚴格按上包圖放置,排包均勻,密度一致,削高填平,保證抓取一致,避免因混和不均勻,出現(xiàn)色差及布面橫檔疵品[5]。為確保石墨烯纖維、莫代爾纖維原料充分混和,在清棉工序需二次成卷。石墨烯纖維、莫代爾纖維、腈綸3種原料均屬化學纖維,無雜質(zhì),僅有少量硬絲、并絲及超長纖維等疵點。根據(jù)原料的性能,在清棉工序貫徹“多梳少打,多回收少排除,以梳代打”的工藝原則。腈綸較為蓬松,為防止黏卷,便于梳棉工序棉卷喂入順利退繞,在成卷時用同品種的粗紗做隔離,同時成卷羅拉用加溫棒加溫,使棉卷密度加大成形良好。FA002A型抓棉機的抓棉小車每運行一周下降3 mm,小車的運行速度2.0 r/min,梳針打手速度石墨烯纖維、莫代爾纖維為446 r/min,腈綸為525 r/min, A076A型綜合打手速度920 r/min,成卷羅拉速度11 r/min。棉卷質(zhì)量指標要求如下。
棉卷品種 石墨烯+莫代爾 腈綸
棉卷長度/m 27 27
棉卷濕重/g·m-1405 403
伸長率/% 2.63 1.44
每米重量不勻率/% 1.0 0.9
由于化纖類原料纖維長,整齊度好,不含雜,梳棉工序應以梳理為主,使纖維單根化,并最大限度降低纖維的損傷。錫林速度稍高可以減輕針面的負荷,增強分梳,其速度設置為330 r/min。刺輥速度降低有利于纖維轉(zhuǎn)移,其速度設置為石墨烯莫代爾780 r/min,腈綸850 r/min。由于原料含雜少,可降低蓋板速度,控制在88.4 mm/min。道夫速度稍低,有利于改善棉網(wǎng)質(zhì)量,其速度設置為22 r/min。為使纖維充分梳理,錫林與活動蓋板的五點隔距為0.18 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.16 mm、0.18 mm。
提高棉網(wǎng)清晰度和纖維伸直度,預防石墨烯纖維混紡紗形成的黑星有害紗疵[6]。道夫、錫林、蓋板、刺輥針布使用要結合更換周期,加強對針布鋒銳度檢查,發(fā)現(xiàn)齒尖磨損超限或損壞,應及時更換針布,確保針布良好狀態(tài)和梳理效果。依據(jù)原料規(guī)格,配置適宜的針布型號。原料纖維細度越細,為使纖維充分梳理,要選用矮、薄、密、光、硬的新型針布。蓋板針布型號采用TPT-52型,道夫針布型號采用AD4030×01870型,錫林針布型號采用AC2030×01740型。嚴格控制A1疵點,對梳棉機逐臺做好跟蹤試驗,重點檢查道夫和刺輥部分,將A1疵點控制在十萬米100個以內(nèi)。保持機臺清潔,嚴防掛花帶入棉網(wǎng)產(chǎn)生疵點。提高濾塵效果,減少短絨堆積現(xiàn)象,各部吸風管道保持暢通,不掛花,以免影響棉網(wǎng)質(zhì)量。尤其棉網(wǎng)清潔器部位,擋車工必須隨時做好清潔,一旦棉網(wǎng)清潔器堵塞,就會使棉網(wǎng)產(chǎn)生大量棉結,嚴重危害生條質(zhì)量。生條質(zhì)量指標要求如下。
棉卷品種 石墨烯+莫代爾 腈綸
濕定量/g·(5 m)-118.8 19.0
結雜/粒·g-14 4
棉網(wǎng)等級/級 1 1
重量不勻率/% <3.5 <3.5
為了進一步降低生條重量不勻率,使石墨烯纖維莫代爾纖維混和條與腈綸混和充分,并促使混紡比例準確,在進行條混前,先將石墨烯莫代爾生條進行預并處理[7]。由于石墨烯纖維混紡紗中纖維特性不同,為保持混紡紗中各種纖維在紗線結構中分布一致,要求在一混條子喂入時固定各根條子位置,保證布面風格均勻一致。為預防和控制紗線黑星產(chǎn)生,適當降低工藝速度,及時清除紗線通道部分的棉蠟,保持纖維在牽伸過程中處于伸直狀態(tài),減少纖維彎鉤現(xiàn)象,保持纖維平直紗條光滑。加強運轉(zhuǎn)操作管理,做好半成品防護工作,不允許出現(xiàn)高條和毛亂條。儲備條保持蓋好防護罩,防止飛花附入,并杜絕與其他半成品之間黏附造成的混纖現(xiàn)象。并條工序工藝參數(shù)配置見表1。其中,各道羅拉隔距均為11 mm×10 mm×20 mm。
表1成紗質(zhì)量指標測試結果
并條道數(shù)濕定量/g·(5 m)-1后區(qū)牽伸/倍并合根數(shù)/根出條速度/m·min-1預并一并二并三并18.417.016.316.01.821.861.591.5965預+2A66170182185180
粗紗工序采用“較低車速,大隔距,重加壓,大捻系數(shù),小后區(qū)牽伸”的工藝原則。由于該品種為賽絡集聚紡品種,粗紗定量在滿足細紗上機要求的前提下按最大設計。生產(chǎn)過程中要控制好粗紗張力,減少大小紗之間的張力差異。石墨烯纖維為黑色纖維,做好隔離防護工作,嚴防半成品碰撞及纖維飄浮,造成混纖現(xiàn)象。石墨烯纖維混紡紗機臺與相鄰品種機臺之間,用高密度尼龍網(wǎng)做好嚴密隔離墻棚。運輸粗紗的車輛及盛放儲備粗紗的容器,做好指定石墨烯品種專用標識,做到專車專用,嚴防與運輸其他品種的車輛容器混用混放。粗紗工序工藝參數(shù)配置:濕定量3.6 g/10 m,后區(qū)牽伸1.18倍,捻系數(shù)80.1,羅拉隔距27 mm×39 mm,錠速750 r/min。
加強賽絡集聚紡集聚區(qū)的管理,保持集聚區(qū)的兩根紗條清晰穩(wěn)定[8]。一旦出現(xiàn)紗條模糊、抖動或變?yōu)閱胃殫l時,會嚴重影響質(zhì)量,造成疙瘩紗,棉結粗節(jié)增多,毛羽增多,強力降低。應檢查喇叭口是否偏位,搖架壓力是否偏小,搖架螺絲是否松動,負壓管接頭是否脫落漏風,異形管蓋板吸風槽是否掛花堵塞,張力勾部分是否纏花,網(wǎng)格圈是否破損,傳動齒輪是否積花缺齒等問題。由于細紗總牽伸達61倍,我們采用大牽伸工藝,使用雙壓力棒上銷。賽絡集聚紡毛羽少,結構緊密,鋼絲圈在運行過程中阻力大,必須配置與之相適應的鋼領鋼絲圈。采用PG1 4054 GC型高精軸承鋼精拋鍍鉻鋼領,布雷克 C1ULudr型10/0#鋼絲圈,hd68型上膠圈規(guī)格37 mm×28 mm×0.9 mm,下膠圈規(guī)格80 mm×30 mm×1 mm,868型鋁襯膠輥規(guī)格19 mm×31 mm×28 mm。由于賽絡集聚紡無導紗動程,膠輥膠圈易產(chǎn)生中凹現(xiàn)象,為使膠輥膠圈表面對纖維有足夠的握持力,且不發(fā)生纏繞現(xiàn)象,膠圈更換周期為3個月,前二膠輥復磨周期為2個月,前一及后膠輥復磨周期為6個月。石墨烯纖維混紡紗為黑灰色紗線,石墨烯纖維比例越大顏色越深,細紗斷頭后,不易辨認,需加強燈光亮度,提高光照度,方便擋車工及時發(fā)現(xiàn)斷頭。長期生產(chǎn)石墨烯纖維混紡紗,膠輥膠圈表面會有著色變黑現(xiàn)象,更換品種時膠輥膠圈需做調(diào)換清洗或復磨處理。細紗工序工藝參數(shù)配置:總牽伸61倍,后區(qū)牽伸1.18倍,捻系數(shù)361,羅拉隔距20 mm×50 mm,前羅拉速度150 r/min,隔距塊2.2 mm[9]。成紗質(zhì)量指標:條干CV11.78%,細節(jié)1個/km,粗節(jié)11個/km,棉結23個/km,毛羽H值2.39,斷裂強度13.9 cN/tex。
絡筒工序的主要任務是清除紗疵,減少外觀疵點,生產(chǎn)成形良好的筒紗。電子清紗工藝參數(shù)要設定合理,擋車工要加強責任心,嚴格把好質(zhì)量關,不合格的半成品不準流入下道工序,不合格的產(chǎn)成品不準出廠[10]。為預防石墨烯纖維混紡紗黑星產(chǎn)生,絡筒速度要合理,一般設置1 100 m/min。QPRO-60型自動絡筒機配備烏斯特QUANTUM3型電子清紗器,由于石墨烯纖維混紡紗為有色紗線,須關閉電清FD異纖清紗極限工藝參數(shù)設置,方可正常生產(chǎn)。品種翻改、調(diào)整組設置時必須在停車狀態(tài)進行,不然會產(chǎn)生誤切或漏切,且槽筒在高速狀態(tài)下改紡,還會損傷設備。由于電子清紗器智能識別紗體,且剔除紗疵是在基紗平均值的基礎上,按百分比折算清紗基準,故生產(chǎn)品種分組設置不得少于10錠一組,分組錠數(shù)越多清紗越徹底,尤其在品種翻改上下機期間,更應注意分組狀態(tài),以免受紗體清紗基準波動,影響石墨烯纖維混紡紗線質(zhì)量。應用細紗錠位掃描儀和內(nèi)含芯片的專用紗管,定期排查質(zhì)量報警的落后錠子,并及時進行質(zhì)量追蹤和整改,消滅落后錠子,降低錠間CVb質(zhì)量差異,保持成紗質(zhì)量穩(wěn)定一致。電子清紗器主要工藝參數(shù):NSL1 240%×0.5 cm,NSL2 150%×1.6 cm,NSL3 85%×3.8 cm,NSL4 55%×9.0 cm,NSL5 28%×30.0 cm,NSL6 17%×160.0 cm,T1 -38%×5.5 cm,T2 -25%×23.0 cm,T3 -16%×110.0 cm,PF靈敏度30%,PF周期個數(shù)30,U 60%。
生物質(zhì)石墨烯改性粘膠混紡紗既屬于功能性纖維紗線,又屬于色紡紗線,其原料價格昂貴,制作的石墨烯產(chǎn)品為高端高檔高品質(zhì)產(chǎn)品,在紡紗過程一定要保證成紗質(zhì)量,尤其杜絕出現(xiàn)黑星、色差和布面橫檔質(zhì)量問題。生物質(zhì)石墨烯纖維為黑色纖維,原料進車間后要加強管理控制,各工序做好嚴密隔離防護工作,做到車輛容器專車專用,按指定區(qū)域生產(chǎn)或放置,半成品運輸走專用運輸通道,嚴防造成混纖和污染其他紗線品種。緊緊圍繞影響石墨烯纖維混紡紗線質(zhì)量的控制重點,優(yōu)化工藝參數(shù),合理控制車速,優(yōu)選紡紗器材,保持設備良好運行狀態(tài),加強運轉(zhuǎn)操作管理,強化員工質(zhì)量意識,做好質(zhì)量在線檢測和離線檢測,及時消除產(chǎn)品質(zhì)量波動,就能有效控制生物質(zhì)石墨烯纖維混紡紗的優(yōu)良品質(zhì)。