周世川，黨 虎，謝 峰，王 琦，周振華，張 璐

(新疆中泰紡織集團(tuán)有限公司，新疆 庫爾勒 841000)

粘膠纖維是以天然棉短絨、木材、竹材、甘蔗渣等富含纖維素的物質(zhì)為原料生產(chǎn)的再生纖維素纖維，其最大特點是與天然棉纖維的某些服用性能極為相似，具有吸濕、透氣、易染色、抗靜電和易紡等優(yōu)良性能[1]。

目前，粘膠纖維行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，生產(chǎn)的品種多數(shù)以普通短纖維為主，粘膠纖維產(chǎn)品的功能化、異形化、細(xì)旦化成為行業(yè)近年來重要的發(fā)展方向[2]。因此，國內(nèi)大部分企業(yè)都在產(chǎn)品的差別化、功能化上下功夫。超細(xì)旦粘膠短纖維是粘膠短纖維的差別化產(chǎn)品，其在原有長度不變的情況，線密度更小，纖維更細(xì)，同時，在保持機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，手感更好，其紗線及織物更細(xì)滑柔軟，面料更輕薄，質(zhì)量更好[3-4]。

普通粘膠短纖維因結(jié)構(gòu)單一，在高檔紡織品領(lǐng)域的應(yīng)用存在局限性，其紗線大都是中、低支紗，規(guī)格為45 s以下，而高支紗品種很少，如60 s以上高支紗的生產(chǎn)基本處于空白。隨著社會的發(fā)展進(jìn)步及人類生活品質(zhì)的提高，生產(chǎn)高支紗已成為粘膠短纖維行業(yè)的發(fā)展趨勢。

為進(jìn)一步優(yōu)化粘膠短纖維產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、拓展粘膠短纖維的應(yīng)用，作者采用傳統(tǒng)濕法紡絲工藝，在現(xiàn)有的普通粘膠短纖維生產(chǎn)線上，通過調(diào)整工藝參數(shù)，改變噴絲頭的規(guī)格，成功生產(chǎn)出規(guī)格為1.11 dtex×38 mm的超細(xì)旦粘膠短纖維，并在下游紡紗廠試生產(chǎn)60 s混紡高支紗，紗線質(zhì)量均符合優(yōu)等品各項指標(biāo)。

1 試驗

1.1 主要原材料

闊葉漿粕：山東太陽紙業(yè)有限公司生產(chǎn)；液堿：工業(yè)級，新疆中泰化學(xué)集團(tuán)有限生產(chǎn)；二硫化碳：工業(yè)級，新疆巴州瑞興化工有限生產(chǎn)；硫酸：工業(yè)級，新疆中泰紡織集團(tuán)生產(chǎn)。

1.2 主要設(shè)備及儀器

噴絲頭：北京華宇創(chuàng)新鉭鈮科技有限公司制；酸堿滴定儀器：安徽美星實驗設(shè)備有限公司制；NDJ-8S型數(shù)字顯示旋轉(zhuǎn)粘度計：淄博淄分儀器有限公司制；YG001B單纖維強(qiáng)力機(jī)：常州市中纖檢測儀器設(shè)備有限公司制。

1.3 1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維的生產(chǎn)

超細(xì)旦粘膠短纖維的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)濕法紡絲法，在現(xiàn)有的普通粘膠短纖維生產(chǎn)工藝流程和主機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行，原料漿粕經(jīng)過濾、熟成、脫泡，得到的粘膠達(dá)到紡絲要求的黏度、熟成度后，再經(jīng)紡前過濾送往紡絲機(jī)，使用特殊設(shè)計的噴絲頭，結(jié)合特殊的凝固浴組成和合理的拉伸分配，纖維在凝固浴中固化成形，最后經(jīng)切斷、精煉、烘干等后處理工序，制得超細(xì)旦粘膠短纖維。

主要生產(chǎn)工藝參數(shù)如下：粘膠黏度35～50 s、熟成度8～13 mL、甲纖質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.9%～9.3%、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.95%～5.45%，凝固浴硫酸濃度(123±1)g/L、硫酸鋅濃度7.0～8.0 g/L、溫度47.5～48.5 ℃，紡絲速度70 m/min，噴絲頭規(guī)格為45頭、單頭孔數(shù)2 300、孔徑0.05 mm，拉伸比58%，收縮系數(shù)79%。生產(chǎn)的超細(xì)旦粘膠短纖維規(guī)格為1.33 dtex×38 mm，生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1 超細(xì)旦粘膠短纖維生產(chǎn)工藝流程
Fig.1 Flow chart of ultrafine viscose staple fiber production

1.4 分析與測試

線密度：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，從伸直的纖維束上切取一定長度的纖維束，按照GB/T 14463—2008《粘膠短纖維》測試并計算[5]。

力學(xué)性能：采用YG001B單纖維強(qiáng)力機(jī)，按照GB/T 14463—2008《粘膠短纖維》測試?yán)w維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率等[5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘膠質(zhì)量

(1)熟成度

粘膠的熟成度高，即粘膠老，鹽值低；熟成度低，即粘膠生，鹽值高。熟成度高、鹽值低的粘膠在酸浴中較易凝固，可紡性好。熟成度低、鹽值高、膠生的粘膠絲條凝固性能差，經(jīng)不起拉伸，易形成毛絲或斷頭。試驗表明，粘膠的熟成度控制在8～13 mL較好。

(2)黏度

粘膠的黏度過高，氣泡不易脫盡，而且送膠壓力下降，會造成毛絲增多，易出現(xiàn)纏輥現(xiàn)象；黏度太低時成形不穩(wěn)定，絲條易斷頭，可紡性差。試驗表明，粘膠的黏度控制在(40±5)s較好。

2.2 噴絲頭規(guī)格

生產(chǎn)超細(xì)旦粘膠短纖維，噴絲頭是關(guān)鍵，由于纖維素黃酸酯分子鏈長，相對分子質(zhì)量大，分子間有較強(qiáng)的引力，粘膠進(jìn)入噴絲孔入口時受到剪切力的作用產(chǎn)生入口效應(yīng)，粘膠體積變小，所產(chǎn)生的彈性能儲存于粘膠中，由于粘膠在噴絲孔道中的時間非常短，內(nèi)應(yīng)力得不到完全松弛，所消耗的彈性能很少，大部分彈性能在粘膠出孔口時釋放發(fā)生回彈，產(chǎn)生孔口脹大效應(yīng)，粘膠細(xì)流比在孔道時放大2.5～3.0倍。因此，在實際生產(chǎn)中必須縮小噴絲頭孔徑，纖維線密度才能變小，纖維才能更細(xì)，在原紡速及對應(yīng)產(chǎn)量不變的情況下，所匹配的噴絲頭孔數(shù)必須增多，保證紡絲盤在相應(yīng)紡絲速度下單位時間的噴膠量相等。

生產(chǎn)1.33 dtex普通粘膠短纖維時，采用的噴絲頭規(guī)格為45頭、單頭孔數(shù)1 900、孔徑0.055 mm。生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時，纖維線密度減小，為保證產(chǎn)量，需增加噴絲頭孔數(shù)；在紡絲盤總橫截面積一定的情況下，孔徑不同，對應(yīng)的噴絲頭孔數(shù)也不同，且噴絲頭孔徑越小，其加工難度越大。為保證產(chǎn)量兼顧噴絲孔的加工難度，生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時，選擇噴絲頭孔數(shù)為2 300，孔徑為0.05 mm。

2.3 紡絲凝固浴工藝條件

(1)硫酸濃度

粘膠凝固與纖維素再生的速度與凝固浴中的硫酸濃度有關(guān)。硫酸濃度過高，纖維成形速度過快，易形成粗大的凝膠結(jié)構(gòu)，造成纖維內(nèi)外層的再生程度不均一，在拉伸時易發(fā)生脆性斷裂，強(qiáng)度下降；硫酸濃度過低，會使凝固再生過程緩慢而造成紡絲困難，易斷頭及出現(xiàn)膠塊、疵點。試驗中控制硫酸濃度在122～124 g/L，可紡性好，生產(chǎn)穩(wěn)定。

(2)硫酸鋅濃度

凝固浴中硫酸鋅的作用主要是延緩再生，加入少量的硫酸鋅可改善纖維成形效果，使纖維具有較高的韌性和優(yōu)良的抗疲勞性能,纖維結(jié)構(gòu)均勻，能提高纖維的強(qiáng)度，還能提高纖維的伸度和勾結(jié)強(qiáng)度。但是，凝固浴中硫酸鋅濃度太高，會使纖維成形過于緩慢，絲條易帶膠塊，影響可紡性。試驗表明，硫酸鋅濃度控制在7.0～8.0 g/L時，可紡性好，纖維成形好。

(3)凝固浴溫度

提高凝固浴溫度能加快凝固過程中各種物理、化學(xué)過程的進(jìn)行，能提高成品纖維結(jié)構(gòu)的均勻性，纖維強(qiáng)伸度也隨著增加。但當(dāng)凝固浴溫度高于某個臨界值時，成形速度過快以及硫化氫、二硫化碳?xì)怏w大量逸出而使纖維產(chǎn)生大量孔隙，成品纖維的強(qiáng)伸度反而下降。試驗中凝固浴溫度宜控制在48～52 ℃。

2.4 拉伸比和收縮系數(shù)

粘膠從噴絲頭噴出時，首先進(jìn)行噴頭拉伸。粘膠細(xì)流尚處于粘流態(tài)，噴頭拉伸主要是將粘膠細(xì)流導(dǎo)引成線，噴頭拉伸過大，絲條易斷頭或產(chǎn)生毛絲。噴頭拉伸后進(jìn)入盤間拉伸，盤間拉伸是在紡絲機(jī)導(dǎo)絲盤與第一集束機(jī)、第二集束機(jī)之間進(jìn)行的，通過盤間拉伸，纖維大分子鏈可以沿著纖維軸向整齊排列而形成新的締合點并被固定下來，定向性提高，從而提高纖維的物理機(jī)械性能。絲束經(jīng)過強(qiáng)烈拉伸后，纖維素大分子及其聚集大多沿著拉力方向取向，大分子間的作用力很強(qiáng)，使纖維大分子幾乎處于僵直狀態(tài)，因此纖維必然產(chǎn)生回縮。在拉伸后纖維適當(dāng)回縮，在不過多地?fù)p害纖維強(qiáng)度的情況下，可改善纖維的脆性，使纖維伸度有所提高。

生產(chǎn)1.33 dtex普通粘膠短纖維時，拉伸比控制在54%，收縮系數(shù)保持在81%，其強(qiáng)力與干斷裂伸長率均達(dá)到優(yōu)等品指標(biāo)。生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時，為保證其線密度與強(qiáng)力，將拉伸比從54%調(diào)整至58%，收縮系數(shù)從81%調(diào)整至79%。

2.5 后處理工藝條件

(1)切斷

粘膠短纖維用于紡織加工或與棉、毛及其他化纖混紡，必須將纖維切斷成棉紡廠生產(chǎn)所需的規(guī)定長度，生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維時，切斷長度不變?yōu)?8 mm。

(2)精練

精練的目的是除去或減少初生纖維中對成品纖維質(zhì)量有影響的雜質(zhì)，再通過上油柔化處理，改善纖維的紡織性能。精練工序包括水洗、脫硫、漂白、脫氯、上油等。

首先，給纖槽將切斷后的纖維經(jīng)高溫水流沖擊充分打散，通過水洗以除去纖維表面的殘硫及硫酸鹽等雜質(zhì)。纖維的含硫雜質(zhì)大部分在此被洗去，以后各道水洗的目的就是除去前道工序生成的水溶性雜質(zhì)及處理藥液。硫在較高溫度下可以溶解于水，因此附在纖維表面的硫，大部分可用80 ℃左右的熱水清洗掉，而留在纖維內(nèi)部的硫是以膠體質(zhì)點狀態(tài)存在，必須用化學(xué)藥劑處理，使不溶于水的膠態(tài)硫轉(zhuǎn)化為水溶性的硫化物而被除去，采用氫氧化鈉來脫硫，溫度84～88 ℃。

然后，對水洗脫硫后的纖維進(jìn)行漂白。經(jīng)脫硫后的纖維，光澤雖已轉(zhuǎn)強(qiáng)，但外觀上還帶有黃色色光。試驗中采用次氯酸鈉對纖維進(jìn)行漂白，漂白液pH值控制在8～10.5。當(dāng)pH為6～8時，對纖維破壞最嚴(yán)重，且次氯酸鈉易分解出有害氣體、惡化勞動條件；當(dāng)pH大于10.5時，纖維的損傷較小，但會腐蝕機(jī)械零件。

最后，對纖維進(jìn)行上油。纖維經(jīng)水洗、脫硫、漂白后，附著在纖維上的大部分雜質(zhì)雖已除去，但仍不能直接用于紡織，還需進(jìn)行上油柔化處理。上油的目的是調(diào)節(jié)纖維表面的摩擦力，使纖維具有平滑的手感，又有適當(dāng)?shù)谋Ш狭?消除靜電從而改善纖維的紡織性能。

(3)烘干及打包

纖維經(jīng)后處理后，含濕很高。為了使產(chǎn)品達(dá)到要求的含濕標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)準(zhǔn)回潮率為13%)，必須對纖維進(jìn)行干燥，在干燥過程中不僅是纖維的水分被蒸發(fā)，而且纖維的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，所以纖維經(jīng)過干燥，很多性質(zhì)將被固定下來。纖維的干燥時間和干燥均勻程度與進(jìn)入烘燥機(jī)纖維層的溫度、厚度均勻性、松散程度、空氣溫度以及相對濕度等有關(guān)。

當(dāng)烘干溫度較低時，纖維的斷裂強(qiáng)度隨烘干溫度的提高有所上升，且斷裂伸長也隨強(qiáng)度的增加而增加。此外，溫度低，烘干時間長，烘干機(jī)的長度要增加。

烘干后的纖維需再次開松，使其回潮趨于均勻，并且松散柔和的纖維更便于風(fēng)送。經(jīng)烘干機(jī)烘干和精開棉機(jī)干開松后，纖維借助于風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的氣流經(jīng)風(fēng)管至凝棉器，然后落棉至打包機(jī)，打包成一定規(guī)格和尺寸的棉包，以便于儲存和運輸。

2.6 試生產(chǎn)工況及產(chǎn)品質(zhì)量

(1)第一次試生產(chǎn)條件

第一次試生產(chǎn)考核周期為3 d，粘膠的黏度平均值為42 s、熟成度平均值為11.5 mL，凝固浴硫酸濃度平均值為123 g/L、硫酸鋅濃度平均值7.4 g/L、溫度為48 ℃。在此工藝條件下試生產(chǎn)1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維，生產(chǎn)控制平穩(wěn)。

(2)第二次試生產(chǎn)條件

第二次試生產(chǎn)考核周期也為3d，生產(chǎn)條件與第一次相比，粘膠各指標(biāo)保持不變，但凝固浴硫酸濃度從123 g/L下調(diào)至120 g/L,凝固浴溫度從48 ℃上調(diào)至50 ℃。

從紡絲成形情況看，第一次試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常纏輥現(xiàn)象，第二次試生產(chǎn)時明顯好轉(zhuǎn)，生產(chǎn)穩(wěn)定。2次試生產(chǎn)1.11 dtex×38 mm超細(xì)旦粘膠短纖維的質(zhì)量指標(biāo)見表1。從表1可知：2次試生產(chǎn)的纖維質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)要求；第二次試生產(chǎn)時，因凝固浴硫酸濃度下降、溫度上升，得到的纖維力學(xué)性能更好，纖維干斷裂強(qiáng)度達(dá)2.52 cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度達(dá)1.33 cN/dtex，干斷裂伸長率為18.64%。

表1 1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維試生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量Tab.1 Quality of 1.11 dtex ultrafine viscose staple fiber in trial production

試生產(chǎn)的1.11 dtex×38 mm超細(xì)旦粘膠短纖維供下游紗廠生產(chǎn)混紡高支紗，根據(jù)下游紗廠生產(chǎn)反饋，使用超細(xì)旦粘膠短纖維混紡比例為40%，生產(chǎn)60 s高支紗，生產(chǎn)正常，紗線質(zhì)量較好。

3 結(jié)論

a. 在普通粘膠短纖維生產(chǎn)裝置上，試生產(chǎn)1.11 dtex×38 mm超細(xì)旦粘膠短纖維，為保證產(chǎn)量，噴絲頭孔徑必須相應(yīng)變小，孔數(shù)相應(yīng)增多；為保證纖維強(qiáng)力，應(yīng)提高拉伸比，降低收縮系數(shù)；適當(dāng)降低酸浴濃度、提高酸浴溫度，纖維強(qiáng)力較好。

b. 試生產(chǎn)1.11 dtex 超細(xì)旦粘膠短纖維時，選擇噴絲頭孔數(shù)為2 300、孔徑為0.05 mm，控制粘膠黏度為42 s、熟成度為11.5 mL，凝固浴硫酸濃度為120 g/L、溫度為50 ℃，拉伸比為58%，收縮系數(shù)為79%，可紡性好，生產(chǎn)穩(wěn)定；纖維干斷裂強(qiáng)度達(dá)2.52 cN/dtex，濕斷裂強(qiáng)度達(dá)1.33 cN/dtex，干斷裂伸長率為18.64%。

c. 以1.11 dtex超細(xì)旦粘膠短纖維混紡比例為40%，生產(chǎn)60 s高支紗，紗線質(zhì)量較好。