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侯芝富，郭俊霞，赵秀云，孟祥华 山东超越纺织有限公司 石墨烯是目前世界上发现的最薄、最坚硬、具有最强导电性的纳米新材料。自2004年在英国曼彻斯特大学实验室被正式制备以来，受到全世界关注，被誉为“新材料之王”。生物质石墨烯是利用航天技术，从玉米芯纤维素中研制出来的新材料，属全球首创。生物质石墨烯改性纤维具有独特的人体可激发的远红外、抗菌抑菌、预防螨虫、防静电、抗紫外线、吸湿快干、调节人体微循环、促进深度睡眠等功能性。石墨烯纤维可分为以粘胶、锦纶、氨纶、涤纶等纤维为载体的石墨烯改性纤维种类。生物质石墨烯改性纤维属以粘胶为载体，其纺制品用于医药用品、运动服饰、羽绒服、睡袋、棉被、床垫、靠枕、枕芯、披肩等高端纺织品。我公司近年来先后开发生产了生物质石墨烯与莫代尔、腈纶、粘胶、精棉等纤维组成的多组份不同混纺比例、不同号数的石墨烯混纺纱品种。本文以生物质石墨烯改性粘胶40/莫代尔30/腈纶30 11.8tex紧密赛络纺品种为例，对生物质石墨烯改性粘胶混纺纱的产品开发与生产做简要介绍。 2.5%生物质石墨烯改性粘胶纤维（简称石墨烯纤维）规格1.33 dtex×38 mm，黑色，干断裂强度2.5 cN/dtex，干断裂伸长率20.4%，白度4.5%，体积比电阻5.58*107Ω·cm，回潮率12.41%。dralon腈纶纤维规格1.3 dtex×40 mm，有光，干断裂强度2.6 cN/dtex，干断裂伸长率27%，体积比电阻1.55*106Ω·cm，回潮率2.10%。奥地利兰精莫代尔1.30 dtex×39 mm，干断裂强度3.5 cN/dtex，干断裂伸长率14%，体积比电阻3.3*107Ω·cm，回潮率10.52%。 石墨烯纤维为有色纤维，为确保石墨烯混纺纱的原料成份混合均匀，三种纺纱原料的混合采取包混+条混相结合的混合方式。由于石墨烯纤维与兰精莫代尔两种原料开松程度接近，腈纶纤维原料较为蓬松，故先将石墨烯纤维与兰精莫代尔两种原料进行包混，二次成卷后，再到并条工序与dralon腈纶进行并条混合。 石墨烯、莫代尔纤维：FA002A型自动抓棉机→A035D型混开棉机→FA106A型开棉机→A092A型给棉机→A076A型成卷机（二次成卷）→A186F型梳棉机→FA320A型并条机（予并） 腈纶纤维：FA002A型自动抓棉机→FA022型多仓混棉机→FA106A型开棉机→A092A型给棉机→A076A型成卷机→A186F型梳棉机 石墨烯、莫代尔纤维预并条+dralon腈纶生条→FA320A型并条机（三混）→A456D型粗纱机→FA506型紧密赛络纺细纱机→QPRO自动络筒机 将石墨烯、莫代尔、腈纶纤维三种原料包在预松室内剪掉打包带，放置24小时以上平衡回潮，以适应车间内温湿度环境。由于兰精莫代尔纤维原料回潮偏小，为防止在加工过程中纤维脆断，需进行给湿处理，使其接近公定回潮。 石墨烯、莫代尔原料上棉台时，严格按上包图放置，排包均匀，密度一致，削高填平，保证抓取一致，避免因混合不均匀而出现色差及布面横档疵品。为确保石墨烯、莫代尔原料充分混合，在清花工序需二次成卷。石墨烯、莫代尔、腈纶纤维三种原料均属化学纤维，无杂质，仅有少量硬丝、并丝及超长纤维等疵点。根据原料的性能，在开清棉工序贯彻“多梳少打，多回收少排除，以梳代打”的工艺原则。腈纶纤维原料较为蓬松，为防止粘卷，为保证梳棉工序棉卷喂入时退绕顺利，在成卷时用同品种的粗纱做隔离，同时成卷罗拉用加温棒加温，使棉卷密度加大成形良好。FA002A型抓棉机，抓棉小车每运行一周下降3 mm，小车的运行速度2.0 r/min ，梳针打手速度石墨烯、莫代尔原料为446 r/min，腈纶纤维原料为525 r/min， A076A综合打手速度920 r/min，成卷罗拉的速度11 r/min。棉卷质量指标要求详见表1。 表1 棉卷质量指标要求
由于化纤类原料纤维长，整齐度好，不含杂，梳棉工序应以梳理为主，使纤维单根化，并最大限度降低纤维的损伤。锡林的速度稍高可以减轻针面的负荷，增强分梳，其速度设置为330 r/min。刺辊速度要降低，有利于纤维转移，速度设置石墨烯莫代尔原料为780 r/min，腈纶纤维原料为850 r/min。由于原料含杂少，可降低盖板速度，控制在88.4 mm/min。道夫速度稍低，有利于改善棉网质量，其速度设置为22 r/min.。为使纤维充分梳理，锡林与活动盖板的五点隔距为0.18 、0.16 、0.16 、0.16 、0.18 mm。 提高棉网清晰度和纤维伸直度，预防石墨烯混纺纱形成的黑星有害纱疵。要结合更换周期加强对道夫、锡林、盖板、刺辊针布锋锐度的检查，发现齿尖磨损超限或损坏，应及时更换针布，确保针布良好状态和梳理效果。依据原料规格，配置适宜的针布型号。原料纤维细度越细，为使纤维充分梳理，选用矮、薄、密、光、硬的新型针布。盖板针布型号采用TPT-52，道夫针布型号采用AD4030×01870，锡林针布型号采用AC2030-01740。严格控制A1疵点，对梳棉机逐台做好跟踪试验，重点检查道夫和刺辊部分，将A1疵点控制在100个/100km以内。保持机台清洁，严防挂花带入棉网产生疵点。提高滤尘效果减少短绒堆积现象，各部吸风管道保持畅通，不挂花，以免影响棉网质量。尤其棉网清洁器部位，挡车工必须随时做好清洁，一旦棉网清洁器堵塞，会使棉网产生大量棉结，严重危害生条质量。生条质量指标要求详见表2。 表2 生条质量指标要求
为保证纤维混纺比例的准确性，在进行并条混合前，先将石墨烯莫代尔生条进行预并处理。由于石墨烯混纺纱中纤维特性不同，为保持混纺纱中各种纤维在纱线结构中分布一致，要求在一混条子喂入时固定各根条子位置，保证布面风格均匀一致。为预防和控制纱线黑星产生，适当降低工艺速度，及时清除须条通道部分的油剂，减少纤维弯钩现象，保证纤维的伸直平行度。加强运转操作管理，做好半成品防护工作，不允许出现高条和毛乱条。储备条保持盖好防护罩，防止飞花附入和杜绝与其它半成品之间粘附造成混纤现象。并条工序工艺参数配置详见表3。 表3 并条工序工艺参数配置
粗纱工序采用较低车速、大隔距、重加压、大捻系数、小后牵伸工艺原则。由于细纱为赛络紧密纺品种，粗纱定量在满足细纱上机要求的前提下按最大设计。生产过程中要控制好粗纱张力，减小大小纱之间的张力差异。石墨烯纤维为黑色纤维，做好隔离防护工作，严防半成品碰撞及纤维飘浮，造成混纤现象。与相邻品种机台之间要用高密度尼龙网做成隔离墙棚进行严密隔离。运输粗纱的车辆及盛放储备粗纱的容器，做好指定石墨烯品种专用标识，做到专车专用，严防与运输其它品种的车辆容器混用混放。粗纱工序工艺参数配置详见表4。 表4 粗纱工序工艺参数配置
加强赛络紧密纺集聚区的管理，保持集聚区的两根纱条清晰稳定。一旦出现纱条模糊、抖动或变为单根须条时，会严重影响质量，造成疙瘩纱，棉结粗节增多，毛羽大强力降低。应检查喇叭口是否偏位，摇架压力是否偏小，摇架螺丝是否松动，负压管接头是否脱落漏风，异型管盖板吸风槽是否挂花堵塞，张力钩部分是否缠花，网格圈是否破损，传动齿轮是否积花缺齿等不良现象。由于细纱总牵伸倍数达61倍，我们采用高效牵伸工艺，使用双压力棒上销。紧密赛络纺毛羽少，结构紧密，钢丝圈在运行过程中阻力大，必须配置与之相适应的钢领钢丝圈。采用PG14054GC高精轴承钢精抛镀铬钢领， 瑞士Bräcker C1ULudr10/0钢丝圈，上胶圈规格37×28×0.9mm，下胶圈规格80×30×1mm，868铝衬胶辊规格19×31×28mm。由于紧密赛络纺无导纱动程，胶辊胶圈易产生中凹现象，为使胶辊胶圈表面对纤维有足够的握持力，且不发生缠绕现象，胶圈更换周期为3个月，前二胶辊复磨周期为2个月，前一及后胶辊复磨周期为6个月。石墨烯混纺纱为黑灰色纱线，石墨烯纤维比例越大颜色越深，细纱断头后不易辨认，需加强灯光亮度，提高光照度，方便挡车工及时发现断头。长期生产石墨烯混纺纱，胶辊胶圈表面会有着色变黑现象，更换品种时胶辊胶圈需做调换清洗或复磨处理。细纱工序工艺参数配置详见表5，成纱质量指标详见表6。 表5 细纱工序工艺参数配置
表6 成纱质量指标
络筒工序的主要任务清除纱疵，减少外观疵点，生产成形良好的筒纱。电子清纱工艺参数要设定合理，挡车工要加强责任心，严格把好质量关，不合格的半成品不准流入下工序，不合格的产成品不准出厂。为预防石墨烯混纺纱黑星产生，络筒速度要合理，一般设置1100 m/min。QPRO自动络筒机配备乌斯特QUANTUM3型电子清纱器，由于石墨烯混纺纱为有色纱线，须关闭电清FD异纤清纱极限工艺参数设置，方可正常生产。品种翻改、调整组设置时必须在停车状态进行，不然会产生误切或漏切，且槽筒在高速状态下改纺，还会损伤设备。由于电子清纱器智能识别纱体，且剔除纱疵是在基纱平均值的基础上，按百分比折算清纱基准，故生产品种分组设置不得少于10锭一组，分组锭数越多清纱越彻底，尤其在品种翻改上下机期间，更应注意分组状态，以免受纱体清纱基准波动，影响石墨烯混纺纱线质量。应用细纱锭位扫描仪和内含芯片的专用纱管，定期排查质量报警的落后锭子，并及时进行质量追踪和整改，消灭落后锭子，降低锭间CVb质量差异，保持成纱质量稳定一致。电清主要工艺参数详见表7。 表7 电清主要工艺参数
生物质石墨烯混纺纱既属于功能性纤维纱线，又属于色纺纱线，其原料价格昂贵，制作的石墨烯产品为高端高档高品质产品，在纺纱过程一定要保证成纱质量，尤其杜绝出现黑星、色差和布面横档质量问题。生物质石墨烯纤维为黑色纤维，原料进车间后要加强管控，各工序做好严密的隔离防护工作，做到车辆、容器专用专管，按指定区域生产或放置，半成品运输走专用运输通道，严防造成混纤和污染其它纱线品种。紧紧围绕影响石墨烯混纺纱线质量的控制重点，优化工艺参数，合理控制车速，优选纺纱器材，保持设备良好运行状态，加强运转操作管理，强化员工质量意识，做好质量在线检测和离线检测，及时消除产品质量波动，有效控制生物质石墨烯混纺纱的优良品质。 |
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