多组分包缠纱及其工装面料的开发
《棉纺织技术》2021年1月（第49卷，总第591期）火热发售中，欢迎订阅。
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原文刊自：2020年4月
第48卷（总第582期）
总结多组分包缠纱及其工装面料的生产要点，并测试了工装面料的性能。分析了产品设计思路；介绍了产品设计规格和生产工艺流程；总结了纺纱和织造各工序的生产要点；最终顺利开发了一款多功能工装面料，对其吸湿速干性、防静电性、抗菌性进行了测试。结果表明：面料的吸湿速干性、防静电性和抗菌性均达到了相关标准指标。认为：开发的面料具有良好的功能性与独特的外观，实现了预期设计目标。
棉纤维；汉麻纤维；混纺纱；导电丝；防静电性；吸湿速干性；抗菌性；工装面料
多元素的契入，人性化的设计，复杂环境的适应是新时代工装面料的设计要求。目前工装面料存在的共性问题是穿着舒适性较差、功能性单一、花式品种少。因此，开发兼具多功能性和独特外观性的工装面料是未来的发展趋势。
我们利用功能性纤维以及天然纤维的特点，采用多组分短纤长丝包缠纱为经纬纱，通过嵌织一定比例的导电复合纱，设计开发了一款具有防静电、吸湿速干、抗菌等功能的工装面料，要点介绍如下。
1 产品设计思路
1. 1 原料选择
为生产具有吸湿快干、抗菌、防静电的多功能工装面料，在原料选择方面充分考虑到成品的多种功能需要，选择棉纤维、汉麻纤维、涤纶纤维进行三组分混纺。棉纤维是天然纤维，柔软舒适，吸湿性良好，是贴身面料的首选纤维；汉麻纤维吸湿散热性好，且具有防紫外线、防菌抑菌、防静电等功能，用汉麻纤维加工的产品具有挺括、凉爽、透气和吸湿快干等优点；涤纶短纤能提供最终产品的保形性和挺括性。三种原料混纺，可以充分发挥各自特点，丰富混纺纱的功能性。
纱线所选原料指标。棉纤维细度 1. 61 dtex，断 裂 伸 长 率 5. 8%，断 裂 比 强 度 4. 10 cN/dtex。汉麻纤维细度 1. 55 dtex，断裂伸长率 4. 36%，断裂强度 4. 38 cN/dtex。涤纶短纤细度 1. 11 dtex，断裂伸长率 19. 8%，断裂强度 4. 64 cN/dtex。
1. 2 纱线设计
考虑到工装面料的耐磨性要求，纱线应选用中粗号纱，且以股线为宜。同时为加强最终面料吸湿快干性能，采用三组分混纺基纱与十字形截面涤纶长丝进行包缠，以十字形截面涤纶长丝为芯轴、混纺基纱为外包缠绕纱，使最终的包缠纱不仅具有“外柔内刚”的特点且具有一定导湿快干性能；此外，所制备产品由于纤维原料染色性能的不同可以产生独特的外观花色效果。
根据最终织物所需功能性确定纱线的规格。研究表明，吸湿排汗纤维与棉混纺时，其含量大于 30% 就 具 有 凉 爽 涤 纶 面 料 应 具 有 的 特 性。由于十字形截面涤纶长丝的存在，吸湿排汗纤维含量可观，因此汉麻纤维的比例可稍低；同时考虑到成本及功能性需要，最终混纺基纱原料配比选定为：涤纶短纤 15%，汉麻纤维 25%，精梳棉60%。
汉麻纤维具有防静电功能。为进一步增强织物防静电功能，选用 2. 2 tex（20D）导电长丝与包缠纱并网形成导电复合纱，经向嵌入织物［3］。纱线具体规格：混纺基纱为 JC/汉麻纤维/T 60/25/15 13. 1 tex 纱，捻度 132 捻/10 cm，Z 捻。十字形截面涤纶长丝 189 dtex/36 F。包缠纱以十字形截面涤纶长丝 189 dtex/36 F 为芯轴，JC/汉麻纤维/T 60/25/15 13. 1 tex 纱为外包缠绕纱，最终的 包 缠 纱 线 密 度 32. 3 tex，捻 度 52 捻/10 cm，S捻；包缠纱与 2. 2 tex 导电长丝并网形成的导电复合纱线密度 34. 5 tex。
1. 3 织物规格设计
采用嵌织的方法加入导电长丝。一般来说，导电丝间距越小，导电丝含量增加，织物的静电压逐渐减小，防静电性能增加；但导电丝成本较高，需要综合考虑织物的防静电性能要求和成本。混纺纱中有汉麻纤维，其具有一定的防静电功能。综合考虑，导电丝间距选 2. 8 cm。
选用平纹组织进行上机织造。一般来说，织物的经密比纬密高，平纹织物的纬密通常少于经密 20%~30%。本设计选用的是导湿快干纤维，考虑织物的导湿性能、组织结构和成本，不宜选择过高经纬密。此外，本设计中导电丝间距为2. 8 cm，经密过高会影响导电丝的裸露程度，阻碍其发挥作用。纬密的选定同时结合了产量和织物耐磨性的要求，最终选定织物经密为 224 根/10 cm，纬密 181 根/10 cm。
综合以上分析，确定织物经纱为两种，分别是 32. 3 tex 的包缠纱和 34. 5 tex 的导电复合纱，两者比例为 63∶1。纬纱为 32. 3 tex 包缠纱。织物幅宽 163 cm。
2 生产工艺流程的选定
2. 1 纱线生产工艺流程
纱线的生产工艺流程：（68% 棉条+32% 汉麻纤维）经抓棉和混开棉，与经过抓棉和混开棉的涤纶短纤进行混棉，再经开棉、梳棉、两道并条、粗纱、细纱、络筒，最后与十字形截面涤纶长丝包缠。
为了较为精确地控制混纺比例，将汉麻纤维和棉条借助自动称重装置进行箱混后，再进入后道工序。采用二道并条，改善成纱条干水平。充分发挥各组分原料的优点，克服了单一纤维可纺性差的缺点，提高了汉麻纤维的可纺性和混纺纱的可织性。混纺纱经络筒后与十字形截面涤纶长丝包缠，得到短纤长丝包缠纱。
2. 2 织物生产工艺流程
导电复合纱与包缠纱颜色和质感相似，为了便于工人在生产中区分，对导电复合纱进行染色定形，再与包缠纱一起分批整经、浆纱、穿经、织造、修验布，最后打包入库，完成织物生产。
3 关键生产工艺探讨
3. 1 清梳联工艺
选用 CFT ⁃1140L 型自动混开棉机进行开清棉，采用自动称重分别装两个箱，A 箱装涤纶短纤维，B 箱装 32% 汉麻纤维和 68% 扯断精梳棉条。因汉麻纤维与棉纤维较涤纶纤维在加工过程易损伤，为保证混纺比例，将 A 箱与 B 箱的混纺比设计为 87∶13；采用“多梳多松，以梳代打，少落早落”的工艺原则；FA106 型开棉机采用梳针打手，速度 480 r/min；FA224 型梳棉机为兼顾三种纤维长度，各部位所取的隔距适中掌握，使纤维得以充 分 梳 理 。梳 棉 主 要 工 艺 参 数 ：生 条 干 定 量21. 5 g/5 m ，刺 辊 速 度 650 r/min，锡 林 速 度300 r/min ，盖 板 速 度 74 mm/min ，道 夫 速 度55 m/min，刺辊与锡林隔距 0. 18 mm，锡林与盖板隔距 0. 32 mm、0. 30 mm、0. 28 mm、0. 28 mm、0. 30 mm，刺辊与道夫隔距 0. 13 mm。
3. 2 并、粗工艺
因汉麻纤维含短绒多，放湿快，在并条机上往往有许多短纤维被带到胶辊上积聚于上绒板，若速度过快，不能及时被吸走，会带到中罗拉导致纱疵，故并条机速度不宜过快。为保证三种纤维顺利牵伸，适当增大罗拉隔距；采取顺牵伸工艺，改善头道条子紊乱程度，提高纤维伸直度。采用 TMFD81S 型并条机两道并条，并合数均为6 根，头并条干定量 20. 6 g/5 m，总牵伸 6. 26 倍，后区牵伸 1. 72 倍；二并条干定量 18 g/5 m，总牵伸 6. 87 倍，后区牵伸 1. 335 倍。罗拉中心距均为48 mm×58 mm，胶辊双锭加压均 150 N×320 N×350 N×320 N。
为有效控制纤维运动，粗纱工序采取“重加压，重定量，大捻系数”的工艺原则。选用 FA458型 粗 纱 机 ，粗 纱 干 定 量 6. 0 g/10 m，总 牵 伸 6. 0倍 ，后 区 牵 伸 1. 2 倍 ，捻 系 数 122，前 罗 拉 速 度20 m/min，胶 辊 加 压 160 N×200 N×160 N×160 N。
3. 3 细纱工艺
细纱机车速不宜过快，用较大的捻系数有利于提高成纱强力；汉麻纤维经前道加工后仍有少量超长纤维，故适当增加罗拉隔距，以便于牵伸；选用大通道钢丝圈，以利于减小摩擦，降低断头，减少毛羽。选用 FA506 型细纱机，细纱干定量1. 202 g/100 m，总 牵 伸 49. 9 倍 ，后 区 牵 伸 1. 27倍，捻系数 460，前罗拉速度 226 r/min，罗拉中心距 46 mm×56 mm。
3. 4 包缠工艺
选用花式捻线机对三组分混纺基纱和十字截面涤纶长丝进行平行纺纱。以无捻度的涤纶长丝为芯轴，混纺短纤纱为外包纱，为防止出现包覆捻度不匀或较大粗节现象，包缠捻度不应过大；综合包覆纱强力和外观因素，选定包缠捻度为 520 捻/m。因芯纱与外包纱均为有一定强力的中粗号纱，车速设置为 130 r/min，以提高生产效率。
3. 5 并网工艺
由于导电长丝较细，单独生产易产生断头，因此需将导电长丝与包缠纱进行并网。机器车速根据长丝网络数与网络牢度的要求而变化，少网络数与低网络牢度的长丝加工速度可适当增大一些；多网络数与高网络牢度的长丝加工速度可小一些。根据实际经验，导电复合纱的网络度一般在 110 个/m 至 120 个/m；同时，在生产中车速不宜过快，主要是控制合适的张力，使长丝顺利连续并网。一般情况下，网络喷嘴的气压越大，网络点越容易形成，网络结构越好，考虑其布面风格和导电长丝裸露情况，网络点不宜过密。
3. 6 整、浆工艺
为区分导电复合纱与其他经纱，特将导电复合纱染成蓝色，整经工序中本色经纱较多，导电复合纱根数较少，排花较为简单；为提高产量与效率，选用 GA124 型分批整经机。整经速度的选择既要兼顾产量，又要追求质量。经纱是以涤纶长丝为芯、短纤纱为外包纱的结构，这提供了经纱一定的强力，因此整经速度设置为 600 m/min。
经纱强力较高，但外包纱存在一定的毛羽，因此浆纱工序重在被覆，选择上薄浆以贴伏混纺纱表面毛羽。混纺纱中的汉麻纤维与棉纤维都具有羟基官能团，利用这一共性，选取对羟基有较高亲和性的浆料。选用部分醇解 PVA 浆料为主浆料，其黏附性好，浆膜坚韧，同时加入适量的丙烯酸类浆料，提高浆液分纱性能，使浆膜完整、光滑。浆料配方：25 kg PVA⁃0588，3 kg 丙烯，3 kg 蜡片。
对于本设计而言，经纱强力足够，织造中的问题主要集中在表面毛羽较多，对织造开口形成不利，因此采用 4. 5% 的上浆率，以侧重于对纱线毛羽被覆。浆纱主要工艺参数：选用 GA308 型浆纱机，车速 80 m/min，第一压浆辊压力 10 kN，第二压浆辊压力为 12 kN（靠烘房）和 30 kN，退绕张力 为 0. 5 kN，预 烘 锡 林 温 度 130 ℃ ，浆 液 温 度92 ℃，浆纱回潮率（2. 5±0. 5）%。
3. 7 织造工艺
采用 JAT810⁃190 型喷气织机。为提高生产效率，车速设定 750 r/min；由于经纱强力足够，上机 张 力 设 定 为 2 800 N，以 开 清 梭 口 ，保 持 布 面匀整。
后梁高低决定了打纬时上下层经纱张力的差异，主要是上层经纱影响梭口的清晰度，采用上紧下松的不等张力梭口，后梁高度偏低选择，可以提高上层经纱张力，避免上层经纱对引入纬纱的阻拦，减少纬停次数，利于提高生产效率。
此外，由于织机速度较快，为保证能够顺利引纬，开口时间可略迟设置，定为 300°；一方面为保证平纹织物的布面效果丰满平整，改善因涤棉织物静电开口不清的现象，另一方面减少经纱磨损起毛，减少断头次数。选用 4 页综框，动程分别是 42 mm、49 mm、55 mm、61 mm，设定主喷气压2. 2 MPa，辅 喷 气 压 3. 6 MPa，主 喷 时 间 70° ~140°，延长各组辅喷的喷射时间，每组辅喷喷射时间延迟 20°以上，以加强对纬纱的握持。
4 织物性能测试
4. 1 吸湿速干性能
根据 GB/T 21655. 1—2008《纺织品 吸湿速干性的评定》，测试织物的吸湿速干性能。其中 标 准 值 为 ：吸 水 率 ≥100% ，滴 水 扩 散 时 间≤5 s，芯吸高度≥90 mm，蒸发速率≥0. 18 g/h。
测试结果：该织物洗前吸水率 140%，洗后吸水率 136%；洗前滴水扩散时间 2. 90 s，洗后滴水扩散时间 3. 03 s；经向芯吸高度和纬向芯吸高度分别 为 112 mm 和 115 mm；洗 前 水 分 蒸 发 率0. 42 g/h，洗后水分蒸发率 0. 30 g/h。可以看出，4 项指标均达到了标准要求，表明织物能在较短时间内吸收大量水分并快速蒸发，具有较好的吸湿速干性能。
4. 2 防静电性能
GB 12014—2009《防静电工作服》规定，用织物带电电荷量评定面料的防静电性能；取 5 块样布进行测试，取其平均值。经测试，该面料平均带电电荷量为 0. 002 μC，等级为 A 级，防静电性能优异。
4. 3 抗菌性能
根据 GB/T 20944. 3—2008《纺织品 抗菌性能的评价 第 3 部分：振荡法》规定，对大肠杆菌的抑菌率进行检测。测试结果：该织物对大肠杆菌的抑菌率达到（79. 37±1. 53）%。标准规定对大肠杆菌的抑菌率≥70% 以上即可认为样品具有抗菌效果。因此，可认定本织物有良好的抗菌性能。
5 结束语
针对当前工装面料功能化、多元化、高档化、舒适化的发展趋势，单一纤维制成面料已经不能够满足工装面料的新需求。我们将棉汉麻涤纶三组分混纺基纱与十字形截面涤纶长丝进行包缠，并采用嵌织导电复合纱的方法，制备了多组分多功能工装面料。短纤纱和长丝有机包缠，在赋予织物多种功能性的同时，改善了织物的吸湿快干性能、穿着舒适性及美观性。在纺纱、包缠、并网及织造中采取了一些针对性的技术措施，保证了产品的顺利生产。测试的最终成品各项指标表明：开发的织物吸湿速干性能、防静电性、抗菌性均达到了相应的国家标准要求。因此，认为开发的织物是一款集吸湿速干、防静电、抗菌多种功能于一体的新型工装面料，可以满足当今市场对多功能性工装面料的需求，具有良好的市场前景和较高的实际应用价值。
资料来源：棉纺织技术