技术 | 差速纺腈纶导电复合纱

前 言

采用新型纺纱技术与方法开发功能性复合纱线与面料，提高产品附加值，是纺织产品开发热点。腈纶是合成纤维的主要品种之一，其质地蓬松、手感柔软、保暖性好、回弹性高，有“人造羊毛”之美誉，但腈纶吸湿性差，在生产和使用过程中静电现象非常严重。

不锈钢纤维是典型的导电纤维，具有导电、反射电磁波、传热、耐高温、耐腐蚀等特点，在常规纤维中加入少量不锈钢纤维纺出的纱线，可大大提高其合纤织物的抗静电性能。纺织品的金属化技术研究正愈来愈受到人们的关注。

本文介绍的是以一定预张力的不锈钢长丝为芯，腈纶短纤为外包缠纤维，在改造的普通环锭细纱机上利用阶梯前罗拉所产生的速度差，快速输出的腈纶短纤维包缠（包覆）在慢速输出的不锈钢芯丝外面而形成的芯鞘型腈纶导电纱。其目的是探究一种新型纺纱加工方法，为抗静电防护服用纱或其它功能性复合纱线的生产提供借鉴。

一、腈纶导电纱原料的选用

腈纶导电复合纱所选用的芯丝——不锈钢长丝由钢号316L型不锈钢采用集束拉拔法制成的直径为Ø20 µm的长丝，其截面为不规则的多变形。测得其断裂伸长率1.2%，最大拉伸强力700 N/mm2，相对电导率0.023，电导率1.12e6 s/m。

外包腈纶选用的是国产1.67 dtex×38 mm的棉型短纤，在标准实验条件下测得断裂强度2.95 cN/dtex，断裂伸长率23.4%。

二、差速纺腈纶导电纱复合成纱工艺

2.1 工艺路线和流程

差速纺腈纶导电纱复合成纱工艺路线和流程与常规短纤包芯纱纺纱工艺路线基本相同，采用实验室普通棉纺短纤纺纱系统和设备，即外包腈纶短纤维经过DSBL-01型清梳联合机、DSCa-11A型数字式小样梳棉机、DSDr-01型数字式小样并条机、FA498-12型粗纱机做成粗纱条，再喂入BSE518-60型环锭细纱机牵伸装置进行牵伸。不锈钢长丝通过细纱机上的附加装置和张力控制装置，经长丝导入装置，由阶梯前罗拉快慢速输出后，同牵伸过的快速外包腈纶短纤维粗纱须条汇合，经过导纱钩，在钢领、钢丝圈加捻卷绕下形成股线结构芯鞘型腈纶包缠不锈钢导电复合纱管纱。

纺制原理如图1所示。

2.2 差速纺纺制装置设计与制作

差速纺腈纶包缠不锈钢导电纱是在改造的环锭细纱机上纺制的，其生产技术关键是细纱机的前罗拉和皮辊组件的设计制作。单锭前罗拉和皮辊组件如图2所示，单节阶梯罗拉设计如图3所示。

单锭罗拉和皮辊分成直径ØA和ØB大小不同的两个部分，六锭罗拉皮辊组件组成一节阶梯罗拉。其中ØA设计为常规罗拉直径为Ø25mm，而ØB从Ø25.5mm起以0.5mm步幅递增，依次为Ø26mm、Ø26.5mm、Ø27mm、Ø27.5mm、Ø28mm，从而产生2%~12%不同的超喂率，依次来实现不同包覆（包芯）效果。

罗拉表面具有轴向平行的直槽或有一定倾斜角度的斜槽，表面镀铬处理以保证其表面光滑，使纺纱过程顺利。罗拉依靠其轴端的螺丝连接传动回转。腈纶粗纱条和不锈钢长丝被同一罗拉组件的两个不同部分所握持，粗纱条和不锈钢长丝以不同的速度从前罗拉两个钳口输出。

由于罗拉组件是由直径不同的两部分构成，因此与之相配的皮辊组件不同部分的直径大小分别与前罗拉组件相配，同一组皮辊每个部分可以各自绕轴回转，不受其它部分的限制，皮辊外层为经过表面处理过的丁腈橡胶，中层依次为轴套、轴承，中心为轴。必须保证每皮辊表面光滑且回转灵活以使纺纱顺利。实物照片如图4所示。

其次，还要对纱架进行改造，加装插放不锈钢长丝的筒子架，并在牵伸区域增设控制长丝喂入位置的导轮装置和控制张力的螺旋抱合器。纺纱时不锈钢长丝自筒子退绕经张力器后并由其控制张力，由一对精密制造的导轮传送至阶梯前罗拉小直径端，经慢速输出与短纤维须条汇合后共同进入加捻区复合加捻成纱。

2.3 各工序工艺配置及质量控制要点

2.3.1 DSBL-01型数字式清梳联

试验中采取了“充分混和、适中隔距、慢速度、减少打击、少伤纤维”的工艺原则，同时要提高纤维的转移率，防止纤维过多的搓揉与纠缠。

在梳棉工艺设计中，兼顾梳理与减少损伤纤维。锡林刺辊间采用较大的速比、并尽可能减小锡林与刺辊、锡林与道夫隔距，利于纤维的良好转移、充分梳理和减少纤维的返花、棉结的产生。

其各单机的主要工艺参数配置如下：

DSOp-01型开松机：开松辊转速280 r/min、给棉帘线速度2.42 m/min、剥棉罗拉转速186 r/min、开松速比369倍。

DSFa-01型输棉风机转速960 r/min。

DSMi-01型混棉机：斜钉帘线速22.5 m/min、剥棉辊转速89.6 r/min、小开松辊转速373 r/min，角钉帘-均棉罗拉隔距60 mm、角钉帘-压棉帘隔距70 mm。

DSFe-01自动喂棉机：振荡板振动频率274次/min。

DSCa-11A型梳棉机：梳棉总牵伸倍数60倍、锡林转速500 r/min、锡林刺辊速比2.0∶1、盖板速度200 mm/min。主要隔距配置见表1所示。

2.3.2 并条

并条工艺总牵伸倍数小于并合数、罗拉隔距和后区牵伸倍数偏大设计，以改善纤维的伸直平行度。采用2道并条，掌握“顺牵伸、轻定量、中隔距”的工艺原则，并且末并的后区牵伸倍数小于头并，利于成纱条干水平的提高、单纱强力不匀率的降低和棉结的产生。

并条主要工艺参数见表2所示。

2.3.3 粗纱工序

粗纱工序中采用较小后区牵伸倍数，使具有紧密结构的纱条进入主牵伸区，利于保证条干均匀度。主要工艺参数：定量4.8g/10m，牵伸分配1.05× 6.07 ×1.18，捻系数70，罗拉隔距（前×中×后）14 mm× 28 mm × 28.5 mm，前罗拉速度280 r/min，钳口隔距4.5mm。

2.3.4 细纱工序

细纱工序是本作品的关键工序，除对常规的细纱前罗拉设计制作并安装调试外，还要对纱架改造，加装插放不锈钢长丝的筒子架及在牵伸区域增设控制长丝喂入位置的导轮装置和控制张力的螺旋抱合器。不锈钢长丝自筒子退绕经张力器后并由其控制张力，由一对导轮传送至阶梯前罗拉小直径端，经慢速输出与短纤维须条汇合后共同进入加捻区复合加捻成纱。

纺纱时超喂率的大小，可通过调整外包层腈纶须条输出速度，即改变ØB的大小来控制，当前罗拉的超喂率为零时纺纱，即成为赛络菲尔纺；当超喂率大于零时，外包层须条输出较快，纺纱过程中其分布在纱线的外层，形成包缠包芯纱。实际纺纱过程中，反复试验确定当ØB = 26.5 mm时，即超喂率达到6%时，外包腈纶短纤维即可完全包覆不锈钢长丝。

由于该纺纱方法的成纱原理决定了其纱线外包层所加捻度较小，所以在选择细纱捻系数的时候，应比传统纺纱的捻系数偏大掌握。设计捻系数350，利于减少腈纶外包层纤维断头和成线抗剥离性的提高。

钢丝圈重量的大小同样也是影响包覆效果和纱线性能的重要因素之一。通过选择不同号数钢丝圈来调节阶梯前罗拉各钳口握持点到交汇点之间的距离。如果两点之间的距离过短不利于毛羽减少和包覆效果的提高。选取比正常纺纱重2-3号的钢丝圈。

其它主要工艺参数：细纱设计干定量1.779 g/100m，牵伸分配23.5×1.15，前中后罗拉中心距44 mm×55 mm，钳口隔距3.5 mm，前罗拉转速256 r/min。

纺制的腈纶/不锈钢长丝包缠（包芯）复合纱2只管纱实物照片如图5所示，其成纱质量指标：断裂强力689.20 cN、断裂伸长率9.65%、条干CV值12.1%、不锈钢长丝质量分数为4.08%。包覆效果和抗剥离性能良好，无明显露芯现象（如图6所示）。

三、腈纶导电纱的抗静电织物

3.1编织工艺设计

目前抗静织物的生产方法主要有导电纤维混纺法、导电长丝镶嵌织入织物法、抗静电织物的后整理法（包括助剂吸附固着、表面接枝聚合及低温等离子体处理法）等。

腈纶导电纱在织物中的间隔距离直接影响不锈钢长丝占织物的质量分数，因而影响织物的抗静电性能。将18.5tex纯腈纶纱和采用上述实验纺得的质量分数4.08%腈纶导电纱，按相同的进纱长度无间隔在176针、筒径3.75吋的袜机上编织成不锈钢质量分数分别为0、4.08%的0#、1#织物2种（如图6）。

3.2织物的抗静电性能测试

织物面料的抗静电性能可用织物的电荷面密度表示。GB/T12014-1989规定了作为一般的防静电面料，其电荷面密度值不大于7µC/m2即可。

测试方法：按照GB/T12703-1991纺织品静电测试方法（C法）进行，采用的是电荷面密度测试法。

测试仪器：采用LFY-403A织物摩擦带电电荷量。测试条件T=21℃、RH=45%。

实验测得0#、1#织物电荷面密度分别为12.56µC/m2、1.27µC/m2。可以看出腈纶导电纱使织物的电荷面密度大大低于纯腈纶织物的电荷面密度，充分显示了腈纶导电纱的抗静电作用。

四、结 语

腈纶导电纱具有优良的导电、抗静电性能，用它编织的针织面料除继续保持腈纶织物原有的特性外，还具有优良的抗静电性能，能够满足抗静电防护的要求，且耐洗涤性好。

差速纺包缠（包芯）纺纱方法生产效率较高、对原料的适应性也强，在细纱机上利用阶梯罗拉包缠复合成纱工艺可实现短纤对长丝、短纤对短纤的包缠（包芯），这种方法是其它纺纱方法如空心锭子包缠纺、赛罗菲尔纺等不足以实现的。因此基于环锭细纱机差速法纺制的腈纶导电纱及其产品的开发前景看好。

利用阶梯罗拉实现差速纺纱，具有技术新颖、工艺简单、成本低廉等特点，是一种切实可行的纺纱方法，具有广阔市场前景。

作者：张玉清 邢明杰 青岛大学 高广远 夏津仁和纺织科技有限公司

编辑：中国纱线网新媒体团队

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