再生纤维素纤维纺纱设备与工艺

再生纤维素纤维纺纱设备与工艺 再生纤维素纤维纺纱设备与工艺,应用技术, 李妙福 约7576字 文章介绍了加工再生纤维素纤维的清梳流程的 3 种模式,即纺棉型、短流程型和清梳联 型;分析了再生纤维素纤维的纺纱基本工艺原则及:短流程,多松少打,柔性梳理,大速比、 快转移,低速度、重加压,顺序牵伸,粗细纱的捻系数稍大掌握,细纱小钳口等,并针对不同纤维 性能进行养生保湿和采取相应防粘、缠、堵措施;并指出了需要探讨的问题,包括设备问题和 器材问题。 This article introduced three models of blowing and carding processes for regenerated cellulosic fiber, which were cotton-spinning model, short-process model and blowing-carding model, and analyzed the basic principles of spinning process that were described as compact process, flexible carding, high speed ratio, low speed, slightly larger twist factor of both roving and spinning, small nip of spinning, keep moisture and adopt relative countermeasures to avoid blocking and tangling in accordance with the fibers’ performance, etc. Furthermore, the author pointed out the questions to be studied, including spinning equipment and components. 再生纤维素纤维的共同特点为:纤维长度长而整齐,无棉结杂质,尤其植物性再生纤维素 纤维的性能与棉花比较接近,因此可以对现有棉纺设备适当改造来进行加工生产。 1再生纤维素纤维用纺纱设备 目前我国纺纱企业加工再生纤维素纤维的纺纱设备,基本上都是各企业现在使用的“1”、 “A“、“FA”系列棉纺设备,加以适当改造和组合而成,主要原因有:(1)各厂现在生产再生纤 维素纤维大部分处于开发与试验阶段,因此都在原设备上进行试生产;(2)再生纤维素纤维产 品批量小,各工序基本都处于速度不宜过高的情况;(3)再生纤维素纤维尤其功能性产品,纯纺 少,多组分混纺多,不宜大批量生产;(4)更主要的是目前还没有一套按再生纤维素纤维的特点 而制造的专用系列设备。 从各厂配置情况看,可以分清棉、梳棉设备和并粗细设备两大部分。清梳设备由于国内设 备类型多,因此在流程配置上也多样化。如果纯纺基本和纯棉普梳相类似,而混纺产品大都采 用条并,因此除并条为 3 道外,粗纺、精纺无大变化。现重点分析清梳流程配置及措施。 再生纤维素纤维和化纤相似,长度整齐无结杂,但有超长纤维和索丝,加工成均匀棉筵、棉 卷和生条。据文献介绍,现在我国加工再生纤维素纤维的清梳流程基本有 3 种模式。 1.1纺棉型 “A”字头设备为主,2 道开松,其中A036打手改为梳针打手,FA106配梳针打手型,振动 棉箱加成卷,梳棉以1181C为主,A186D、FA201B、FA231A使用较少。 1.2短流程型 此流程也以“A”字头设备为主,加多仓混棉机,采用 1 道开松,多用梳针打手(其中A036 改为梳针打手),梳棉以A186为主。 1.3清梳联型 基本流程为:BDT019抓棉机 ? LVSAB凝棉器 ?MM6多仓 ? LVSAB凝棉器 ? FBK棉箱 ? DK740梳棉机。 此流程系德国Truetzschler(特吕茨勒)纺化纤流程。此模式流程短,为一抓一混、棉箱 + 梳棉机,由于纤维无结杂,故无开清设备,仅在抓棉机上轻开。 从以上 3 种模式看,采用第一种纺棉型模式的企业最多,约占 73%,利用现有设备进行生 产或试制,也可达到生产要求,但流程长、开松过多、粘缠多,从理论上讲和纤维素纤维结杂少 的特点不符;第二种短流程模式,也属于纺化纤流程,占 25%,比第一种模式有改进,即减少 1 道开松,并增加多仓提高混合效果,但对某些纤维的粘卷现象仍不能克服;第三种清梳联型模 式为一抓一混,无开清设备,仅在抓棉机上轻开,适合再生纤维素纤维的特点,轻打、少打、少翻滚,因而生条短绒率低,棉结少。本流程还有一个最大优点即取消成卷,因而无粘卷现象,有条件的企业应尽量采用第 3 种模式。 2再生纤维素纤维纺纱工艺与措施 2.1再生纤维素纤维纺纱基本工艺原则 由于各厂的设备、原料、混比以及环境条件不同,因此各厂可参照并结合本厂的情况进行试验后确定。 2.1.1清棉 为短流程,采取勤抓少抓、多松少打、薄喂少落、索丝早落、低速大隔距,混合匀、防粘连的原则。 在现有开清梳设备基础上宜采用以下措施: ・ A035型混开棉机,最好过 1 组打手,跳过 1 组打手; ・ 圆盘抓棉机要根据棉包硬、软情况,调整打手速度、伸出筋条距离和圆盘速度,在保证供应条件下,圆盘抓棉机运转率在 90% 以上; ・ 如用A036开棉机的打手宜改为梳针打手,其他打手有条件的也可考虑; ・ 所谓大隔距指打手 — 尘棒隔距要大,而尘棒 — 尘棒隔距宜小,做到少打少落; ・ A076打手速度不宜过快,一般在 800 r/min左右,有的厂把打手的刀片卸掉,改为纯梳针打手; ・ 再生纤维素纤维大多数静电大,为此要采取相应的防堵、防缠、防粘卷等措施,使纤维顺利转移。 2.1.2梳棉 由于再生纤维素纤维的原料不同,其性能差异较大,因而梳棉工艺也有较大不同,可分为两类。 (1)植物性再生纤维素纤维 一般宜采用轻定量、低速度、大隔距、大速比、快转移、小加压的工艺原则。 ・ 与棉纤维相比,棉浆、木浆型植物性再生纤维素纤维的生条定量要轻一些,锡林速度低一些,各处隔距大一些,使棉结、短绒少一些: ・ 适当放大锡刺比,在此基础上适当减小锡林、刺辊速度,据资料介绍最高达 2.5 , 3.0,保证纤维顺利转移,降低棉结、短绒; ・ 目前各厂加工再生纤维素纤维大都采用化纤型针布和刺条,少量用棉化两用型; ・ 温湿度宜偏大控制,尤其要控制纤维回潮率,不宜过低,必要时需进行养生处理; ・ 由于纤维卷曲少、抱合力差,可能出现破网、落网,可适当减小道夫剥棉罗拉隔距,减小棉网张力,必要时可采用双皮圈剥棉和托板。 (2)蛋白质和甲壳素改性类再生纤维素纤维 该类纤维静电较严重、抱合力差,因此在投料前对纤维进行必要的防静电处理,一般宜采用定量适度、慢速度、紧隔距、大速比、快转移、小张力的工艺原则。 ・ 由于纤维静电严重,抱合力差,易缠锡林、道夫、皮圈,故速度宜适当偏低掌握和采用大锡刺比; ・ 采用小梳理隔距,甲壳素纤维由于纤维粗硬,不易被针握持,为减小索丝,所以纯纺甲壳素纤维一般隔距偏小(相当纺棉隔距)、定量偏重掌握;大豆蛋白复合纤维,虽手感柔软,但面光滑,摩擦系数小,抱合力差,成条蓬松、集束性差,故除小隔距外,还可在针布选用 上进行研究,有利于解决飘浮、棉网下坠、成条困难等现象; ・ 一般宜采用皮圈剥棉或加托板的方式,有利成条; ・ 加大给棉板工作长度; ・ 温湿度宜偏大掌握,相对湿度一般比纺棉大 10%。 2.1.3并条 宜采用重加压、中定量、大隔距的工艺原则。 由于再生纤维素纤维产品一般以混纺为主,甲壳素纤维纯纺很困难,因此大多数采用 3道并条混合,以提高纤维混合均匀性。 并条工序和纺棉基本相同,以提高纤维伸直度和改善成纱条干为目的。 ・ 采用顺序牵伸原则,有利提高伸直度,清除弯钩,后区牵伸头并偏大,二、三道依次减小; ・ 由于纤维抱合力差,故定量偏大掌握,速度适当降低,并保持通道光洁以减小圈条阻力,杜绝涌条; ・ 一般宜采用“大隔距、低速度、小张力”的原则,但甲壳素纤维纯纺时,宜用小隔距、大捻度、低张力、低速度的工艺原则; ・ 合理控制车间温湿度,解决罗拉、胶辊、罗拉下吸花现象,有些企业的并条胶辊改用生漆涂料胶辊。 2.1.4粗纱 宜采用轻定量、重加压、慢车速、适当偏大捻度的工艺原则。 ・ 捻系数要根据纤维类别掌握,大小适中。一般再生纤维素纤维纤维长、比电阻大,抱含力差,故在不出硬头的情况下,粗纱捻系数可偏大掌握,尤其是纤维粗硬、静电大、抱合力差的竹浆纤维、甲壳素等纤维的捻系数要偏大掌握,但要适中,过大牵伸不开,过小发毛断头; ・ 要控制粗纱张力,防止意外牵伸; ・ 轻定量、重加压,较小后区牵伸倍数,后隔距偏大掌握; ・ 控制车间温湿度,一般比纺棉时要大,提高 5% 左右。 2.1.5细纱 宜采用低速度、小后区牵伸、大后区隔距、小钳口、中加压、大捻系数的工艺原则。 ・ 由于纤维蓬松、易生毛羽,所以在上述工艺原则下,还要注意后区牵伸倍数及粗纱捻度要合理搭配,使纱条留有一定捻回进入主牵伸区,防止纤维过分扩散; ・ 适当增大加压,减小牵伸力,加大后罗拉隔距,使纤维运动平稳,提高条干水平; ・ 细纱捻系数可适当偏大,增加成纱抱合力,减少毛羽; ・ 车间温湿度宜偏大掌握,一般相对湿度为 65%,静电大的纤维可加大到 70% , 75%。 2.2再生纤维素纤维的工艺措施 2.2.1纤维的预处理 为了后道工序纺纱顺利,根据再生纤维素纤维的特性,一般需要进行纤维预处理,也叫养生处理。静电严重的纤维需要防静电处理,粗硬的纤维需柔软处理,过于光滑、抱合力差的纤维进行防滑处理,回潮率过低的纤维需保湿处理等,但吸湿性能好的纤维如甲壳素纤维以及出厂已进行处理的木代尔纤维等则不需处理。 (1)保湿处理 一般再生纤维素纤维光滑、柔软,但棉包紧、回潮率低,所以需提前进储棉间拆包后存放 24 h,使其自然吸湿。江苏大生纺织厂在加工天丝®时,将纤维在相对湿度 80% 的环境下,散包加湿平衡 24 h,使纤维内部充分吸湿;山东德州华源在加工天丝®时结合抗静电处理 进行加湿,以保持一定回潮率。两种比较来看,前者较方便,后者散包后,严格地讲,需要再打包后进入圆盘。 (2)抗静电处理 一般比电阻大的纤维静电严重,必需进行抗静电处理,如大豆蛋白复合纤维、牛奶蛋白复合纤维等。山东基德生态科技公司在加工大豆蛋白复合纤维时,用待处理原料干重的 0.7% 抗静电剂与 10 倍水混合均匀,喷洒在松散的原料上搅拌均匀,在储棉间焖 24 h,再经 4 , 5 h露天去湿,手感好后再投入生产;山东德州华源在加工牛奶蛋白复合纤维时,加入适当抗静剂和油剂,确保牛奶蛋白复合纤维的回潮率在 13% , 15% 范围内;也有企业在加工大豆蛋白复合纤维时,由于纤维表面光滑、抱合力差,故在防静电处理时添加防滑剂。 2.2.2解决粘、缠、堵的措施 (1)解决棉卷粘层的措施 清花采用“多松、轻打”的工艺措施,注意花卷破洞及粘卷程度,采取以下措施。 ・ 适当加大棉卷压力,减轻棉层间粘连; ・ 棉卷中喂入粗纱,把棉层隔开防止棉卷粘连; ・ 棉卷存量适中,先做先用,确保预处理效果良好,提高梳棉可纺性。 (2)解决梳棉成条困难的措施 ・ 锡林和盖板隔距适中; ・ 生条定量偏重控制; ・ 上下轧辊间隔距偏大控制(0.25 mm); ・ 在纺制大豆蛋白复合纤维时,有的企业在A186梳棉机上用包覆弹性针布的木制罗拉代替剥棉罗拉,增加棉层的剥取能力,确保棉网顺利转移; ・ 在梳棉机前加装导条器,确保顺利成条,有的企业采取皮圈导棉或加托板; ・ 提高通道光滑度,减少堵塞断条。 (3)解决并条缠罗拉现象的措施 ・ 并条皮辊优选涂料处理方法,山东基德用WSN涂料好于酸处理,有的企业用生漆涂料胶辊; ・ 车速偏慢控制,喇叭口偏紧控制,提高条子抱合力; ・ 满筒长度减小,有的企业由 2.0 km改为 1.6 km,减轻条子上圈条表面的摩擦。 (4)合理控制车间温湿度 各工序相对湿度相对偏大控制对生产有利,特别是梳棉工序,静电严重的需局部加湿才能确保生活稳定。 2.2.3混棉 再生纤维素纤维以混纺产品为多,可以与各种天然纤维和合成纤维混纺。一是由于某些再生纤维素纤维纯纺困难,如牛奶蛋白复合纤维、甲壳素纤维等;二是利用某些再生纤维素纤维的特性以改善纱线及棉布的功能及外观、手感等性能,如与竹浆纤维混纺可以抗菌,与天丝®混纺可获得仿丝绸的感觉等;三是有些再生纤维素纤维纯纺价格较昂贵。 再生纤维素纤维仍采用传统的混纺方法,目前以并条并合为主、纤维混合为辅,少量采用手工混合,一般批量很小或试纺时采用。纤维混合操作简便,并且混合均匀,但混比不太准确;条并工序较多,一般 3 道,但混比可靠。 (1)纤维混合 一般在抓棉机上混合,也有少量手工混合,但在清、梳工艺上对混合纤维的要求要接近,如都不需清除杂质、棉结等,混合原料种类要少,混比要成一定比例,如两种原料各 50% 或 33%?67% 等,在排包时方便。 (2)并条并合 将各种成分的原料分别制成生条,然后在并条机上并合,一般需 3 道。 (3)二次混合 混合原料中有 1 种纤维比重较小不足 10% 时,则需 2次混合。第 1 次以小比例纤维先和工艺接近的大比例纤维中的一部分混合,然后再进行第 2 次混合。如批量较小,则可先人工混合后进行人工喂棉或打包后再入圆盘。青岛大学棉/竹/涤、60?30?10 三组分混纺纱,先把竹浆纤维/涤纶混合成条,再与精梳条在并条时 3 道并合。 多组分混纺纱先把两种性能接近的纤维混合后,再与第 3 种纤维并合。河北天纶纺织厂的棕色棉/天丝®/罗布麻混纺纱混比为 45?35?25,先将 25% 罗布麻和 45% 彩棉在圆盘混合成条,再与天丝®棉条在并条机上并合;德州华源的天丝®/大豆蛋白复合纤维/长绒棉混纺纱混比为 50?30?20,先将天丝®和大豆蛋白复合纤维人工小量混合,再上圆盘成条,然后与精梳长绒棉 3 道并条并合。 原料中某种纤维纯纺较困难时也可采用 2 次混合方法。山东华龙纺织公司生产的精长绒棉和甲壳素纤维混纺的 90?10 的 9.7 tex纱,第 1 次以甲壳素纤维/长绒棉比例为 70?30 混纺成卷、成条,然后与精长绒棉在并条时进行 2 次混合。 (4)控制混纺比 混纺的关键是控制混纺比。在清、梳各落棉点落下的绝大部分为一些纤维粗、比重大、抱合力差的纤维,因此混纺比在清、梳要偏高掌握。山东华龙在纺制甲壳素纤维时,甲索素纤维的混比在清花应高出 1.18 倍;某企业在生产 60?40 圣麻纤维/天丝®产品时按 63?37 比混合。因此各厂根据本厂工艺进行试验后确定初始混合,以保证最终的混合比。 3需要探讨的问题 由于再生纤维素纤维既不同于棉又不同于化纤,因此在纺织过程中只能借用纺棉的设备、器材和化纤的工艺流程,虽然也能纺好纱,但有一些难点,如粘、缠、堵现象,小批量、多组分品种的混棉等,因此需要探讨以下问题。 3.1设备问题 再生纤维素纤维用纺棉开清棉成卷工艺,最常见的难点为粘卷,而解决粘卷的最佳为清梳联 — 即甩掉棉卷,但目前清梳联产量较高,因此对小批量生产不太适合,为此建议纺机企业能否开发一种适合批量较小的迷你型再生纤维素纤维用清梳联,并改进一些机构把价格适当降低(注:纺羊绒的开梳联合机有小批量机型)。 再生纤维素纤维产品以混纺为多数,为确保混比准确和能做到不同原料不同工艺处理,目前多数企业采用并条并合不能少于 3 道,所以管理复杂,熟条过熟,同时有些老厂增加并条也有困难,为此建议纺机厂开发能做到不同原料不同工艺处理,并采用称重喂入、能保证混比准确的开清棉设备及占地小、产量高的并条机。 3.2器材问题 主要为针布问题,现在纺再生纤维素纤维时梳棉用针布一般是借用化纤针布或棉、化纤两用针布。东华大学纺织面料重点实验室认为针对再生纤维素纤维的分梳特性,以柔性分梳为主,应选择矮的分梳元件及高密度、超薄的针布,清花采用“棱”形三维主体分梳针齿,棱面陶瓷化处理能保持针齿长期的光滑、锋利和刚性,刺辊、锡林、道夫等主要分棱元件也可陶瓷化处理。泰州职业技术学院在加工大豆蛋白复合纤维时提出“采用特种规格的分梳针布和配套的刺条工作角度,有利于解决纤维飘浮、棉网下坠、成条困难等现象”。所以研发适合再生纤维素纤维的针布很有必要。 上海第十七棉纺织总厂在纺制木代尔纤维纱选用梳理元件方面有较好的经验,在生产 0.9 D×38 mm细旦木代尔纤维纱时,首先从纺化纤角度选用针布,锡林用AC2515×1560细旦化纤针布,比常规SAC2810×1667针布齿高、基厚、齿深、工作角度减小,而齿尖密度增加,因此能提高锡林抓取握持纤维的能力,提高梳理度,又防止纤维沉入齿隙,加强了转移,防止细 旦纤维绕锡林;道夫采用常规化纤针布AD4030×1890,盖板用MCZH26,纺细旦用MCZH28,因此增加齿密度,增加了分梳效果;刺辊用常规AT5910×5611,工作角 80?,齿距 5.65 mm。 后又从纺棉角度考虑选择针布,锡林选用AC2525×1560,工作角比SAC2810×1667减小 15?,提高锡林抓取和握持能力,增加横向密度和齿尖密度 95 齿/(25.4 mm)2,以提高梳理度,改善纤维平直度、分离度,改善棉网清晰度;盖板选用MCH36,针齿密度增加了 80 , 100 齿/(25.4 mm)2,提高了梳理度,道夫、刺辊针布不变。为防止纤维缠锡林针布,工作角减小,速度由原来 300 r/min提高到 330 r/min以上,刺辊速度控制为 750 r/min;为减少盖板花,将前上罩板尽量上抬,上口与锡林的隔距由 1.09 mm减小到 0.78 mm,其他不变。通过试纺观察,棉网清晰度提高,并且棉结、条干水平没有下降。 实际生产结果显示,从纺棉角度选用针布,提高了锡林抓取和握持纤维的能力,加强了分梳能力,提高了梳理度,提高了纤维的伸直度、分离度,改善了棉网清晰度,细纱质量也好于化纤用针布纺的纱,但盖板花明显增多。 4结语 (1)棉纺织原料的发展趋势是多元化、功能化,棉纺企业要把纺织原料的概念放宽些,再生纤维素纤维是替代和补充棉纤维不足的最佳选择。 (2)加工再生纤维素纤维的清梳流程目前有纺棉型、短流程型和清梳联 3 种模式,有条件的以采取清梳联为首选,短流程为次。 (3)再生纤维素纤维的生产工艺主要在清梳,后道并粗细基本与纺棉相接近。总的贯彻:短流程,多松少打,柔性梳理,大速比、快转移,低速度、重加压,顺序牵伸,粗细纱的捻系数稍大掌握,细纱小钳口等,并针对不同纤维性能进行养生保湿和采取相应防粘、缠、堵措施。 (4)建议纺织机械、器材厂根据再生纤维素纤维的特性研发新设备、新器材。 作者简介:李妙福,男,1929年生,教授级高工。 作者单位:河北省纺织工程学会。