纳米铜离子抗菌纱线纺纱工艺探析

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　　摘要：探讨纳米铜离子涤纶纤维与粘胶纤维混纺纱线的纺纱工艺。分析了纳米铜离子涤纶纤维的抗菌机理及抗菌纱线所织面料相比于抗菌后整理面料的抗菌性能优势。针对铜离子涤纶纤维与粘胶纤维的性能特点，设计纱线的纺纱工艺流程，合理配置各工序工艺参数，纺制了18.5 tex粘胶纤维/纳米铜离子涤纶纤维（60/40）混纺的抗菌纱线，并对其织物进行了抗菌性能的测试分析，结果表明：开发的混纺纱有较优异的抗菌性能。
　　关键词：纳米铜离子;抗菌机理;纺纱工艺;成纱质量;抗菌性能
　　中图分类号：TS104.5文献标志码：B文章编号：1009-265X（2020）01-0027-04Study on Spinning Process of Nano Copper Ion Antibacterial Yarn
　　JIANG Jianqing， ZHANG Shuilong， YANG Xinyong， GUO Quanlong
　　Abstract：The spinning process of nano copper ion polyester fiber and viscose fiber blended yarn was discussed. The antibacterial mechanism of nano copper ion polyester fiber and the antibacterial performance advantage of antibacterial yarn woven fabric compared with antibacterial finishing fabric were analyzed. According to the performance characteristics of copper ion polyester fiber and viscose fiber， the spinning process of yarn was designed， the process parameters of each process were reasonably arranged， and the antibacterial yarn of viscose fiber and nano copper ion polyester fiber 60/40 18.5 tex blended was spun. The test and analysis of the antibacterial properties of the fabric showed that the developed blended yarn had superior antibacterial properties.
　　Key words：nano copper ion; antibacterial mechanism; spinning process; yarn quality; antibacterial property
　　纺织服装很容易成为致病细菌的栖息地，不但产生令人不快的臭味，还容易传播疾病，影响人们的身体健康。随着人们的卫生和健康意识日益增强，开发抗菌防臭的纺织产品显得尤为重要[1]。
　　银、铜、锌、铝等金屬材料具有广谱抗菌效果。针对金属材料的抗菌特性，过去一般将金属氧化物制成无机盐类抗菌助剂对纺织品进行抗菌整理，使纺织服装具有抗菌性能。但经过后整理的服装，其耐水洗性能不佳，抗菌性能会随着使用和洗涤次数的增加而慢慢减退。而将抗菌助剂加入纤维纺丝液中，使得纤维获得永久的抗菌性能，可确保所纺纱线及织物抗菌性能的持久[24]。
　　纳米铜离子改性涤纶是将抗菌铜材料经加工处理，使其粒径达到纳米级后，加入到涤纶纺丝液中，经纺丝加工而制成的一种功能性抗菌纤维。纳米铜离子被牢固地镶嵌在聚酯纤维分子结构中，为非溶出型抗菌纤维，因此具有持久的抗菌除臭等功效[5]。本文以18.5 tex粘胶纤维/铜离子涤纶纤维（60/40）混纺纱为例对开发纳米铜离子抗菌纱线的纺纱工艺技术进行探析。
　　1原料性能
　　铜离子涤纶纤维强度高，可以弥补粘胶纤维强度较低的缺陷，而粘胶纤维吸湿性较好的性能又可弥补聚酯纤维吸湿性较低的弊端。故两种纤维混纺，性能上可以发挥各自优势，取长补短，从而使纺出的纱既有较高的强力，织成织物后又具有吸湿透气的性能，同时具有优异的抗菌性能。两种原料的实测数据如表1。
　　2纺纱工艺流程
　　混纺纱线目前常用两种混和方法，即全混法与条混法，全混法即在开清棉工序中将两种原料直接拆包开松混合后制成混合卷，适用于混用原料性能差异较小的品种，其优点是工艺流程较短，混和效果较好，但缺点是混纺比控制较难。条混法适用于使用原料性能差异较大的品种，采取开清棉工序不同工艺处理分别制成棉卷与梳棉条，在并条工序进行条子混合，其优点是混纺比控制正确，但工艺流程比全混法复杂。由于开发纳米铜离子抗菌纱线，所混用的铜离子涤纶和粘胶两种纤维具有长度长、整齐度好、杂质少的共有特性，故采用全混法短流程开清棉工艺。为提高混和的均匀性、稳定混纺比，增加一道预混工艺。
　　纺纱工艺流程如下：
　　粘胶纤维/铜离子涤纶纤维（60/40）：预混（A002C抓棉机→打包）→A002C抓棉机→A006C自动混棉机→A036C开棉机→A092A棉箱给棉机→A076C成卷机→FA201B梳棉机→FA311并条机（二道）→HSR1000并条机→FA458A粗纱机→FA528细纱机→AC338络筒机[6]。
　　3纺纱各工序工艺研究
　　铜离子涤纶纤维的质量比电阻与普通涤纶纤维相近[5]，且其回潮率比普通涤纶纤维略高，判断其纺纱不会产生严重的静电效应影响可纺性。经过前期试纺，铜离子涤纶纤维和粘胶纤维混纺的过程中，各工序没有出现静电引起的严重的绕锡林、绕皮辊、绕罗拉、堵塞喇叭口等现象，故正常生产时不对原料进行抗静电预处理。 　　3.1清花工序
　　铜离子涤纶纤维虽然比粘胶纤维的强力高，但却比普通涤纶纤维的强力要低40%左右，为防止进一步损伤纤维，从而影响纱线强力，清花工序要尽量减少对两种纤维的打击。采用全混法短流程开清棉工艺，遵循“少抓、勤抓、适度打击、减少落白”的工艺原则，减小抓棉机抓棉打手伸出肋条的距离和打手每次下降的动程，以减小棉束重量，达到少抓勤抓的目的，增加纤维的开松度;适当降低各机台的打手速度，以减少打击对纤维造成的损伤，合理设置成卷机自调匀整参数，以提高棉卷均匀度[6]。
　　清花工序主要工艺参数：A002C抓棉打手速度740 r/min，A036C开棉机打手速度480 r/min，A076C成卷机打手速度922 r/min，棉卷重量380 g/m。
　　3.2梳棉工序
　　梳棉是纺纱的关键工序，既要对纤维充分梳理又要排除棉结，同时也要尽量减少对纤维的损伤。根据两种纤维的特性设计采取“轻打击、重梳理、大速比、紧隔距、快转移”的工艺设计。降低刺辊速度，使锡林与刺辊速比在2∶1以上，既可减少刺辊对纤维的打击又可实现快速转移使纤维少受损伤，将锡林与盖板间的分梳隔距减小可有效提高纤维的梳理度，改善棉网清晰度;此外合理选用针布规格型号也可使纤维梳理度提高，排除棉结能力增强。
　　梳棉工序主要工艺参数：生条定量21.8 g/5 m，锡林速度360 r/min，刺辊速度760 r/min，道夫速度19.5 r/min，盖板速度98 mm/min，棉网张力牵伸1.322倍，锡林与盖板隔距为0.23、0.20、0.18、0.18、0.20 mm。锡林针布型号为AC2530，盖板针布型号为MCB48，道夫针布型号为AD4030。
　　3.3并粗工序
　　并条与粗纱是纺纱过程中承上启下的两个工序，经过并条工序后棉条没有再并合机会，纺出的粗纱质量将直接影响成纱质量，故优化设置并粗工序的工艺十分重要。
　　并条工序设计采用“多并合、大隔距、合理牵伸分配”的工艺原则。为稳定成纱混纺比含量，提高两种纤维间的混和均匀性，降低长片段条干不匀，采用三道混并工艺;末并使用带自调匀整的特吕茨勒HSR1 000高速并条机，以进一步改善须条的长片段条干均匀度。三道并条的后区牵伸倍数逐步减小，有利于提高纤维的伸直平行度。由于纤维长度长、整齐度好，罗拉隔距要适当放大，有利于纤维的顺利牵伸，以提高短片段条干均匀性。并条工序设计参数如表2。
　　粗纱工序设计采用“大隔距、慢速度和较大的粗纱捻系数”的工艺原则。由于粘胶纤维卷曲度低，纤维光滑，要合理设置纺纱张力，确保不同卷绕阶段的大小纱以及前后排不同位置的纱的张力基本一致，减少因张力不良引起的粗细纱。在保证细纱不出硬头的前提下，粗纱尽量采用较大捻系数，以避免细纱工序退绕时产生细节，甚至因意外牵伸导致粗纱被拉断。设置适当的钳口隔距块来控制牵伸过程中的浮游纤维，改善条干。
　　粗纱主要工艺参数见表3。
　　3.4细纱工序
　　细纱工序是纺好纱的关键工序，围绕提高成纱强力，改善条干均匀度与减少毛羽的要求，在工艺设计上采取“重加压、紧隔距、小后区牵伸和小钳口隔距”的强控制工艺。
　　降低后区牵伸倍数和缩小钳口隔距等工艺，都是为了对纤维有效控制，确保纤维在牵伸过程中位移稳定，改善成纱条干均匀度，防止细节弱环纱产生。选用邵氏75度前皮辊，既满足纺化纤纱的皮辊要求又可增强对纤维的握持力，确保牵伸正常，杜绝硬头产生。此外，为了降低纺纱断头率，提高生产效率，适当降低纺纱锭速、加大捻系数，与合理选配钢领钢丝圈相结合，使细纱运转正常。
　　在日常运转中，还要加强卷绕成形部件的保养，合理设置细纱分段锭速和钢丝圈的使用周期，减少成纱毛羽，提高纱条光洁度。
　　细纱工序工艺参数见表4。
　　3.5络筒工序
　　络筒工序是纺纱最后一道质量把关工序，其任务是将细纱通过络纱卷绕成层次清晰成形良好的筒纱，并清除纱线上的有害纱疵。
　　随着纺纱技术的发展，自动络筒机的普遍推广应用，目前络筒机上设置了多项质量控制功能，如空气捻接器可以监控接头质量，电子清纱器设置合理的清纱参数（见表5），既有效清除有害纱疵，又避免不必要的清纱切割而影响生产效率。因经过络筒加工的纱线毛羽是增加的，为了降低络筒工序的毛羽增加率，設计采用较低的络纱线速度（950 m/min）和适当的络纱张力（15 cN），使通过络筒机加工后毛羽增加率得到有效控制，并使筒子成形良好无重叠现象，减少后道加工时纱线退绕断头。
　　4纳米铜离子抗菌纱线的质量和抗菌
　　性能的测试分析4.1质量检测
　　按照上述纺纱工艺开发的粘胶/铜离子涤纶纱线（60/40），参照FZ/T 12004—2015《涤纶与粘胶纤维混纺本色纱线》的行业标准涤纶含量在50%及以下的纱线质量指标要求，送国家纺织服装产品质量监督检验中心（浙江）进行检测，测试结果见表6。
　　纱线质量达到FZ/T 12004—2015《涤纶与粘胶纤维混纺本色纱线》的行业标准一等品的指标要求。
　　4.2抗菌性能测试分析
　　根据GB 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分 振荡法》标准第12.5抗菌效果评价：对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌率≥70%，或对白色念珠菌的抑菌率≥60%，样品具有抗菌效果[8]。将纱线织成梭织平纹面料送国家纺织服装质量检测中心（浙江）进行抗菌性能的检测，大肠杆菌的抑菌率为99.97%，金黄色葡萄球菌抑菌率为99.25%，白色念珠菌的抑菌率为27.11%，故面料具有优异的抗菌效果。5结语
　　纳米铜离子涤纶纤维是一种通过改性的新型功能性纤维，具有永久的抗菌性能。开发了18.5 tex粘胶纤维/纳米铜离子涤纶纤维（60/40）抗菌纱线，根据两种纤维的性能特点，选择全混法混和;清花工序采用多开松、少打击的短流程工艺，梳棉采用重梳理、轻打击工艺，均是为了在确保纤维开松和梳理的情况下，减少对纤维的打击损伤;并条采用三道混并工艺，有利于提高两种纤维的混和均匀性;粗纱采用较大捻系数，可避免细纱工序退绕时产生细节;细纱采用重加压、紧隔距的强控制工艺，确保牵伸正常，提高成纱条干均匀度;络筒工序除了清除有害纱疵、确保成形良好外，还要降低络纱速度，以控制毛羽增加率。采用以上工艺所纺纱线质量达到较高水平，其面料具有优异的抗菌性能。
　　参考文献：
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　　[2] 殷银锁，杨春光，王东辉.含铜抗菌不锈钢的抗菌机制及其应用[J].中国医学工程，2013（10）：187-188.
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　　[4] 刘伟时.抗菌纺织品的发展及抗菌纺织品的应用[J].化纤与纺织技术，2011（9）：22-27.
　　[5] 陆燕，马顺彬.铜离子改性涤纶物理性能及其可纺性研究[J].棉纺织技术，2017（2）：16-18.
　　[6] 陈位芬，董晓卫.粘胶莱赛尔改性涤纶混纺纱的生产实践[J].棉纺织技术，2014（3）：50-53.
　　[7] 涤纶与粘胶纤维混纺本色纱线：FZ/T 12004—2015[S].北京：中国标准出版社，2015.
　　[8] 纺织品抗菌性能的评价 第3部分：振荡法：GB 20944.3—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.
　　收稿日期：2019-04-23网络出版日期：2019-11-19
　　作者简介：蒋建清（1965-），男，浙江富阳人，高级工程师，主要从事纺织新产品开发方面的研究。
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