矿物质负离子纤维纺纱梳理元件选配及生产工艺研究

矿物质负离子纤维纺纱梳理元件选配及生产工艺研究

吉宜军（南通双弘纺织有限公司）

0     前言

随着工业化科技的日益发展，空气的污染也越来越严重，人们渴望着舒适、健康的生活环境和幸福指数。负离子产品的开发可以为人类提供山野、海滩风情，满足人类的需要，负离子纤维以体内的负离子恢复平衡的作用为着眼点，是迈向21世纪所开发的全新型纤维，被誉为“空气的维他命”。

1     矿物质负离子纤维的制备

矿物质负离子纤维是材料科学和高新技术发展的结晶，是以多种天然矿物质（纯度99%以上）用化学和物理方法将其制成与高聚物材料具有良好相溶性的纳米级粉体，经表面处理后，与高聚物载体按一定比例混合，熔融挤出制得负离子母粒，将其进行干燥，按一定配比与高聚物切片混合，采用与普通聚酯纺丝相同的纺丝技术路线，即共混纺丝法进行纺丝的新型矿物质负离子纤维。

2     矿物质负离子纤维的作用和机理

矿物质负离子纤维具有恒久的空气负离子发生功能。

2.1   负离子产生的机理

空气中气体分子电离的机理，主要靠外界催离素对气体作用的结果，催离素有紫外线、放射线、光电效应等。负离子具有热电性和压电性，因此在有温度和压力变化的情况下（即使微小的变化）即能引起负离子晶体之间的电势差，这种静电高达100万电子伏特，从而使空气发生电离，被击中的电子附属于附近的水和氧分子，并使它转化为空气负离子，即负离子——催离素，因O₂+e→O₂^－。

2.2   矿物质负离子纤维的作用

2.2.1 卫生保健作用

空气负离子是对人体健康非常有益的一种物质，当人们通过呼吸将负离子空气送进肺泡时，能刺激神经系统产生良好效应，经血液循环把带电荷送到全身组织细胞中，能改善心肌功能，增强心肌营养和细胞代谢，提高免疫能力，促进健康。人吸入一定浓度的负离子空气，能调节神经系统功能，促进血液循环，使人精力充沛，健康长寿。

2.2.2 环境保护作用

由于环境污染产生了大量的正离子，而负离子数在明显减少，负离子纤维中的负离子在空气中的移动是呈“Z”字形，而且输送负电荷给细菌灰尘，烟雾微粒以及水滴等，电荷能中和空气的尘埃、细菌、病毒等物质，与这些微粒相结合，聚合成球，然后落到地面，使污染空气转化成新鲜洁净的空气，从而净化空气，故矿物质负离子纤维又称为“空气的维他命”和“空气的维生素”。

2.2.3 优良的抗菌和杀菌功能

因O₂+e→O₂^－，其中产生的负氧离子具有较高的活性，有很强的氧化还原作用，能破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性，且负离子与细菌相结合后，再使细菌病毒产生结构性的改变或能量的转换，导致细菌病毒的死亡，不再形成新的菌种，从而达到抗菌杀菌的目的。矿物质负离子纤维能抗葡萄球菌、枯草杆菌、克瓦杆菌和念珠菌，同时还能抑制真菌生成，防螨，具有优良的抗菌、杀菌功能。

另外，矿物质负离子纤维还有远红外发射功能，能防止电磁波和紫外线辐射，从而有利于人体健康。

3     矿物质负离子纤维的性能及预处理

3.1   原料性能

我们选用韩国进口的新型天然矿物质负离子纤维，其规格为1.56 dtex×38 mm，具有低结晶度，高取向度的微观结构形态，特征除具有一般涤纶短纤维的优点外，其断裂强度比普通涤纶略低，断裂伸长率比普通涤纶高，属于低强高伸型纤维，其弹性回复率仅次于锦纶而优于腈纶和羊毛，故手感柔软并富有一定的弹性。矿物质负离子纤维是在高聚物载体内融入多种天然矿物质制成的纳米级负离子母粒，故在生产加工过程中，易形成并丝、硬丝、粗纤维等异状纤维。纤维内疵点含量较多，一般为普通涤纶纤维的几十倍乃至上百倍，其具体指标如下。

纤度1.58 dtex，长度37.8mm，断裂强度3.89 cN/dtex，断裂伸长25.4%，疵点含量1250 mg/100g，比电阻6.1×10⁷ Ω/cm，回潮率0.72%。

3.2   原料预处理

由于矿物质负离子纤维疵点含量中硬并丝较多，用手接触有锯齿形感，疵点无拉伸性能，加工过程中对梳理、牵伸不利，对成纱的条干影响较大，生产效率难以充分发挥。因此，根据矿物质负离子纤维的特性为提高纤维的可纺性、成纱综合质量及纺纱生产效率，纺纱前需进行预先处理，即先将矿物质负离子纤维通过开松、除杂、梳理成条后，再撕断成条，预先去除原料中较硬较粗的疵点，减少原料疵点含量。预处理时，为了多落杂、落大杂和减少损伤纤维，在清梳工序对传统纺化纤工艺作了较大改进和调整，适当降低主要打手速度，抽掉部分尘棒，增加落杂区；放大尘棒与尘棒间隔距；合理调节打手室气流分布；在梳棉上，强化细致分梳，调整后车肚工艺；更换盖板针布；提高盖板速度及合理调整落杂区长度及气流等工艺措施，大大减少了纤维内疵点含量。通过预处理后，疵点去除率达70%以上，其适纺性大大提高。 

4     矿物质负离子纤维纺纱工艺流程

矿物质负离子纤维预处理→FA002A→A035B（附A045B）→FA106A（附A045B）→SFA161×2（附A045B）→A076F×2→FA201B→FA306A×2→FA458A→FA506→SAVIO →成包

5     矿物质负离子纤维纺纱梳理元件选配

由于负离子纤维蓬松，且成卷中纤维多数呈束纤维状态，并含有较多的硬并丝等，所以在梳棉工序必须增强分梳，将纤维束彻底松解成单纤状态，才能继续清除残留在纤维束的疵点，减少棉结产生，提高成纱质量，因此针布选用应遵循“强分梳，少损伤，快转移”的原则。

5.1   梳理针布的选配

5.1.1 锡林针布

负离子纤维蓬松，梳理过程中，表面积增加，摩擦增大，静电多，转移困难，极易缠绕针布。为此，我们在针高和前角进行试验比较，优选总高为2.5 mm，工作角为20°。总高偏矮，使纤维处于齿尖，有利于纤维的分梳和转移，减少棉结的产生。工作角略大，有利于对纤维束的穿刺、抓取和握持分梳，生条棉结少，有利于均匀混合作用和提高纤维伸直度。为防止锯齿打断纤维，又考虑到单纤分梳度，齿距确定为1.6 mm。因负离子成卷纤维中多数呈束纤维状态，并有部分硬并丝，须提高纤维分梳度，才能有效保证棉网清晰度，提高成纱质量。因此，只有提高横向密度，增加分梳度，所以选择基厚为0.45 mm。

5.1.2 盖板针布

主要考虑其动角和针密及与锡林针布的合理搭配。动角是影响盖板针布梳理效果的重要参数之一。纤维能否被锡林或盖板针布抓取并握持接受另一方梳理，关键就在盖板针布和锡林针布工作角的配合上。盖板针布动角小，有利于提高盖板针布的抓取，握持纤维能力,增强分梳作用，但盖板花增加。负离子纤维蓬松，硬并丝多，摩擦因数大，易产生静电，所以动角不宜过小，在74°~78°。针密采用稀密型，使纤维在入口处受到缓和的梳理，而出口增密，分梳逐渐加强；选用直脚硬性扁针，减少盖板充塞，有利于杂质和束纤维的排除，减少纤维的损伤，提高单纤伸直度，因此选用了MCZ24H型盖板针布。

5.1.3 道夫针布

根据锡林针布选型特点，结合负离子纤维特性，道夫针布的选配关键是与锡林针布配套，主要是使锡林气流疏导畅通，保证纤维转移良好；为防止棉网破边和下坠，应加强道夫针布握持，所以须增加工作角，采用32°；为容纳更多纤维，并牢固地抓取和握持纤维，减少反转移，总高适量增加为4.5 mm；道夫齿密适当减小，有利于高速气流下泄，使棉网结构改善，生条纤维伸直度、条干和棉网清晰度均有所改善，所以道夫齿距和基厚分别为1.9 mm和0.9 mm。

5.1.4 刺辊齿条

为减少纤维损伤，增加除杂能力，减弱纤维向齿根部的运动并使之顺利地转移给锡林，减少回花，降低棉结，齿条工作角应减小，采用0°。齿密适当增加，提高齿尖的锐度，对纤维的穿刺分梳能力增强，为自由梳理区的梳理创造了有利条件，因为有槽刺辊总高、基厚不可变，所以齿距选择5.6  mm。

5.2   不同针布型号配套方案

方案比较见表1。

从下表所述，通过两种不同型号针布对比，S2的梳理效果较好。

6     矿物质负离子纤维纺纱生产工艺研究

6.1   纺纱主要工艺措施

6.1.1 清棉工序

针对矿物质负离子纤维较涤纶短纤维强力低，伸长大，含疵多，并经预处理后，纤维较蓬松的特点，清花工艺采用“多梳少打、早落少碎、防粘防绕”的工艺原则，其主要工艺措施如下。

（1）合理调整A002C小车往复速度，以及打手与肋条间的距离和抓臂每次下降的动程，提高抓棉机运转效率，使其抓取的纤维束细而均匀，硬并丝易暴露，容易去除。

（2）适当降低A036C型梳针打手速度，以加强分梳，避免缠绕打手，减少纤维损伤。

（3）针对矿物质负离子纤维预处理后纤维质量轻且蓬松，易在A036C型机尘棒表面产生糊花现象，不利于硬并丝下落，在A036C型打手室后上方顶面开设1000 mm×50mm条形缝口，进行补风，合理调节落杂区与回收区的气流分布。

（4）增大紧压罗拉压力，比纺棉时增加30%左右，采用加热防粘装置专利技术，同时用粗纱进行隔层等措施，防止了纤维之间的粘层及绕棉卷罗拉现象。

6.1.2 梳棉工序

梳棉工序是矿物质负离子纤维纺纱过程质量控制的关键，也是矿物质负离子纤维纺纱技术攻关的重点，故贯彻“紧隔距、强分梳、多落杂、轻定量、低速度”的工艺原则。

（1）为使矿物质负离子纤维成卷中松散的纤维束进一步细致分梳，便于硬并丝与纤维分离，适当缩小锡林与盖板间隔距以实现强分梳。

（2）矿物质负离子纤维中硬并丝质量比纤维重，适当加快刺辊速度，使得纤维束分解成单纤维状态，硬并丝容易与单纤维分离，在离心力作用下易下落。同时，放低除尘刀位置，减小除尘刀安装角度，使除尘刀切割气流附面层加厚，改用弦长为175.6 mm尘棒网眼式小漏底，增加第一、第二落杂区长度，并进行合理分配，为不同类型的疵点，通过各落杂区时，得到充分排除。

（3）增加盖板速度，放大前上罩板上口与锡林间的隔距，使硬并丝、粗纤维充分地吸附在盖板针布上，通过斩刀剥取去除。

（4）针对矿物质负离子纤维硬并丝呈随机分布，为降低锡林、盖板的针面负荷，增强针面对纤维的握持分梳和转移能力。提高“锡林一转、一次工作区分梳”的质量，适当缩小锡林与道夫间隔距，降低道夫速度及生条定量，以保证矿物质负离子纤维的细致分梳、良好转移。

（5）矿物质负离子纤维同时含有部分细小轻微的并丝及粗纤维，故适当缩小小漏底入口与刺辊之间的隔距，以增加第2落杂区的落杂，多排轻微并丝和粗纤维，同时适当增大小漏底出口与刺辊的隔距，以增大刺辊与小漏底间气压，使细小轻微并丝、粗纤维随气流从尘棒和网眼中缓和地排出，从而提高生条棉网清晰度。

6.1.3 并粗工序

（1）矿物质负离子纤维较1.56 dtex普通涤纶短纤维须条横截面纤维根数增多，纤维之间接触面积较大，因而牵伸过程中纤维运动的摩擦总阻力增大，且强力较涤纶短纤维低、伸长大、回弹性好，在生产中易绕罗拉、绕皮辊、堵喇叭口，故并条工序采用“重加压、轻定量、顺牵伸、大隔距”的工艺原则，同时加大后区牵伸倍数，以保证足够的握持力与牵伸力，合理配置牵伸，确保纤维在牵伸过程运行稳定，改善纤维伸直平行度，提高条干均匀度。

（2）矿物质负离子纤维整齐度较好，纤维间的抱合力小，为防止受意外牵伸而带来的条干恶化，纱疵增多，故粗纱工序采用“重加压、低速度、小张力”的工艺原则，在保证细纱牵伸过程中不出硬头的情况下，适当加大粗纱捻系数，同时适当增加粗纱定量，调整粗纱成形，控制好喂入导条张力和粗纱伸长率，使得粗纱排列整齐，层次分明，张力稳定，减少粗纱本身的断头和意外伸长，适当缩小主牵伸隔距，加大后区隔距，有利于纤维在牵伸过程中的控制，提高条干均匀度。

6.1.4 细纱工序

（1）矿物质负离子纤维质量比电阻较高，且抱合力小，纤维在牵伸过程中易分散，为加强纤维的控制，细纱前区隔距在保证正常生活不出硬头的前提下，宜偏小掌握，使得纤维变速点向前罗拉钳口集中前移，减少移距偏差。

（2）后区隔距适当加大，并与较小的后区牵伸倍数相配套，在粗纱须条进入主牵伸区前保持一定的紧密度，从而提高成纱条干均匀度

（3）为更好地突出布面风格和手感，及快速吸湿性能，细纱捻系数偏大掌握。

6.1.5 自络工序

矿物质负离子纤维较涤纶短纤维强力低、伸长大，自络工序应偏小掌握络筒张力和偏低掌握卷绕速度，以减少筒纱毛羽的增长。为了进一步清除细纱表面暴露小并丝，在采用电清的基础上，最好在电清检测头前加装机械式清纱装置。

6.2   成纱综合质量指标

针对矿物质负离子纤维的性能特点，通过优选梳理器材和优化工艺参数及采取相应的技术措施，本公司开发生产的100%矿物质负离子系列品种纱线满足了用户质量要求，具体成纱指标见表2。

7     矿物质负离子产品的性能与应用

（1）矿物质负离子纱线可广泛适用于机织、针织用纱。

（2）用其制成的织物穿着舒适，悬垂性好，手感柔软，吸湿透气，着色去污力强，具有除臭、抗菌、抑制真菌生成，防螨，除去金属及有毒物质，抗紫外线、电磁波、远红外辐射，促进血液循环等优良保健性能。

（3）可广泛加工制作如T恤、内衣、西服、衬衫、牛仔等高档服饰，以及床单、枕垫等家用纺织品，同时也可以用于医用纺织品。室内装饰材料、汽车内织物及过滤材料等，从而达到预防疾病净化空气，改善环境。

（4）矿物质负离子纤维适用范围广，其独特功效在服用、产业、装饰三大领域有着巨大市场，成为21世纪生态绿色的纺织品。

8     结语

（1）矿物质负离子纤维是一种新型天然矿物质负离子纤维，具有恒久的空气负离子发生功能，能清洁空气、改善环境、抗菌保健，是21世纪生态绿色纺织品，具有广阔的开发应用前景。

（2）矿物质负离子纤维疵点含量较高，生产时必须进行预处理和合理优化清梳工艺配置，以控制硬并丝在纤维条中含量，便于加工过程中纤维梳理和牵伸。

（3）矿物质负离子纤维吸放湿较快，如果相对湿度不稳定，会影响正常纺纱生产。相对湿度小，易产生静电，飞花严重，毛羽增加，纱疵增多，相对湿度大，易粘缠针布，绕罗拉绕皮辊，相对湿度控制在55%~60%为宜。

（4）目前市场上有负离子纺织品，其主要依赖在织物印染后整理过程中加入了天然矿物添加剂，获得其功能性。而直接利用负离子母粒通过高科技手段制成的差别化改性纤维加工生产的纱线再经织造加工制成纺织品，使得纺织品抗菌保健效果持久、安全可靠。

（5）差别化新型功能性纤维是今后重点开发应用的方向。这种纤维通过改性，其开发的产品功能性更持久，使得面料更具有高性能、高品质、高附加值，具有十分广阔的市场前景和良好的经济效益、社会效益，对实现我国绿色纺织具有深远的意义。