高比例再生膠原蛋白纖維混紡紗的工藝優化

李 洋 張書峰 孫啟暢 宋 靜

（山東聯潤新材料科技有限公司，山東棗莊，277400）

目前市場上大部分膠原蛋白纖維都是以粘膠等纖維為載體添加少量的膠原蛋白而制成，屬于膠原蛋白改性纖維，市場上少見再生膠原蛋白纖維。同時由于再生膠原蛋白纖維強力低、不耐高溫、回潮大等特點，紡成紗存在強力低、棉結高等問題。目前行業內再生膠原蛋白纖維混紡比例在50%以上的紗線應用仍處于空白。我公司通過研究最終成功開發出高質量的混紡比例為70%的再生膠原蛋白紗線，不僅拓展了再生膠原蛋白纖維的應用領域、豐富了產品種類，更推動了功能性產品的差異化和高端化。

1 纖維特性

1.1 纖維選擇

再生膠原蛋白纖維是一種動物蛋白質再生纖維，其由二層牛皮中的膠原蛋白提取物紡絲制成。市場上生產再生膠原蛋白纖維廠家很少，本次使用的再生膠原蛋白纖維，纖維細度細，穩定性較高，質量相對較好，纖維規格2.22 dtex×38 mm。

莫代爾纖維是一種再生纖維素纖維，纖維觸感柔軟，溫和環保，且具有較高的強度，與再生膠原蛋白纖維進行混紡可充分發揮二者的優勢，所制面料具有滋潤親膚、消臭抗菌等特點，可廣泛應用于內衣、家居服等領域。所用莫代爾纖維規格1.0 dtex×39 mm。

1.2 再生膠原蛋白纖維特點

（1）親膚低敏。再生膠原蛋白纖維回潮率高達22.1%，具有良好的保濕性能，且富含多種對人體有益的氨基酸，親膚護膚，同時具有良好的生物相容性、低抗原性（低致敏）。

（2）消臭抗菌。紗線中加入30%的再生膠原蛋白纖維，對于氨氣、醋酸、異戊酸等異味有明顯的除臭效果；再生膠原蛋白纖維含量50%的混紡產品可通過抗菌AAA 級認證，對于金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等常見病菌的抗菌效果顯著。

（3）本質阻燃。再生膠原蛋白纖維極限氧指數（LOI）高達36%，高于部分阻燃類腈綸、滌綸。

1.3 再生膠原蛋白纖維生產難點

（1）強度低、易脆斷。再生膠原蛋白纖維彈性模量和強度較低，斷裂伸長率較高，纖維斷裂強度1.5 cN/dtex，斷裂伸長率25%，因此在加工過程中易造成纖維損傷，從而形成棉結，影響成紗指標。

（2）纖維回潮大。在標準溫濕度條件下，再生膠原蛋白纖維含水量約為22%，是棉纖維的2.5 倍、粘膠纖維的2 倍?；爻甭蚀蠼o生產過程帶來很大困難，容易出現并粗工序黏纏羅拉、膠輥等問題，影響產量和質量。

（3）纖維縮率大。再生膠原蛋白纖維在65 ℃左右會大幅收縮，在生產過程中需要嚴格控制抓取以及打擊部位的溫度，避免再生膠原蛋白纖維過熱收縮變質。

（4）纖維淋濕后，纖維卷曲易伸長變形，要求生產環境濕度不宜過大。

2 產品開發要點

2.1 混紡比例確認

將再生膠原蛋白纖維與莫代爾纖維混紡，綜合兩種纖維的特性，開發適用于針織內衣及家居服的紗線，實現滋潤親膚、消臭抗菌、柔軟細膩的效果，因此需合理配置兩種纖維的混紡比例。其中，再生膠原蛋白纖維含量越高，再生膠原蛋白纖維的特性越明顯，但由于單纖維強力較低，由此帶來的紡紗、織造難度也增加。試驗發現，當再生膠原蛋白纖維比例在70%以上時，紗線強力很低，織布斷頭多，織造困難；而當再生膠原蛋白纖維比例在30%以下時，其優良特性難以得到體現。因此，設計再生膠原蛋白纖維/莫代爾纖維混紡比例為70/30、50/50、30/70，分別對應試驗方案1、方案2、方案3，對比測試其制成面料的功能性，結果見表1。

表1 不同混紡方案對產品功能性的影響

由表1 可以看出，當再生膠原蛋白纖維/莫代爾纖維混紡比為70/30 時，產品的消臭抗菌性最好。由于目前再生膠原蛋白纖維細度較粗，為2.22 dtex，不宜紡制特細號紗。因此，紗線規格確定為再生膠原蛋白纖維/莫代爾纖維 70/30 14.8 tex。

2.2 生產難點

2.2.1原料開松度存在矛盾

混紡紗線的混和方式有散纖維混和與條混兩種。其中，散纖維混和可以實現不同纖維的細致混和，布面效果細膩均勻，但無法兼顧兩種纖維的加工要求；條混可以兼顧不同纖維的加工要求，但混和效果較差，當纖維染色性能不同，在面料用于單染時，布面風格較為粗獷，且在混并之前，兩種材料往往要增加一道預并條來保證條子的均勻程度，加工流程長、成本高。

首先，再生膠原蛋白纖維采用弱酸性染料染色，與莫代爾纖維染色性能不同，再生膠原蛋白纖維強力低不耐打擊與梳理，為盡量減少加工工序對纖維的損傷，散纖維混和的方式更適合該產品；其次，再生膠原蛋白纖維強度低，不耐打擊，而莫代爾纖維較為密實，需要加強開松，與再生膠原蛋白纖維的柔性加工形成矛盾。綜合以上兩個方面，初步確立先將莫代爾纖維進行開松梳理后，再與再生膠原蛋白纖維進行散纖維混和的方式。

2.2.2棉結指標難以控制

根據生產醋酯纖維的經驗來看，斷裂強度低的纖維容易在梳理、牽伸工序發生脆斷而形成短絨，短絨的集聚則會造成棉結大量增多。棉結控制重點：一是對梳棉工序的梳理隔距、梳理速度等工藝參數進行全面系統性的優化；二是并粗工序遵循“小定量、低牽伸、慢車速”的工藝原則，減少纖維短絨的產生，從而降低成紗棉結。

2.2.3并粗工序纏繞問題

再生膠原蛋白纖維回潮率高達22%，原料的回潮率過大時，纖維對羅拉、膠輥的摩擦增大，易黏纏，同時纖維間的抱合力也較大，紗條易造成黏連，使紗條表面產生頭尾張開的毛羽狀散亂纖維，容易纏繞羅拉、膠輥［1］。因此，重點控制生產環境溫濕度，適當使用干燥裝置，對膠輥、涂料進行優選優化，并適當降低車速，同時減少前道工序短纖維也有利于解決并粗工序的纏繞問題。

2.2.4成紗強力低

成紗強力低的主要原因：一方面是由于紗線細節多，存在強力弱環；另一方面是紗線捻度設定不合理，紗體結構松散或過緊，因為單根紗線的斷裂強力隨捻度的增加先增大后減?。?］。

2.2.5產品開發思路

根據上述四項主要質量控制點和生產難點，結合以往生產實踐，確立了開發思路：莫代爾棉網+預混和+清梳聯混和的方式，通過清棉流程的優化兼顧兩種纖維的加工要求；全流程降低生產環境溫濕度（溫度25 ℃，相對濕度55%～60%），加裝溫感器監控抓取、梳理部件溫度；優選專件器材，系統性進行梳棉、細紗等關鍵工序工藝優化試驗。具體工藝流程如下。

莫代爾棉網：（莫代爾原料）→FA002 型圓盤抓棉機→FA022-6 型多倉混棉機→FA201B 型梳棉機（收集棉網）。

預混和：（莫代爾棉網+再生膠原蛋白纖維）→FA002 型圓盤抓棉機→FA022-6 型多倉混棉機→立式打包機（得到混和原料）。

（混和原料）→FA002 型圓盤抓棉機→FA036型混開棉機（改造）→FA201B 型梳棉機（加裝溫感系統）→JWF1310 型并條機→RSBD22C 型并條機→FA497 型粗紗機→JWF1510 型賽絡集聚紡細紗機→Savio Polar L 型自動絡筒機。

3 生產要點及技術措施

3.1 解決并粗纏繞問題

3.1.1原料養生

為解決生產過程中的纏繞問題，需要在紡紗之前對纖維進行養生處理，同時為避免纖維過度吸濕造成卷曲變形，經過與纖維生產廠家長時間的跟蹤與試驗開發，優化出適合此纖維生產的專用油劑與配液方案。先將抗靜電油劑（LR-010）與減少纖維纏繞羅拉的潤滑劑（LR-011）按如下方法用軟水調配：將5g LR-010 用100 g～150 g 軟水稀釋，由于油劑不易溶解，建議用40 ℃～50 ℃的溫水。將1 g LR-011 用100 g～150 g 軟水稀釋，在室溫25 ℃～30 ℃條件下油劑即可溶解。1 kg 再生膠原蛋白纖維原料用油劑量為5 g 的LR-010 和1 g 的LR-011；將配好的油劑分別或混合后以霧狀均勻噴灑在再生膠原蛋白纖維原料上，再用塑料布包裹起來放置24 h，使溶液徹底滲透至纖維內部。

由于有的配送人員素質較低，或對工作沒有責任心，或覺得態度無所謂，導致對顧客態度惡劣。他們不能及時耐心地與客戶溝通，共同解決配送過程中出現的問題。與客戶發生沖突時，不能采取禮貌的方式對待客戶，也不及時向物流公司進行匯報，無法順利解決客戶遇到的問題，這會導致客戶對該物流配送產生很大的不滿。因此必須對配送人員進行培訓，主要是服務態度的培訓，必須使用禮貌用語，出現問題必須及時向公司客服進行反饋，不能直接與顧客發生爭執。

3.1.2膠輥涂料

并條和粗紗膠輥采用常規的板凃方式上涂料，在生產再生膠原蛋白纖維品種時膠輥返花、繞花嚴重，無法正常開車生產。通過多次試驗，在磨床室對膠輥進行磨礪后，直接按照3∶1 的涂料配比加碳粉進行筆涂膠輥，利用膠輥磨礪時較高的表面溫度，增強涂料滲透性，加強膠輥表面抗繞能力。通過以上方法，并條膠輥返花、繞花現象有很大改善，能夠正常生產。

3.2 解決開清矛盾

3.2.1開清路線優化

由于莫代爾纖維原料緊實，需要強力開松，而再生膠原蛋白纖維松散且不耐打擊，兩者對開松度的要求存在矛盾，因此，開清工序需要在保護再生膠原蛋白纖維的前提下提高莫代爾纖維的開松度。在開清工藝流程設計上，將莫代爾纖維先通過抓棉機、梳棉機進行一遍開松、梳理，收集棉網后與再生膠原蛋白纖維進行混和?；旌秃蟮睦w維經打包機打成軟包，再采用短流程清梳聯，進行柔性清梳加工，最大限度減少纖維損傷。

3.2.2設備改造

為進一步減輕對纖維的打擊，對FA036 型混開棉機進行了自主改造。即拆除儲棉箱中的壓棉簾，使纖維在棉箱中保持蓬松狀態自由翻滾，僅靠角釘簾的抓取作用進行自由開松；把U 形打手與豪豬打手均更換為梳針打手，并改為變頻傳動。纖維經過兩個打手之后，直接由上出棉口輸出，不再經過第3 個開松打手。

3.2.3開清工藝設計

在工藝設計上，將抓棉機打手刀片伸出肋條的距離調整為-3 mm，小車下降動程調整為2 mm/次，小車回轉速度為2 r/min，以保證抓棉機運轉效率在90%以上，有利于均勻抓取較小的棉塊。FA036 型混開棉機的打手速度通過變頻調控控制在350 r/min，以減輕對纖維的打擊。此外由于兩種纖維均不含雜質，無需排雜，可將打手與塵棒間隔距調至最大，調整塵棒角度指示針至40°。

3.3 棉結控制

3.3.1針布選型

再生膠原蛋白纖維含量較高時纖維易纏繞羅拉，其原因是由于纖維的剛性低，同時在梳棉期間纖維容易趨于沉入梳棉針布中，造成纖維從道夫上轉移不出來繞錫林，進而使蓋板返花嚴重。對此，我們聯合針布廠家進行不同針布型號的上機對比試驗，最終優化錫林針布型號AC2025×01560D-Z、蓋板針布型號MCBH40D/S、道夫針布型號AD4030×01870D - Z、刺輥針布型號AT5605×05611。

3.3.2設備改造

由于再生膠原蛋白纖維對溫度較為敏感，在65 ℃左右會大幅收縮，我們針對性地進行了系列設備改造與工藝優化試驗。首先我們在梳棉機錫林墻板上加裝溫度感應器，實時對錫林輥體進行溫度檢測，一方面控制降低筵棉的給棉量，另外一方面降低錫林速度與出條速度；同時根據溫度顯示器的數據，通過人工進行環境溫度與風量的相應調整，將溫度控制在60 ℃以下，減少因再生膠原蛋白纖維過熱收縮影響分梳質量從而形成棉結。

3.3.3梳理工藝優化

在紡紗生產中，梳棉工序是控制棉結指標的重中之重，在梳棉機諸多的工藝參數中，錫林速度、錫林至蓋板隔距是影響分梳效果的核心工藝參數。此外，纖維經過清棉工序的兩次加工，已具備較好的開松效果，應進一步減輕梳理工序刺輥等部位不必要的打擊，減少纖維損傷［3］。

為制定該品種的最佳梳棉工藝，試驗選用錫林速度A、錫林至蓋板隔距B、刺輥與預分梳板隔距（進/出）C為變化因素，其余工藝參數依照醋酯纖維生產經驗及前期單因子試驗結果保持固定不變；選取對針織布面質量影響較大的成紗棉結（+200%）為主要評價指標，采用正交試驗法進行工藝優化。

再生膠原蛋白纖維與醋酯纖維同樣具有斷裂強度低的特點，依據前期生產醋酯纖維的經驗，選定因素水平表見表2，試驗方案及結果見表3，極差分析表見表4。

表2 因素水平表

表3 試驗方案及結果

表4 棉結極差分析表

由表4 可以看出，各因素對成紗棉結（+200%）的影響由大到小依次為錫林至蓋板隔距、錫林速度、刺輥與預分梳板隔距，最優試驗方案為A2B2C3，即錫林速度250 r/min，錫林至蓋板五點隔距0.28 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.25 mm、0.28 mm，刺輥與預分梳板隔距（進/出）1.12 mm/1.07 mm。目前，經過樣品試驗和批量生產的驗證，所優選參數方案完全滿足下游用戶對棉結的要求。

3.4 提高強力

3.4.1細紗捻系數優化

根據生產醋酯纖維紗線的經驗，其他條件不變，設計捻系數330、340、350、360、370、380 共6 組進行同錠紡紗對比試驗，研究捻系數對紗線強力的影響。 由此得出紗線斷裂強度分別為12.9 cN/tex、13.3 cN/tex、13.8 cN/tex、14.2 cN/tex、14.0 cN/tex、13.8 cN/tex。從上述數據可以看出，細紗捻系數從330 增加到380 過程中，紗線斷裂強度先上升后下降，在捻系數為360 時斷裂強度最大。

3.4.2專件控制

由于再生膠原蛋白纖維低強的特性，細紗工序在牽伸過程中同樣會產生短絨且容易由于靜電使斷頭增加，長時間積累會造成機臺清潔差，甚至附入成紗形成疵點影響成紗強力。為此，紡紗工藝采用偏大的牽伸隔距和鉗口隔距，以減輕對纖維的控制［4］；集聚區網格圈選用較為稀疏的規格（100 目/cm2），并適當增大集聚負壓，使纖維粉塵可順利被吸入異形管，防止網格圈堵塞；膠輥采用防靜電紫外線光照的邵爾A79 度膠輥，同時加裝膠輥清潔裝置來減少油污、飛花等疵點的產生；鋼絲圈則偏輕掌握，避免張力過大造成斷頭［5］，并每天通過顯微鏡對鋼絲圈的磨損狀態進行監控，通過觀察紗線與鋼絲圈的摩擦痕、鋼絲圈與鋼領的摩擦痕之間的間距，掌握鋼絲圈更換周期，以防止出現對紗線的刮擦。細紗工序主要工藝參數：總牽伸66.02倍，后區牽伸1.136倍，集聚負壓3 200 Pa，捻系數360，錠速11 000 r/min，鉗口隔距2.0 mm，羅拉隔距18 mm×40 mm，鋼絲圈型號EL1 HD TW 6/0。

3.4.3賽絡集聚紡

相較于普通環錠紡，細紗工序采用集聚賽絡紡，在減少短絨、改善條干的同時提高成紗強力；同時，按照“小定量、小牽伸、低車速”的工藝原則，減少意外牽伸等問題產生的粗細節，進一步保證成紗質量。

3.4.4絡筒上蠟

絡筒工序根據針織用紗的質量要求，合理設置電子清紗器的切疵門限，控制萬米剪切數在6個以內。此紗線表面摩擦因數較高，為提高紗線在后道加工的潤滑性，避免紗線表面的再生膠原蛋白纖維在后道加工刮擦過程中斷裂產生短絨，需選擇合適的蠟塊對紗線進行上蠟處理；此外，上蠟處理可以在一定程度上改善紗線強力、減少織布斷頭［6］。

4 關鍵技術指標

經實測，再生膠原蛋白纖維/莫代爾纖維70/30 14.8 tex 紗的主要質量指標：線密度偏差率+0.3%，線密度CV0.9%，單紗斷裂強度14.3 cN/tex，單紗斷裂強力CV5.4%，斷裂伸長率6.8%，捻度94.5 捻/10 cm，條干CV9.96%，細節0.5個/km，粗節14.5個/km，棉結14.0個/km，毛羽H值4.31。

根據后續使用情況反饋、參照莫代爾纖維醋酯纖維混紡本色紗標準，所制備的再生膠原蛋白纖維莫代爾纖維混紡紗強力較高，棉結少，紗體緊致光潔，完全滿足后續織造使用要求。

5 結語

針對再生膠原蛋白短纖維的特性，以賽絡集聚紡再生膠原蛋白纖維/莫代爾纖維 70/30 14.8 tex 紗為例，對其紡紗工藝、各工序生產要點和技術措施進行了試驗研究。通過柔性生產工藝，解決因纖維強力低、回潮大、不耐高溫等纖維因素帶來的紡紗、織造難題，實現了順利生產，并開發一系列高比例的再生膠原蛋白纖維紗線及面料，可廣泛應用于家居服、內衣、床單等貼身服裝。對推動膠原蛋白短纖維在紡織領域的應用，生產出功能舒適、綠色環保、消臭抗菌的紡織品具有重要的意義。

由于我們對于再生膠原蛋白纖維的物理性能、紡紗條件以及細微工藝的研究仍不夠深入透徹，目前該紡紗生產還存在一定不足，需進一步改善成紗品質，同時應加強再生膠原蛋白纖維與其他纖維紗線的開發研究，并向特細號紗發展，形成一系列再生膠原蛋白短纖紗產品。