聚乳酸短纤维纱线的高效加工方法

通常所谓的“纱线”，其实是“纱”和“线”的统称，“纱”是将许多短纤维或长丝排列成近似平行状态，并沿轴向旋转加捻，组成具有一定强力和线密度的细长物体；而“线”是由两根或两根以上的单纱捻合而成的股线。

聚乳酸短纤维纱线是由若干根聚乳酸短纤维（十几根到几十根，直至上百根），加工成连续、细长、纤维间结合紧密，具有一定的强力、弹性等力学性能的产品，可以用于制线、制绳、织布、针织和刺绣等[1]。

（一）聚乳酸短纤维的性能特点和可纺性

影响聚乳酸纤维纺纱的主要因素有长度、线密度、回潮率、摩擦因数和质量比电阻等[71]。熔融纺丝制得的聚乳酸纤维特点是高强度、中伸长率和低模量，聚乳酸纤维和常用纤维的物理性能比较见表1-23。

表1-23　聚乳酸纤维和其他纤维的物理性能比较[72]

聚乳酸纤维手感好，有较好的回弹性、卷曲性和卷曲持久性，纤维强度高，模量较低，容易弯曲，这些特点使聚乳酸纤维具有良好的可纺性。然而，聚乳酸纤维存在一些不利于纺纱的性能特点。比如，其质量比电阻高，易产生静电；吸湿性、回潮率都较差，容易受到纺丝环境温度、湿度的干扰，影响纤维品质；耐热性差；纤维平直光滑，摩擦力小，抱合力差，单独纺纱比较困难；蓬松性大，容易粘卷，且成网困难。为了提高聚乳酸的可纺性，要从纺纱各工序着手，改善纤维的物理及力学性能，并采取一定的技术措施，使纺纱加工得以顺利进行[71]。

目前，聚乳酸可以在棉纺系统、毛纺系统和各种新型纺纱设备上进行纺纱加工；产品种类有纯纺，与棉、毛、麻、天丝、莫代尔等纤维的混纺。

（二）聚乳酸短纤纯纺

聚乳酸短纤维的规格主要有1.1dtex×38mm、1.1dtex×51mm、1.5dtex×38mm、1.7dtex×38mm、1.7dtex×51mm、2.0dtex×70mm等。

聚乳酸纤维纯纺纱线线密度品种有9.8tex、11.5tex、14.7tex、19.7tex、27.8tex、29.5tex等[16]。

1.聚乳酸纤维纯纺工艺流程

（1）原料：长度38mm，线密度1.5dtex，强度35cN/dtex，回潮率0.7%，色泽精白，其弹性中上，含油程度一般[73]。

（2）工艺流程：

A002C型抓棉机→A006B型混棉机→A036C型开棉机→A092A型双棉箱给棉机→A076C型成卷机→A186D型梳棉机→FA303型并条机（三道）→FA481型粗纱机→FA506型细纱机→ESPERO型自动络筒机[73]

2.各工序工艺配置和技术参数

（1）清花工序工艺要点：为保证棉卷的内在质量和外观质量，应遵循“勤抓少抓、多松少打、以梳代打、多混少落、速度降低、适当隔距”的工艺原则。

聚乳酸纤维表面光滑平直、整齐度好、蓬松性大、抱合力差、易黏附罗拉等机件，因此，生产前先要使聚乳酸纤维达到纺纱条件，通过加入适量的抗静电油剂、防滑剂等，增加纤维的抗静电能力，改善纤维之间的抱合力，车间相对湿度适当控制，以便后道工序能够顺利进行。由于纤维长度长，不含杂质，清花工序要以开松、均匀混合为主，减少打击力度和打击次数，尽量少损伤纤维，并尽量少落多松，各部件打手速度降低7%左右，为防止粘卷，卷中两层之间夹3～5根粗纱，或者采用防粘罗拉，或增大紧压罗拉的压力。成卷后用塑料薄膜包好，严防水分和油剂挥发。由于聚乳酸纤维疵点和杂质极少，清花工序要采用短流程，使用梳针打手，增加开松点，减少打击点，加强开松梳理，减少纤维损伤和散失，通过强调轻梳少伤、低速度、大隔距、薄喂入、多混和、少翻滚的技术措施，能提高卷子外观质量和内在质量[71]。

主要工艺参数：卷子质量398～420g/m，A036C打手转速418r/min，A036C给棉罗拉打手隔距13～14mm，棉卷罗拉转速12r/min，伸长率1.3%，卷子质量不匀率0.8%，温湿度：20℃、60%。

（2）梳棉工序工艺要点：梳棉机的主要工艺原则是轻打多梳，少伤纤维，多排除纤维疵点，增加转移，低速度，大隔距和小张力牵伸。梳棉过程中要注意搞好棉网转移，减少棉结形成，使棉网清晰，无破洞，还需防止纤维充塞梳理区损伤纤维[74]。

由于聚乳酸纤维具有良好的弹性和弹性恢复性，纤维蓬松，因此梳棉工序各部隔距应较大掌握，梳棉针布合理选配，以顺利完成分梳、转移的作用为主要目的，除杂、均匀混合的作用可适当降低，大小漏底、除尘刀的设置以减小落率为目的。梳棉机是去除棉结和杂质的主要设备，但它既排除短绒，同时也产生短绒。纤维在梳理过程中要考虑梳理度、梳理强度和转移率的关系，只有三者配置恰当，纤维才能获得充分梳理，减少损伤，均匀混合，顺利转移[72]。

主要工艺参数：生条定量19.6～21.8g/5m，锡林转速320r/min，道夫转速22.5r/min，刺辊转速795r/min，锡林与盖板间隔距为0.28mm、0.25mm、0.23mm、0.23mm、0.25mm，锡林与道夫隔距0.13mm，刺辊与锡林隔距0.18mm，生条质量不匀率2.5%，温湿度：25℃、68%。

（3）并条工序工艺要点：针对聚乳酸纤维弹性及弹性回复性好、导电性较差、纤维蓬松等特点，并条工序采用“重加压、中定量、低速度”的工艺原则，减少生产中的“三绕”和堵塞现象，同时合理配置牵伸，既要保证熟条中纤维的伸直平行，又要提高熟条的条干均匀度[72]。

聚乳酸纤维回潮率低、易起静电、纤维蓬松，因此张力控制要适当，喇叭口大小要适当，能够提高条子抱合力并且减少条子的不必要意外牵伸为宜，要保证在牵伸过程中对纤维的有效控制，以提高条干均匀度[74]。如果因为聚乳酸纤维的轻微静电，产生缠绕罗拉胶辊问题，可以采取的措施有：

①在胶辊表面涂料。

②适当降低车速，缩小喇叭口径，提高条子抱合力。

③将满筒长度由2km改为1.6km，以减轻条子与上圈条器表面的摩擦。

主要工艺参数：前罗拉线速160m/min，喇叭口2.4mm，熟条定量9.0g/5m，罗拉隔距15mm×20mm，温湿度：25℃、60%～63%。

（4）粗纱工序工艺要点：合理选择粗纱捻系数，既要提高纤维间抱合力，又要防止细纱出硬头；粗纱的张力偏小掌握，以减少纱条的意外伸长[75]。

由于聚乳酸纤维较蓬松，抱合力差，粗纱捻系数要适当选择，保证细纱牵伸顺利，不易断头。导条张力适当减小，可减少意外伸长而产生的细节。粗纱工序在工艺配置上仍以提高纤维的分离度和伸直平行度、改善纱条内在结构为原则，采用集中前区牵伸的工艺。因熟条极易分叉散开，操作时要严防条子起毛，破坏条子结构，生产中要求粗纱成形良好，条干均匀，提高粗纱的内在质量。生产中粗纱工序采用“低速度、重加压、轻定量、稳握持、适当大的径向和轴向卷绕密度、小伸长”的工艺原则[71]。

主要工艺参数：粗纱定量4.206～3.86g/10m，捻度4.52～4.86捻/10cm，罗拉隔距20mm×28mm，加压255N/双锭、147N/双锭、196N/双锭，质量不匀率0.9%，乌斯特条干CV为4.0%，温湿度：25℃、60%～63%。

（5）细纱工序工艺要点：合理选择各工艺参数，在采用大隔距、重加压的工艺基础上优选粗纱捻系数与细纱后区牵伸的匹配。

细纱工序要采取集中前区的牵伸工艺，后区隔距适当放大，在保证牵伸正常的前提下，适当减小后区牵伸和钳口隔距。细纱工序采用“强控制、稳握持、匀牵伸、重加压、小钳口、低速度”的工艺原则。

主要工艺参数：后区牵伸1.29～1.32倍，前罗拉速度174～184r/min，罗拉隔距19mm×30mm，罗拉加压147N/双锭、98N/双锭、137N/双锭，钳口隔距2.5～3.0mm，温湿度：29.5℃、63%。

（6）络筒工序工艺要点：针对聚乳酸纤维弹性较好以及成纱表面毛羽较多的特点，络筒工序在保证成形良好的前提下，采用了较低的络筒速度和较小的张力，以利于减少毛羽，提高纱线的外观质量，并降低筒子的卷装硬度[72]。

络筒采取低速小张力，以减轻对单纱条干CV值、毛羽的恶化程度，同时也可确保筒纱成形良好，减少后工序断头，保证筒纱内在及外观质量良好[75]。

主要工艺参数：络筒线速800m/min，温湿度：27℃、75%。

3.聚乳酸短纤维纯纺纱质量

聚乳酸短纤维纯纺纱质量如表1-24所示。

表1-24　纯聚乳酸纤维纱线产品质量情况[71](www.xing528.com)

（三）聚乳酸短纤维的混纺

1.混纱纺线工艺流程

PLA混纱纺线品种较多，可以与棉、毛、麻、天丝、莫代尔等纤维进行混纺。本书仅以聚乳酸纤维和棉纤维混纺为例，对混纱纺线工艺流程进行介绍。

聚乳酸纤维与棉混纺[73]：PLA/JC（60/40），14.7tex；PLA/JC（60/40），9.8tex。

（1）原料选用。

聚乳酸纤维：长度38mm，线密度1.5dtex，强力3.9cN，回潮率0.5%，色泽精白，其弹性中上，含油程度一般。

棉纤维：精梳棉。

（2）工艺流程。

JC：清钢联DK760→预并FA302→条卷E5/3→精梳E7/6

PLA：A002抓棉机→A006混棉机→A036C开棉机→A092棉箱→A076C成卷机→梳棉1181C→预并FA302→头并FA302（与精梳棉条混合）→二并FA311→三并FA311→粗纱A454G→细纱FA506→自动络筒MCN0-2

2.主要工序工艺和参数研究

（1）并条工序工艺要点：并条工序是提高纺纱质量的关键工序。因两种纤维长度差异较大，隔距应合理控制。聚乳酸纤维回潮率低，易起静电，纤维蓬松，因此张力控制要适当，喇叭口大小要适当，以能够提高条子抱合力并且减少条子的不必要意外牵伸为宜，要保证在牵伸过程中对纤维的有效控制，以提高条干均匀度。宜采用“重加压、中定量、低速度”的工艺原则。车速应偏低掌握，通道要光洁，保持绒板的运转良好，减少压力棒的短绒积聚，做好纱疵的控制工作[75]。

工艺参数：前罗拉线速150m/min，喇叭口3.0mm，棉条干重15.0g/5m，罗拉隔距13mm×15mm，温湿度：25℃、60%。

（2）粗纱工序工艺要点：为防止意外牵伸而带来的条干恶化，在粗纱工序采用“大隔距，重加压”的工艺原则，同时适当加大粗纱的捻系数，这样既可保证粗纱成形与细纱退绕时不至于产生意外牵伸，又有利于细纱后区牵伸中纤维的控制。但要注意避免细纱出“硬头”现象。隔距的选择应考虑到原料性质和纤维长度、纺纱线密度、牵伸倍数等参数，聚乳酸纤维纯纺纱与棉混纺品种采用了22.5/35mm的隔距。适当降低粗纱前罗拉速度，注意大、中、小张力及断头的逐步调整，张力偏小掌握，以减少粗纱飘头、防止粗纱意外牵伸为原则。

粗纱工序主要工艺参数：粗纱定量为3.6～4.2g/10m，后区牵伸为1.30倍，主牵伸为7.7～8.1倍，牵伸区隔距与棉混纱为22.5/30，粗纱捻系数68～70，温湿度：25℃、63%。

（3）细纱工序工艺要点：常用的牵伸倍数在1.25倍左右，由于聚乳酸纤维纱存在良好的弹性和弹性回复性，在设计牵伸倍数时还应该考虑到其回缩，根据实际经验在设计时略大5～15掌握。适当放大后牵伸倍数，以便降低牵伸力，减小牵伸力的波动，利于减少出硬头，但后牵伸倍数过大对条干的均匀度有影响，即较小的后区牵伸隔距可提高纱线的均匀度。隔距的选择应考虑到原料性质和纤维长度、纺纱线密度、牵伸倍数等参数。适当降低前罗拉速度，注意大、中、小气圈及断头的逐步调整，以减少细纱断头为原则。另外由于聚乳酸纤维熔点低，防止纺纱时速度过高导致钢领与钢丝圈温度过高。根据纱的最终用途选择不同的捻系数，纺低支纱时捻系数适当降低，纺高支纱时捻系数适当提高。

细纱工序主要工艺参数：总牵伸28.57倍，后牵伸1.25倍，捻系数330～336，前罗拉转速130r/min，罗拉隔距18mm×24mm，钳口隔距块2.5mm，温湿度：29.5℃、63%。

3.聚乳酸纤维混纱纺的质量

聚乳酸纤维混纱纺与其他纱线的成品质量数据对比见表1-25。

表1-25　聚乳酸纤维混纱纺与其他纱线的质量对比[76]

聚乳酸纤维与绵混纺纱线的成品质量数据见表1-26。

表1-26　PLA/棉纱线产品质量情况[53]

（四）聚乳酸纤维的新型纺纱技术

自20世纪60年代开始，出现了多种新型纺纱方法，如转杯纺、喷气纺、静电纺、摩擦纺等。新型纺纱技术突破了传统环锭纺纱方法的加捻卷绕方式，有的还在纤维牵伸、凝聚、排列等方面实现了大的突破，也由此使得新型纺纱技术共同具有产量高、卷装大、纺纱工艺流程短等特点。新型纺纱方法的纺纱原理、生产效率、产品质量、纱线结构以及织物风格等均与环锭纺纱方法有很大的区别[77]。与传统的环锭纺相比，新型纺纱方法具有以下特点[78]。

（1）工序短：新型纺纱如转杯纺、喷气纺、摩擦纺等都采用条子喂入纺纱，并在纺纱机上直接卷绕成筒，省略了粗纱与络筒两道工序。

（2）效率高：由于新型纺纱多数为自由端纺纱，依靠高速回转气流或喷嘴直接成纱，取消了环锭纺纱中钢领、锭子等加捻卷绕部件对纺纱速度提高的束缚，故纺纱速度均高于环锭纺纱。

（3）质量优：各新型纺纱方法的成纱条干均优于环锭纱；成纱直径更粗，染色性较好；成纱强力低于环锭纱，但强力不匀率比环锭纱好；纱线毛羽少；耐磨性更好；抗起球性更好。

（4）用工省：由于新型纺纱方法缩短了工序流程，减少了机台配置，提高了装备自动化程度，不但改善了工人劳动强度，而且减少了用工。

（5）成本降低：采用新型纺纱技术后，在相同的产量下，因设备配台减少，厂房面积节约，从而可降低纺纱成本。

1.转杯纺纱

转杯纺又称气流纺，是目前使用最多的一种新型纺纱方法，其发展趋势是提高速度、改善排杂效果、增加头数和卷装、提高自动化程度。与其他新型纺纱方法相比较而言，其技术最成熟、发展速度最快。

转杯纺纱机主要有自排风和抽气式两种形式。转杯纺属于自由端纺纱，其纺纱原理是棉条经分梳辊梳理成单纤维状态，在气流负压及高速转杯的作用下凝聚并加捻成纱。由于纺纱机理不同，转杯纱与环锭纱结构有显著的差异。环锭纱没有纱芯，纤维在纱中大多呈螺旋状排列。转杯纱由芯纱与外包纤维两部分组成，内层的纱芯比较紧密，外层的包缠纤维结构松散。内层圆锥型和圆柱型螺旋线纤维比环锭纺少，而弯钩、对折、打圈、缠绕纤维比环锭纺多得多。与同线密度环锭纱相比，强力低10%～20%；为提高纺纱强力，捻度配置要高20%～30%，因而成纱手感偏硬，这些都在较大程度上限制了转杯纱的应用。然而转杯纺成纱强力不匀率较低，对提高织机效率有利；条干CV值能够降低1～2个百分点，纱疵数只有环锭纱的1/3～1/4，耐磨性提高10%～15%，蓬松度高出10%～15%，弹性好、伸长大、染色性能好，形成了转杯纱独特的性能优势[77]。

2.喷气涡流纺（MVS）

喷气涡流纺原理[80]：经牵伸单元牵伸后的纱条在纺纱喷嘴轴向气流的牵引作用下，通过螺旋曲面的引导作用到达针固定器上的导纱针，并沿此下滑，纤维头端进入喷气涡流纱尾中心。脱离前罗拉钳口后并倒伏在纺锭表面的纤维尾端在旋转气流的作用下对内层平行芯纤维束缠绕加捻，形成喷气涡流纱，纱体结构呈现中心部分为无捻或弱捻的芯纤维，外层为螺旋状加捻纤维。

以开发14.7tex 55/45麻赛尔与玉米纤维MVS混纺纱为例[79]，分析研究影响成纱性能的主要工艺参数有纺纱速度v，前罗拉钳口至纺锭距离L，喷嘴压力p，纺锭内径Φ及喷嘴型号等。主要以纱线强力、断裂伸长率、条干不匀及耐磨性为评价指标对工艺进行优化。研究结果表明：v为280m/min、L为20mm、p为0.55MPa、Φ为1.1mm，采用四孔喷嘴纺纱得到的14.7tex 55/45麻赛尔与玉米纤维MVS混纺纱断裂强力大，条干好，耐磨性优良。