一种相变调温混纺纱及其生产工艺 【技术领域】
本发明涉及一种混纺纱线及其生产方法，具体是一种具有调温功能的相变调温混纺纱及其生产工艺，属纺织生产技术领域。
背景技术
相变材料PCM(phase change materials)是一种利用物质相态转变进行储能和放能的化学材料。20世纪30年代以来，特别是受80年代能源危机的影响，相变储热(LTES)的基础理论和应用技术研究在欧美发达国家(如美国、英国、加拿大、日本、德国等)迅速崛起并得到不断发展。材料科学、太阳能、航天技术和工程热物理等领域的相互渗透与科技的迅猛发展为相变储热研究和应用创造了条件，而相变材料在纺织服装领域的应用，特别是在具有调温功能纺织品方面的应用也越来越广泛，对这方面的研究也越来越深入。目前，相变调温织物大量应用于户外服装、内衣裤、毛衣、衬衣、帽子、手套和床上用品等。
20世纪70年代初，Hansen.R.H将CO2之类的气体先溶解到各种溶剂中，利用特殊方法将中空部分密封，使纤维中空部分的CO2等气体发生气-液(固)相转变，以此达到保温的目的。但仅适用于气温较低的情形，而且在织物加工的过程中气体很容易从纤维中逸出，使织物失去调温功能。
20世纪80年代初期，美国农业部南方实验室的Vigo等人将带有结晶水的无机盐类(硫酸钠、氯化钙、氯化锶等)填充到中空纤维的中空部分，利用相变水合盐在室温下发生的熔融和结晶来达到吸热和放热的目的，从而调节温度。但是中空纤维内部的无机盐在开始时具有吸放热功能，但反复升降温后，无机盐便失去结晶水从纤维中析出。后来，Vigo等人还将常温可结晶的聚乙二醇封人中空纤维内部，这种纤维经过150次加热和冷却循环后，仍具有吸放热功能。但由于中空纤维的直径较粗，很难避免纤维表面沾有聚乙二醇，所以产业化的推广价值也很小。
20世纪80年代中期，TRDC(triangle research & development company)公司将相变材料密封于微胶囊中，研制出具有吸放热功能的微胶囊。同一时期Vigo等人又将分子量为500-8000的聚乙二醇和DMDHEU等交联剂及催化剂一起混合后制成均匀水溶液，再将棉、涤棉和羊毛织物等在溶液中浸渍、轧榨、烘干、皂洗，得到增重50％左右的织物，测试发现该类织物在0-50℃范围内具有明显的吸放热效果。
90年代初，日本酯公司采用纺丝法直接将低温相变物质如石蜡纺制在纤维内部，并在纤维表面进行环氧树脂处理，该纤维在升降温过程中，石蜡熔融吸热、结晶放热，使该纤维具有吸热、放热的效果。
1993年美国TRDC公司通过将石蜡类碳氢化合物封人直径为1.0～10.0μm的微胶囊中，然后与聚合物溶液一起纺丝制得具有可逆蓄热特点的纤维，也有公司将相变微胶囊通过涂层的方式添加到织物表面，以此提高织物的保温性。
在海湾战争期间，美国TRDC公司研制具有长效降温功能的夹克(PECS)。研究人员通过将直径3～100μm的微小相变材料密封在各种口袋内固定在夹克上，得到了吸、放热量效果明显的调温服装。轻质的PECS服装可以使服装内温度保持在26℃达2-3h，加强型的PECS服装可以使服装内温度保持在26℃达3h。
1998年，美国TRDC公司将经过改性的微胶囊进行熔融法纺丝试验，制成了含有3％(重量)相变材料微胶囊的丙纶纤维，并对纤维进行了测试，结果表明该纤维具有温度调节能力。
我国自20世纪90年代初开始蓄热调温纺织品的研究工作，天津工业大学功能纤维研究所自1993年开始从事蓄热调温纤维的研究开发工作，对以聚对苯二甲酸乙二酯一聚乙二醇嵌段共聚物、脂肪族聚酯、聚乙二醇和聚丁二醇为原料进行熔融复合纺丝制得具有温度调节功能的纤维进行了系列研究。天津工业大学材料化工学院马晓光副教授将相变材料聚乙二醇(PEG)以交联方式添加到织物上，对整理后的织物的蓄热调温性能进行了研究。
1997年，天津工业大学对熔融复合纺丝技术进行了深入研究，研制出了相变物质含量在16％以上，单丝线密度为5dtex的蓄热调温纤维。2000年，天津工业大学将一定量的调温微胶囊与粘合剂、消泡剂均匀混合，在纯棉及涤/棉织物上进行涂层整理，经测定其相变热可达40J/g，热阻值也从原来的0.207CLO提高到0.245CLO，但经整理后透气性下降，物理机械性能也受影响。天津工业大学张兴祥研制的熔纺纤维中相变材料微胶囊含量达到了20Wt％，经测试在38℃的气温下能保持服装内部温度低于30℃达25h，目前已试用于我军用飞行服和通风服等。
2003年，清华大学张寅平等人研制的医用降温服，通过衣服上缝制多个用于装降温袋的口袋，且每个口袋都有封口。使用时将降温袋装入降温服的口袋里，利用相变潜热进行降温。
相变调温纤维既能纯纺，也能与棉、羊绒、桑蚕丝、维纶、涤纶等各类纤维混纺；既可以机织，也可以针织。目前，相变调温纤维采用大多采用两种纤维混纺为主，对三组分纤维混纺的研究较少。相变调温织物大多采用涂层和植入纤维体中的形式，然而涂层织物不耐水洗，易掉落，织物厚重闷热，手感粗硬，透气性差，不利于人体长时间穿着；又相变调温纤维是以腈纶为基体的Outlast纤维，其横截面较粗，比电阻较大，抱合力差，纺纱过程会出现静电现象，这些特性严重影响了纺纱加工的顺利进行。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种通过与其它纤维混合纺纱，可以改善单纯相变调温纤维成纱难度大地问题、提高织物的服用性能，同时又可以降低成本，提高产品附加值的相变调温混纺纱及其生产工艺。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：该相变调温混纺纱，其特征在于：其组分中包括outlast纤维和棉纤维，所述的outlast纤维重量比例为10％～50％，棉纤维重量比例为50％。
本发明所述的组分中还包括丝光羊毛或者吸湿排汗涤纶纤维，丝光羊毛重量比例10％～40％，吸湿排汗涤纶纤维重量比例为10％～40％。本发明采用纤维混纺的方式，采用的outlast纤维即相变调温纤维是以腈纶为基体的棉型纤维，基于内衣及毛织类产品的服用特性，选择棉、羊毛等天然纤维混纺，能充分提升调温纤维的特性，能有效控制调温纤维的转移规律。从可纺性来讲，选用三组分比二组分的实用性更大，也可以为其他类型的三组分纺纱作技术参考，采用吸湿排汗纤维主要考虑内衣产品吸湿及服用性能，最终的测试表明该组分纱线的调温及吸湿效果比较理想。
本发明解决上述技术问题的技术方案还是：一种相变调温混纺纱的生产工艺，依次包括以下步骤：散毛染色，和毛，开松，清花成卷，梳棉，一道并条，二道并条，三道并条，粗纱，细纱和络筒，其特点在于：所述的和毛过程中首先按所纺比例将各种纤维进行混合，在和毛机上进行人工喂人；其次用和毛机将纤维开松，根据纤维的回潮率添加水分；组分中若含有丝光羊毛则在定量的水中一边慢慢倒入和毛油，一边搅拌，进行乳化，和毛油用量为丝光羊毛重量的5-8‰，待乳化调匀后，再慢慢倒入抗静电剂边倒入边搅拌，使其达到均匀为止，抗静电剂用量为丝光羊毛的5-10‰；
所述的开松以及清花成卷过程中，用尼龙布包裹棉卷，棉卷定量300g/m，棉卷定长30m，各部打手速度350-450r/min；
所述的梳棉过程中，采用化纤专用针布，生条定量16g/5m，道夫转速11r/min，锡林转速380r/min，刺辊转速1800r/min，锡林与盖板隔距为12mm、10mm、8mm、6mm和8mm；刺辊与锡林隔距12mm，锡林与道夫隔距5mm；
所述的多道并条过程中，在保证正常牵伸的前提下，前、中、后罗拉上胶辊加压范围为200-300N，胶辊进行防静电处理，头道并条其后区牵伸倍数为1-3，第二道并条的后区牵伸倍数为2-4，前区牵伸倍数为5-8，第三道并条的后区牵伸倍数为2-4，前区牵伸倍数为5-9；
所述的粗纱过程中前罗拉速度为180r/min，捻系数50，干定量2.25g/5m，前档皮辊加压340N，罗拉隔距22mm×35mm，后区牵伸10倍，车间温度25℃，相对湿度80％；
所述的细纱过程中前档加压270N，细纱锭速6500r/min，罗拉隔距22mm×23mm，后区牵伸倍数1.35，前罗拉速度165r/min，车间温度25℃，相对湿度75％。本发明采用纤维混纺的方式，主要对相变调温混纺纱加工工艺等方面进行了研究。本发明采用的Outlast纤维是以腈纶为基体的棉型纤维，其横截面较粗，比电阻较大，抱合力差，纺纱过程易出现静电现象，纤维在分梳、牵伸等加工过程中存在微胶囊被挤压破裂的问题，这些特性严重影响了纺纱加工的顺利进行，易造成梳棉成条困难，纱条蓬松、并纱、粗纱、细纱时易缠罗拉、绕胶辊等问题。由于Outlast纤维密度小、纤维蓬松、单位质量体积较大，成纱难度大，纺纱细度有很大的局限性，尤其是纺细支数的纱难度特别大，因此各纺纱工序中定量要偏轻设计，定长偏小掌握，粗纱、细纱卷绕螺距和径向密度也要偏小掌握。混纺工艺参数、纤维转移规律及混纺比大小在很大程度上影响了织物的调温效果。本发明通过选择纤维品种、细度、长度及含量来使Outlast纤维趋于分布在纱线的表层。在Outlast纤维含量40％时可以显著分布在纱的表面，减少或增加其含量则又趋于内层转移。可以根据实际需要调整Outlast纤维含量，使微胶囊处于次表层，这样既保证了调温效果，又减少了微胶囊的破裂，一般以30％-40％比较合适。尽可能使Outlast纤维趋于分布在纱线的表层，尽可能减少微胶囊的破裂。改变了以往利用涂层工艺来使织物具有调温的方法，在一定程度上改善了织物的风格，将Outlast纤维与其他纤维混纺，改善了涂层织物手感粗硬，重演性差，不透气，不耐水洗，笨重闷热等缺点。同时也充分利用了其他纤维的优良特性，弥补了Outlast纤维成纱难的缺点。
本发明所述的散毛染色中对棉纤维的处理过程是：先将染液升温至70℃，加入活性染料，保温30分钟后，加入元明粉、纯碱，保温30分钟，冲洗干净后出缸；对Outlast纤维的处理过程是：先将染液升温至100℃，加入阳离子染料，保温30分钟后，用40℃～45℃水洗，冲洗干净后出缸。
本发明所述的络筒过程中槽筒速度控制在800r/min。络筒速度过快，容易增加混纺纱毛羽，所以在考虑产量的同时，要适当降低槽筒速度，利于控制毛羽。
本发明与现有技术相比具有以下优点：通过与其它纤维混合纺纱，可以改善单纯相变调温纤维成纱难度大的问题、提高织物的服用性能，同时又可以降低成本，提高产品的附加值。相变调温纤维是一种具有双向调温的功能性纤维，其织物能够为人体提供较为舒适的服装内环境。调温类纺织品的生产方法有中空纤维填充法、织物涂层法和微胶囊法。中空法相变材料容易泄漏，而且纺、织、染加工难度大，涂层法织物闷热笨重、透气性差、手感粗硬。将相变微胶囊与纺丝液一起熔融纺丝可以解决上述两种方法出现的问题，并能在一定程度上改善织物的服用性能。
本发明采用的是美国Outlast公司生产的腈纶型相变调温纤维，该纤维属于棉型有光纤维，横截面较粗，比电阻较大，易产生静电，纤维抱合力小，这些特性影响了产品的开发与应用。通过与其它纤维混合纺纱，可以改善单纯调温纤维成纱难度大的问题。通过选用合适的纤维混纺比和纺纱工艺纺制相变调温混纺纱，通过控制调温纤维含量来控制调温效果，同时又能改善成纱及服用性能，也可以适当控制成本。
【附图说明】
图1为本发明生产工艺流程示意图。
【具体实施方式】
棉、丝光羊毛、Outlast纤维、吸湿排汗纤维混纺，各纤维原料结构性能差异大，为达到所要求的混纺纱品质，本发明采用半精梳毛纺系统进行纺制。其基本工艺模式为：前道为粗纺的和毛设备、棉纺的梳棉机和并条机，粗纺的粗纱机，棉纺的细纱机，后道为精纺的络筒、并线、倍捻设备。半精纺混纺纱具有精梳毛纺光洁度和粗疏毛纺的蓬松感。其工艺流程如下(括号内为使用的设备型号)：
散毛染色→和毛(BC262)→开松(FA100)→清花成卷(A035C；FA046；A176E；A045B组合)→梳棉(A186H)→一道并条(FA304)→二道并条(FA304)→三道并条(FA304)→粗纱(A454E)→细纱(EJM128K)→络筒(意大利萨维奥ORION.M型)。
结合原料的特性、企业生产成本及实际穿着使用情况，我们确定Outlast纤维最高比例为50％，具体的纤维混纺比如表1所示。
表1混纺纱纤维含量
具体工艺过程如下：
(1)散毛染色
棉纤维：染液升温至70℃，加入活性染料，保温30分钟后，加入元明粉、纯碱，保温30分钟，冲洗干净后出缸。
Outlast纤维：染液升温至100℃，加入阳离子染料，保温30分钟后，用40℃～45℃水洗，冲洗干净后出缸。
丝光羊毛和吸湿排汗纤维涤纶用原白，没有染色。
(2)和毛工序
对于多组分纤维混和，在混和前需对各组分纤维进行预开松。由于Outlast纤维是以腈纶为载体，纺纱过程易出现静电现象，为改善其可纺性，必须在纺纱前对Outlast纤维进行充分预松加湿、加抗静电剂等预处理，为保证纺纱工序的顺利进行，和毛时还需加入一定的油水。
和毛工序为：预开松→和毛→加油水。对于不同成分纤维原料，由于纤维结构性能及混入比例不同，加入油水的量也应不同。具体操作：首先，按所纺比例进行混合，在和毛机上进行人工喂人；其次，用和毛机将纤维开松，根据纤维的回潮率添加水分；然后，对含有羊毛成分比较多的纤维，在定量的水中一边慢慢倒入和毛油，一边搅拌，进行乳化，待乳化调匀后，再慢慢倒入抗静电剂边倒入边搅拌，使其达到均匀为止。和毛油用量一般相对纤维重量的5-8‰，抗静电剂用量一般相对纤维重量的5-10‰。
(3)开清棉工序
开清棉工序采用“短流程、多梳少打、慢速度、勤抓少抓、多混合”的工艺原则。以梳代打，减少纤维损伤，防止微胶囊破裂。此外，还需用尼龙布包裹棉卷，防止抗静电油剂挥发。主要工艺参数：棉卷定量300g/m，棉卷定长30m，同时适当降低各部打手速度，一般各部打手速度为350-450r/min。
(4)梳棉工序
为了减少纤维损伤，梳棉采用“偏轻定量、慢速度、小张力、中隔距、轻加压”的工艺原则。定量太轻容易飘棉网、烂边、破洞，太重容易堵圈条盘；加压过重易使微胶囊破裂，过轻易堵喇叭口。另外，须采用化纤专用针布防止分梳过程中微胶囊破裂。主要工艺参数：生条定量16g/5m；道夫转速11r/min锡林转速380r/min；刺辊转速1800r/min锡林～盖板隔距12、10、8、6、8mm；刺辊与锡林隔距12mm；锡林与道夫隔距5mm。
(5)并条工序
为防止牵伸过程中微胶囊破裂，在保证正常牵伸的前提下，前、中、后罗拉上胶辊加压范围为200-300N，胶辊进行防静电处理，速度偏低掌握，以防止缠绕胶辊。为消除纤维弯钩、提高纤维伸直度，使纤维排列整齐，头道并条采用较大的后区牵伸倍数；为获得较好的条干均匀度，第二、第三道并条采用“后区牵伸倍数较小、前区牵伸较大”的工艺原则。一般头道并条其后区牵伸倍数为1-3，第二道并条的后区牵伸倍数为2-4，前区牵伸倍数为5-8，第三道并条的后区牵伸倍数为2-4，前区牵伸倍数为5-9；主要工艺参数见表2。
表2并条工序的工艺参数
(6)粗纱工序
Outlast纤维蓬松，体积密度小，纤维间抱合差，粗纱生产难度较大。为保证粗纱质量，应选用较大的捻系数、较小的锭速和后区牵伸倍数，粗纱轴向密度、径向密度设定偏小掌握。另外，为了避免微胶囊破裂，粗纱皮辊加压应选用最轻档。主要工艺参数：前罗拉速度180r/min，捻系数50，干定量2.25g/5m，前档皮辊加压340N，罗拉隔距22mm×35mm，后区牵伸10倍，车间温度25℃，相对湿度80％。
(7)细纱工序
由于Outlast维蓬松，不易控制，为有效控制纤维，改善条干均匀度，除合理选配牵伸区工艺参数外，还要适当增加上下皮圈厚度及改用自动张力皮圈架{4}。主要工艺参数：前档加压270N，细纱锭速6500r/min，罗拉隔距22mm×23mm，后区牵伸倍数1.35，前罗拉速度165r/min，车间温度25℃，相对湿度75％。
(8)络筒工序
采用意大利萨维奥ORION.M型自动络筒机，槽筒速度控制在800r/min，络筒速度过快，容易增加混纺纱毛羽，所以在考虑产量的同时，要适当降低槽筒速度，利于控制毛羽。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。