预生产废棉纤维在转杯纺纱中的应用及其对织物质量的可持续性影响研究

本文深入探讨了预生产废棉（preconsumer cotton waste）通过转杯纺纱（open-end rotor spinning）技术再生利用的可行性，系统比较了Rieter R37纺纱机不同清洁通道（A/C）对纱线（29.5tex/98tex）和织物质量的影响。研究发现，采用清洁通道C虽增加3-39%的杂质含量（trash/dust count），但能提升0.4-2.1%的纤维利用率，且最终漂白处理后的织物（plain/twill weave）在孔隙率（porosity）、透气性（air permeability）和耐磨性（abrasion resistance）等指标上均达到应用标准，为有机棉短缺背景下纺织业可持续发展提供了关键技术路径。

　　

摘要

本研究聚焦纺织业可持续发展核心问题，通过创新性利用预生产废棉（含1.5-2%杂质）结合转杯纺纱技术，系统评估了Rieter R37纺纱机两种清洁通道（A/C）对再生棉纱（29.5tex/98tex）及其织物性能的影响。实验采用80%废棉（blowroom waste 1/2）、10%落棉（noils）和10%原棉的混合配方，借助USTER? AFIS PRO等先进设备分析发现，清洁通道C虽导致纱线杂质计数（trash count）增加29-39%，但显著提升纤维利用率，且最终织物经预处理（pretreatment）和漂白（bleaching）后，种子壳碎片（seed coat fragments）污染降低85%以上，证实了废棉高值化利用的可行性。

方法与实验条件

废棉纤维处理-纺纱单元

研究团队在Rieter R37转杯纺纱机上设置差异化清洁通道：通道A采用创新几何结构（改进气流动力学），优先排除杂质但保留短纤维；通道C作为传统配置，纤维损失更少但杂质残留更高。实验采用6,000ktex粗纱，通过Tresh tester 1000和USTER? TESTER 5测定显示，纤维混合物B的短纤维含量（SFC_w）达32.4%，显著高于混合物A的24.1%，且杂质颗粒（d>500μm）多出47%。

纱线质量评估

关键发现包括：

1. 98tex纱线在通道A下的均匀度（CV_m）优于通道C（14.8% vs 15.2%），但机械性能无统计学差异；

2. 通道C纺制的纱线每千米产生更多粗节（thick +50%增加1.8个）和棉结（neps +200%增加3.2个）；

3. 纱线耐磨测试显示，98tex纱线相对耐磨指数（cycles/tex）仅为29.5tex纱线的53%，与纤维长度负相关（R²=0.89）。

机织物制备与分析

采用电子多臂剑杆织机制备平纹（plain）和斜纹（twill ?Z）织物，关键参数包括：

• 经纱：双股环锭纺棉纱（保障强度）

• 纬密：23-25根/cm

  LABOMATH Mathis设备进行的五步漂白工艺（1:10浴比）使织物面积重量增加4.3%，孔隙率下降28%。图像分析（2048×1536像素分辨率）证实，漂白后织物表面>0.5mm的种子壳碎片完全消失，SEM显微照片显示残留物颜色由深褐变为浅黄。

结果与讨论

纺纱单元设置的影响

数据揭示清洁通道A的杂质排除效率比通道C高17%（98tex纱线），但伴随0.8%的可用纤维损失。有趣的是，Lawson Hemphill CTT测试显示，通道C纱线的 lint generation（1000m产生38mg）比通道A高22%，印证了杂质残留与纤维脱落的正相关性（R=0.94）。

纱线与织物质量关联

织物性能呈现三大特征：

1. 力学性能：漂白后斜纹织物的纬向断裂伸长率（ε_weft）提升19%，与纱线 crimp增加直接相关；

2. 表面特性：Martindale耐磨测试中，平纹织物在6,000次摩擦后仍保持光滑，而斜纹织物在8,000次后出现纱线滑移；

3. 污染演变：家庭水洗5次使织物杂质数量降低62%，漂白工艺进一步清除98%的dust count（<500μm）。

结论

该研究突破性地证实：通过优化转杯纺纱清洁策略，即使处理含2%杂质的预生产废棉，也能获得适用于家纺和牛仔布（denim）的合格纱线（USTER? STATISTICS 50-95%水平）。特别是清洁通道C在98tex纱线生产中实现2.1%的纤维利用率提升，虽然导致织物初始杂质多39%，但最终处理后的产品性能完全达标。这对解决有机棉短缺（全球产量下降12%）背景下纺织业的原料危机具有重要实践意义。