（材料学专业论文）圣麻纤维及织物的性能研究.pdf

摘要 圣麻纤维是一种麻材再生纤维素纤维，它以天然的黄麻、红麻为原料，把麻材 中的纤维素提取出来，再经蒸煮、漂白、制胶、纺丝、后处理等工序制造而成，是 一种新型纺织纤维。 本论文详细介绍了圣麻纤维的形态结构和物理机械性能，通过工艺试验分析了 纺纱、织造工序中影响圣麻涤纶混纺竹节纱及机织产品质量的因素，优化了工艺参 数的配置，指出了圣麻纤维机织产品设计的要点和纺纱、织造、染整工艺的特点， 对圣麻纤维、竹浆纤维以及棉纤维面料的服用性能进行了测试及分析，采用数学综 合评判方法对各织物性能进行客观的评价，并以此为依据，指出了织物的原料组合、 织物结构、品种规格等因素对织物性能的影响。 研究分析表明圣麻纤维具有干湿强度高、抑菌防霉等特性，纤维横截面呈梅花 形，纵向表面有沟痕，因此具有良好的吸湿性、透气性，是一种新型、健康、时尚、 绿色环保的生态纺织纤维。圣麻纤维面料具有手感滑爽、悬垂性好、色泽亮丽、布 面组织丰满圆滑的个性，该面料具有凉爽、吸湿、透气、透湿的优点，特别适合做 夏季服装面料，并具有独特的抗菌性能，能够满足国际、国内纺织品市场对麻纤维 服装面料的轻薄化高档化消费需求，所以圣麻纤维面料的市场前景将非常广阔，加 强其服装面料开发和性能研究，将具有显著的社会效益和经济效益。 关键词：圣麻纤维；产品开发；性能研究；综合评判 a b s t r a c t s h e n g m aw o o df i b e ri s ar e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r , i th a san a t u r a lj u t e ，k e n a fa s r a wm a t e r i a l si nt h ew o o dc e l l u l o s em ae x t r a c t e dv i ab o i l i n g , b l e a c h ，g l u es y s t e m ， s p i n n i n g ，p o s t - t r e a t m e n tp r o c e s s e sm a d ef r o m ，i s an e wt y p e ，h e a l t h ，f a s h i o n ，g r e e n e c o t e x t i l ef i b e r i n t h i sp a p e r ，d e t a i l so fs h e n g m af i b e rm o r p h o l o g ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ， t h r o u g ha na n a l y s i so ft e c h n o l o g yp i l o ts p i n n i n g ，w e a v i n gp r o c e s s e st h a t a f f e c tt h e s h e n g m ap o l y e s t e rb l e n d e dw o v e ns l u ba n dq u a l i t yf a c t o r s ，t oo p t i m i z et h e c o n f i g u r a t i o n o fp r o c e s sp a r a m e t e r st h a ts h e n g m aw o v e nf l a x f i b e rp r o d u c td e s i g ne l e m e n t sa n d s p i n n i n g ，w e a v i n g , d y e i n ga n df i n i s h i n gp r o c e s s e so f t h ec h a r a c t e r i s t i c s o fs h e n g m af i b e r b a m b o of i b e ra n dc o t t o nf i b e rf a b r i c su s i n gp e r f o r m a n c et e s t i n ga n da n a l y s i s ，t h eu s e o f m a t h e m a t i c a lm e t h o d so fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no ft h ef a b r i cp e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n o fa no b j e c t i v ea n d ，o nt h i sb a s i st h a tt h e a n dv a r i e t i e so fd i f f e r e n ts p e c i f i c a t i o n s c o m b i n a t i o no faf a b r i cm a t e r i a l ，f a b r i cs t r u c t u r e ， a n do t h e rf a c t o r sa f f e c tt h ep e r f o r m a n c eo ft h e f a b r i c r e s e a r c ha n da n a l y s i ss h o wt h a tt h ew e ta n dd r ys h e n g m ah i g hs t r e n g t hf i b e r s ，s u c h a sa n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so fm o l d ，p l u m s h a p e df i b e rc r o s s - s e c t i o n a ls u r f a c e ，v e r t i c a l s u r f a c eg r o o v em a r k s ，i th a sg o o dm o i s t u r ea b s o r p t i o n ，a i rp e r m e a b i l i t y , i san e wt y p e ， h e a l t h f a s h i o n g r e e ne n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l ye c o - t e x t i l ef i b e r s h e n g m a f i b e rf a b r i c h a sas m o o t hf e e l ，g o o dd r a p e ，c o l o rb r i g h t ，p l u m p s m o o t hf a b r i co r g a n i z a t i o n s p e r s o n a l i t y ，t h ef a b r i ch a sac o o l ，m o i s t u r ea b s o r p t i o n ，b r e a t h a b l e ，m o i s t u r ep e r m e a b i l i t y o ft h ea d v a n t a g e s ，p a r t i c u l a r l yi n t h es u m m e ro fs u i t a b l e f a b r i ca n dh a sau n i q u e a n t i - b a c t e r i a ip e r f o r m a n c e ，t om e e tt h ei n t e r n a t i o n a la n dd o m e s t i cm a r k e tf o rf l a xf i b e r t e x t i i ef a b r i ct h el i g h to fc o n s u m e rd e m a n d ，t h e r e f o r e ，s h e n g m af i b e rf a b r i c sw i l lb ev e r y b r o a dm a r k e tp r o s p e c t s t oe n h a n c ei t sd e v e l o p m e n ta n dt h ep e r f o r m a n c eo ff a b r i c r e s e a r c h w i l lh a y es i g n i f i c a n ts o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s k e y w o r d s ：s h e n g m af i b e r ，p r o d u c t e v a l u a t i o n d e v e l o p m e n t ，p e r f o r m a n c es t u d y ，s y n t h e t i c 青岛大学硕士学位论文 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均己做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人己用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名： f 司乏诅 学位论文知识产权声明 吼叫年月仞日 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，屉年解密后适用于本声明。 不保秘 ( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名：司天l 世l日期：缸硝年9 月，矿日 导师签名：p 舀蚀袭 日期：棚年侈月留日 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及个人不得擅自使用) 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 我国是世界产麻大国，麻资源丰富，以黄麻和红麻种植面积最大，其产量居世 界第三，为圣麻纤维的生产原料提供了充足的保障。由于麻类的抗菌、抑菌功能， 在种植时不需施放农药和杀虫剂，属于天然的绿色环保纤维材料，有一定的保健功 能，舒适、透气、抑菌。之前我国的黄麻材纺织主要应用于麻袋、麻布以及麻纱线， 由于黄麻材单纤维长度仅有2 - 5 r a m ，难以纺出服装用高支纱，因此在纺织应用上受 到很大的限制。圣麻纤维的诞生，可广泛利用我国盛产麻材的优势，弥补天然麻纤 维织物手感粗糙、保型性能差、刺痒感等缺点j 胡o “。 圣麻纤维是以黄麻、红麻为原料，采用自有的专利技术开发的一种新型再生纤 维素纤维，是继再生竹纤维之后我国自行研制开发的又一新型纺织纤维。该纤维具 有干湿强度高、吸湿透气性好、抑菌防霉等特性，其织物具有手感滑爽、悬垂性好、 色泽亮丽、布面组织丰满圆滑的个性，是一种新型、健康、时尚、绿色环保的生态 纺织纤维他儿引。经纤维生产厂家初步试验，圣麻纤维可纯纺或与其他化纤混纺，生 产品种丰富的机织、针织产品。其可纺性好，对纺纱设备没有过高要求，工艺参数 的制定简单易行。 圣麻纤维产品以再生麻纤维的优良品质为内涵，风格迥异，具有爽身、凉爽、 透气、抑菌、柔软等多种高附加值，是一种非常有市场前景的新型纺织面料。再生 麻纤维不仅从根本上解决了传统麻纤维可纺性差、可织造性差、可染性差等问题， 而且满足了国际、国内纺织品市场对麻纤维服装面料的轻薄化高档化消费需求。 随着社会的发展和科学技术的发展，消费者对纺织品的要求也发生了很大变化， 已经从实用性向美观且安全的方向发展，尤其对纺织晶的卫生性能提出了更高要求， 使纺织品具有天然抑菌效果，达到安全可靠的目的，同时要求织物穿着舒适、亮丽。 圣麻纤维能够满足人们日益增长的物质和文化生活的需要，资源丰富，生长周期短， 可生物降解，是一种生态纺织原料。n 引。 2 l 世纪给中国的纺织工业带来了新的机遇。目前，中国纺织品的档次和水平还 不能适应日益发展的消费市场的需要，在功能纺钐 品、纺织新材料的开发方面，比 国外先进水平还有相当大的差距，特别是环境友好纺织产品开发太少。如何根据国 外纺织领域发展的最新动向，根据国内外消费市场，进行产品结构调整，找到与国 际纺织领域接轨的切入点，是目前亟待解决的重要问题。 圣麻纤维自问世以来，对其性能及产品开发方面的系统研究尚属空白，本课题 的主要目的：拟对圣麻纤维及织物的性能进行深入的研究，对圣麻纤维及织物的性 青岛大学硕士学位论文 能进行测试，致力于改善圣麻纤维性能、纺纱、织布、染整技术，并通过数学方法 优化纺纱织造工艺参数，更好地开发圣麻纤维及织物产品，以满足市场的需求。 1 2 国内外研究动态 圣麻纤维是河北吉藁公司自主研发、历时一年多时间、经过多次小试、中试、 规模生产成功后推向市场的，是继天竹纤维之后又一种新型再生纤维素纤维，技术 成熟，并已申请了国家专利；该纤维先后到辽宁、山东、河北、浙江等多家企业进 行成功试纺，从低支纱到高支纱、从平纹布到斜纹布、最后到染色。初步探索了一 些纺纱、织布、染整经验，随着圣麻纤维市场开发的不断深入，圣麻纤维的前景越 来越广阔3 。 圣麻纤维是一种新型的再生纤维素纤维，它以黄麻、红麻等麻材为原料，经过 蒸煮、漂白、制胶、纺丝、后处理等工艺，将麻材中的木质素、果胶脱除，降低半 纤维素和多戊糖的含量，把麻材中的纤维素提取出来，提高甲种纤维素的含量达到 9 5 以上，并调整纤维素的聚合度，达到纤维的生产要求，并最大限度地保留了麻材 的天然抑菌、防霉物质，使其架接在圣麻纤维大分子链上，再将制成的麻材浆粕经 碱浸制成碱纤维素，在反应器中和碳反应制成纤维素黄酸酯，经过熟成脱泡过滤后， 在纺丝浴中喷射拉伸而成，。 该纤维具有干湿强度高、吸湿透气性好、抑菌防霉等特性，其织物具有手感滑 爽、悬垂性好、色泽亮丽、布面组织丰满圆滑的个性，是一种新型、健康、时尚、 绿色环保的生态纺织纤维。 从圣麻纤维的结构特点看，是沿纤维方向有多数条纹，与粘胶纤维相同。从截 面看具有自己独特结构特点：似梅花型和星型，不规则。由于再生纤维素大分子间 氢键较少，再加上它的截面结构特点，表面有沟痕，所以它的吸湿性、透气性较好， 给人一种吸湿排汗、凉爽的感觉口。“。 麻材具有天然的抑菌防霉性质，在生长过程中不施农药和杀虫剂，具有自我保 护性，我们在生产过程中最大限度地保留了这种物质，使其架接在圣麻纤维素大分 子链上不受破坏，使其具有抑菌、防霉性能，并通过国家棉纺织产品质量监督检验 中心证实，具有较好的抑菌性。 圣麻纤维具有较好的染色均匀性，可以在水中润胀，导致活性染料这种水溶性 极好而分子又较小的染料能迅速吸附于圣麻纤维，并能迅速在纤维中扩散，初染率 高，半染时间短。由于活性染料在纤维中较高的扩散速率，又赋予其良好的渗透性 和匀染性，由于纤维晶区少，活性染料的可吸区增加。活性染料和纤维之问以氢键、 范德华力形成多层物理吸附的绝对数量增加，因此其平衡上染百分率较高，在上染 百分率高的前提下，参加与纤维发生键合反应的活性染料的数量增加，导致了较高 的固色率。因此，圣麻纤维染色性能优良，其平衡上染百分率较高，半染时间短， 2 第一章绪论 色泽鲜艳，匀染性好，固色率高，牢度优良2 引。 圣麻纤维具有良好的可生物降解性。作垃圾处理时，纤维素燃烧生成c 0 2 和c 0 ，； 不对环境造成污染。圣麻纤维可进行本白染色，根据织物染色要求不同，亦可进行 漂白( 氧漂) 和增白( 增白剂) 处理，较多采用的是退煮漂一步法前处理，染色过 程不用强碱，以减少对纤维强力的损伤，后整理采用预缩和树脂整理技术以降低缩 水率。 经纤维生产厂家初步试验，圣麻纤维有棉型、中长型、毛型三种，根据用户需 要可生产特殊规格纤维。根据纺织设备和工艺技术情况，可纯纺8 6 0 支、混纺8 8 0 支。 ( 1 ) 机织纺织面料 利用纤维初始模量较高、耐磨性好、色泽亮丽的特点，可开发一些织物挺括、 悬垂性好的产品。 ( 2 ) 针织毛衫内衣 根据纤维天然抑菌防霉性、吸湿性、透气性，开发各类大圆机、横机、罗纹机 产品。 ( 3 ) 医用卫生 由于圣麻纤维天然抑菌防霉性，可生产护士服、口罩、手术服、纱布、绷带、 病人的床被等，能有效防止病菌传播。 ( 4 ) 装饰、日用 利用圣麻纤维还可以生产各种装饰用品，如：地毯、凉席、玩具、毛巾、浴巾、 床单、被罩、窗帘、汽车座垫等。 ( 5 ) 无纺布 利用圣麻纤维湿强度高，可开发湿法非织造布产品。 1 3 本课题研究的主要内容和解决的主要问题 本课题的研究内容：对圣麻纤维及其制品的结构与性能及其相互间关系、作用 等方面进行研究。通过对圣麻纤维基础性的研究，找出圣麻纤维及其制品的突出优 点与弱点，开发出充分发挥圣麻纤维特点的纺织品。指导最终产品具体开发方向， 促进圣麻纤维在纺织领域的合理应用。 1 3 1 课题研究内容 ( 1 ) 圣麻纤维的微结构( 结晶度、取向度、外观形态结构等) 一的研究； ( 2 ) 圣麻纤维的吸湿放湿性( 吸湿机理与理论、吸湿平衡、吸湿放湿速率、吸 湿与纤维性能间的关系) 的研究； ( 3 ) 圣麻纤维力学性能( 纤维的拉伸性、粘弹性等) 的研究； ( 4 ) 纱线的结构性能( 纯圣麻纤维纱线、毛圣麻混纺纱线、丝圣麻混纺纱线、 青岛大学硕士学位论文 棉圣麻混纺纱线等) 的研究； ( 5 ) 圣麻纤维织物的风格与舒适性的研究； ( 6 ) 圣麻纤维及制品的染色性与功能性的研究。 1 3 2 拟解决的主要问题 圣麻纤维系新型纤维，在纤维的结构性能及其后续的加工方面的研究目前均属 起步研究阶段，本课题的技术关键是：从纤维的结构性能入手，研究其特性及其与 纺纱工艺之间的关系，研究其与产品性能之间的关系，重点研究： ( 1 ) 纤维各项物理、化学性质： ( 2 ) 纤维纱线结构理论和性质； ( 3 ) 圣麻纤维织物手感、风格与其织物结构与性质； ( 4 ) 圣麻纤维及其制品的染色性能。 4 第二章圣麻纤维结构与性能的研充 第二章圣麻纤维结构与性能的研究 纤维结构是纤维固有的特征是纤维的本质属性。不同的纤维有其不同的物理、 化学性质，其又决定着纤维各自的使用特性，而产生和保持这种特性的根本原因在 于纤维自身的结构。对一种新纤维进行研宄首先就应从了解纤维结构开始。通过 对纤维结构的测试从本质上认识这种纤维材料，进而将其结构特征与其物化性能 联系起来，开发出最适合此类材料的产品。纤维结构的内容，可以深入到微观的分 子组成与形式，也可大到纤维本身的宏观整体形虢；可以是纤维袁层或表面结构与 组成，也可以是纤维内部的组织结构与成分。这些结构基本单元的相互作用及排列 形式是影响着纤维各项性能的内在原因。 纺织纤维是纺织工程的基础材料纤维的结构性能与纺纱工艺、织造工艺、染 整工艺及纺织产品的质量和使用性能关系密切。掌握纤维原料的基本性能对于优化 纺织染各道工序设计及新产品的开发都很重要。因此，本章主要从纤维的结构入手， 测试研究了圣麻纤维的形态结构和基本性能并进行了分析。 21 圣麻纤维的鉴别性能 2l 1 圣麻纤维形态结构 将圣麻纤维整理后放在显微镜下观察，发现圣麻纤维的纵向及横向截面图，如 图2 1 ”。 从图2 1 可以看出，圣麻纤维与竹纤维、m o d a l 纤维形态相似。沿纤维纵向有 多数条纹，有部分微弯和扭转：从横截面看具有独特结构特点：似梅花型和星型， 不规则。纤维中间部分结构不致密有较大的空腔。由于再生纤维素纤维大分子间 氢键较少再加上它的截面结构特点，表面有淘痕，决定了其吸温性、透气性较好， 给人一种吸湿排汗、凉爽的感觉。 图2l 圣麻纤维纵向、横向截面图 一 青岛大学硕士学位论文 2 1 2 圣麻纤维的燃烧性能 圣麻纤维与其他纤维素纤维，如粘胶、竹纤维、m o d a l 、t e n c e l 等纤维燃烧性 能基本相同，表现为接近火焰不收缩不熔融，在火焰中迅速燃烧，离开火焰继续燃烧， 灰烬为灰白色灰。 2 1 3 圣麻纤维的化学性能 将圣麻纤维在常温下放入7 5 h ：s o ，溶液中迅速溶解；在5 n a o h 溶液中煮沸时 不溶。 2 1 4 圣麻纤维的着色性能 用1 2 - k i 饱和溶液作着色剂，把圣麻纤维试样浸入在着色剂中3 0 - 6 0 s ，然后取出， 洗净，观察纤维着色情况，其颜色为深蓝色，1 h 内由深蓝渐变为蓝灰色，以后颜色不发 生变化，这和其他再生纤维素纤维在i ：- k i 饱和溶液中着色成黑兰青有明显的区别， 可作为圣麻纤维鉴别的重要方法。 2 2 圣麻纤维的基本性能 为了制定更合理、有效的纺织染工艺，生产出质量优异的圣麻织物，对圣麻纤 维的各项性能作了测试。所测试的圣麻纤维的细度为1 6 7 d t e x 、长度为3 8 m m ，所采 用的仪器有x q 一型纤维强度测试仪、y 1 5 l 纤维摩擦因数仪、y g 3 2 1 质量比电阻仪等。 圣麻纤维的主要物理指标见表2 - 1 。 表2 - 1 圣麻纤维的主要物理指标 6 第二章圣麻纤维结构与性能的研究 量 纤维与金属 数 静摩擦 动摩擦 0 1 6 0 0 1 7 3 2 2 1 力学性能 为了对圣麻纤维的性能具有更直观地了解，接下来先把几种常见再生纤维素纤 维的力学性能作一比较。几种纤维的聚合度和结晶度见表2 2 瞄引。使用y g 0 0 4 电子 纤维强伸度仪对几种常用再生纤维素纤维的力学性能进行了测试，结果见表2 - 3 。 表2 - 2 常用再生纤维素纤维的聚合度和结晶度 聚合度4 0 0 5 0 0 结晶度( ) 4 0 4 0 0 5 0 0 4 0 2 5 0 3 0 0 3 0 3 5 0 4 5 0 4 4 5 0 0 5 5 0 5 0 表2 1 几种纤维素纤维的性能比较 从表2 - 3 可以看出，圣麻纤维的强度略高于普通粘胶纤维，与竹浆纤维的强度 相近。且湿强明显低于干强，比天丝、丽赛等再生纤维素纤维低。干态、湿态的断 裂伸长都较大，特别是湿态断裂伸长值超过2 0 ，说明圣麻纤维在湿态下容易发生 变形，尺寸稳定性较差。 2 2 2 纤维的吸湿性能 2 2 2 1 圣麻纤维的吸湿平衡 纤维的含湿量随所处的大气环境条件的变化而变化。将纺织材料置于给定的大 气中，它就会以一定的速率逐渐吸收或失去水分，直到获得新的平衡才不再变化。 这是一种相对的动态平衡，所谓的不变化并不是纤维不再吸收或失去水分。这里的 青岛大学硕士学位论文 平衡是指单位时间内纤维内部向大气蒸发的水分子数量同大气中水分子凝聚到纤维 中的数量相等。当外界条件发生变化时，平衡被破坏，又要达到一个新的平衡。这 种吸湿与放湿的情况对纺织生产和研究织物服用性能都非常重要。 2 2 2 2 纺织材料的吸湿 纺织材料的吸湿是关系纤维性能、纺织加工以及纺织品舒适性的一个主要特性。 在纤维和纺织品贸易中，材料的回潮率影响着重量和计价；在纺纱过程中，需对纤 维的回潮率加以控制，即需要控制一定的车间温湿度，否则将不利于纺织d h i ：纤 维材料的吸湿性的好坏，也直接影响纺织品的舒适性能。因此，纤维材料的吸湿性 能是纤维材料性能研究的一个重要方面，也是纤维最终产品开发着重考虑的一个前 提条件。在实际生产中，人们常会提出这样的问题： ( 1 ) 车间温湿度如何控制才能保持一定的纤维回潮率? ( 纤维吸湿平衡和吸湿 滞后性问题。 ( 2 ) 纤维回潮率的变化对纤维在生产过程中的损伤有何影响? ( 纤维回潮率对 纤维强力的影响问题。 上述问题是我们在生产中必须考虑的，这些问题与纤维的吸湿性能密切相关， 因此研究纤维的吸湿性能及其对纤维其他性质的影响是非常重要的，对生产有着指 导意义。 2 2 3 服用性能 2 2 3 1 良好的吸、放湿性和透气性 在温度为2 0 。c ，相对湿度为6 0 的环境中，利用y g 7 4 7 型八篮快速烘箱测试仪， 测得圣麻纤维的回潮率为1 3 2 。此时，再用y g 3 2 1 型质量比电阻仪，测得其质量 比电阻为1 2 5 1 0 8q g c m 2 。纤维吸湿性与聚合物的官能团及结构有关。天然纤维 素与再生纤维素虽然具有相同数量的羟基，但由于再生纤维素大分子间氢键较少， 故吸湿性要比天然纤维大；再加上圣麻纤维的结构呈梅花型，表面有沟痕，所以它 的吸放湿性、透气性较好，给人一种吸湿排汗、凉爽的感觉。圣麻纤维优良的吸湿 性能使纤维能不断地吸附衣下空气层的水汽分子，然后再以各处含湿量差异为动力 将带有热量的水分子在纤维内传递并向外发散，同时纤维截面结构的梅花型及纵面 形态的沟槽使汗液从纤维表面迅速向空气传递，使得皮肤表面的汗液不断快速向空 气层转移，保持皮肤表面始终干爽。 2 2 3 2 良好的外观和手感 圣麻纤维纵向稍有扭转，横向截面很不规则( 梅花型) ，纤维表面光泽较明亮， 手感柔软、光滑。 2 2 3 3 较好的染色均匀性 圣麻纤维属再生纤维素纤维，染色时多采用活性染料。由于其表面有很多条纹 8 第二章圣麻纤维结构与性能的研究 沟痕，使其可以在水中迅速润涨，使水溶性极好同时分子又较小的活性染料能迅速 吸附于纤维上，并快速扩散，初染率较高，半染时间较短，渗透性和匀染性较好。 固色率好，染色亮丽，染色3 0 分钟固色率达7 5 瞳儿引。 2 2 3 4 可生物降解性 圣麻纤维和其它再生纤维素纤维一样，在正常温度条件下，具有良好的稳定性， 但在一定环境和条件下，它可分解成二氧化碳和水，即进行生物降解，符合环保要 求小2 m 3 。圣麻纤维降解的方式有： ( 1 ) 垃圾处理：纤维素燃烧生成c 0 ：和h ：0 ，不对环境造成污染； ( 2 ) 土地埋入降解：土中微生物营养使泥土活化； ( 3 ) 活性污泥中降解：主要通过大量存在的细菌增强土力，经8 - - 1 0 个月降解； 使纤维素分解。 2 2 3 5 耐酸碱性和耐热性 在纤维素大分子中，分子链连接的基本方式为葡萄糖甙键，它对酸的稳定性很 小，温度升高时，酸的破坏作用特别强烈；圣麻纤维在碱中的膨润和溶解作用较强， 在相同条件下，由于圣麻纤维的的结构原因，碱对圣麻纤维的渗透性要比普通粘胶 大。圣麻纤维的热收缩率较小，2 3 0 纤维呈微黄色，3 6 0 纤维开始炭化，变为褐 色。 2 2 3 6 较高的初始模量和较好的弹性、抗皱性 纤维的初始模量主要取决于聚合物的化学性质以及大分子间的相互作用力的强 弱，分子间相互作用力强度大，纤维的结晶度和取向度越大，初始模量也越高，纤 维不易变形。普通粘胶的结晶度约为3 0 ，而圣麻纤维结晶度为4 0 左右，其初始模 量和弹性回复能力都比普通粘胶好，但比天丝、丽赛纤维差。 2 2 3 7 较低的纤维强度 圣麻纤维为再生纤维素纤维，聚合度低于天然纤维素，强伸度偏低。特别是纤 维结构中存在深浅不一的条纹和沟痕，这使得纤维的强度明显下降，也使得水分子 更易进入非结晶区，减小了大分子之间的相互作用，使纤维湿态强度明显低于干态 强度。 2 2 3 8 纤维的卷曲性 纤维的表面光滑，纤维间抱合力就很差，造成纺纱加工困难。用机械方法增加 纤维的卷曲，可提高纤维的可纺性，并改善织物的服用性。圣麻纤维的卷曲性测试 值为：卷曲率8 6 6 ，卷曲回复率7 0 6 ，卷曲弹性率8 1 3 2 。由此可见，圣麻纤 维的卷曲率、卷曲弹性率适中，说明其卷曲的耐久牢度一般，受力后卷曲的回复能 力较差，从而使其织物容易起拱变形，使服装的外观变差，并导致耐 j 性降低，这 在织物的生产服用过程中值得注意。 9 青岛大学硕士学位论文 2 2 3 9 纤维的摩擦性能 纤维的摩擦性能不仅直接影响产品的外观和手感，与整个纺纱加工的关系也很 密切。因为纤维、纱线、纱线和织物在加工过程中，会受到充分的摩擦，所以纺织 各工序的工艺参数与纤维相互之间和纤维与有关机件之间的摩擦关系很大。本实验 根据绞盘法测试纺织材料摩擦系数的原理，采用y 1 5 1 型纤维摩擦因素仪测定摩擦系 数。圣麻纤维的摩擦系数见表2 - 2 。纤维与介质、纤维与纤维之间的动、静摩擦系 数差异，使纤维及其制品的触感不同，两者差异较小时，用该纤维生产的产品具有 滑糯感及丝绸感。 2 3 圣麻纤维的应用 圣麻纤维吸湿、放湿、透气性好，手感柔软、光滑，染色后色泽鲜亮，可纯纺， 也可与涤、棉、天丝、麻等纤维混纺以克服其强力低等缺点，再加上它具有优良的 抑菌防霉、灭螨驱螨性能，使其在各个领域得到了广泛的应用。 ( 1 ) 机织服装面料 利用纤维悬垂性好、色泽亮丽的特点，可开发一些外衣产品，如：茄克面料、 体闲裤面料、衬衫面料、纺真丝面料、牛仔布、西装面料等。 ( 2 ) 针织体恤内衣 利用纤维天然抑菌防霉、灭螨驱螨性、吸湿、导湿性好的特点，可开发一些贴 身内衣产品。如：四季内衣、横机及圆机t 恤衫、袜子等。 ( 3 ) 医用卫生 由于圣麻纤维天然抑菌防霉、螨驱螨性，可生产护士服、口罩、手术服、纱布、 绷带、病人的床被等，能有效防止病菌传播。 ( 4 ) 装饰、日用 利用圣麻纤维抑菌防霉性生产的各种装饰用品，能够吸收环境及人体气味。如： 地毯、凉席、玩具、毛巾、浴巾、床单、被罩、窗帘、汽车座垫等。 本章小结： ( 1 ) 圣麻纤维是一种天然抑菌、驱螨的再生纤维素纤维； ( 2 ) 圣麻纤维具有较好可纺性，常规纺织设备就能够满足要求； 一( 3 ) 圣麻纤维染整工艺简单，可在常规设备、常温常压下进行，经染整后的织 物具有染色亮丽、色牢度好、悬垂性好、穿着舒适的特点； ( 4 ) 圣麻纤维可广泛应用于纺织加工领域，其市场要求和受欢迎程度也将口益 增加。 总之，圣麻纤维的研制成功很好地解决了天然麻材的利用问题。为纺织界提供 了更新的原料，推动了纺织技术的进一步发展，也让我们的生活更健康、更舒适。 l o 第三章圣麻纤维的纺纱性能研究 第三章圣麻纤维产品结构设计研究 3 1 机织产品的设计思路 圣麻纤维在强度、伸长变形、初始模量等方面的指标要好于粘胶，纤维总的强 伸度一般，比较容易产生变形。但该纤维在表面光泽、手感舒适程度、吸放湿能力、 透气能力、抗菌抑菌、防瞒驱瞒等功能性方面有明显的优势。因此，利用圣麻纤维 开发产品时，在产品设计中应尽量发挥其优点，避免不足。圣麻纤维在应用中应注 意以下问题： ( 1 ) 圣麻纤维可纺性好，对纺织染设备和工艺没有太难的要求，可开发纯纺、 混纺纱，生产纯纺织物、各种不同成分的混纺、交织类织物；既可开发机织产品， 也可开发针织产品；既可开发服装面料，也很适合开发各种床上用织物、卫生用织 物等，应用范围非常广泛； ( 2 ) 由于纤维强度较小，弹性一般，容易产生伸长变形，再考虑到纤维的天然 抗菌性、吸湿性和透气性，因此特别适合开发各类夏季t 恤面料和四季内衣面料； ( 3 ) 圣麻纤维在应用中，可与天丝、涤纶、棉等强力较高或弹性较好的纤维混 纺、交织，提高产品的强力、弹性、身骨等服用性能； ( 4 ) 在机织产品开发时，可利用圣麻纤维手感光滑、吸湿透气、色泽亮丽等特 点，开发一些表面光洁细腻、悬垂性好的产品； ( 5 ) 由于纤维具有良好的抗菌、抑菌性能，特别适合制作各类医用卫生产品， 如护士服、手术服、口罩、床单等，有效防止病菌传播。同时，圣麻纤维还适合开 发生产各种装饰及床上用品，如：地毯、玩具、毛巾、浴巾、床单等； ( 6 ) 由于纤维的强度较小，最好与其他纤维混纺使用，若开发纯纺织物时，不 适合采用特别细的纱线( 至6 0 支) 。 3 2 产品设计的内容 在开发和设计产品时，应根据市场的需求，结合企业的生产、技术、设备、人 员及原料的情况来综合考虑。织物设计的内容包括：原料设计、纱线设计、织物结 构设计和染整1 ：艺设计“1 3 2 1 原料设计 不同原料有不同的性能特点，所形成的织物具有不同的性能和外观。纤维对织 物服用性能有的起决定性的作用。那些与物质本身有关的性能，如耐酸、耐碱、耐 化学用品等化学性能，防霉、防虫等生物性能，几乎完全取决于纤维的性能。织物 的大部分物理机械性能，如强伸性、耐磨性、吸湿性、热性能、电性能等，纤维的 影响是主要的。许多结构和形态方面的性能，纤维的影响同样不容忽视。织物美观 方面的许多内容，如悬垂性、抗皱性、抗起毛起球性、挺括性、尺寸稳定性等有关 青岛大学硕士学位论文 物理机械性能，纤维对其有重要影响。另外，像色泽、光泽、质感之类的外观，纤 维也与之有密切的关系。 目前，一般织物的原料成本占7 0 以上，并且，纺、织、染整加工所需的费用 与原料密切相关。因为原料决定着加工系统、产品质量以及销售情况和利润，所以 选择原料时要充分考虑所设计产品的用途、性能要求及风格特点，要结合工厂实际 技术条件及设备状态。若为混纺产品，不仅要考虑混纺组分，混纺的比例也同样重 要。 在圣麻产品原料的选择方面，生产厂家可根据自己的思路和需求，采用不同的 纤维及混比与圣麻纤维混合，开发出丰富多彩、用途各异的产品。下面列举几个常 见品种。 a 纯圣麻纺纱 充分利用圣麻的性能上的优点，使织物具有良好的吸湿、放湿和透气性并且柔 软舒适。但织物的尺寸稳定性不好，过于柔软而没有身骨。适合做内衣和婴儿服装。 b 圣麻棉混纺 充分利用圣麻纤维光泽好、模量小的特性改善棉织物的光泽和悬垂性；利用其 吸湿快干的特性，改善棉织物的放湿性能；同时棉纤维也可以弥补圣麻纤维湿强不 足的缺点，使织物的保型性更好1 1 1 。常见的混纺比有圣麻棉8 0 2 0 ，7 0 3 0 ，6 0 4 0 ， 5 0 5 0 等，因为所开发的新品主要体现圣麻纤维的优点，因此圣麻的比例一般要高 于棉的比例。 c 圣麻涤纶混纺 普通涤纶纤维强力高，可使织物有较高的强力，尺寸稳定性好，但织物的吸湿 透气性差且容易产生静电，与圣麻纤维混纺，所得织物的性能可以等到很大的改善。 圣麻纤维也可与细旦涤纶混纺 。单丝线密度为0 8 9 一1 3 3 d t e x 的纤维称细旦纤 维，细旦纤维在纺织加工中，同样的纱支可相应增加纱线纤维的截面根数，从而大 幅度提高成纱的均匀度及强度，亦有利于提高纱线支数。细旦纤维由于纤维细度小， 纤维的比表面积及充填密度大大增加，成纱后在纤维间形成微气室，毛细管效应增 大，因此吸湿透气，具有良好的保暖性。同时由于细度小，纤维的弯曲刚度变小， 使得制成的纺织品手感极为柔软，表面风格细腻光洁，具有良好的悬垂性和延伸性。 d 圣麻天丝纤维混纺 天丝纤维的截面是规整的圆形，表面光滑，基本上由全芯层组成，皮层很薄， 纤维分子取向性好，分子排列的紧密程度高于棉和粘胶许多。天丝纤维具有较高聚 合度、结晶度，结品部分与无定形部分的比率达到9 ：l ，使之具有高强度、高湿模 量、干湿强力比高达8 5 。其干态强力远超过其他纤维素纤维，与涤纶接近，湿强 下降仅为1 5 ，比粘纤湿强下降幅度小得多。强力更为稳定，沸水收缩率仅为0 4 ， 第三章圣麻纤维的纺纱性能研究 提高了纺织品加工的适应性，织物尺寸的稳定性和耐洗耐用性。圣麻与天丝纤维的 组合，使纱线的强力得到了一定程度的改善和提高，织物的缩水减小，尺寸稳定性 好，同时使面料的吸湿透气性好等舒适性能得到了保留。圣麻织物具有悬垂性好、 手感柔软、色泽亮丽、布面组织丰满圆滑的特性；同时，天丝纤维的加入使织物增 加了飘逸、滑爽的特点，使织物具有真丝般的光泽1 1 3 1 。圣麻与天丝混纺纱常用细度 为：2 7 8 、1 8 2 、1 4 6 t e x l 圣麻含量为3 0 ，4 0 ，6 0 ，可根据产品性能要求 和原料成本的因素综合考虑。 e 圣麻c o o lp u s 纤维混纺 c o o l p u s 纤维是一种具有良好吸湿排汗功能的新型聚酷类纤维，其横截面为十 字形，使得纤维表面形成细微沟槽，同时通过添加特殊聚合体，利用纤维材料溶解 性的差异，赋予纤维无数细微孔洞，利用纤维表面的细微沟槽，将肌肤表层排出的 湿气汗水经由芯吸、扩散、传输的作用，瞬间排出体外，使肌肤保持干爽与清凉。 c o o l p l u s 纤维表面的细微沟槽使光产生乱反射，而且一部分光被纤维内部吸收，使 得外观颜色变深，染色性能增加，特别是染浓色效果突出。使织物的颜色显得凝重、 高贵 i o l 。c o o l p l u s 经特殊精练后，织物具有抗起毛起球性。两种纤维混纺纱制成 的织物手感滑爽，悬垂性好，吸湿排汗效果佳，亲肤性好，并具有抑菌抗菌的特性， 可制作内衣，也可制作四季外衣面料。圣麻c o o l p l u s 可按6 5 3 5 、5 0 5 0 等比例混 纺，生产高支高密织物，以提高产品的附加值。 3 2 2 纱线设计 纱线设计即按照织物品种及风格要求，确定产品的纱线线密度、捻度、捻向及 纺制工艺条件。 1 ) 线密度 纱线的粗细对产品的外观、手感、质量及机械性能均有影响。在织物组织和紧 密度相同的情况下，低线密度织物比高线密度织物的表面细腻而紧密。织物设计时， 可根据织物的厚薄确定线密度。但是如果织物要求表面细腻，同时又比较厚重，则 要选择线密度较低的纱线，织物的厚重可以通过采用二重或双层组织来实现。 2 ) 捻向及捻度 ( 1 ) 捻度：纱线的捻度对织物的手感、弹性、耐磨、强力、起球及光泽都有影 响。选择捻度时一般应考虑如下因素： a 要考虑纺纱能否顺利进行，即使使用了股线，也应使单纱具有一定强力，以 减少纺制过程中的断头。在织造过程中，经纱反复承受较大的张力和摩擦，应采用 较大捻度，而纬纱所受张力小，宜采用较低捻度。 b 纤维的长度、细度和强力较合适时，可选用较小捻度。 c 薄爽风格的织物捻度应适当加大，手感柔软丰满的织物要采用较低捻度。 青岛大学硕士学位论文 ( 2 ) 捻向：利用不同捻向的经纬纱和不同织物组织的配合，可以生产出具有不 同外观效应的织物，对织物的手感、光泽及纹路的清晰程度也有一定的影响。捻向 对织物纹路清晰度的影响如下： a 斜纹织物：根据光的反射原理可知，当斜纹方向与纱线表面捻向垂直时，纹 路较清晰，所以在选用右斜纹组织时，经纱宜采用s 捻，纬纱用z 捻。若经纬纱采 用同捻向，则应根据占优势纱线的捻向而定；选用左斜纹组织时，经纱宜采用z 捻 向纱。 b 缎纹织物：缎纹织物有经面缎纹与纬面缎纹两种，缎纹织物表面又有要求显 斜纹与不显斜纹之分。如直贡要求显斜纹，贡子清晰。棉横贡、羽缎及一般丝织缎 纹，则要求织物表面匀整、光泽好，不显斜纹。棉横贡缎纹织物宜采用5 枚3 飞的 纬面缎纹组织，纱直贡宜选用5 枚3 飞的经面缎纹，线直贡宜选用5 枚2 飞的经面 缎纹。 c 捻向对织物光泽和手感的影响：当经纬纱采用不同的捻向，如经纱为z 捻， 纬纱为s 捻时，织物表面经纬排列方向相同，反射光线一致，织物表面光泽好：但 在经纬纱交织处纤维相互垂直排列，经纬纱之间不能紧密啮合，纱线容易相互移动， 织物较厚实、柔软。反之，当经纬纱采用同向捻( 如均采用z 捻) ，则织物表面经纬 纱排列方向不同，织物表面反光散乱、光泽柔和，经纬纱交织处纤维相互平行，利 于相互啮合，经纬纱间不易滑移，织物紧密、坚牢，手感较硬挺。 3 ) 工艺设计 纱线的不同纺制工艺，影响纱线的性能，进一步影响织物的性能。如传统环锭 纺纱的纱线强力高；气流纺纱的纱线强力偏低，但条干好，膨松度好，弹性也比环 锭纺纱要好，耐磨。可以根据不同织物的要求选择合适的纺纱方法。 下面以三种圣麻织物为例来说明纱线的设计与织物风格之间的关系。 a 、圣麻棉6 0 4 01 4 6 1 4 65 2 0 3 6 0平布 b 、圣麻棉6 0 4 0 1 8 5 t 8 55 1 0 2 7 8 斜纹 这两种织物纱线较细，经纬纱密度大，布面光洁、细密。为了使纱线具有足够 的强力，采用了较大的捻度。1 4 6 t e x 的纱捻度为9 8 9 8 t m ；1 8 5 r e x 的纱捻度为 1 0 7 6 7 t m ，捻向均为z 捻。 c 、圣麻涤5 0 5 0 1 8 5 1 8 55 2 0 2 7 8 竹节变化织物这种织物为了产生较强 的麻织物的风格，在经纬纱的设计上采用了不规则的竹节，捻系数也偏大掌握，设 计为9 0 0 t m 。 3 2 3 织物结构设计 1 ) 组织的选择 选择织物组织时，要考虑织物的使用要求、品种风格、织机允许的最大用综数 1 4 第三章圣麻纤维的纺纱性能研究 等。如果在一种织物上使用两个及两个以上的组织，则要考虑组织之间的配合关系。 如果采用单轴生产，则要求在一个组织循环内，经纱平均浮长相差不要太大，以免 造成经纱的织缩不一，使织缩小的经纱在梭口满开时，由于松弛而下沉，使停经片 下落，产生织疵及空关车等弊病。 组织的选择也包括布边组织的选择。织物布边的好坏，对服用性能虽无多大影 响，但在消费者看来，布边也是质量高低的一项因素，同样会影响产品的销售。布 边设计的合理与否，对织造和染整加工效率有很大影响。为了防止染整加工中的卷 边现象，对于有异面效应的斜纹或缎纹等织物，常常需要采用不同于布身的边组织。 因此，布边设计是织物设计和工艺设计中较为重要的一项内容。 布边组织的设计要点是使布边与布身具有相同的平挺度，在染整加工中不产生 卷边现象。因此，选用布边组织时，应首先采用织物正反面经、纬浮点相同的同面 组织。如采用2 2 纬重平组织、2 2 经重平组织、2 2 方平组织或变化纬重平组织。 2 ) 经纬密度的选择 织物的经纬密度是织物结构参数的重要一项，直接关系到织物的使用性能、风 格及成本。在概算织物密度时，可以根据所设计织物的风格或要求，选择比较恰当 的经纬向紧度，再根据紧度与线密度及密度的关系，概算出织物的经纬向密度，并 经过试生产与试销，最后定出织物的经、纬密度。 3 ) 织造的缩率 在织造过程中，经、纬纱相互交织而产生屈曲，因而织物的经向或布幅尺寸小 于相应的经纱长度或箱幅尺寸，这种现象称为织缩。用经、纬纱织造缩率( 简称织 缩率) 表示织物缩率的大小，织缩率是以织物中纱线的原长与坯布长度( 或宽度) 的差异对织物中纱线原长之比的百分率来表示的。计算公式如下： 啪= 警则 以= 气五t 式( 3 1 ) 式( 3 2 ) 式中：( l o w ) 一一试样中经( 纬) 纱伸直后的长度 ( l w ) 一一试样的经( 纬