（纺织工程专业论文）Lyocell织物原纤化的研究及评价[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 y9 0 8 7 9 5 l y o c e l l 纤维是一种新型纤维素纤维，被誉为2 1 世纪最具潜力的纤维。一方面其 具有优良的性能，具有高的干湿强力，吸湿性，染色性穿着舒适性，同时又有很 好的抗皱性和尺寸稳定性，可以生物降解，另一方面，其生产工艺绿色环保，对环 境无污染。l y o c e l l 纤维具有较高的取向度和结晶度，但微晶间侧向抱合力较弱，在 洛胀状态及一定机械作用下时，其纵向比较薄弱的部分会有微纤分裂出来，即所谓 的原纤化。利用l y o c e l l 纤维的这种特性，可以使l y o c e l l 织物获得多种不同外观和 美感，但同时这种特性也给生产加工带来些不便。 迄今为止，国际上还没有任何评价织物原纤化程度的统一标准。本文中建立了 一种评价织物原纤化程度的方法等级评定法。采用光学生物显微镜观察从经过 次级原纤化处理的织物表面刮下的纤维的头端，由观察者根据纤维头端的形态对其 进行评级，得到不同处理程序织物的原纤化等级的均值及c v 值，确定织物的原纤化 程度。这一方法可以比较不同工艺的处理效果。 l y o c e l l 织物的原纤化处理，般包括初级原纤化、酶处理和次级原纤化三个加 工步骤。本文用四因素三水平正交实验法确定了初级原纤化的较佳工艺参数。较佳 的初级原纤化工艺条件为：浴比l ：2 0 ，p h 值l l ，处理时间9 0m i n ，处理温度l o o 。 通过比较处理时间相同、酶用量不同时和处理时间不周、酶用量相同时的织物强力 下降率和失重率确定了酶处理的较佳处理工艺。较佳的酶处理工艺为：在p h 值4 5 ， 温度5 0 时，酶用量2 9 l ，处理时间4 5 m i n 。 本文采用三种方法对l y o c e l l 织物进行次级原纤化处理织物洗涤法、家用洗 衣机洗涤法、起毛起球法。家用洗衣机洗涤法和起毛起球法处理织物可以使织物达 到完全原纤化的要求，织物洗涤法处理的效果不好，不能使织物完全原纤化。家用 洗衣机洗涤法用时长处理效果没有起毛起球法好。机械作用的时间及作用方式是影 响原纤化程度的关键。 硕士研究生翟黎莉( 纺织工程) 指导老师于湖生教授 关键词：l y o c e l l 织物；原纤化；原纤化方法；评价 a b s t r a c t w i t ht h em o s t p o t e n t i a lf i b e ri n2 1 “t oi t sc r e d i t ，l y o c e l lf i b e ri sak i n do f n e wt y p e c e l l u l o s ef a b r i c o nt h eo n eh a n d ，i th a se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ，s u c ha sh i g hd r ya n dw e t s t r e n g t h ，h i g hm o i s t u r ea b s o r p t i o n ，h i g hd y e i n ga n db i o d e g r a d a b i l i t y ；o nt h eo t h e rh a n d ， i t sp r o d u c i n gp r o c e s si sg r e e na n dn op o p u l a t i o nt oe n v i r o n m e n t t h o u g ht h e r ei sah i g h p r o p o r t i o no fah i g h l yo r i e n t e d ，c r y s t a l l i n er e g i o nw i t h i nt h ef i b e r , t h el a t e r a lc o h e s i o n b e t w e e nt h ec r y s t a l l i t e si sw e e k w h e ns u b j e c t e du n d e rm e c h a n i c a ls t r e s si ns w o l t e ns t a t e ， t h ef i b e r st e n dt op r o d u c es u r f a c ef i b r i l s t h i sw e tf i b r i l l a t i o nb e h a v i o rc a nb e m a n i p u l a t e dt oc r e a t eav a r i e t yo ff i n i s h e dh i g hf a s h i o na p p a r e lb u tt h i sb e h a v i o ra l s o b r i n g ss o m ed i s a d v a n t a g ei nt h ep r o d u c i n gp r o c e s s s of a r t h e r eh a sb e e nn oa n yu n i f o r mc r i t e r i o no nt h ee v a l u a t i o no f t h ef i b r i l l a t i o n d e g r e eo fl y o c e l lf a b r i c “r a n k a s s e s s i n go ff i b r i l l a t i o n ”i sd e v e l o p e d i nt h i sp a p e rt o e v a l u a t et h ef i b r i l l a t i o nd e g r e eo ff a b r i c sw h i c hh a v eb e e np r o c e s s e db yd i f f e r e n t t e c h n o i 6 9 i e i ：t h e f i b r i l l a t i o nd e g r e eo f t h ef a b r i ci sg i v e nb yo b s e r v i n gt h et o po f f i b e r s w h i c ha l es c r a p e df r o mt h ef a b r i c t h i sc r i t e r i o nc a nc o m p a r et h ef i b r i l l a t i o nd e g r e eo f f a b r i c sw h i c ha r et r e a t e db yd i f f e r e n ts e c o n d a r yf i b r i l l a t i o np r o c e s s t h ef i b r i l l a t i o nt r e a ti n c l u d e st h ep r i m a r yf i b r i l l a t i o n ，t h ee n z y m ec l e a na n dt h e s e c o n d a r yf i b r i l l a t i o n i nt h i sp a p e r , t h em a i np a r a m e t e r so f t h ep r i m a r yf i b r i l l a t i o nw e r e d e t e r m i n e dt h o u g hf o u rf a c t o r s - t h r e el e v e le x p e r i m e n t t h em a i np a r a m e t e r sw e r ea s f o l l o w s ：p r o c e s s i n gt e m p e r a t u r e1 0 0 ( 2 ，p r o c e s s i n gt i m e9 0m i n u t e s ，p h1l a n dl i q u o r r a t i ol ：2 0 t h ef a b r i cc a nb ei m p a a e dag o o dc l e a ns u r f a c ew h e nt h ed o s a g eo f t h e e n z y m ei s2 9 la n dt h ep r o c e s s i n gt i m ei s4 5m i n u t e s i nt h es e c o n d a r yf i b r i l l a t i o ns t a g e ，t h ef a b r i c sw e r et r e a t e dt h o u g ht h r e e m e t i l o d s f a b r i cw a s h i n g w a s h e rw a s h i n ga n dp i l l i n g t h ef i b r i l l a t i o nd e g r e eo f f a b r i c sc a nr e a c ht h ed e m a n do ff i b r i l l a t i o nt h o u g hw a s h e rw a s h i n ga n dp i l l i n gt r e a t i n g , j a p a n e s ew a s h i n gc a n t t h et r e a t i n ge f f e c tt h o u g hp i l l i n gi sb e a e rt h a nw a s h e rw a s h i n g p o s t g r a d u a t es t u d e n t ：l i l iz h a i ( t e x t i l e ) d i r e c t e db yp r o f s h e n g h uy u k e y w o r d s ：l y o e e l lf a b r i c ；f i b r i l l a t i o n ；f i b r i l l a t i o nm e t h o d s ；e v l a u a t i o n 第一章概论 第一章概论 1 12 1 世纪最具发展潜力的纤维l y o c ei i 纤维 1 1 1l y o c e i i 纤维的开发背景 在2 0 世纪，化学纤维迅猛发展，给人们生活和产业进步带来巨大变革，各种高 性能纤维相继开发成功，技术日新月异。但是也存在着原料制造、纤维生产过程中 环境污染及废弃产品回收的问题。与此同时，人们越来越追求自然、崇尚自然，对 纺织品的生产加工提出了新的更高的要求。一方面要求纤维性能及风格特征要趋于 天然化，另一方面要求纤维的生产加工做到无污染、无毒性。因此环保型纺织品、 生态纺织品及绿色纺织品成为了研究与开发的重点f l 】。 如我们所知，在纤维素纤维生产工艺上，传统的方法是用纤维素衍生物的溶液 进行加工成形的。但是，以往所用的溶剂如铜氨络合物溶液都无一例外地表现出了 工艺上生产困难和环境污染等问题，所以，寻找一种合适的溶剂，能将纤维素直接 溶解成溶液，工业上又能加工成形、环境上污染小，一直是人们所探讨的重要问题。 在2 0 世纪7 0 年代中期，美国e n c a 公司和德国0 b e r n b u r g 的e n k a 研究部门，以“n e w c e l l ” 为名立项开始了基础研究，其目标是生产一种不同于粘胶纤维的新型的纤维素短纤 维和长丝。1 。经过十几年的努力，研究工作者终于开发出一种生产过程无污染的、 绿色环保的新型纤维。该纤维的名称由国际人造纤维及合成纤维标准局( b i s f a ) 命 名，美国联邦贸易委员会也确认这种再生纤维素纤维名称为l y o c e l l 纤维。1 9 8 7 年， a k z o 公司授予奥地利l e n z i n g 公司生产许可证，该纤维商品名为l e n z i n gl y o c e l l 纤 维。1 9 9 0 年授予英国c o u r t a u l d s 公司生产许可证，该l y o c e l l 纤维的商品名为 t e n c e l 3 。 l y o c e l l 纤维一问世就被誉为2 l 世纪最具发展潜力的纤维。这主要有两个方面的 原因：一是其生产工艺的绿色环保，二是纤维的优良性能叽 1 1 1 1l y o c e u 纤维生产工艺的优势 与其他再生纤维素纤维的生产过程相比，l y o c e l l 纤维的生产过程有很大的优势。 1 绿色环保性 l y o c e u 纤维的原料是浆粕，主要来自于3 5 年生的速生植物，采用天然及非 化学合成方法制造而成，不会对生态环境造成破坏及污染。l y o c e u 纤维本身可以被 土壤完全分解，不会造成环境的二次污染。 l y o c e u 纤维是以n - 甲基吗啉氧化物( n m e l y lm o r p h o l i n eo x i d e ，简称 n m m o ) 的水合物为溶剂，采用干湿法纺丝闭路式生产的再生纤维素纤维。其纺丝 过程是：温度约为1 0 0 的溶剂先通过一个合适的喷丝板，纤维素穿越过冷却气流 第一章概论 作用，在保持其他优良性能不变的情况下，产品表面不会形成微纤，特别适用于针 织品的加工。该公司开发的新型非原纤化纤维t e n c e la2 0 0 与t e n c e la1 0 0 不同， 具有碱稳定性，因此与棉混纺的织物能经受全丝光处理。t e n c e la2 0 0 具有与棉相 似的染色亲和性，染色效果一致均匀。t e n c e la2 0 0 几乎不释放甲醛，更适宜制作 内衣和婴儿服。该公司t e n c e lal o o 与t e n c e la2 0 0 的生产工艺属专利保护。 l e n z i n g 公司开发出不发生原纤化的纤维l e n z i n gl y o c e l ll f ，仍以n m m o 为 溶剂，经空气浴和n m m o 的水溶液纺丝成形。防止纤维原纤化的技术处理是在纤维 整理过程中进行化学交键，即在纤维素分子中间添入防止出现原纤化的键联结剂。 l e n z i n g 公司使用的这种键联结剂属专利配方，其含有活性染料中的稳固基团，不会 危及环境。l e n z i n gl y o c e l ll f 纤维的开发解决了以织物整理处理原纤化工艺复杂、 成本高的问题，它用化学交键的方法，在纤维的生产过程中克服了纤维的原纤化倾 向。由于纤维素大分子之间形成的交键效果，使l e n z i n gl y o c e l ll f 纤维在机械加 工和织物整理过程中都不产生原纤化现象，经多次水洗也不发生原纤化。l e n z i n g l y o c e l ll f 纤维的横截面与l y o c e l l 纤维一样，各项指标均在同一水平，只是强度和 伸长度略有下降，纤维仍具有永久的卷曲效果。但由于交键剂的作用，l e n z i n g l y o c e l ll f 纤维呈现阳离子的性能，会降低某些染料( 如直接染料) 的亲和力。 l e n z i n gl y o c e l ll f 纤维的耐晒性和耐湿性与l e n z i n gl y o c e l l 纤维没有差别。 3 超细型l y o c e l l 纤维 基于l y o c e l ll f 纤维的技术，l e n z x 青岛大学硕士学位论文 使织物的外观富有变化。 ( 3 ) l y o c e l l 与毛交织精纺花呢。如意大利s p i r i t 公司生产的5 0 5 0 l y o c e l l 毛色织 花呢，精纺条格花呢。 3 休闲系列 斜纹、卡其、细帆布、灯芯条、小提花是l y o c e l l 织物主要的应用面料，有纯纺 的，也有l y o c e l l 棉、l y o e e l l 粘胶、l y o c e l l 亚麻、l y o c e l l 尼龙、l y o c e l l 氨 纶混纺织物。 4 色织系列 多为精纺的4 0 3 色织细纺府绸，各类条格花型细米通条格，色泽鲜艳布身柔滑。 悬垂性好。这一系列的织物多采用t e n c e la1 0 0 纤维。 5 衬衫内衣料系列 用作衬衫和内衣的面料多为细支l y o c e l l 织物、l y o c e l l 氨纶弹力织物、 l y o c e l l 丝交织物。 6 针织系列 这是l y o c e l l 应用的大类产品，占l y o c e l l 使用量的7 ，尤其是轻磅弹性针织布， 是女性内衣的理想质料。随t e n c e la1 0 0 型的开发成功，t e n c e la1 0 0 在针织品上 使用日益增加。 7 非织造布系列 这类产品主要是水刺无纺布、非织造布过滤材料。 1 1 3 2 国内开发的l y o c e u 纺织品 国内开发的l y o c e l l 织物主要有机织和针织品的纯纺品和与棉、毛、麻、丝、化 纤等混纺交织产品“。 1 棉型产品 这类产品包括卡其、府绸、斜纹类和色织、牛仔布、牛滓纺、提花类。 2 毛型产品 这柒产品主要是精纺呢绒，l y o c e l l 羊绒混纺羊毛衫。上海春竹羊毛衫公司的 l y o c e l l 羊毛衫已批量生产与销售。我国的l y o c e l l 与羊绒的混纺产品的开发是国际 首创，并获得a c o r d i s 公司的好评。 l y o c e l l 与羊绒混纺可得到明显优点：增加羊绒衫强力和身骨；使羊绒衫 具有丝般光泽；降低羊绒衫的成本。 3 麻型产品 由于最近欧美流行亚麻和l y o c e l l 产品。我国湖南洞庭麻纺织厂和广东深圳一带 4 第一章概论 生产企业开发和出口了不少亚麻l y o c e l l 混纺交织产品。 4 丝型产品 已开发出l y o c e l l 绢丝混纺针织产品，使产品具有独特的风格。 5 在工业上的应用 l y o c e l l 纤维在工业应用上用于过滤材料、传送带、篷盖布、香烟过滤嘴、缝纫 线、无纺布、保温絮料等产业用纺织品。功能性的l y o c e l l 纤维有抗静电纤维、导电 纤维及阻燃纤维等。 6 特殊效果织物 利用l y o c e l l 纤维原纤化的性能可以生产具有特殊效果的织物如桃皮绒织物，仿 麂皮织物等。 l1 4l y o c e i l 纤维及其织物的应用 l y o c e l l 纤维及织物可用于以下各类纺织品【2 】： 1 用于高档纺织品、上装、夹克、牛仔裤、衬衫、运动衫。 2 可以满足高强度与高吸收性的专用织物。 3 特别适合于非织造织物，主要是水刺、湿法成网的非织造布。 4 用于石油、汽车工业、医学领域和卫生部门的过滤介质。由于l y o c e l l 纤维 具有阻挡煤焦油的性能，可以用来做香烟的过滤嘴。 5 用于加工湿揩布。 6 用于加工医用棉签和纱布。 7 用于电池隔离膜和涂层物。 8 利用其易于生物降解的性能，可用来制造一次性纺织品。 9 纺成的高强度转杯纱线，可以用来加工成各种类型的产业用织物和家用装饰 布。 1 0 成为棉纤维之后首先用于加工成真正具有牛仔布外观的纤维。 1 1 5l y o c e i l 纤维的发展趋势 随着l y o c e l l 纤维种类多样性的开发，织物的应用领域的扩展，l ，y o c e l l 纤维的 发展趋势也有所改变【5 1 。 1 1 5 1 产能向亚洲转移 目前l y o c e l l 纤维的生产区域主要集中在欧美，但销售区域主要在亚洲，特别是 中国。2 0 0 3 年1 1 月l e n z i n g 公司在上海建立销售公司，表明其销售战略重心在向亚洲 转移! 面对越来越大的市场需求量，l y o c e l l 纤维的产能也有向亚洲转移的趋势，这 青岛大学硕士学位论文 主要考虑到l y o c e l l 纤维的制造成本与销售价格。亚洲特别是中国的粘胶生产商一旦 在制造技术上获得突破，降低生产成本，大的产能扩张是有可能的。 1 1 5 2 发展差别化i 拶o c e i l 差别化也是l y o c e l l 纤维的发展趋势，如同粘胶纤维的差别化，功能性纤维是差 别化纤维的重要组成部分。开发差别化纤维的趋势就是要使其具有某种功能，如抗 菌、抗静电、阻燃等，以迎合消费者对功能性纺织品的追求。而集多种功能于一身 的差别化纤维更是一个新的发展方向，如阻燃纤维，除具有阻燃功能外，还兼有抗 静电、抗起球、抗菌和防霉等功能。因此，功能性l y o c e l l 纤维会更受市场欢迎。 1 1 5 3 拓展应用领域 以往，l y o c e l l 纤维的产品主要用于针织服装、内衣、休闲服等，产业用的比例 很小。今后，l y o c e l l 纤维向装饰用与产业用纺织品领域发展也是一个趋势。 1 2 l y o c e | i 纤维及其织物的性质 1 2 1l y o c e i i 纤维的结构 1 2 1 1l y o c d l 纤维的结构 l y o c e l l 纤维与粘胶纤维同属纤维素纤维，它们有许多共同之处，如吸湿透气性 好，不带静电，热稳定性好等，但是l y o c e l l 纤维除了完全继承了粘胶纤维的优点外， 又弥补了粘胶纤维的一部分缺点，如强度特别是湿强、初始湿模量、折皱恢复性及 尺寸稳定性等性能都有提高，可以说l y o c e l l 纤维几乎吸取了人造纤维及合成纤维的 全部优点，同时又摒弃了二者的不足。这些改进可以说是由l y o c e l l 纤维的结构决定 的”1 。l y o c e l l 纤维的结构是一种特殊的皮芯层结构，其结构模型图见图1 1 所示： 图1 1l y o c e l l 纤维的结构模型图 第一章概论 表l _ 1 几种纤维的微观结构 纤维种类聚合度 结晶度( )取向度双折射率 棉2 0 0 0 3 0 0 07 0 l y o c e l l 纤维5 0 0 5 5 05 0高0 0 0 6 l l 粘胶纤维 2 5 0 3 0 03 0 低 o 0 0 4 2 8 i 拶o c e l l 纤维的横截面为圆形，皮芯结构，皮层很薄，各项均相；不同于粘胶纤 维的锯齿形皮芯结构。这主要是由于它们的纺丝过程不同。粘胶生产时需氧化裂解， 因而降低了聚合度，一般聚合度在2 5 0 3 0 0 之间，结晶度为3 0 ，而在l v o c e l l 纤维的 纺丝过程中，无须裂解，木质纤维素原有的晶体没有遭到破坏，纺丝后形成含原纤 明显的超分子结构，因而聚合度高，可达5 0 0 5 5 0 ，结晶度达5 0 。同时，由于l y o c e l l 纤维的牵伸主要在干态下进行，因而其取向度高，即使在无定形区，l y o c e l l 纤维也 有相当程度的取向。l y o c e l l 纤维是靠牵伸诱导结晶和取向的，因而其结晶化趋于沿 纤维轴向排列，形成层状结构。它有特殊的皮芯层结构，原纤间排列十分规整，这 些微观结构上的差别形成了纤维性能上的改变。同时，由于高度结晶和取向，从而 导致了l y o c e l l 纤维极极易原纤化。1 。 l y o c e l l 纤维的皮芯结构的主要构成如下“： l - l y o c e l l 纤维由复合结构的皮层和芯层构成，芯层主要由巨原纤高度平行排 列组成，中间夹有无定形区。 2 皮层分内外两亚层：相对较薄的外受层和较厚的内皮层。外皮层的纤维素大 分子取向度较低，内皮层的取向度要高一些。整个皮层大分子的取向度沿纤 维的轴向占有一定的优势。皮层具有独特的无定形结构，其中的大部分大分 子没有充分伸直，彼此间靠羟基之间的氢键形成一些相互联结，但数量不多， 大分子相互之间排列紊乱，相互纠缠呈网状，使皮层结构相当致密，有很好 的伸缩弹性。 3 芯层主要是由沿纤维轴向排列、有很高取向度且结构相当规整的巨原纤组 成。巨原纤的结构完整致密，呈接近单晶状态。巨原纤的尺寸有两档，其中 一档的直径在0 5 砣0 i lm 之间，平均直径0 9 6 pm ；另一档在0 1 7 0 2 7 pm 之间，平均直径0 2 5 um 。 7 第一章概论 1 2 3l y o c e i i 纤维织物的特性 由于l y o c e l l 纤维有许多优良的性能，因此其织物相应的也有很多优良的特性。 1 2 3 1l y o c e l l 织物的优良特性“”1 1 l y o c e l l 纤维的高强度使它适于制造超细纤维，织造轻薄织物和厚重织物， ，制得的超薄织物的外观效果、手感、悬垂性和加工性能良好，厚重织物厚重 而不臃肿。 2 l y o c e l l 纤维的高湿模量赋予了l y o c e l l 纤维织物的缩水率很低的特点。如 t e n c e l 纱线的沸水收缩率只有o 0 4 。 3 l y o c e l l 纤维圆形截面和纵向良好的外观使l y o c e l l 纤维织物具有丝绸般的 光泽、良好的手感和悬垂性。 4 l y o c e l l 织物的水洗尺寸稳定，反复水洗外观、手感几乎没有变化，不易起 毛起球“”。 1 2 3 2l y o c e l l 织物原纤化性能 1 l y o c e l l 织物最突出的特性还是原纤化现象。利用这种原纤化现象可以达到下列 效果”： ( 1 ) 可以最大限度地发挥出桃皮绒风格的触感； ( 2 ) 通过对原纤化进行巧妙的控制，可以获得天然卷曲形成高蓬松感； ( 3 ) 可以表现出高回弹性和良好的悬垂感； ( 4 ) 可以获得适度的防皱性和优良的尺寸稳定性； ( 5 ) 因其具有优良的染色性，故可以得到较高的发色性。 2 原纤化现象在工业生产中的不利方面“”： ( 1 ) 初级原纤化产生的原纤多为长短不一的较长的绒毛，若不除去，不仅影响 外观，严重时还会缠结成球，加工时会产生摩擦痕，不易消除，给后加工带来一定 的难度； ( 2 ) 原纤化可以导致染色不匀，形成色斑，严重影响织物外观； ( 3 ) 原纤化不足，在服用过程中可能会引起再次原纤化，严重影响服用性能。 1 3 本课题研究的目的和意义 如上介绍，l y o c e l l 纤维及其织物有许多优良的特性，其中易于原纤化是这种 纤维的重要特点之一。它一方面为开发特殊织物效果( 如桃皮绒织物、清洁布等) 扩大市场提供了潜力，另一方面又限制了一定产品的应用( 如仿真丝织物等) ，并且 给加工工艺带来了许多困难。要想充分发挥原纤化特点的优势就要求能够合理有效 青岛大学硕士学位论文 的控制原纤化程度。建立合理的原纤化程度的评价方法已经成为l y o c e l l 工艺开发 中的重点工作之一，也是当务之急。迄今为止，国内外对l y o c e l l 纤维原纤化程度 的评定还没有统一的标准。本课题的目的就是通过研究确定l y o c e l l 纤维原纤化的 产生条件和方法及程度的评价体系。评价体系包括原纤化程度的测试方法及表征。 l y o c e l l 纤维及其织物是顺应了可持续发展的绿色消费的需求而研究开发的产 物，是自然与科技和谐结合的最佳作品。在以后的若干年中，l y o c e l l 织物在整个 纺织品中所占的份额，将以难以想象的速度递增。不同工艺得到的l y o c e l l 纤维样 品由于结构性能的差异，原纤化能力也就有很大差别。这就给生产者和科学研究者 造成了定的麻烦。原纤化的方法及评价体系的确定对科学研究和工业生产都有很 重要的意义。 第二章l y o c e l l 纤维及其织物的原纤化机理 第二章l y o c ei j 纤维及其织物原纤化的机理 2 1l y o c e | i 纤维巨原纤间的作用力 l y o c e l l 纤维的原纤化倾向是由于下述因素引起的：异乎寻常的高结晶度、从 n m m 0 中纺出的纤维素丝的高溶胀能力和巨原纤之间以及巨原纤中微原纤间微弱 的键合力。l y o c e l l 纤维具有较高的结晶度和取向度，而且具有明显的原纤结构， 更为突出的是其取向结晶排列( 沿纤维轴向) 非常高。这使l y o c e l l 纤维在湿状态 下会产生易于原纤化的趋势”“。 2 1 1 无定形区作用力 l y o c e l l 纤维的无定形区主要集中在皮层。伸缩弹性很好的皮层对巨原纤束的“捆 扎”作用对于纤维的稳定存在起了很大的作用。巨原纤柬之间的无定形区与巨原纤 间是靠微弱的氢键联结。由于无定形区有较多的缝隙和孔洞，这些空洞的存在进一 步削弱了巨原纤之间的联结。一旦皮层和无定形区被破坏，“捆扎”力和联结力消失， 纤维就难以稳定存在。 2 1 2 巨原纤束间的作用力 巨原纤之问是由从巨原纤中伸出的纤维素大分子以及可能存在的少量基原纤构 成的无定形区组成的。许多无定形区大分子或基原纤两端进入不同的巨原纤结晶区 把它们联结起来。这是巨原纤之间主要的联系方式，也是比较脆弱的。 2 2 l y o c e l l 纤维原纤化的机理 2 2 1 l y o c ei i 纤维原纤化的条件 原纤化与纤维的结构特征有关。不同类型的纤维素纤维的原纤化程度有所差异， 但l y o c e l l 纤维的原纤化程度在纤维素纤维中是最高的。l y o c e l l 纤维只有具备以下 全部或者大部分因素，才有可能发生原纤化现象“。 1 处在润湿状态或者湿态条件下： 2 。截面方向的极度膨胀( 如碱处理时) ，减少了原纤或大分子之间的纵向结合力： 纵向结晶相当大( 纵向结晶排列高达9 0 ) ： 3 有机械作用力施加于纤维本身； 4 合适的温度、p i 值以及溶液的浴比等因素。 原纤化的严重程度依据当时的外部处理因素而定，如碱处理的浓度、温度、机 青一篝氆高 翌蓬：位诠夏簦娶蓓辫税丽坯耷辨瞩弹端；贺馁饼浠攀炯型别秘引i 缚铆蒜慢嚯围 涮馒堪篡鹱；织物篙强莲莎剿别税茏凳嚣搿i ；目& 目| i ! | l g 二目e b 癣名； 型批矧剥掣氆j蛎稳张缆蝣锵骠蛩孺置孺嚣望x 辫慧赛。妻i f i ；耋| | 针描掣銎骈 蝤型嚣坛殚础埒；璀瞎撼沼一借蝌涮。薹i b a 二i i ! ! 痿型动麒嫡囊瓤二谜狲慨孽 姜彭拙笳篓鲁。删拦；i l ；ii ；薹臻薹自 g j ；彝l l 乓_ 厂湛嘤啦型蹲哩学f 。 ；q ! l | l 掣警基取誊蜊驯器墟凹孬在生产i f j i l ；i ! i | | | l l ；惯噎嵋籀引囊河 堤礁j 纵物的次缔篓剧州囊器甬卿刿蓦引磊；孙硪僭溺俐懵碰凄璺荔甄砀蓥牡袭 程硷辔舞私 x 第三章l y o c e l l 纤维及其织物原纤化产生的方法及评价方法 第三章l y o c ei j 纤维及其织物原纤化产生的方法及评价方法 绿色环保型的l y o c e l l 纤维具有棉的舒适性、聚酯纤维的强度、粘胶纤维的悬垂 性和蚕丝般的手感，l y o c e l l 纺织品自批量生产近十年来，发展速度极快，现已成为 国内外厂商竞相开发的纺织产品，其原料也呈供不应求之势。但是，l y o c e 1 纤维易 于原纤化的特性给其印染加工及其服装洗涤带来了很多麻烦，因此，采取合适的印 染加工和工艺条件，合理地控制原纤化是十分必要的。同时，建立合理的原纤化程 度的评价方法也成为当务之急。迄今为止，国际上对l y o c e ll 纤维原纤化程度的评定 还没有统一的标准，各纺织协会、纤维公司和科研机构通常采取不同的方法。”。 3 1l y o c el l 纤维及其织物原纤化产生的方法 3 1 1 超声波震荡处理法 将l o 根2 0 r a m 长的纤维浸入己注有l o m h 蒸馏水、容积为3 0 m l 的试样瓶中，然后将 试样瓶放入冰水浴中，用b r a n s o ns o n i f i e rb 1 2 超声波压电振子超声波处理1 5 m i n ， 使l y o c e l l 纤维发生原纤化。超声波振荡处理的装置如图3 1 所示。”。 超声波压电振子 图3 1 超声波振荡处理装置示意图 超声波压电振子产生的超声波会使溶液发生剧烈的震动，从而达到对纤维施加 机械外力的目的，使其发生原纤化。 31 2 耐磨损或湿摩擦法 纤维在一定张力下以一定包覆角与空心轴相接触，空心轴表面包覆有湿的粘胶 青岛大学硕士学位论文 长丝织物。测定空心轴旋转直至纤维断裂时空心轴的旋转次数，并将之定义为湿磨 损数，用湿磨损数表征l y o c e l l 纤维的原纤化程度。湿磨损数越大，说明l y o c e l l 纤维的原纤化程度越低。将湿耐磨试验用于l y o c e l l 织物时，用织物湿磨至出现小 洞时的湿磨损数表征l y o c e l l 织物的湿态原纾化程度。纤维湿磨擦示意图如图3 2 。 图3 2 纤维湿磨擦示意图 由于湿态下纤维摩擦值的测定无现成设备可利用，有学者根据原纤化产生的条 件，经多次实验调整，设计了如图3 3 所示测试装置。磨辊是直径为1 1 0 0 衄的钢质 圆辊，装在一个无级调速的电动机上，磨辊的线速选定约6 o m m i n ；丝束在磨辊上 的包绕角约9 0 。包绕用的棉布为全棉府绸，并用水润湿。丝束一端固定，另一端 打结后，加负荷9 4 9 ，顺势搭在磨辊上，在丝束上加水若干滴，转动时可见表面稍 有浮水。开动电动机同时用秒表计时，纤维断裂时停止计时。所测时间即为“湿摩 擦值”。同一样品多次重复测定取平均值o ”。 图3 3 湿摩擦装置示意图 1 8 第三章l y o c e l l 纤维及其织物原纤化产生的方法及评价方造 3 1 3 织物洗涤法 日本t e n c e l 协会评定l y o c e l l 织物原纤化程度的方法有两种，即家用洗衣机洗涤 法( 按照j i sl 0 2 1 7 的1 0 3 号法) 和日染检法( 按照j i sl 1 0 4 2 的f 2 法) 两种方法的试样 尺寸分别为4 0 c m x4 0 e m 并f 1 3 0 c m 3 0 c m 。 家用洗衣机洗涤法采用的浴比为l ：3 0 ，合成洗涤# f 2 9 l ，液温4 0 。c ，洗涤5 m i n ， 然后室温水洗2 m i n ，脱水后在转笼烘干机7 0 。c 烘干，以上操作重复进行，洗涤次数 共5 次。 日染检法是用滚筒洗衣机洗涤，浴量7 0 l ，6 0 。c 洗涤3 m i n ，脱水后在转笼烘干机 7 0 烘干。 评定原纤化等级时，采用t e n c e l 协会提供的原纤化评定样卡。用5 级制评定，l 级最差( 原纤化程度高) ，5 级最好。如用日染检法，4 级及以上为合格。 3 2l y o o el i 纤维及其织物原纤化的评价方法 虽然对l y o c e l l 纤维原纤化程度的评价没有一个统一的标准，但是个纺织机构和工厂 根据自己的需要也制定了很多评价方法，如工厂普遍才有烧毛法来评价织物的原纤 化程度。 3 2 1 原纤化指数主观评价法 该方法以原纤化指数( f i b r i l l a t i o ni n d e x ，简称f 。i ) o 1 0 的纤维标准样卡为 评价的标准，将待测试样与之比较而确定其原纤化指数，f i 值越大，原纤化程度 越高。 评价方法：在显微镜下将5 1 0 根经过原纤化处理的待测纤维与标准级别的纤维 进行比较，确定各根纤维的原纤化指数，然后计算平均值，即得待测纤维的原纤化 指数。该评价方法首先要将l y o c e l l 纤维进行原纤化。对于织物的原纤化指数，可从 织物上抽取纤维进行测试。 y i f i = 兰土 l 其中i ：原纤长度的总和；1 ：纤维长度 原纤长度和纤维长度实际上是在二维图像下用光学显微镜估测的。但事实上， l y o c e l l 纤维的原纤化现象在整个纤维表面都有发生，因此需要一个三维下的更精确 的计量方法。但目前对于建立三维图像下计算原纤化指数的代数模型尚有一些困难。 1 9 青岛大学硕士学位论文 用原纤化指数法测试的纤维原纤化指数示意图如图3 1 。“。 图3 1 原纤化指数评定 3 2 2 计算规定长度纤维上原纤数量的方法 将8 根长2 0 m m 的纤维试样置于盛有4 m l 水，容积为2 0 m l 的试样瓶中，在实验室用机 械振荡器振荡处理9 h ，采用的机械振荡器是德国波思, 6 e n h a n d t 公司制造的r o - i o 型振 荡器，速度开关设定在1 2 档。振荡处理后，在显微镜下数出每o 2 7 6 m m 长纤维上原纤 的数量，以此表征l y o c e l l 纤维的原纤化程度1 。 3 2 3 洗旧值法 未经交联剂处理或树脂整理的l y o c e l l 染色织物经过多次洗涤后，表面变得灰 白，色深值降低，而且其灰白程度明显高于经相同洗涤的粘胶、m o d a l 、棉等纤维素 纤维织物，这种现象主要是由于l y o c e l l 纤维易于原纤化而引起的。基于此， m n i c o l a i 、a n e c h w a t a l 和k p m i e c k ：提出了如下洗旧值v g r 的计算方法： kk v g r = 鱼孛1 0 0 s a 式中 姜经首次洗涤后织物的詈值 专嘲多次洗涤后织物的芋值 这种方法的洗涤温度为4 0 c ，所用洗涤剂枷2 6 3 3 0 标准n e c e 洗涤剂。研究表 明，当染色织物湿磨损数大致小于1 2 0 0 、洗旧值大致大于3 时，洗旧值大小可以反 薹三主! 塑! ! ! ! 堑丝垄苎堡塑星堑丝兰兰墼查鎏墨翌丝查茎 映i y o c e l l 纤维的原纤化程度，洗旧值越高，原纤化程度越大1 。 3 2 4 简单着色法 在印染加工的实际生产中，中、深浓色( 尤其是藏青、黑色、枣红、深棕和墨绿 等) 染色织物的原纤化程度很易由目测法粗略地评估，但白色l y o c e l l 织物的原纤化 程度较难用目测法评估，此时，用简单的着色试验法可帮助定性地粗略评估原纤化 程度。取- 4 , 样，在l o g l 的深色染料溶液中浸泡l m i n ，然后用冷水冲洗、脱水、烘 干，原纤化程度高的试样吸色或着色速度快于低原纤化或未原化的试样。不过，这 种方法仅限于定性评估l y o c e 1 织物的原纤化。 3 2 5 烧毛法 纤维或织物原纤化表征方法到目前尚无公认的标准，一般用原纤化指数来表征 纤维原纤化程度，虽能定量化，但仅反映局部纤维表面微小纤维的多少，实用性和 可操作性较差，工厂难以接受。一般工厂采用纤维素纤维烧毛评级方法，根据纤维 或织物表面原纤化程度，采用5 级9 档制，在放大镜下观察纤维或织物表面的微小纤 维，并进行评级。等级分类见表3 1 ，级数越小，原纤化越严重，原纤化程度越高： l 级最低，原纤化现象最严重，5 级最高，无原纤化现象。用类似烧毛评级方法来表 征原纤化，此方法简便、快捷、易掌握，能反映纤维或织物整体表面光洁程度，易 为工厂技术人员所接受”“。 表3 1 烧毛等级评定法 等级表现形式 l 级表面长毛较多，较密 l 2 级 表面长毛较多，较稀 2 级表面长毛较少，短毛较密 2 3 级表面长毛较少，短毛较稀 3 级 表面几乎没有长毛 3 4 级 表面短毛较稀 4 级 表面仅有较整齐的短毛 4 5 级表面有绒毛感 5 级 表面光洁 2 1 青岛大学硕士学位论文 3 2 5 磨毛法 以悬臂式搅拌机( r w2 0 r lo v e r h e a ds t i r r e r ，广州仪科实验室技术有限公司) 为基础，将自制钢辊( 外径2 5 m m ，内径1 7 m m ，长1 5 0 m m ) 插入搅拌机的钻夹头，并在钢 辊表面均匀包覆一层砂纸。如图3 5 所示，磨毛时，双手握持织物两端，施加张力使 织物张紧，并使其能与转动的钢辊表面相切”“。 磕 卜_ 1l y o c e l i 织物 图3 5 磨毛操作示意图 采用光学显微镜( x s p i o c a ，上海光学仪器厂) 观察织物试样的折边处，并通过 c c d 摄像头采集图像。每种织物各采集8 张图片，由5 人分别对其进行评价。在评价 初级原纤化效果时主要对长度1 0 0 0 m 的原纤进行估计，1 0 0 0 “m 以上的原纤最多 的图片评为1 分，较少为0 ，最少为一l ，累加5 人对织物8 张图片的评分取平均值即为该 织物的原纤均值。例如8 张图片中有n l 张图片评为1 分，n 2 张图片评为1 分，剩下 ( 8 - n l - n 2 ) 张为0 分，则该组图片对应织物的原纤均值为( n l n 2 ) 4 0 。在评价次级原纤化 效果时，主要考虑长度为5 0 0 1 0 0 0 m 的原纤，统计方法与初级原纤化的相同。 篷璺童堕! ! ! ! ! 堡塑兰生堕堑些塑堕塑 第四章l y o c e | | 织物产生原纤化的研究 l 即c e l l 织物具有很多优良的性质，尤其是其原纤化的性能更是给生产具有特 殊效果织物的加工带来了一个广阔的发展空间。在工业生产中，l y o c e l i 织物的原纤 化处理需要经过退浆精练、初级原纤化、酶处理和次级原纤化。对于不同的织物来 说，其处理工艺是不同的，所以要通过实验来确定适合所选织物的处理工艺。结合 上述的原纤化方法对l 归c e l l 织物进行了原纤化处理。 4 1 所选织物规格 在实验选用的样品分别是1 0 0 的t e n c e l 斜纹机织物和1 + 1 罗纹针织物各一种。 机织物的规格：纱的细度为3 0 t e x ，经密4 0 5 根l o 锄，纬密2 2 6 根l o ，幅 宽1 6 0 锄。 针织物的规格：纱的细度为2 0 t e x ，横密6 0 行5a i l ，纵密5 3 列5 锄，幅宽 8 0 锄。 机织物和针织物组织结构不同，所以它们的原纤化过程也存在有一定的差异。 实验时