（纺织工程专业论文）天丝纤维前纺工艺质量控制的研究.pdf

，一 卜 学位论文的主要创新之处 一、本课题研究了a 1 0 0 天丝纤维和g 1 0 0 天丝纤维的物理和化学性能， 提出了从外观和于感方面区分两种性质柏近的纤维。 二、本课题论述了a 1 0 0 天丝和g 1 0 0 天丝纤维在清花、梳棉、并条和 粗纱四个前纺工序的工艺参数的选取、生产过程的控制，并重点对梳 棉工序的针布优选进行了研究。 三、本课题对天丝纤维原纤化的特征进行了研究、分析，并提出天丝 纤维在前纺各工序就表现其原纤化特性。 - s 摘要 当前人们的生存环境同益恶化，臭氧层遭到，限重破螂i ，人们迫切需要健康、 绿色、环保的生存环境。纺织行业为了满足消费者的消费心理，满足同益激烈的 市场竞争，不断地丌发绿色环保纺织晤i 料。天丝纤维被称为“二十一世纪的绿色 纤维”，其制造过程环保，制造纤维的溶剂可以9 9 5 地l l j l 收。天丝纤维具有优 异的物理机械性能和化学性能，其截面为圆形，纵向光滑，纤维的强度接近于涤 纶，且湿强力损失较小。天丝纤维的回潮率高，远大于棉纤维，接近于粘胶纤维。 同时，天丝纤维具有丝一样的光泽。本文通过测试天丝纤维的长度、细度、强度、 伸长、卷曲数、比电阻和回潮率等物理指标，可知其是非常适用于纺织行业的优 质纤维，可纺性能良好。由于天丝纤维具有纤维长度长、整齐度好、纤维表面光 滑、强力大、回潮大、蓬松、抱合力差、弯曲性有限的特性，采用棉纺设备生产 时，清花工序采取“细抓、少打、多混、多梳”的工艺原则；梳棉采取“紧隔距、 强分梳、轻定量、少排杂、易转移”的工艺原则；并条工序采取“多并合、重加 压、轻定量、大隔距”的工艺原则；粗纱工序采用“大隔距、重加压、适当捻系 数和慢速”的工艺原则。通过对清花、梳棉、并条和 l 纱这四道前纺工序进行技 术分析、查找出现质量问题的原因，反复试验，为每道工序选取了合理的工艺参 数。本课题的成功研究，为今后棉纺织厂生产天丝类纱线及面料，提供了很好的 理论依据和实践经验。 关键词：天丝纤维；性能；自仃纺；质鼍控制 ，l a b s t r a c t a tt h ep r e s e n t ，t h el i v i n ge n v i r o n m e n to fp e o p l ed e t e r i o r a t e si n c r e a s i n g l y ，t h e a i ro z o n o s p h e r es u f f e r sg r a v ed a m a g e ，s op e o p l eu r g e n t l yn e c e s s a r i e sh e a l t ha n d g r e e na n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nl i v i n ge n v i r o n m e n t ，a n dt h ei n d u s t r i e so ft e x t i l e c o n t i n u o u s l yd e v e l o pt h eg r e e ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nn e wt y p eo ft e x t i l em a t e r i a l s oa st os a t i s f yc o n s u m p t i o np s y c h o l o g yo fc o n s u m e ra n dt h ei n t e n s ei n c r e a s i n g l y m a r k e t p l a c ee n v i r o n m e n t t e n c e lf i b e ri sn a m e dt h eg r e e nm a t e r i a l so ft h e21s t c e n t u r y i ti sae n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nt h a tm a k i n gp r o c e s so ft e n c e lf i b e r sa n dt h e r e c o v e r yo fs o l v e n ti s 9 9 5 t e n c e lf i b e r sh a v es o m eo u t s t a n d i n gp h y s i c a la n d c h e m i c a lc a p a b i l i t i e s ，a n di t ss e c t i o ni sc i r c u l a r l ya n ds u r f a c eo f p o r t r a i ti ss m o o t h l y ， a n di t si n t e n s i t yi sc l o s et ot h ep ol y eth yle n e ，a n dw e ti n t e n s i t yl o s tal i t t l e t e n c e l f i b e r sh a v em o r em o i s t u r er e g a i nt h a nc o t t o nf i b e r sa n dc l o s et ot h ev i s c o s ef i b e r s b y t e s t i n gs u c hm a i np h y s i c a lt a r g e t si n c l u d i n gl e n g t h ，f i n e s ，i n t e n s i t y , e x t e n s i b i li t y , c r i m pc o u n t s ，a n dm o i s t u r er e g a i na n da c ti sk n o w n a st h eh i 【曲g r a d et e x t i l ef i b e rt h a t i sa p p l i c a b l et ot e x t i l ei n d u s t r i e sa n dt h es p i n n i n ga b i l i t yi sv e r yg o o d s i n c et e n c e l f i b e ri so n ek i n do fn e w t y p eo ff i b e rt h a td i s t i n c tt h ev i s c o s ef i b e r ，i th a s m o r ef i b e r l e n g t h ，f o r m a l ，s m o o t h l y , p o w e r f u lf o r c e ，b i g g e rm o i s t u r er e g a i n ，f l u f f y , l i t t l e r e s u l t a n to ff o r c e sa n df i n i t e p r o p e r t yo fc r o o k e dq u a l i t y w h e na d o p t i n gc o t t o n s p i n n i n gi n s t a l l a t i o nt og i v eb i r t ht o ，e x p e n d i n gd i s t i n c t l yt o t a k ec a r e f u l l yp a y s s p e c i a la t t e n t i o nt oam o m e n ts t r i k e ，c o n f u s em o r e ，c o m bt h et e c h n o l o g yr u l em o r e t h ec a r di st a k e nt i g h t l yt os p a c e t h ep o w e r f u lb r a n c hi sc o m b e d ，l i g h tr a t i o n l a y i n ge q u a ls t r e s so nal i t t l ei sa i m e da tt h ec a r dc l o t h i n gt oa c tg r e a tq u a n t i t ya n d t e s t s ，t a k et h es c i e n t i f i ck n o w l e d g ea n a l y s i sm e a n s ，s e l e c tt h eo p t i m u mc a r dc l o t h i n g d r a w i n gw o r k m a ns e q u e n c ei st a k e na n n e x i n gm o r e ，s e v e r e l ya d dp r e s s u r e ，l i g h t r a t i o n ，t e c h n o l o g yr u l es p a c i n gg r e a t l y e x p e n dd i s t i n c t l y , c a r d r o v i n gw o r k m a n a d o p t ss p a c i n gg r e a t l yt h es e q u e n c e ，s e v e r e l ya d dp r e s s u r e t e c h n o l o g yr u l ew i t h d r i v e sa tas l o ws p e e do fp r o p e rt w i s t i n g t h i sf o u rf o r es p i n sw o r k m a n ss e q u e n c eb y m e a n so fc a r r i e so i lt h et e c h n i q u ea n a l y s i st od r a w i n ga n dr o v i n g t h es e a r c h i n gh a s k n o w nt h eq u a l i t yp r o b l e mr e a s o n t e s ta g a i na n da g a i n ，s e l e c tt h er i g h t f u lt e c h n o l o g y p a r a m e t e ri nt h ei n t e r e s to fp e rw o r k m a n ss e q u e n c e t h es u c c e s so ft h i st a s ks u p p l y t h e o r yf o u n d a t i o na n de x p e r i e n c e k e yw o r d s ：t e n c e lf i b e r ；a b i l i t y ；f o r es p i n n i n g ；q u a l i t yc o n t r o l 日u 舌 目录 第一章国内外天丝纤维的研发状况及课题的提出一一一2 1 1 国内夕h 天丝纤维的研发状况一一一一一一一一一一一一一2 1 1 1 国夕f 、天丝纤维的研究发展状况一一一一一一一一一一3 1 1 2 国内天丝纤维的研发状况一一一一一4 1 2 课题的提出一一一一一一一6 1 2 1 课题提出的亩仃提一一一6 1 2 2 课题提出的目的和意义 1 2 3 课题拟解决的主要问题 第二章天丝纤维的性能研究一 2 1 分子结构及组成分析一一一一一一一一8 2 2 形态结构 2 3 天丝的原纤化特性一 2 4 天丝纤维主要的化学性能一 2 4 1 酸、碱对天丝纤维的作用 2 4 2 氧化、还原齐| j 对天丝的作用一一一一一1 1 2 4 3 纤维素酶对天丝的作用 2 4 4 天丝纤维的燃烧、溶解性能一一1 2 2 4 5 天丝纤维的染色性能一一一1 3 2 5 天丝纤维机械物理性能一一一一 2 5 1 天丝纤维机械物理性能分析 2 5 2 天丝纤维的主要物理性能一一一一一1 5 2 5 2 1 纤维长度一 2 5 2 2 纤维细度一 2 5 2 3 纤维含油率一 2 5 2 4 纤维卷曲一一一一 2 5 2 5 纤维比电阻 2 5 2 6 纤维断裂强度和伸长一 2 5 2 7 纤维回潮率一 一一一一一一一一一一17 一一一一一一一一l 8 一一1 8 2 5 2 8 机械物理性能总结一一一一一一一一一2 1 2 6 天丝纤维的鉴另u 2 7 本章j 、结一一一一一一2 3 第三章天丝纤维前纺工序工艺质量控制的研究一一一一2 4 l 3 1 原料准备一一一一一一一一2 4 3 2 工艺流程的确定一 3 3 清花工序工艺质量的研究一一一- 一- 一一一一一一一一2 5 3 3 1 艺原贝0 一一一一一2 5 3 2 2 工艺分析一一一一一一一一 3 3 3 技术难点分析及带0 定措施一一一2 7 3 3 4 清棉机主要工艺参数确定一一 3 3 5 控伟4 指标检i 9 1 0 与评价一一一一一一一一一一2 8 3 4 梳棉工序工艺质量的研究一一一一一一一一一一一一一一2 9 3 4 1 工艺选择一 3 4 2 梳棉机的主要分梳元件针f 盯优选一一一一一一一一一一2 9 3 4 2 1 针布选取的理论分析一 3 4 2 2 通过正交设计法确定各分梳元件的针布一一一一3 0 3 4 3 生产中发生的问题及原因分析一一一 3 4 4 质量控镑措施铝0 定一一一一一一一3 3 3 4 5 内控指标检i 9 1 0 与评价一一一_ _ _ 一3 4 3 5 并条工序工艺质量的研究一一一一一一一3 4 3 5 1 工艺原贝0 3 5 2 工艺参数选取 3 5 3 主吏术分析一一一3 5 3 5 4 生产中出现的问题及原因分析一一 3 5 5 质量控伟0 措施铝0 定一一一3 6 3 5 6 内控指标检澳0 与评价一一一3 6 3 6 籽 纱工序工艺质量的研究一一一3 7 3 6 1 工艺原则及主要工艺参数配置一一 3 6 2 技术分析一一一一 一一一一3 7 3 7 3 6 3 生产中出现的问题及原因分析一一一一一一一一3 8 3 6 4 质量控制措施制定一 3 6 5 内控指标检；1 9 1 4 与评价一一一3 9 3 7 本章j 、结一一一一 一 第四章对后道力口 二序及成品质量的影响一4 2 4 1 对后道力工工序的影响及防治措施一一一一4 2 4 2 对成品质量的影响一一4 2 第五章结束语一一一一一4 4 耋参考文献一一一一一一一一4 6 论文发表情况说明一一一一一4 8 至l 谢一- 一一一一4 9 簟 上j 一 刖舌 近年来，纺织市场竞争异常激烈，产晶的竞争更是愈演愈烈，一些新型绿色 纤维应运而生，如天丝、莫代尔、大豆纤维、玉米纤维、竹纤维等。纺织企业为 了适应同益激烈的市场竞争，迫切需要丌发新型绿色环保纺织品。天丝纤维彼人 们称为“二十一世纪的环保纤维”，其纺织品具有优异的内在质量和独特的外观 特点，可以说天丝即代表健康。币是在这种形势下，纺织企业把丌发天丝产品视 为新的经济效益增长点，并已经显示出强大的! j 二命力。据统计，天丝产品虽然只 占依棉集团全部产品产量的1 5 左右，但其销售额却占到了全厂销售额的3 0 以上，成为名符其实的高含会量效益型品种。为此，作者对棉纺企业主要使用的 a 1 0 0 天丝( 简称a 天丝) 和g 1 0 0 天丝( 简称g 天丝) 纤维的结构性能及在前 纺工序中的质量控制进行了研究，此课题的成功，将为今后纺织厂开发天丝纤维 纱线及面料打下良好的理论和实践基础。 - 1 1 国内外天丝纤维的研发状况 经过英国、德国等有关科学家多年的研究和探索，发现n m m o 体系对纤维 素具有较理想的溶解能力，并且无毒、易于回收，最具有工业开发意义。n m m o 为n _ m e m v lm o r p h o l i n e - - - n - - - o x i d e 的缩写，中文名称为n 一甲基吗啉n 一氧 化物。其起始原料为吗啉，吗啉的学名为1 ，4 一氧氮杂环已烷，分子式为 o ( c 4 i - 1 8 ) n h ，其经甲基化后，可制得n 一甲基吗啉，分子式为o ( c 4 h 8 ) n c h 3 ， 再以过氧化氯氧化后，即可制得n m m o ，其分子式为o ( c 4 h 8 ) n o c h 3 【l j 。n m m o 是一种无毒、无腐蚀性的有机溶剂，在室温下为水合结晶体，含水率为1 3 3 的晶体最稳定，熔点为7 6 嘲。 将纤维素浆粕、水和n m m o 以一定比例加以混合，其重量比例分别为1 3 、 2 0 和6 7 ，为了防止纤维素在溶解过程中降解，还要加入抗氧剂和添加剂。起 初纤维素呈悬浮状态，将水不断抽出，当混合物中含水量降至1 3 3 时，纤维素 即全部溶解，此溶解历经过滤、脱泡，加热至8 5 1 2 5 ，即可经喷丝板纺丝， 所得丝束经空气冷却后，进入含有较低浓度的n m m o 水溶液槽中，纤维素即在 此凝固，再经牵伸、水冼、上油、切断( 如为短纤维) ，即可制成天丝纤维。含 有n m m o 的洗涤液经过滤、洗涤提取后，所得的n m m o 可返回生产过程中再 度使用，回收率达9 9 5 以上。纤维素的羟基先与胺氧化物之间形成较强的氢键， 生成络合物，该络合物在过量n m m o 中溶解。用n m m o 浓度较高的水溶液作 溶剂，纤维素可全部溶解，当此溶液用水稀释时，n m m o 的浓度降低，纤维素 可重新凝固【3 1 。天丝纤维具体生产工艺过程如图1 1 所示： 图1 - 1 天丝的生产工艺流程 第一章国内外天丝纤维的研发状况及课题的提出 天丝纤维生产工艺简单，不污染环境，原材料丰富且可再生，生产周期短， 并可生物降解。传统的粘胶生产工艺要先使纤维素经过化学反应生成其衍生物， 然后再使此衍生物生成为纤维素纤维，因此要经历纤化、老化、磺酸化、熟成等 过程，在纺丝后的脱硫、漂白过程中，要排出大量污水，治理时需要大量设备和 资金。而天丝纤维的生产工艺过程中没有化学反应，仅使用无毒的n m m o 作溶 剂，其生产过程简单，所需设备少，投资小，而且对环境无污染，所以其生产工 艺被誉为“绿色生产工艺 。据报道，生产一吨粘胶纤维需烧碱等化工原料1 7 3 2 5 0 吨，水3 0 0 - - 4 5 0 立方米，而生产一吨天丝纤维仅需n m m o0 0 5 - ，0 0 8 吨， 而且浆粕耗量也略低一些；生产粘胶纤维从投料到制成纤维需4 0 小时，而生产 。 天丝只需3 小时左右；合成纤维的废弃物很难分解，而天丝纤维在短时间内完全 生物降解，分解成二氧化碳和水，不会污染环境，并且还有资料称天丝纤维埋入 土壤半年后即可变为植物能吸收的肥料【4 j 。 1 1 1 国外天丝纤维的研究发展状况 随着社会经济的发展，人们的环保意识不断增强，“善待地球、保护环境、 合理使用和保护自然资源”的呼声日趋高涨，以人为本和可持续性发展的理念逐 渐深入人心。 早在1 9 7 6 年，荷兰阿克苏( a k e o ) 公司就组织美国恩术公司( e n k a c o r p ) 和德国的恩卡( o b e m b u r g ) 研究所开始研究生产纤维素纤维的新工艺路线和方 法，结果发现用n m m o ( 即n 一甲基吗啉n 一氧化物) 为溶剂生产纤维素纤 维，不但所产纤维性能良好，而且溶剂还可回收，因而于1 9 8 0 年申请工艺和产 品的专利。1 9 8 9 年，布鲁塞尔国际人造及合成纤维标准机构( b i s f a ) 把由这类 方法制造的纤维素纤维定名为“l y o c e l l ”；1 9 9 2 年，美国联邦贸易委员会( f t c ) 也确定这类纤维的分类名为“l y o c e l l ”；后来，欧共体指导性文件( 9 7 3 7 号) 将 其代号定为“c l y 。1 9 8 7 年和1 9 9 0 年，阿克苏公司分别将生产天丝纤维的专 利转让给奥地利兰精( l e n z i n g ) 公司和英国的考陶尔兹( c o u r t a u l d s ) 公司。天 丝 ( t e n c e l ) 纤维，是英国的阿考迪斯公司( a c o r d i s ) 独家注册的“l y o c e l l 纤维的商标名，在我国注册中文名为天丝。生产天丝纤维的原料取材于人工管理 - 生长的树木提炼的木浆，采用一种先进的“闭合式”溶液纺丝方法进行生产，生 产过程中溶剂及能源( 如水) 可循环使用，新工艺不仅彻底解决了环境污染问题， 而且所产纤维还具有许多远比粘胶纤维优异的性能，故被誉为“二十一世纪绿色 环保纤维其已被获准使用“0 e k o - - t e x c o n f i d e n c ei nt e x t i l e s 标志。对 于天丝纤维的生产和产品开发，主要经历了以下过程b 1 ： 1 9 8 0 年：确认用溶剂纺丝法的可能性； 第一章国内外大幺幺纤维的研发状况及课题的提出 1 9 8 2 年：丌发了提高溶剂凹收率的技术，确认t e n c e l 短纤特性的良好作用， 并确认t e n c e l 短纤的连续生产法； 1 9 8 4 年：建立了第一个t e n c e l 短纤连续生产试验线( 试验工厂) ，掌握纺 丝上存在的l 、u j 题，并提出解决措施； 1 9 8 5 年：试制成功初始的t e n c e l 短纤织物样品； 1 9 8 6 年：提高纺丝生产率获得成功，确认高速纺丝； 1 9 8 8 年：在英国克莱姆斯比( c r i m s b y ) 工厂建立试验生产线( 半工业化试 验厂) ，提高生产率及产品质量，对产品加深理解，取得良好的市场反应； 1 9 9 0 年：开始向同本寄送t e n c e l 短纤； 1 9 9 2 年：t e n c e l 短纤在美国的m o b il e 工厂正式投产，开始运转； 1 9 9 6 年：在美国的m o b i l e 工厂建成t e n c e l 短纤的第二条生产线，并开始 运转； 1 9 9 7 年：在英国c r i m s b y 工厂生产t e n c e l 短纤； 目前，考陶尔兹公司用t e n c e l 品牌作为流行服饰用纤维，以c o u r t a u l d s t e n c e l 品牌作为科技纺织品用纤维。关于t e n c e l 纤维开发的产品主要有中磅和 重磅粗斜纹布工作服、有色梭织物、钱布霉布、薄型重磅裤子、衬衫面料、圆形 针织面料、厚重重磅裤子、平纹、印花织物、粗斜纹布工作服、外衣绒线针织服 装、毛绒织物、手工针织纱线、家具布和产业用织物。 1 1 2 国内天丝纤维的研发状况 天丝从1 9 9 7 年进入中国市场以来，以极高的进口增长率进入我国内地和香港 地区。1 9 9 6 年国内几乎没有、香港进1 3 4 4 7 吨；1 9 9 7 年国内1 1 9 吨、香港2 0 3 d 屯； 1 9 9 8 年国内1 4 8 吨、香港1 4 7 n 屯；1 9 9 9 年国内3 7 2 u 屯、香港5 2 3 n ；2 0 0 0 年国内1 2 0 7 吨、香港1 1 1 4 n , 屯，2 0 0 1 年国内达2 5 0 0 p 屯，香港约5 0 0 吨哺1 。从图1 - 2 可以明显地 看出国内使用天丝纤维的数量以极快的速度增长，尤其是进入2 0 0 0 年以后，其用 量的增长更是突飞猛进。 网 圃 图1 - 2我国进口天丝纤维数量 第一章国内外大丝纤维的研发状况及课题的提出 目前，天丝纤维在我国各地已经普遍使用，我幽一些棉纺- g u 一如保定依棉、 青岛六棉、滨洲华润等都在生产天丝纱和布料，并已形成一定舰模。杭州中汇棉 纺织有限公司目自仃与奥地利兰精公司合作生产天丝系列纱线及新型面料。保定依 棉集团近年来在新产品的研制、丌发、销售及应用一j 二成效显著，产品连续入围国 家流行面料并获1 0 多项国家奖项。研制成功的天丝弹力布入幽2 0 0 3 年中国流行 面料；天丝麻绒、天丝亚麻混纺填补了国内空白，达到圈际先进水平；天丝小提 花、天丝牛仔布等荣获行业协会等奖状证书及国家财政支持。总之，目前天丝纤 。 维在纺织上的应用已经涉及纯、混纺纱线及其面料制品和产业用纺织品等多个领 域。 。 国内天丝的混纺纱目前主要有口1 ：天丝真丝及天丝绢丝等系列产品，采用 天丝a 1 0 0 纺6 0 s 以上高支纱以及天丝绢混纺纱；天丝麻类产品，主要有天丝 麻混纺及天丝与麻交织产品，如天丝1 4 sx1 4 s ( 亚麻) 交织布及天丝4 5 亚麻5 5 混纺布；天丝牛仔布产品是天丝的主要用途之一，采用1 6 s 左右中支纱，有中、 轻磅优良牛仔布；天丝棉型机织产品，主要有3 0 s 一4 0 s 天丝及棉、竹、粘、涤 混纺纱制织的平纹、府绸、斜纹类产品和2 0 s _ 3 0 s 中支纱制织斜纹、卡其、灯 芯绒等；天丝棉型针织产品，主要采用天丝a 1 0 0 纺制3 0 l 4 0 s 纯纺及与棉、竹、 涤、粘混纺纱，特别是天丝与竹纤维混纺，只要混和3 0 的天丝，就可获得良好 的可纺性能；天丝毛型针织产品，天丝在毛针织行业应用十分理想，天丝与羊绒 及其它纤维的多种混纺高档针织纱成为我因特有的产品，其采用天丝1 2 5 d t e x x 3 8 m m 散纤混纺而成；天丝与多种原料的交并纱，如天丝绢棉醋酸、天丝粘胶 丝醋酸丝、天丝腈纶醋酸交并纱；采用天丝毛条和其它毛型原料如毛、绢、腈、 麻等混纺而成的毛型针织纱；采用新型纺纱技术如喷气纺、赛络纺束加工纯天丝 及其混纺纱线。 随着对t e n c e l 纤维性能的了解和新一代新型织造设备的引进，我国在天丝 服装面料丌发方面也取得了长足的进展。主要丌发产品包括：华达呢( 3 5 0 9 m 2 ) 及府绸，采用1 0 0 天丝、天丝超细涤纶的6 0 4 0 混纺交织织物；天丝一铜氨纤 维交织仿真丝绸，轻磅( 2 5 0 9 m 2 ) 丝绸用作外衣上装及裙料等；天丝一亚麻的 5 0 5 0 轻薄运动上衣面料、隐条或显条纹及1 0 0 天丝重磅塔头丝绸及斜纹，用 一 作黑暗衫外衣等；1 0 0 轻磅( 天丝) 匹染单色织物与真丝或亚麻交织混纺织物， 用作内衣、裙料等；天丝耐纶单纤丝交织的轻磅织物；天丝一棉一氨纶的经纬 双向弹性华达呢，天丝一棉一耐纶一氨纶双面乔赛；天丝一毛华达呢，织物经适 当整理可获得丝毛外观；高档牛仔布，采用5 5 天丝纤维、3 0 粗斜纹面料熔融 纺丝获得的纤维、1 5 棉纤维混纺制得。 随着产业用纺织品开发、应用的不断深入，t e n c e l 纤维在其领域的应用也 第一章国内外大丝纤维的研发状况及课题的提出 越柬越广泛，其产品主要涉及：高质量工作服、防护服，用于恶劣环境中的劳动 保护；印花毛毯、涂层衬底、阿l 燃织物等高强稳定吸湿的产业用品；地经为天丝 的天鹅绒、毛巾等立绒织物，具有良好的吸湿性和手感；天丝纱缝纫线、轮胎帘 子线等；轻薄型卫生用即弃产品，如包扎材料、揩布、尿布、医用织物；高强、 不变形及热稳定产品，如涂层衬底；高强、纯净、无异味、不含化学成分的合成 纤维非织造布；香烟过滤嘴；特种纸；装饰产品。在美国，较流行中磅和重磅粗 斜纹布工作服、有色梭织物、钱布霉和、薄理重磅裤子、衬衫面料、圆形针织面 料、厚重重磅裤子。在西欧，平纹、印仡织物、粗斜纹布工作服、外衣绒线针织 服装、毛绒织物、手工针织纱线、家具和和产业用织物。 1 2 课题的提出 国内外有大量的人员继续投入到天丝产品的研究中，但主要集中在对纤维性 能及染色理论的研究中，而各纺织厂的纱线质量参差不齐，为了更好的提高该纤 维的使用性能和品质，本课题主要对该纤维进行纺纱理论与工艺的研究、探讨。 1 2 1 课题提出的前提 天丝纤维的应用在国外早已非常广泛，但在国内天丝类产品的开发目前只有 少数厂家在进行。由于天丝原料成本价格昂贵，受人垄断，只能在高档服装面料 和针织纱线上进行纺制。所以，人们对天丝的了解大多是通过资料得来的，只停 留在表面现象，一些内在的东西还有待于实践验证和研究。 1 2 2 课题提出的目的和意义 本课题拟通过对天丝纤维的结构、性能进行系统的研究，对各项物理、化学 性能指标进行测试，重点对前纺各工序的工艺路线及工艺参数的优选、出现问题 的原因分析、质量指标完成情况等进行研究，并提出解决措施，为棉纺织厂开发 天丝类纱线及面料提供理论依据和实践经验。 1 2 3 课题拟解决的主要问题 本课题主要解决以下两个问题： ( 1 ) 天丝纤维的结构与性能的研究； ( 2 ) 天丝纤维前纺工序工艺质量控制研究。 具体内容包括：从外观和结构上的区分a 1 0 0 天丝纤维与g 1 0 0 天丝纤维；考 察天丝的原纤化特征是否会出现在前纺工序；天丝纤维在梳棉机上针布的选用； 第一章国内外天丝纤维的研发状况及课题的提 j j 针对天丝纤维对混棉要求较高的特点，确定混棉最佳： 艺；解决天丝纤维在加工 过程中易挂花等现象。 第二章天丝纤维的性能研究 第二章天丝纤维的性能研究 2 1 分子结构及组成分析 天丝纤维的分子结构和以往的纤维素纤维基本一样，其化学分子式阳1 如下： 与其它纤维素纤维一样，天丝纤维的基本组成物质是纤维素。纤维素由碳、 氢、氧三种元素组成，其中碳为4 4 4 4 ，氢为6 1 7 ，氧为4 9 3 9 。碳、氢、 氧元素组成1 3 d 一葡萄糖( c 6 h 。：0 6 ) 。，n 个葡萄糖剩基彼此以l ，4 甙键连接 而形成纤维素线形大分子( c 6 h 。：o 。，分子聚合度一般约为4 0 0 一_ 9 0 0 ，比棉纤 维( 约为2 0 0 0 - ) 低，比粘胶纤维( 约为2 5 卜5 0 0 ) 高阳1 。表2 - 1 为几种常见纤 维的聚合度及结晶度： 表2 1 几种常见纤维的聚合度及结晶度n 0 3 纤维种类聚合度结晶度( ) 铺纤刑天幺幺纤维5 0 瞒5 0 5 0 普通粘胶纤维 2 5 0 3 0 03 0 高湿模量粘胶纤维3 5 伊一4 5 0 4 4 强力粘胶纤维 3 0 0 i 一3 5 05 0 富强纤维5 0 0 左右 4 8 一般浆柏 2 0 0 一6 0 06 0 从表中可以看出，天丝纤维的聚合度和结晶度都较粘胶纤维高，尤其是其聚 合度几乎高出粘胶纤维一倍，即使是工艺最为烦琐和成本最高的富强纤维也要比 它低，这一特性为天丝纤维具有比粘胶纤维较高的强度做好了铺垫。 2 2 形态结构 取几根天丝纤维整理平直后分别放在载玻片上，滴上石蜡油，盖上盖玻片， 在普通的生物显微镜下放大4 0 0 倍观察，可以发现，天丝纤维纵面形态光滑无沟 槽；将天丝纤维整理后分别用y 1 7 1 纤维切片器制得截面形态标本，放在普通的 第二章天丝纤维的性能研究 生物显微镜下放大4 0 0 倍观察，可以发现，天丝纤维的横截面近似为规则圆形， 如图2 一l 所示： 天丝纤维的纵向形态天丝纤维的横向截面 图2 - 1 天丝纤维横纵向形态图 2 3 天丝纤维的原纤化特性 原纤化的主要表现是纤维可以沿纵向将更细的微细纤维逐层剖离出来，这是 具有原纤构造的纤维所特有的一种结构特征。具有典型原纤构造的纤维在从大分 子到最后聚敛成为纤维的历程中应包括有：基原纤( 1 0 - 3 0 n m ) 、微原纤( 4 0 - 8 0 n m ) 、 原纤( 1 0 3 0 r i m ) 、巨原纤( 1 0 0 1 5 0 r i m ) ，再到纤维这样几个由小到大的结构层次。 然而，并不是所有纤维都有这样完善的结构层次。有些纤维可能会跳过其中的某 些层次直接跨入更高一级的层次，而有的纤维则完全没有这样的结构层次。对于 天然纤维来说，包括相应的纤维素物质，由于自然生长的特点，一般都有明显的 原纤构造。天丝纤维由于结晶度与取向度都比较高，而且由于大分子聚敛成的基 原纤和由基原纤直接聚敛成的巨原纤基本上都沿纤维的纵向排列。因此，对它来 讲，沿纤维纵向逐层剖离比较容易，所以这种纤维在受到外界机械力的作用之后， 其更微细的纤维( 巨原纤) 就会从纤维上被剖离出来。加大机械加工力、在高温 和碱性的p h 值条件下加工处理、使用低捻纱线和取松结构的织物构造等措施，都 会增加它的原纤化效果。从实用角度来看，易于原纤化的纤维给织物风格带来茸 毛效应和改善织物手感。从加工角度来看，易于原纤化的纤维则会给加工带来一 定的困难，最大的问题就是容易脱散起毛 1 0 3 。因此，后来开发出了无原纤化的 天丝纤维，其风格与普通的粘胶纤维相似，从这一角度出发，我们可以将天丝纤 维分为原纤化的天丝纤维和无原纤化的天丝纤维，工业上常用的标准型g ( g 1 0 0 ) 天丝就是原纤化天丝，而a 天丝( a 1 0 0 ) 就是无原纤化的天丝纤维。图2 2 为a 1 0 0 、 第_ 二章天丝纤维的性能研究 g 1 0 0 两种大丝纤维的截面图： a 1 0 0 的截面图g 1 0 0 的截面图 图2 2 两种天丝纤维截面图 从上面两种天丝纤维的截面图可以看出a 1 0 0 天丝纤维的截面基本上是正圆 形，且其边缘比较光滑；相反，g 1 0 0 天丝的截面不是正圆形，有的甚至接近多边 形，其表面粗糙。当用两种纤维进行实际纺纱的时候，a 1 0 0 天丝纤维之间以及其 与机件之f b j 的摩擦会相应减小，不会发生脱绒毛的现象。相反，g 1 0 0 天丝纤维由 于其截面不足规则的圆形，使其纤维问和纤维与机件之间的摩擦力大大增强，易 脱绒毛，发生明显的原纤化效应，尤其在高湿热状态下进行加工，这种现象更加 明显。 2 4 天丝纤维的主要化学性能 和其他纤维素纤维一样，酸、碱、氧化剂、还原剂等化学试剂对天丝纤维均 有一定的作用，而且作用的强弱程度和试剂浓度、作用时问、作用温度等因素有 极大的关系。为了能定量地表达各种试剂对天丝纤维的作用结果，我们采用试剂 作用后纤维的减量率作为衡量指标来定量描述这种作用程度。 2 4 1 酸、碱对天丝纤维的作用门 酸对天丝纤维的作用强弱主要取决于酸浓度、作用时问和作用温度，不同酸 浓度、作用时间和作用温度下纤维的减量率变化情况如表2 - 2 所示。从表中的测 试数据我们可以看出，随着酸浓度、作用时间和作用温度各个变量的增加，纤维 的减量率都是增加的，并且其随着酸浓度、作用时间而均匀地增加，而随着作用 温度却不是均匀增加，在5 5 c - - 9 5 c 之间有一个突变。总的来说，天丝和其他 第一二章大丝纤维的性能研究 一些纤维素纤维一样，其对酸比较敏感。 表2 - 2 酸对天丝纤维的作用 酸浓度( )减量率( )作川时问( h )减龄率( )作川温度( )减革：率( ) 1 6 7o 2 6l0 2 43 0 0 2 4 2 8 6 0 4 620 3 35 50 2 9 5 8 61 5 64 0 5 49 54 9 6 碱对天丝纤维的作用主要取决于碱浓度的变化，不同的碱浓度作用下纤维的 减量率变化如下表所示： 表2 - 3 碱对天丝纤维的作用 碱浓度( )5 o1 0 01 5 03 04 04 5 0 减量率( ) 1 6 34 8 55 4 96 5 17 2 2 1 1 3 4 从图2 3 可以明确地看出，碱浓度从5 增加到1 0 ，减量率迅速增加；浓度 从1 0 增加到4 0 的时候，减量率的增加比较缓慢、均匀；浓度达到4 0 以后， 随着浓度的增加，纤维减量率又迅速增加。上述变化主要是由于天丝纤维特殊的 结构形念所决定的。从碱对纤维的作用结果看出，天丝纤维对碱的作用相对稳定， 即使在浓度较高的碱溶液中处理，其减量率也不是很大，这一性质也和大多数纤 维素纤维一样。 ，l ，一 厂爿 碱浓度( i l 图2 - 3 碱对天丝纤维的作用 2 4 2 氧化、还原剂对天丝的作用， 我们采用不同浓度的次氯酸钠和高锰酸钾作为氧化剂对天 处理结果见表2 4 ： 第一二章大丝纤维的性能研究 表2 - 4 氧化剂对天丝纤维的作用 有效氯浓度( )减龄率( )高锰酸钾浓度( )减昔率( ) 0 1 00 1 51 o 1 4 0 2 50 5 0 20 2 4 0 5 00 4 3 42 8 8 0 7 5 0 5 554 9 2 从表中数据可以看出，次氯酸钠对纤维的作用比较弱，而高锰酸钾对纤维的 作用较强，且随着其浓度的增加，对纤维的作用力也相应增加。 还原剂对天丝纤维的作用较弱，并且作用力并不随其浓度的增加而增大，表 2 5 的测试数据很好的说明了这一点。 表2 - 5 还原剂对天丝纤维的作用 弧硫酸氢钠浓度( ) 151 0 减餐率( )o 1 4 o 5 80 2 3 5 2 4 3 纤维素酶对天丝的作用门 天丝纤维经生物酶处理，在相同的条件下，作用的程度与苎麻纤维相当，在 整理去除原纤化绒毛的过程中应注意这一点。通过控制工艺，既能去除绒毛，又 能避免织物强力过度损伤。具体作用结果见表2 6 ： 表2 - 6 纤维素酶对天丝纤维的作用 纤维素酶用量( m l l ) 5 01 0 01 5 02 5 0 减量率( ) 0 4 41 1 41 5 52 1 9 2 4 4 天丝纤维的燃烧、溶解性能n 2 1 天丝纤维和粘胶纤维生产时虽所用的原料品种不同，但化学组成均为纤维 素。因此，天丝纤维和粘胶纤维燃烧时的特征基本相同，见下表： 表2 - 7 天丝纤维的燃烧性能 纤维粼0接眦燃燃鼢靓燃灰烬 枘按纤维不揪迅燃绁燃黼姗 天丝纤维不揪迅撇继燃黼觥 第_ 二章大丝纤维的性能研究 2 8 ： 同燃烧性能一样，天丝纤维的溶解性能也大致和粘胶纤维槲似，见表 表2 - 8 天丝纤维的溶解性能 成份3 7 h c l4 0 l：s o l4 5 t i ：s 0 。5 0 h ：s 0 ， 溶解 溶解溶解溶解溶解溶解溶解溶解溶解 状态速度 程度速度程度速度程度速度稃度 粘胶 慢糊状慢微溶较快部分迅速全部 纤维 大丝 纤维较粘 慢慢微溶 较慢迅速 全部 纤维断裂胶少 2 4 5 天丝纤维的染色性能 为了区分a 天丝和g 天丝的染色性能，我们将两种纤维在同一染料和相同的 条件下进行染色。纤维素纤维用电光天平直接称取2 b 兰染料2 0 m g ，氯化钠助染 剂3 0 m g 后倒入容量为2 5 0 m 1 烧杯中，再倒入5 0 m l 蒸馏水，摇晃均匀；将染料烧 杯放到温度已升至8 0 。c 的水浴锅内；称取0 5 9 试验样品放入烧杯中，热染半小 时，并不 度不超过 样本上。 从纤 有所不同 无原纤化 法。 第二章大丝纤维的性能研究 2 5 天丝纤维机械物理性能 2 5 1 天丝纤维机械物理性能分析 先进的纤维制造技术，决定了纤维独特的结构，而纤维独特的结构又决定了 其具有优异的机械性能。由于天丝纤维和粘胶纤维的原料及生产方法不同，因此 纤维的聚合度、结晶度等大分子结构及超分子结构不相同。普通粘胶纤维在凝固 浴中喷丝，而天丝纤维的生产方法属于湿纺法，即干喷湿纺法。它是在空气中喷 丝，然后立即浸入水中凝固成丝。由于是在空气中牵伸，因此天丝纤维的分子取 向度好，分子排列的紧密程度较粘胶纤维好，纤维中缝隙空洞少。天丝纤维和粘 胶纤维结构比较如图2 - 5 所示。天丝纤维由于聚合度、结晶度较高，大分子堆积 比较有序，纤维中缝隙空洞又少，纤维截面为圆形，所以纤维的强度较大，尤其 是湿强，其湿强为干强的9 0 ，而粘胶纤维的湿强约为干强的5 0 6 0 ，较粘胶纤 维有很大的提高引。 骗 粘胶纤维大丝纤维 图2 - 5 天丝与粘胶纤维结构比较 由于天丝纤维原有的木质纤维素晶体未遭破坏，纺丝后形成的超分子结构含 原纤明显，结晶度高。纵向微晶比例高，晶区较长，对于纤维大分子来说，分子 的大部分链段处于有序排列中，只有少部分链段排列无序。从微观形态结构看， 由于纤维纵向的高结晶比、高定向性，使无定形区侧面连接少，产生沿纤维轴向 规则排列的空穴，使其应用性能与其他纤维不同，具有强力高、触感优良、悬垂 性好、吸水性好的优点。天丝纤维与普通粘胶纤维相比，强力及可纺性方面性能 更佳。它的干强接近于涤纶，湿强远大于粘胶，且湿强、干强比约为8 5 ；纤 维的可纺性好，同纤度的纱线其均匀性和强度均高于粘胶和棉纱。其产品具有干、 湿强力高，可机洗