（纺织工程专业论文）大豆蛋白纤维氨纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

大豆蛋亡j 纤维氨纶包芯纱纺纱t 艺及粘弹性研究 中文摘要 中文摘要 本论文测试了大豆蛋白纤维和氨纶丝的性能，并据此设计了纺纱工艺流程，制定 了纺纱各工序的工艺措施；设计了大豆纤维包芯纱的实验方案，测试了成纱定量、氨 纶丝含量、捻度、强伸度、条干和蠕变等性能指标，并推导出包芯纱的细度和氨纶丝 含量的表达式；探讨了多个工艺参数和部分纺纱专件对成纱质量的影响，采用数理统 计的方法对1 4 6 t e x + 4 4 d t e x 氨纶包芯纱在不同预牵伸倍数时的断裂强力和断裂伸长进 行统计分析和处理检验，以选择最佳的预牵伸倍数；选择使用合适的力学模型对纱线 的蠕变和应力松弛过程进行模拟，建立应力、应变随时间变化的关系式。借助数学软 件，求解模型参数，建立蠕变和松弛的拟合方程。通过多项实验与理论分析，得出以 下结论： l 、大豆蛋白纤维的强度高，卷曲数少，表面摩擦系数小，比电阻大，故应合理 制定纺纱工艺参数，并在纺纱前对原料进行预处理，以减少静电，防止缠绕，保证纺 纱顺利进行； 2 、纺制大豆蛋白纤维氨纶包芯纱，预牵伸倍数是项关键的工艺参数，影响成纱 弹性、条干、强伸度和蠕变等，必须合理选择； 3 、包芯纱的条干主要取决于外包纤维的细纱牵伸工艺，选取合适的罗拉隔距、 后区牵伸倍数和粗纱捻系数，可提高成纱条干均匀度。 4 、钢领、钢丝圈、集合器和槽筒等纺纱器材对包芯纱的毛羽有较大的影响，要 合理选择。 5 、预牵伸倍数对氨纶包芯纱的蠕变和应力松弛有较大影响，采用适当的预牵伸 倍数，包芯纱强伸度高，弹性好；四元件模型和三元件模型能较好地模拟氨纶包芯纱 的蠕变和应力松弛过程。 关键词：大豆蛋白纤维；氨纶包芯纱；纺纱工艺；粘弹性；力学模型 作者：肖丰 指导教师：左保齐 火豆缢仁j 纤维氯纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究 英文摘要 t h e s t u d yo fs p i n n i n gp r o c e s s i n ga n dv i s c o u s - e l a s t i c i t yo f t h e s o y b e a np r o t e i nf i b e rs p a n d e xc o r e - s p u ny a r n a b s t r a c t ： i nt h ea r t i c l e ，it e s tt h ep e r f o r m a n c eo ft h es o y b c a np r o t e i nf i b e ra n ds p a n d e x ， d e s i g nt h es p i n n i n gt e c h n o l o g i c a lp r o c e s sa c c o r d i n gt ot h e i rp e r f o r m a n c e t h ep r o c e s s e s o fa l lp r o c e d u r e sa r ed e s i g n e d id e s i g n e dt h ee x p e r i m e n t a ls c h e m eo fs o y h e a r lf i b e r s p a n d e xc o r e s p u ny a m t h ec o r ey a mf i n e n e s sa n dt h ec o n t e n tf o r m u l ao fs p a n d e xw e r e i n d u c e dt h r o u g ht e s t i n gi t sn a m ei n d e xs u c ha sy a mq u a n t i t y ，s p a n d e xc o n t e n t ，t w i s t ， s t r e n g t ha n de l o n g a t i o n ，e v e n n e s sa n dc r e e pd e f o r m a t i o n i no r d e rt os t u d yt h ee f f e c tt o t h ey a mq u a l i t yo fd i f f e r e n tp r o c e s s i n gp a r a m e t e r sa n dp a r ts p e c i a le q u i p m e n t s ，it a k e m a t h e m a t i c a la n ds t a t i s t i c a lm e a s u r e st o t e s tt h e14 6 t e x + 4 4 d t e xs o y b e a nf i b e rs p a n d e x c o r e - s p u ny a mr u p t u r es t r e n g t h a n db r e a k i n ge x t e n s i o na td i f f e r e n tp r e - d r a f tf o r s e a r c h i n gf o r t h eb e s tp r e - d r a f t i no r d e rt o s i m u l a t ec r e e p d e f o r m a t i o na n ds t r e s s r e l a x a t i o no fs p a n d e xc o r e - s p u ny a m ，ic h o s ea p p r o p r i a t em e c h a n i c a lm o d e la n di n d u c e d r e l a t i o n sb e t w e e nc r e e ps t r e s sr e l a x a t i o na n dt i m e b yd i n to fm a t h e m a t i c a ls o f t w a r e ，t h e m o d e lp a r a m e t e ra n df i t t e de q u a t i o no fc r e e pd e f o r m a t i o na n ds t r e s sr e l a x a t i o nw e r e d e v e l o p e d a f t e rm a n ye x p e r i m e n t sa n da n a l y s e s ，t h ec o n c l u s i o n so f t h er e s e a r c ha r ea s f o l l o w i n g 1 s o y b e a nf i b e rh a sh i g hs t r e n g t h , l i t t l en u m b e ro fc r i m p ，s m a l ls u r f a c ef r i c t i o nf a c t o r a n dl a r g ee l e c t r i cr e s i s t a n c e i no r d e rt oa s s u r et h es p i n n i n gs u c 冷鹦，r e d u c es t a t i c ， p r e v e n tf o u l ，w eh a v et oc o n s t i t u t er a t i o n a lp r o c e s s i n gp a r a m e t e ra n dd e a lw i t ht h e m a t e r i a lb e f o r es p i n n i n g 2 p r e - d r a f li sav e r yi m p o r t a n tp a r a m e t e rw h e nw es p i ns o y b e a r lf i b e rs p a n d e x c o r e - s p u ny a m ，i ta f f e c t st h ee l a s t i cp e r f o r m a n c e ，e v e n n e s s ，s t r e n g t ha n de l o n g a t i o n , c r e e pd e f o r m a t i o na n d s o0 1 1 s ow em u s tc h o o s er e a s o n a b l ep a r a m e t e r 3 c o r ey a r ne v e n n e s sm a i n l yd e p e n d so nt h es p i n n i n gd r a f t i n gp r o c e s so fs u r f a c ef i b e r s h 人豆蛋白纤维氨纶包：岱纱纺纱t 艺及粘弹性研究英文摘要 i fw ew a n tt og e tu n i f o r m i t yo fe v e n n e s s ，w e db e t t e rc h o o s er a t i o n a lr o l l e rs e t t i n g ， b a c kd r a f ta n d e n dc o e f f i c i e n to ft w i s t 4 w eh a v et os e l e c tr e a s o n a b l er i n g ，t r a v e l e r , a s s e m b l ea r t i c l ea n dd r u me q u i p m e n t s b e c a u s et h e yh a v eg r e a te f f e c tt ot h ef u z z yf i b e r so fc o r ey a m 5 t h ec r e e pd e f o r m a t i o na n ds t r e s sr e l a x a t i o no fs p a n d e xc o r e s p u ny a mw e r ei m p a c t e d b ys p a n d e xp r e - d r a f t i n gr a t i o ，u s i n gr a t i o n a lp r e - d r a f t i n gr a t i o ，s t r e n g t h c a p a b i l i t yo f s p a n d e xc o r e s p u ny a mi sh i g ha n de l a s t i c i t yi sg o o d f o u re l e m e n tm o d e la n dt h r e e e l e m e n tm o d e ls i m u l a t e st h ee r e e pd e f o r m a t i o na n ds t r e s sr e l a x a t i o np r o c e s so f s p a n d e xc o r e s p u ny a m i sw e l l k e yw o r d s ：s o y b e a np r o t e i nf i b e r ，s p a n d e xc o r e - s p u ny a m ，s p i n n i n gp r o c e s s i n g ， v i s c o u s - e l a s t i c i t y ，m e c h a n i c sm o d e l i i i w r i t t e nb y ：x i a of e n s u p e r v i s e db y ：z u ob a o q i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名： 遍车 日 学位论文使用授权声明 苏州大学中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容：论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理： 研究生签名： 导师签名： 日期：砼f 咽 日期： 缉一 大豆蛋白纤维氨纶包：匕纱纺纱工艺及粘弹性研究 引言 引言 大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白质纤维，它具有天然纤维与化学纤维的众多优 点：纤维细度细，强伸度高，吸湿性好，有羊绒般的柔软手感和蚕丝般的柔和光泽。 利用大豆纤维纺制氨纶包芯纱，具有一般氨棉包芯纱的所有优点，且织物外观好，手 感柔软，强力高，抗皱性好，耐酸耐碱，具有广阔的市场前景，可进一步扩大大豆蛋 白纤维的应用途径，促进大豆蛋白纤维的开发利用。 氨纶包芯纱做为一种弹性优良的复合纱，具有明显的弹性伸长和收缩性能，这在 实际生产中常会影响到布幅的尺寸稳定性、布面的平整性和服装的保形性等特征。通 过对不同工艺条件下包芯纱的粘弹性能进行测试和对比分析，选择力学模型，采用简 单的数学方法，描述包芯纱复杂的蠕变、应力松弛过程，从而从变形的本质上分析探 讨不同性能包芯纱的变形机理与特征，并以此指导实际生产。 在纺织行业中，一个新的原材料、一个新产品均可以形成一个新的经济增长点。 大豆蛋白纤维的开发成功，为纺织行业提供一个新的发展机遇。要抓住这一机遇，必 须通过产学研联合攻关，在稳定大豆蛋白纤维的各项物理性能的同时，只有生产多种 规格的系列化纱线、织物和服装等产品，不断拓展大豆蛋白纤维的应用领域，才能进 一步推动大豆蛋白纤维的开发利用，获得良好的社会经济效益。 2 0 0 0 年以来，国内纺织院校、科研院所、生产企业等掀起了研究大豆蛋白纤维的 热潮。在2 0 0 1 年4 月苏州举行的“大豆蛋白纤维及产品研讨会 上，一些单位已经开 发出了一系列的大豆蛋白纤维产品，分别有纯大豆蛋白针织产品、机织产品及与真丝 交织与毛交织和各种混纺针织或机织产品。 中国在2 0 0 3 年奥地利道尔宾举行的第4 2 届国际人造纤维会议上，大豆蛋白质纤维 受到各国专家的广泛关注和好评： 使用纯大豆蛋白纤维制成的针织和机织物都具有良好的光泽，给人以华贵典雅的 感觉，织物的手感十分柔软顺滑。但织物存在缩水变形大，保型性较差等缺点。采用 大豆蛋白纤维与其他纤维混纺，或用大豆蛋白纤维纺制氨纶包芯纱织制织物，均可以 不同程度地改善织物的抗皱性能。 大豆蛋臼纤维氨纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究引言 目前，大豆蛋白纤维己成功开发出与棉、毛、丝、麻、羊绒、l y o c e l l 等化纤混纺 或交织的针织或机织产品，这些产品可以体现大豆蛋白纤维优异的性能和独特的产品 风格。但是大豆蛋白纤维氨纶包芯纱产品较少，无论是在纺制工艺还是在产品特性 方面都需进行大量的实践探索和理论研究。 本文研究的具体内容有： l 、对原料的性能进行测试。纤维材料的性能是影响纺纱工艺、决定纱线物理机 械性能和粘弹性能的重要因素，通过测试大豆纤维的长度、线密度、比电阻等性能， 可全面掌握原料特性，对纺纱工艺具有指导作用； 2 、以纺制1 4 6 t e x + 4 4 d t e x 氨纶包芯纱为例，采用不同的氨纶预牵伸倍数纺纱， 运用数理统计分析方法，确定最佳预牵伸倍数； 3 、测试1 4 6 t e x + 4 4 d t e x 氨纶包芯纱的实际特数和氨纶含量，借鉴棉氨纶包芯纱 的细度表达方式和氨纶含量的计算公式，进行推导与验证，得出大豆纤维氨纶包芯纱 的最合适的细度表达方式和氨纶含量的计算公式； 4 、进一步开发3 6 4 t e x + 7 7 d t e x 氨纶包芯纱等品种，形成系列化产品； 5 、分析大豆蛋白纤维氨纶包芯纱粘弹性机理，选择使用合适的力学模型( 三元 件和四元件模型) 对纱线的蠕变和应力松弛过程进行模拟，建立应力、应变随时间变 化的关系式。借助数学软件，求解模型参数，建立蠕变和松弛的拟合方程，判断拟合 的优劣，并从本质上研究包芯纱的粘弹性能。 本论文意在通过多项试验，进行工艺优选，通过理论分析与生产实践，掌握大豆 蛋白纤维的纺纱工艺性能和技术特性，进一步测试分析包芯纱的各项质量指标，改进 生产工艺，以生产优质、多规格的系列化产品，促进大豆蛋白纤维产品的开发应用。 并通过测试分析大豆蛋白纤维氨纶包芯纱的各项质量指标，为制定标准提供依据。 2 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究第一章大豆蛋白纤维与氨纶包芯纱 第一章大豆蛋白纤维与氨纶包芯纱 1 1 大豆蛋白纤维及其特征 大豆蛋白纤维是由河南濮阳华康生物化学工程联合集团公司于2 0 0 0 年3 月研 制，并由河南省遂平华康生物工程有限公司生产的一种性能优异的全新纺织纤维f 1 】 【2 】 o 大豆蛋白纤维的主要原料为自然界的大豆粕，原料数量大且具有可再生性，不会 对资源造成掠夺性开发。其生产原理是：将大豆粕水浸、分离后提纯出蛋白质，并改 变其空间结构，使之在适当的条件下与羟基和氰基高聚物接枝，通过湿法纺丝工艺纺 成单纤为o 吵3 o d t e x 的大豆蛋白丝束，醛化稳定纤维的性能后，再经过卷曲、热定 型、切断和加油就可制成各种长度规格的纺织用高档纤维。其整个生产过程对环境、 空气、人体、土壤、水质等无污染，且纤维本身易生物降解，故可称得上是新世纪的 绿色环保纤维【2 】。 由于大豆纤维本身具有蛋白质类纤维的属性，与人体肌肤有良好的亲和性和适应 性，既具有天然蚕丝的优良性能，又具有合成纤维的机械性能，加上它光泽柔和、手 感柔软、悬垂适度、吸湿透湿优良等服用性能，成为纺织行业的新亮点。它的出现既 满足了人们对穿着舒适性、美观性的追求，又符合服装免烫、洗可穿的潮流t , - 1 2 j 。 1 1 1 外观华贵 服装面料在外观上给人们的感觉体现在光泽、悬垂性和织纹细腻程度三个方面。 大豆蛋白纤维面料，具有真丝般光泽，非常怡人，其悬垂性也极佳，给人以飘逸脱俗 的感觉。用高支纱织成的织物，表面纹路细洁、清晰，是高档的衬衣面料。织物有优 良的悬垂性，手感柔软。 1 1 2 舒适性能好 大豆蛋白纤维面料不但有优异的视觉效果，而且在穿着舒适性方面更有着不凡特 性。以大豆蛋白纤维为原料的针织面料手感柔软、滑爽、质轻( 如真丝与山羊绒混纺 感觉) ，保暖性好，其吸湿性与棉相当而导湿透气性远优于棉，保证了穿着的舒适与 卫生。 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究第一章大豆蛋白纤维与氨纶包芯纱 1 1 3 染色性能好 大豆蛋白纤维本色为淡黄色，很像柞蚕丝色。它可用酸性染料、活性染料染色， 尤其是用活性染料染色，产品颜色鲜艳而有光泽，同时耐日晒、汗渍牢度又非常好， 与真丝产品相比解决了染色鲜艳与染色牢度差的矛盾( 真丝产品日晒、汗渍牢度极差， 很容易掉色) 。 1 1 4 物理机械性能好 该纤维的单纤断裂强度在3 0 c n d t e x 以上，比羊毛、棉、蚕丝、粘胶的强度都高， 仅次于涤纶等高强度纤维，而纤度已可达到0 9 d t e x 。由于大豆蛋白纤维的初始模量 偏高，而沸水收缩率低，故面料尺寸稳定性好。在常规洗涤下不必担心织物的收缩， 抗皱性也非常出色且易洗快干。 1 1 5 具有良好的保健功能 大豆蛋白纤维与人体皮肤亲和性好且含有多种人体所必须的氨基酸，具有良好的 保健作用。在大豆蛋白纤维纺丝工艺中加入定量的杀菌消炎作用的中草药与蛋白质侧 链以化学健相结合，药效显著且持久，避免了棉制品用后整理方法开发的功能性产品 药效难以持续的缺点。 1 2 大豆蛋白纤维织物的发展趋势3 】 1 2 1 开发针织内衣和睡衣4 由于大豆蛋白纤维细度细，内衣制品手感特别柔软、光滑，穿着非常舒适。同时 由于大豆蛋白纤维外层基本上是蛋白质，制品对人体皮肤更具保健作用。制造过程中 加入的中草药使纤维具有显著的杀菌消炎作用，同时由于其具有良好的吸湿透气性， 因此，大豆蛋白纤维在内衣领域大有开发潜力。 1 2 2 开发衬衫用面料 大豆蛋白纤维的梭织产品在光泽上具有麻绢混纺产品风格，手感比绢挺、悬垂性 好，抗皱性优于真丝且可用活性染料染色，染色牢度好，是制作高档衬衫的理想面料。 1 2 3 开发混纺面料 大豆蛋白纤维还可以与蚕丝、羊毛、山羊绒等纤维混纺。在与蚕丝混纺时利用纤 维良好的导湿性，可以避免真丝织物由于汗湿而紧贴在身体上所产生的湿冷感；与羊 毛混纺时，制得织物除与羊毛织物具有相同的性能外，还具有显著的低生产成本特点。 4 大豆蛋白纤维氨纶包：薛纱纺纱工艺及粘弹性研冗第一章大豆蛋自纤维与氯纶包芯纱 总之，随着大豆蛋白纤维产品开发的不断开展，利用其轻、柔软、光滑、强度高、吸 湿、导湿、透气性好等诸多良好性质，会为未来的混纺产品赋予许多独特风格。 由此可见，大豆蛋白纤维具有良好的发展前景和潜力，它的出现必将在棉纺、毛 纺、绢纺领域掀起新产品开发的浪潮，对纺织企业带来新的发展机遇。但是在该纤维 的产品开发、产品定位及市场拓展上还有许多工作要做【3 】【”1 ； ( 1 ) 高档内衣是大豆蛋白纤维未来的主要发展方向。如果将来大豆蛋白纤维在 价格上具有优势，会在高档衬衫和外衣面料上有所作为； ( 2 ) 要充分利用大豆蛋白纤维的特有性能进行市场拓展，同时，针织物有小批 量、多品种及变化快的特点，在大豆蛋白纤维的产品开发及市场扩展方面会较梭织物 更具有优势： ( 3 ) 大豆蛋白纤维在纺纱时由于纤维蓬松、抱合力差、静电严重，给生产带来了 一定的麻烦；在织造时经纱上浆及退浆和漂白前处理时，由于纤维耐热性差，必须严 格控制工艺条件，特别是在染色时，耐热性较差会使染色后易暴露出纤维结构的不均 匀性。所以，要对活性染料和弱酸性染料进行选择，以确保大豆蛋白纤维织物染色均 匀，上色率好。因此，大豆蛋白纤维在纺纱、织造和染色整理过程中还需要投入一定 的人力和物力，不断对生产工艺进行探索，直至摸索出最佳生产工艺参数。 1 3 包芯纱的现状和品种 包芯纱是由一根长丝( 或短纤维纱) 作芯纱并在外包覆短纤维加捻形成的复合纱 【1 4 1 5 1 。常用的芯纱原料是化纤长丝，如：氨纶、+ 涤纶、锦纶、丙纶等；外覆的纤维 有棉、毛、腈纶、涤纶等，其中以棉最为普遍。芯丝和外包纤维紧密相附，在加工或 使用过程中不会造成纤维剥离或滑移。由高强合纤长丝组成的纱芯为织物提供优良的 物理机械特性，如：强度高、耐穿性优良、定型持久，尺寸稳定性好，而外包纤维则 提供了良好的抗起球性、美观性和舒适性。因此，该类纱线同时具有良好的折皱恢复 性、耐穿性、染色性和后整理性【1 6 】，广泛用于生产常规、花式或特种服装用面料及工 业用布和家具用布等。 包芯纱根据芯纱的种类，可分为二类：一类为非弹性包芯纱，以涤纶等各种普通 长丝做芯纱，外包各种短纤维形成的复合纱，如：涤棉包芯纱、涤粘包芯纱等；另 一类为高弹性包芯纱，以氨纶等弹性纤维做芯纱，外包各种短纤维形成的复合纱；如： 5 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱纺纱i 艺及粘弹性研究第一荦大旦蜇臼纤维与氮纶包芯纱 棉氨包芯纱、涤纶氨纶包芯纱、毛氨包芯复合纱、苎麻氨纶包芯纱、粘氨包芯纱 等。下面主要介绍氨纶及其包芯纱： 1 3 1 氨纶 氨纶属于聚氨酯系纤维，是一种高弹性纤维，国际上通称为“斯潘德克 斯”( s p a n d e x ) ，我国的商品名为氨纶。 德国拜耳( b a y e r ) 公司于1 9 3 7 年首先研制成功了氨纶，美国杜邦公n ( d u p o n t ) 于 1 9 5 9 年开始工业化生产氨纶，其商品名为“莱卡”( l y c r a ) 。从6 0 年代开始，世界上许 多国家开始生产氨纶【17 1 。 氨纶有极好的伸缩性能，伸长度可达3 0 0 - 8 0 0 ，松弛后又可以迅速恢复原 状，具有柔软舒适感，有良好的耐化学药品、耐油、耐汗水、不虫蛀、不霉、日晒不 泛黄等特性。由于氨纶常使用其长丝复丝，比橡胶丝细得多，所以能适应针织品、机 织品等多品种加工用途【1 9 1 。 氨纶一般采用裸丝与锦纶或其他纤维一起根据不同的纤维原料、纺纱工艺、包 缠方法得到不同性能的纱线后，再在经编、纬编、梭织机等设备上进行织造。由于氨 纶纤维的摩擦系数大，在织造过程中易产生意外伸长和张力不匀以及静电等问题，而 且吸湿性、可染性差，影响织物风格和性能，因此经常采用包芯纱的形式织造。其特 点是氨纶的含量较少( 1 0 ) 就能充分发挥它的弹性作用，还能保持外包纤维的性 能和风格【2 们。 1 3 2 氨纶包芯纱1 2 1 3 1 i 氨纶包芯纱是以氨纶长丝为纱芯，外包一种或多种非弹性的短纤维，如棉、毛、 丝、麻、化学短纤维等纺制而成的复合纱线。这种纱线具有氨纶纱芯提供的优良弹性， 又具有外包纤维的表面性能，用这种弹力纱制织的弹力织物市场非常广阔。用弹性织 物缝制的服装富有弹性，无压迫感，尺寸稳定，回复性好，质地柔软，活动舒适，能 充分展示人体的自然美。在欧美国家中，弹性纤维所制纱线量占纤维总量的3 0 ； 在我国，弹性织物也是非常热门的品种，它可以用来制作体操服、游泳衣、运动衣、 内衣、滑雪服、紧身衣及各种弹力袜等。 氨纶包芯纱的纺制方法有许多种，既可用传统的环锭纺纱方法，也可用转杯纺、 喷气纺、涡流纺、摩擦纺等新型纺纱方法，但一般以改造的环锭纺生产方法最多1 1 6 1 。 外包纤维中，以棉或棉型化纤的技术最为成熟，其它纤维投入批量生产的不多，有些 6 大豆蛋白纤维氮纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究第一章火豆蛋白纤维与氩纶包：卷纱 品种还在试验阶段，如：大豆蛋白纤维氨纶包芯纱。 从2 0 世纪8 0 年代初起，国内棉纺织行业即开始研制氨纶包芯纱，目前已有许多 厂家能够生产这一类产品。其主要品种有： ( 1 ) 棉氨包芯纱【3 2 埘】：棉氨包芯纱是以氨纶丝为纱芯，外面包覆棉纤维纺制 而成，它既能保持氨纶丝的高弹特性，又具有棉纤维舒适、透气、吸湿的服用性能。 可广泛应用于内衣，还可用作外衣如衬衫、裙子、便服等服装面料。 棉氨包芯纱一般是在改装的环锭细纱机上进行纺制。改装方法是在普通的环锭 细纱机上加装氨纶丝喂入机构和预牵伸机构。氨纶经过改装的预牵伸机构，自前罗拉 胶辊后方的集棉器处喂入，与牵伸后的棉须条相并合，由锭子回转加捻而成。 ( 2 ) 涤纶氨纶包芯纱【3 5 】：涤纶氨纶包芯纱采用4 4 d t e x 或7 7 d t e x 氨纶长丝，外 覆细旦涤纶纤维，用以织制涤氨弹力布，经磨毛加工，风格独特新颖，表面毛感强， 毛绒短，布面丝光好，色泽鲜艳。 ( 3 ) 毛氨包芯纱【3 7 】：毛氨包芯纱是以氨纶弹力丝为纱芯，外包毛纤维而纺 成的纱线，纱芯提供优良的弹性，外包毛纤维则提供所需的表面毛感特征。 毛氨包芯纱是在改造的毛纺细纱机上纺制而成，关键是要建立氨纶丝的积极喂 入装置，并能实现牵伸倍数的改变。由其织成的羊毛弹力织物是当前市场上流行的服 装面料，它不仅具有毛织物的外观和良好的保暖性，而且织物回弹性好，伸缩自如， 给人以舒适的感觉。 ( 4 ) 麻氨包芯纱【3 8 】：麻氨包芯纱是以氨纶为纱芯，外包苎麻纤维纺成的纱线， 氨纶芯丝提供优良的弹性，外包苎麻纤维则提供所需的表面特征。麻氨包芯纱具有 两种纤维的优点：易吸湿透湿、富有弹性、轻柔无压迫、耐磨耐拉、耐褶皱。 苎麻氨纶包芯纱可在经过改造的毛纺或麻纺细纱机上纺制，同其它品种包芯纱 一样需要加装氨纶丝退绕装置，并能进行一定范围的牵伸。 由于苎麻纤维长度长，较为粗硬，实现完全包覆困难，影响产品的染色和服用性 能，故应用到生产实践的较少。 ( 5 ) 粘氨包芯纱：粘氨包芯纱具有吸湿好、弹力高、光泽好的特点：由其织制 而成的弹力织物可以用于服装的袖口、领口，亦可作医用绷带等。 ( 6 ) 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱，其纺制方法、工艺措施及优选和纱线性能研究 将在后面论述。 7 大豆蛋白纤维氨纶包：卷纱纺纱t 艺及粘弹性研究第一章大豆蛋白纤维与氩纶包：卷纱 用氨纶包芯纱织制的弹力织物因舒适、。美观而深受消费者喜爱，所以近几年发展 很快，但与国外高档弹力织物相比，尚处于初级开发阶段，具有较大的发展空间。资 料显示，国产弹力面料售价远低于国外同类面料，若低水平、低档次的弹力面料蜂拥 而上，市场必将很快饱和。目前氨纶包芯纱的产品品种还不够丰富多彩，故要开拓弹 力织物的市场，不仅需要提高产品的档次，还需要不断利用新型纤维开发新产品。 本章小结：本章介绍了大豆蛋白纤维的性能特征、产品的发展趋势和氨纶丝的特 点及应用：列举了目前国内几种常见包芯纱的性能特点、纺制方法和应用等。 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱纺纱工艺= 及粘弹性研究第二章纺纱工艺研究 第二章纺纱工艺研究 薹0 。誊，0 t j j _ 攀鬻豢囊攀爹：+ 。 j。 i - i ：一i 7 一 + 一j ，j ? 爱雾譬i 。，! ，誓；一i 参j 爱。蓉j j 囊孽； ：_ i r 。- 一，：j 一，：i ，、 。一 ，：蠹i ；，、，。鼍j i 奎i 鼍j 善j i 鍪 ：；1 誊j 蒸j 鬻， | | - 鬻蘸滋 7 ：；一。? ：， i 。? 、 i r “名爨鬓鬣t 二l 黪萋罄t z 磐，“ 惫l ，紫_ 誊0 誊。 ：f 。o 誊囊鬻鍪蒸雾鬻。j i 荔i 蠹 紧：攀攀：、，_ _ j j ：，萋繁雾? 蕊囊蒸鬻i 懑。：。j 叠 。：二i 。 j - _ 鬻霉爹麓i ：j 委攀銎磐i 9 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究 第二章纺纱工艺研究 2 0 * ( 2 ：相对湿度6 5 ；央持长度l o m m ：拉伸速度1 0 m m m i n ：试验次数2 0 次。 2 、测试结果( 测试数据见附表1 ) 大豆蛋白纤维的强伸度测试结果见表2 1 ，和其他纤维的性能比较见表2 2 。 表2 1大豆蛋白纤维的断裂强力和断裂伸长 项目最大值最小值平均值 c v 值 断裂强力c n 8 2 2 6 3 2 7 1 48 2 3 断裂强度c n d t e x 。1 5 1 43 9 54 4 68 2 3 断裂伸长率肱 1 61 3 31 4 4 25 8 3 初始模量n m m 之 4 1 1 22 3 6 42 9 1 7 表2 2 大豆蛋白纤维和其他纤维的性能比较 纤维种类 断裂强度c n d t e x j断裂伸长 大豆蛋白纤维 4 4 61 4 4 2 蚕丝 3 1 3 71 5 2 0 羊毛 0 9 1 62 5 3 5 棉 ， ，3 o 一4 9 。一 3 7 3 、数据分析 以上测试数据显示：( 1 ) 大豆蛋白纤维的断裂强度较羊毛、蚕丝、棉高，故用大 豆蛋白纤维纺制包芯纱，其强力将高于氨棉或氨毛包芯纱；( 2 ) 大豆蛋白纤维的断裂 伸长一般，没有羊毛的回复性好，故纯纺织物的抗皱性差，服用过程中易折皱，和其 他纤维混纺或纺制弹力纱，可改善之；( 3 ) 大豆蛋白纤维的强力不匀率不算很高，和 资料【3 9 1 介绍相差较大，测试数据说明，大豆蛋白纤维纺纱时和强力较低的粘胶等化纤 相比，不容易断裂。 2 1 1 3 化学性能测试 对大豆蛋白纤维进行了耐酸、耐碱性测试，结果表明，该纤维不耐浓酸，特别是 在盐酸和硫酸等强酸中几乎全部溶解，耐碱性很好，完全不同于其他蛋白质纤维如羊 毛( 耐酸不耐碱) ，如制品通过氧化性溶液或还原性溶液处理，可以改善外观，与羊 毛或蚕丝相似。 2 1 1 4 其他性能 纤维的摩擦系数、卷曲数和质量比电阻等性能对纺纱和成品质量有较大的影响， l o 大豆蛋白纤维氨纶包：签纱纺纱工艺及粘弹性研究第二章纺纱工艺研究 具体分析如下： 摩擦系数：如纤维的摩擦系数小，则纤维及其制品手感滑爽，但因纤维间的抱合 力小，影响纺纱过程的顺利进行。 卷曲数：卷曲数少时，纱及织物的弹性恢复率低，进而影响服装的抗皱、保暖和 手感，而且在纺纱过程中也影响纤维的抱合。 质量比电阻：质量比电阻小，表示纤维的导电性能好，纺织加工能顺利进行，且 服装具有良好的抗静电性，比电阻大时，静电现象严重，加工时，易产生飞花、粘卷 和缠绕机件现象。 利用y g 3 6 2 型卷曲弹性仪( 执行g b 厂r 1 4 3 3 旺1 9 9 3 标准) 和y g 3 2 1 型纤维比 电阻测试仪( 执行g b 厂r 1 4 3 4 2 - 1 9 9 3 标准) 分别测试了纤维的卷曲率和质量比电阻， 因条件所限，无法测定纤维的动、静摩擦系数。测试结果是：( 1 ) 卷曲率为1 6 7 ， 偏少，应改进纤维加工工艺，增加卷曲数；( 2 ) 质量比电阻为2 0 3 x 1 0 加g e m 2 ，偏大， 纺纱时要采取措施，改善吸湿导电性。通过查资料【3 9 1 可知，大豆蛋白纤维的动、静摩 擦系数分别为：0 2 3 5 、0 2 8 7 ，相对其他纤维低，纤维间的抱合力小。 2 1 2 氨纶丝 氨纶包芯纱的优越弹性完全是由氨纶长丝提供的，因此，氨纶丝的拉伸性能对包 芯纱的弹性及绅长率至关重要，对纺纱加工和最终产品的性能都有很大的影响，在使 用氨纶丝之前，必须了解它的弹性性能，以适应实际生产的需要。 拟定纺制1 4 6 t e x + 4 4 d t e x 和3 6 4 t e x + 7 7 d t e x 氨纶包芯纱，从郑州四棉纺织有限公 司购买由德国拜耳( b a y e r ) 公司生产的4 4 d t e x 和7 7 d t e x 两种规格的氨纶长丝，进行了 强伸度测试。 2 1 2 1 测试结果 氨纶丝的强力和伸长率测试结果如表2 3 所示。( 参考f z t 5 0 0 0 6 - - 1 9 9 4 标准， 测试数据见附表2 、3 ) 由表2 3 可看出，7 7 d t e x 和4 4 d t e x 氨纶丝的强度和伸长存在差异。考虑到包芯纱 包覆的完整性，一般纺细特纱时，选用4 4 d t e x ，中、粗特纱时选用7 7 d t e x 。 大豆蛋白纤维氨纶包j 占纱纺纱工艺及粘弹性研究 第二章纺纱工艺研究 表2 3 氨纶丝的断裂强力、断裂伸长率 断裂强度 变异系数 变异系数 品种 断裂强力c n断裂伸长率 c n d t e x 。1 4 4 d t e x 3 2 0 3o 7 31 1 7 33 5 8 9 51 0 7 7 7 d t e x 4 9 4 1o 6 31 8 4 63 9 1 6 91 6 6 8 2 1 2 2 氨纶丝的拉伸曲线分析 氨纶是高分子聚合材料，具有粘弹体的基本性能，在张力作用下容易产生蠕变、 塑性变形等现象。因此，当其拉伸到一定程度后，其拉伸曲线将会呈现出不规则的变 化，与拉伸初始阶段区别很大。4 4 d t e x 、7 7 d t e x 氨纶丝的实际拉伸曲线如图2 2 所示。 4 4 d t e x 氨纶 一一7 7 d t e x 氨纶 图2 24 4 d t e x 、7 7 d t e x 氨纶丝的实际拉伸曲线 从图上可以看出，氨纶丝在低张力、低伸长作用条件下，表现出良好的弹性，当 拉伸到一定程度后，即进入塑性变形区，氨纶丝的拉伸曲线表现出极不规则性。如 4 4 d t e x 氨纶丝的伸长率达到2 5 0 ( 3 5 倍) 之后曲线呈锯齿形，7 7 d t e x 氨纶丝的伸长 率达到3 2 0 ( 4 2 倍) 之后，曲线呈锯齿形，这说明氨纶丝的伸长率越大，曲线的 波动也越大。所以，在实际生产中，预牵伸倍数应根据氨纶丝的拉伸曲线出现波动时 对应的伸长率来选择。由于4 4 d t e x 和7 7 d t e x 氨纶丝的拉伸曲线和断裂伸长有明显的 差异，且7 7 d t e x 旦氨纶丝的断裂伸长率较高，所以预牵伸倍数可高于4 4 d t e x 。另外， 预牵伸倍数的选择，还要考虑纱线、织物的弹性要求，一般弹性大时，预牵伸大；弹 性小时，预牵伸小。从图2 2 中可以看出，纺制氨纶包芯纱时，采用4 4 d t e x 氨纶丝的 预牵伸倍数不宜超过3 5 倍，7 7 d t e x 氨纶丝的预牵伸倍数不宜超过4 2 倍。 2 2 工艺选择及措施 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱的纺制，可以参考棉氨包芯纱、涤纶氨纶包芯纱、苎 1 2 大豆蛋白纤维氨纶包：苍纱纺纱工艺及粘弹性研究 第二章纺纱工艺研究 麻氨纶包芯纱及氨粘包芯纱。生产时应根据大豆蛋白纤维的性能特点来确定包芯纱 的纺纱工艺。 2 2 1 产品方案 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱产品方案见表2 - 4 。 表2 - 4 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱产品方案 序号纱线品种氨纶丝预牵伸计算特数( t e x ) 3 o o 1 6 3 2 l1 4 6 t e x + 4 4 d t e x3 2 51 6 1 9 3 5 01 6 0 7 2 3 6 4 t e x + 7 7 d t e x 3 5 0 3 8 9 8 2 2 2 纺纱工艺流程 2 2 2 1 预处理 根据上节所测试的大豆蛋白纤维性能可知，该纤维表面光滑，柔软，纤维间的抱 合力差，不易成网，易粘缠机件；比电阻高，静电现象严重，吸放湿性能好，周围环 境相对湿度发生变化，纤维回潮率会很快变化，如车间温湿度不合适，纺纱时飞花多， 易缠绕。所以在纺纱前需经预处理或与其他纤维混纺，以改善可纺性，满足纺纱及规 模生产条件。预处理所加油剂类型为抗静电剂和抗滑剂，重点解决静电严重和抱合力 差的问题，处理时，需要将油剂均匀喷洒在原料上，用塑料薄膜将其封好，2 4 h 后再 进行纺纱。经过实验可知，各种助剂的合适添加量( 占大豆蛋白纤维的干重比例) 为： 水：9 ；抗静电剂：0 6 ；防滑剂：0 2 。大豆蛋白纤维预处理后其质量比电阻降 为1 x 1 0 6q 咖2 ，纺纱性大大改善。纺纱时还要严格控制车间的温湿度，相对湿度 小，易产生静电，飞花严重；相对湿度大，易缠皮辊、罗拉和粘缠针布。因此确定添 加量的最佳比例，严格控制车间相对湿度( 7 肛7 5 ) ，可以达到最佳纺纱条件。 2 2 2 2 工艺流程 由于大豆蛋白纤维含杂质少、纤维细度细、长度长、整齐度好。纺纱生产时，我 们选择了目前使用广泛又具有一定先进水平的纺纱设备，机器速度快，产量高，性能 好，不仅能生产出高质量的产品，而且有一定的潜力。 大豆蛋白纤维氨纶包芯纱的工艺流程如下： a 0 0 2 d 自动抓棉机一f a 0 2 2 - - 6 多仓混棉机- a 0 3 6 c 豪猪开棉机一a 0 9 2 a 双棉箱 1 3 人豆蛋臼纤维氨纶包芯纱纺纱工艺及粘弹性研究第二荦纺纱工艺研究 给棉机- - a 0 7 6 c 单打手成卷机- - , , a 1 8 6 f 梳棉机( 单罗拉剥棉) - - - f a 3 11 高速并条机 一f a 31 l 高速并条机- - a 4 5 6 d 粗纱机- - , - f a 5 0 6 细纱机一13 3 2 m 络筒机 氨纶长丝 2 223 机器改造 为满足大豆蛋白纤维氨纶包芯纱的纺制要求，对f a 5 0 6 型细纱机进行改造，加 装了氨纶丝喂入装置( 从经纬纺机购进) ，通过链轮辅助传动。预牵伸后的氨纶丝从 前罗拉与前皮辊组成的钳口处喂入，与牵伸区输出的大豆蛋白纤维须条汇合，经过加 捻、卷绕制成大豆蛋白纤维氨纶包芯纱。 该喂入装置能满足以下要求：( 1 ) 氨纶丝能形成均匀牵伸；( 2 ) 氨纶丝的牵伸倍 数能根据最终产品用途与要求独立进行调整控制：( 3 ) 能稳妥地放置氨纶丝筒子；( 4 ) 能积极顺利退解。 氨纶丝预牵伸倍数等于前罗拉和氨纶丝喂入罗拉表面线速度之比，调节氨纶丝的 喂入速度可改变预牵伸倍数。 e = 巧圪 式中：b - 氨纶丝的预牵伸倍数 圪氨纶丝积极喂入罗拉的表面线速度( m m i n ) 巧前罗拉的表面线速度( m m i n ) 氨纶丝的伸长率p i 为： 岛：! 盟1 0 0 圪 2 2 3 纺纱各工序主要技术措施【4 4 】 2 2 3 1 开清棉工序 l 、工艺技术措施 大豆蛋白纤维和棉纤维相比，长度长，细度细，不含杂质，抱合力差。故在开 清棉工序应采用“多松轻打、多梳少落、防缠防粘、机台通道光洁等”的工艺原则，否 则，不仅易损伤纤维，使短绒增加，而且容易形成棉结。 ( 1 ) 为使抓棉机抓细、抓匀和提高抓棉机的运转效率，适当降低了抓棉机小车 每次下降距离和打手刀片伸出肋条的距离，同时降低抓棉打手转速，避免纤维打击过 度，减少纤维的损伤，从而减少棉结和改善条干。 1 4 大豆蛋臼纤维氮纶包芯纱纺纱丁艺及粘弹性研究第二章纺纱工艺研究 ( 2 ) 适当降低a 0 3 6 c 梳针滚筒速度和a 0 7 6 c 综合打手速度，合理选择梳针滚 筒和给棉罗拉、综合打手与天平罗拉间的隔距，防止打断纤维，减小尘棒与尘棒间隔 距，以降低落棉率。 ( 3 ) 纤维成卷后，表现出较强的粘连性，使成卷层次不清，退绕粘连严重。所 以，适当加大了各紧压罗拉的压力，增加纤维层的紧密度，且采用了凹凸罗拉，成卷 时加入粗纱条，适当减小卷长。 2 、主要工艺配置 主要工艺配置见表2 5 。 表2 5 大豆蛋白纤维开清棉主要工艺配置 项目工艺配置 梳针滚筒速度( r m i n )4 2 5 综合打手速度( r m i n ) 9 0 0 风扇速度( r m i n ) 1 2 0 0 综合打手与尘棒隔距 9 1 8 ( 进口出口) ( n u n )