（纺织工程专业论文）大豆蛋白纤维针织物尺寸稳定性研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 大豆蛋白纤维是由我国科技人员独立研制并商业化生产的新型蛋 白质纤维，该纤维性能优越，具有天然纤维和化学纤维的许多优越性 能，应用前景十分广阔；但同时它也存在一些不足之处，尤其是大豆 蛋白纤维针织物的尺寸稳定性、耐热性能、耐碱性能较差。本文从织 物的编织工艺、染色及后整理方面逐步开展对大豆蛋白纤维针织物的 研究工作，了解并掌握大豆蛋白纤维针织物在性能和使用价值上的突 出优点和不足，使得其在应用开发中能够扬长避短。 本课题旨在研究大豆蛋白纤维针织物的尺寸稳定性。分别从织物 的织造工艺、与氨纶及p t t 弹性纤维的交织方式、染色工艺、热定型 工艺中找出影响大豆蛋白纤维针织物尺寸稳定性的因素，提出改善措 施，从而使大豆蛋白纤维针织物的性能得到改善。 论文对所用原料的性能进行了测试，发现大豆蛋白纤维纱线与棉 纤维纱线相比具有单纱强力高、断裂伸长率高、表面毛羽少的特点， 同时大豆蛋白纤维纱线的热湿收缩率比较高，而且随水浴温度的升高 其热湿收缩率也明显增大。 论文探讨了未充满系数与大豆蛋白纤维针织物缩水率之间的关 系，发现在未充满系数6 处于1 6 到1 7 5 这一区间时，大豆蛋白纤维 纬平针织物尺寸稳定性最好；而对于棉纤维纬平针织物，未充满系数 在1 3 到1 6 这一区间时织物的尺寸稳定性最好。 大豆蛋白纤维与氨纶、p t t 弹性纤维交织后织物的性能有所改善。 大豆蛋白纤维与氨纶交织可以明显降低织物的缩水率，改善织物的尺 寸稳定性；增加织物的断裂强力和拉伸回复率；但是使织物的悬垂性 和透气性变差。而且这些性能的改变程度随着氢纶含量的增加而变大。 同样，p t t 与大豆蛋白纤维交织可以减小织物的缩水率，改善织物的 尺寸稳定性，而且随织物中p t t 含量的增加缩水率呈减小的趋势；p t t 与大豆蛋白纤维交织可以提高织物的断裂强力和拉伸回复率；但织物 的透气性较差。 摘要 论文对大豆蛋白纤维针织物的染色工艺及热定型工艺与其尺寸稳 定性的关系进行了研究，采用正交试验，通过方差分析得出了大豆蛋 白纤维针织物最佳的染色及热定型的工艺条件。 关键词：针织物大豆蛋白纤维尺寸稳定性 缩水率 未充满系数热定型 a b s t r a c t s t u d yo nd i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo fs o y b e a nk n i t t e df a b r i c a b s t r a c t s o y b e a n f i b e ri san e w t y p e o fp r o t e i nf i b e rw h i c hi s d e v e l o p e d i n d e p e n d e n t l ya n dp r o d u c e dc o m m e r c i a l l yb yc h i n e s es p e c i a l i s t st h ef i b e r h a s m a n yg o o dp r o p e r t i e s o ft h en a t u r a lf i b e ra n dc h e m i c a lf i b e r i t s f o r e g r o u n di sv e r yg o o dh o w e v e r ，t h ef i b e rh a ss o m e d e f i c i e n c i e ss u c ha sl e s s c u r lt e x t u r ea n dh e a ts e n s i t i v i t y ，w h i c hr e s u l t si ns o m et r o u b l ei nd i m e n s i o n a l s t a b i l i t y t oi m p r o v ef u r t h e rt h e p r o p e r t i e s o fs o y u e a nk n i t t e df a b r i c ，t h e k n i t t i n g ，d y e i n g a n df i n i s h i n g t e c h n o l o g y o fs o y b e a nk n i t t e df a b r i cw e r e s t u d i e di nt h i st h e s i s f r o ma b o v ed i s c u s s i o nt h eo p t i m a ld a t ao f p r o d u c t i o nc a n b ed e r i v e d ， t h i st h e s i s p a y s s o m ee m p h a s i so nt h ed i m e n s i o n a l s t a b i l i t y o ft h e s o y b e a nk n i t t e df a b r i c t h ea f f e c t i n gf a c t o r so nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo ft h e s o y b e a nk n i t t e df a b r i cw e r ef o u n df r o mk n i t t i n gt e c h n o l o g y ，t h ei n t e r l a c i n g w i t ht h el y c r aa n dp t t ，d y e i n ga n dh e a ts e t t i n gt e c h n o l o g y , a n dt h ei m p r o v i n g m e a s u r e sw e r e p u t f o r w a r d t om a k ef o u n d a t i o no ft h ef o l l o w i n gs t u d yt h ep r o p e r t i e so ft h ey a r n s w e r et e s t e di tw a sf o u n dt h a tt h es o y b e a ns p u ny a r nh a ss u c hc h a r a c t e r i s t i c sa s h i g h e rs t r e n g t h a n db r e a k i n g e l o n g a t i o nr a t e ，l e s s h a i r n e s so na p p e a r a n c e c o m p a r i n gw i t hc o t t o ny a r n a tt h es a m e t i m es o y b e a ns p u ny a r nh a sh i g h e r t h e r m o - h y d r os h r i n k a g e ，w h i c hi si n c r e a s i n gr e m a n a b l y w i t ht h ei n c r e a s i n go f t h et e m p e r a t u r eo f w a t e rb a t h t h er e l a t i o nb e t w e e no p e n i n gp e r c e n t a g ea n ds h r i n k a g eo ft h ek n i t t e d f a b r i cw a sa n a l y z e di nt h i st h e s i st h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo fs o y b e a nk n i t t e d f a b r i ci so p t i m a lw h e nt h eo p e n i n gp e r c e m a g er a n g e sf r o m1 6t o 17 5a st o c o t t o nk n i t t e df a b r i c ，w h e nt h eo p e n i n gp e r c e n t a g er a n g e sf r o m1 3 t o 1 6 ，t h e d i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo f f a b r i ci so p t i m a l 一一 些翌坠里 t h e p r o p e r t i e s o ft h e s o y b e a n k n i t t e df a b r i cc a l l b e i m p r o v e db y i n t e r l a c i n gw i t hl y c r ao rp t tf o rt h ef a b r i cm a d eo f s o y b e a np r o t e i ny a r na n d l y c r a ，i t h a sl e s s s h r i n k a g e ，b e t t e rd i m e n s i o n a l s t a b i l i t y ，h i g h e rb r e a k i n g s t r e n g t ha n de l a s t i cr e c o v e r yp e r c e n t a g eo fe l o n g a t i o n ，w o r s ed r a p a b i l i t ya n d p e r m e a b i l i t y t h e c h a n g i n gd e g r e eo ft h e s ep r o p e r t i e si sh i g ha st h ec o n t e n to f l y c r ai si n c r e a s i n g a st ot h ef a b r i ci n t e r l a c e dw i t hp t t ，i th a sl e s ss h r i n k a g e ， w h i c hd e c r e a s ew i t ht h e i n c r e a s i n go f c o n t e n to f p t ti t sb r e a k i n g s t r e n g t ha n d e l a s t i cr e c o v e r yp e r c e n t a g eo f e l o n g a t i o nb e c o m eh i g h e rb u tt h ep e r m e a b i l i t y d e c r e a s e s t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ed y e i n ga n d t h e r m o s e t t i n gt e c h n o l o g yo fs o y b e a n k n i t t e df a b r i ca n di t sd i m e n s i o n a l s t a b i l i t yw a ss t u d i e d i nt h i s t h e s i s ，t h e o p t i m a ld y e i n ga n dt h e r m o s e t t i n gc o n d i t i o nw a so b t a i n e dw i t ht h eh e l po f o r t h o g o n a le x p e r i m e n t p o s t g r a d u a t e ：f e n gh u a n r a n ( m a j o r ：t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db y ：p r o fs h e n w e i k e y w o r d s ：k n i t t e df a b r i c s o y b c a n f i b e rd i m e n s i o n a l s t a b i l i t y s h r i n k a g er a t eo p e n i n gp e r c e n t a g et h e r m o s e t t i n g 2 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 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 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名 码媛超 日期：j ；年，? 月砂日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关韶门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密 鹨嫁熬、 日期：舢；年，) r 月印日 指导教师签名：沈乃 日期：a “3 年i 王月。三品 第一章引言 第一章引言 大豆蛋白纤维是由我国科技人员独立研制并商业化生产的植物蛋 白质纤维，该纤维性能优越，具有天然纤维和化学纤维的许多优越性 能，它的应用前景十分广阔，是可持续发展的一种新型纤维。但同时 它也存在一些不足之处，因此在大豆蛋白纤维制造的生产技术不断完 善、产量不断扩大、国内外市场需求逐渐扩大的情况下，进一步改善 大豆蛋白纤维织物的性能、开发系列、适用各种需求、不同风格、新 颖的大豆蛋白纤维纺织面料的任务势在必行口1 。 第一节国内外蛋白质纤维的研究概况 一、国外蛋白质纤维的研究情况 国外早期对蛋白质纤维的研究从十九世纪末和二十世纪初就开始 了，直至今天已近一个世纪，开发的纤维概括如下： 1 8 9 4 年，在明胶液中加入甲醛进行纺丝，制得明胶纤维； 1 9 3 5 年，意大利化学家f e r r e t t i 从牛乳中提炼出酪素纤维，进行 实验室纺丝，制得人造蛋白质纤维2 l ； 1 9 38 年，英国i c i 公司制备了花生蛋白质纤维，商品名为a r d i l ， 该纤维吸水率1 4 左右，断裂强度为0 8 d ，但纤维粗，强力低； 1 9 3 9 年，c o r np r o d u c tr e f i n i n g 公司将从玉米中提炼的蛋白质用 醇或碱溶解，纺丝制得玉米蛋白质纤维，商品名为v i c a r a 、a r d i l e n f i b r e ，该纤维比重为1 2 5 ，吸水率1 0 左右，断裂强度为l2 1 5 9 d ， 但纤维粗，无实用性。 2 0 世纪4 0 年代初，美国、英国研制了酪素纤维，商品名为a r a l i c ( 美国) 、f i b r a l a n c e ( 英国) ，比重为19 ，吸水率为1 4 ，断裂强度 为08 一l0 9 d ，延伸度为1 5 ，耐水性差，无实用性。 1 9 4 5 年左右，美国、日本研制了大豆蛋白纤维，美国商品名为 s o y l o n ，吸水率为1 1 ，强力低，色泽黄。 1 9 4 8 年，美国通用汽车公司首先从豆粕中提取了大豆纤维，因达 第一章引言 不到纺丝要求的指标而中断研究。 近年来，日本东洋纺织公司开发了以新西兰牛奶为原料的再生蛋 白质纤维，商品名为c h i n o n ，它是用牛奶酪素与丙烯腈接枝而成。据 资料介绍；它具有天然丝一样的光泽，手感柔软，有较好的吸湿性， 穿着舒适等；但纤维本身呈淡黄色，耐热性差，在干热1 2 0 度以上易 泛黄，强力下降。而且，1 0 0 千克牛奶只能提取2 千克蛋白质，纤维 制造成本高，缺乏市场竞争力，无法大量推广+ 应用。1 9 9 4 年以来，美 国d u p o n t 公司等对玉米蛋白纤维的制造过程和纤维性能进行了研 究。将玉米蛋白质溶解于溶剂中可进行干法纺丝i 将球状玉米蛋白质 溶解于碱液( p h1 l3 1 2 7 ) 中，并加入甲醛或多聚羧酸类交联剂， 可进行湿法纺丝。含有交联剂的玉米蛋白纤维具有耐酸、耐碱、耐溶 剂性和防老化性能，且不蛀不霉，它具有棉的舒适性、羊毛的保暖性 和蚕丝的手感等特性。但至今为止国外尚无用于纺织品的大豆蛋白质 纤维产品。 二、国内蛋白质纤维的研究情况 我国在5 0 年代、7 0 年代曾分别对蛋白质纤维进行过初步的探索， 但未成功。在9 0 年代，四川省曾对蚕蛹蛋白质纤维进行了研制，制备 纤维的方法有两种： 一种是将蚕蛹蛋白质与丙烯腈等单体接枝，再进行纺丝，但未实 现工业化生产； 另一种是将蚕蛹蛋白质与粘胶纺丝液混合进行复合纺丝，已实现 了小批量生产。 虽然这种蚕蛹蛋白粘胶丝吸湿性好于蚕丝，但蛋白质含量较低而 且干强较低，只有17 7 c n d t e x ，湿强更低，只有08 5 c n d t e x 。由于 强度太低，在织造和印染加工中存在很多问题，影响了该类产品的开 发和技术推广。 9 0 年代，上海东华大学与金山石化曾对酪素丙烯腈接枝共聚物 的纺丝进行过研究，不过只是停留于理论探讨，未见其产品；上海复 旦大学和东华大学曾对再生丝素溶液的纺丝进行过研究，亦未能实现 2 第一章引言 工业化生产。 9 0 年代初，河南濮阳华康生物化学工程联合集团总公司开始对大 豆蛋白纤维进行深入系统的研究开发，共投资7 0 0 0 多万元，于2 0 0 0 年3 月试纺成功，在国际上首次成功地进行了工业化生产，目前第一 条工业化生产线生产能力为15 0 0 吨，所生产的纤维单纤细度分别为 o9 1l d t e x 和l2 17 d t e x ，切断成断纤长度为：3 8 r a m 、5 1 m m 、7 6 r a m 。 该纤维与国内外开发的再生蛋白质纤维相比，具有较高的强力和其他 优良性能，而且所用蛋白原料来源于农作物副产品一大豆豆粕。国产 大豆蛋白纤维的开发成功填补了国际空白，是国际创新纤维材料。 1 9 9 5 年大豆蛋白纤维生产项目被列入国家经贸委新产品试产计 划：1 9 9 6 年被列入国家科委火炬计划；1 9 9 8 年列入国家经贸委重点工 业品扩大出口专项规划；1 9 9 9 年列入河南省高新技术产业化重点项 目；2 0 0 1 年被国家经贸委列入国家技术创新项目，总投资5 0 0 0 万元 用于大豆纤维产品的研究，可见国家对大豆蛋白质纤维的重视【4 l 。 第二节大豆蛋白纤维及其织物的性能综述 一、大豆蛋白纤维生产工艺 大豆蛋白纤维属于再生植物蛋白纤维类，是采用化学、生物化学 的方法从榨掉油脂( 大豆中含2 0 油) 的大豆豆渣( 含3 5 蛋白) 中 提取球状蛋白质，通过添加功能性助剂，改变蛋白质空间结构，经湿 法纺丝而成。它由改性大豆蛋白和聚乙烯醇组成，两者含量分别为 2 3 一5 5 和7 7 4 5 。将两种物质制成一定浓度的溶液，混合后进行 纺丝。大豆纤维是一种易生物降解的纤维。具体生产工艺流程见下图。 大豆蛋白纤维制造流程图 第一章日i 言 二、大豆蛋白纤维综合性能评价 l 、舒适性 大豆蛋白纤维在纺丝过程中可以制成大豆蛋白分布在纤维外层的 皮芯结构纤维，并且在纤维纺丝牵伸过程中，由于纤维表面脱水，取 向较快导致纤维表面有沟槽，从而使纤维具有良好的导湿性。因为蛋 白质分子中含有大量的氨基、羧基、羟基等亲水基团，从而使该纤维 具有良好的吸湿性，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5 1 。 2 、外观 大豆蛋白纤维面料，具有类似真丝的光泽，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，可用作高档衬衣面料。 3 、染色性能 大豆蛋白纤维本身为淡黄色，很像榨蚕丝色，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。 4 、物理机械性能 该种纤维的单纤维断裂强度比羊毛、棉、蚕丝的强度高，仅次于 涤纶等高强度纤维，而纤度己可达到o9 d t e x 。目前，用12 7 d t e x 的棉 型纤维在棉纺设备上已纺出6 d t e x 的高质量纱，可开发高档面料。目 4 第一章引言 前我国生产的大豆蛋白纤维单丝细度为o9 。l7 d t e x ，长度为38 m m 、 5 1 m m 、7 6 t u r n 。大豆蛋白纤维和其他天然、再生纤维索纤维性能比较 列于表1 1 中： 表1 1 大豆蛋白纤维和其他纺织纤维性能比较 性能大豆纤维棉 粘胶蚕丝羊毛 干断裂强度( c n l d t e x ) 38 4019 3115 2026 3509 16 湿断裂强度( c n d t e x )25 ，3022 3 107 11 19 2507 13 千断裂延伸度( )1 8 2 l 7 一1 01 8 2 41 4 2 52 5 3 5 初始模量( k g m m 2 ) 7 0 0 13 0 08 5 0 1 2 0 08 5 0 1 15 06 5 0 - 1 2 5 0 钩接强度( 2 ) 7 5 8 57 03 0 6 56 0 8 0 结节强度( ) 8 59 2 1 0 04 5 6 08 0 - 8 5 回潮率( ) 86 90 l3ol io1 4 1 6 比重( g m 3 ) 12 9 l5 0 15 414 6 15 213 4 13 8 l3 3 耐热性差好较好较好较好 耐碱性一般好好较好差 耐酸性好 差差好好 抗紫外线性较好 一般差差较差 本表数据由河南省纺织纤维质量检测中心提供( 其中大豆纤维规 格为l2 7 d t e x 、长度为3 8 m m ) 从表l 一1 中可以看出，与其他天然纤维、再生纤维素纤维相比，大 豆蛋白纤维有着较好的物理化学性能。该纤维单丝细度细，强伸度较 高，耐酸性较好，具有羊绒般的手感，蚕丝般的柔和光泽，棉纤维的 吸湿、导湿性和穿着舒适性，羊毛的保暖性。不过大豆蛋白纤维耐热 性较差，纤维本身呈米黄色，不易漂白。 5 、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起杀 菌消炎作用的中草药与蛋白质侧链以化学键相结合，药效显著且持久， 第章引言 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。 大豆蛋白纤维中含有人体所需氨基酸见表1 - 2 ： 表12 大豆纡维氨基酸构成( a g 9 1 蛋白) 氨基酸脱脂大豆蛋白分离大豆蛋白氨基酸脱脂大豆蛋白分离大豆蛋白 组氨酸 2 62 8 甲硫+ 胱氨酸2 62 6 异亮氨酸 4 64 9苯丙一酪氮酸8 89 2 亮氨酸 7 88 2 苏氮酸 3 93 8 赖氨酸 6 46 4 色氨酸 1 41 j 颉氨鏊4 6 5 0 三、大豆蛋白纤维针织物的服用性能 大豆蛋白纤维在赋予织物许多优良服用性能与外观的同时，也给 织物带来了一些问题。其针织物的服用性能概括如下： l 、在织物的风格手感方面，大豆蛋白纤维针织物的弯曲长度、弯 曲刚度均较小，表现出其较柔软，同时大豆蛋白纤维针织物的蓬松度、 压缩率较大，织物较丰厚、蓬松，且表面光滑p 】。 2 、在织物的耐久性能方面，大豆蛋白纤维针织物耐汗渍牢度、耐 皂洗色牢度、耐干摩色牢度均较好，而耐湿摩色牢度较差。丝针织物 的色牢度最差。棉针织物的色牢度最稳定。大豆蛋白纤维针织物耐磨 性差【6 j 。 3 、从织物的外观特性来看，大豆蛋白纤维针织物的悬垂性优于棉 针织物，光泽最好；但起毛较严重【6 l 。 4 、在织物舒适性方面，大豆蛋白纤维针织物的透气性最优，吸湿 性较棉及丝差，透湿性较棉差f ”。 5 、从织物形态稳定性看，大豆蛋白纤维针织物的抗折皱性能不如 棉针织物及蚕丝针织物，汽蒸收缩率比棉针织物大【6 】，且试样卷曲严 重：缩水很严重。 由此我们可以看出，目前大豆蛋白纤维针织物的尺寸稳定性和起 毛现象是制约大豆蛋白纤维针织物开发的主要因素，为了更好的改善 第一章引言 大豆蛋白纤维针织物的服用性能，有必要对它们进行深入的研究。 第三节研究大豆蛋白纤维针织物性能的意义 一、纺织纤维、面料的发展趋势 从国外消费市场和服装的流行趋势来看，随着人们工作节奏的加 快，工作压力的增加，越来越多的人们崇尚自然、舒适美观、卫生保 健的休闲服装。因此具有“轻、柔、松、垂”等穿着舒适特点的体闲 服装受到人们的青睐。目前，纺织纤维和服装面料的主要趋势集中表 现在三个方面： a 、纤维素和蛋白质类面料所占纺织面料市场的份额持续增加； b 、导湿透汽服用舒适的新型化学纤维将会得到进一步的发展，如 超细、中空纤维等【7 】： c 、多组分差别化纤维面料 8 1 ，由于融合了多种纤维的特点，受到 消费者的青睐。 大豆蛋白纤维制备原料来源于大豆豆粕的植物蛋白，用该纤维制 成的面料导湿透汽、保暖、手感滑爽、悬垂性好，大豆蛋白中含有大 量的氨基酸，与人体皮肤有很好的相容性。若在纺丝过程中添加抗菌、 抗紫外线等添加剂，将会赋予纤维更多的功能。因此从服装面料发展 趋势对纤维原料的要求和大豆蛋白纤维本身的特点来看，大豆蛋白纤 维是一种迎合时代发展要求、受到消费者青睐、很有发展前途的新型 纤维。 二、研究大豆蛋白纤维针织物的社会和经济效益 从我国纺织行业发展看：目前，中低档针织产品生产过剩，出口 产品价位低，高档服装面料依赖进口。因此，控制总量、提高质量、 应用新技术、开发新纤维、新品种、提高产品档次、提高深加工技术、 增加产品附加值、增加出口创汇是当前我国纺织行业的主要课题【”。 新型大豆蛋白纤维纺织品的研制成功，投放国际国内市场，将会受到 极大的关注，会获得显著的社会和经济效益。而且通过大豆蛋白纤维 与其它纤维进行交织和混纺既能缓解国内天然纤维短缺的危机、提高 第一章引言 产品附加值、降低成本，又能使各种纤维取长补短，增加针织产品的 花式品种，提高针织品服用性能和质量档次。因此，新型大豆蛋白纤 维针织产品的开发及其面料加工技术的研究是目前急待开展的课题。 三、对今后的指导意义 由于大豆蛋白纤维及其织物存在着巨大的经济效益，当前已经成 为人们研究的热点，从目前来看，我们对大豆蛋白纤维的性能有了一 些基本了解，但对大豆蛋白纤维织物新品种的开发及大豆蛋白纤维织 物的服用性能还需进行深入的研究，尤其是现在我们了解到大豆蛋白 纤维织物的尺寸稳定性、耐热性能、耐碱性能等都很差。这样就需要 我们将织物的服用性能与产品生产工艺研究结合进行。一方面，用织 物性能研究的结果指导生产工艺；另一方面，通过生产工艺验证纤维 性能；从织物的上机工艺编织、染色及后整理方面逐步开展大豆蛋白 纤维及其织物的研究工作。有目的、有重点的掌握大豆蛋臼纤维在性 能和使用价值上的突出优点和不足，使得在应用开发中能够扬长避短， 从而形成具有引导方向性的开发应用。 第四节国内外尺寸稳定性的研究情况 一、国内外尺寸稳定i 生的研究综述 针织物的尺寸稳定性历来受到人们的特别关注。这是因为针织物 在洗涤及穿着过程中存在着不同程度的变形问题，主要表现在织物经 洗涤后尺寸发生变化。这一问题一直是针织生产商、零售商和消费者 关心的问题。同时这一问题也在学术界和工业界得到广泛的探讨和研 究。随着针织技术的发展，人们制定了各种标准和使用了许多能定量 控制针织物尺寸稳定性的仪器和技术，针织物的尺寸稳定性得到了很 大的提高。但由于针织物生产过程中织物成形机理的复杂性以及不同 织物原料和不同后整理工艺过程的影响，针织物的尺寸稳定性依然是 人们特别关心的问题。 回顾以往对针织物尺寸稳定性的大量研究我们能够体会到研究针 织物的尺寸稳定性对完善其服用性能的重要性。一般针织物结构的特 第一章引言 点主要表现在延伸性高，初始模量较低，弹性回复性能良好和手感松 软等物理机械特性指标上。在织造、染整等加工工序中针织坯布受到 不同程度的纵向拉伸或横向扩幅，会产生变形。在穿着和洗涤过程中， 针织物中线圈的线段在织物纵、横向会有相互转移并在一定条件下作 暂时平衡的现象。目前在针织物各加工工序中往往不能有效的和稳定 的控制其尺寸形态。为此，国内外对针织物尺寸稳定性研究工作大体 上从四方面入手。 1 、针织物尺寸稳定性的实验测试分析 这是直接从其实验测试结果，求得线圈结构形态( 针织物尺i r 形 态) 的有关参数，从而验证一些既定的模拟的线圈结构形态的实际应 用价值。在不同的加工工艺条件下制得试样，经过不同的松弛处理， 然后分析其针织物线圈几何结构参数在各种松弛状态下的变化情况； 从中得出全松弛状态下的针织物尺寸形态的有关参数及其对有关加工 工序的有效控制措施。比较多的是对纬平针组织的线圈模型参数的研 究：早在1 9 1 4 年【l 。】，t o m p k i n 就对针织物的特性进行了理论研究， 但这一方面的研究直到d o y l e l l l l 和m u n d e n ”1 所得出的、能代表一般 纬平针织物尺寸稳定性的参数后，才取得了显著的进展。接着，p o s t l e 和m u n d e n 又对二维及三维的针织物线圈模型进行了研究，试图得出 针织物尺寸的一般规律”】，在此之前，m u n d e n 甚至从单个的线圈着 手，应用材料力学等知识对针织线圈的普遍成形机理进行了理论推导， 并评价了s h i n n l l 4 】f 1 5 1 等人典型的线圈模型。p e i r c e “】、l e a f 1 ”、g l a s k i n 等人也对针织物线圈模型与尺寸稳定性的关系进行了理论推算，他们 所进行的实验是建立在f l e t c h e r 和r o b e , s 等人f 1 8 】【1 9 1 所研究的一定刚 度的针织物的理论基础之上的。归纳起来，他们所得出的结论主要是： 针对纬平针织物的各松弛状态，存在下述关系： c = 钐, w = k y l ，= 。= 1 3 ，其中c 是单位长度内的织物横列数， w 是单位长度内的线圈纵行数，k 。、尼。是恒定的，是线圈的长度。 m u n d e n 还对平针羊毛织物进行了研究，也得出了相应的值，同时指 第一章引言 出，虽然针织物在松弛状态下的尺寸只取决于线圈长度，但其它特性 却受织物紧密程度的影响，而织物的紧密程度又受纱线直径的影响； 另外，n o v w i c k 2 0 的研究却表明要确定纱线直径和线圈长度之间的关 系是困难的；c h a m b e r l a i n 、s h i n n 、l e a f 、g l a s k i n 、v e k a s s y 2 1 1 以及 n u t t i n g 2 2 1 又各自对弹性杆进行了线圈的模拟研究，使用了l o v e 2 3 1 的 分析结果，他们的研究发现：只要具有相同的扭曲刚度比率，不同的 弹性杆所形成的线圈形状都一致，这同l e a f 和g l a s k i n i n 2 4 1 在1 9 5 8 年 所作的针对不同形状的材料，其线圈形状相似的结论一致。而p e i r c e 和o l o f s s o n 2 5 】 2 6 1 通过研究机织物中纱线的卷曲形状后指出，干松弛状 态下，针织物的线圈同机织物的线圈一样，由于线圈的捻度作用而使 线圈呈三维结构。m u n d e n 和p o s t l e l 2 7 1 正是在这种思想的指导下+ 研究了 线圈的相关值。 2 、对线圈结构形态的理论研究 从理论上分析模拟的线圈结构形态( 针织物组织单元的结构形态) 及其参数对针织物尺寸稳定性的关系。最初是单纯从假定的几何形态 考虑，将针织物中线圈解释为二维或三维空间曲线。继而以经典力学 的弹性理论，分析在模拟线圈上所作用的力和力偶的位置和方向，导 出“平衡状态”的线圈几何结构，作为对针织物尺寸稳定性分析的依 据。以后又提出了针织物力学性质的综合能量分析，在最小能量及力 和力矩平衡条件下采用静态的数学等值方法，对松弛的针织物结构做 了分析研究。m u n d e n 等人的研究，不仅考虑到下机织物在干松弛状 态下的线圈形态参数，得出了湿松弛状态下的k 。和k 。的值分别为5 3 和41 ，而2 么= 1 3 ，同干松弛一样：m u n d e n 还通过拆下经过湿松弛 “ 处理后的织物中的纱线，发现其弯曲趋势比湿松弛处理前的织物的大， 这说明了针织物的湿松弛比千松弛对织物的尺寸稳定性具有更大的影 响；m u n d e n 还提出了另外个见解，即亲水性纱线的针织物经湿松 弛处理后，其尺寸并非达到完全的稳定状态”1 。 3 、对针织物收缩变形机理的实验研究 第一章引言 确定针织物几何参数与其纤维、纱线和织物的某些性能间的关系。 沙洛夫指出在普遍的针织物中，线圈存在着条件平衡状态。在条件平 衡状态下，针织物不再继续改变尺寸，尺寸稳定性最高。它是经过多 次洗涤并在自由状态下干燥而得到的。针织物从不平衡状态过渡到平 衡状态，主要由两个内力来完成：一个是线圈中弯曲纱线的弹性力， 这个力要使纱线伸直，改变线圈的外形，使针织物达到平衡状态；一 个是纱线间的摩擦力，这个力阻止纱线在线圈中移动，并使针织物在 新的不平衡状态得到固定，直到全松弛状态时，才使针织物达到条件 平衡状态。针织物平衡状态之所以带有条件性是因为在试验中没有给 针织物收缩能完全表现出来而创造必要的条件。膨润仅能使针织物接 近于平衡状态，这就使针织物线圈中的相互作用力重新分配，表现为 纱线弯曲形状及线圈尺寸有了改变。由于在湿的纱线之间存在着很大 的摩擦阻力，这就妨碍膨润针织物达到完全平衡状态。在洗涤时，由 于外力作用在湿态针织物上，促使其能进一步克服摩擦阻力。到了6 0 年代，休赫主要从纱线膨胀和迟胀所引起线圈几何形态的结构变化方 面着手对面平针织物的收缩机理进行了研究。他认为针织物的收缩取 决于诸多因素，比如纤维特性、线圈长度、机号、纱线捻度、编织时 的张力以及干燥、水洗方法，但是与收缩最有关的因素是纱线的膨胀 和编织过程中加诸于纱线上的内应力的松弛。他认为纬平针织物长度 收缩主要取决于两个现象，其中一部分是由于线圈中针编弧和沉降弧 的移动，而其余的是由于圈柱曲率的变化。科诺帕赛克是7 0 年代研究 针织物变形机理的代表，他认为受外力作用的针织物有三个明显的拉 伸变形机理：( 1 ) 纱线轴线的变化，即纱线轴线的某些部分曲率增加， 而另一些曲率减小，又由于在交织接触点上一根纱线在另一根纱线上 的滚动而引起纱断长度的小量变化：( 2 ) 由于在交织接触点上纱线表 面的相互滑移所引起的各交织接触点的重新定位和其间纱段的重新分 布；( 3 ) 由于纱线的拉伸变形所引起的线圈纱段长度的变化。 4 、对针织物尺寸稳定性测试方法的测定【2 9 l 这涉及到对针织物尺寸稳定性测试方法的标准化及其测得的参数 第一章引言 数据供针织物设计和工艺设计的可靠性等根本问题。主要涉及以下几 个方面：( 1 ) 严格按照坯布试样和片状试样的选用标准来选取待测部 位和试样数量。( 2 ) 各种机械洗涤处理法在使用效果上的比较，一般 来说滚筒洗涤法、洗衣机法和家用洗衣机法都是适用的。( 3 ) 干燥方 法对测定结果的影响：在平晾、悬挂、滴水和滚筒等四种干燥方法中 所反映的测试结果表明要严格规定其适用范围；一般来说平晾干燥较 为适宜。( 4 ) 缩水率的定义问题：由于针织物的横向恢复性大于其纵 向恢复性，所以在评定针织物的尺寸稳定性时对其横向、纵向缩水率 要根据不同的标准加以对待：面积收缩率的定义中由于没有考虑面积 收缩的形状，要在织物的横向与纵向收缩率的基础上加以辅助比较。 二、纬编针织物的变形机理 线圈是针织物最基本的结构单元，也是针织物的主要特征。全松 驰状态下线圈的几何形态、其他结构单元的种类及同线圈的连接情况， 对针织物的尺寸稳定性起着重要的作用。线圈在受到外力时线段发生 转移，这种转移的多少受外力的大小，纱线的弹性和强力，纱线问的 摩擦力和织物密度等因素的影响：同样线圈在外力去除后，要力图恢 复原来的形状，这一过程也要克服纱线间的摩擦力。摩擦力的大小取 决于纱线间压力和纱线的摩擦系数。变形的针织物总是力图回复到全 松驰状态下，但是很难达到理想状态，这就造成尺寸的不稳定。 纱线在纺纱和编织过程中受到拉伸、弯曲、扭转、压缩和摩擦等 作用，造成纱线的变形。这些变形一般都可分为急弹性、缓弹性和塑 性变形。在热湿和振动的情况下，如果能有效的促进拉伸缓弹性变形 的恢复，则能大大提高尺寸稳定性。 针织物在织造、染整及后整理的过程中，会受到不同方向、各种 形式的外力作用。这些作用靠纱线和纱线间的摩擦力来承受。作用于 针织物的外力转换成纱线的作用并不是一一对应的。针织物在受到小 于断裂负荷的外力连续或重复作用下，会产生蠕变和疲劳现象，造成 针织物尺寸的不稳定。 在针织物的变形中，缩水变形是较普遍也是比较重要的变形，针 第一章引言 织物的缩水成因主要表现为以下两个方面： ( 1 ) 纤维本身在纺纱、编织过程中受到张力，更重要的是织物在 织造及染色、洗涤等湿加工和某些机械整理过程中受到的纵向拉伸积 累而使织物产生形变，织物的弹性形变虽可迅速回复，但非弹性形变 回复较少，从而在织物内部就存在潜在的回缩倾向。若织物再在湿的 无张力的状态下，内部应力就会消除，导致织物回缩1 。 ( 2 ) 针织物是由线圈相互穿套而成的，圈高与圈距的相对稳定构 成织物的稳定圈高与圈距的稳定决定于两个力：一个力是纱线因成 圈弯曲而产生的弹性回复力，它使纱线力图伸直：另一个力是线圈与 线圈互套接触点处纱线之间的摩擦力，它阻止线圈的移动，这两个力 作用的结果，使织物保持一定的结构。针织物结构疏松，线圈在张力 作用下较易移动，在湿的状态下，弹性力和摩擦力都要发生变化，针 织物由于在处理过程中受纵向张力较多，在湿的无张力状态下，圈高 要缩小，圈距增加，形成缩水。实质上，缩水变形是由一种状态的平 衡向另一个稳定状态变化的过程。 三、改善针织物尺寸稳定性的措施 根据以上针织物的变形机理，我们可以采取相应的措施来提高针 织物的尺寸稳定性。 第一，要选用弹性好、缩水率低的纱线。一般来说天然纤维与合 成纤维混纺能提高天然纤维纱线的强力，降低其缩水率。氨纶纤维具 有较高的弹性和回复性，在针织物中能以裸丝、包芯纱或包缠纱等形 式参加编织生产来提高织物的尺寸稳定性；纱线在上机编织前，对其 进行蒸纱，消除其内应力，也可以降低缩水率。 第二，要合理确定上机工艺。通过理论计算和实验相结合的方法 确定线圈的结构参数，使其与全松弛状态下的结构参数相一致，选择 适当的上机工艺。 第三，要合理选择整理工艺，后整理是控制针织物尺寸稳定的主 要措施，我们可以通过防缩、热定型等方法来提高针织物的尺寸稳定 一l 生【3 1 1 。 第一章引言 大豆蛋白纤维因卷曲少，纤维问抱合力差，且摩擦系数大大低于 棉纤维，在形成针织物时，线圈间纱线较易转移，容易发生变形，其 形状与尺寸的不稳定性尤为突出。为此，必须从不同的原料组合、织 物组织结构设计、编织工艺优化以及后整理方面研究确定合理的工艺 技术来提高大豆蛋白纤维针织面料的尺寸稳定性。 第五节课题的主要内容 本课题主要研究大豆蛋白纤维针织物的织造及染色后整理工艺中 影响织物尺寸稳定性的因素，提出改善措施，并通过综合评价得出大 豆蛋白纤维针织物从上机织造到染色及热定型后整理的一整套优化工 艺。论文主要包括以下几部分内容： l 、原料性能的测试及分析：测试不同细度的大豆蛋白纤维纱线、 棉、p t t 等所用原料的性能，为后面的织造工艺做准备。 2 、织造工艺的研究：由于纱线细度不同，每种细度的纱线设计三 种不同的密度进行编织，借助于织物的未充满系数( 线圈长度与纱线 直径的比值) 这一指标，分析织造工艺对大豆蛋白纤维针织物尺寸稳 定性的影响，找出最优工艺参数。 3 、大豆蛋白纤维与弹性纤维交织的研究：通过大豆蛋白纤维与弹 性纤维氨纶、p t t 的交织，分析弹性纤维对织物尺寸稳定性的影响， 同时分析加入弹性纤维对织物其它性能的影响。 4 、染色工艺研究：探讨染色温度、时间、碱的浓度与大豆蛋白纤 维针织物尺寸稳定性的关系。 5 、热定型工艺研究：对大豆蛋白纤维针织物热定型的温度、时间、 定型幅宽三个方面进行研究，得出织物尺寸稳定的最佳工艺。 1 4 第二章纱线性能测试研究 第二章纱线性能测试研究 为了更好的研究大豆蛋白纤维针织物，首先对使用的各种纱线的 性能进行了测试。 一、纱线的单纱强力试验： 强力，就是纤维或纱线受外力直接拉伸到断裂时所需的力，是表 示拉伸力的绝对值的一种指标。纱线拉伸强力的大小与构成织物的强 力有直接关系。因此纱线的强力实际上反映了织物耐用性能的一个重 要指标。为此我们把纱线的强力指标( 见表2 一1 ) 一一列出以备后用。 表2 - 1 几种单纱的强力 、纱线种类 1 66 t e x134 r e x98 5 t e xl8o t e x 135 t e x 95 2 t e xp t t 强度指标、 大豆大豆大豆 棉 棉棉 平均断裂强力( c n )2 8 25 2 0 i51 4 82 2 1 80 1 6 9813 321 6 7l 平均断裂伸长率( ) 1 191 19915o4 64 4 3 75 断裂强力变异系数( ) 89 189 9 1 2 1 4 1 05 31 11 5 8181 46 4 伸长率变异系数( ) 66 4 82 88 9 5 87 9 1 2l988 869 8 晟大断裂强力f c n ) 3 2 32 3 8l9 32 6 02 0 6l5 618 0 最大断裂伸长率( ) 13 31 351 10595 751 4 25 最小断裂强力( c n ) 2 3 41 6 6 1 2 5 15 91 3 7 1 1 31 0 2 最小断裂伸长率( ) 1 049878 40 3 53 6 3 23 断裂时间( 3 ) 7171543 o2 7262 25 试验条件： 室内温度： 2 0 。c