（纺织工程专业论文）大豆蛋白纤维性能及其产品开发.pdf

天津工业大学2 0 0 3 届硕士毕业论文 摘要 摘要 大豆蛋白纤维是一种再生植物蛋白纤维，大豆蛋白纤维由我国濮阳华康生物化学工 程联合公司的专家李官奇先生开发成功，是迄今为止唯一由我国自主开发并取得工业化 试验成功的新型纺织原料。大豆蛋白纤维的生产其主要原料是大豆榨完油后的豆粕通过 水浸、分离、提纯出球状蛋白质在适当条件下改变蛋白质空间结构并与羟基和氰基高聚 物共聚接枝，经过湿法纺丝制成。大豆蛋白纤维问世两年多以来，已开发出多种大豆纤 维产品如纯大豆蛋白纤维织物及与棉、羊毛、麻、蚕丝、羊绒和其它化纤混纺或交织的 产品。 为了推动大豆蛋白纤维材料的发展，课题系统地对大豆蛋白纤维的性能进行了研 究。根据纤维特点，采用半精梳加工系统、棉纺系统，环锭纺、涡流纺等进行加工。在 产品开发中，充分利用纤维、纱线特点，开发短顺起绒披肩和围巾产品，填补了产品空 白。 由于大豆蛋白纤维表面光滑柔软，细度细，纺纱过程中纤维之间抱合力差，容易缠 机件，故采用半精梳加工系统加工环锭纱和棉纺系统加工涡流纱时，均需对原料进行预 处理，并且要注意加工过程中的温湿度控制。环锭纱拉伸强力较大，适合开发内衣、高 档面料等产品。涡流纱具有纱线结构蓬松，抗起球性、耐磨性和弹性较好等特点，适合 开发大豆蛋白纤维针织或机织起绒织物。此外，还开发了大豆蛋白纤维混纺纱，在混纺 过程中加入少量抗静电纤维，可以考虑开发抗静电织物从而开发大豆蛋白纤维功能性产 品。 通过对大豆蛋白纤维披肩和围巾进行产品设计，制织出大豆蛋白纤维织物，并对织 物进行产品性能测试，测试结果表明，大豆蛋白纤维织物可以充分体现表面柔软光滑， 有蚕丝般天然光泽，棉的吸湿放湿性，羊毛的保暖性等优点，开发的产品能发挥其性能 优势，其开发具有可行性。对大豆蛋白纤维织物的染色性能进行了测试，优选了染色工 艺，大豆蛋白纤维是一种易染型纤维，其织物具有较好的染色性能。 大豆蛋白纤维是一种具有优异性能的新型纤维，其产品具有良好的服用性能，而且 产品成本低，应用领域广泛，故大豆蛋白纤维具有极强的市场开发潜力。大豆蛋白纤维 产品要成为一种成熟的产品，还有许多工作要做，我们争取突破一系列关键技术，开发 出丰富多彩的产品，使我国大豆蛋白纤维的生产和纤维应用均处于国际领先的地位。 丕望三些查堂! ! ! ! 旦堕主兰些堡兰塑蔓 a b s t r a c t s o y b e a n p r o t e i nf i b e r ( s p f ) i sak i n d o fr e g e n e r a t e dv e g e t a b l ep r o t e i n f i b e r s p fi sd e v e l o p e db ym rl ig u a n q i ，a ne x p e r ti np u y a n gh u a k a n gb i o l o g ya n d c h e m i s t r yi n t e r g r a t e dc o m p a n y i nc h i n a s p fi st h eo n l yn e wt e x t i l em a t e r i a l d e v e l o p e db yc h i n aa n dg e t t h es u c c e s so fi n d u s t r i a l i z a t i o nt e s t t h em a i n m a t e r i a lo f p r o d u c i n gs p f i ss o y b e a r ld r e g si nw h i c ho i lh a sb e e ne x t r a c t e d b y s o a k i n g ，s e p a r a t i n g ，g l o b u l a rp r o t e i n i s p u r i f i e d f r o ms o y b e a n d r e g s u n d e r p r o p e rc o n d i t i o n ，s p f i sm a d eb y c h a n g i n gp r o t e i ns p a c e s t r u c t u r ea n d c o p o l y m e r i z i n ga n dg r a f t i n g w i t h h y d r o x y l a n dn i t r i l ep o l y m e r sb yw e t s p i n n i n g s i n c es p fi sp r o d u c e di nt w oy e a r s ，m a n yk i n d so fs p fp r o d u c t sa r ee x p l o i t e d s u c ha sp u r es p ff a b r i ca n db l e n d i n go ri n t e r w e a v i n gf a b r i cw i t hc o t t o n ，w o o l ， f l a x ，s i l k ，c a s h m e r ea n d o t h e rc h e m i c a lf i b e r i no r d e rt o p r o m o t e s p f s d e v e l o p m e n t ，t h i sp a p e r d i s c u s s e ss p f s p r o p e r t i e ss y s t e m a t i c a l l y a c c o r d i n g t of i b e r s f e a t u r e ，i t c a l lb es p i n n e do n d i f f e r e n ts y s t e m ss u c ha sr i n gs p i n n i n ga n dv o r t e xs p i n n i n g d u r i n gt h ec o u r s e o fp r o d u c t se x p l o i t a t i o n ，m a k i n gf u l l yu s eo ff e a t u r e so ff i b e ra n dy a m ，w e e x p l o i t e ds h o r t yr a i s i n gs h a w la n dw r a p sa n df i l l e d i nag a pi nt h ef i e l do f p r o d u c td e v e l o p i n g b e c a u s eo fs p f ss l i c ka n ds o f ts u r f a c e ，f i n ef i l a m e n t ，b a dc o h e s i o na m o n g f i b e r sd u r i n gs p i n n i n g ，e a s y w r a p p i n ge l e m e n t ，w h e np r o c e s s i n gs p f r i n gy a m o ns e m i - w o r s t e d s y s t e ma n d v o r t e xy a mo nc o t t o n s y s t e m ，s p fm u s tb e p r e t r e a t e d a n dw em u s t p a ya t t e n t i o n t o a t m o s p h e r i cc o n t r 0 1 r i n gy a m p o s s e s s e sh i g h t e n s i l es t r e n g t hw h i c hi sf i tf o re x p l o i t i n gu n d e r w e a ra n d s u p e r i o r n b r i c v o r t e xy a mh a sb u l ky a ms t r u c t u r e ，g o o dp i l l i n gr e s i s t a n c e ，f r i c t i o n a l r e s i s t a n c ea n de l a s t i c i t y , w h i c hi sf i tf o rs p fk n i t t i n go rw e a v i n g r a i s i n gn b r i c i n a d d i t i o n ，w ed e v e l o p e ds p fb l e n d i n gy a mb yj o i n i n gl i t t l e a n t i s t a t i cf i b e r w h i c hi ss u i t e dt od e v e l o ps p fa n t i s t a t i cf a b f i c t h r o u g hd e s i g n i n gs p f s h a w la n dw r a p s ，w ew e a v e ds p ff a b r i ca n dt e s t e d 2 天津工业大学2 0 0 3 届硕l 毕业论文 摘要 p r o d u c t s p r o p e r t i e s t e s t i n g r e s u l tp r o v e ds p f sp e r f o r m a n c ea d v a n t a g e ss u c h a si t ss l i c ka n ds o f ts u r f a c e ，n a t u r a ll u s t e rl i k es i l k ，h y g r o s c o p i c i t ya n dm o i s t u r e l i b e r a t i o nl i k ec o t t o n ，h e a tr e t e n t i o nl i k ew o o le t c s p fp r o d u c t sc a r lg i v ef u l l p l a y t oi t s p e r f o r m a n c em e r i t s i t sp r o d u c td e v e l o p m e n th a sf e a s i b i l i t y w e t e s t e dd y e i n gp r o p e r t yo fs p ff a b r i ca n do p t i m i z e dd y e i n gp r o c e s s s p fi sa n e a s y d y e i n gf i b r e ，i t sf a b r i ch a sg o o dd y e i n gp r o p e r t y s p fi sak i n do fn e wf i b e rh a v i n gs u p e r i o rp e r f o r m a n c e s p fp r o d u c t s p o s s e s sg o o dw e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，w h i c h h a v el o wc o s ta n dw i d e s p r e a d a p p l i c a t i o nf i e l d s os p fh a ss t r o n gm a r k e tl a t e n tc a p a c i t y w eh a v eal o t o f w o r kt od oi no r d e rt om a k es p fb e c o m eak i n do fm a t u r ef i b e r w ew i l ls t r i v e f o rb r e a k i n gt h r o u g has e r i e so fc r u c i a lt e c h n o l o g ya n d e x p l o i tr i c ha n dc o l o r f u l s p f p r o d u c t s w ew i l lm a k e s p f sp r o d u c i n ga n da p p l i c a t i o ni na l li n t e r n a t i o n a l l e a d i n gp o s i t i o n 3 天津丁业大学2 0 0 3 届硕：l 毕业论文 第一章大显蚩白纤维概述 第一章大豆蛋白纤维概述 第一节再生蛋白纤维简介 一、再生蛋白纤维发展简介 蛋白质纤维分为天然蛋白质纤维( 如羊毛、蚕丝、兔毛等) 和再生蛋白质纤维两大 类，再生蛋白纤维是从天然动物牛乳或植物( 如花生、玉米、大豆等) 中提炼的蛋白质 溶解液经纺丝而成。再生蛋白质纤维有植物蛋白纤维和动物蛋白纤维之分，大豆蛋白纤 维是一种再生植物蛋白纤维。 再生蛋白纤维的研究，国外大约开始于十九世纪末和二十世纪初，先后研究出了酪 素纤维、再生丝素蛋白纤维、玉米蛋白纤维、花生蛋白纤维和大豆蛋白纤维等几种重要 的纤维，然而，由于受早期科技水平的限制，所生产的纤维强度低、沸水收缩率高、纤 维制造所用原料蛋白质含量低、纤维制造成本高等，有些纤维早已停产，有些纤维因价 格昂贵难以大规模推向市场，后来又由于化学纤维的广泛应用而一度少入研究。据一些 文献报道，国外早期的再生蛋白纤维研制状况如下： 1 8 9 4 年，在明胶中加入甲醛进行纺丝，制得明胶纤维； 1 9 0 4 年，t o d t e n h a u p t 用从牛乳中提炼的酪素进行纺丝制得酪素纤维； 1 9 3 5 年，f e n e t h 进一步对酪素纤维进行了研究，意大利s n 队公司开发了酪素纤维； 1 9 3 8 年，英国c o u r t a u i d s 公司开发了酪素纤维； 1 9 3 8 年，英国i c i 公司制造了花生蛋白纤维，商品名为a r d i l ，该咸味吸水率为1 4 左右，断裂强度为o 8 克d ： 1 9 3 9 年，c o r np r o d u c tr e t 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 得玉米蛋白纤维，商品名为v i c a r a a r d i l nf i b e r ，该纤维比重为1 2 5 ，吸水率为1 0 左右， 断裂强度为1 2 1 5 e d d ： 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) f i b r a l a n e ( 英) ， 比重为1 9 ，吸水率为1 4 ，断裂强度为0 8 一1 0 9 d ，延伸度1 5 ，耐水性不好； 1 9 4 5 年，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1 1 左右： 1 9 4 8 年，美国v a r g i n i a c a r o lc h e m i c a l 公司开发了玉米蛋白纤维“v i c a r a ”： 二、再生蛋白纤维研究现状 近年来，由于现代人对“回归自然、舒适健康”服饰潮流的追求，天然纤维受到人 6 丕生三些i 苎兰! ! ! ! 旦堡主兰些堡苎 兰二翌查皇堑旦堑竺塑竺 一 们青睐，但是，天然纤维如棉、麻、蚕丝、羊毛等受到种植、养殖面积的限制，其发展 也受到了一定的限制。9 0 年代初，国内外对再生纤维的研制工作又开始重视起来。 最近，日本东洋纺公司开发了以新西兰牛奶为原料的再生动物蛋白纤维“c h i n o n ”， 这是目前世界上唯一实现工业化生产的酪素蛋白纤维，具有天然丝般的光泽和柔软手 感，有较好的吸湿、导湿性能，极好的保暖性，穿着舒适，但纤维本身呈淡黄色，耐热 性差，在干热1 2 0 。c 以上易泛黄，该纤维可做针织衫、t 恤、衬衫、日本和服等。 1 9 9 4 年以来，美国杜邦( 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。将玉米蛋白纤维溶解于溶剂进行干法纺丝；将球状玉米蛋百质溶解于碱液 ( p h 值为1 1 3 1 2 7 0 ) 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。 据国外有关报道，将大豆蛋白纤维用戊二醛作交联剂制成大豆蛋白生物可降解性高 聚物，用于塑料、粘合剂、薄膜、包装材料、增强材料等应用领域。目前，国外尚无用 于纺织品的大豆蛋白纤维的研制和开发工作韵报道。 2 0 0 0 年3 月，我国濮阳华康生物化学工程联合集团公司，河南省遂平华康生物工 程有限公司的李官奇先生潜心研究了十年，投资七干多万元，经历了艰难的研究历程， 终于将大豆蛋白纤维试纺成功，并首次成功地进行了工业化生产。在河南遂平建成了第 一条年产1 5 0 0 吨的大豆蛋白纤维工业化试验生产线，并且耳前在山东、江苏、濒江三 省有年产3 万吨的生产线在建，同时，正在研制大豆蛋自纤维长丝，开发多品种、功能 性纤维。 第二节大豆蛋白纤维的生产过程 大豆蛋白纤维，其主要原料来自大豆榨完油后的豆粕，其生产原理是将豆粕水浸、 分离、提纯出球状蛋白质，通过添加功能性助剂，改变蛋白质的空间结构，并在适当条 件下与羟基和氰基高聚物共聚接枝，通过湿法纺丝生成大豆蛋白纤维，此时的大豆蛋白 纤维中，蛋白质与羟基和氰基高聚物并没有完全发生共聚，具有相当的水溶性，还需经 缩醛化处理才能成为性能稳定的纤维。醛化后的丝束经过弯曲、热定型、切断、加油工 序成为纺织用的大豆蛋白纤维。其制造过程对环境、空气、水质、人体等均无污染，纤 维本身主要由大豆蛋白质组成，因此，大豆蛋白纤维可称为新世纪的“绿色纤维”，是 7 天津工业大学2 0 0 3 届硕士毕业论文 第一章大豆蛋白纤维概述 一种新型的环保型易生物降解纤维，所制成的产品是一种真正意义上的绿色环保保健产 品。在大豆蛋白纤维分子结构中，由于蛋白质与羟基和氰基高聚物没有完全共聚，适当 控制蛋白质与羟基和氰基高聚物的分子量，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具有沟槽，从而使纤维具有良好的导湿性。同时由于蛋白 质分子中存在大量的氨基、羟基、羧基等亲水集团，纤维具有良好的吸湿性。 第三节大豆蛋白纤维的产品开发现状 大豆蛋白纤维是由河南省遂平华康生物工程有限公司在世界上率先采用工业化生 产的高性能环保纤维。该项目被列入国家级火炬计划、国家重点新产品试制计划、国家 重点工业产品扩大出口专项计划、河南省高新技术产业化等重点项目。目前大豆蛋白纤 维产品的开发以服用为主。它可用于各类纯纺及与棉、毛、丝、羊绒纤维混纺或者交织 开发机织或针织产品。大豆蛋白纤维可根据其长度、细度的不同分别采用不同的加工系 统进行加工，纺制纯大豆蛋白纤维纱线和混纺纱。目前，利用1 2 7 d t e x 棉型大豆蛋白 纤维在棉纺设备上已经纺出6 d t e x 的高品质纱，可开发高档的高支高密面料，另外在棉 纺加工设备上大豆蛋白纤维还可以和其它纤维如羊绒、抗静电纤维混纺开发高档混纺 纱，从而开发更多的高档面料。毛型纤维可以采用毛型加工路线，在传统的毛纺设备上 进行混纺或纯纺，也可以在绢纺设备上进行加工，开发绢纺大豆蛋白纤维产品。 在2 0 0 1 年4 月苏州举行的“大豆蛋白纤维及产品开发研讨会”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。 在今年举行的第8 9 届中国出口商品交易会上，由四川省丝绸进出口公司首次展示 的以大豆蛋白丝织成的女针织衫，引起了外商极大兴趣。用大豆蛋白纤维制成的针织衫 色感柔和，具有桑蚕丝织物的天然光泽和悬垂感，具有较强的羊绒织物的外观和手感， 保暖性强，穿着透气、导湿、爽身，具有麻织物吸湿快干的特点，十分适合高温高湿地 区穿着。针对目前欧美等国家不断提高纺织品进口环保标准的情况，大豆蛋白纤维产品 具有非常广阔的市场开发前景。有不少客商提出要与四川省丝绸进出1 ：7 有限公司合作， 开发如婴儿用品、装饰用品、披肩等产品。 在2 0 0 2 年春夏中国流行面料入围评审活动中，经中国流行面料评审委员会评定， 由山东滨州印染集团有限责任公司所开发的新产品“纯大豆蛋白纤维织物”入围2 0 0 2 8 天津工业大学2 0 0 3 届颂： 毕业论文 第一覃大豆蛋臼纤维概述 年春夏中国流行面料。纯大豆蛋白织物具有外观华贵、舒适性好、物理机械性能好及保 健功能性的特点。大豆蛋白纤维面料具有真丝般的光泽，非常怡人，其悬垂性也极佳， 给人以飘逸脱俗的感觉。用高支纱织成织物表面纹路细洁、清晰，是高档的衬衣面料。 手感柔软、滑爽，质地轻薄，具有真丝与山羊绒混纺感觉，有舒适的肌肤接触感，吸湿 性与棉相当，导湿性透气性远优于棉。这种面料的出现，满足了人们对穿着舒适性、美 观性的要求。 据了解，目前国内大多数企业对大豆蛋白纤维的利用还处在初级阶段，能够将其批 量制成成衣的企业还很少。由于大豆蛋白纤维产品具有成本低、绿色环保型、应用领域 广泛等特点，所以大豆蛋白纤维具有极强的市场开发潜力，可以产生巨大的经济效益。 第四节本课题研究的目的 大豆蛋白纤维是迄今为止唯一由我国科技人员自主开发并在国际上率先取得工业 化试验成功的纤维材料，它不仅显示了我国科技人员的聪明才智，也为世界纺织工业做 出了贡献。这项科技成果，不仅改写了在化学合成纤维领域内中国原创技术空白的历史， 还影响到新世纪新型纤维的研究方向。这项由李官奇发明的新世纪纺织新宠一经阀世， 立即引起了纺织业圈内人士极大的关注。许多科研机构、院校和纺织企业先后参加了大 豆蛋白纤维产品的开发，目前已经开发出了纯大豆蛋白纤维织物以及与棉、毛、羊绒、 蚕丝、麻及其它化学纤维的混纺和交织产品。为了充分发挥大豆纤维单丝细度细、柔软、 有蚕丝般天然光泽等特性，我们拟开发大豆蛋白纤维服饰用产品如针织衫、披肩、围巾 等。准备从纤维的基本性能测试开始，在大豆蛋白纤维产品开发的过程中，对纤维基本 性能测试方法、几种不同工艺路线的纺纱实践、产品设计、产品性能测试方法以及纤维 基本性能和最终产品的性能进行系统的研究以达到以下目的： 1 系统地对大豆蛋白纤维基本性能进行测试，进一步了解大豆蛋白纤维性能特点，为充 分利用纤维特点进行产品开发提供依据。 2 根据纤维特点，采用半精梳加工系统、棉纺系统，环锭纺、涡流纺等进行加工，并 试验加工了大豆蛋白纤维混纺纱，对大豆蛋白纤维加工技术难点进行探索。 3 采用以往习惯的粗纺产品设计方法对大豆蛋白纤维织物进行产品设计，并进行了产 品性能的各项测试，了解大豆蛋白纤维产品的服用性能。产品性能测试过程中用正交试 验方法测试了大豆蛋白纤维染色性能，从而了解大豆蛋白纤维的染色性能并掌握最佳染 色条件的获得方法。 9 蒌望三些盔兰! ! ! ! 旦堡：竺兰些笙兰丝三至盔星垄自竺丝苎查丝丝型笪 第二章大豆蛋白纤维基本性能测试 大豆蛋白纤维作为一种新的纺织原料，它的基本性能涉及到它的可纺性、成纱质量 以及纺织工艺的制订，所以，必须先对大豆蛋白纤维的基本性能加以了解，才能设计开 发适合我们所要的产品。大豆蛋白纤维基本性能测试方法与其它化学纤维的测试方法基 本相同。 第一节大豆蛋白纤维的形态特征测试 纤维纵横截面的形态直接影响纤维的各项物理、机械、化学等其它方面的性能，大 豆蛋白纤维作为一种新型纤维，首先应对其纵横截面的形态特征进行观察。 一试验仪器：扫描式电子显微镜 扫描电镜具有分辨率高，放大倍数高，视野大，聚焦景深，立体感强，制样方便等 优点，是近数十年来迅速发展起来的新型电子光学仪器。 二试验步骤 1 制样：分为取样，清洗，固定三步。 取适当大小的样品，用无水乙醇清洗样品表面，将试样固定在样品台上，采用双面 粘胶纸和银粉导电胶等固定。 2 将备好的试样放入高真空镀膜仪内，按溅射法喷镀导电膜。 3 将试样放入扫描电镜内，抽高真空的2 0 r a m ，便可开机调像进行测试。 三试验结果如图2 1 横截面放大1 0 0 倍，纵截面放大2 0 0 0 倍。 由图2 一l 可知：大豆蛋白纤维横截面形状不规则，但纵截面表面光滑，具有明显的 沟槽。 图2 - 1 横截面( 左) 纵截面( 右) 1 0 墨婆_ 王些查兰! ! 塑旦堡主兰些笙苎 笙三兰查里堑皇堑丝苎奎丝堕型笪一 第二节大豆蛋白纤维长细度的测试 一试验方法：中段切断称重法 二试验基本原理：用手扯法把定重的纤维束整理成一端平齐状态，在纤维束中段切下 一定的长度( 2 0 r a m ) ，并分别称出中段重量，两端重量和短绒重量，并对中段纤维进行 烘干称取干燥重量，最后数中段根数可以计算出纤维的长细度。 三试验仪器：y 1 7 1 型纤维切断器，扭力天平，y 8 0 2 a 型八蓝恒温烘箱，绒板，镊子等。 四试验主要步骤 1 从来样中随机取2 = 3 克试样，然后从中称取2 0 m g 左右的试样，用手扯的方法整理成一 端大致平齐的纤维束。 2 将纤维柬在限制器绒板上进行整理，做成一个宽约1 0 1 5 r a m 的一端平齐的纤维束， 将游离纤维归入纤维束中。 3 用左手紧握纤维束平齐端4 - 5 m m 处，右手用梳子梳理纤维束，梳下的纤维即为短绒， 长于短绒界限的纤维仍归入纤维束。 4 将纤维束放在切断器上切取中段纤维，纤维平齐一端靠近钳口，两手张力要适当， 使纤维伸直但不伸长且与钳口垂直。 5 分别称出中段重量w 。，两端重量w + w 。，短绒重量w 。 6 中段纤维要进行烘干处理，然后称取干燥重量g r 。 7 数中段根数1 3 。 五结果计算 1 公式 平均长度l ： 兰。纤度d ：- 旦! ! ! 三鉴2 。9 0 0 0 w 。 2 w ， n l 。 l ：l ，+ l 。 w o = w c + ( w l + w 2 ) + w s w k = 7 4 2 试验数据及结果如表2 - 1 表2 - 1 大豆蛋白纤维长细度测试数据表 瓣 w 。( 曲w 1 + w 2 ( 曲、v c ( 曲g f ( 曲k ( m m )k ( m m )k s ( m m )l ( m m ) d ( 旦) 1 0 91 3 9 64 5 24 41 6 3 82 03 01 07 15 1 1 3 9 21 21 4 54 54 2 51 5 0 42 03 01 07 0 8 81 3 6 平均长度l = ( l 1 + l 2 ) ，2 = ( 7 1 5 1 + 7 0 8 8 ) 2 = 7 1 2 m m 丕堡三、业查兰! ! 堕旦堡主兰些丝苎 塑三童查星堡鱼堑堡苎查丝堂型堕 平均纤度d = ( d l + d 2 ) 2 = ( 1 3 0 + 1 3 6 ) 2 = 1 3 3 旦 第三节大豆蛋白纤维单纤强力测试 一试验仪器：y g 0 0 1 a 单纤维电子强力仪黑绒板镊子张力夹 二仪器调整 1 接通电源，先预热2 0 m i n ( ii i 关，电机开) 2 调夹间距松开操作台机架后面的固定螺钉，将1 0 m m 标准量块放于上下夹持器之间， 调节升降直至上限指示灯亮，拧紧固定螺钉。 3 调零调节粗调和细调电位器使负荷显示器为0 0 0 4 调满度挂上2 0 9 砝码，调整细调旋钮使负荷显示值为2 0 0 ，用手拖起2 0 9 砝码，看负 荷显示是否回到0 位，挂上二分之一量程( 1 0 9 ) 砝码进行校验，数字显示符合要求，否则需 重新调节。 三一次拉伸试验 用张力夹夹住纤维两端，挂到上下夹持器之间，开动机器，下降速度为l o m m m i n ， 拉断纤维可得断裂伸长和断裂强力值。 四试验数据及结果如表2 - 2 表2 - 2 大豆蛋白纤维单纤强力测试数据表 1234567891 0 平均值 断裂伸长( m m ) 25 924 52 3 524 02 0 l2 4 31 9 52 3 41 8 42 3 022 6 6 断裂强力( c n ) 5 95 45 55 96 86 03 54 83 45 35 2 5 平均断裂伸长= 2 2 7 m m平均断裂强力= 5 2 5 c n 第四节大豆蛋白纤维摩擦系数测试 一试验方法：绞盘法 二试验仪器：罗德( r o d e r ) 纤维摩擦系数仪 三试验步骤 1 调节仪器水平和扭力天平零点。 2 打开电源开关和马达开关，使马达转动，再打开转数开关，使转数达到3 0 转m i n 。 3 将测轴插在仪器套轴内，在待测纤维两端各加上一定重量的张力夹( 2 0 0 m g ) 并将纤 维挂在测轴上。 1 2 丕望三些盔堂! ! 塑旦堡主望些堡兰 塑三童盔星量旦笪丝茎奎丝墼型堕 4 打开扭力天平，开动马达开关，测轴以一定速度( 3 0 转m i n ) 转动，纤维一端的纤 维夹作用在扭力天平臂上，扭力天平摆针向右偏移。均匀的旋转扭力天平的指针，扭力 天平摆针在刻度线左右摆动，直至左右摆动幅度相等时，记下扭力天平指针毫克数，换 算得动摩擦系数u 。，此时关闭扭力天平，关闭马达。 5 扭力天平指针恢复零点，按瞬时开关，打开扭力天平( 接通后即断开) ，扭力天平 摆针向右偏移，然后均匀的向左旋转扭力天平指针，直至扭力天平的指针突然向左偏移 时为止，立即记下扭力天平指针所指毫克数，利用公式换算即为静摩擦系数u 。 四试验数据如( 表2 3 ) 及结果计算 利用公式u = o 7 3 2 9 ( 1 9 t ：一1 9 ( t 2 - m ) ) t 初始张力( 2 0 0 m g ) 扭力天平读数 表2 - 3 大豆蛋白纤维摩擦系数测试数据表 扭平 读数1 6 l1 5 91 5 51 5 6 1 5 2】5 51 5 31 5 21 5 l1 4 9 平均值 ( m g ) pd o5 4o5 0 4 4o4 7 4 8o4 8 1 9o4 5 4 2o4 7 4 8o4 6 0 9o4 5 4 2o4 4 7 7o4 3 9 9o4 7 扭平 读数l d 71 4 3l1 3 51 3 81 3 01 3 51 4 71 3 3平均值 ( m g ) 04 2 2 703 8 9 503 5 7 703 7 2 703 3 4 l03 5 7 704 2 2 704 2 2 703 4 8 103 4 8 lo3 8 由以上试验结果可以看出，大豆蛋白纤维动静摩擦系数相差不大，表面光滑。 第五节大豆蛋白纤维比电阻的测定 一试验仪器：y g 3 2 1 型纤维比电阻仪 二试验步骤 1 仪器调整 ( 1 ) 使用前面板上的各开关位置：电源开关一“关”倍率开关一“。”放电测试一“放 电”； ( 2 ) 将仪器接地端用导线妥善接地，检查电源电压应2 2 0 1 0 ； ( 3 ) 将电源接通“放电一测试”置于“测试”，预热3 0 m i n 后，慢调电位器旋钮至“一”： ( 4 ) 将“倍率”开关拨置“满度”位置，调节电位器，使电表指针指在满度位置； ( 5 ) 反复将“倍率”开关拨置“满度”和“。”处，检查表头指针是否相符。 2 试样准备 1 3 圣堡三些_ 大兰! 竺i 旦堡主兰些垒苎 兰三主奎皇至鱼竺丝量查竺! ! 型兰 将待测试样5 0 m g 用手扯松后，置于标准大气( 2 0 2 ，相对湿度6 5 2 ) 条件 下平衡4 小时以上，用天平称取每份试样重1 5 9 ，共三份，供测试使用。 3 测试比电阻 测试时从机箱内取出纤维测试盒，用仪器专用钩将压块取出，用大镊子将1 5 9 纤维试 样均匀填入盒内，推入压块，把纤维测试盒放入仪器盒内压紧： 将“放电一测试”开关放在“放电”位置，待极板上因填装纤维产生的静电散逸后即 可拨至“测试”位置进行测量； 测量电压选l o o v 档，拨动倍率开关，使表头指针稳定在一定读数上，此时表头读数 乘以倍即为被测试样的电阻值。 三试验结果如表2 - 4 表2 - 4 大豆蛋白纤维比电阻测试数据表 i 电阻值r l ( l o ”q ) 1 4 21 1 0o 8o 9o 5 81 0平均值 质量比电阻 l ( 1 0 ”q g c m 2 ) 5 3 2 54 1 2 533 3 7 52 1 7 53 7 53 6 2 5 第六节大豆蛋白纤维吸湿性测试 一试验仪器：y g 7 4 7 型通风式快速八蓝烘箱，干燥器 二试验试样：大豆蛋白纤维、棉、丝、羊绒。 三试验步骤 将试样放入温度己升至1 0 5 的烘箱中烘9 0 m i n 至绝干，然后放入有硅胶的干燥器 中冷却后称重，干燥并冷却后置入温度为2 0 。c ，相对湿度为6 6 条件下测量不同时间的 重量变化情况。 四试验结果如表2 - 5 表2 5 大豆蛋白纤维与其它纤维吸湿性测试数据表 样品干重5 m i n 后l o m i n 后2 0 m i n 后3 0 m i n 后 大豆蛋白纤维 1 4 6 31 46 81 4 7 01 47 2 5 1 4 7 4 棉 1 4 5 81 4 6 l1 4 6 4 1 4 6 61 4 6 8 缝 1 4 3 41 4 3 71 4 4 1 1 4 4 41 4 4 7 羊绒1 4 2 51 43 31 4 3 71 44 2 1 44 8 绘制吸湿状况坐标图如图2 - 2 1 4 天津工业大学2 0 0 3 届硕上毕业论文 第二章大豆蛋白纤维基本性能测试 由图2 - 2 可以看出：羊绒吸湿最快，丝吸湿最慢，棉和大豆蛋白纤维吸湿基本平行， 由此可见，大豆蛋白纤维的吸湿性与棉相当。 第八节大豆蛋白纤维的基本性能 通过测试，大豆蛋白纤维的基本性能可总结为以下几点： 1 大豆蛋白纤维柔软，蓬松，单纤细( o 9 - 3 o d t e x ) ，比重轻( 1 2 7 5 9 c m 3 ) ，保暖 性强，具有羊绒般的手感及外观效果。 2 大豆蛋白纤维的表面纵向有沟槽，使纤维具有良好的导湿性和吸湿放湿性，纺成织 物后具有良好的透气性和舒适性，并且大豆蛋白含有多种人类所必需的氨基酸，对人体 肌肤具有明显的保健作用。如果在纺丝过程中添加杀菌消炎类药物或紫外线吸收剂等助 剂，还可获得抗菌保健纤维或抗紫外线等功能性大豆蛋白纤维。 3 大豆蛋白纤维光泽柔和，具有蚕丝般天然光泽和悬垂感。 1 5 丕笙三些查兰! ! 塑星堡主兰些堡兰 笙三童奎星至旦堑丝堕丝茎堕一 第三章大豆蛋白纤维纺纱实践 第一节用半精梳加工系统纺制纯大豆蛋白纤维环锭纱 一、原料 大豆蛋白纤维规格为1 3 3 d t e x 7 6 r a m ，该纤维细度细，强伸度好，手感柔软，吸 湿性好，纤维表面光滑，造成纤维之间成纱时抱合力较差。大豆蛋白纤维横截面形状不 规则，纵向具有明显沟槽，使纤维具有良好的导湿性和吸湿放湿性。 二、工艺流程 1 工艺流程确定原则 大豆蛋白纤维长度较长，为中长纤维，细度较细，整齐度较好，为了尽可能减少毛 粒，减少纤维损伤，工艺流程不宜太长，因此，我们选择了毛型半精梳工艺路线。 2 工艺流程 和毛加油一梳毛机一头道针梳一二道针梳一三道针梳一四道针梳一五道针梳一粗 纱机一细纱机一自动络筒一并线一倍捻 2 产品规格如表3 1 表3 - 1 产品规格 纱线密度( t e x )捻度( 捻l o c m )捻系数 3 1 2 5 22 51 9 7 6 l4 5 5 22 22 0 9 9 3 主要工艺参数 ( 1 ) 和毛加入0 5 - 1 抗静电剂，上机回潮率控制在1 6 1 8 。 ( 2 ) 梳毛机梳毛机为金属针布精纺梳毛机，在梳毛机大锡林的尾部加装了一个风轮 增加了纤维的起出，有利于纤维的转移。梳毛速比如表3 1 所示： 表3 2 梳毛机工艺参数表 j项目大锡林比工作罗拉大锡林比道夫 l速比4 3 9 82 0 5 1 ( 3 ) 针梳机、粗纱机、细纱机工艺参数如表3 - 3 1 6 死津工业大学2 0 0 3 届硕卜毕业论文第三章大豆噩自纤维纺纱实践 表3 3 针梳机、粗纱机、细纱机工艺参数表 工序并合数牵伸倍数 出条重量( g m ) 隔距( m m ) 头道针梳 85 6 12 1 3 94 2 二道针梳 87 0 22 4 3 6 4 5 三道针梳 36 8 71 0 6 4 5 0 四道针梳37 4 34 3 05 0 五道针梳39 2 81 3 9 4 6 粗纱机49 2 7o 6 4 0 细纱机 1 1 1 2 5o 0 5 三、纺纱过程中技术关键 1 和毛加油工序 大豆蛋自纤维表面光滑，柔软，纤维细度细，整齐度好，卷曲少，在纺纱过程中纤 维之间抱合力小，特别容易粘附机件，静电现象严重。因此，和毛时，要加一定的抗静 电剂或者油水，并闷放一段时间，使大豆蛋白纤维达到一定的回潮率以备后道工序顺利 进行。和毛工序喂入重量应以偏轻掌握，以防止纤维间由于抱合力差而发生的纠缠。 2 梳毛工序 针对大豆蛋白纤维易产生静电，易纠缠针布的特点，梳毛机上配有风轮。风轮的起 出作用减弱了锡林钢针对纤维层的握持能力，减小了锡林负荷，使锡林针隙保持一定的 清晰程度，有利于锡林钢针对工作辊和道夫上的纤维进行有效的梳理。为防止锡林上缠 绕纤维，风轮的插入弧长和速比应加大。 由于大豆蛋白纤维比重小、卷曲少、出机毛网易出现漂头，落网、烂边等现象。因 此，喂入要均匀，而且喂入量和出条重量应适当减小，此外喂入罗拉和开毛辊间距要放 大，速比要减小，以较小纤维损伤。大锡林速度应适当降低，工作辊与大锡林间的隔距 应适当放大，以保护纤维长度。 1 7 天津工业大学2 0 0 3 届硕士毕业论文 第三章大豆蛋白纤维纺纱实践 车间的湿度应保持在2 0 2 之间，相对湿度应控制在7 0 一7 5 之间，以减少飞 花和静电的影响。 3 针梳工序 由于大豆蛋白纤维细度较细，柔软，易在针梳机上产生毛粒，而且一般情况下，针 梳毛条中毛粒含量，随着针梳道数的增加而增加，因此，本工艺采用五道针梳机，而且 适当提高针板号数，增加附加摩擦力界控制。 4 粗纱工序 大豆蛋白纤维吸湿性好，周围环境相对湿度发生变化，明显影响纤维回潮率，使纤 维回潮率发生变化。大豆蛋白纤维表面光滑，细度细，吸放湿快，如果车间相对湿度不 稳定会影响正常的纺纱生产。当湿度太低时，粗纱工序会出现的静电现象严重的问题。 因此，要严格控制车间的温湿度，条件同2 。另外，经过针梳的毛条和粗纱机下来的粗 纱都要经过一段时间的存放，从而消除加工过程中产生的疲劳，而且有利于减少静电， 使后道工序顺利进行。 5 细纱工序 由于大豆蛋白纤维长度长，细度细，卷曲少，整齐度好，造成纤维集束强，故细纱 机上出现粗纱牵伸不开的问题，束纤维无法抽长拉细形成细纱，出现缠罗拉，断头率高 的现象。可以通过调节前后牵伸区的隔距，使之增大，并增大牵伸区前罗拉加压来解决。 四小结 1 通过试纺认为，长度为7 6 咖大豆蛋白纤维原料，如果配以几种不同长度的大豆蛋白 纤维一起纺纱，可以避免毛粒过多和牵伸不开的问题。 2 除上述方法外，还可以考虑大豆蛋白纤维与其它纤维如天然纤维或其它化学纤维混 纺，也可以克服生产中所产生的一些问题。 第二节用棉纺设备加工大豆蛋白纤维涡流纱 一、原料性能 1 物理性能如表3 4 1 8 墨堡三些盔兰! ! 塑旦堡主望些丝壅 笙三兰盔里堡鱼堑堑丝窒些 表3 4 大豆蛋白纤维的主要物理指标 指标 项目 长度( m m ) 3 8 细度( d t e x ) 1 3 3 回潮率( ) 7 6 1 质量比电阻( q g c m 2 ) 1 2 1 0 1 1 动摩擦系数 0 4 7 静摩擦系数 0 3 8 断裂强度( c n d t e x ) 3 7 断裂伸长率( ) 2 34 表3 - 4 为大豆蛋白纤维主要物理性能指标，由结果可见：大豆蛋白纤维规格为 1 3 3 d t e x 3 8 r a m ，该纤维细度细，强伸度好，手感柔软，吸湿性好，动静摩擦系数相差 较小，故表面较光滑，抱合力差，质量比电阻大，静电现象严重。此外，该纤维比重小， 耐酸耐碱性较好。 2 形态特征 大豆蛋白纤维的纵横截面形态如第二章图2 1 所示：其横截面呈不规则多种形状； 纵向形态具有明显的沟槽，表面光滑，使大豆蛋白纤维光泽柔和、透气性和吸湿导湿性 好。 = 、工艺流程 和毛机一a 1 8 6 f 型梳棉机一a 2 7 2 c 型并条机( 二道) 一t w 一4 型涡流纺纱机 三、产品规格如表3 5 表3 5 大豆蛋白纤维涡流纱产品规格表 纱线密度( t e x )捻度( 捻i o c m )捻系数 i 9 9 84 3 34 3 2 ：6 四、主要工艺参数及特点 1 纺前预处理 由于大豆蛋白纤维表面光滑，柔软，整齐度好，卷曲少，抱合力差，静电现象严重， 易粘附罗拉等机件，因此，合毛时，要加入适量的水和0 5 - 1 的抗静电剂，使合毛后大 豆蛋白纤维的上机回潮率控制在1 5 一1 8 左右，并且闷放8 小时以上，以便后道工序顺利 1 9 天津工业大学2 0 0 3 届硕二l 毕业论文 第三章大豆蛋白纤维纺纱实践 加工。为了使大豆蛋白纤维开松后尽可能松散，采用二次和毛开松的工艺，和毛机隔距 应适当减小。 2 梳棉工艺 由于大豆蛋白纤维比重小，卷曲少，出机棉网易出现漂头、落网、烂边等现象，因 此，喂入要均匀，而且生条定量应适当偏小，掌握“出机毛粒少、毛网清晰”的原则。 锡林盖板隔距进口和出口都应大些，进口隔距大可以减少纤维充塞，出口隔距大便于纤 维在前上罩板的作用下转移给锡林。车间的温度应保持在2 0 2 之间，相对湿度应控 制在7 0 一7 5 之间，以减少飞花和静电的影响。其主要工艺参数见表3 6 。 表3 - 6 梳棉主要工