（纺织工程专业论文）牛奶蛋白纤维棉混纺纱线及其针织物的性能研究.pdf

摘要 在绿色纺织、生态纺织的大前提下，近年来人们已开发出来许多性能优良的 绿色、环保型生态纤维，如：竹纤维、玉米纤维、大豆纤维、蜘蛛丝纤维、香蕉 纤维、甲壳素纤维、牛奶纤维等。 其中牛奶纤维不仅具有绿色特点，还具有天然养肤、润肽保健的功效。论文 选择牛奶纤维作为研究对象，对其纤维特性、混纺纱线的可纺性、混纺比对纱线 性能的影响以及混纺比对针织物湿舒适性的影响等作了完整细致的实验研究，获 取大量的实验数据，通过分析认为：牛奶纤维及纱线具有良好的性能，其针织物 具有很好的透气性、透湿性、润湿性、透汽性、输水性等舒适性能。 论文建立了相关的数学模型，预测不同温度、湿度情况下的热、湿传递规律。 关键词：牛奶蛋白纤维；生态保健纤维；纱线性能；针织物舒适性；水蒸汽 转移模型；凝聚 r e s e a r c ho i lt h ep r o p e r t i e so fm i l k c o t t o nb l e n d e d y a r n sa n d r e l a t e dk n i t t e dg o o d s a b s t r a c t g r e e nt e x t i l e s o re c o - t e x t i l e sh a sb e c o m et h em a j o rc o n c e r nw o r l d w i d e v a r i o u s f i b e r sw i t hg r e e nc h a r a c t e r sh a v e b e e nd e v e l o p e d b a m b o of i b e r , c o r nf i b e r , b e a nf i b e r , t h r e a do ft h es p i d e r , c h i t i nf i b e r , m i l kf i b e ra n db a n a n af i b e ra r et h et y p i c a le x a m p l e s f o rt h em i l kf i b e r , i ti sn o to n l yc o n s i d e r e dt ob ee c o l o g i c a l ，b u ti tc a na l s ob e r e g a r d e da sam a t e r i a lb e n e f i c i a lt ot h eh u m a ns k i n i nt h i sr e s e a r c hw o r k , t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h em i l kf i b e r , t h ep o s s i b i l i t yi ns p i n n i n gp r o c e s sw e r er e v e a l e d t e s t w a sc a r r i e do u ta b o u tt h ei n f l u e n c eo ft h ef i b e rb l e n dr a t i oo nt h ey a m p r o p e r t ya n d c o m f o r to ft h ep r o d u c e dg a r m e n t t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h e p r o d u c e dy a mw a se x c e l l e n t g o o da i ra n dm o i s t u r ep e r m e a b i l i t y , b e t t e rm o i s t u r e a b s o r p t i o n ，a n ds u p e rw a t e rc o n d u c t i v i t yo ft h ek n i t t e df a b r i c sw e r er e s u l t e d ， t h er e l a t e dm a t h e m a t i cm o d e lo ft h em i l ky a r nw a sc r e a t e d ，t h et h e r m a la n d m o i s t u r et r a n s p o r t a t i o nb e h a v i o r so ft h ey a m su n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r e sw e r e p r e d i c t e db yu s i n gt h em o d e l k e yw o r d s ：m i l kf i b e r ；e c oa n dh e a l t hc a r ef i b e r ；y a mp r o p e r t i e s ；c o m f o r to ft h e k n i t t e df a b r i c ；m o i s t u r et r a n s p o r t a t i o nm o d e l ；c o n d e n s a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 一| 严 学位论文作者签名：王弛签字日期：溯年亏月亏日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云叠王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：王杰 签字日期：如尹年月弓日 导师签名： 蝴? 2 夕锄多_ 日 吱 1 学位论文的主要创新点 一、对牛奶纤维不同回潮率的质量比电阻进行了系统测试，并对加抗 静电剂前后的质量比电阻分别测试，给工艺制定提供清晰完整的参考 数据。 二、牛奶纤维因为静电问题，给纺纱带来一定的困难，但如果采 用恰当的工艺条件，采取必要的抗静电措施，并将混纺比控制在一定 范围内，纺纱效果还是很好的，本论文主要考察混纺比的影响，是前 人没有测试过的。 三、牛奶棉混纺后，纱线质量比较好，都具有良好的编织性能， 适合作为针织纱使用。获得针织物具有优良的透湿透气性能，论文对 针织物的透湿透气性进行了完整测试，并建立数学模型进行分析，从 理论、实际两个方面证明针织物的优良服用性能。 第一章绪论 第一章绪论 随着社会的进步和人们生活水平的提高，人们越来越重视生存的环境和自身 的健康水平。在选用服装上，首先考虑的是绿色、生态、环保。纺织工业的发展 也向生态型转变，无论从原料选择，还是生产的过程，直至染色及后整理，都力 求做到对生态环境不产生污染和破坏，且产品对使用者健康有保证，有一定的保 健功能，会更受消费者欢迎。本论文着重于绿色纤维一牛奶蛋白纤维的应用研究， 符合当今人们对服装产品的健康要求。 1 1 牛奶蛋白纤维国内外发展状况 纺织用纤维的发展基本分为三个阶段，第一阶段为天然纤维的发现和使用， 天然纤维包括：棉、毛、丝、麻等。人类从高等动物中分化出来以后，学会了直 立行走，学会了制造并使用工具，从最早的用树叶、草编结成遮风御寒的用品， 发展到使用麻等天然纤维来织造“衣服”，这是最早的纺织品。随着纺织工业的 出现及发展，麻、毛、丝、棉等天然纤维得到了广泛使用，而且服装已经不单纯 是遮蔽身体一种用途，还有美学、文化、民族、阶级等诸多因素的体现。 天然纤维均取之于自然，是绿色、环保的纺织原料，时至今天，仍然是纺织 工业首选的原料，也倍受人们的欢迎。其中棉纤维则是最大众化，使用最为广泛 的纺织原料。 纺织纤维发展的第二阶段为合成纤维的制造和使用。到1 9 世纪末，2 0 世纪 初，随着纺织业高速发展，纺织新原料合成纤维的出现，改变了纺织工业的格局。 由于合成纤维具有天然纤维不具备的特性，使其成为一时的新宠。合成纤维主要 有涤纶、锦纶、腈纶、维纶等几大类。它们各具有不同的特色，成为纺织原料的 重要成员。合成纤维是以石油为主要原料，制备成高分子的液体，经过喷拉成丝， 再制备成短纤维或直接使用长丝。虽然合成纤维具有许多优良的特性，也存在不 足，而且，无论从生产环节还是使用环节，都不符合绿色环保的要求，其在纺织 领域的地位也在不断下降。其今后的发展方向是开发其特性，向功能型纤维方向 转换。 纺织纤维发展的第三阶段为生物纤维的研发和使用。生物纤维为绿色环保的 纺织原料，生物纤维的生产原理都是利用天然原料，如：蛋白质、纤维素等天然 天津工业人学硕上学位论文 原料，将其经过特殊的工艺加工而获得的纤维，由于原料来源不同而产品具有不 同的特性。现在比较常用的有：大豆纤维、竹纤维、玉米纤维、莫代尔纤维( 木 浆纤维) 、甲壳素纤维、牛奶蛋白纤维等，而仍在研发阶段的有：香蕉纤维、蜘 蛛丝纤维等等。这一类纤维除了具有各自的独特性能之外，都具有可生物降解的 共性，对环境没污染，使用过程中对人体没伤害，一般都具有一定的保健功能。 这一类纤维，将逐渐成为纺织行业主要原料，有很好的发展前景。 生物纤维中的牛奶蛋白纤维是近年来发展并刚刚开始应用的纤维，其具有亲 肤、保健、抑菌等特性，受到人们关注，其集天然纤维与合成纤维的优点于一身， 是一种很有纺织价值的原料。 牛奶蛋白纤维的研究始于2 0 世纪4 0 年代川，最早英国、美国等国家研制成 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 e ( 英国) ，密度为1 9 9 c m 3 , 吸水率为 1 4 ，断裂强度为7 1 8 8 c n t e x ，伸长率为1 5 ，耐水性较差，有一定的可纺价 值。近年来，日本东洋公司开发了以新西兰牛奶为原料的再生蛋白纤维， “c h i n o n ”，这是目前世界上第一个实现工业化生产的酪素蛋白纤维，其具有天 然蚕丝般的光泽和柔软的手感，有较好的吸湿和导湿性能，穿着舒适。但耐热性 差。且由于1 0 0 k g 牛奶只能提取约4 k g 的蛋白质，制造成本过高，无法大量推广 和使用。 上海正家牛奶丝服饰公司在1 9 9 5 年与东华大学合作研制出牛奶蛋白纤维长 丝【2 1 ，目前已经能够生产牛奶蛋白纤维的长丝和短纤维。其后，山西恒天纺织新 纤维科技有限公司也研制出了牛奶蛋白纤维，相继国内其他厂家也有生产。目前 企业生产的牛奶蛋白纤维都为牛奶蛋白与高聚物接枝、共聚而得，常用的高聚物 有腈纶和维纶。将牛奶脱水、脱脂后提纯出蛋白质，然后利用接枝共聚技术，将 蛋白分子与高聚物制成牛奶浆液，再经过一定的纺丝工艺而成，使其形成一种在 结构中含有牛奶蛋白氨基酸大分子的线形高分子纤维，因此，也可将牛奶蛋白纤 维描述成一种含动物蛋白氨基酸的合成纤维。因为其含有大量动物蛋白氨基酸， 所以具有良好的亲肤性，同时具有很好的可纺性能。牛奶蛋白纤维细而柔软，光 滑且富有弹性，吸湿性好，光泽如同丝一般，缺点是耐热性差，色泽鲜艳度差， 抗皱性差【3 】，而且价格昂贵，应用受到限制。 1 2 牛奶蛋白纤维国内外研究现状 国外做的最多的是牛奶蛋白纤维的生产工艺研究与改进，特性牛奶蛋白纤维 的开发等研究，应用研究较少。w o r m e l l ，r l 撰写的 牛奶酪素和花生蛋白纤维】 主要介绍了提取牛奶蛋白的方法【4 1 ，用硫酸钠盐作为收敛剂来提取牛奶蛋白； 2 第一章绪论 r o g e r , g e 撰写的 利用遗传工程生产新型纤维】也是讲解获取牛奶蛋白纤维的方 法，即通过设计基因，而使转基因动物的奶中蛋白具有接近羊毛纤维蛋白的特点， 其单体更容易分离，并纺制成纤维【5 】；f e r r e t t i ，a n t o n i o 撰写的 酪素纤维】也 是在生产的细节上来介绍牛奶蛋白纤维的生产的【6 j 。【纺织工业中的牛奶纤维工 程 介绍了印度的生产工艺研究，其牛奶酪素的获取采用酸处理而得1 7 】。【有机物 的发展】一文介绍了牛奶蛋白纤维在针织品中袜类，女式服装上的应用【8 】，说明 竹纤维、大豆纤维、玉米纤维、牛奶蛋白纤维等有机纤维具有广阔的应用前景。 国内研究牛奶蛋白纤维的人员近年来逐渐增多，无论是对牛奶蛋白纤维的检 验，还是纤维性能、应用、染色等方面的研究，都不乏其人。例如：上海出入境 检验检疫局王卫华等人所撰写的 牛奶纤维的特性、应用和成分检测p ，姬风丽、 张毅撰写的【牛奶蛋白纤维的性能及其鉴别方法的探讨】1 1 0 j ，徐颖等人撰写的 国 产牛奶丝纤维的结构和热性能】【1 1 1 ，石风俊等人撰写的【牛奶纤维热学和拉伸性质 的研究】2 】等文章，都是着重于牛奶蛋白纤维的检验与性能研究的。赵博的【牛奶 再生蛋白纤维混纺纱的开发 【1 3 】，【牛奶纤维纺纱工艺探讨 【1 4 】，丛森滋的 牛奶纤 维与棉纤维混纺纱的开发】【l5 1 ，官爱华、张健飞的 维纶基牛奶蛋白纤维纺纱工艺 设计】1 6 1 ，肖丰等撰写的 牛奶竹棉混纺纱的纺制】7 】等文章，则侧重于牛奶蛋白 纤维的应用及工艺研究，虽然研究的人不少，但要全面掌握牛奶纤维的特性，更 好的使用牛奶蛋白纤维，并开发丰富的牛奶纤维织物，仍然需要进一步的开发与 研究，给第一线的生产工艺人员提供更丰富的资料。 本研究则是侧重于牛奶蛋白纤维含量对纱线及织物性能的影响，以及纺纱生 产过程中静电问题的产生机理，了解牛奶蛋白纤维的特点，以期对实践有一定的 指导作用。 1 3 我国牛奶蛋白纤维的使用现状和发展前景 牛奶蛋白纤维不仅具有天然纤维的优良特性，还具有合成纤维的优良物理性 能，加工的面料具有良好的透气性、透湿性、悬垂性和延伸性，尺寸稳定性好， 具有丝质感效应，穿着舒适。但其使用仍然是少量试用阶段，其产品很少，大多 为小比例的混纺产品。牛奶蛋白纤维可以与各类化纤、天然纤维混合，产品具有 不同的优良性能和风格特点。但是牛奶蛋白纤维在生产中存在的问题，使其使用 受到限制，需要进一步研究和探讨，也有待于进一步开发性能优良的牛奶蛋白纤 维。 牛奶蛋白纤维在纺纱过程中，静电问题比较严重，使纺纱困难，纯纺更加困 难，且没有相配套的静电消除剂，因而使用受到限制，无论是厂家，还是科研机 3 天津_ t 业人学硕j j 学位论文 构，都在探索其生产工艺，积累经验，以更好的开发其相关产品。 牛奶蛋白纤维具有其他纤维不具备的亲肤、抑菌、环保、消炎、防蛀的特性， 是保健性好，能生物降解的环保纤维，符合2 l 世纪绿色要求，将会具有广阔的 应用前景。 作为种新型纤维，对牛奶蛋白纤维的使用也应该立足于扬长避短，开发能 充分体现其优良性的产品。本研究立足于充分发挥牛奶蛋白纤维的优点，适当降 低产品价格，使其产品能符合大众的需求及其消费水平，来探索其生产和使用， 着重解决生产中的静电问题，探索合适的生产工艺，以期对生产产生一定的指导 及参考价值。 由于棉纤维符合绿色环保的要求，具有优良的可纺性，价格较低，服用性能 良好，是最受大众欢迎的品种，因而，利用棉与牛奶蛋白纤维混纺，即改善牛奶 纤维的可纺性，又充分体现牛奶纤维的优良性能，同时又降低了成本，而且又保 持了棉的优良特性：柔软、亲肤、舒适；该混纺产品将更加柔软、爽滑，且具保 健性，将改善织物的悬垂和光泽，提高产品的档次，具有一定的开发价值。 牛奶蛋白纤维与棉混纺后，可以用来开发多种产品。因其纱线具有手感柔软、 滑爽、吸湿、高强、耐磨等特点，又具有抑菌、养肤、消炎等保健功效，可以开 发针织纱加工成针织产品：男女内衣、t 恤、袜子、毛衫等；还可开发机织纱加 工机织产品：床上用品、衬衫；还可开发女士服饰；医用卫生材料；日用产品等 【1 8 j 0 目前，只有上海正家等少数公司生产牛奶蛋白纤维的产品，市场上基本见不 到牛奶蛋白纤维的产品。而混纺产品中的牛奶蛋白纤维混纺比例也很有限，且品 种很少，价格偏高。牛奶蛋白纤维没有大批量使用的主要原因是价格高，生产工 艺不成熟，生产中存在问题还有待解决。 本研究将通过对牛奶蛋白纤维与棉的小批次纺纱试验，采用不同的混纺比 例，进行纺纱和织造，并对所纺纱线和织物进行较系统的测试、比较，从生产工 艺、纱线性能、织物舒适度等几个方面来评价，得出既利于生产，又具有良好性 能，且能充分体现牛奶蛋白纤维的特性的方案，给生产和实践提供借鉴的经验及 参考。 4 第一章绪论 1 4 本课题的主要研究内容 1 4 1 牛奶蛋白纤维的性能研究及工艺设计 对牛奶蛋白纤维的强力、伸长、电性能、细度、长度等进行了测试，主要测 试了牛奶蛋白纤维的吸湿性和放湿性，因为吸湿及放湿性能不仅影响生产工艺的 制定，也对织物的性能有很大影响，其快速的放湿性，符合当代快洗快干的要求。 由于牛奶蛋白纤维的质量比电阻较大，因而对梳条的能否顺利进行影响很大，在 该工序，测试了牛奶蛋白纤维在不同回潮率条件下的质量比电阻情况，并测试了 加入抗静电剂的效果，以作为工艺设计的依据。 1 4 2 牛奶蛋白纤维棉纤维混纺纱的性能研究 牛奶蛋白纤维与棉纤维混纺纱的生产以及生产中的一些问题探讨，主要研究 的是所纺纱线的性能，以及牛奶蛋白纤维的不同含量对纱线性能的影响。从利于 织造的角度进行性能分析，优选出适合织造且具有牛奶蛋白纤维优良特性的纱 线。 1 4 3 牛奶蛋白纤维棉纤维混纺针织物的导湿性能研究 对针织物进行性能测试，主要测试其与舒适性相关的指标。目前，无论夏季 还是冬季，针织内衣的保暖性的要求已经不是主要方面，保暖主要由外衣的调节 来实现，考核内衣的舒适性，主要是对导湿性及透气性的研究，从而进一步了解 含牛奶蛋白纤维织物的舒适特点，从纤维，到纱线，再到针织物，全面掌握牛奶 蛋白纤维的性能特点，以利于更好的使用。 第二章牛奶纤维结构及性能 2 1 棉纤维 第二章牛奶纤维结构及性能 2 1 1 棉纤维的使用状况 纺织工业采用的原棉，主要根据棉纤维的长度、细度来分类，分为长绒棉、 细绒棉、粗绒棉。我国主要栽种并大量使用的是细绒棉。细绒棉是1 9 1 4 年开 始引进并推广种植和使用的。到了2 0 世纪4 0 、5 0 年代，中国大规模棉种更换， 所有原棉几乎全部改为使用细绒棉，且建立了五大产棉区：长江流域、黄河流 域、辽河流域、西北内陆、华南产区。棉纤维制品适宜缝制各类衣着，具有吸 湿和透汽好、柔软和保暖等优点，因而成为纺织工业使用最为广泛的原料。 中国是棉花种植大国，也是棉纺织技术发展最早的国家，从宋代到明代， 棉织品已逐渐成为人们的主要衣着用品，棉纺制品在国民经济中的地位仅次于 农业。明代是中国手工棉纺织业最兴盛的时期，到1 8 8 9 年开始工业化生产， 而到1 9 8 0 年，棉纺已达到1 7 8 0 万锭，布机5 0 余力台，细纱千锭时产量成为 世界第一n 9 1 。 2 1 2 棉纤维结构与性能 棉纤维为一端开口的管状体，成熟干燥后瘪缩成空心带状，具有转曲，其方 向有左旋和右旋，随机分布。由于成熟度不同，中腔大小、细胞壁薄厚不同。干 燥的成熟棉纤维，纤维素含量在9 5 以上，是自然界中纤维素纯度极高的纤维素 资源。纤维整体上呈多孔性结构【2 0 1 。 化学性能：棉纤维不耐酸，遇酸发生分解，熔融。但棉纤维耐碱，经碱处理 后，性质不变。 热学、电学性能：棉纤维在1 6 0 以上环境中烘烤，发生氧化分解，导致颜 色变黄，强度下降，弹性损失。棉纤维遇火剧烈燃烧，离开火源纤维仍能持续继 续燃烧，防燃性能差。干燥棉纤维的比热为0 2 9 0 3 2 卡克度。在2 0 时，导 热系数为0 0 6 1 0 0 6 3 千卡米时度，随回潮率增加而显著增大。干燥棉的体积 比电阻为1 0 1 3q c m ，随回潮率上升而下降。因而，干燥棉绝缘性好，7 6 回潮 7 天津工业大学硕： ：学位论文 时降至约1 0 6 1 0 7q c m l 2 1 】。 物理机械性能：棉纤维的机械性能较好，摩擦系数适当，吸水性好。不同品 种及产地的棉纤维细度、长度不同，且长度整齐度不同。另外，棉纤维的压缩恢 复弹性、拉伸恢复弹性、耐疲劳性能较好。 棉纤维的具体性能指标测试如下： 表2 - 1 棉纤维性能 测试仪器：y g 3 2 1 型质量比电阻仪，y 1 6 1 型水压式单纤强力仪，烘箱等。 试样准备：将棉纤维手扯撕松后，放置于标准大气条件下2 4 h 后，进行相关测试。 测试结果如表2 1 表示。 从表中可以看出，棉纤维的质量比电阻较小，因而纺纱过程中能很好的将静 电排除，利于纺纱。 2 2 牛奶蛋白纤维： 2 2 1 牛奶蛋白纤维的生产原理： 牛奶主要由蛋白质、水、脂肪、乳糖、维生素和灰分等组成，蛋白质是加工 牛奶蛋白纤维的基本成分。由于牛奶中水分占8 5 以上，首先要除去多余的水分， 经蒸发浓缩使其含水占6 0 左右，然后经脱脂、碱化等加工，制得无脂的乳浊液， 并通过半透膜分离，将蛋白质收集起来，再加入无水离子和蛋白质黏合剂制成原 液，将原液进行过滤、脱泡，纺制成丝，纺出的丝条进一步进行热拉伸、干燥、 定型等工序，得到牛奶蛋白纤维。其中原液的制备有三种方法，第一：牛奶乳酪 8 蚺= 章个奶纤维结构挺性能 和丙烯腈加入交联剂进行高聚物交联反应制成。第二：以牛奶乳酪和丙烯膪在体 系内发生高聚物接枝反应，再制成纺丝液。第三：将牛奶乳酪和丙烯腈等其混纺 丝制成纤维【2 2 】。 2 22 牛奶蛋白纤维的生产工艺 纯牛奶蛋白纤维的生产工艺过程一股如下【”i ： 牛奶一蒸发一脱脂一碱化一分离一糅合一过滤一脱泡纺丝一拉伸一干燥 一定型一分级一包装 腈纶基等牛奶蛋白纤维的生产工艺： 牛奶蒸发一脱脂一碱化分离一糅合一共聚( 接枝等) 一过滤一脱泡一纺 丝一拉伸一干燥一定型一分级一包装 2 23 牛奶蛋白纤维的结构 纤维的横截面近似圆形，纤维的纵向有竖条纹，具有较浅的沟槽，边缘光滑， 表面组织不均匀，纤维有凹凸。在电子显微镜f ，牛奶蛋白纤维的纵向、横向特 点可以得到验证。图片如图2 一l 所示。 i ! f i21 牛奶蚩白纤维的横向及纵向图片 红外光谱分析可以知道，牛奶蛋白纤维的大分子中含有 n h ，c h ”c 三n ， c - o 等基团是从牛奶中提取的氨基酸与丙烯腈接枝而得的。牛奶蛋白 纤维有大量的多肽键和多肚链其问以氢键结合因而与合成纤维相比，有较好 的吸湿透气性。牛奶蛋白纤维的结晶结构与p a n 纤维相似，其结晶区由p a n 构 成，纤维的结晶度为4 65 8 ，酪素存在于牛奶丝的无定型区。 天津工业火学硕j ：学位论文 2 2 4 牛奶蛋白纤维的规格与性能 牛奶蛋白纤维为牛奶蛋白成分与丙烯腈接枝共聚而得的一种腈纶基牛奶蛋 白纤维，牛奶蛋白含量为3 0 ，由于纤维大分子中含有十几种氨基酸，而使得其 具有独特的优良特性：保健性、抑菌性、亲肤性、良好的机械性等。 化学性能：牛奶蛋白纤维具有很好的耐碱性，耐酸性稍好。经紫外线照射， 强力下降较少，有较好的耐光性。适应的染料种类较多，上染率高且上染速度快， 吸色均匀透彻，且不褪色。牛奶蛋白纤维的化学稳定性低，不能用氧化剂漂白织 物。牛奶蛋白纤维无虫蛀，不霉烂，外观呈白色，有真丝般的光泽和滑爽的手感。 其含有的蛋白成分为人体所必须，对人体的皮肤有较好的营养和保护作用，有保 健功能：即独特的润肌养肤，抗菌消炎功效。 热学、电学性能：牛奶蛋白纤维的质量比电阻较大，一般为1 7 8x1 0 1 0 q g c m 2 , 因而易产生静电聚积。牛奶蛋白纤维大分子的热稳定性与p a n 纤维相 似，导热率小。在温度变化下，牛奶蛋白纤维的结构变化不是很剧烈，没有熔融 现象，但随温度的升高，在5 5 的时候水分蒸发达到最大，在8 0 9 。c 出现转折， 热重损失变小，到1 1 0 时水分蒸发过程完成，2 2 0 后，油剂蒸发或裂解。牛 奶蛋白纤维耐热差，熨烫温度最好不要超过1 2 0 。牛奶蛋白纤维接近火焰熔融 并卷曲，接触火焰卷曲融化并燃烧【2 5 1 。 物理、机械性能：牛奶蛋白纤维的摩擦系数小，纤维的抱和力小。强度较大， 接近涤纶纤维，湿态强度较高，伸长率好于蚕丝，密度低于蚕丝，初始模量较大， 具有较大的抵抗变形能力，弹性较好，机械性能优良。具体测试如下： 测试仪器：y g 3 2 1 型纤维比电阻仪，y 1 5 1 型纤维摩擦系数测定仪，y 1 6 1 型水压式单纤强力仪，烘箱等。 试样准备：将牛奶蛋白纤维手扯撕松后，放在标准大气条件下：2 0 2 ，相 对湿度6 5 2 ，平衡2 4 h 以上，根据测试需要用天平称重。 测试结果如表2 2 。 1 0 第二章牛奶纤维结构及件能 从表中可以看出，牛奶蛋白纤维的质量比电阻比较大，对纺纱顺利进行会有 很大影响，一般数值在1 0 9 以下的纤维才具有可纺性。为了更清晰的了解牛奶蛋 白纤维的质量比电阻的变化规律，测试不同回潮率以及加抗静电剂前后的变化情 况，具体测试过程如下。 取一定重量的牛奶蛋白纤维，通过喷雾使其具有不同的回潮率，测试不同回 潮率下的质量比电阻。将纤维烘干后加一定的抗静电剂，测试加抗静电剂后的质 量比电阻，其中抗静电剂为化纤专用抗静电剂，体积百分比浓度为1 。 测试采用常州纺织仪器厂生产的y g 3 2 1 型纤维比电阻仪进行，首先将仪器 预热3 0 m i n ，然后反复多次校正满度和无穷，取1 5 9 的试样，把试样放置于试样盒 中，旋紧旋柄直至旋不动，使样品压紧，放电后把测试旋钮旋至恰当的倍数进 行测试，待指针稳定后读取数值。测试结果如表2 3 ，2 - 4 。 表2 - 3 未加抗静电剂的牛奶纤维 回潮率 3 3 5 2 7 38 2 质量比电阻q g c m 9 1 1 0 8 2 1 0 85 4 1 0 84 9 ，i c l 0 。 其中5 2 为标准大气条件下的回潮率，当前人气条件为：温度2 1 ，相对湿度6 0 。 天津工业人学硕士学位论文 表2 - 4 ：加抗静电剂的牛奶蛋白纤维： 从表2 3 、2 4 中可以看出，牛奶蛋白纤维的质量比电阻与回潮关系密切， 其值随着回潮率的增加而大幅度减少；加抗静电剂情况下，其值接近棉纤维的数 值。因而在含牛奶蛋白纤维纱线的纺制过程中，保证其一定的回潮率及加入相应 的抗静电剂，有着至关重要的作用。 2 3 牛奶蛋白纤维的吸湿与放湿 2 3 1 实验条件与方法： 实验方法：将一定重量的牛奶蛋白纤维烘干后放置于一定的大气条件下，测 试在不同时间的湿重，以验证其吸湿情况。将相同重量的牛奶纤维加湿后，放置 于一定的大气环境中，测试在不同时间的重量，以验证其放湿情况。 吸湿实验条件：温度：2 7 5 度；湿度：7 4 放湿实验条件：温度：2 6 度；湿度：7 3 2 3 2 实验结果与分析： 测试结果如表2 5 所示。 绘成曲线如图2 2 。 从吸湿曲线和放湿曲线可以看出，牛奶蛋白纤维的吸湿很快，且吸湿量小， 表2 5 ：牛奶纤维吸湿及放湿 吸湿后重量g吸湿时间m i n 6 1 6 0o 6 2 6 2 1 0 6 2 7 4 1 5 6 3 0 8 4 0 1 2 第二章牛奶纤维结构及性能 6 3 1 94 8 6 3 5 61 4 5 6 3 8 22 3 5 6 3 8 93 3 5 6 3 9 23 7 0 6 4 1 81 2 0 0 6 4 1 81 4 4 0 吸湿同潮率4 1 9 放湿后重量g 放湿时间r a i n 9 0 7 4 0 8 9 3 81 0 8 8 2 22 0 8 7 5 03 0 8 5 8 25 0 8 2 3 67 0 7 9 1 21 0 0 7 3 8 71 9 0 6 9 9 13 l o 6 8 2 04 1 0 6 5 7 01 4 4 0 放湿同潮率 6 6 6 重綮( g ) ol o 3 05 01 5 02 5 03 5 04 5 01 2 1 4 4 0 图2 - 2 牛奶纤维吸湿及放湿曲线 1 3 ( s ) 天津- t 业大学硕士学位论文 曲线平坦，大约5 h 就基本达到了吸湿平衡。放湿速度也很快，5 h 后，大部 分水分就都挥发掉了。如果实验环境湿度比较低的情况下，吸湿、放湿的速度会 更快。因而，牛奶蛋白纤维的回潮受环境湿度影响特别明显，在生产中必须重点 考虑。 2 4 本章小结： 牛奶蛋白纤维的强力较好，伸长较大，初始模量高，是一种很好的纺织新材 料。但该纤维也存在一定的缺点，即纤维的摩擦系数小，纤维光滑，抱和力差。 且牛奶蛋白纤维质量比电阻大，使静电不容易消除，给生产带来一定难度。棉纤 维具有悠久的使用历史，纤维可纺性好，不容易产生静电，若与牛奶蛋白纤维混 纺，将起到一定的互补作用。 1 4 第三章牛奶蛋白纤维棉纤维纺纱的1 二艺设计及其性能 第三章牛奶蛋白纤维棉纤维混纺纱线的工艺设计及其性能 3 1 工艺设计 将牛奶蛋白纤维与棉纤维按不同混比进行纺纱试验，牛棉：7 0 3 0 、5 0 5 0 、 3 0 7 0 、1 5 8 5 、5 9 5 及o 1 0 0 。 为了更好的控制混纺比例，提高纺纱质量，保证牛奶蛋白纤维含量，采用条 混的方式进行。牛奶纤维在开松前要进行抗静电处理，采用0 5 的抗静电剂( 化 纤专用抗静电剂) ，加十倍的水，配成混合溶液，纤维进行手扯撕松，将抗静电 剂均匀地喷洒，人工翻动，然后用料膜包封2 4 h ，以使抗静电剂渗透均匀。在整 个生产过程中，要保证车间的湿度，要保持在6 5 7 5 之间。因牛奶蛋白纤维的 吸湿和放湿很快，车间相对湿度过低，容易产生静电和飞花，而相对湿度过高， 又容易产生缠绕皮辊和罗拉现象，因而，车间湿度要严格控制。具体工艺流程如 下： 牛奶蛋白纤维开松一一梳理一一并条棉纤维开松一一梳理一一并 条 两种条子制备后，按如下工艺流程进行加工。 混条一一并条一一并条一一粗纱一一细纱一一络筒细纱采用5 5 0 捻 米，细度为2 5 t e x 。 3 2 工艺原则及主要工艺参数配置 3 2 1 开清棉工序： 牛奶蛋白纤维的开松要多松轻打，因牛奶蛋白纤维的长度整齐，含杂少，容 易开松，因而以“多松轻打，轻梳少落”为原则，以减少纤维的损伤，减少打击 速度以减少短绒的产生。抓棉机打手伸出肋条长度选定为3 m m ，开棉机棉卷重 量适当偏轻偏短设计，保持棉卷质量的稳定，注意防粘防缠【2 6 】。 为避免油剂挥发，可用朔料薄膜包封棉卷，生产中尽量减少棉卷存储量，以 及各工序之间的存放时间，以避免油剂挥发造成的静电再次聚集。为防止层卷间 1 5 天津工业大学硕：l 二学位论文 层次不清，卷子定量偏轻，卷子层与层之问加上适当根数粗纱。采用防粘罗拉， 并适当加大紧压罗拉压力，以防止粘卷现象带来的不良影响。 牛奶蛋白纤维在开清棉时可减少开棉工序，以免损伤纤维，产生棉结。减少 打手与尘棒间的隔距，以降低落棉率。可适当提高抓棉机的运转效率减少打击 过度造成的纤维损伤，加强丌松梳理，减少纤维散失。 主要工艺参数：a 0 0 6 打击速度r m 4 0 5 打手与角钉隔距m l i l 5 - 6 打手与尘棒隔距m i l l 进口1 2 1 3 出口 8 1 9 均棉罗拉速度r m i n 2 9 0 a 0 9 2 剥棉打手速度r m i n 4 1 5 回击罗拉速度r m i n4 4 0 角钉与均棉罗拉间隔距m m3 0 前v 型帘与后v 型帘隔距m i l l 进棉口 1 1 出棉口2 l 卷子定量g m 3 6 0 跳过a 0 3 4 ，a 0 3 6 型开棉机。 该工序的主要问题是容易出现粘卷现象，且静电问题较严重，需要主要处理。 棉纤维的开清棉工序工艺比较成熟，这里不再介绍。 3 2 2 梳棉工序： 牛奶蛋白纤维在梳棉工序采用纺化纤工艺：慢速度，小张力，轻定量，少落 棉原则【z 6 。 牛奶蛋白纤维细而长，比表面积大，梳理时易产生静电，造成纤维转移困难， 棉结增加，因此梳棉机采用金属针布，以使纤维得到充分梳理。适当降低锡林与 刺辊速度，减少纤维损伤。锡林与刺辊间距偏小掌握，有利于纤维自刺辊向锡林 顺利转移。而锡林与刺辊间速比偏大掌握，保证纤维充分梳理，减少纤维损伤及 纤维问的纠缠和避免形成棉结，提高棉网清晰度。适当放大锡林与前后盖板间的 隔距避免缠绕锡林。适当增加给棉罗拉和大压辊压力，利于对棉层的有效握持， 提高刺辊的分梳能力和分梳效果，减少云斑，提高生条条干水平。 主要参数： 生条定量g s m 1 9 5 9 1 6 第三章牛奶蛋白纤维棉纤维纺纱的t 艺设计及其性能 锡林速度r r a i n 3 3 0 刺辊转速r r a i n8 0 0 道夫转速r r a i n 2 0 盖板线速度m m m i n 8 1 锡林刺辊线速比 l ：1 3 锡林盖板五点隔距i l l n lo 2 3 ，0 2 0 ，0 2 0 ，0 2 0 ，0 2 3 锡林道夫隔距l l l m 0 1 3 刺辊锡林隔距m m 0 1 5 静电问题是该工序的主要问题，主要是棉网的控制，棉网容易飘移。另外落 棉率偏高，使牛奶纤维损失增大，需要对落棉进行分类处理，尽量回用。 棉纤维的梳条工艺不做介绍。 3 2 3 混条及并条工序： 采用重加压，低速度，防缠防堵原则 2 6 1 。 牛奶蛋白纤维静电严重，易缠绕皮辊和罗拉，影响生产，所以，并条机采用 抗静电涂料胶辊，以减少静电的不良影响。胶辊状态要良好，加压稳定，回转j 下 常，以提高条干水平。另外适当加大罗拉隔距，提高纤维伸直平行度，改善条干 水平。合理分配欠伸倍数，采用顺欠伸的后区欠伸倍数，以提高纤维的定向性和 平行度。采用口径偏小的喇叭口和重加压，可收缩须条宽度，使纤维抱和紧密， 加强对纤维运动的有效控制。前张力欠伸倍数适当放大，使欠伸运动平稳，保持 纤维伸直平行。生产中并条定量不能过大，防止堵塞喇叭口。 该工序较容易发生缠绕罗拉，做好温湿度控制，适当喷洒抗静电剂来解决。 主要工艺参数如表3 1 所示。 表3 - 1 并条工艺参数 3 2 4 粗纱工序： 粗纱工序采用小张力，强控制，低速度原则，采取轻定量，重加压，中捻度， 1 7 天津工业大学硕：学位论文 大隔距工艺，以保证牵伸正常进行，使须条能保证在密集状态下喂入主牵伸区， 控制粗纱伸长率。粗纱卷装偏小掌握，以减少粗纱退绕时的拖动张力，减少意外 伸长。使用橡胶假捻器，提高加捻效率。 具体工艺参数如下： 粗纱定量g 1 0 c m 。 粗纱捻度捻1o c m 。1 锭速r m i n _ 加压量l ( g 双锭。 伸长率 后区牵伸倍数倍 罗拉隔距m m 3 2 5 细纱工序 4 5 4 9 l 6 0 0 2 6 1 4 x1 6 1 1 8 1 2 9 5 0 4 5 细纱工序采用“二大- 4 , ”的工艺原则，由于粗纱捻度大，可在后区采用大 隔距小牵伸，前区采用小隔距来满足针织纱的质量要求，合理选配钢领钢丝圈， 并及时更换，以减少毛羽，使成纱外观光洁。可以增加加压，来平衡牵伸力，减 少牵伸过程中纤维移距偏差。 细纱车间要注意温湿度控制，减少飞花，减少缠绕。 具体工艺参数如下： 锭速r m i n 。115 0 0 0 罗拉隔疆m m4 3 6 0 后区牵t , 倍 1 1 6 前罗拉速度r m i n d 1 9 0 捻系数 3 3 0 罗拉加压k g 1 8 x 1 6 x1 4 3 2 6 络筒工序： 络筒机要保证通道光洁、无毛刺，减少毛羽。络纱速度及张力要偏低掌握， 速度1 0 0 0 m m i n 以下，络筒车间湿度控制要好，可以时时喷雾加湿，减少飞花 及缠绕。 合理配置电子清纱器的限制，清除纱疵，以提高纱线质量和纱线条干水平。 筒子纱质量测试如表3 2 所示。 第三章牛奶蛋白纤维棉纤维纺纱的工艺设计及其性能 表3 - 2 纱线质量 设计比例牛实纺比例牛实纺支数百米重量偏 百米重量 棉结条干c v 奶棉奶棉 t e x差c v 令 黾羝 7 0 3 06 9 7 3 0 31 92 24 4 08 61 8 6 6 5 0 5 04 9 7 5 0 31 8 81 93 8 05 81 4 2 0 3 0 7 0 2 9 7 11 8 52 24 2 25 01 5 6 2 1 5 8 51 3 8 7 1 8 9- i 64 1 56 81 5 8 6 5 9 55 9 5 1 9 1 83 5 08 2 1 3 2 0 0 1 0 0o 1 0 01 8 41 62 5 87 91 2 4 5 3 3 纺纱结论： 在整个纺纱过程中，最主要的问题就是静电问题不好处理，虽然纺纱前进行 了抗静电处理，但生产中，很容易重新产生静电。如果生产车间的温湿度发生变 化，则静电问题会更加明显。对于含牛奶蛋白纤维7 0 的品种，该情况会更严重。 所以，非常有必要在前纺生产过程中再进行一次抗静电剂的追加，并严格控制车 间的湿度，保证在6 5 一7 5 之间，不能过大波动【2 7 】。 另外，由于牛奶蛋白纤维的抱和力差，因而在并条过程中很容易飞花，缠绕， 刮挂到机件上，造成牛奶蛋白纤维含量变化，并造成条干不匀增加。 牛奶蛋白纤维含量较低的品种，例如5 ，1 5 含量的品种，如果在梳条之 前做好抗静电处理，纺纱很顺利，而且质量较好。牛奶蛋白纤维含量为7 0 的品 种，静电引起的一系列纺纱问题要重点处理，否则，影响纺纱质量甚至生产的顺 利进行。 牛奶蛋白纤维含量为3 0 及5 0 的品种，在生产中注意车间湿度的严格控 制，防止抗静电剂的挥发，就可以保证生产的顺利和良好的质量。 所纺纱线的质量，除了牛奶蛋白纤维含量为7 0 的纱线质量偏差外，其它品 种质量良好。主要因为牛奶蛋白纤维含量为7 0 的纱线在纺纱过程中，牛奶蛋白 纤维缠绕严重，条干不匀偏大，纺细纱时接头偏多，影响了纱线质量。究其原因 是：牛奶蛋白纤维含量大，静电就不容易导出，更容易聚集，有待于开发牛奶蛋 白纤维专用抗静电剂来解决。 1 9 天津_ t 业大学硕j ：学位论文 3 4 强力及断裂伸长的测试 3 4 1 试验仪器及方法 纱线的强度和断裂伸长是反映纱线可织造性的最主要的性能指标，足够的强 度及合适的断裂伸长，才能保证织造的顺利进行。 测试仪器： 本实验采用莱洲市电子仪器有限公司生产的y g 0 6 1 f 型电子强力机进行测 试。 测试方法： 预加张力为1 3 9 ，握持距离2 5 0 m m ，下降速度2 5 0 m m s ，每个品种纱线测试 2 0 组，取平均值。 3 4 2 试验结果与分析 纱线的强力及断裂伸长测试结果如表3 3 所示。 表3 - 3 纱线断裂强度及伸长 牛奶纤 断裂强力 实纺支断裂强断裂伸伸k 率强力c v伸长c v 维含量o n数t e x度长值 值 c n t e xm m 7 01 8 9 2 41 9 09 9 63 4 91 3 9 81 1 4 01 3 9 2 5 01 6 3 7 51 8 88 7 12 6 11 0 4 31 0 6 41 6 8 0 3 01 6 6 1 31 8 58 9 88 43 3 61 0 7 7l o 6 0 1 51 7 9 7 01 8 9 9 5 l9 23 7 0 8 3 0 1 7 1 0 5 1 8 4 3 0 1 9 09 7 08 13 5 16 7 01 1 9 0 o2 0 6 8 01 8 21 1 32 2 64 5 42 3 l8 8 0 从表中数据可以看出，牛奶蛋白纤维含量为5 0 的纱线，其强度稍低，牛奶 蛋白纤维含量为7 0 的纱线，断裂伸长偏大，主要原因是牛奶蛋白纤维的含量大 造成，因牛奶蛋白纤维与棉纤维之间的抱合力小，拉伸时纤维间容易产生滑移， 纱线断裂主要是纤维的滑脱造成；牛奶蛋白纤维的断裂伸长较大，且纤维问的滑 移较大，所以使得纱线的断裂伸长增高。其它比例的纱线强度较好，但都小于纯 棉纱线的断裂强度，主要是牛奶蛋白纤维抱合力小影响的结果。但是，牛奶蛋白 纤维含量为3 0 、1 5 、5 的三个品种纱线，断裂伸长较小，影响纱线的弹性， 第三章牛奶蛋白纤维棉纤维纺纱的t 艺设计及其性能 影响织物的性能及风格。牛奶蛋白纤维含量为5 0 的纱线，其断裂伸长与纯棉纱 线相近。从总体上分析，各种比例的纱线都具有较好的可织造性，其中牛奶蛋白 纤维含量为5 0 的品种最优。 3 5 纱线耐磨试验 3 5 1 试验仪器及方法 所谓纱线的耐磨性，是指纱线经受机件的反复摩擦而不发生断裂的性能。耐 磨性好的纱线，更适合织造，耐磨性不好的纱线，在织造前要进行上浆处理，使 其耐磨性提高，以适应织造。 测试仪器： 本实验采用t m 式纱线抱和力仪，对组成纱线的纤维间抱和力的测试。测试 方法： 预加张力为1 0 0 9 ，折角为1 0 0 0 左右，纱线的一端夹持于固定的钳口，使测试 纱线通过针布，另一端夹持于可移动小车上的钳口，开机后针布做往复运动而使 纱线受到摩擦直至断裂，记数摩擦次数。每个品种的纱线分别测试4 0 组，取平 均值。测试结果如表3 _ 4 所示。 3 5 2 实验结果与分析 表3 - 4 纱线耐磨性 牛奶蛋白纤维含耐磨最犬值耐磨最小值耐磨平均值 量次次次 7 09 3 7 7 83 8 2 5 01 9 3 71 8 56 8 2 3 07 5 78 82 6 8 1 5 6 7 19 23 3 4 52 4 9 57 9l o l 9 0 3 5 66 51 4 8 从表中可以看出，纱线的耐磨性能相差悬殊，与纤维的组成不成正相关，主 要因为纱线的耐磨性，存在很复杂的机理，不仅与所含纤维的耐磨性