（纺织材料与纺织品设计专业论文）人发拉伸——定形工艺与性能的研究.pdf

摘要 y 9 3 0 1 6 6 势生产蠹照缨、更暴豢簸酶缓发，本义髓久发拉姊定形工艺与链能送行了勰疹 熊鞴究。 零论文瓣磷巍餐翡在予慰又发控律一是黪王艺中备环带翦戴律秽桃毽迸季亍分辨， 为缀发产鑫魏袋产王艺提搽褒谂撂导。零谂交静研究蘩畿是天菱拉律定形貔工慧， 碱巍蠹容霍撬；持麓露嚣懿撬辫n a h s o , 终水解裁透稃霰始爨i 控薅辩，拳戆l 薤废势剃选 糖3 0 1 0 0 c 、拙姊速率分嬲选择l 5 c 琏加i n 分别选撵t a n 0 4 、n 猷融3 h t o , 、粥斌 鞠n a b o s 蹬漆佟串和翅避释毒毪学定形楚理；定形霉雩，娥蠛i 骥努要4 遮撵1 1 0 - 1 8 0 ， 麓疆辩鬻分惑灞撵l 5 曩i 菲；浆矮s e m 嚣a 靛鳞片瑟簿辩纯避嚣囊察；溅d s c 鏊绞辩入 疑姻热学性能进籽分析；测糕盼吸收光港黯入发的内部结梅进行分橱。 磷究结暴表稳：( 1 ) 鞭懿疆滠发达鬟鼹鞋鑫，定搿效率憝予稳定；( 2 ) 在一 1 0 0 c 熬漫熬蒸汽中羟 枣，鞭裂韩长率这熬8 0 掰疆主；( 3 ) 人发夔繇黼棒长率蘧控髂遴 率的增大而宣缆下降，拉伸遮攀不宜太太，t 一- 3 c m m i n 为宣i ( 4 ) 寇澎髓焙洪温廉趱 态，定形效率毽魑好，毽控 枣瓣久爱熬定黪数攀蠢跨烘滋淡薄予1 5 0 c 藤莲本稳定；s 不麓定形试裁对控棒基久袭瓣定形霾率彩嘲嫒霉大致横瓣，萁孛浓燃滤影瞧爱秘撼 8 ) 随着焙煞漾度静主舞，入发靛断裘强力裔下簿趋势，毽人发静黼袋律长率蛰途摊 褰，潦洪湛度逡潮1 7 0 6 c 积1 8 0 对，辑裂强力豹魏下黪蠛度己超过3 3 ，爨潋壤髅溢 黢不宣过赛；( ? ) 羧整理会降低天发魏弧力，毽疆瘦不大，也会搜入发靛叛裂律艇攀 樽瓣大福度静撼鬻，便予投弹簸避霉；( 8 ) 小拉律率撼 攀辩，天菱附强力下薄不怒窳 犬，当拉缔率趟过3 6 对，鼹着拉 孛率魏增太，入发的鞭裂强力下滞缀抉，人发隧蛰 挺镎率浆增丈，箕辑裂耱长率均匀静下降，说疆天发掰嶷各翁霉次被箍 聋朗潜力梅下 黪；( 瑟鲒的靛律率已惑人黢蘩片层遗戚严重穰舔；( 1 0 ) 天发羟摭髂惹，在获键龄 敬蛾热较多。 零交对入缀檀诤一定形薹氅与穗旋避帮? 镪步静磷您，对今嚣缓发厂班真久袋穗 爨瓣，生产更翩、受曩絷惫瓣缀发鬟毒一焱约撵导襻羽。 荚键强：天袋、羟捧、控体辫、定形、态澎簸搴 t h er e s e a r c ho fs t r e t c h i n g - s e t t i n gc r o f t w o r k a n d p r o p e r t i e so fh u m a n h a i r a b s i r a c t i no r d e rt op r o d u c e 、v i 萨w h i c hw o u l db ef i n e ra n dm o r ed y e a b l e ，i nt h i st h e s i s ，w e s t u d i e dt h es t r e t c h i n ge m f f w o r ko f h u m a nh a i r t h em a i na i mo f t h i st h e s i si st oa n a l y z et h er e g u l a t i o na n dp r i n c i p l ew h i c he x i s ti nt h e s t r e t c h i n g - - s e t t i n gp r o c e s si no r d e r t op r o v i d e g u i d a n c ef o rt h ep r o d u c t i o nc r a f t w o r ko f w i g s t h ee m p h a s i so ft h i st h e s i si st h es t r e t c h i n g - - s e t t i n gc r a f t w o r ko fh u m a nh a i ri n c l u d i n g ： u s i n gn a 2 s 0 3a n dn a r i s 0 3 船t h er e a g e n t so fh y d r o l y z a t i o ni np r e t r e a t m e n t ；c h o o s i n g3 0 1 0 0 ca st h et e m p e r a t u r eo fw a t e rd u r i n gs t r e t c h i n g ，c h o o s i n g1 5 e m r n i na sf i a ev e l o c i t yo f s t r e t c h i n g ；c h o o s i n gk m n 0 4 、n a 2 c 0 3 。3 h 2 0 2 、k 2 s 2 0 sa n dn a b 0 3 4 h 2 0a st h er e a g e n t so f n e u t r a l i z a t i o nf o rs e t t i n g ；c h o o s i n g11 0 1 8 0 ca st h et o r t e f a c t i o nt e m p e r a t u r e ，t h et i m eo f t r e a t m e n tb e i n g3 , 4a n d5 m i n ；t h ec h a n g e so f c u d c l el a y e ro f h u m a nh a i rf i b e rb yu s i n gs e m t oa n a l y z e ；t e s t i n gt h ec a l o r i f i c a lp r o p e r t i e so fh u m a nh a i rb yu s i n gd i f f e r e n t i a ls c a n n i n g c a l o r i m e t e r ( d s c ) m e t h o d ；t e s t i n gt h ei n n e rs t r u c t u r eo fh u m a nh a i rb yu s i n gt h ea t t e n u a t e d t o t a lr e f l e c t a n c e ( a t r ) m e t h o d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wu st h a t ( 1 ) t h es e t t i n ge f f i c i e n c yk e e p ss t e a d yo n c et h e t e m p e r a t u r eo fp r e t r e a t m e n tr e a c h e s6 0 c ( 2 ) w h e ns t r e t c h i n gh a p p e n si n9 0 c 1 0 0 c s t e a m ，t h eb r e a k i n gt e n a c i t yo f h u m a nh a i rc a r lr e a c h8 0 ( 3 ) t h eb r e a k i n gt e n a c i t yo f h u m a n h a i rd e c l i n e sr a p i d l yw h e nt h es p e e do fs t r e t c h i n gi n c r e a s e s ，s os t r e t c h i n gv e l o c i t yc a n tb e t o oh i g h ，1 3 c n g m i nw o r k sw e l l ( 4 ) t h es e t t i n ge f f i c i e n c yr i s e sa st h et o r r e f a c t i o n t e m p e r a t u r er i s e s ，b u tw h e nt h et o r r e f a c t i o nt e m p e r a t u r ep a s s e s1 5 0 。c ，t h es e t t i n ge f f i c i e n c y k e e p ss t e a d y ( 5 ) d i f f e r e n tr e a g e n t sh a v eas i m i l a r e f f e c to nh u m a nh a i ra n dt h ec o n c e n t r a t i o n o fr e g e n t sh a sad i s t i n c te f f e c to nh u m a nh a i rt r e a t e db ys t r e t c h i n g - - s e t t i n g ( 6 ) a st h e t o r r e f a c t i o nt e m p e r a t u r er i s e s ，t h eb r e a k i n gs t r e n g t ho fh u m a nh a i rd e c l i n e sal i t t l e ，b u ti t s b r e a k i n ge x t e n s i o nr i s e sp r e v a l e n t l y t h ed e c l i n i n ge x t e n to f b r e a k i n gs t r e n g t hh a sg o n eu pt o 3 3 s i n c et h et o r r e f a c t i o nt e m p e r a t u r er e a c h e s1 7 0 1 2 ，s ot h et o r r e f a c t i o nt e m p e r a t u r e s h o u l d n tb et o oh i g h ( 7 ) p r e t r e a t m e n tm a yd e c l i n et h eb r e a k i n gs t r e n g t ho fh u m a nh a i ri na s m a l lr a n g e b u ti nt h em e a nt i m e ，t h eb r e a k i n ge x t e n s i o nr i s e sg r e a t l yw h i c hp r o v i d e sag o o d c o n d i t i o nf o rf o l l o w i n gs t e t c h i n g ( 8 ) t h eb r e a k i n gs t r e n g t ho f h u m a nh a i rd e c l i n e ss l o w l ya ta l o ws t r e t c h i n ge x t e n s i o n ，t h e r ei sag r e a td e c l i n ei n b r e a k i n gs t r e n g t hs i n c es t r e t c h i n g e x t e n s i o nr e a c h e s3 6 1 1 1 eb r e a k i n ge x t e n s i o no f h u m a nh a i rd e c l i n e se q u a b l ya ss t r e t c h i n g e x t e n s i o ni n c r e a s e sw h i c h s h o w st h a tt h es t r e t c h i n gp o t e n t i a lo fh u m a nh a i rd e c l i n e s f 9 ) t h e c u t i c l el a y e ri sh u r tb a d l yw h e nt h es t r e t c h i n ge x t e n s i o np a s s e s3 6 ( 1 0 ) t h eh u m a nh a i r w h i c hh a sa l r e a d yb e e ns t r e t c h e da b s o r b sm o r eq u a n t i t yo fh e a td u r i n gt h es t a g eo f i n t e n e r a t i o nt h a nt l l eh a i ru n t r e a t e d i nt h i st h e s i s ，w es t u d i e dt h es t r e t c h i n g s e t t i n gc r a f t w o r ka n dp r o p e r t i e so fh u m a nh a i r t h er e s e a c hp m v i d e ，i ns o m ed e g r e e ，g u i d a n c et op r o d u c ew i g sw h i c hw o l l l db ef i n e ra n d m o r ed y e a b l e h u a n gq i a n ( t e x t i l em a t e r i a l & t e x t i l ef a b r i cd e s i g n ) d i r e c t e db yp r o f e s s o ry a om u k e yw o r d s ：h u m a nh a i r , 蛐曰c l l i n 昌e x t e n s i o n ，s e t t i n g ，s e t t i n ge f f i c i e n c y 符号总表 名称 系数 系数 峰面积 系数 系数 系数 系数 系数 系数 系数 系数 预处理剂浓度 定形剂浓度 系数 焓变 去水系数 夹持长度 拉伸一定形后人发长度 6 0 温水浸泡后人发长度 去水重量 实测重量 氨基酸的分子量 水的分子量 峰号 断裂强力 相关系数 拉伸时的水温 预处理溶液温度 定形剂溶液温度 单位 v 。s e e 一一一。咖咖 n 褂a ，a 时 。现吖助，码b q q 。h k b h k m p ，r n b 名称 焙烘温度 开始温度 外延起始点温度 结束温度 峰顶温度 预处理时间 定形处理时间 焙烘时间 拉伸速率 摇摆振动 拉伸率 断裂伸长率 温水回缩率 定形效率 保留定形率 面内弯曲振动 伸缩振动 非对称伸缩振动 对称伸缩振动 靴魄堍堍堍拙幽g蛐 r 7 烈b r 做h k h 也b 万 鼬 打印 仉 p u u 1 绪论 毛发纾维的结构 l 绪论 ， 篆发舞缝耱分子缋梅稻趣分子络狡 毛发野维魄大分子燕囊许多篝孛的旺一氨基酸用酰胺键即肽键联接构成的，多缩氨 酸链为盘链。组成毛纤维的共有2 0 多种a 一氨基酸，其名称及分子式觅表1 - - 1 。其 中以二氨基酸糖氨酸、松氨酸，二羟基酸貉氦酸、天门冬氨酸秘含藏氨基酸一赋 氨酸等的含量最高，在遮种结构组成下，毛发角蛋白大分子主链问就形成了二硫键、 麓式键移氢键等空耀横囱联键，熟强1 - - 1 溪示。 表1 - 1 难发纤维骚自质中氨基酸品种的结构和等电位点 1 1 1 绪论 赖氨酸坶 k 精氨酸a 碹 r 组氨酸h i s h 瓜氨酸l - - c i t m n e 鸟氨酸l - - o m i t h i 天冬酰胺 a s hn 谷氨酰胺g 1 no 色氨酸娜w 天冬氨酸a s p d 答氨酸 g l ue 蛋氨酸m e tm 半胱氨酸 c y s n 胱氨酸c y s c 羊毛硫氨酸l a n t h i o n i n e 肌氨酸 & n _ c h - c 0 0 h i+ ( c h 2 ) 4 - e l 3 砸h a 卜c o o h n h 2 ( 。h 2 ) 3 一瓶一。n h 2 + 口，e 一= 氨基己酸 9 7 4 口氨基一d 一胍基戊酸 1 0 7 6 h 2 辩一c h c 0 0 h 3 h 2 一c 彳：h 。- 髓 口氨基一卢一眯唑基丙酸 7 5 9 、硼【c h m 玎一c h - c 0 0 h w ( c h 2 ) 3 一n h _ c 一髓2 h 2 n o c _ c 0 0 h i + ( c h 2 ) 3 一n h 3 h 2 肺一c h c 0 0 h h 2 c 一一啦 0 m n c h - c 0 0 h h 2 0 “c h 2 一s 一瓶2 h 2 降- c h - c 0 0 h h 2 c - c o o h h 2 n 吒h - c o o 丑 j c h 2 _ c h 2 - c o i h 2 n o c h - c o o h 1 c h 一c h 2 - s c h 3 h 2 n _ - c h c 0 0 h l 四2 - - s h c o o hc o o h h 2 n hi i c n h 2 i c h 2 一s s h 2 c o o h c o o h jl h 2 n - c h h c 呻m 2 f c h 2 - s - c h 2 h n _ c h 2 - c 0 0 h f a h 5 4 1 5 6 5 口氮基一月一碍l 哚基丙酸 5 8 9 口氨基丁二酸2 9 7 口氨基戊二酸3 2 2 a 氨基一y 一甲硫基丁酸5 7 5 a 氨基一声一巯基丙酸5 0 2 2 一一 ! 堑堡 ，_ _ 一 。多露熬耀c h 2 印| 图1 一l 毛发角蛋白大分子主链间的横向联链 【注】( a ) 半胱氨酸残基间的二硫键；( b ) 离子基团问的盐式键# ( c ) 极性基团间的氢键； ( d ) 非极性基团问的疏水引力：( e ) 非极性基团间的范德华引力a 毛发纤维大分子在受拉伸条件下呈伸直的曲折链，般毛发纤维在无胱氨酸的链 段大多形成螺旋链并依靠氢键形成稳定的螺旋结构，见图i - - 2 ，这是毛发纤维优异弹 性的结构基础。 i z 图l 一2 多硫氨基酸大分子的曲折链和螺旋链” l 一曲折链( 型) 2 一螺旋链( d 型) 毛发纤维大分子的超分子结构有很多层次“。 a 基原纤( p r o t of - b ri ) ：一般是几根直线链状大分子互相平行，按一定距离、 一定位相和一定相对形状比较稳定的结合在一起，成为结晶态的很细的大分子束。一 tii蔷。ii：上 l 绪论 般情况下，基原纤是直径约1 3n i i l ( 1 0 3 0 a ) 的有一定柔曲性的棒状物，如图1 3 所示。 b 微原纤( m i c r o f i b r ii ) ：它是若干根基原纤平形排列结合在一起而较粗一点 的、基本上属结晶态的大分子束。微原纤内，基原纤之间存在一些缝隙和孔洞，也可 能掺填着一些其它分子的化合物。微原纤一方面靠相邻基原纤之间的分子间结合力联 结，另一方面也靠穿越两个基原纤的大分子主链将两个基原纤联结起来，形成微原纤。 在大部分情况下，微原纤是横向尺寸( 直径) 4 8 n m 4 0 8 0 ( 也有大到1 0 0 ) a 的略 可挠曲的棒状物，如图1 4 所示。 图1 - 3 基原纤示意图图1 4 微原纤示意图 c 原纤( f j b rii ) ：它是由若干根微原纤基本平行的排列结合在一起更粗些的大分 子束。原纤中存在比微原纤中更大的缝隙、孔洞和非晶区，也可能存在一些其它分子 的化合物。原纤中微原纤之间也是依靠相邻的分子结合力和穿越的大分子主链来联结 的。在一般情况下，原纤是横向尺寸( 直径) l o 3 0 n m ( 1 0 0 3 0 0 3 ) 的棒状物，不过 在一根原纤上也可能出现很多段由非晶区间隔开来的结晶区。 d 巨原纤( m a c r o f i b ri ) ：一部分多细胞天然纤维，巨原纤可能就是一个细胞。 它是由原纤基本平行堆砌的更粗的大分子束。其间存在着比原纤内更大的缝隙、孔洞 和非结晶区。巨原纤中原纤间的联结主要依靠穿越的非晶区大分子主链和一些其它物 质( 纤维中除主要成分之外的其它成分) 。巨原纤的直径一般约为0 1 o 5um 。 e 纤维( f i b e r ) ：由巨原纤堆砌成纤维。在纤维之间存在着比巨原纤内更大的缝 隙和孔洞，纤维中巨原纤之间的联结也更松散些，甚至有的纤维主要依靠其它物质 ( 如多细胞纤维的胞间物质) 来联结。 1 1 2 毛发纤维的基本结构 羊毛的基本结构如图1 5 所示 1 绪论 图l 一5 羊毛的基本结构” 毛发基本是由三部分组成的4 - 蚰：包覆在纤维外部的鳞片层( c u t i c l e ) 、组成毛发 实体主要部分的皮质层( c o r t e x ) 及处于纤维中心含气泡而不透明的髓质层( m e d u l l a ) 。 其中髓质层只存在于人发及较粗的毛纤维中，有的里连续状，有的呈断续状，细羊毛 则无髓质层。宙有髓质层的羊毛主要存在于未改良的土种羊毛被上。羊毛结构中各部 分成分如表1 2 所示嘲： 表1 2 羊毛结构中各部分成分。3 ( 1 ) 鳞片层o ”( c u t i c i e ) ：鳞片层由角质化了的扁平状角蛋白细胞组成，这些薄 片状细胞如鱼鳞状重叠覆盖，将毛千的外部包覆，根部紧贴在毛干上，稍部则伸出并 指向毛失，交叉叠附形成瓦片阶梯状。鳞片层的作用主要是保护毛发不受外界条件的 影响而性质发生改变，同时，其排列的疏密和依附程度，对毛发的光泽和表面性质也 有很大的影响。 1 绪论 ( 2 ) 皮质层n 1 1 ( c o r t e x ) ：皮质层位于鳞片层的里面，是毛发的主要组成部分，也 是决定毛发物理化学性质的基本物质。在羊毛的皮质层中，存在三种皮质细胞，偏皮 质细胞( p a r a - - c o r t e xc e l l ) 、正皮质细胞( o r t h o - - c o r t e xc e l l ) 和间皮质细胞( m e s a - - c o r t e xc e l l ) ，细羊毛一般是“双侧结构”，正皮质细胞和偏皮质细胞双侧分布。这 是细羊毛产生卷曲的结构原因。芷皮质细胞在卷曲弧外侧，偏皮质细胞在卷曲弧内侧。 粗羊毛纤维中正皮质、偏皮质细胞常是分散分布或皮芯分布( 随品种不同而异) 。正皮 质细胞含硫量比偏皮质细胞少，对化学试剂反应活泼，盐基性染料易着色，吸湿性较 大。偏皮质细胞含有较多的硫键，使毛发分子形成稳定的交联，对酸性染料有亲和力， 对化学试剂不敏感。 ( 3 ) 髓质层“4 ( m e d u l i a ) ：髓质层由结构松散和充满空气的角蛋白细胞组成，细 胞间的联系较差，显微镜下观测到的髓质层里瞎黑色。细绒毛无髓质层，粗毛中的髓 质层分布的宽窄程度不等，并且有的分布连续，有的分布不连续。 1 1 3 人发纤维与羊毛纤维结构的差异 角蛋白纤维是由鳞片层、皮质层和髓质层组成的，未处理人发的鳞片表面比较光 滑，而大部分羊毛纤维的鳞片表面有纵向凹槽“”。纤维表面每个鳞片的可见高度决定于 动物的品种和纤维的种类“”“。羊毛纤维直径较细( 1 0 3 0 p m ) ，鳞片重叠程度也小， 鳞片高度的3 4 会暴露出来，纤维截面在正皮质侧通常只有1 2 层鳞片，在偏皮质侧 则含3 7 层鳞片。对于人发来说，鳞片的重叠程度较大，人发的一个鳞片长度内有5 7 个鳞片重叠覆盖“”一列，即在横截面上可以看到6 1 0 层鳞片，甚至会有1 1 层，在 纤维表面鳞片高度仅约1 4 是可见的。入发每个鳞片细胞的厚度为0 5 p m 1 o p m ，长 约4 5 呦，鳞片层的总厚度约3 啪5 啪。值得一提的是，猪鬃纤维鳞片边缘排列得相当 紧密，纤维表面鳞片暴露部分大约只有鳞片高度的1 l o ，横截面甚至包含3 5 层鳞片嘲3 。 s p e a k m a n 和b a r n i c o t 。”发现，螺旋型人发的皮质层中没有双边结构的差别，和羊 毛相比，皮质层的性能则处于正皮质和偏皮质之间，但是在非洲黑人和布须曼人的头 发中，黑色素的分布呈现出明显的不对称现象。研究发现，蒙古人的头发( 即直发型) 中主要是偏皮质细胞，高加索人的头发( 即曲发型) 则含有一个偏皮质型细胞的芯层， 而非洲人的头发( 即羊毛型) 却具有双边结构，正皮质型细胞处于卷曲的外侧。 人发具有较高的强力“，人发比相同质量的铜线的强力还大。人发还具有优良的弹 性，人发拉伸时若未受损伤，在拉伸去除后能恢复原长。只要限制在这范围内，拉 伸过程可反复进行而不会引起人发明显的损伤m 。 1 绪论 1 2 毛发纤维拉伸改性的研究现状与存在问题 资料表明，人发与羊毛纤维的结构和性能相似，因而人们对羊毛进行的大量的研 究，对人发的研究有极大的借鉴作用。羊毛拉伸细化工艺是2 0 世纪9 0 年代以后出现 的技术，而关于人发拉伸改性研究的报道则不多。 羊毛拉伸改性技术在国外纺织发达的国家已经比较成熟，日本”1 用了九年时间从羊 毛单纤维拉伸试验开始研究，全面探索了羊毛拉伸技术，最后确定的工艺为先用蛋白 酶对羊毛脱鳞处理，然后机械拉伸，开发的产品包括多种高附加值新型机织、针织纱 和毛织物，利润可观。澳大利亚国家科学院( c s i r o ) 将一定重量的毛条经梳理、扭 转加上一定的捻度，然后拉伸至1 6 0 n ，接着进行定形处理成为拉伸改性毛条。这种羊 毛拉伸一定形技术可使纤维直径减小3 4um ，长度增加1 5 左右，断裂强度增加3 0 ，因大分子链取向度提高，其被拉伸的潜在能力减小，所以纤维的断裂伸长率在一 定程度下有所下降，开发出的产品具有羊绒般的光泽和手感，而拉伸后鳞片的伏贴又 解决了服用的刺瘁感问题，纯物理改性，无污染，加工的商品定名为o p t i m 。中国在内 蒙古自治区包头市鹿王公司购买澳大利亚技术生产了o p t i m ，已在全国销售。 我国对此项技术的研究开始较晚，始于九十年代末。杨锁廷哪! 等人采用化学预处理 将羊毛大分子链之间的二硫键、盐式键和氢键打开，为拉伸羊毛创造条件，再采用物 理拉伸，在湿热条件下获得定形的羊毛。杨声强“3 等人利用棉纺并条机对预处理的羊毛 进行拉伸，碍到了较细的拉细毛。处理工艺是：浸酸一水洗一脱水一水解剂处理一脱液 一拉伸一定形。羊毛先经过盐酸和甲酸的预处理，再用亚硫酸氢盐等水解剂打开二硫 键，接着用棉纺的并条机的第三和第四组罗拉之间拉伸，拉伸倍数为1 8 9 ，拉伸后在 保持张力的情况下通过第二与第三罗拉间和第一与第二罗拉间，使急、缓弹性变形得 以缓和，利于保持拉伸效果，最后给毛条旌加捻度，保持张力状态下，进行焙烘处理。 羊毛经拉伸一定形处理后细度可减d q o 左右，细度得以改善。存在的问题有“哪：羊 毛长度并未出现预期的增加，所得羊毛产品平均长度无明显改变，甚至出现平均长度 减小、细度不匀变大、短毛率上升的情况；定形效果不理想，羊毛经大幅度拉伸后， 细度仅减d 、1 0 ，羊毛回缩程度太大，定形工艺有待进步改进：拉伸设备不是专用 设备，拉伸倍数不可调，而且预处理、拉伸、定形处理不能连续进行，影响拉伸效果。 关于人发的拉伸一定形工艺，林琳做过系统的研究，她认为3 ，解决人发漂白中 a o x 污染的根本方法是避免使用氯化前处理步骤。经初步试验表明o ”，人发经拉伸处理 后其鳞片层某些部位被“拉豁”，随机的产生许多裂纹，有利于漂白试剂的渗入并作用 于色素，可使人发同样的得到有效地漂白。另一方面，人发拉伸后再经永久定形处理， 其强度增加，纤度变细，从而可用于制作纤度较细、手感更佳的假发套。其研究的不 i 绪论 足之处在于定形效率不高，拉伸后，人发的回缩比较厉害。 1 1 3 本论文的研究目的与研究内容 随着人们对假发套的需求和对品质的要求越来越高，对假发套的研制工作也提上 日程，为了得到品质更好的假发，仅对人发做后整理是不够的，要想得到理想的假发 产品，对人发进行拉伸处理是一种很好的方法啪1 。本论文的研究目的在于对人发拉伸一 定形工艺中各环节的规律和机理进行分析，为假发产品的生产工艺提供理论指导。 本论文的研究重点是人发拉伸一定形的工艺，研究内容包括：拉伸前预处理工艺 的研究、拉伸工艺的研究、拉伸后定形工艺的研究、毛发等角蛋白纤维拉伸一定形机 理的分析、拉伸与处理前后人发的强伸性能研究及拉伸与处理对人发纤维表面形态与 内部结构影响的研究等。 2 人发拉伸改性的原理 2 入发拉伸改性的原理 2 1 人发的氨基酸测试分析 2 1 1 测试仪器与方法 a 测试仪器：b e c k m a n1 2 1 m b 型氨基酸分析仪。 b 测试方法：取一定量的试样，用6 m o l l 的h c l 水解2 2 小时，温度1 1 0 c 。但 是，测试色氨酸需进行碱式水解，即以5 m o l l 的n a o h 代替h c l ，其它条件均相同； 然后上机进行分析测试。 2 1 2 测试结果 表2 一1 人发中各氨基酸的含量 氨基酸名称三字缩写符号一字缩写符号分子结构式含量( g 1 0 0 9 ) 甘氨酸 g l y g 丙氨酸a l aa 缬氨酸v a lv 亮氨酸 异亮氨酸 l u el 1 1 e 苯丙氨酸f h ef 脯氨酸p r op 丝氨酸 苏氨酸 s e r y h r t 酪氨酸p r o 9 h 2 h - c l i _ c 0 0 h h h 2 n c 卜c o o h c h 3 h 2 n - c h _ c 0 0 h 2 4 5 2 0 2 4 3 6 0 4 1 0 7 0 h - c - ( c h 3 ) 2 h 2 n c h c o o h i 4 8 9 5 0 1 1 2 c c h ( c h 3 ) 2 1 1 2 n c 卜c 0 0 h h 3 c - c h - c h 2 一c h a h 2 瞽一啡c o o h n z 2 一 h 2 n o c l l - c 0 0 h h 2 cc h 2 l c h 2 h 2 n c h c 0 0 h 2 8 7 8 0 2 0 0 7 0 6 3 9 5 0 5 6 7 7 0 h 2 c o h h 2 n c 卜c 0 0 h l4 9 4 6 0 h 3 c - c h o h 2 4 9 9 0 2 人发拉伸改性的原理 2 1 3 测试结果分析 o 2 人发拉伸改性的原理 表2 - 2 人发中各氨基酸的去水重和分类含量 镤氨基酩称特g m o 量l 实g 翌i 磐u u g 去水系数翥德等量g l u u g 由于在试验中，氨基酸的含量是在蛋白质分子被完全水解的环境中测量的，各氨 基酸已独立存在于水解液中，即每个氨基酸分子都已和一个水分子相结合，这样算出 的氨基酸含量较其在原蛋白质分子中的含量高，所以去掉这一个水分子重最后的氨基 酸重量( 去水重量) 才是各氨基酸在原蛋白质分子链中的真实含量，其换算关系如下： k 。丝! 二丝2x 1 0 0 肘l m m d x k 其中：尬氨基酸的分子量；一才( 分子的分子量；啦广实测重量； m 去水重量；舟去水系数。 从表2 2 可知，人发中含有1 8 种氨基酸，其中中性氨基酸含量为3 3 7 0 、碱性 氨基酸含量为3 3 4 8 、酸性氨基酸含量为2 0 3 4 ；人发中的碱性氨基酸与酸性氨基酸 的含量比约为1 6 5 ：1 ( 3 3 4 8 ：2 0 3 4 ) ，离子基团之间的盐式键、极性基团间的氢 键较易形成；在组成人发大分子链的氨基酸中，胱氨酸的含量约1 2 ，胱氨酸中的二 硫键为维持人发物理化学性能的稳定性提供了保证；人发大分子中甘氨酸和丙氨酸的 含量仅为6 ，说明人发大分子的规整性不好，分子结构稳定性较差。 2 人发拉伸改性的原理 2 2 预处理阶段的基本原理分析 从表2 1 和表2 2 中可以看到，人发中丝氨酸、谷氨酸、脯氨酸、胱氨酸和精 氨酸的含量最高，这些氨基酸的大量存在，尤其是胱氨酸的大量存在，使得分子间的 横向联结十分紧密。大分子主链间形成的盐式键、二硫键和氢键等空间横向联结键， 使大分子链伸展的拉伸无法进行。对大分子间的横向联结键，尤其是盐式键和二硫键 进行适当的拆开是拉伸过程的前提。 在1 3 0 c 以上的水蒸汽中，或在水解剂的存在下可以对二硫键进行有效的的拆除， 其反应机理如( 2 一1 ) 、( 2 2 ) 和( 2 3 ) 所示： jjj i i l l 1 0 = ch - n 0 = ci i , - 膏 0 蚀s _ 鲫2 占+ 毗o ! ! ! ! 查签，k 2 一疆+ 肛姗2 占( 2 一1 ) jlii n - h c = 0 n - h c = 0 1 1 1 1 。 ! ! ! ! iil o = ch - - n o = c l 卜日 0 蚀s - s _ c h 2 占+ h 2 0 丝堕一，嘲2 一疆+ 肛螂2 上 ( 2 2 ) lii n , - h c = 0 n - h c = o ! ! ! ! ： ： ： ： ifi i o = ch - n o = c h - n 0 蚀- s - s 栅2 上+ h 2 0 幽塑! h 2 _ s l i + m _ s - c 目2 占( 2 3 ) i i i i n - h c - - 0 n - h c = 0 1 ； l ! 但在n a 2 s 0 3 和n a i - i s 0 3 的处理中，不可避免将引起大分子主链的水解拆开，这是 必须注意的。 2 3 拉伸阶段的基本原理分析 纤维在整个拉伸变形过程中的具体情况是相当复杂的。纤维受力后，先是纤维中各 结晶区间非晶区内长度最短的大分子链被拉伸伸直，也就是成为接近于与纤维轴线平 行而且弯曲最小的大分子( 甚至包括基原纤) 。接着这些大分子受力拉伸，从而化学价 1 2 2 人发拉伸改性的原理 键键长增长、键角增大。在此过程中，一部分最伸展、最紧张的大分子链或基原纤逐 步的被从结晶区中抽拔出来。在这个过程中，个别的大分子主链也可能被拉断。接着， 各结晶区逐步产生相对移动，其沿纤维轴向的距离增大，而且，非结晶区中基原纤和 大分子链段的平行度即取向度也提高了，结晶区的排列方向也开始顺向纤维轴，当部 分最紧张的大分子由结晶区中抽拔后，非晶区中的大分子的长度差异减小、受力的大 分子或基原纤的根数增多。随后，大分子或基原纤在结晶区被抽拔移动越来越多，被 拉断的大分子也开始增多。拉伸到一定的程度时，大分子或基原纤间原本较稳定的横 向联系受到显著的破坏，从而导致结晶区中大分子或基原纤间的结合力抵抗不住拉伸 力的作用( 比如氢键被拉断等) ，发生明显的相互滑移，大量分子被抽拔，螺旋结构的 大分子则表现为由螺旋链转变成曲折链，同时伸长变形迅速增大。此后，纤维中大部 分基原纤和松散的大分子都因拉伸滑移作用而基本上达到沿纤维轴向被拉伸并平行的 状态，结晶区也慢慢松散。接着，由于取向度大大提高，大分子间横向的结合能力又 有所提高，所以大多数纤维拉伸曲线的斜率又开始增大。接着拉伸，结晶区更松散， 许多基原纤和大分子由于长距离抽拔，部分头端已从结晶区中拔出而游离，部分大分 子被拉断，头端也游离。最后，整根纤维上最薄弱的的截面断裂，一部分基原纤和大 分子被拉断，其余的大分子则从对应的结晶区中抽拔出来。 2 4 定形阶段的基本原理分析 人发经过预处理和拉伸处理后，大分子被拉长，分子间的横向联结键也在一定程 度上被破坏，发生错位。若此时去除外力，由于新的横向联结键尚未充分形成，没有 新键的束缚，经拉伸伸长的大分子会发生收缩，从而降低了拉伸效率。要想达到理想 的定形效果，就需要在外力去除之前使大分子在新的位置建立起新的交联键，其中二 硫键的新建又至关重要。 由于在预处理时二硫键是通过水解剂被水解拆开，因此在定形阶段若能选择比较 好的中和剂解除水解剂的作用，经拉伸后的大分子自然的便会在新的位置建立起交联 键，为二硫键的建立创造了条件。 k m n 0 4 、2 n a 。c o s 3 h z 0 2 、k z s z o 。和n a b 0 3 4 h z 0 都是很好的中和剂，其作用是将预处 理时所用的水解剂中和，从而使人发内部的大分子在新的位置形成交联键。其反应机 理如( 2 - 4 ) 、( 2 5 ) 、( 2 6 ) 和( 2 7 ) 所示： 2 人发拉伸改性的原理 i o = c c h 一c h 2 - s h + n - h ： i o = c ： i 卜n o = ch _ n h o s c b 2 一j 坠塑 缸c h 2 一s s c h 2 一晶+ h 2 0( 2 4 ) c = o ： h - n 肝_ h ： c = o ： o-c卜n 缸c h 2 一s h + h 0 一s c h 2 一晶 ! ! ! ! ! ! ! ：些塑争缸c h 2 s s c h 2 一+ h 2 0 ( 2 5 ) n h o = c c = o ： ： i 廿- n 爵_ hc = o ： o ：ch - n 亡 卜c h 2 一s h + h 0 一s c b 2 一亡h 墨三兰兰堂生h c h 2 s s c h 2 一h + h 2 0 ( 2 6 ) n h 0 = c c = o h _ n n - hc = o ： i 0 = c h - n c h - c h 2 一s h + h o s c h 2 一抽j 鬯垒! 兰! 盟 - c h 2 一s 一 c h 2 h + h z o n h 4 n _ hc = o i ： 3 试验样品与试验方案设计 3试验样品与试验方案设计 3 1 试验样品 人发亚洲女性黑色直发 3 2 试验药品 试验所用的化学药品清单如表3 一l 所示： 表3 - - 1 化学药品清单 3 3 试验仪器 拉伸定形装置 d i v i b 5 型数码显微镜 架盘药物天平 1 0 1 1 a b 型电热鼓风干燥箱 i n s t r o n i h s z w 系列水浴锅 酸碱度传感器t r p h t l a 4 1 5 自行研制( 见图3 一1 ) 麦克奥迪集团有限公司 国产三圈牌 天津泰斯特仪器有限公司 美国 上海予华仪器有限公司 广州泰纳电子科技有限公司 3 试验样品与试验方案设计 【注】由于人发经拉伸后，须在保持张力的状态下进行化学处理，还须在保持张力的状态下进行焙 烘处理，所以用i n s t r o n 无法完成试验，而该装置的主体部分可进行拆卸，后续试验可顺利进行。 图3 - - 1 人发拉伸定形装置 3 4 试验方案设计 3 4 1 人发拉伸前预处理工艺方案设计 人发拉伸的预处理工艺主要涉及到预处理溶液的配制及预处理时间和溶液温度的 控制，其中预处理溶液的配制工艺方案见表3 2 、表3 3 和表3 4 ，预处理时间和 溶液温度的组合方案见表3 5 。 表3 2 预处理溶液的配制工艺方案一、二 3 试验样品与试验方案设计 表3 3 预处理溶液的配制工艺c 案- - - - 、四 表3 4 预处理溶液的配制工艺方案五、六 表3 5 预处理时间和溶液温度的组合方案 3 4 3 人发拉伸后定形工艺方案设计 a 焙烘定形工艺方案设计 人发经拉伸后通过焙烘处理定形的工艺重点在于焙烘温度和焙烘时间的选择，表3 - - 7 中列出了试验所采用的焙烘温度与焙烘时间的组合方案。 3 试验样品与试验方案设计 焙烘样品的制备方案见表3 8 、表3 9 、表3 1 0 和表3 一l l 。 表3 8 焙烘样品制各方案一、二、三 表3 9 焙烘样品制备方案四、五、六 表3 1 1 焙烘样品制各方案十、十一、十二 b 化学定形工艺方案设计 人发拉伸的化学定形工艺主要涉及到定形溶液的配制和定形时间和溶液温度的控 制，其中定形溶液的配制工艺方案见袁3 一1 2 、表3 1 3 、表3 1 4 和表3 一1 5 ，定形 时间和溶液温度的组合方案见表3 1 6 。 3 试验捶晶与试骚方案设计 表3 一1 5 定形溶液的配制工艺方案十、十一、十二 3 5 试验参数定义 游头发在拉静装置上的夹持长发为厶，挝律一定形处瑗鹾长度变为，在6 0 。c 瀛 9 3 试验样品与试验方案设计 水中处理半小时后测得长度为厶，则 拉伸率( ) ：刍二刍xj 厶 温水回缩率 r ，( ) = 生主生x 保留定形率 “) = 半x ，卯 定形效率 。c ，一鲁x ，叩= l - - e , 4 人发拉伸定形工艺分析 4 4 1 预处理工艺分析 人发拉伸一定形工艺分析 4 1 1 预处理工艺对人发定形效率的影响 在第三章( 3 4 1 ) 中，列出了人发拉伸的预处理工艺，各种工艺方案下的定形效率 如表4 1 所示： 表4 1 不同预处理方案下人发的定形效率 温度和时间 岱仉n a | 璐m 1 5 2 5 3 5 5 1 5 2 5 3 0 4