（纺织工程专业论文）聚乳酸纤维混纺纱及其织物的力学性能研究.pdf

摘要 聚乳酸纤维是新一代环保型纤维，具有多种优良性能，能够完全自然降解， 最终的降解产物变成二氧化碳和水而回归大自然。聚乳酸纤维可以与多种纤维混 纺，同天然的纤维如棉、毛等混纺生产各种服装产品、装饰品。其优点在于提高 织物的弹性，使其绿色降解，利于水分的转移，赋予优良的形态稳定性和抗皱性， 对人体皮肤无任何刺激。 同时，有关聚乳酸纤维服用纺织品方面的研究有待于进一步深化。现有的聚 乳酸产品大多用于产业方面，而作为具有较大纤维消耗量的服用面料方面的研究 较少。如何确定聚乳酸纤维的混纺比例以使混纺产品优势互补是一个关键性问 题。 本文研究的主要内容主要有三部分： ( 1 ) 聚乳酸纤维及其混纺纱的纺纱工艺 ( 2 ) 聚乳酸纤维及其混纺纱的力学性能研究 ( 3 ) 聚乳酸纤维混纺针织物的力学性能研究 通过本文的研究，得到以下几点结论： ( 1 ) 在纺纱过程中应根据其自身特点选择合适的工艺流程，合理设置工艺 参数。经试验，聚乳酸纯纺纱的临界捻系数在4 0 5 9 附近。 ( 2 ) 由虎克弹簧、马克思威尔( m a x w e l l ) 元件和非线性弹簧并联组成的4 元件模型可以很好的用数学公式表达聚乳酸纱线的力学性能，从而较直观的对其 性能进行模拟。 ( 3 ) 当聚乳酸含量在6 0 附近时，聚乳酸与棉混纺纱的断裂强度值最低； 当聚乳酸含量在7 0 时，聚乳酸与莫代尔混纺纱的断裂强度值最低。 ( 4 ) 聚乳酸纤维含量在7 0 时，聚乳酸与棉混纺针织物的强力最低，其曲 线趋势与聚乳酸纤维棉混纺纱随混纺比的变化趋势相似；聚乳酸纤维含量在 6 0 时，聚乳酸与莫代尔混纺针织物的强力最低，其曲线趋势与聚乳酸纤维莫代 尔混纺纱随混纺比的变化趋势相似。 关键词：聚乳酸；力学模型；混纺比；模糊决策 a b s t r a c t p o l y l a c t i cf i b e ri san e wt y p eo fe n v i r o n m e n tp r o t e c t i v ef i b e r i th a sm a n y e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e sa n dc a nb ed e g r a d e dc o m p l e t e l yi n t ow a t e ra n dc a r b o n d i o x i d e i ti sa b l et ob eb l e n d e dw i t hn a t u r a lf i b e r ss u c ha sc o t t o na n dw o o lt op r o d u c e v a r i o u sk i n d so fg a r m e n t sa n dd e c o r a t i o n s t h i sk i n do ft e x t i l eh a sa d v a n t a g e so f g o o de l a s t i c i t y h o w e v e r , m o r es t u d i e ss h o u l db ed o n ei nt h ea r e aw h e r ep o l y l a c t i cf i b e ra p p l i e s t oa p p a r e l c u r r e n t l yi tm a i n l yi su s e di ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o n ，r e s e a r c h e so fa p p a r e l a p p l i c a t i o na r er e l a t i v e l yl e s st h a no t h e ra r e a s d e c i d i n gt h eb l e n d i n gr a t i or e m a i n sa k e yp r o b l e mt om a k eb l e n d i n gy a r na n df a b r i cg e tb e t t e rp e r f o r m a n c e s m a i np a r t st ob es t u d i e di nt h i sp a p e ra r ea sb e l o w ： ( 1 ) s p i n n i n gp r o c e d u r eo fp o l y l a c t i ca n dt h eb l e n d i n gy a r n ( 2 ) m e c h a n i c a lr e s e a r c ho fp o l y l a c t i ca n dt h eb l e n d i n gy a r n ( 3 ) m e c h a n i c a lr e s e a r c ho fp o l y l a c t i ca n dt h eb l e n d i n gk n i t t e df a b r i c b a s e do nr e s e a r c hi nt h i sp a p e r , b e l o wc o n c l u s i o n sa r es u m m a r i z e d ： ( 1 ) c h o o s et h em o s ts u i t a b l ep r o c e d u r ea n dp a r a m e t e r so nb a s i so fp o l y l a c t i c s p r o p e r t y t h ec r i t i c a lt w i s t i n gc o e f f i c i e n ti sf o u n da r o u n d4 0 5 9t h r o u g he x p e r i m e n t ( 2 ) an e wm o d e lw i t h4e l e m e n t sm a d eo fs p r i n g ，m a x w e l la n dn o n l i n e a r - s p r i n g i sf o u n dt od e s c r i b et h et e n s i o np r o p e r t yo ft h i sy a r n ( 3 ) w h e nt h ep e r c e n t a g eo fp o l y l a c t i cg e t sa r o u n d7 0 ，p o l y l a c t i ca n dc o t t o n b l e n d e dy a r nw i l lg e tw o r s ts t r e n g t h ；w h e nt h ep e r c e n t a g eg e t sa r o u n d6 0 ，p o l y l a c t i c a n dm o d a lb l e n d e dy a r nw i l lg e tw o r s ts t r e n g t h ( 4 ) s t r e n g t ho fp o l y l a c t i c - c o t t o nb l e n d e dk n i t t e df a b r i ca n dp o l y l a c t i c - m o d a l b l e n d e dy a r nw i l ld r o pt ot h eb o t t o mr e s p e c t i v e l yw i t hp o l y l a c t i cp e r c e n t a g eo f7 0 a n d6 0 b o t hv a r y i n gc u r v e sa r es i m i l a rt ot h e i rb l e n d e dy a r n s t a nz h e n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a n gq i n g b i n k e y w o r d s ：p o l y l a c t i c ；m e c h a n i c a lm o d e l ；b l e n d e dr a t i o ；f u z z yd e c i s i o n 致谢 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：呼让 日期：枷矽年肌妒 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密d ( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名啤 日期：钿g 午6 月【re t 导师签名：芋勿玄“ 日期：枷。葛年月r e t ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用 第一章绪论 第一章绪论 1 1 聚乳酸纤维简介 聚乳酸纤维又称玉米纤维，简称p l a ，是以乳酸为主要原料聚合所得到的高分 子聚合物，属于芳香族聚酯纤维，但不含芳香环。其合成原料主要来自玉米，是新 一代环保性聚酯合成纤维。聚乳酸纤维由于其优良的性能和丰富的原料资源，在服 装、医疗、非织造布、家庭装饰等方面具有广泛的应用前景。 1 1 1 聚乳酸纤维的组成和加工m 隆1 目前，聚乳酸纤维主要是以玉米淀粉为原料加工而成。玉米聚乳酸纤维是将玉 米淀粉发酵制得乳酸，经由缩聚反应制成聚乳酸，再利用偶合剂制成具有良好物理 机械性能和较高分子量的聚乳酸，最后再经过化学改质处理，提升其强度和保水性， 并将其纤维化。 聚乳酸纤维的制备方法有很多，最早是研究采用溶液纺丝法制备。由于纺丝原 液的制备一般采用二氯甲烷、三氯甲烷、甲苯和环已烷等做溶剂，由于工艺较复杂， 溶剂回收困难，纺丝环境恶劣，而且采用的溶剂有毒，所得到的聚乳酸纤维需要经 特殊处理，才能适合于医疗卫生的要求。至今溶液纺丝法加工聚乳酸纤维还停留在 试验室阶段，末见商业化。 当前，主要是采用熔融纺丝法加工聚乳酸纤维，生产中用于涤纶的现有熔融纺 丝工艺都可采用，由于熔融状态下的聚乳酸容易分解，因此，在熔融纺丝前必须严 格除去水分，而且纺丝温度要适当控制。目前，利用熔融纺丝法生产聚乳酸纤维的 工艺和设备正在不断地改进和完善，它已成为聚乳酸纺丝加工成形的主流。 1 1 2 聚乳酸纤维的结构与性能口1 1 1 2 1 聚乳酸纤维的结构 聚乳酸纤维可以加工成圆型截面的单丝或复丝及三叶形截面的膨化变形长丝， 也可加工成卷曲和非卷曲的短纤维及双组份纤维。常见的玉米聚乳酸短纤维机切长 度3 8 n 【1 i 】n ，其横截面呈圆形，表面平滑有光泽。 1 1 2 2 聚乳酸纤维的性能 聚乳酸纤维非常利于环保，是一种可完全生物降解的纤维。废弃后埋在土壤里， 会在微生物作用下分解成二氧化碳和水，然后经过光合作用重新生成聚乳酸纤维的 起始原料：淀粉。 青岛大学硕士学位论文 聚乳酸纤维有高结晶性，好的透明性，高取向度，高耐热性，高强度。 聚乳酸纤维在常温下有良好的耐气候性，强度保持性较高，其弃废产品不仅可 在自然环境中分解，而且也可燃烧，同时没有毒气体产生，对环境完全无害。 聚乳酸纤维比重小，回潮率与涤纶纤维相接近，具有芯吸效应，有很好的导湿 透气性，良好的服用舒适性，断裂强度和断裂伸长率与涤纶纤维接近，它属于高强、 中伸和低模量纤维，加工成的织物强力高，延伸性好，手感柔软，悬垂性好，回弹 性好，有较好的抗紫外线性能。 聚乳酸纤维属于轻质纤维，它有真丝般的光泽吸湿快干性好，保暖性能好。聚 乳酸纤维具有人体可吸收性，在人体内可经过降解而被吸收，它的极限氧指数高， 在燃烧中只有轻微的烟雾释出，在紫外线作用下吸收值较低，能保持不受侵害。 聚乳酸纤维与其他纤维性能的对比如表1 1 所示。 表1 1 聚乳酸纤维与其他纤维性能对比 由表1 1 可知，聚乳酸的物理性能介于涤纶和锦纶之间，强度、吸湿性、伸长 性都和它们相近。详细来说：( 1 ) 聚乳酸纤维的比重小于涤纶，大于锦纶，因此聚 乳酸纤维的制成品比较轻盈；( 2 ) 聚乳酸纤维的弹性模量介于涤纶和锦纶之间，其 产品具有干爽的风格；( 3 ) 聚乳酸纤维的熔点比较低；( 4 ) 聚乳酸纤维的断裂强度 和断裂伸长率都与涤纶接近这些使得其面料能够具有强力高、延伸性好、手感柔软、 悬垂性好、回弹性好的性能；( 5 ) 聚乳酸纤维的吸湿吸水性比较差，与涤纶接近， 但染色性能优于涤纶。 1 2 聚乳酸纤维的发展历史啪嘲 玉米纤维最早生产于1 9 4 8 年，产品名为“维卡拉 ，为玉米蛋白质纤维。 1 9 4 8 年至1 9 5 7 年，美国维吉尼亚一卡里罗来纳化学公司开始批量生产。后来， 美国知名谷物公司c a r g i l l 研发成功玉米聚乳酸纤维，一度使产量由3 0 0 0 吨扩充到 6 0 0 0 吨。 1 9 9 7 年，化学公司d o w p o l y m e r s 看好聚乳酸纤维的后期发展，便与c a r g l l 公 司合资组建c d p 公司，1 9 9 9 年开始建造年产1 4 万吨的新工厂，现已正式运营。 第一章绪论 1 9 8 9 年，日本钟纺公司与岛津制作所合作开发玉米聚乳酸纤维，原料来源于岛 津制作所和c d p 公司。 1 9 9 4 年日本钟纺公司开发出商品名为l a c t r o n 的纤维。 1 9 9 8 年又开发出此纤维的系列产品，并于长野冬季奥林匹克运动会上展示了由 l a c t r o n 纤维制成的各种服饰。 2 0 0 0 年1 月，钟纺公司与c d p 合作，联合生产聚乳酸纤维树脂。 2 0 0 2 年上海华源股份有限公司开始与美国c d p 公司合作，成为国内第一家实现 工业化开发聚乳酸纤维的化纤企业。华源公司的p l a 纤维加弹丝和拉伸丝及布样已 在2 0 0 3 年3 月的上海国际面料展亮相。上海第十化纤厂目前也正在通过有关途径同 c d p 公司探讨共同开发p l a 短纤维产品。 ， 迄今为止，全球已有8 5 个公司参与c d p 公司的p l a 的开发和p l a 纤维生产销售 网，其中包括日本东丽、伊藤忠以及中国台湾省的远纺集团和上海世好公司。 1 3 聚乳酸纤维研究现状 赵博n 3 介绍了玉米聚乳酸纤维的结构、性能特点、发展现状及生产过程，指出 该纤维具有优良的物机械性能，在纺织业中将有广阔的发展前景。耿琴玉口1 从聚乳 酸纤维的结构、生态性和物理机械性能等方面进行了分析，对产品开发进行了初步 探讨。 薛敏敏简单介绍了聚乳酸的聚合方法和目前聚合工艺方面的新发展。介绍了聚 乳酸纤维的纺丝方法、聚乳酸熔融纺丝工艺流程及目前国内外聚乳酸纤维的生产、 开发情况。最后介绍了聚乳酸纤维在医药、织物和非织造布方面的应用。 姚军燕口1 评价了成型工艺对纤维形态结构和性能的影响、研究聚乳酸纤维的新 方法、新成果以及高性能聚乳酸纤维在生物医学领域、日用工业等领域的应用前景。 魏淳h 1 简要介绍了聚乳酸( p l a ) 的发展背景，阐述了p l a 的合成以及p l a 纤维、非织造 布的生产方法，讨论了p l a 的生物降解性能，并介绍了p l a 的产品开发现状。王竹林 嘲介绍了聚乳酸及其纤维的开发现状、聚乳酸纤维的纺织加工和应用及聚乳酸纤维 的生物降解，指出聚乳酸纤维产品主要有：服装、装饰织物、保健织物、农用织物等。 张浩传蚴介绍了玉米纤维的性能特点，并与聚酯纤维、锦纶纤维进行了对比。 介绍了纺制玉米纤维9 7 t e x 纯纺纱的工艺流程、各工序工艺配置及采取的技术措施。 玉米纤维纯纺纱的纺纱关键在于梳棉棉网转移、胶辊处理及工艺参数合理配置等方 面。王素娟口1 简述了玉米纤维( p l a ) 的性能及其在纺纱过程中的工艺路线、工艺要点、 所遇到的问题及采取的措施。赵立环随1 测试了聚乳酸纤维的物理性能，并通过聚乳 酸纤维棉混纺实验，研究了聚乳酸纤维棉混纺纱的力学性能与聚乳酸纤维含量的 变化关系。张黎嘲介绍了不同纺丝工艺路线、拉伸倍率、拉伸温度对聚乳酸纤维( p l a ) 青岛大学硕士学位论文 拉伸性能的影响，不规则拉伸的成因以及拉伸工艺对纤维结构性能参数的影响。单 丽娟n 测试了聚乳酸棉混纺纱的拉伸性能，探讨了混纺比与纱线强度、伸长率之间 的关系。 王军梅n 明介绍了玉米聚乳酸纤维的性能特点，并利用其与棉混纺的纱线经织造 染整加下开发出玉米聚乳酸纤维针织产品，丰富了品档针织面料的品种。耿琴玉n 钉 提出聚乳酸纤维及其产品以其良好的芯吸和导湿性、较高的弹性回复性、较低的可 燃性和发烟量、良好的抗紫外线性能、优良的手感和悬垂性等优异性能越来越受到 人们的重视。李锦华n 8 1 简述p l a 纤维的性能，根据p l a 纤维针织汗布的特性，设计 制定相适宜的染整工艺。文中给出前处理、染色、热定形等重点工序的工艺条件和 操作注意事项。 1 4 聚乳酸纤维的应用及发展前景1 1 切 ( 1 ) 服装领域 聚乳酸纤维具有优良的物理机械性能，它可以与各种纤维混纺，生产的织物吸 湿透气，悬垂性、抗皱性和光泽性较好，织物穿着轻盈，手感柔软，有丝绸般的质 感，适合加工内衣等产品。 聚乳酸纤维有长丝、短丝、单丝和扁平丝等品种，并可进一步与其它长丝交织， 加工出各种仿丝绸产品，其产品风格独特。其与绵纤维混纺加工的面料，几乎与涤 绵混纺织物具有相同的性能，光泽较涤纶纤维混纺织物优良，且有蓬松的手感，对 皮肤不发粘。如与棉混纺做内衣，有助于水分的转移，不仅接触皮肤时有干燥感， 且可赋予优良的形态稳定性和抗皱性。聚乳酸纤维与羊毛和粘胶混纺加工的产品， 有良好的形态保持性，较好的光泽，丝绸般的手感。用纯玉米聚乳酸纤维加工的针 织物有较高的收缩性，水汽吸收能力好，经多次洗熨后仍能保持相对的稳定。 聚乳酸纤维弹性回复率高，加上它的玻璃化温度适宜，说明它的定型性能和抗 皱性能较好，适宜加工服用面料，尤其它的折射率低，耐紫外线好，不易退色，洗 涤后不变色，因此，适合加工贴身衣服、野外工作服和高档时装。 用微细旦聚乳酸纤维加工的织物有丝的感觉，悬垂性好，耐用性好，吸湿透气 性好，是加工女装和休闲装的理想面料，聚乳酸纤维也可以加工个人护理用品，它 天然柔软，可以迅速将水分从皮肤中导出。 聚乳酸纤维具有良好的芯吸性能、吸水散湿性能以及快干效应，具有较小的体 积密度，强伸性与涤纶接近，非常适合开发运动服装。 ( 2 ) 非织造布领域 聚乳酸纤维好的透气性、芯吸性及弹性使其在非织造布领域也有发展潜力，聚 乳酸可应用纺粘法或熔喷法直接制成非织造布，也可先纺制成短纤维，再经干法或 4 第一章绪论 湿法成网制得非织造布。 ( 3 ) 家用装饰领域 聚乳酸纤维稳定性好、发烟量少、燃烧热低的特点使其在家用装饰市场中具有 吸引力，并且它优异的弹性更拓宽了其在该领域的应用。典型的应用包括：悬挂物、 室内装饰品、面罩、地毯，同时聚乳酸纤维应用于填充件也受到了人们的重视。 ( 4 ) 医用领域 聚乳酸纤维因其优良的生物相容性、低毒性和生物降解性，在医疗、医学领域 具有广泛的应用前景，其非织造布可用作手术衣、手术覆盖布、口罩等，其纤维可 用作手术缝合线、吊绳、纱布、针织布、外用脱脂棉、绷带等。例如聚乳酸及其共 聚物纤维用作外科缝合线，在伤口愈合后自动降解并吸收，无需二次手术，减少了 病人的痛苦。聚乳酸作为生物降解材料已被美国批准，其在医药及医疗用品方面的 开发应用受到了国内外的高度重视。 ( 5 ) 树脂增强领域 聚乳酸纤维还可用于聚乳酸树脂基体的自增强，提高制品力学性能。具体加工 方法有种将聚乳酸熔体与聚乳酸纤维混合后在模具中快速冷却成型；将聚乳酸纤维 在模具中平行排列，在一定压力下加热使其表面熔化而粘合，再冷却成型：将聚乳 酸粉末与纤维混合，一定压力下加热使粉末熔化而纤维只是表面熔化，内部取向不 变，再冷却成型。 聚乳酸纤维作为一种新型的生态性纤维，不仅将天然纤维和合成纤维的优异性 能融于一体，而且生产纤维所利用的生态资源主要是玉米，我国作为玉米的主产国， 资源丰富：聚乳酸纤维的开发与应用不仅解决了不可生物降解的合成纤维带来的环 境问题，同时为我国玉米找到了良好的消化渠道，将低值农副产品转变为高附加值 的纺织原料，对于发展农业生产也具有重要的意义。因此，聚乳酸产品的研究与开 发，对综合利用资源，减少环境污染，开发绿色环保产品都有着重要的意义，无疑 会将成为新世纪纤维生产与应用中的主导型产品。 1 5 聚乳酸纤维纺织产品开发中存在的问题 目前，由于我们国家高分子量聚乳酸合成和聚乳酸纤维纺丝方面缺乏系统的研 究，聚乳酸纤维生产的成本较高，国内聚乳酸纤维的应用十分有限，为解决现状， 应从原料乳酸、树脂合成和纺丝加工等方面开展研究，提高原料乳酸的质量，开发 聚乳酸聚合的新方法、新工艺，引进国外的先进技术，缩短研究周期，以期降低聚 乳酸纤维的成本，同时可以考虑将聚乳酸与其它低成本材料进行共聚和共混进一步 降低产品的成本，使聚乳酸纤维尽早在中国投入工业生产和应用，早日成为大众的 消费热点。 青岛大学硕士学位论文 同时，有关聚乳酸纤维服用纺织品方面的研究有待于进一步深化。现有的聚乳 酸产品大多用于产业方面，而作为具有较大纤维消耗量的服用面料方面的研究较少。 目前，聚乳酸纤维可以与多种纤维混纺生产各种服装产品、装饰品。如何确定聚乳 酸纤维的混纺比例以使混纺产品优势互补是一个关键性问题，这也是本课题要解决 的问题之一。虽然聚乳酸纤维已达很好的可加工性，遇到的问题主要有下列几方面： 纺纱过程中暴露出一些问题，如何从理化性能方面解释并解决；混纺时，混纺比例 的确定，以使混纺织物具有良好的性能。聚乳酸纤维制得的针织物具有优良的性能， 织物中不同纤维材料的混纺比可以赋予织物不同的性能及风格特征。因此，研究混 纺比与纱线之间的关系，及混纺比与织物之间的关系，用于指导实际工艺生产，具 有重要的指导意义。 另外，聚乳酸纤维的生产和废弃虽具有环保性，但在纺织生产加工过程中环保 的问题并没有得到很好的重视，尤其是在织前准备的浆料及助剂的选择和染整加工 的前处理阶段、染色方面，更多注重的是产品的布面效应。因此，聚乳酸纤维应用 中也应注重环保产品应具有的要求。 1 6 本课题主要研究内容和解决的主要问题 研究的主要内容： ( 1 ) 聚乳酸纤维及其混纺纱的纺纱工艺。 ( 2 ) 聚乳酸纤维及其混纺纱的力学性能研究。 ( 3 ) 聚乳酸混纺针织物的力学性能研究。 具体内容如下： ( 1 ) 研究聚乳酸纤维及其混纺纱的纺纱工艺，并确定相关纺纱参数。 ( 2 ) 研究细支混合针织用纱的结构，测试其力学性能，确定聚乳酸纤维与其它纤维 混纺的优化混纺比。 ( 3 ) 测试聚乳酸混纺针织物的主要力学性能指标和风格特征，研究其影响因素及混 纺比与织物性能与风格之间的关系。 解决的主要问题： ( 1 ) 建立力学模型模拟聚乳酸纱线的力学性质。 ( 2 ) 混纺纱力学性能与混纺比之间的关系，寻找最优混纺比，优化工艺参数。 ( 3 ) 分析聚乳酸针织物风格特征和力学性能与混纺比之间的关系。 6 第二章聚乳酸纤维的纺纱工艺 第二章聚乳酸纤维的纺纱工艺 2 1 聚乳酸纤维纯纺纱的纺纱工艺 本课题使用的是1 8 t e x 的环锭纺纱线，捻系数为3 2 0 。 2 1 1 原料的选择 我们选用s l c l 4 3 0s d 笛冯严土木针维，长发3 8 咖，细度1 5 d t e x ，强度 3 5 c n d t e x ，回潮率0 7 。色泽精白。其弹性中上，含油程度一般。 2 1 2 玉米纤维纯纺纱纺纱工艺流程 a 0 0 2 c 型抓棉机_ a 0 0 6 b 型混棉机- a 0 3 6 c 型开棉机- a 0 9 2 a 型双棉箱给棉机一 a 0 7 6 c 型成卷机一a 1 8 6 d 型梳棉机一f a3 0 3 型并条机( 三道) 一f a 4 8 l 型粗纱机一 f a 5 0 6 型细纱肿s p e r o 型自动络筒机 2 1 3 各工序工艺配置与技术措施 ( 1 ) 开清棉工序 为保证棉卷的内在质量和外观质量，开清棉采用“多松，轻打”的工艺原则， 为此采取下列措施：a 适当加大棉卷压力，减轻棉层粘连；b 在棉卷中喂入相同品种 的粗纱，解决棉卷粘连；c 棉卷存量适中，先做先用，确保预处理效果良好，提高 可纺性。开清棉工序棉卷定量4 0 0 9 m ，定长3 3 3 6 m ，豪猪打手转速4 8 0 r m i n ，棉 卷罗拉转速1l r m i n 。 ( 2 ) 梳棉工序m 1 梳棉工序主要解决梳棉成条困难，堵斜管问题，为提高纤维的转移能力，锡林 盖板隔距为0 3 5 m m 、0 3 5 m m 、0 3 0 m m 、0 3 0 咖、0 3 5 m m ，较纺棉时大，生条定量为 1 7 5 9 5 m ，上下轧辊间隔距为0 2 0 m m ，均较纺棉大，提高各通道光洁度，减少堵塞 断条。锡林转速为3 6 0 r m i n ，刺辊转速为8 7 0 r m i n ，盖板速度为1 7 7 m m m i n ，道夫 转速为1 7 r m i n 。工艺上机后，所纺生条棉结少，棉网清晰度良好，生条外观光滑 细腻。 ( 3 ) 并条工序n 盯 由于玉米纤维有轻微静电，生产中主要解决缠绕罗拉、胶辊现象。主要措施有； a 并条胶辊用w s n 型涂料处理，好于酸处理；b 车速偏低控制，喇叭口偏小掌握，提 高条子抱合力；c 满筒长度由2 k m 改为1 6 k m ，减轻条子与上圈条器表面的摩擦。并 条采用三道并合，前罗拉线速为1 6 0 m m i n ，喇叭口2 4 m m ，熟条定量9 o g 5 m ，罗 拉隔距1 5 m i n x2 0 m m 。 7 青岛大学硕士学位论文 ( 4 ) 粗纱工序 合理选择粗纱捻系数，既要提高纤维间抱合力，又要防止出“硬头，经优选， 捻系数定为1 0 4 。 纺纱张力偏小掌握，以减少纱条意外伸长。粗纱定量为2 8 9 l o m ，总牵伸6 4 7 倍，前罗拉转速1 4 0 r m i n ，罗拉隔距l o m m x2 6 5 m i n x3 1 m m 。 ( 5 ) 细纱工序m 1 细纱总牵伸2 8 5 7 倍，后牵伸1 2 5 倍，捻系数3 3 6 ，前罗拉转速1 3 0 r m i n ，罗 拉隔距1 8 m m x 2 4 m m ，钳口隔距块2 5 m 。 ( 6 ) 络筒工序 络筒采用低速小张力，以减轻对单纱条干c v 、毛羽的恶化程度，同时也可确保 筒纱成形良好，减少后工序断头。络筒线速为8 0 0 m m i n ，筒纱内在及外观质量良好。 ( 7 ) 合理控制温湿度 根据玉米纤维的特性，经试验各工序温湿度控制：开清棉工序2 0 ，6 0 ；梳棉 2 5 ，6 8 ；并条2 5 ，6 0 ；粗纱2 5 ，6 3 ：细纱2 9 5 c ，6 3 ；后纺2 7 ，7 5 。 按以上温湿度合理调整，各工序纺纱生产状态稳定，质量指标稳定。 2 2 聚乳酸纤维混纺纱的纺纱工艺 本课题研究使用的纱线是聚乳酸与棉混纺纱及聚乳酸与莫代尔混纺纱。纺纱方 法为环锭纺，纱线细度为1 8 t e x ，捻系数为3 2 0 。 2 2 1 聚乳酸与棉混纺纱的纺纱工艺 本课题使用的聚乳酸纤维与棉混纺纱的混纺比为3 0 7 0 、4 0 6 0 、5 0 5 0 、6 0 4 0 、 7 0 3 0 、8 0 2 0 、9 0 1 0 。 2 2 1 1 原料选择 原料的主要参数如表2 1 所示。 表2 1 原料的主要参数 第二章聚乳酸纤维的纺纱工艺 2 2 1 2 聚乳酸与棉混纺纱的工艺流程 a 0 0 2 c 型抓棉机a 0 0 6 b 型混棉机a 0 3 6 c 型开棉机广- a 0 9 2 a 型双棉箱给棉机一 a 0 7 6 c 型成卷机a 1 8 6 d 型梳棉机一f a 3 0 3 型并条机( 二道) 一f a 4 8 1 型粗纱机一f a 5 0 6 型细纱机r e s p e r o 型自动络筒机 2 2 1 3 各工序工艺配置与技术措施 由于聚乳酸纤维卷曲少，抱合力小，静电较严重，如单独进行清花梳棉，操作 困难，精梳棉条中纤维较整齐，杂质少，与聚乳酸纤维性能接近。故而采用聚乳酸 纤维与棉混合一起抓取，经过实践证明操作简易。 ( 1 ) 清花工序 针对聚乳酸纤维和精梳棉条纤维的特点，本工序采用“短流程，多松少打，多 梳少落 的工艺原则，以减少纤维损伤及打手返花，避免造成过多的棉结；适当减 少打手打击；打手速度相应减慢，尘棒隔距减小；适当减小棉卷定量，设计为3 7 0 9 m 。 ( 2 ) 梳棉工序 由于采用聚乳酸纤维与棉混纺，梳棉机锡林与盖板针布使用纺棉针布即可顺利 剥取、转移。生产过程中，适当降低锡林盖板和道夫速度，可减少纤维损伤和降低 短绒率。 + 各主要工艺参数为：生条定量2 0 9 5 m ，刺辊转速8 0 0 r m i n ，锡林转速3 1 0 r m i n ， 道夫转速1 8 r m i n ，锡林与盖板之间的隔距0 2 3 m m 、0 2 m m 、0 1 8 m m 、0 1 8 m m 、0 2 m m ， 相对湿度6 5 - - - 7 0 。 ( 3 ) 并条工序伽1 为较好地改善条子的短片段均匀度，宜采用两道并条，每道并条采用8 根：采 用“轻定量、小牵伸、重加压 的工艺原则，以保证在牵伸过程中对纤维的控制， 以便改善熟条条干，减少棉结；同时为了减少罗拉缠绕，并条出条速度应适当降低； 加压应加大，以使握持力和牵伸力相适应，稳定纤维运动，提高条干水平；牵伸采 用顺牵伸工艺。主要工艺参数如表2 2 所示。 表2 2 并条工艺参数 ( 4 ) 粗纱工序2 。 为防止意外牵伸而带来的条干恶化，在粗纱工序采用“大隔距，重加压”的工 9 青岛大学硕士学位论文 艺原则，同时适当加大粗纱的捻系数，这样既可保证粗纱成形与细纱退绕时不致于 产生意外牵伸，又有利于细纱后区牵伸中纤维的控制。但要注意避免细纱出“硬头 现象。粗纱工序主要工艺参数：粗纱定量为3 1 3 9 l o m ，后区牵伸为1 1 7 倍，前区 牵伸为8 2 4 倍，捻系数为8 5 。 ( 5 ) 细纱工序“1 1 细纱工序采用“后区大隔距，小牵伸，重加压 的工艺原则，加强对牵伸过程 中纤维的控制，选用钢丝圈要比纺棉偏重，以控制纺纱气圈张力，减少纱线毛羽。 细纱工序主要工艺参数：前罗拉速度为2 1 0 r m i m 捻系数为3 2 0 ；钳口隔距为2 5 r a m ； 后牵伸倍数为1 1 7 5 倍；总牵伸倍数为4 4 7 倍。 2 2 1 4 成纱质量 经过上述工艺流程，并由y g 0 6 1 电子单纱强力仪和y g l 9 1 x 型条干均匀度仪测定， 所纺纱线的主要质量指标如表2 3 所示。 表2 3 聚乳酸与棉混纺纱的主要质量指标 2 2 2 聚乳酸与莫代尔混纺纱的纺纱工艺 本课题使用的聚乳酸纤维与莫代尔混纺纱的混纺比为3 0 7 0 、4 0 6 0 、5 0 5 0 、 7 0 3 0 、8 0 2 0 。 2 2 2 1 原料选择 原料的主要参数如表2 4 所示。 表2 4 原料的主要参数 1 0 第二章聚乳酸纤维的纺纱工艺 2 2 2 2 聚乳酸与莫代尔混纺纱的工艺流程 h 0 0 2 c 型抓棉机a 0 0 6 b 型混棉机_ - a 0 3 6 c 型开棉机_ a 0 9 2 a 型双棉箱给棉机一 a 0 7 6 c 型成卷机_ a 1 8 6 d 型梳棉机f a 3 0 3 型并条机( 二道) 一f a 4 8 1 型粗纱机一f a 5 0 6 型细纱机一e s p e r o 型自动络筒机 2 2 2 3 各工序工艺配置与技术措施 ( 1 ) 开清棉工序 针对两种纤维的共同特性与个性，特别是玉米纤维的回潮率较低，熔点低等问 题，在开棉工序中采用了“少打多松，精细抓棉，少落杂质”的工艺原则，加强混 和，避免色差；同时考虑打手返花造成棉结过多的影响。因此，在安排生产时，尽 量减少单机数量，在工艺上适当减少打击点，采用梳针打手，并适当降低打手速度。 这样在保证充分开松的同时，减少了返花现象与纤维的损伤，由于采用棉包混和， 在排包时要注意横向交叉，纵向错开，削高填平，避免混纺比差异过大。棉卷定量 为4 1 0 9 m ，梳针打手速度5 4 0 r m i n 。 ( 2 ) 梳棉工序 根据两种纤维的特性，在梳棉工序采用了“轻定量，紧隔距，低速度”的工艺 原则，注意防止挤花、返花现象，避免梳理过程中过多产生棉结，同时适当提高锡 林与刺辊的线速比，在低速状态下使纤维能顺利转移，为此将给棉板适当抬高，减 少刺辊分梳时的纤维损伤。梳棉工序主要工艺参数：锡林转速为3 3 0 r m i n ：刺辊转 速为8 0 0 r m i n ；道夫转速为2 1 r m i n ；锡林盖板五点隔距为0 3 3 m m 、0 2 8 m m 、 0 2 8 m m 、0 2 8 m m 、0 3 3 m m ；刺辊给棉板隔距为0 3 7 r a m ；生条干定量为1 8 2 9 5 m 。 ( 3 ) 并条工序1 针对玉米纤维导电性较差，纤维蓬松等特点，并条工序采用“重加压，中定量， 低速度”的工艺原则，减少生产中的“三绕”和堵塞现象，同时合理配置牵伸，既 要保证熟条中纤维的伸直平行，又要提高熟条的条干均匀度。并条工序主要工艺参 数如表2 5 所示。 表2 5 并条工艺参数 ( 4 ) 粗纱工序旧1 为防止意外牵伸而带来的条干恶化，在粗纱工序采用“大隔距，重加压”的工 青岛大学硕士学位论文 艺原则，同时适当加大粗纱的捻系数，这样既可保证粗纱成形与细纱退绕时不致于 产生意外牵伸，又有利于细纱后区牵伸中纤维的控制。但要注意避免细纱出“硬头 现象：粗纱工序主要工艺参数：粗纱定量为3 1 3 9 l o m ，后区牵伸为1 1 7 倍，前区 牵伸为8 2 4 倍，捻系数为8 5 。 ( 5 ) 细纱工序瞄1 细纱工序采用“后区大隔距，小牵伸，重加压 的工艺原则，加强对牵伸过程 中纤维的控制，选用钢丝圈要比纺棉偏重，以控制纺纱气圈张力，减少纱线毛羽。 细纱工序主要工艺参数：前罗拉速度为2 1 0 r m i m 捻系数为3 2 0 ；钳口隔距为2 5 咖； 后牵伸倍数为1 1 7 5 倍；总牵伸倍数为4 4 7 倍。 ( 6 ) 络筒工序 针对玉米纤维弹性较好以及成纱表面毛羽较多的特点，络筒工序在保证成形良 好的前提下，采用了较小的张力，槽筒转速为2 7 0 0 r m i n ，同时合理选配电子清纱 器的工艺参数。 2 2 2 3 成纱质量 经过上述工艺流程，并由y g 0 6 1 电子单纱强力仪和y g l 9 1 x 型条干均匀度仪测定， 所纺纱线的主要质量指标如表2 6 所示。 表2 6 聚乳酸与莫代尔混纺纱的主要质量指标 2 3 聚乳酸纤维纺纱过程中出现的问题及解决方法 就聚乳酸纤维的可纺性而言，影响聚乳酸纤维纺纱的主要因素长度、细度，均 符合纺纱的要求，并且聚乳酸纤维手感柔软，回弹性好，有较好的卷曲性和卷曲持 久性，这些都是对纺纱生产有利的方面。 但由于聚乳酸纤维导电性低、纤维蓬松、有轻微的静电、丝束光滑、纤维之间 容易产生相对滑移，容易产生静电缠绕打手等梳理元件。因此，纺织生产中，在保 持原纱具有良好的伸长性和弹性的前提下，应提高纱线抱合力，尽可能减少纱身毛 羽，提高纱线条干均匀度，降低纱线强力变异系数；同时，捻线时应注意捻度均匀， 1 2 第二章聚乳酸纤维的纺纱工艺 生产时加入适量的抗静电油剂、防滑剂等以增加纤维的抗静电能力。 各工艺过程的问题及解决方法： ( 1 ) 混合开松：开松棉纤维时出现缠绕喂入罗拉问题，原因是聚乳酸纤维带有 轻微静电，且在纺前对纤维进行喷水处理，使得部分纤维粘结在一起所导致。 ( 2 ) 梳棉：棉网出现连续部分断网，这是由于纤维成条状缠绕于锡林上或纤维 堵塞在刺辊和喂入罗拉之间造成的。出现此种情况时，要及时清理锡林和小盖板， 对混合纤维喷洒油剂静置数小时后使用纤维，喂入时以薄为主，使其得到充分的梳 理，并尽量均匀喂入。 ( 3 ) 并条：并条过程中出现多次缠绕罗拉胶辊现象，是纤维与机件摩擦产生静 电，罗拉包覆材料不平滑，钩拉纤维造成的。此时要对罗拉表面进行清洁，并随时 注意以防止缠绕罗拉，造成纤维损失，使得条子片段不匀。在喂入时要严格控制喂 入量，喂入量过大则并条不易顺利进行，喂入量过d , n 使并条后通过喇叭口的熟条 条重过轻，在空气作用下易导致缠绕罗拉。 ( 4 ) 粗纱：出现纤维缠绕罗拉现象，原因是纤维本身带有静电，而且车间湿度 不够。此时用酒精拭擦罗拉表面，洒水调节车间湿度，并调整张力。 ( 5 ) 细纱：由于钢丝圈太轻，气圈较大，纱线与挡板摩擦大，换稍重一些的钢 丝圈后气圈变小，有利于减少毛羽。 2 4 影响因素聚乳酸纤维纺纱工艺的关键性因素 聚乳酸纤维在纺纱工艺过程中的影响因素很多，各工艺参数需谨慎设置。其中， 纱线捻系数及混纺纱中的混纺比是纺纱工艺中的关键性因素。 2 4 1 聚乳酸纤维纯纺纱临界捻系数的确定n 捻系数选择适当与否，直接影响着产品质量、产量、成本和使用性能。随着捻 度的增大，纱线产量降低而成本增加；纱线内部结构中纤维之间的摩擦力增强，断 裂强度随着逐渐增大。另一方面由于捻度的增加纱条细的部位比粗的部位加捻多， 从而使纱强增大。当捻度增大到某一数值时纱线断裂负荷增大到最大值，此时的捻 度为临界捻度，相应的捻系数为临界捻系数。此时捻度进一步再增大，则因扭转与 压缩变形的影响，纤维断裂增多反而致使纱强有降低。不同的纤维品种其单纱临界 捻系数是不同的。 为了了解聚乳酸纯纺纱的强伸性与捻系数之间的关系，对聚乳酸纯纺纱的强伸 性与捻系数之间的关系做了分析。实验中使用的捻系数分别为2 8 0 、2 9 0 、3 0 0 、3 2 1 、 3 5 0 、3 7 0 、3 9 0 、4 0 0 、4 2 0 、4 4 0 、4 6 0 、4 8 0 、5 0 0 。不同捻系数的1 8 t e x 聚乳酸纤维 纯纺纱强力和断裂伸长率实验结果如表2 7 所示。 青岛大学硕士学位论文 聚乳酸纯纺纱成纱强力与捻系数之间的关系如图2 1 所示。 1 8 0 1 6 0 z1 4 0 o 穴 鹱1 2 0 谋 搭l 8 0 6 0 2 5 03 0 03 5 0 4 0 04 5 05 0 05 5 0 捻系数 图2 1 聚乳酸纤维纯纺纱成纱强力与捻系数的关系 对聚乳酸纤维纯纺纱成纱强力和捻系数关系做回归分析，得到纱线成纱强力与 捻系数关系回归数学模型： y - 一0 0 0 3 3 x 2 6 7 2 8 x - 4 0 0 5 6 2 一( 1 ) 相关系数：r 2 = o 7 9 式中，y 为聚乳酸纤维纯纺纱强力：x 为聚乳酸纤维纯纺纱捻系数。由式2 - ( 1 ) 可得到：当捻系数x 在4 0 5 9 附近时，聚乳酸纯纺纱的强力y 有最大值。故可得出聚 乳酸纤维纯纺纱的临界捻系数x 在4 0 5 9 区域附近。 2 4 2 混纺比对聚乳酸纤维混纺纱强伸性的影响 对于混纺纱，混纺比无疑是非常重要的工艺参数。不同的混纺比对应着混纺纱 不同的力学性能。 ( 1 ) 聚乳酸与棉混纺纱力学性能指标与混纺比关系如表2 8 和图2 2 所示。 1 4 第二章聚乳酸纤维的纺纱工艺 表2 8 聚乳酸与棉混纺纱力学性能指标与混纺比关系 02 04 06 08 01 0 0 混纺比 图2 2 聚乳酸与棉混纺纱力学性能指标与混纺比关系曲线 如表所示，当聚乳酸纤维含量为8 0 左右时，聚乳酸与棉混纺纱成纱强力最低。 因此，在实际生产中，应尽量避免这一混纺比。 。 ( 2 ) 聚乳酸与莫代尔混纺纱力学性能指标与混纺比关系如表2 9 和图2 3 所示。 表2 9 聚乳酸与莫代尔混纺纱力学性能指标与混纺比关系 青岛大学硕士学位论文 7 馨 + ) z 弋 越 照 磔 蔷 0 混纺比 图2 3 聚乳酸与棉混纺纱力学性能指标与混纺比关系曲线 1 0 0 如表所示，当聚乳酸纤维含量为7 0 左右时，聚乳酸与棉混纺纱成纱强力最低。 因此，在实际生产中，应尽量避免这一混纺比。 聚乳酸纤维与棉、莫代尔混纺纱的力学性能的详细分析见第三章。 2 5 本章小结 ( 1 ) 聚乳酸纤维作为一种新型纤维，具有许多优良的性能，可与多种纤维混纺。在 纺纱过程中应根据其自身特点选择合适的工艺流程，合理设置工艺参数。 ( 2 ) 经试验，聚乳酸纯纺纱的临界捻系数在4 0 5 9 附近。当捻系数在此附近时，纱 线强力达到最大。 ( 3 ) 混纺比对于混纺纱力学性能具有非常重要的意义。通过分析不同混纺比的聚乳 酸与棉、聚乳酸与莫代尔混纺纱的力学性能，找出最优化的混纺比，以指导生产工 艺。 1 6 o 8 6 4 2 o 8 6 4 2 0 2 l l l 1 l 第三章聚乳酸纱线的基本性能研究 第三章聚乳酸纱线的基本性能研究 对于纱线的性能，最基本的就是其内在质量如强伸性能和外观质量如条干、毛 羽等。通过研究这些性能，分析影响因素，对于指导实际的工艺生产具有重要的意 义。 3 1 聚乳酸纱线的条干和毛羽 3 1 1 聚乳酸纱线条干和毛羽的成因及影响 1 聚乳酸混纺纱的条干 纱线的条干，即纱线的细度。条干不匀，是评定纱线质量的最重要的指标，它 不仅会使纱线强度下降，在织造过程中增加断头、停台，而