（纺织工程专业论文）拉伸细化羊毛纤维的性能及其产品开发.pdf

天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 摘要 进入2 1 世纪，科技技术渗入到传统行业，推动了传统行业的发展。就毛纺织行 业而言，产品从过去单纯的保暖性能，向时尚化、轻薄化、功能化、信息化方向发展， 这些己成为毛纺织品不可逆转的发展潮流。而且，人们对轻薄天然羊毛制品的需求仍 不断增加。近年来，高支轻薄的毛纺织品很受消费者的青睐，虽然它们价格较贵，但 一直是市场中的紧俏产品。因此，众多纺织企业竞相研制和开发这种高附加值的纺织 产品。然而，生产高支轻薄毛纺织产品需要用7 0 支以上的高支细羊毛，这些高支细 羊毛，不仅价格昂贵，来源也十分有限。因此，如何增加超细羊毛原料的产量，同时 尽可能降低原料成本，己成为养羊、f k 和毛纺织行业十分关心和迫切需要解决的课题。 羊毛拉伸细化技术，就是解决这一问题的有效途径。羊毛拉伸细化技术，既可以利用 相对较粗的羊毛纤维生产出较细的纤维，又不影响工f 常的纺纱性能，同时又使羊毛具 有丝般的光泽、羊绒般的手感等优良特性。 近年来，国外在这方面已有了研究成果并开始推广应用，国内对拉细羊毛的研究 也已展开。为了推动羊毛拉伸细化技术的发展，本课题从羊毛拉伸细化技术的机理着 手，介绍了自行研制的t j g d e r d o s 0 2 拉伸机，然后对t j g d e r d o s 0 2 拉伸机生产 的拉伸细化羊毛性能进行了测试研究，根据拉伸细化羊毛纤维的特性，对其所适用染 料进行了对比分析，最后对拉伸细化羊毛纤维在精纺织物上的应用和拉伸膨化羊毛纤 维在针织产品中的应用的纺纱实践进行了初步探讨。 羊毛纤维本身结构特征决定了其具有拉伸细化的可行性，但对其预处理和定形所 用化学试剂选择及最佳配比、温度控制、时间控制等都是关键问题。自行研制的 t g d e r d s 0 2 拉伸机由羊毛预处理、拉伸、定形以及烘干装置组成，对各单元的自 动控制则采用带有闭环系统的自控装置来实现，同时采用人机对话的触摸屏操作系 统。通过对其产品性能进行测试表明，不仅达到了拉长抽细加工的目的要求，而且拉 伸细化羊毛纤维在强度、光泽、手感等方面均具有优良特性。由于拉伸细化羊毛纤维 本身结构的变化，决定了其染色具有上染快、易染花等特点，通过对兰纳洒脱和兰纳 素两类染料的对比试验，最终选择兰纳洒脱染料作为剥拉伸细化羊毛纤维染色用染 料，同时实现了低温染色的目的。拉伸细化羊毛纤维和拉伸膨化羊毛纤维通过与普通 羊毛、丝光毛、羊绒等的混纺降低了原料成本、增加了可纺性。 作为新型纺织原材料，拉伸细化羊毛具有独特优良的特性，用其开发的产品符合 术蕴一n 二。轰、哥锕同慧 细垒文公碡 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 精纺织物的发展要求，是一种名副其实的高科技、高附加值产品。为了使我国拉伸细 化羊毛纤维的生产和应用赶超国际水平，需进一步完善各项拉伸工艺，生产出性能更 加优良的拉伸细化羊毛纤维，拓宽其产品开发范围，利用拉伸细化羊毛的特性，打破 棉、毛、丝、麻的界限，并充分结合和发挥新化纤的特性，从而形成毛纺原料多 元化的格局，最终开发出丰富多彩的高附加值产品。 关键词：羊毛拉伸机理t j g d e r d o s 一0 2 拉伸机性能产品 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文 拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 a b s t r a c t i nt h e2 1 s tc e n t u r y ，t h eh i g ht e c h n o l o g yh a sp e r m e a t e di n t ot r a d i t i o n a l i n d u s t r y ，a n dp r o m o t e dt h ed e v e o p m e n to f t r a d i t i o n a li n d u s t r y ，a s f a ra s w o o l e ni n d u s t r yi sc o n c e r n e d ，t h ep r o d u c t sa r en o to n l yf o rw a r m i n g ，b u ta l s o h a v eb e c o m ep o p u l a r 、f r i v o l o u s 、f u n c t i o n a l 、i n f o r m a t i o n a lt h a th a sb e c o m e u n c h a n g e a b ed e v e l o p m e n tt r e n d t h e r e f o r e ，t h e f r i v o l o u sa n dn a t u r a lw o o l p r o d u c t sa r em o r ea n dm o r en e e d e d i nr e c e n ty e a r s ，h i g h c o u n tf r i v o l o u sw o o l p r o d u c t sa r ew e l c o m ea m o n gc o n s u m e r s ，a l t h o u g ht h e i rp r i c e s a r eh i g h ：t h e y a r es t i l lr a r ei nt h em a r k e t s o m a n yt e x t i l eb u s i n e s s e sc o m p e t i t i v e l yr e s e a r c h a n dd e v e l o pt h eh i g h a d d i t i o n a t e x t i l ep r o d u c t s h o w e v e r ，i no r d e rt op r o d u c t t h ef r i v o l o u sw o o p r o d u c t s ，w es h o u l du s ee x c e e d7 0c o u n tf i n ew o o l ，t h e h jg h c o u n tf in ew o o isn o to n l ye x p e n s iv e ，b u ta 】s oi t ss o u r c ei sl i m i t e d t h e r e f o r e ，b r e e d i n gw o o li n d u s t r ya n dw o o l e n in d u s t r yp a ym o r ea t t e n t i o no n a n ds o l v ei m m e d i a t e l yt h ep r o b l e mt h a th o wt oi n c r e a s et h eo u t p u to fs u p e r f i n e w o o lm a t e r i a la n dh o wt od e c r e a s et h ec o s t t h et e c h n i q u eo fw o o ls l e n d e r i z e d b yd r a w i n gi s a ne f f e c tw a yt os o l v et h ep r o b l e m t h r o u g ht h et e c h n i q u eo f w o o ls l e n d e r i z e db yd r a w i n g ，t h et h jc kw o o lc a nb ep r o c e s s e di nt h ef i n ef i b e r ， a n di td o e s n la f f e cln o r m a ls p i n n i o gf u n cl i o no f f i b e r t h ef i b e rh a sn o t o n l yt h el i g h to fs i l k ，b u ta l s oh a s t h ef e e l i n go fc a s h m e r e i nr e c e n ty e a r s ，s o m ef o r e i g nc o u n t rj e sh a v eh a ds o m es t u d yr e s u l t sa b o u t t h et e c h n iq o ea n db e g i nt op o p u a r i z ei t sa p p i c a t i o n o u rc o u n t r ya l s ob e g i n s t or e s e a r c h ，i no r d e rt op r o m o t et h et e c h n i q u eo fw o o ls l e n d e r i z e db yd r a w i n g d e v e l o p m e n t ，b e g i n n i n gw i t ht h et h e o r yo fd r a w i n ga n ds l e n d e r i z i n g ，t h ep a p e r i n t r o d u c e so u ro w nt j g d e r d o s 一0 2 d r a w i n ge q u i p m e n t ，t h e n s t u d i e st h e p r o p e r t i e so fi t sp r o d u c t s t h es l e n d e r i z i n gw o o l f ih e r ，i nt h el i g h to ft h e s p e c i a lp r o p e r t i e so ft h es l e n d e r i z i n gw o o l f ib e r ，a n a l y s e st h ed y eu s e db y i t ，a tl a s ti n jt i a l i yp r o b e st h es p i n n i n go f s l e n d e r i z i n gw o o lf i b e ru s e di n w o r s t e d sa n dd r a w i n ge x p a n s i o nw o o l y a r nu s e di nk n i t t i n g t h es t r u c t u r eo i w o o lf i b e rd e c jd e st h a ti tc a nb es l e n d e r i z e d ，w h e n 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文 拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 p r e p r o c e s s i n ga n ds e t t i n g ，t h ec h o i c ea n dc o l l o c a t i o no fc h e m i c a lr e a g e n t 、 t h ec o n t r o lo ft e m p e r a t u r ea n dt i m ea r ea l lk e yp r o b l e m s i no r d e rt oc o n t r o l a u t o m a t i c a l y t h ep r e p r o g r e s s 、d r a w i n g 、s e t t i n g a n dh e a t i n g ，t h e t j g d e r d o s 一0 2a d o p t st h ee q u i p m e n t w i t hc l o s e r i n gs y s t e ma n da d o p t st o u c h i n g s c r e e no p e r a t i o ns y s t e mw it hd i a l o g u eb e t w e e nm a na n dm a c h i n e ，t h r o u g ht e s t i n g jt sp r o d u c t s ，w eg e tt h ea i mt h a tt h ew o o lb e c o m e1o n g e ra n dt h i n n e r ，a tt h e s a m et i m e w et e s ti t sf i n ep r o p e r t ie ss u c ha st e n a c i t y 、l i g h t 、f e e jn g a n d s oo n ，b e c a s et h ec h a n g eo ft h es t r u c t u r eo fw o o lf i b e r ，i t sd y i n gr a t e i s h j g h 。a n di tise a s yt ob ed y e du n e v e n l y ，a n dt h r o u g ha n a l y z i n g a n dc o n t l a s t i n g t h e s p e c i a lp r o p e r t i e s o fl a n a s o la n dl a n a s e tt h a t b eu s e dt od y et h e s l e n d e r i z i n gw o o f i b e r ，a tl a s tw ec h o o s el a n a s e t ， a tt h es a m et i m e ，w ea l s o g e lt h ea i mt h a tt h es l e n d e r i z i n gw o o lf i b e ri sd y e di nl o wt e m p e r a t u r e t h e s l e n d e r i z i n gw o o lf i b e ra n dt h ed r a w i n ge x p a n s i o nw o o l f i b e ri ss p a n n e dw i t h n o r m a lw o o 、m e r c e r i z a t i o nw o o l 、c a s h m e r e ，w ec a nd e c r e a s et h ec o s ta n di n c r e a s e s p i n n i n gf u n c t j o n s a sak i n do fr i s i n gt e x t i l em a t e r i a l ，t h es l e n d e r i z i n gw o o l h a sf i n e s p e c i a ln a t u r a lp r o p e r t i e s ，i t sp r o d u c t sa c c o r dw it ht h ed e v e l o p m e n tn e e do f w o r s t e dl a bri c i ti sw o r t hb e i n gc a l l e dh jg h t e c h n o l o g ya n dh i g h a d d jt i o n a l p t 。o d u c t i no r d e rt om a k ep r o d u c i n g a n da p p l i c a t i o ni na ni n t e r n a t i o n a ll e a d i n g p o s i t i o n ，w eh a v et of u r t h e r l yi m p r o v ea l 1k i n d so fd r a w i n gp r o c e s s e s ，a n d p r o d u c et h ef i n ef i n e rs l e n d e r i z i n gw o o ly a r n ，b r o a d e nt h es c o p eo f p r o d u c t d e v e l o p m e n t ，i nt h el i g h to f i t s s p e c i a lp r o p e r t i e s ，w ec a nb r e a kt h ep a l e o fc o t t o n 、w 0 0 1 、s i l ka n dh e m p m a k ef u l lu s eo f 。n e wc h e m i c a lf i h e r s 7 s p e c i a l p r o p e r t je s ，e s t a b l i s hv a r i e g a t e dp a t t e r no fw o o lm a t e r i a l ，a tl a s td e v e l o p r i c ha n dh i g h a d d i t i o n a lp r o d u c t s k e yw o r d ： w o o ld r a w l n gt h e o r yt j g d e r d o s - - 0 2p r o p e r t y p r o d u c t 独创性声明 v g 神镌巷 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泣和致谢之处外，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、业盍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。 学位论文作者签名： 锨翱砖!签字日期：岁年，2 月2 尹日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞望王些盔堂有关保留、使用学位论文的舰定。特 授权丞进王些态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 弦粼坞 签字日期：刀口；年，2 月冲只 导师签名：韶诌足 签字日期：如7 年，明诈i 天津t 业大学2 0 0 4 届硕上毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 第一章总论 第一节国内外现状 1 国外羊毛拉伸细化技术 羊毛拉伸细化技术是2 0 世纪9 0 年代羊毛科学和工业中的前沿技术，以澳大利亚 联邦工业与科学研究院( c s i r 0 ) 的研究为代表。该技术从构思到工业化生产共花费 了1 5 年时间，具体来说，1 9 8 4 年开始构思，1 9 8 5 1 9 8 7 年开始基础试验，1 9 8 9 年申 请了短纤维拉伸的专利，9 0 年代国外出现了这项技术的专利报道，c s i r 0 与日本都 开始产业化生产。 这项技术比较成熟的国家主要是新西兰、澳大利亚、日本。新西兰开发了无捻毛 条拉伸设备，其基本工艺流程为：预处理装置一拉伸装置一定形装置一烘干装置。澳 大利亚开发的假捻拉伸设备其工艺流程与新卣兰的无捻毛条拉伸设备基本一致，即利 用假捻增加毛条或粗纱的握持，以确保拉伸过程中纤维被拉细，而不是毛条被牵伸， 避免了无捻拉伸毛条必须被严格连续的握持，导致机器设计过度复杂等缺点，而且产 量比较高。澳大利亚开发的羊毛拉伸细化技术工艺和纤维注册商标为0 p t i m 。用该技 术可制得2 种优良纤维，一种是永久定形细化羊毛o p t i m f i n e ，一种是可回缩膨胀细化 羊毛o p t i m m a x 。日本引进了新西兰无捻毛条拉伸技术，并对工艺进行了进一步完善， 现已向市场推出了名为“克利拉纳”的新型毛纱和毛织物。 2 国内羊毛拉伸细化技术 2 0 世纪9 0 年代末国内开始有这方面的研究和报道。虽然起步比较晚，但已经取 得了较大的进展。2 0 0 0 年上海毛麻研究所、东华大学和上海三毛共同开始合作立项。 东华大学相关羊毛拉伸细化技术的报道很多，而且也申请了关于羊毛拉伸定形的化学 工艺及预处理剂和定形剂方面的专利，但对设备以及加工工艺尚未公开报道。我校在 理论和实践研究的基础上开发了拉伸细化设备，并且成功的加工出拉伸细化羊毛毛 条。发明专利申请业已公布且进入实质审查程序。 国内些企业也对国外羊毛拉伸细化技术及产品进行了引进，如山东如意集团曾 经利用日本拉伸的毛条开发精纺面料。但出于当时产量低，价格昂贵，所以并未普及。 内蒙古鹿王集团购买了澳大利亚联邦科学院和国际羊毛局历时1 0 年，耗资1 0 0 0 万美 天津工业大学2 0 0 4 届硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 元研究的拉伸细化加工技术，产品也命名为o p t i m 羊毛纤维。按引进合同规定该技术 包括香港、澳门和台湾在内的中国市场均由鹿王集团独家引进。河北启发集团购买了 新西兰的拉伸设备，通过拉伸后暂时定形，成功开发出了蓬松毛线。兰州三毛纺织集 团购买o p t i m 拉细羊毛，也进行了一系列的产品开发。 第二节国内外研究存在的问题 1 羊毛拉伸细化技术工艺问题 尽管国外羊毛拉伸细化技术工艺比较成熟，国内也进行了大量的研究，但对一些 具体工艺参数仍需进一步探索： 1 1 毛条预处理是否会对纤维强度损伤过度是必须明确并加以解决的问题。 用适当的助剂和特定的工艺，把羊毛大分子链段间的键充分打开是顺利进行拉伸 的前提，其中化学药品的选择以及最佳配比、温度控制、时间控制都是关键。 1 2 在假捻拉伸工艺中如何对毛条加上最佳捻度与最佳握持力，使拉伸时整根羊毛纤 维能受到均匀拉伸的问题。 i 3 拉伸装置如何设计成拉伸力大，而且不打滑。 从以往的实验数据来看，虽然羊毛纤维经拉伸后变长变细，但相当一部分纤维被 意外拉断，因此，既要增大拉伸力又要对纤维长度进行保护，则是一个关键性问题。 1 4 拉伸后的毛条要经定形处理才能得到稳定的形态，因此必须研究化学药品的优选 及其配比、催化剂浓度、温度、时间等工艺参数的控制问题。 2 拉伸细化羊毛纤维产品开发的技术问题 拉伸细化羊毛纤维本身具有普通羊毛无法比拟的特性，但由于生产工艺不完善， 造成产品开发方面存在一些亟待解决的问题。 2 1 羊毛在拉伸过程中，鳞片层部分被“拉豁”，随机产生许多裂缝，出现了染色过快 的问题。而且由于其具有卷曲少，线密度高等特性，使得染后收缩率大，造成染后毛 团塌陷严重，易产生染色色差。因此对起染温度、染色升温速率、浴比和密度等要进 行严格控制。同时对染化助剂、染液循环方式等也必须通过实验进行优选。 2 2 由于拉伸细化羊毛纤维主体长度、平均长度都较长，但长度离散大，主体基数偏 低，故增大了纺纱过程中对纤维的控制难度，毛纱条干的控制显得尤为重要。 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 2 3 由于拉伸细化羊毛纤维断裂伸长率偏低，在使用速度高、织造张力大的无梭织机 织造时，应尽可能采取措施保护羊毛纤维。织机适于采用低车速、小开口、小张力织 造方式。 第三节本课题主要研究内容及意义 1 课题主要研究内容 总体来看，国内外对羊毛拉伸细化技术本身研究比较成熟，这方面的报道也比较 多，相比之下对拉伸细化羊毛性能及其产品丌发的研究却较少。而利用国内开发的拉 伸设备生产的细化羊毛的性能研究以及用其开发产品基本是空白。本课题主要是对拉 伸改性羊毛性能进行测试并开发一部分产品。羊毛拉伸细化加工技术的进一步完善可 以提高拉伸细化羊毛的性能，而通过对拉伸细化羊毛的性能的测试分析，又进一步促 进了拉伸细化技术的完善。而要进一步认识拉伸细化羊毛的性能必须掌握其拉伸机理 和拉伸工艺。因此本课题在对拉伸细化羊毛性能进行测试之前，介绍了羊毛拉伸细化 的机理，并具体介绍了t j g d e r d o s - - 0 2 拉伸机。 根据拉伸细化羊毛纤维独特的性能开发产品，产品开发方面在解决以上问题的基 础上，主要有两个方向： 一是利用拉伸后永久定形的拉伸细化羊毛开发防缩、高支、和具有丝光效果的纯 纺轻薄产品，或者开发与其它纤维如超细羊毛、羊绒、桑蚕丝等纤维混纺、交并、交 织，发挥各种纤维的特性，兼收并蓄，以满足人们对毛精纺织物高支轻薄化、功能化、 时尚化、个性化等方面的要求。 二是利用拉伸后暂时定形的羊毛与其它纤维( 包括未处理的羊毛纤维) 按一定比 例混纺，加工的纱线再经过湿热松弛处理时，由于经拉伸的羊毛回缩，从面得到蓬松 纱线，这利纱线可以制成轻薄型保暖舒适的针织物。 2 选题的意义 2 1 拉伸细化羊毛纤维经济价值 图1 一l 是羊毛的细度与价格的关系图，从图中可以看出，羊毛越细价格越高。盛 产羊毛的澳大利亚c s i r o 与国际羊毛局合作经过十五年的努力，于2 0 0 0 年将羊毛拉 伸细化纤维正式投入工业生产，细化的羊毛外观能与蚕丝相媲美，其细度与羊绒相当。 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 众所周知，国际羊毛协会已正式规定凡称高支轻薄面料者，其中纤维细度必须与之相 匹配。而1 2 0 支以上的羊毛自然界不存在，羊绒资源既有限，价格又昂贵，故拉伸细 化的羊毛可与羊绒、驼绒等相媲美，市场前景内外销均看好。我国羊毛资源丰富，年 产净毛1 1 9 万吨，但细度偏粗的占7 5 ，如果将其中三分之一采用羊毛拉伸细化，以 提升国产羊毛档次作外销，就可减少进口，节约外汇。 纤维直径斗m 图1 1 羊毛细度价格关系图 2 2 拉伸细化羊毛纤维没有严重的环保问题 迄今，为实现羊毛产品轻薄化和功能化，专家们把主要精力集中在化学改性及蛋 白酶处理的研究中。化学改性方法中最为有效的试剂是含有效氯的制剂，包括二氯异 氰尿酸钠( 如b a s o l a nd c ) 、n a c l o 、氯水及溶解于有机溶剂中的氯制剂等。它们的共 同特点是反应速度快、节约能源、价格较低、改性效果好，而且一劳永逸。但是由于 e ；4 f 在反应过程中会产生某些有机氯化物，从而引发环保问题。因此其发展受到一定 的限制。如果改用氧化剂代替氯制剂的话，虽可以避丌环保问题，但此类方法反应速 度慢、效率低、成本较高。而羊毛的拉伸细化主要是解决机械设备及有关技术问题， 涉及环保问题较前述方法影响较小，因此前景广阔。 另一方面，由于羊毛的鳞片厚度一般在0 5 m 1 5 m ，因此，采用氯制剂减量处 理的羊毛纤维细度的减量一般控制在1 左右，否则，纤维强度明显降低，手感粗糙， 而且纤维减量使纤维的重量损失严重。以2 0 t - m 的羊毛为例，当细度减少l m 时，则 羊毛纤维重量减少1 0 。 4 天津工业大学2 0 0 4 届硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 2 3 拉伸细化羊毛纤维真正实现了“羊毛的羊绒化” 羊毛拉伸细化的物理改性技术可以使细羊毛变得更细，成为羊绒的理想替代品， 自然身价倍增。众所周知，羊绒比羊毛优越的主要原因在于光泽好，手感柔软及穿着 舒适性好。羊毛经拉伸细化后完全具备了这些特点，从形态结构上讲，它具有完整的 鳞片结构，因此无论从缩绒性角度，还是从检测角度来看，都很易为人们所接受。 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文 拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 第二章羊毛拉伸细化机理 第一节羊毛纤维的结构特征“1 羊毛纤维大分子是由多种n 一氨基酸用酰胺键( 又称肽键) 联结构成，主链为多缩 氨酸链。在组成羊毛的1 8 种a 一氨基酸中，大分子之间的联结主要有： 一是：含有二个羧基，二个氨基和一个二硫( s s 一) 键的胱氨酸，一对氨基和 羧基分别在一个大分子链里，这样二个分子链之间就有二硫键连接起来。 二是：含有两个羧基的天冬氨酸等，形成酸性的侧基；含有两个氨基的赖氨酸， 形成碱性的侧基，酸和碱侧基形成盐键交联。 三是：由于羊毛纤维大分子是由大量的酰胺键把氨基酸联结起来的，不同分子链 或分子链段之间还可生成大量的氢键。 此外，还存在强烈的疏水键结合( 范德华力之一) 。 羊毛纤维太分子链之间的交链如图2 - 1 所示，羊毛纤维大分子主链间由二硫键、 盐式键和氢键等横向交联键联接。 蛋白质大分子链的规则构型通常有：a 型螺旋链，b 折叠链和b 转角结构。如图 2 - 2 所示，在一般情况下，羊毛纤维单分子以。型螺旋链状态存在，主要集中在基本 原纤中。当羊毛纤维受到特定条件处理时，分子构型可以由n 型转变成p 型结构，这 种空间结构的转变使羊毛具有被拉伸的潜力，从而使羊毛纤维变细。 二苎l一“ 惫i ：叠i 篡 a 【 5 i g l 串 图2 一l 羊毛大分子间相互作用示意图图2 2a 构型与构型变化示意图 6 j36丫q006h=6 o n ， o _ c 6 0 6 6 键硫 二 专 o s m 0 天津工业大学2 0 0 4 届硕士毕业论文 拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 第二节预处理化学试剂的选择 1 预处理条件 为了实现羊毛纤维的分子结构在拉伸时从n 构型转变为p 构型，必须设法拆开大 分子链之间联系的横向键，减少分子链段位移时的位垒，使它易于伸直。为此，需要 对羊毛纤维进行预处理。研究中采用了尿素、酚、氨盐、还原剂等对二硫键、氢键和 盐式键具有明显作用的试剂。具体的预处理条件为： 温度：2 0 8 0 。c 时间：0 5 1 0 分钟 预处理化学试剂主要包括还原剂、润湿剂、屏蔽剂和膨化剂。 还原剂是亚硫酸盐、亚硫酸氢盐及巯基乙酸盐。 润湿剂是采用非离子表面活性剂。 膨化剂是二甲基甲酰胺、二甲基亚砜及分子式为h o ( c u ：) ，o c 。h 。的二元醇单醚， 其中p 为卜3 ，m 为卜4 。 屏蔽剂是乙二胺四乙酸、乙二酸、柠檬酸、磷酸及其一价金属盐和铵盐。 通过以上化学试剂预处理的羊毛可获高的拉伸倍率，而且羊毛纤维不易受到损 伤、定形速度快、定形效果好。 2 实施预处理条件举例 拉伸实验方法是把羊毛纤维分别浸入下表处理剂中，处理规定时间，定负荷条件 下以3 0 m m m i n 速率进行拉伸，直至拉断，拉伸后的长度和拉伸前的长度之比为拉伸 度。 表2 - 1 预处理剂复合配方举例 举例 l2345 巯基乙酸钾 皿硫艘钠2 6 弧硫酸氢纳6 2 0 亚硫酸氢钾1 5 辛烷基苯酚氧乙烯 十= 酸聚氧乙烯酯辛烷基苯酚氧乙烯 亚硫酸钠2 4 l 八酸聚乙烯酯 o1 醚l2 醚o 5 辛烷基苯酚氧乙 o 。5 口d 方二甲基亚砜l5 一甲基甲酰胺 烯醚1 二甲基亚砜1 5 内二醇丁醚4 磷酸二氢钾 35 柠檬酸铱08 0 2 乙二酸钠 01 拉仲 1 8 0 1 5 【燃1 6 5 1 7 0 1 5 5 度 7 天津t 业大学2 0 0 4 届硕士毕业论文拉仲细化羊毛纤维的性能与产品开发 第三节羊毛拉伸细化过程中结构的变化”1 l _ 实验条件：y g 0 0 1 a 单纤强度仪测定拉伸羊毛在4 预处理溶液中的拉伸曲线 2 实验试样：未定形和经定形的拉伸细化羊毛纤维 3 结果分析 以经过预处理的羊毛纤维拉伸曲线为研究对象，分析拉伸过程中应力的变化规 律，研究羊毛微观结构的变化，进而理解拉伸细化的机理。图2 3 ，为原毛在4 的润 液中浸渍4 m in 后的拉伸曲线，该拉伸曲线可大致分三个阶段： 第一是弹性拉伸阶段。应变从0 3 对应于弹性拉伸阶段，主要是微结构的变化。 第二是延伸阶段，也是强迫高弹形变阶段。应变从3 7 0 ，该阶段大分子构型 从a 型转变成b 型图中表明应力变化呈现出几次反复突变的过程，即应力突降一应 力平台一应力突升循环过程，这种应力突变反映了纤维拉伸过程中微观结构的变化过 程。二硫键断裂剂使羊毛纤维中肽链间的二硫键在应力作用下发生了断裂，在拉伸曲 线上表现为拉伸应力发生突降。二硫键的断裂对羊毛纤维的机械性质有重要的影响， 它使肽链链段之问具有更大的流动性，纤维易于拉伸变形。二硫键断裂后，应力作用 必然使肽链链段之唰发生一定程度的相对滑移，应力也在肽链之间重新调整分布，表 现为一个应力平台。当应力调整达到均匀后，继续增加拉伸应力，则应力再度上升， 因此形成一个应力反复突变的过程。 第三是强化阶段。应力随应变迅速增大，对应于0 折叠结构被拉伸，这时的拉伸 变形包括部分氢键、盐式键的变形。羊毛拉仲细化过程中结构的变化还将受处理液的 浓度、温度及纤维浸渍时间的影响。 图2 4 为经拉伸定形的拉伸细化羊毛纤维的拉伸曲线。从图中可以看出，该拉伸 细化羊毛的拉伸过程不同于只经过拉伸未经过定形的拉伸细化羊毛纤维的拉伸曲线 ( 如图2 3 ) ，它可分为两个阶段：第一阶段是弹性区：第二阶段是强化区，而延伸区 不明显，与二级结构为b 结构的蚕丝的拉伸曲线极为相似。原因是经过拉伸定形后羊 毛纤维中大部分a 螺旋结构已经转化为b 折叠结构，n 螺旋结构含量很少。理论上可 以认为此时纤维的拉伸曲线不存在大分子转变的延伸区，从而验证了拉伸过程中二级 结构发生了从a 型向b 型的转变。 天津工业大学2 0 0 4 届硕= e 毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 图2 - 3 未拉伸羊毛拉伸曲线图2 4 经定形拉伸细化羊毛维的拉伸曲线 第四节拉伸细化羊毛的定形。3 1 暂时定形和永久定形 拉伸后，实现了大分子构型由a 型向0 型转变。但取消外力后，链节的热运动使 大分子链由伸展的b 型逐渐恢复成a 型螺旋状，使拉伸羊毛回缩，甚至出现过缩。所 以必须对拉伸细化后的羊毛进行定形处理。定形可分为暂时定形和永久定形两种形式 的加工过程。如图2 5 ： 2 定形剂i 处理 图2 - 5 羊毛拉伸化学处理示意图 天津r 业大学2 0 0 4 届颁士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 2 1 暂时定形条件 为了得到暂时定形拉细羊毛，采用如下工艺条件。 温度：5 1 0 。 时间：l 5 分钟。 定形处理剂组成为：氧化剂、高价金属离子交链剂、缓冲剂和水。其重量百分含 量分别为：氧化剂2 2 0 、高价金属离子交链剂0 1 0 、缓冲剂2 2 0 ，其余为水。 氧化剂可选用过氧化氢、过硫酸盐、过硼酸盐、过碳酸盐、高锰酸盐等。 高价金属离子交链剂是水溶性的钙、镁、锌、铜、铝、铁、钡离子的盐酸、硫酸 或醋酸盐。 缓冲剂包括磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、柠檬酸、磷酸。 利用暂时定形纤维受热回缩幅度大的特性，可将其与未经拉伸处理的羊毛或其它 纤维混纺，再经后加工温湿处理最终制成蓬松的轻薄型针织物。 2 2 实施暂时定形条件举例 将羊毛浸入温度为6 0 。c 的预处理剂浴，4 分钟后取出，并立即进行拉伸，拉伸后 长度为原长的1 8 0 。拉伸后的羊毛放入温度为6 0 。c 的定形处理荆i 中处理3 5 分铷一 表2 2 暂时定形剂配方 举例预处理剂定形处理荆i 亚硫酸钠2 6 过碳酸钠7 辛烷基苯酚氧乙烯醚n = 1 00 5 柠檬酸1 0 配方 丙二醇丁醚4 柠檬酸铵0 8 i 效果拉伸度1 8 0 热水收缩率7 0 3 定形剂i l 定形处理 3 1 永久定形条件 要得到永久定形的拉伸细化羊毛，一般在经过以上化学试剂的处理后，还要经 次定形处理，其二次定形条件如下所示： 温度：1 1 0 15 0 。 时间：2 1 0 分钟。 无津工业大学2 0 0 4 届硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 二次定形剂是由交链剂、催化剂、和水组成。 交链剂可选用三羟甲基三聚氰胺、六羟甲基三聚氰胺、二羟甲基一4 ，5 二羟基乙 烯脲、二环氧丙基一4 ，5 二羟基乙烯脲。 催化剂可选用氟化硼、氯化锌、氯化镁、氯化锑、氯化铁、氯化锡等。 经二次定形后的拉伸细化羊毛兼有丝的性能，具有优异的手感，柔软的悬垂性和 良好的光泽。 3 2 实施永久定形条件举例 羊毛浸入温度为4 0 。c 的预处理剂，1 分钟后取出，进行拉伸，拉伸后长度为原长 的1 7 0 。拉伸后的羊毛放入温度为3 5 。c 的定形处理剂i 中处理5 分钟后，再浸入3 0 定形处理剂i i ，取出后在8 0 c 干燥，再在1 4 5 。c 定形4 分钟得到拉伸细化羊毛。 表2 3 永久定形剂配方 举例预处理剂定形处理剂i定形处理剂i i 亚硫酸氢纳6 过硫酸钾1 5 二羟甲基一4 ，5 二羟基乙 十二酸聚氧乙烯酯n ：2 00 1 氯化锌3 烯脲1 0 配方 二甲基亚砜1 5 磷酸二氢纳2 5 氯化锡0 2 磷酸二氢钾0 2 效果拉伸度1 7 0 热水收缩率1 5 第五节羊毛拉伸细化的实现 羊毛纤维经过预处理后，其大分子链问的大部分横向键被拆开，具备了大分子构 型由n 型转变成0 型的条件。羊毛拉伸必须在湿热状态下进行，因此拉伸的纤维被密 封在湿热的密闭拉伸装置中。我校在理论和实践研究的基础上开发了拉伸细化设备 t j g d e r d o s 0 2 拉伸机，并且已成功的加工出拉伸细化羊毛条，发明专利申请已经公 布且进入实质审查程序。 该设备采用的是拉伸和假捻分体式结构，可以使罗拉隔距较大，其优点是对纤维 长度要求较低，其主要工艺参数为：采用两束纤维束喂入的方式，假捻牵伸装置由7 组罗拉组成6 区，牵伸倍数分别为1 3 、1 2 、1 0 5 、1 3 、1 1 、1 0 5 。由蒸汽或电加 热装置加热润温的拉伸纤维，最佳温度为7 0 9 0 。为了验证其拉伸效果，研究中以 6 68 羊毛为试样，经过以上工艺处理的拉伸羊毛，细度减少约2 0 ，长度增长约2 0 ， 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 强度较原来纤维略有提高，达到了预期效果，如表2 4 表2 4 拉伸细化羊毛与原毛对照表 纤维试样平均直标准差变异系比强度断裂伸平均长 均力差离散系短毛率 帅数c n t e x睦率鹰m m m m数 7辅42 62 42 42 6 0 9 ： 】帅8 09 73 06 73 78 8 68 9 ( ) 6 6 2 07 2 天津工业大学2 0 0 4 届硕士毕业论文拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 第三章t j g d e r d o s 0 2 拉伸机 第一节国外羊毛拉伸细化设备“1 1 无捻拉伸技术 日本开发的羊毛拉伸细化技术是在湿热状态下，拉伸平行排列的毛条，从而制成 拉细毛条。羊毛的拉伸是通过多组加压罗拉实施的，其工艺如图3 一l 所示。拉伸罗拉 有上下两层：上罗拉( 3 1 4 2 ) 表面包覆有橡胶，下罗拉( 1 2 4 ) 有侧槽用来握持 羊毛纤维，通过各组罗拉的转速逐个增加来实现拉伸。 在拉伸过程的前半部分由盛有润湿液6 0 的浸泡槽5 0 给湿，后半部分由热蒸汽或 热空气加热。定形装置b 1 、b 2 中，温度为8 0 。c 并含有3 的h ：o 。b 3 采用4 0 。c 的水冲 洗；b 4 采用可溶于水的2 0 环氧化合物、酸性催化剂和2 0 的过络酸镁、0 2 稳定剂 醋酸锌，在常温下，可达1 7 0 的拉伸率。这项技术的缺点是拉伸无捻毛条不经济，而 且机械较复杂，纤维必须被严格连续的握持，或是在约5 0 7 0 m m 范围内的严格距离， 以获取足够的时间使羊毛定形。 卜2 4 为底轴，3 卜4 2 为项轴，5 0 为预浸档，6 0 为预浸液，7 0 为毛条，b 卜b 4 为定形槽 图3 1 无捻拉伸装置示意幽 2 有捻拉伸技术 澳大利亚开发的拉伸技术则避免了以上的麻烦，利用给毛条或粗纱加假捻，以增 加握持。加捻确保了拉伸过程中纤维被拉细，而不是毛条被牵伸，机器的设计也避免 了过度复杂，而且产量也高，其工艺流程如图3 2 所示。移动的毛条1 缠绕在滑轮上 进行拉伸，为了获得良好的握持，滑轮有一条v 字形的沟槽，以使得毛条恰好嵌在其 中。在拉伸过程中首先使毛条通过预浸槽2 使毛条可塑化，可通过添加助剂和加热的 方法实现。在经过后处理槽8 1 0 后，再通过一个蒸汽定形室1 1 定形。定形效果取 决于定形条件和预处理条件。 天津t 业大学2 0 0 4 屑硕士毕业论文 拉伸细化羊毛纤维的性能与产品开发 1 为毛条，2 为预浸槽，37 为假捻器，8 一1 0 为后处理槽，l l 为烘燥器，1 2 为细化毛条 图3 2 假捻拉伸装置示意图 第二节国内羊毛拉伸细化设备 目前，国内研究的拉伸设备工艺流程基本为：纤维集合体首先被润湿，然后进入 拉伸装置内，再进行定形烘干。拉伸装置可以采用假捻拉伸或者真捻拉伸，也可以采 用无捻拉伸的装置。 无捻拉伸装置由数组罗拉组成。而每组罗拉由一上一下的两个罗拉组成，也可以 由一上两下的品字形罗拉组成。下罗拉由不锈钢材料制成，表面带有沟槽，上罗拉包 有丁氰橡胶。拉伸后的纤维集合体也必须在数组握持罗拉的控制下进行定形。 对真捻纤维集合体实施拉伸，是在牵伸装置内对带真捻的纤维集合体实施的，带 真捻的纤维集合体可以是纱线。 对实施假捻的纤维集合体进行拉伸时，需使罗拉之间的纤维集合体加上假捻，在 轴向对纤维给予束缚。国内目前在这些方面研究都已经取得了较大的进展。 第三节t , j g d e r d o s 0 2 拉伸机工艺流程 1 t j g d e r d o s - - 0 2 拉伸机研究内容 t j g d e r d o s - - 0 2 拉伸机是鄂尔多斯羊绒集团筹资，由我校课题组设计加工的，研 究的具体内容包括： 1 i 使羊毛大分子之间的交链充分断开的预处理装置及工艺的进一步研究。 将羊毛拉伸细化的关键是使羊毛大分子之间的氢键、盐式键和二硫键断开，并在 大分子主链尽可能少损伤的前提下使羊毛大分子链段间发生滑移。其中，影响的主要 因素为：助剂的筛选和复配、浓度、温度以及处理时间。而且要结合羊毛特点，使处 理装置保证实现以上工艺要求。 天津t 业大学2 0