（纺织材料与纺织品设计专业论文）大豆蛋白纤维织物的新产品开发[纺织材料与纺织品设计专业优秀论文].pdf

西安工程科技学院倾士研究生学位论文 y 6 4 8 , 5 5 6 摘要 大豆蛋白纤维作为一种新型的纺织原料，它的诞生给纺织领域带来 了新的活力，从许多方面促进了纺织新产品的开发。因此，积极利用该 纤维的特点，丌发出更多更好的新型服装面料，对提高产品的附加值， 为人们提供更性能优良、穿着舒适的面料有重要的实际意义。 本课题在充分认识大豆蛋白纤维的性能的基础上，利用该纤维较系 统地设计和开发了几类具有代表性的织物，并通过小样机试织后进行性 能测试和分析。课题的主要工作如下： 1 分析大豆蛋白纤维与羊毛纤维或棉纤维混纺纱中纤维径向分布的 情况，并用汉密尔顿转移指数表征纤维的转移程度。 2 设计和开发了大豆蛋白纤维纯纺织物、具有抗紫外功能的双层织 物和并捻织物，进而测试了织物的各项服用性能。 3 利用灰色优势分析的方法找出影响织物性能的丰要因素，以便在 织物设计中控制和调整主要因素以使织物性能满足设计要求。此外，本 课题利用灰色关联分析的方法确定所开发的三类织物与纯棉织物性能的 相近程度并作比较。 本课题通过对大豆蛋白纤维服装面料的研究开发及性能测试和分 析，得出以下主要结论： 1 在人豆蛋白纤维和羊毛混纺纱线中，大豆蛋白纤维有向内转移的 趋势；在大豆蛋白纤维与棉混纺纱中，大豆蛋白纤维有向外转移的趋势。 此外，各组份的纤维在纱线截面内均有不同程度的集束现象发生。 2 大豆蛋白纤维纯纺织物的光泽、悬垂性、透气性较好，而抗皱性、 耐磨性、抗起毛起球性均较差。大豆蛋白纤维与抗紫外丙纶的双层织物 和并捻织物在耐磨性、抗起毛起球性方面都有较大改善。 3 狄色优势分析表明织物的总紧度和经密对织物的性能影响最大， 在织物设计中应加以重视。在三类织物中，大豆蛋白纤维纯纺织物的风 格与纯棉织物相接近，并捻织物次之，而双层织物具有独特的风格。 关键词：大豆蛋白纤维织物 性能风格径向分布 西安 = 糕科技学院硕士研究生学位论文 t h en e wp r o d u c td e v e l o p m e n to fs o y b e a np r o t e i nf i b r e t h es o y b e a np r o t e i nf i b r ei san e wt e x t i l em a t e r i a l ，i tg i v e sap o w e r f u lf o r c et ot h e w h o l et e x t i l ei n d u s t r y , a n da sar e s u l t ，m a n yn e wf a b r i c sw e r ed e s i g n e da n dp r o d u c e d t h e r e f o r e ，i no r d e rt oi n c r e a s et h ea d d e dv a l u eo ft h e s ep r o d u c t s ，a th es a m et i m ep r o v i d e t h ec u s t o m sw i t hg o o dp e r f o r m a n c e sa n dc o m f o r t a b l ef a b r i c s ，i ti si m p o r t a n tt om a k et h e f u l lu s eo ft h i sn e wf i b r ea n dd e v e l o p m e n tm o l x ! a n dm o r eh i g h - p e r f o r m a n c en e wf a b r i c s o nt h eb a s i so ff u l la c q u a i n t a n c ew i t ht h ep r o p e r t i e so ft h es o y b e a np r o t e i nf i b r e ， s e v e r a ls e r i a l sf a b r i cw h i c hs t a n d sf o r t h ef i b r e sc h a r a c t e r i s t i c sw e r ed e s i g n e da n d p r o d u c e d ，a tt h es a m et i m e ，t h es a m p l e so fe v e r yf a b r i cw e r ew e a v e do nt r i a ll o o m ，t h e n t h e i rp e r f o r m a n c e sw e r em e a s u r e da n da n a l y z e d s oi nt h i sw a y , t h i sp a p e rm a i n l yw o r ko n f o l l o w i n ga s p e c t s ： f i r s t l y , t h er a d i a ld i s t r i b u t i o no fs o y b e a np r o t e i nf i b r e w o o l ( o rc o t t o n ) b l e n d e dy a m s w e r ea n a l y z e d ，a n dt h eh a m i l t o nm i g r a t i o ni n d e xw a sa d o p t e dt os h o wt h ed e g r e eo f f i b r e sm i g r a t i o n s e c o n d l y , t h r e ek i n d so ff a b r i c sw e r ed e s i g n e da n dp r o d u c e d ，t h e ya l ep u r es o y b e a n p r o t e i nf i b r ef a b r i c s ，d o u b l i n gf a b r i c sa n da s s e m b l i n gf a b r i c sw h i c hh a v ea n t i - u l t r a v i o l e t f u n c t i o n 。a n dt h e n ，e a c hp e r f o r m a n c eo fe v e r yf a b r i c sw a sm e a s u r e d t h i r d l y , b yv i r t u eo ft h eg r a yp r e d o m i n a n c ea n a l y z em e t h o d ，t h em a i nf a c t o r sw h i c h a f f e c tt h ef a b r i cp e r f o r m a n c e sw e r ef o u n do u t ，t h i sm a yh e l pt oa p p r e h e n dt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nw e a v ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r sa n df a b r i cp e r f o r m a n c e s ，b yc o n t r o l l i n ga n d a d j u s t i n gt h e s ep a r a m e t e r s ，t h ed e s i g n e dp e r f o r m a n c e so ft h ef a b r i c sc a nb eo b t a i n e d i n a d d i t i o n ，t h es i m i l a r i t yd e g r e eb e t w e e nt h r e ek i n d so ff a b r i c sa n dp u r ec o t t o nf a b r i cw e r e c a l c u l a t e da n dc o m p a r e db ym e a n so fg r a yr e l e v a n c ya n a l y z em e t h o d a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n ta n dp e r f o r m a n c e sm e a s u r e m e n to fs o y b e a n p r o t e i n f i b r ef a b r i c s ，s o m ec o n c l u s i o n sa r eg i v e na sf o l l o w i n g ： 1 i nt h es o y b e a np r o t e i nf i b r e w o o lb l e n d e dy a m ，t h es o y b e a n p r o t e i nf i b r eh a st h e i n w a 撼m i g r a t i o nt e n d e n c y , a n di nt h es o y b e a np r o t e i nf i b r e w o o lb l e n d e d y a r n ，t h ef i b r e h a so u t w a r dm i g r a t i o nt e n d e n c y h la d d i t i o n ，t h e r eo c c u r ss o m ee x t e n tf i b r eb u n d l i n gi n 疆安工程辩技学院疆主研究夔学位论文 b o t ho ft h e s et w ok i n d so fy a m s 2 。p u r es o y b e a np r o t e i nf i b r ef a b r i c sh a v eg o o dp r o p r i e t i e si nl u s t e r 、d r a p i n ga n d p e r m e a b i l i t y , b u tt h e i rw r i n k l er e s i s t a n c e 、a b r a s i o nr e s i s t a n c e 、a n t i p i l l i n gt c n d e n c ya r e p o o r t h ed o u b l i n gf a b r i c sa n da s s e m b l i n gf a b r i c sw h i c hw e r ec o m p o s e do fp u r es o y b e a n p r o t e i nf i b r ea n da n t i - u l t r a v i o l e tp o l y p r o p y l e r i ef i l a m e n ts h o war e m a r k a b l ei m p r o v e m e n t i nt h e s ep e r f o r m a n c e s 3 t h er e s u l to fg r a yp r e d o m i n a n c ea n a l y z es h o wt h a tt h et o t a lc o m p a c t n e s sa n dw a r p d e n s i t yh a v et h eo b v i o u si n f l u e n c eo nf a b r i cp e r f o r m a n c e s ，i nt h et h r e ek i n d so ff a b r i c s ， t h ep u r es o y b c a np r o t e i nf i b r ef a b r i c sh a v ea c o m p a r a t i v e l yh i g hr e l a t i v ec o e f f i c i e n tw i t h p u r ec o t t o nf a b r i c ，t h ea s s e m b l i n gf a b r i c sf o l l o wi t ，w h i l et h ed o u b l i n gf a b r i c sh a v ea r a t h e rp a r t i c u l a rs t y l e 。 f uj i a n g ( t e x t i l em a t e r i a la n dp r o d u c td e s i g n ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rs h e l lt a n p i n g k e y w o r d s ：s o y b e a np r o t e i nf i b r e ，f a b r i c ，p e r f o r m a n c e ，s t y l e ，r a d i a ld i s t r i b u t i o n 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一节大豆蛋白纤维概述 1 大豆蛋白纤维的研究开发 根据相关资料【1 1 1 2 】【3 】报道，国外从2 0 世纪5 0 年代即开始对大豆蛋白 纤维进行研究，但大多因为纤维性能较差，无法进行纺织加工而中断研 究，更未能实现工业化生产。9 0 年代初，河南濮阳华康生物化学工程联 合集团公司开始对大豆蛋白质纤维进行系统的深入研究开发，共投资 7 0 0 0 多万元，于2 0 0 0 年3 月试纺成功，该纤维与国内外开发的再生蛋白 质纤维相比，具有较高的强力和其他优良性能。该产品的第一条工业化 试验生产线年生产能力为1 5 0 0 吨，随着更多生产基地的建成和投产，大 豆蛋白纤维的产量将会有更大的提高。 2 大豆蛋白纤维结构和性能 2 1 大豆蛋白纤维制造【1 】【4 】 大豆蛋白纤维是一种大豆植物蛋白合成丝，它由改性大豆蛋白质和 聚乙烯醇组成，两者含量分别为2 3 5 5 和7 7 4 5 。其生产原理是将豆 粕水浸分离提纯出蛋白质，将蛋白质改变空间结构并在适当的条件下与 羟基和氰基高聚物共聚接枝，通过湿法纺丝生成纤维。再经过缩醛化处 理得到性能稳定的大豆蛋白纤维。纤维的制造工艺流程如图1 1 所示。 从大豆豆粕中提取纯 蛋白质 纯蛋白质溶解制成要求浓度 p v a 溶解成所需浓度 按比例混合搅 拌成纺丝原液 匹圃 图1 1大豆蛋白纤维制造工艺流程图 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 2 2 大豆蛋白纤维结构 大豆蛋白纤维横截面呈扁平状哑铃形或腰圆形，皮芯结构明显且皮层 较厚，纵向表面呈现不明显的沟槽和海岛状凸凹 5 ，纤维具有一定的卷 曲，但卷曲度不如细羊毛明显。但是，由于生产厂家对生产工艺和技术 进行了多次的调整和改进，有些研究对纤维的横截面和纵向形态的观察 所得到的结论之间存在一定的差异1 5 1 6 】【7 1 。 纤维的化学组成：按公开专利介绍，大豆蛋白质成分含2 3 一5 5 ， 聚乙烯醇和其他成分为7 7 4 5 。有关对大豆蛋白纤维的组成的实验研 究1 7 】【8 】显示：大豆蛋白纤维中蛋白质占2 0 2 7 ，聚乙烯醇占7 3 8 0 ， 且在同一组实验数据中，某一组分含量的最高值与最低值最大相差约为 7 4 。 2 3 大豆蛋白纤维性能 大豆蛋白纤维本色为淡黄色，光泽柔和，其许多物理性能也接近或 超过某些天然纤维，根据有关文献报道1 4 1 ，大豆蛋白纤维物理、机械和 化学性能都比较好，纤维主要有以下特点： ( 1 ) 大豆蛋白纤维的回潮率与棉纤维接近。纤维的比重较轻，甚至小 于蚕丝和粘胶，这也是它手感比较轻柔的一个重要原因。 f 2 1 大豆蛋白纤维的断裂强力较高。干态断裂强力比棉、丝等天然纤 维高，湿态断裂强力比棉略低，优于丝和羊毛纤维。 f 3 、初始模量的大小，反映了纤维受较小拉伸力时抵抗变形的能力。 大豆蛋白纤维的初始模量值变化范围较大，说明其存在强力不匀，这势 必会给纺纱和织造带来不利影响。 ( 4 ) 纤维的断裂伸长率的大小与其内部结构( 结晶程度、取向度、分子 间力的大小等1 密切相关。大豆蛋白纤维的湿态断裂伸长率大于干态断裂 伸长率。该纤维的钩接强力好，打结强力相对偏低。 ( 5 ) 大豆蛋白纤维的摩擦因数相对其他纤维偏低，且动、静摩擦因数差 值较小，使纺出的纱条抱合力差，松散易断，纺纱过程中应加入一定量 的油剂。由于其摩擦因数小，适合加工手感柔软的产品。 总而言之，大豆蛋白纤维具有单丝细度细、手感柔软、光泽号、比 嚣安工程辩授学院硬圭研究垒学谴论文 重轻、吸湿性好等优点。但大驻蛋白纤维自身也存在缺点，其摩擦因素 套，癸魏夺、壤承变形较大，瓣热毪差、瑟莛毛、撬皴往差，这些浆会 对织物酌服用性能产生一定的不利影响。 充分认识大豆激白纤维的蚀能及优缺点，对纤维的产品开发有着非 鬻重要戆意义。因魏，我弱奁产瑟开发孛癍注意扬长遴短，力袭竞分穰 用大豆鬣白纤维的优良特性。通过选择不问的原料或将大豆蛋白纤维与 其他纤维混纺或交织，以充分突出各种纤维的优点，避其弱点，开发出 最捂猿黪静或其鸯一定凌戆豹缀兹，这对大豆蛋叁纾维熬瘟爱秘产瑟瑟 发有着煎大意义。 筹= 慧大豆蛋翻终维绥穆声瑟秀发斡磷瓷瑗状 大豆爨白纤维自2 0 0 0 年3 月研制成功并投入工业化生产以来，最初 由该纤维的研制单位一一濮阳华康生物化学工程联合集团公司与山东东 鞠薅纺织厂、豢熬薅纺织毒驻公司等接绣厂迸雩亍绎绦戆纺纱试毅弼，生 产出不同支数的大妲蛋白纤维纯纺、与棉纤维的混纺纱；与浙泼华源达 昌丝绸厂、吴江新民纺织有限公司等厂家食作开发出了大豆蛋白纤维纯 绞或与豢丝熬瀑纺绞魏 1 0 1 ；与嚣簿第三运绣厂、无锈貉薪毛纺绞有鞭公 司等企业生产出一燎羊毛大豆滋自纤维混纺面料1 1 1 】。与此同时，国内其 他一些纺织企业也尝试着进行了一些纺纱和织造，其菔点在纺纱和织造 工艺静试验弱蒺索一芝1 1 2 1 玛l 。 经过前期的产1 5 = l i 试制和开发，大豆蛋囱纤维的一贱不足之她就暴露 了出来，如染色问题、抗折皱性问题等。予是，这些厂家就投入更多的 精力去瓣决这些闻麓，一些辩辑瓠梅及绣缓类高等藐校酌释臻入爨氇对 大豆蛋白纤维给予熙多的关注。在这一阶段，越来越多的企业和科研人 员参与了大豆蛋白纤维的纺纱、织造及染熬工艺的研究，企业也加强了 与科磷糕擒懿袋系与合终。魏漾阳华藤生物纯学工程联合集团公司与东 华大学纺织学院王其博士、苏州大学材料工程学院大履纤维研究小组之 间相互合作，共同研究。王其博士对大豆骚自纤维及其织物的性能进行 了深入地研究l h 辩5 i ；苏翔大学耪孝萼工程学院大豆纾缭研究夺缀主要致力 两安工程辩拽学院硕士研究生学位论文 予大随蛋白纤维及其织物的染色和鹾整理工艺的磺定【l f l 7 1 ，阉时，该小 缀也对大豆纡维缝绞及混纺嫒彩瓣风格进行了溺试分援 1 8 1 。獒链豹一些 纺织企业也根据本身戆设各特点探索港逶合零厂祭释躬纱线及织物躬生 产工蕊，劳开发出了不网秽类的产器 1 9 - 2 1 1 。与此慰慰，越来越多躲纺织 貔校熟嚣蜜王程秘鼓学院、毒薅大学兹磷究人爨毽参与了对大豆矮鑫纡 缎我番嚣变f 2 2 l f 2 3j 。一麓摹萼硒人员掇攒大受蛋囱野维的特点，提舞了不蠲的 产品设计方嶷，并遴过，、榉试织秘织物性旋测试磷究掇鲞了较好豹产晶 秀发建议，还有些秘磷人员莰辩不溺戆织物各方嚣戆程戆进磐测试，客 溪建陈述蒺瓣宠结鬃 2 4 1 2 5 l 。 弱藏，器个磅究小缀戆疆究工作爨在逡行，一些巍熬磅究潆题凌不 颧挺窭，在藏过程中彀褥了一垫狳段毪成暴，镬又髓瓣大豆蛋舀绎缭豹 认识蕤攘深入。裂髫裁为壹，奁苏鲻大学蠢霜开过两次有关大豆凝爨纤 缨纺织及染熬技零懿磅讨会，诲多辩磺残聚瞧在会议土遴行了交流秘讨 论。腻嚣蒋瓣璎究缓鬃来看，薹其薅在大受蛋自纾维绞物豹耱理髋麓 拳爨霭瓣静静逶往方瑟有了更深入豹轿究1 2 6 l f 2 7 l ；苏黉 大学奉手料工程举虢大 巍纤维磅究，l 、组；f 羹鸯关瓣佥旌秘辩赣税构逶过不诺遗努力，筏大露鬃鑫 纾维及荬缀秘熬染色褴麓、露惫往戆秘及挠掰铰链罄有掰疆嵩f 2 引，毽对 爨钵莱些工麓戳及漂鑫_ 稀染色辩织物鹃筛瓣及手惑的澎晌还宥待于滋一 步探索，磊鼓需要翔强瓣织物抗皱牲静进一步研究。檄撂b 发表静文献 鬟示1 7 1 1 2 9 l 2 3 1 1 3 瓣，不嚣磅究入员簌同一方蟊褥出豹臻论裔辩会寄不阏程度 瀚差笄，这其中讶能有实验方法、绡采分祈静谖差凝箕它一些因素在内， 密关这方蕊豹其体淘蘧逐有褥进一i 参研究。 慧之，由于大豆蛋囱纤维蔻一肇争新豹、其有较高辩技含莹的纺织骧 料，而鱼生产企渡也在不断钓掇高和改善冀褴能，所班，有关于它的产 鹣开发豹研究其有缀广蠲的空闯。 第兰磐犬豆凝自终线蓑声熬弹发骜疆戆翻爨义 遂入二十一键觅，嗣用离耨按零研镪与开发新爱纺织原材料怒新世 纪纺织她的麓要课题之一。应孀新型环保纤维( 甲壳豢、彩棉、爹布麻 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 等) 和功能纤维( 抗紫外线、抗红外线、抗菌、防辐射、高透湿纤维等) 开发纺织品不但是市场的需要，保护环境的需要，而且是提高竞争力和 提高经济效益的需要。同时也是发展纺织行业、扩大市场占有率的重要 机遇，是重新树立我国纺织品形象的有效途径。 另一方面，随着现代纺织技术的不断进步，服用纺织品的发展也日 新月异，千变万化，其总的趋势就是朝着高支轻薄化、原料多元化、风 格多样化、功能多种化的方向发展。在运用千变万化的织物组织和各种 织造、印染新技术开发新产品的同时，应用新型纤维开发风格和服用性 能更好的纺织品应当是一个重要途径。 大豆蛋白纤维以其良好的性能为我们研究开发该类新产品提供了广 阔的想象空间。对于大豆蛋白纤维这样一种新的纺织原料，充分认识其 性能与特点，同时，针对其某些不足之处努力改进和提高，不断挖掘大 豆蛋白纤维特有的性能，创造出满足人们需要的新颖的大豆蛋白纤维纯 纺系列产品变得十分重要。此外，由于大豆蛋白纤维可以与蚕丝、羊毛、 山羊绒、棉和其他纤维混纺，加之该纤维具有柔软、光滑、吸湿、导湿 性好等诸多良好性质，使其与其他纤维混纺的织物具有许多独特风格， 所以，研究和开发大豆蛋白纤维混纺或交织织物品种也显得十分重要。 综上所述，大豆蛋白纤维作为一种性能优异的新型纤维，是生产各 种高档服装的理想原料，它具有极为广阔的市场前景。但目前国内大多 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。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，可以给我国的纺织企业带来丰厚的报酬。因此，加 快大豆蛋白纤维织物的研制开发，为人们提供舒适、高档的新型服装面 料，对于增强我国纺织企业的国际竞争力和推动我国的纺织及服装产业 的迅速发展具有重大意义。 第四节本课题的主要内容及创新点 1 研究的主要内容 1 1 研究大豆蛋白纤维混纺纱线中纤维的径向分布的特点 西安丁程科技学院硕士研究生学位论文 虽然关于大豆蛋白纤维产品的开发各企业都已进行了生产实践探 索，但在混纺纱线的生产过程中，大多数厂家都注重生产的顺利进行， 而忽视了不同原料组分、不同的混纺比例及不同工艺对纤维在横截面内 的径向分布和成纱性能的影响。而纤维的径向分布直接影响到织物的手 感、外观、风格等特点，同时也关系到是否能充分体现出大豆蛋白纤维 光泽好、手感滑爽的特点，做到物尽其用。因此，纤维的径向分布的研 究有助于了解其成纱结构和品质，对实际生产有一定的指导意义。 本课题利用厂家生产的混纺纱线，通过实验观察和分析纤维的径向 分布情况，找出转移规律。希望对纺纱生产有一定的指导和借鉴作用， 以改善混纺纱线的性能和提高织物服用性能。 1 2 开发大豆蛋白纤维新产品 1 2 1 大豆蛋白纤维纯纺织物的开发 利用大豆蛋白纯纺纱线，通过选择不同的纱线支数、不同的织物组 织、不同的工艺参数等方法进行产品试织，进而对织物进行性能测试， 找出不足之处并加以改进。通过不断地实验和测试，开发出能充分体现 大豆蛋白纤维优点的高档纯纺面料。 1 2 2 大豆蛋白纤维复合织物的开发 主要是利用大豆蛋白纤维纱线和具有抗紫外、抗远红外功能的丙纶 长丝进行复合，开发双层织物，使织物的表层由功能性纤维组成，而贴 近皮肤的内层由大豆蛋白纤维组成。这样既可以使织物具有抗紫外辐射 功能，又能充分发挥大豆蛋白纤维吸湿、导湿性好以及与皮肤亲和性好 的特点，同时也避免了大豆纤维由于处于织物表层而承受过多摩擦而易 起毛的现象，使织物集功能性和舒适性于一体。 1 2 3 大豆蛋白纤维并捻织物的开发 选择的原料为大豆蛋白纤维单纱和具有抗紫外功能的丙纶长丝并捻 的股线。开发出来的织物具有独特的外观和光泽，而且与双层织物相比， 其在保持了功能性和舒适性的同时，织物厚度有所降低。通过在织造过 程中选择不同的工艺参数，改变织物的外观和风格，可作为多种男、女 式夏季服装面料。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 2 本课题的主要创新点 f 1 1 研究了大豆蛋白纤维与羊毛或棉纤维混纺纱线中各组分纤维的径 向分布特点。 ( 2 ) 较为系统地开发了大豆蛋白纤维纯纺织物、具有抗紫外功能的双 层织物和并捻织物三个系列的产品，并测试和分析了织物的各项服用性 能。 ( 3 ) 利用灰色优势分析的方法找出各类织物的几种主要服用性能与织 物设计参数之间的关系，并进行了比较和分析。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第二章大豆蛋白纤维混纺纱线中纤维的径向分布规律的研究 第一节 混纺纱线中纤维的转移理论简介 在纯纺或混纺纱线中，由于纤维本身性质的差异和纱中不同位置的纤 维所受的力学作用不同，会造成纤维在纱中的移动，或称为纤维的转移。 m o r t o n 3 1 】【3 2 1 认为，在内外层纤维之间存在一种周期性的相互转移，因为 外层纤维经过的路径长产生张力而向内层挤压，当其挤入中间纱层后， 张力减小，而又被外层的纤维嵌入而挤出，重新回到外层，如此周而复 始便形成纤维在纱中的转移。 关于纤维转移的机理，主要有两种理论：纤维张力变化机理和纤维转 移的几何机理。纤维发生转移的张力作用机理是由m o r t o n 在1 9 5 6 年提 出的1 3 1 1 1 ”l ，他认为在纺纱过程中，由于外层纤维的螺旋轨迹长，纤维内 应力大，而内层纤维相对螺旋轨迹短，内应力小，甚至为负值。这样， 内外层纤维就会交换位置来达到结构平衡。当然，这只是一种定性的解 释。1 9 6 2 年，h e a r l e 和m e r e c h a n t 对此进行了实验【34 1 ，并给出了定量的 描述，实验结果说明了中间纤维发生转移前，必须是张力首先为零，而 且纤维首先必须有一定程度的起拱，纤维才有可能发生转移。这就证明 了张力导致转移的机理。 纤维转移的几何机理与纤维束的形状和加捻程度有关。b a l l s 曾经指 出 3 1 1 ：纱是由加捻圆柱状和扁平带状两种纤维集合体所形成的。通常， “扁带加捻”并保持是在低张力下发生，而“圆柱状纤维束加捻”或转 变为圆柱状是在高张力时发生的，其中“扁带加捻”是最常见的。h e a r l e 和b o s e 对两种加捻方式进行研究发现1 3 5 1 3 6 1 ：当捻度较小时，为扁平带 状的纤维束加捻，当捻度高达某一值时，扁带会发生环绕圈状加捻，而 由这种圈状加捻的纱线，其纤维在纱线中的径向分布不同于圆柱状纤维 束加捻和扁平带纤维束加捻。他们通过分析指出1 3 6 1 ：扁平带状纤维束的 圈捻是纤维转移的几何机制，且转移周期为原有捻度周期与圈捻收缩因 素的比值。 关于实际纤维束加捻中的转移机理，h e a r l e 、g u p t a 和g o s w a m i 等人 孬安工覆辩投学院硕士研究生学位论文 指出1 3 7 】：这两种转移机理并不相互排斥，在低张力时，由于张力机理的 终矮，转移簇率缳麓，这霹张力爨理超圭簿痒薅；瑟褒褰强力下，转移 频率将蹄低，但转移并没有完众消失，这时几何机理越主导作用。总之， 纤维在纱线中的转移是这两方顽的共同作用造成的。 第= 节混纺够巾纤维径向努布构测定蠢法 测凝纤维在混纺纱线中径向分布的方法主要为汉密尔顿的转移指数 法窝o n i o n s 豢数法。本漂嚣孛主要采爱汉寮尔顿转移指数法，魏方法是 将试样切成薄片，然后利用显微镜或投影仪观察纱线的横截面切片，根 据纤维的簸面形状或色泽的差鼯，计数并溉录各混纺缀分的纤维在纱线 径自数赣黠位置，以瑟寒诗箕滋统纱中绥缀径自分毒豹转移掺数。 1 切片的制作1 3 8 制作纤维切片的方法较多，其中有手撼切片机法、哈氏切片法、赛 臻珞蔽韬片法帮雾藏留冀法。零瑟甥片爨法霉鞋潮褥较薄懿绎缀甥嚣， 并可进行连续切片，但该方法的试样准备过程费时费力。因此，本课题 的实验中均采用y 1 7 2 型哈氏切片仪切片，该方法简便快捷，试样制各方 霞，餐蠢予餐终臻背遘程孛纱线受到较大瀚蘧力，冀藏嚣影获霹魏会发 生变化，而影响纤维在纱中的能置，进而会影响到实骏结果的准确性。 2 混纺纱切片的观察和数据记录 秘片戆麓察方法主要寿显激镶褒察法、鼹强镜摄影滚、数字鬻豫采集 法等手段f 3 8 j f 3 外。 显微镜观察法怒利用显微镜或投影仪根据混纺纱线中纤维不同蛉色 泽或藏露形状，蘸豢并记录滋纺纱孛各混纺组分戆绎维在纱径舞豹穗对 位置，计算混纺纱中纤维径向分布指标。该方法费时、费眼力且容易出 错，研究中一般不采用。 显徽镜摄影法跫对显徽镜躁察法静一耪改进，魏方法是采蠲专韭静 显微镜掇影装置，利用照相机把通过显微镜观察的纱线切片拍摄成照片， 然后进行溉察和记袋。由于这种方法要求鼹微镜和照相机均要能得到清 晰静切片图像，蔼掇摄过程孛不可避免遗瑟受到各静溺素干撬，掰羧照 西安工程科投学院碛研究生举位论文 片很难保证足够清晰。因此，该方法有一定的局限性，不适合采用。 数字溪豫采集法是壤鼗字辫像菝本与惫进戆诗冀壤技拳秘续合瑟产 生的新的实用的方法。该方法借助于一套数字图像采集装置获取由显微 镜观察到的混纺纱切片图像，然后将该图像信息传输并存储在与之相连 懿诗算掇羔，该诗舞掇要求鸯较褒戆c p u 速疫翻较始熬图形显示凌簸， 同时要求与之配套的监视器要肖较高的分辨率。就目前来说，一般的计 算机都能满足这一纂本要求。经采集和存储的图像信息可通过具有较高 分爨率耪良努封窜震囊戆激走露翠懿努帮褰寒，然磐避行分羲，氇可采 用其他方法。与前两种观察方法相比，数警图像采集法更为方便、快捷， 加之采用高分辨率的摄像机和辅助光源等方法，排除了一些不利因素的 于撬，爨我获褥豹潮豫震量较簿。零实验中采霜懿就楚这秘方法。 本课题实验借助于一套m o t i cd m b 5 型数码显微镜及与其配套的软件 获取切片截面图像。d m b 5 型数码显微镜怒由麦克奥遗( m o t i c ) 集网有限 公司翻逡豹，该数璐殛徽镜是耱无蔽运您学系统显徽镜。它配黉t1 3 0 万像素摄相装置，采用i e e e l 3 9 4 卡传输数据信号，供计算机进行图像处 理分析，该仪器具肖操作简单、性能稳定罄优点。此外，通过宦自带的 m o t i ci m a g e s a d v a n c e3 0 软 擎褥毯进嚣凑、静态图像戆臻提鞋波长度、 面积等的测量。 第兰繁混纺纱巾绛维径向分布的表征参数 1 汉密尔顿转移指数i 4 0 】【4 1 】 为了定量地说明不同纤维缌分在混纺纱中的转移稷度，h a m i l t o n 于 1 9 5 8 年握窭了纾缳转蓼豢数懿猿念，朝汉寮尔顿转移搀数。该方法是采 用将纱线横截面五等分法，即将纱线的截酾分成五层，分别统计每层圆 环中不阎纤维组分的根数，计算各层纤维的频数分布，并换算成纤维的 薅积分_ 纛，诗算萁钵程分毒矩，送瑟缮窭绣维夔转移攒数m ，m 傻一般 在一1 0 0 + 1 0 0 之间变化。强m - - 0 时，表示两种混纺纤维在纱线的横 断面内怒均匀分布的：当m 0 时，表示这种纤维向纱的外层转移：当 m f m 。】s ，则大豆蛋白纤维优先向内转移，可按大豆蛋白 两安工程科技学院硕士研究生学位论文 纤维全部集中在纱芯求出大豆蛋白纤维的最大向内分布一次矩 f m i 】s ，具 体见表2 4 。 表2 - 4纤维最大向内分布及一次矩 若【f m 。i sc 【f m 。i s ，则大豆蛋白纤维优先向外转移，可按大豆蛋白纤维 全部分布在纱外层求出大豆蛋白纤维的最大向外分布一次矩【f m 。i s ，具体 见表2 5 。 f m i s 或【f m 。i s 的计算方法同【f m 。i s 。 表2 - 5纤维最大向内分布及一次矩 若【f m 。】s 【f m 。i s ，则表明大豆蛋白纤维向内转移，于是纤维转移指 数m 按下式计算： m ： 些13 二【型! kx 1 0 0 f 2 6 ) 【f m 。 s _ 【f m f 】s 、 若 f m 。 s 1 ；当b 纤维较多地集结在纱的表层时，o n i d b a ，c 号织物密度和紧度最大，空隙率低，且织物浮长 较长，对织物的覆盖性好，对紫外辐射的反射作用较强，抗紫外效果最 好。虽然d 号织物的紧度比b 号织物低，但由于d 号织物的基础组织为 三上一下破斜纹，比b 号织物的二上二下右斜纹的浮长长，织物的覆盖 性好，光反射率高，因而其抗紫外性能比b 号略好。这表明在相同条件 下，织物浮长对抗紫外性能的影响要大于织物总紧度的影响。 3 2 织物的刚柔性测试结果及分析 实验利用斜面法测定了织物的刚柔性，具体测试结果及相关指标的计 算结果见表3 1 5 。 织物的弯曲刚度受织物的密度、紧度、重量、纱线结构及纤维抗弯 性能等因素的影响。从下表可以看出：a 号试样的经、纬向弯曲刚度均 较大，而且其抗弯弹性模量也是最高的。c 号织物与a 号织物的总紧度 相近，但由于其基础组织为3 1 破斜纹，织物浮长线较长，经纬纱之间的 交织点相对较少，因此织物的弯曲刚度较小。 西安工程科技学院硕十研究生学位论文 表3 1 5 织物的刚柔性测试结果 另外，通过对比分析还可以看出，与大豆蛋白纤维纯纺织物相比， 虽然双层织物的弯曲刚度较大，但由于丙纶长丝纱较细，纱线的弯曲刚 度较小，加之织物的厚度对弯曲刚度有较大影响，因此，双层织物的抗 弯弹性模量相对较小，织物手感并不硬挺。 3 3 织物悬垂性测试结果及分析 实验中测定了各织物的悬垂系数并观察记录了悬垂时所形成的波节 数，具体结果参见表3 1 6 。 表3 1 6织物的悬垂性测试结果 从表中数据可以看出，四种织物中悬垂性最好的是d 号织物，其次 是b 号织物，这主要是因为b 号织物的弯曲刚度和厚度都比d 号织物大， 织物较硬挺。与纯纺织物对比，总的来看，由于抗弯刚度较小，双层织 物的悬垂性较好，但从织物的悬垂时所形成的波节数考虑，织物的波节 数较少，其在悬垂美感方面并不如纯纺织物。其原因可能是双层织物比 纯纺织物厚，从而不利于织物形成较多的波纹。 3 4 织物折皱弹性测试结果及分析 由于丙纶长丝为低弹丝，因此，将其与大豆蛋白纤维结合织制双层 织物，有利于改善大豆蛋白纤维纯纺织物抗皱性差的缺点，提高织物的 服用性能。本课题实验测定了织物的经、纬向急弹性和缓弹性折皱回复 角并计算其平均值，具体结果参见表3 - 1 7 。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 表3 1 7织物折皱弹性测试结果 从实验结果可以看出：d 号织物的急弹性和缓弹性折皱回复角都很 大，这是因为织物的密度最小，组织结构松，蓬松度相对较大，纱线之 间的摩擦小，易于移动，所以抗折皱性最好。与d 号织物组织结构相同 的c 号织物由于密度和紧度都较大，织物中纱线之间的摩擦增大，妨碍 了纱线间的相互移动，织物不容易恢复到以前的状态，故而其抗折皱性 较差。a 号织物由于结构比d 号和b 号织物紧密，且为平纹组织，故抗 折皱性差。 双层织物由于引入了丙纶，而丙纶纤维在小变形下的弹性恢复性很 好，这有利于提高织物的折皱弹性。因此，与纯纺织物相比，织物的抗 皱性有较大程度的提高。 3 5 织物拉伸强度测试结果及分析 实验测试了各织物经、纬向的断裂强度及断裂伸长率，测试结果参 见表3 1 8 。 表3 1 8织物拉伸性能的测试结果 由于丙纶纤维的强度较高且弹性较好，这使得该类织物的断裂强度 和断裂伸长率比纯纺织物有较大的提高，即织物的拉伸断裂功较大，这 就意味着织物具有较强的抵抗外力破坏的能力，织物较坚牢 4 4 1 。但是， 在织物拉伸过程中，正是由于丙纶纱的低弹性，使其能通过弹性变形降 低纱线的内应力，而大豆蛋白纱线由于弹性较差，通过弹性变形调整纱 线内应力的能力较差，这就造成了织物中两组纱线受力程度不一致，即 大豆蛋白纱线承担了较大一部分的拉伸应力，其结果是织物中纱线的强 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 力利用程度降低，纱线的强力未能得到充分利用。 3 6 织物撕裂强度的测试结果及分析 实验测定了各织物经、纬向的撕裂强度，测试结果如表3 1 9 所示。 表3 1 9织物的撕裂强力 从实验结果可知，由于丙纶纱线断裂伸长率较大，织物在撕裂时的 受力三角区较大，同时受力的纱线根数较多，加之纱线强力较高，使双 层织物的撕裂强力明显比纯纺织物高。 3 7 织物的光泽测试结果及分析 由于织物设计是以丙纶纤维作为织物的外层，以达到防紫外辐射的 效果，故课题实验中测量了织物外层的正反射强度、漫反射强度并计算 出织物光泽度，具体结果见表3 2 0 。 表3 - 2 0织物的光泽的测试结果 光泽度值越大，说明织物的光泽越强。从实验结果可知：c 号和d 号织物的基础组织都为三上一下破斜纹，浮长较a 号和b 号试样长，光 泽好。c 与d 相比，试样c 采用的是下接上法，里经的经组织点被表经 的浮长线所遮盖，使织物平整、光泽好。通过与纯纺织物的对比分析可 以发现，双层织物的光泽没有纯大豆蛋白纤维织物的好，这一方面是由 于丙纶纤维的光泽原本就比大豆蛋白纤维差；另一方面是表层的丙纶为 低捻长丝纱，在织造时易被磨毛，使织物表面毛羽较多。当光线照射在 织物上时，大部分发生了漫反射，从而造成织物光泽度下降。 3 8 织物的汽蒸收缩性测试结果及分析 实验通过t m y a 型织物汽蒸收缩仪分别测试了四种织物的经、纬向 汽蒸收缩率，实验结果见表3 2 1 。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 表3 - 2 1织物的汽蒸收缩性测试结果 从实验结果可知：经、纬向收缩率均为：d b c a 。对于试样b 和 d 来讲，其厚度比c 薄，密度比c 小，因此织物结构较松，纱线与纱线 之间有较大的空隙间隔，增加了纱线的活动范围，收缩余地较大，织物 易收缩，故收缩率较大。a 号织物是平纹组织，浮长线较短，织物结构 比较紧密，因此，其收缩率最小。再将各双层织物与纯纺织物对比，可 以发现双层织物的经、纬向收缩率都较大，特别是各织物纬向收缩率均 大于其经向收缩率。这主要是由于所用丙纶为低弹长丝，在织造时，丙 纶长丝纱由于受到拉伸作用而产生伸长变形，这种变形由于打纬作用和 纱线之间的摩擦作用而暂时被固定在织物中。当织物受到热湿作用时， 丙纶纱线受热产生较大的收缩，从而使织物的汽蒸收缩率变大。这一实 验结果对工厂生产时确定纬纱张力有一定的指导意义。 3 9 织物的抗起毛起球性测试结果及分析 丙纶织物的抗起毛起球性较好，若采用直接在标准磨料上磨1 0 0 0 次 的实验方法测试时，各织物的抗起毛球起球等级均为五级。因此，本项 实验改用先将织物在毛刷上刷5 0 次，然后再在标准磨料上磨1 0 0 0 次的 实验方法测定织物的起毛起球性等级，测试结果参见表3 2 2 。 表3 2 2织物的抗起毛起球性测试结果 由上表中的数据可知，b 号、c 号和d 号织物的抗起毛起球性没有 太大差别，a 号平纹织物由于密度和紧度较大，其织物的浮长线较短， 所以织物的抗起毛起球性较好。通过对比不难发现双层织物的抗起毛起 球性比纯纺织物好，但由于丙纶纤维强度较高，织物形成毛球后不易脱 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 落，会影响其服用性能。 3 1 0 织物的耐磨性测试结果及分析 实验测定了各织物的耐磨次数，结果如表3 2 3 所示。 表3 2 3 织物的耐磨性测试结果 织物在受到反复摩擦时，织物中的纤维承受反复的应力，这种应力 远比断裂应力小，所以，纤维在反复拉伸中，变形能力大的纤维具有较 好的耐磨性，而纤维在重复拉伸中变形能力决定于纤维的强度、伸长率 与弹性1 4 4 】。丙纶纤维成纱强力较高，且纤维的弹性好、伸长率大，因而 纤维在摩擦时受到的反复拉伸中，能储存较多的拉伸变形能，而且纤维 在反复拉伸后，拉伸曲线的形状改变小，即变形能力的降低程度小，这 些都有助于提高织物的耐磨性，同时这也是双层织物比纯纺织物耐磨性 好的原因。 3 1 1 织物的透气性测试结果及分析 本实验中测定了各织物的透气性，结果见表3 2 4 。 表3 - 2 4织物透气性的测试结果 表中结果显示，d 号织物的透气量为最大，大于与其基础组织相同的 c 号织物的透气量，其原因可能是两者紧度大小的差异。紧度相差不大 的a 号与c 号织物的透气量却相差较大，这是因为平纹织物单位长度内 交织次数较多且浮长线较短，使得织物变得紧密。而3 1 斜纹织物交织次 数少，纱线浮长长，纱线之间有较大的交织空隙，增大了织物的透气量。 这表明紧度相差不大时，织物组织是影响透气性的重要因素。与纯纺织 物相比，虽然双层织物紧度较大、厚度较厚，但织物蓬松度高，因此织 物的透气性比纯纺织物好。 一4 2 西安工程秘投学院硬士辑究童攀短论文 3 1 2 织物的透湿憔测试结果及分析 零蜜验孛测定了蚕织物鹣透漫瞧，缝祭霓表3 2 5 。 农3 2 5织物透湿量的测试结果 产品代号织物组织 透湿量g ( m 。d 1 a平纹，下接上法4 1 5 2 b2 2 右籍绞，下接上法4 6 3 0 c 3 1 破斜纹，下接上法 4 3 6 8 d