（纺织工程专业论文）精梳落棉水刺非织造布的工艺研究.pdf

精 工 拟 摘要 棉纤维作为自然界中丰富的可再生纤维素资源，长期以来是纺织等领域的主 要工业原料，它的可再生性、生物可降解性及天然属性一直受到人们的重视。本 课题以精梳落棉纤维为研究对象，从精梳落棉的理化分析、加工方式以及水刺的 加同机理等几个方面进行了研究，主要内容如下： 1 通过对精梳落棉的理化分析结果表明：精梳落棉纤维的主体长度较小， 其中1 0 m m 以下的纤维约占了将近一半，1 5 m m 以下的纤维约占7 1 4 5 ，精梳 落棉中含有大量的短纤维，长度整齐度也较差，所测得长度变异系数为5 8 2 0 。 精梳落棉的杂质含量相对于原棉纤维较少，大约为3 4 7 ，且棉结和极细的短纤 维的含量又较大，占到杂质的5 7 0 6 。精梳落棉的马克隆值为3 4 5 2 ，根据国家 棉花标准属于b 2 级，对比于原棉纤维，其细度相对较小、成熟度较低。 2 通过对纯棉非织造布的脱脂、漂白实验，结果表明：根据各方面综合考 虑选取了脱脂、漂白的最优方案，即双氧水浓度定为3 5 9 l ，氢氧化钠浓度定为 2 0 9 l ，双氧水稳定剂浓度定为s g l ，螯合剂浓度定为4 9 l ，耐碱渗透剂浓度定 为3 9 l ，脱脂、漂白时间为3 0 m i n ，温度为9 0 - - 1 0 0 。 3 选定精梳落棉的非织造布加工的两种工艺路线。工艺路线一：先对精梳 落棉纤维进行脱脂、漂白处理后进行非织造布加固。该工艺路线的技术相对成熟， 但是生产过程中成本高，能耗大，对纤维的损伤也较大。工艺路线- - 先对精梳 落棉纤维进行非织造布加固而后进行脱脂、漂白处理。其相对技术较为新颖，生 产成本低，工艺变化种类多，但是目前研究较少。 4 水刺加工技术是依靠高速、高压的水射流不断的对纤维网的直接冲击作 用和反射水流的双重作用使得纤维之间相互缠结实现纤维网的加固，在水刺工艺 中水刺压力、水针作用距离等工艺参数对纤维的缠结有着很重要的影响。水刺加 固中水射流在工程流体力学上看做非淹没射流，两相分析v o f 模型可以很好模 拟水射流在空气中的状态，在水刺压力为1 0 0 b a r 时，水射流的出口速度为1 4 5 m s ， 水刺作用力约为0 2 1 5 n ，对纤维的作用力柔和。 关键词：棉；精梳落棉；非织造布；水刺。 a bs t r a c t c o t t o nf i b e ra sc e l l u l o s e r i c hr e n e w a b l er e s o u r c eh a sl o n gb e e nam a j o rr e s e a r c h i n d u s t r i e sd u e t oi t sr e n e w a b l e ，b i o d e g r a d a b l ea n dn a t u r a la t t r i b u t e s t h et o p i c st a k e c o m b e dc o t t o nf i b e r 嬲t h er e s e a r c ho b j e c td i s c o u r s i n gu p o nt h ec o m b e dc o t t o nd o w n t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a la n a l y s i s ，p r o c e s s i n gm e t h o d sa n dt h er e i n f o r c e m e n t m e c h a n i s mo fs p u nl a c e ，m a i n l ya sf o l l o w s ： 1 t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a la n a l y s i so fc o m b e dc o t t o ns h o w st h a t ：t h eb o d y l e n g t h so fc o t t o nf i b e ra r es m a l l t h el e n g t hw h i c ha b o u t10 m m b e l o wa c c o u n t sf o r t h en e a r l yh a l fa n d15 m mb e l o wa c c o u n t sf o r71 4 5 f i b e r t h ec o m b e dc o t t o nf i b e r s l a r g ea m o u n t so fs h o r tf i b e r s ，t h el e n g t hu n i f o r m i t yi sa l s op o o r , a n dt h em e a s u r e d l e n g t ho f t h ec o e f f i c i e n to fv a r i a t i o nw a s5 8 2 0 c o m b e dc o t t o ni m p u r i t i e sd o w ni s a b o u t3 4 7 w h i c hi sl e s st h a nr a wc o t t o nf i b e r s ，a n dt h en e p sa n ds h o r tf i b e rc o n t e n t o fv e r yf i n ea n dl a r g e ，a b o u t5 7 0 6 o fi m p u r i t i e s m i c r o n a i r eo ft h ec o m b e dc o t t o n i s3 4 5 2d o w n ，a c c o r d i n gt on a t i o n a ls t a n d a r d si sb 2l e v e lo fc o t t o n ，a n dc o m p a r e dt o t h er a wc o t t o nf i b e r , t h ef i n ei sr e l a t i v e l ys m a l la n dl o wm a t u r i t y 2 t h er e s u l t so ft h es k i m m i n ga n db l e a c h i n gs h o w st h a t ：s e l e c t i n go n ep r o c e s s a so p t i m a ls o l u t i o na c c o r d i n gt ot h ec o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no fa l la s p e c t s , h y d r o g e np e r o x i d e - - - 3 5 9 l ，s o d i u mh y d r o x i d e - - - 2 0 9 l ，h y d r o g e np e r o x i d es t a b i l i z e r 8 9 l ，c h e l a t i n ga g e n t s4 9 l ，a l k a l i n ep e n e t r a n t3 9 l ，t i m ei ss e t t i n g3 0 m i l l ，t h e t e m p e r a t u r ei s9 0 1 0 0 3 c o m b e dc o t t o nn o n - w o v e nc l o t ho f f t h et w op r o c e s sr o u t e sp r o c e s s i n g ，t h e f i r s t p r o c e s sr o u t e ：t h ep r o c e s s i n g i n t on o n - w o v e nf a b r i ca r e rs k i m m i n ga n d b l e a c h i n g ，t h et e c h n o l o g yi sr e l a t i v e l ym a t u r e ，b u t i ti st h eh i 【g h c o s t , e n e r g y c o n s u m p t i o na n dt h el a r g e ro ff i b e ri sa l s od a m a g e d t h es e c o n dp r o c e s sr o u t e ：t h e s k i m m i n ga n db l e a c h i n ga f t e rt h ec o m b e dc o t t o nf i b e r sp r o c e s s i n gi n t on o n w o v e n t h et e c h n o l o g yi sm o r ei n n o v a t i v el o wp r o d u c t i o nc o s t s ，m a n yk i n d so fp r o c e s s c h a n g e s ，b u tc u r r e n t l yf e ws t u d i e s 4 h y d r o e n t a n g l e m e n ti sap r o c e s so fe n t a n g l i n gaw e bo fl o o s ef i b e r so na p o r o u sf o r m i n gs u r f a c e ( e n d l e s sb e l to rp e r - f o r t e dd r u m ) t of o r mas h e e ts t r u c t u r e n o n w o v e nf a b r i cb ys u b j e c t i n gt h ef i b e r st om u l t i p l er o w so ff i n ej e t so fh i 曲l y p r e s s u r i z e dw a t e r t h es p u n l a c ep r e s s u r e a n dt h en e e d l ed i s t a n c eo ft h ef i b e r e n t a n g l e m e n th a sav e r yi m p o r t a n ti n f l u e n c eo nt h ef i b e rt a n g l e s t h ew a t e rj e ti s n o n 。s u b m e r g e d ，t w o - p h a s ev o fm o d e lc a ng o o ds i m u l a t et h ew a t e rj e ti nt h es t a t eo f t l l ea 址t h ew a t e rj e te x i t v e l o c i t yo f14 5 m sw h e nlo o b a rp r e s s u r ei ns p u n l a c e s p u n l a c ef o r c ei sa b o u t0 215 n ，w h i c hi st h eg e n t l ef o r c e k e y w o r d s ：c o t t o n ；c o m bn o i l ；n o n w o v e n ；h y d r o e n t a n g l e m e n t ；f a b r i cp r o p e r t y 目录 第一章绪论l 1 1 引言1 1 2 非织造布技术概述1 1 3 棉的脱脂、漂白技术2 1 4 研究的意义4 1 5 研究的内容5 第二章精梳落棉纤维的理化分析7 2 1 精梳落棉的理化分析7 2 2 1 精梳落棉7 2 2 2 精梳落棉理化分析实验7 2 2 3 理化分析测试结果与分析8 2 2 本章小结1 6 第三章精梳落棉纤维的非织造加工方式的选择1 7 3 1 精梳落棉纤维的传统加工方式及其经济效益分析1 7 3 2 纯棉非织造布1 8 3 2 1 纯棉水刺非织造布1 8 3 2 2 纯棉针刺棉1 9 3 2 3 其他纯棉非织造布2 0 3 3 本章小结2 1 第四章精梳落棉水刺非织造布加工方式2 3 4 1 纯棉水刺非织造布的现状2 3 4 1 1 纯棉水刺非织造布的加工路线2 3 4 1 2 纯棉水刺非织造布的产品应用2 4 4 1 3 纯棉水刺非织造布的经济效益分析2 6 4 2 精梳落棉水刺非织造布的加工2 7 4 2 1 精梳落棉水刺非织造布的加工路线2 7 4 2 2 加工工艺路线的特点和差异2 9 4 2 3 精梳落棉水刺非织造布的加工设备的选择3 3 4 2 4 精梳落棉水刺非织造布加工的的经济效益分析3 9 4 3 本章小结4 0 第五章纯棉非织造布的脱脂、漂白工艺及性能的研究4 1 5 1 纯棉非织造布脱脂、漂白技术的简介4 1 5 2 脱脂漂白实验4 1 5 2 1 试剂的选用4 1 5 2 2 脱脂、漂白工艺流程：4 2 5 2 3 实验设计4 2 5 3 实验结果与讨论4 3 5 3 1 单因素实验结果4 3 5 3 2 正交实验结果与讨论4 7 5 4 本章小结5 2 第六章水刺水针的数值模拟分析和纯棉水刺非织造布成型机理5 5 6 1 水针的数值模拟5 5 6 1 i 物理问题描述5 5 6 1 2 流体的性质5 6 6 1 3 物理模型5 6 6 1 4 控制方程5 7 6 i 5 边界条件和初始条件5 9 6 2 模拟结果与分析5 9 6 3 水刺水针对纤网的作用力6 l 6 3 1 水射流结构分析6 1 6 3 2 水刺水针对纤网的作用力6 3 6 3 3 水刺冲击能量6 4 6 4 纤维的缠结机理6 6 6 3 1 水刺非织造布的表面结构6 6 6 3 2 纤维的运动机理6 6 6 5 本章小结6 7 第七章结论和展望6 9 7 1 结论6 9 7 2 课题不足与进一步展望7 0 参考文献7 3 发表论文及参加科研情况7 9 致谢8 1 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 世界经济环境已日益受到人类的关注，人们已由过去对大气、水污染的关注 和重视逐渐扩展为对可能影响人体健康和地球环境的各方面因素的关注。此外， 人们越来越倾向于使用天然材料用品，不再单纯的满足商品的实用性，更加注重 其功能性和个性化，特别注重环境保护n 1 。棉纤维作为全天然材料，对环境无毒、 无害并具有独特的吸湿性、芯吸性、天然的抗静电性、耐热性、尺寸稳定性以及 高的湿态强力妇1 ，人们对棉纤维的需求越来越强烈b 。 精梳落棉是棉条经过精梳机时梳落下来的短纤维。精梳落棉主体长度在 1 6 m m 以下，含杂率相对较低，在纺织上称为“废棉川引，在织造过程中落棉率 可以达到1 5 - 2 1 啼1 ，在过去几十年里精梳落棉大多用于开发低档的气流纺纱或 者絮片材料，对于纤维来说是一种极大的浪费旧1 。而最近几年随着人们对棉纤维 的需求量的增大，棉纤维的价格在急剧攀升n 8 1 ，开发精梳落棉纤维在非织造布 种的应用，提高棉纤维的利用率成为了必然趋势。 1 2 非织造布技术概述 非织造布材料工业是一个新型行业阳1 ，被誉为朝阳工业u0 。，是继针织、纺织 之后的第三领域n 。非织造布也叫做无纺布，定义为：定向或随机排列的纤维通 过摩擦、抱合、粘合或者这些方法的组合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫 ( 不包括纸、机织物、簇绒织物，带有缝编纱线的缝编织物以及湿法缩绒的毡制 品) ，非织造加工所用纤维可以是天然纤维或化学纤维也可以是短纤维、长丝或 当场形成的纤维状物u 引。 现代非织造布工艺技术最早出现于十九世纪七十年代，此后飞速发展，直至 今日几乎每一种已知的纺织纤维原料都可以应用于非织造布的生产n 副。不论是天 然纤维和化学纤维及其下脚料、没有纺织价值的原料和各种再生纤维，还是难以 用传统纺织方法加工的石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、金属纤维等， 都可以通过非织造的方法加工成各种工业用产品。一些差别化、功能型、高性能 化学纤维 ( 如超细纤维、异形纤维、复合纤维、芳纶、涂硅中空聚酯纤维、碳 纤维、抗菌纤维、高强纤维、高模量纤维等) 都可以用于非织造布工业，而且纤 天津工业大学硕士学位论文 维的长度、细度在非织造布加工中都不受限制。 非织造工艺技术具有变化多的特点，目前非织造布的主要生产方法已有1 0 余种u 别，且每一种生产方法又可采用多种变化的工艺，而且每一种非织造布的生 产方法又可与其他方法进行组合应用，因此，通过对纤维原料、成网方式、纤维 网加固方法、后整理方法等进行适当的选择与组合，就可以得到变化无穷的非织 造布生产工艺，制造出各种各样的非织造布产品n 引。 非织造布的原料和加工技术的多样性决定了非织造布材料性能的多样性，非 织造布具有手感刚柔性、机械性能、材料密度、纤维粗细、过滤性能、吸收性能、 透通性好等，并且均可根据产品应用需要进行调节，在医用卫生材料领域、服装 领域、日常生活领域、工业用品领域、农业用品领域、国防领域具有很好的应用。 根据调查发现口引中国的非织造业一直与国民经济保持同步增长，在 2 0 0 3 - 2 0 0 8 年中国非织造业平均每年增长1 7 ，2 0 0 8 年中国消耗1 0 4 亿平方米非 织造布，其中9 亿平方米是一次性终端市场消耗的，1 4 亿平方米是耐用终端市 场消耗的，2 0 0 8 年中国非织造布消费总值为2 3 2 亿美元，预计到2 0 1 3 年将达到 大约3 8 8 亿美元，预期中国非织造布每年增长1 2 。 1 3 棉的脱脂、漂白技术 图1 1 中国非织造布年产量 天然棉纤维上不仅含有较多的杂质、灰粒，还含有蜡状物质、果胶物质，需 要经过脱脂、漂白工艺处理才能达到需要的洁净度和卫生特性n7 1 ，漂白) j u - r 主要 指使用化学试剂破坏棉纤维上的天然色素，从而提高棉制品的白度；漂白方式根 2 第章绪论 据漂白剂的特性一般分为还原性漂白和氧化性漂白，还原性漂白剂包括亚硫酸氢 钠、连二亚硫酸氢钠等，还原性漂白剂通过对色素的还原作用而产生漂白效果， 其产品的白度稳定性、持久性相对较差而且具有环境污染问题，目前这类漂白剂 在实际生产中已经较少应用了，氧化性漂白剂主要包括次氯酸钠、过氧化氢、过 醋酸n 引等，其产品的白度以及白度的稳定性较好，并且漂白过程具有环境友好特 性，氧化性漂白是目前较常应用的漂白方式。棉纤维脱脂处理n 刚是通过将棉纤维 置于碱性环境中，一方面使棉纤维中所具有的天然油脂和蜡质( 纤维表面的脂肪 和蜡质、果胶物质、蛋白质和糖类物质) 发生皂化从而提高吸湿性，另一方面使 其他非植物性杂质( 例如灰尘、棉籽、碎屑等) 软化，并通过洗涤的方式去除杂 质，在棉的脱脂过程中可以通过提高温度来加速化学反应。 棉的脱脂、漂白方式有棉纤维的脱脂、漂白和棉制品的脱脂、漂白。棉纤维 的脱脂、漂白工艺多是通过煮炼锅对散纤维进行脱脂、漂白处理，工艺流程如下 所示： 纤维开松除杂一注入碱液一煮炼一清水冲洗一注入漂白液一漂白反应一 清水冲洗一后整理一烘干一开松_ 打包 棉纤维的脱脂、漂白工艺流程 采用煮炼锅式的棉纤维进行脱脂、漂白处理，其生产具有一定不连续性，并 且由于在脱脂、漂白过程中，每一锅之间存在一定的差异，难以保证白度的均匀 性和一致性。棉纤维经过脱脂漂白处理后还要添加一定量的纺织助剂、以便于后 续加工。 棉织物传统的前处理工艺一般需要退浆、煮炼、漂白三道工序，最近几年随 着工艺的提高和环保的要求，纯棉织物一浴一步法也有进展啪1 ，棉织物煮漂一浴 法前处理多是在强碱性高双氧水浓度条件下进行的。过氧化氢漂白的应用性较 好、方式灵活，既可用于汽蒸法漂白、又可用于冷漂。目前使用较多的平幅汽蒸 法漂白法，连续化程度、自动化程度、生产效率都较高，工艺流程简单，且不产 生环境污染。工艺流程如下： 过氧化氢漂液一汽蒸一水洗 棉织物的的过氧化氢漂白工艺流程 3 天津工业大学硕士学位论文 1 4 研究的意义 棉纤维作为自然界中丰富的可再生纤维素资源，长期以来是纺织领域的主要 工业原料，它的可再生性、生物可降解性及天然属性一直受到人们的重视，最近 几年，受自然灾害以及全球性经济危机等因素的影响，以及国际市场的急剧萎缩， 作为对国际市场依赖较高的我国棉纺行业受到严重的冲击，而原棉的价格却在快 速上升。目前对于精梳落棉纤维性能的研究很少，且多将精梳落棉作为“纺织废 料”用于制作低档的气流纺纱或者絮片材料，极大地浪费了棉纤维的全天然、对 环境无毒、无害等特性，因此开发精梳落棉，寻找精梳落棉最佳的加工方式和应 用是目前市场所急需的。 ! 譬鲤：譬爱搿张 i 沓莹! z 叠莹辨恐粹争誉节秤薜孚疆蒋暑 罕秤星 j h “nj f 0 9j io ! l ”i _ o i i 口o “ll i o o 考虫虫虫8 虫虫玉8 台台8 色五五鸯互鲁密电南鲁电台8 每告各8 毫互戛电互生垒异垒生生刍生刍昌刍生夏 e 亘匠三亘虱 图1 2 棉花价格走势图 最近几年，受自然灾害以及全球性经济危机后的复苏等因素的影响，棉花的 产量有所减少，市场供不应求，在0 9 1 0 年全球棉花产量为2 31 0 万吨，需求量 2 3 6 0 万吨，存在5 0 万吨的缺口，而中国对棉纤维的巨大的需求量推动了全球范 围的紧张的供需关系。 加大力度转变增长方式，从粗放型转向集约型发展，走高新技术、高质量、 高附加值的道路，是“十二五”期间国内非织造布企业的努力重点。从数量为主 转向经济技术效益为主，从不重视技术仅仅搞简单的再生产转向集中优秀技术人 才研制新的产品，在现有设备的基础上，尽最大努力用国际先进技术进行生产， 最大幅度提高产品附加值，提高行业经济效益，因此对精梳落棉在非织造布应用 的研究，不仅是一项成本低、效益高、资源充足的新兴绿色工业项目，具有广阔 4 5 天津工业大学硕士学位论文 6 2 2 2 1 精梳落棉的杂质分析 利用s h i r l e y a n a l y s e rm k 2 杂质分析仪对白精梳落棉、麻灰精落棉以及原棉 纤维进行杂质分析，并对实验数据进行处理。 2 2 2 2 精梳落棉纤维长度的测定 由于精梳落棉的主体长度过短，无法采用传统的中断切断法进行测量，故根 据g b t 1 6 2 5 7 2 0 0 8 ( 纺织纤维，短纤维长度和长度分布的测定，单纤维测量法) 心7 1 所示方法，随机抽取一定量的纤维束，然后从其中随机抽取5 5 0 根纤维( 占所 有纤维的8 0 以上) ，进行长度测量。 2 2 2 3 精梳落棉细度和成熟度的测定 马克隆值旧1 ( m i c r o n a i r e ) 的定义是：一定量棉纤维在规定条件下的透气性 的度量，用马克隆值( m i c r o n a i r e ) 表示，马克隆值刻度是建立在一套已由国标 协议确定其马克隆值的“国际校准棉花标准”的基础上的。 根据g b t6 4 9 8 2 0 0 8 ( 棉纤维“马克隆值”试验方法) 采用y 1 7 5 型便携式 棉纤维气流仪测量纤维的马克隆值来表征纤维的主体细度和棉纤维的成熟度。 2 2 2 4 精梳落棉携水性能的测定 7 天津工业大学硕士学位论文 本实验分别对精梳落棉纤维和棉纤维的充分吸湿性以及短时间内纤维的携 水性进行了研究。 经过2 4 h 预调湿后的纤维束称重，分别置于烧杯中，完全浸没入液面以下， 浸没4 8 h 后使得棉纤维充分的吸湿，用镊子将棉纤维取出，悬空在烧杯上方，以 水珠不再滴下为准，然后拿去称重，比较分析纤维的携水性能差异，用三次实验 结果的平均值进行计算陀引。 精梳落棉纤维和原棉纤维预调湿2 4 h ，分别取定量的纤维称重，并分别置于 烧杯中，使其完全浸没入液面以下，浸没3 0 s 后，用镊子将纤维取出，悬空在烧 杯上方，以水珠不再滴下为准，然后拿去称重，称重记录数据，并比较分析两种 纤维的携水性能随时间变化的差异性。 2 2 2 5 精梳落棉的截面及表面形态测定 使用t m 1 0 0 0 的扫描电镜观察落棉纤维的外观形态，把白精梳落棉和原棉纤 维放在显微镜下，调整位置，观察纤维的截面及表面形态。并保存图片，进行对 比。 2 2 2 6 精梳落棉的回潮率测定 根据g b9 9 9 4 2 0 0 8 ( 纺织材料公定回潮率) 乜训规定，使用y 8 0 2 a 型八篮恒 温烘箱测量落棉纤维及原棉纤维的回潮率。 2 2 3 理化分析测试结果与分析 2 2 3 1 精梳落棉的表面形态 分别用扫描电镜和光学纤维镜对精梳落棉纤维和原棉纤维的表面形态和截 面形态进行观察，如图2 1 ，2 2 ，2 3 图2 - l 精梳落棉的表面形态( a - 3 0 0 倍；b - 5 0 0 倍；c - 1 0 0 0 倍；d - - 4 0 0 0 倍) 8 出精梳落棉纤维受到了一定的损伤，纤维有明显的拉断痕迹的存在。 2 2 3 2 精梳落棉的杂质分析 棉纤维杂质啪1 是指在棉纤维中所夹杂的非纤维性物质，主要包括泥沙、碎屑、 棉籽壳、棉籽、虫屎以及其他非纤维素物质，有时候也将棉纤维中的极细短纤维 归于纤维的杂质之中。棉纤维中杂质和疵点不仅会影响最终产品的质量还会在产 品加工生产中对生产设备造成一定的损伤口。 本试验使用s h i r l e y a n a l y s e rm k 2 杂质分析仪对分别对白精梳落棉、麻灰精 梳落棉以及原棉进行杂质分析和比较。 g ：m 2 - m o * 1 0 0 ( 2 1 ) m l 一 9 天津工业大学硕十学位论文 ，= m 3 - m o * 1 0 0 。 m l m o 式中： g 一棉结、极细纤维所占百分比，； j 一固体杂质所占百分比，； 朋。一测试容器重量，单位为克； m 一除杂前纤维和测试容器重量，单位为克； m ，一棉结、极细纤维和测试容器重量，单位为克； m 。一固体杂质和测试容器重量，单位为克。 表2 1 棉纤维杂质成分 ( 2 2 ) 实验测试结果如表2 1 所示，根据公式2 1 与2 2 计算精梳落棉的含杂量并 对杂质进行定性分析和定量分析，2 7 5 8 9 的白精梳落棉中共含有0 9 5 6 9 杂质， 其中棉结和极细短的纤维0 4 1 9 ，棉壳、草屑和虫屎等固体杂质0 5 4 6g ，通过计 算可以得出，白精梳落棉中杂质含量为3 4 7 ，其中棉壳、草屑和虫尸等固体杂 质约1 4 9 ，而棉结和极细短的纤维约1 9 8 。麻灰精梳落棉的含杂情况与白精 梳落棉类似，麻灰精梳落棉中的杂质含量为3 7 0 ，其中棉壳、草屑和虫屎等固 体杂质约占1 7 8 ，棉结和极细短纤维约占1 9 2 。 原棉的含杂情况，2 0 9 9 的原棉中共含有0 9 4 1 9 杂质，其中棉结和极细短的 纤维0 4 5 6 9 ，棉壳、草屑和虫屎等固体杂质0 4 8 5g 。通过计算可以得出，原棉 中的杂质含量为4 4 9 ，其中棉壳、草屑和虫屎等固体杂质约占2 1 8 ，棉结和 极细短的纤维约占2 3 1 。 通过对比白精梳落棉、麻灰精梳落棉以及原棉纤维的含杂情况可知，精梳落 棉的杂质相对于原棉纤维来说较少，而杂质中棉结和极细的短纤维的含量又较 大，占到杂质的5 7 0 6 经过s h i r l e y a n a l y s e rm k 2 除杂的精梳落棉的纤维杂质如图2 4 所示，原棉纤 维中的的杂质如图2 5 ： 第二章精梳落棉纤维的理化分析 j - 棉籽壳、虫屎等固体杂质k - 极细短纤维 图2 - 4 白精梳落棉的杂质 l 一棉籽壳、虫屎等同体杂质 m 一极细短纤维 图2 5 原棉的杂质 通过对比白精梳落棉和原棉的杂质，如图2 - 4 和图2 5 ，可以看出原棉纤维的 杂质中的棉籽壳和虫屎等固体性颗粒相对白精梳落棉较大、较多，而精梳落棉中 固体杂质相对较少，且固体颗粒较小，这与精梳落棉的来源一精梳落棉为纺高质 量精梳纱的时候棉条经过精梳机时梳落下来棉纤维有关。 2 2 3 3 精梳落棉的长度分析 棉纤维的长度晗7 1 是指棉纤维伸直不伸长时，纤维两端间的距离。传统的纤维 长度测量方法主要有手扯长度法、拜尔氏法( b e a r sm e t h o d ) 、包尔斯法( b a l l s m e t h o d ) 、苏伟士法( s u t e r - w e b bs o r t e rm e t h o d ) ，以及罗拉式长度分析方法，而 精熟落棉的纤维长度较短，传统的测量方法无法进行准确的测量，本试验采用单 根测是的方法分析落棉纤维的长度。 本试验采取随机抽取一定量的纤维束，然后从其中随机抽取5 5 0 根纤维( 占 纤维束中纤维根数的8 0 以上) ，使用单纤维测量法来分析精梳落棉的纤维长度。 z 2 素。 协3 ， 天津工业大学硕士学位论文 r f t , n i 三2 瓦 s = c v ：鱼 1 0 0 三 式中： z 一第i 长度组的根数频率； 一第i 长度组纤维的根数； 一纤维总根数； 三一单根纤维的平均长度，单位为毫米( r a m ) ； 一第i 组纤维的组中值长度，单位为毫米( r a m ) ； s m 标准差，单位为毫米( m m ) ； c v 一变异系数，。 图2 - 6 精梳落棉纤维的长度分布图 根据公越4 可以计算出单根纤维的平均长度三= 瓷 l = ( 3 8 枣1 + 3 6 3 + 3 5 3 + 3 3 * 4 + + 4 宰1 7 斗3 1 3 - 2 3 ) 5 5 0 = 1 3 0 3 3 ( m m ) 1 2 ( 2 - 4 ) ( 2 5 ) ( 2 - 6 ) 第章精梳落棉纤维的理化分析 根据公式2 5 和2 - 6 可以计算出标准差和变异系数 标准差：s = 变异系数：c v = 孚l o o = 丢羔木1 0 0 = 5 8 2 0 从图2 - 6 精梳落棉纤维的长度分布图可以看出精梳纤维的长度分布很广，即 含有l m m 短的棉纤维，也含有3 5 m m 长的棉纤维，且纤维的长度整齐度较差， 在大于1 5 m m 的长度分布区间上，每个长度分布区间上面均具有l o 根左右的纤 维，其中1 0 m m 以下的纤维约占4 9 4 5 ，1 5 m m 以下的纤维约占7 1 4 5 ，另外 落棉纤维中还含有少量的长度在3 0 m m 以上的较长的纤维，约占4 3 6 。根据纤 维的长度分布可以计算出棉纤维长度标准差为7 5 8 5 m m ，变异系数为5 8 2 。可 知精梳落棉中不仅含有大量的短纤维，其长度整齐度也较差，纤维长度的变异系 数为5 8 2 0 ，相对原棉来说可纺性能较差。 2 2 3 4 精梳落棉的细度分析 纤维的细度b 一般指纤维截面面积的大小。纤维的细度不仅与产品的加工成 型性关系密切，还对产品的起毛、起球性能有很大的影响，另外纤维细度越细， 则纤维刚性相对越差，在加工过程中越容易发生折断或者扭结，从而产品产生较 多的棉结和疵点。棉纤维的细度即线密度( 单位长度的棉纤维所具有的质量，一 般用特克斯( t e x ) 和旦尼尔( d ) 表示) ，棉纤维的细度与棉纤维的形态和棉纤 维内部构造有关：一般长绒棉较细，为1 1 1 d t e x 1 4 3 d t e x ：细绒棉较粗，约 1 4 3 2 2 2 d t e x 旧1 ，棉纤维长度可以通过气流式纤维细度仪快速测定。 本试验使用y 1 7 5 型便携式棉纤维气流仪测量纤维的马克隆值来表征纤维的 主体细度，马克隆值是纤维细度和成熟度的综合反映，马克隆值越大，表示纤维 越粗，也反映纤维的成熟度越高。 使用y 1 7 5 型便携式棉纤维气流仪对原棉和落棉分别进行了马克隆值的测定， 结果如下： 表2 2 精梳落棉和原棉的马克隆值 从表2 2 精梳落棉和原棉的马克隆值可以看出，精梳落棉的马克隆值为 3 4 5 2 ，根据国家棉花标准属于b 2 级，精梳落棉纤维对比于原棉纤维，其细度相 1 3 天津工业大学硕士学位论文 对较小、成熟度较低。 2 2 3 5 精梳落棉的携水性测试 纤维的携水性能是指纤维或者纤维束在一定的时间内吸收水分和携带水分 的能力n 引。纤维的携水能力不仅与纤维的内部分子结构有关，还与纤维外部形 态结构密切相关，纤维的携水过程同时还涉及到纤维表面浸润的过程。 图2 7 从图2 7 中精梳落棉、原棉的携水量随时间分布的变化可以看出在前9 0 秒 内原棉纤维的吸湿能力稍大于落棉纤维，其后随着吸湿时间的逐渐增加，精梳落 棉的吸湿能力逐渐增大，并且其吸湿能力在2 m i n 之内呈现直线上升趋势。这是 由于同等重量的纤维中落棉纤维较细而具有较好的毛细效应，因而随着浸入时间 的增加而吸收水的能力增大。 表2 3 精梳落棉和原棉的携水量 1 4 以椭2 警o ：1 7 1 0 7 以椭2 警0 1 3 6 可以看出在浸入水中4 8 h 后，落棉纤维的携水率比原棉的大一些。 2 2 3 6 精梳落棉的回潮率测定 根据g b9 9 9 4 - 2 0 0 8 规定，使用y 8 0 2 a 型八篮恒温烘箱测定原棉纤维和精 梳落棉纤维的回潮率。 表2 - 4 精梳落棉和原棉的回潮率的测定 根据回潮率公式： r ：g - g o * 1 0 0 g o 式中： i 卜回潮率，； 神干前纤维重量，单位为克( g ) ； g o _ 吸水后纤维重量，单位为克( g ) 。 计算精梳落棉纤维回潮率 棉2 譬旧8 1 6 1 5 ( 2 8 ) 天津工业大学硕士学位论文 2 譬o - 8 4 0 8 可知落棉纤维的回潮率稍微小于原棉，回潮率对强度、弹性、色泽、长度、 成熟系数等性能都有影响b 副。 2 2 本章小结 ( 1 ) 根据对精梳落棉纤维的理化分析可知：精梳落棉中杂质的含量较低，约为 3 4 7 ，而杂质中又以细短的棉纤维为主，占到杂质含量的5 7 0 6 。 ( 2 ) 精梳落棉纤维的主体长度较小，其中l o m m 以下的纤维约占了将近一半。 1 5 m m 以下的纤维约占7 1 4 5 ，精梳落棉中含有大量的短纤维，长度整齐度也 较差，变异系数为5 8 2 。 ( 3 ) 精梳落棉的马克隆值为3 4 5 2 ，根据国家棉花标准属于b 2 级，根据电子显 微镜照片可以明显看出精梳落棉纤维的表面结构大多呈现扁平带状，且中间部位 的空腔是裂开的。 ( 4 ) 棉纤维的吸水性与纤维分子结构以及外界条件有关，前9 0 秒内原棉纤维 的吸湿能力稍大于落棉纤维，其后随着吸湿时间的逐渐增加，精梳落棉的吸湿能 力逐渐增大，并且其吸湿能力在2 m i n 之内呈现直线上升趋势，精梳落棉纤维的 回潮率稍微小于原棉的回潮率。 ( 5 ) 通过对精梳落棉的理化分析，可以看出精梳落棉呈现含杂少，长度较小， 成熟度低等特点，并且具有一切棉纤维所共有的天然环保、亲肤不过敏、吸收性 好、热稳定性好、可高湿热加工消毒、资源再生、使用后可降解等优良特能，比 较适合应用于婴幼儿止尿裤、女用卫生巾以及成人护理产品的加工生产。 1 6 第三章精梳落棉纤维的非织造加工方式的选择 第三章精梳落棉纤维的非织造加工方式的选择 精梳落棉纤维做为棉纤维的一个种类，同样具有棉纤维的纯天然、环保无污 染、湿态下强力高，废弃物处理也比较方便，可以在环境中自然分解的特性，也 可进行焚烧处理，焚烧时不会产生有害气体，但是也有其特殊的一面，例如精梳 落棉中杂质的含量较低；杂质中又以细短的棉纤维为主，主体长度较小，其中 1 0 r a m 以下的纤维约占了将近一半等特点，因此棉纤维的加工方式对于精梳落棉 的加工方式具有很好的借鉴价值，棉纤维作为纺织的主要原料之一，主要用于纺 纱织布，而在非织造布方面，棉纤维的应用却极其广泛，例如纯棉水刺非织造布、 纯棉针刺棉和纯棉粘合衬布等，其中尤以纯棉水刺非织造布应用为主。 3 1 精梳落棉纤维的传统加工方式及其经济效益分析 精梳落棉纤维做为棉纤维的一个种类，其特点为杂质含量较低、棉结数目多、 纤维主体长度较小且纤维长度分布较广，在纺织上面很难加工利用，因此精梳落 棉纤维在纺织上为“废棉”的一种，可作为纤维素原料用来造纸、化学浆料、粘胶 纤维、赛璐珞、制药填料、胶片、火药乜等，其产品单一，应用范围狭窄，产品 附加值不高。 精梳落棉纤维在纺织上面应用于纺织质量较低的低支纱线，经常使用气流纺 纱和转杯纺纱的方式实现，其加工工艺流程为：首先由专业公司重新加工对精梳 落棉进行加工，制成棉包，由开棉机重新开松，然后经梳棉成卷后经过纺纱机械 纺织成纱线，在加工的过程中主要使用梳棉机去除精梳落棉中所含杂质。 目前精梳落棉成熟的加工路线流程图： 抓包机棉箱混棉机开棉机一给棉机请棉机梳棉机 并条机( 2 道) 气流纺纱机 气流纺纱工艺流程图 目前精梳落棉的价格为1 2 0 0 0 元吨左右，气流纺付牌纱( 1 0 s ) 的价格在2 4 0 0 0 元吨左右，根据纺织行业2 0 0 0 版定额标准，每吨纱的用电量为1 8 0 0 k w h ，其 生产成本( 包括电费、管理费、工人工资、设备折旧费和修理费) 约为9 5 0 0 元 吨，按照目前的精梳落棉的气流纺纱成纱制成率9 0 进行计算，每吨纱线的利润 1 7 天津工业大学硕士学位论文 为1 0 0 0 元左右。 3 2 纯棉非织造布 非织造布加工技术可以生产加工各种类似、各种长度的纤维恤1 ，棉纤维在非 织造布中已经有了很广泛的应用，包括纯棉水刺非织造布、纯棉针刺非织造布等 产品。 3 2 1 纯棉水刺非织造布 纯棉水刺非织造布的生产目前多采用漂白棉经过开松梳理后送入水刺机内 经过3 5 边水刺加固后干燥成卷的的方式进行生产。 纯棉水刺非织造布根据原料特性和加工工艺可应用在许多领域，例如在医疗 卫生领域、日常生活用品、精密机械的擦拭布等。 3 2 1 1 纯棉水刺非织造布的生产 在纯棉水刺的加工过程中棉纤网由托网帘送入水刺区1 ，高压水射流经过水 刺头、水针板后垂直射向棉纤网，形成连续不断的呈圆柱状“水针”，在水射流的 连续冲击作用下，纤维网中纤维在水力作用下从纤维网表面被带入纤维网底，造 成纤维之间的缠结、抱合，当水针穿过棉纤网射到托网帘后，形成不同方向的反 射作用，水柱反弹到纤维网反面时，纤维网又受到多方位的水柱的穿刺，使纤维 在纤维网中反复穿刺而相互缠结、抱合。在整个水刺过程中心4 。，纤维网中纤维在 水针正面冲击和从反面托网帘水柱的反弹穿插的双重作用下，形成不同方向的无 规则的缠结，从而达到加固作用，形成纯棉水刺非织造布。 图3 1 水刺原理示意图【9 1 1 8 第三章精梳落棉纤维的非织造加工方式的选择 如图3 1 所示在纯棉水刺加固过程中，棉纤维经开松、成网后的棉纤网一般 经历3 5 道水刺，第一道预刺，排除纤网中空气、纤维吸收部分水分，使得纤网 压实，以便后续水刺加固时能够更好的吸收水针能量。 水刺技术的加工特点柔性缠结，水针的冲击力在0 2 5 n 2 n h 引，不影响纤维 原有特征，不损伤纤维外观，特别适合于加工棉纤维这样的柔性纤维。 3 2 1 2 水刺加固方法生产纯棉非织造的优势 3 2 1 2 1 相比于目前的非织造加固技术 水刺加固技术自从在8 0 年代实现了工业化生产以后，就飞快的发展并呈现 多元化，可以与多种成网方法配合生产，例如目前常用的工艺流程为纤维在梳理 成网后水刺加固，也可以使用气流成网方式而后水刺加固，而棉纤维即可以直接 用于梳棉成网、气流成网也可以梳棉交叉铺网，因此水刺加固的多元化为纯棉 纤维在成网方式多项选择上提供了强大的基础，并且这些不同技术的复合还可以 形成不同性能的产品。 水刺加固过程中水刺水针对纤维的作用力在0 2 5 n