（纺织工程专业论文）大豆纤维针织物结构与性能的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 大豆蛋白纤维是我国首度研制开发并进行工业化生产的新型纤 维，纤维从开发到生产时间较短，对纤维及其织物的性能研究处于起 步阶段，本文对大豆纤维织物的结构与性能进行了研究，测试结果可 对大豆纤维针织物的生产提供一些借鉴，从而进一步完善大豆纤维织 物的生产加工工艺，促进大豆纤维织物大规模生产的工业化进程。 本文主要对大豆蛋白纤维织物的尺寸稳定性、拉伸性能、弹力织 物的弹性等方面进行了测试研究。全文共分为五章。 第一章综合论述了大豆蛋白纤维研究的国内外状况，以及简要介 绍了大豆蛋白纤维织物在尺寸稳定性、拉伸性能、弹性等方面的一些 相关理论。 第二章简要介绍了大豆蛋白纤维的性能，及对大豆蛋白纤维纱线 的性能进行了测试。选用同规格的棉纱线作为对比进行纱线的测试。 通过测试分析对比，对大豆蛋白纤维纱线的特性有了进一步的认识，为 今后开发研究提供了基础。 第三章对织物的尺寸稳定性进行了研究，也是通过与棉织物的对 比进行的。分为三部分进行了讨论：干松弛、湿松弛、定型工艺的影 响。着重对湿松弛进行了研究。在研究中发现棉、大豆纤维织物经干 松弛处理后，织物尺寸发生了收缩，湿松弛处理过程中发现织物尺寸 继续收缩。但当五次洗涤后，两种织物的尺寸都不再发生改变，此时 织物接近于最小能量状态，达到了全松弛状态。并且对大豆纤维织物 干松弛状态与湿松弛状态进行了实物对比，发现织物的线圈形态发生 了明显变化。通过对织物干松弛和湿松弛状态下线圈模型的分析发现， 织物从干松弛状态到湿松弛状态变化时织物尺寸的收缩率与干松弛和 湿松弛的圈高与圈距，及纱线的直径有关，与其它因素无关。全松弛 状态下织物的紧度k 及线圈长度平方的倒数与织物总密度之间具有一 定的线性关系。通过对定型后织物的湿松弛进行研究，发现通过定型 工艺提高织物的尺寸稳定性是行之有效的方法。 第四章对大豆蛋白纤维织物拉伸性能进行了研究，发现在拉伸过 摘要 程中圈麓写强距存在一定熬线毪关系。透过线瞧圈疆方法对魏进行了 求证，发现无论是纯大豆鬣白纤维织物还是带肖氨纶的大豆纤绒弹力 织物都满足一元线性回归方程，都是按直线规律变化的，并且缀检验 回归方糕都显著。还发现织物平衡点不同，拉 串直线的斜率不弼。出 予錾裹鬻距是接塞线矮撵透露变纯静，疆驻篱鞋求褥拉馋狡态下豹 针织物离平衡状态时的偏麓值，这样就可以颓测织物收缩的大小，在 生产过程中就可以据此控制织物的收缩，可以提高织物的尺寸稳定性。 第五章对大豆蛋白纤缎弹力织物的编织方式及编织工艺进行了简 单奔绣，并罄重对织物鹣弹淫进零了骚究。磷突孛发瑷大豆纾维撵力 织物较阐规格的棉弹织物的弹性要好；在双离弹力织物中，纬向的弹 力要好于经向的；在同种织物结构中氨纶含髓越高弹性越好：程其它 因素相同的情况下，非弹憔钞的纤度越小，弹性趟好a 关键词：盍垦蛋自红缝，崖立整宝挂。拉健缝篷! 登蓬篷璧：缝建冒迫差垂 2 s t u d y o nt h ec o n s t r u c t i o na n d p r o p e r t i e so f s o y b e a nk n i t t e df a b r i c a b s t r a c t s o y b e a nf i b e ri s an e w t y p eo f f i b e rd e v e l o p e da n df i r s tp u ti n t om a s s p r o d u c t i o nb yc h i n e s es p e c i a l i s t s s t u d yo np r o p e r t i e so fs o y b e a nf i b e r a n df a b r i ci sa tt h eb e g i n n i n g ，b e c a u s ei t i ss h o r tt i m ef r o md e v e l o p m e n t t o p r o d u c t i o n t h e r e f o r e ，t h ee x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c s t u d yo nt h e c o n s t r u c t i o na n dp r o p e r t i e so fs o y b e a nf i b e ra n df a b r i ci s c o n d u c t e di n o r d e rt od e r i v es o m ei n f o r m a t i o nf o rs o y b e a nf a b r i cp r o d u c t i o n ，w h i c hi s i m p o r t a n t a n dv a l u a b l et o p e r f e c tp r o d u c i n gt e c h n o l o g ya n dp r o m o t e i n d u s t r yp r o g r e s so fl a r g e - s c a l em a n u f a c t u r eo f s o y b c a n f a b r i c i nt h i s t h e s i s ，t h ed i m e n s i o n a lp r o p e n y s t r e t c h i n g p r o p e r t y , e l a s t i c p r o p e r t ye t c a r ee m p h a s i z e do rt a k e na st h ef o c u s p o i n t so f r e s e a r c ht h e t h e s i si sd i v i d e di n t of i v ep a r t s t h ef i r s t c h a p t e rs u m m a r i z e st h e r e s e a r c hc o n d i t i o na th o m ea n d a b r o a d ，a n di n t r o d u c e ss o m e t h e o r yc o r r e l a t i o nt ot h ed i m e n s i o np r o p e r t y ， s t r e t c h i n gp r o p e r t y , e l a s t i c i t yo fs p a n d e xf a b r i ce t c i nt h es e c o n d c h a p t e r , p r o p e r t i e so fs o y b e a nf i b e ra r eb r i e f l yi n t r o d u c e d ， a n dp r o p e r t i e so fs o y b e a nf i b e r y a r na r et e s t e d t h es a m ec o u n tc o t t o n y a r ni sc h o s e na sac o n t r a s tt ot e s tt h ey a r np r o p e r t y t h r o u g ht e s t i n g ， s o m ep r o p e r t i e so fs o y b e a nf i b e ry a r na r ef o u n db e r e r t h a nt h eo n e so f c o t t o ny a m s t u d y o nt h ed i m e n s i o n a ls t a b i l i t yo f s o y b e a n f a b r i ci nt h et h i r dc h a p t e r a l s oc h o o s e sc o t t o nf a b r i ca sac o n t r a s t i ti sd i v i d e di n t ot h r e ep a r t s ：d r y r e l a x a t i o n ，w e tr e l a x a t i o n ，o ra na s p e c to f h e a t s e t t i n gt e c h n o l o g y a m o n g t h e s e p a r t s w e tr e l a x a t i o n i s e m p h a s i z e d d u r i n g r e s e a r c hf a b r i c d i m e n s i o ni sf o u n dt ob er e d u c e da f t e rd r y r e l a x a t i o n ，a n dt oc o n t i n u et o b er e d u c e da f t e rw e tr e l a x a t i o n f a b r i c d i m e n s i o nk e p t s t a b i l i t y a f t e r f a b r i cw a sw a s h e df i v et i m e sa tt h i sm o m e n t t h ec o m p l e t e dr e l a x a t i o ni s 1 a b s i r a c ! r e a c h e d ，b e i n gc l o s et om i n i m u me n e r g yc o n d i t i o n t h r o u g he x a m i n a t i o n o f p h o t o so fs o y b e a nf a b r i co nt h ed r yr e l a x a t i o nc o n d i t i o nc o m p a r e dw i t h o n ea tw e tr e l a x a t i o n c o n d i t i o n ，s h a p e o fl o o pw a sf o u n dt oh a v ea n a p p a r e n tc h a n g e b ya n a l y z i n gl o o pm o d e lo nt h ed r yr e l a x a t i o na n dw e t r e l a x a t i o n c o n d i t i o n ，t h er e d u c e dp e r c e n t a g eo ff a b r i c d i m e n s i o nw a s f o u n dt oh a v es o m er e l a t i o nt oh e i g h to f w a l ea n dc o u r s es p a c eo ft h ed r y a n dw e tr e l a x a t i o nc o n d i t i o n so rt h ed i m e n s i o no fy a r n ，b u t h a v i n g n o t h i n g w i t ho t h e rf a c t o r s o n el i n e a rr e l a t i o ne x i s t sb e t w e e nf a b r i c t i g h t n e s sf a c t o rk o rl o o pl e n g t hf a c t o r1 1 2a n dt h et o t a ld e n s i t yo nt h e c o m p l e t e dr e l a x a t i o nc o n d i t i o n t h r o u g hs t u d yo nw e tr e l a x a t i o na f t e r h e a ts e t t i n g ，w h i c hi sf o u n dt ob ean e c e s s a r ym e t h o dt oi m p r o v ef a b r i c d i m e n s i o n a ls t a b i l i t y i nt h ef o u r t hc h a p t e rn o to n l yf o rs o y b e a nf a b r i cb u ta l s oc o t t o nf a b r i c o n el i n e a rr e l a t i o nw a sf o u n dt oe x i s tb e t w e e nh e i g h to fw a l ea n dc o u r s e s p a c ed u r i n gs t u d yo nf a b r i cs t r e t c h i n gp r o p e r t y a n di t w a sv e r i f i e db y m e a n so ft h el i n e a rr e g r e s s i o nm e t h o d b u tt h es l o p ei sc h a n g e dw i t ht h e n u m e r i c a lv a l u eo nt h eb a l a n c ec o n d i t i o n w h e nt h ed e v i a t i o nw h i c he x i t s f r o mt h es t r e t c h i n gc o n d i t i o nt ot h eb a l a n c ec o n d i t i o ni s o b t a i n e d ，t h e n t h ef a b r i cs h r i n kt r e n dc a nb e p r e d i c t e d t h ef i f t h c h a p t e rb r i e f l y i n t r o d u c e st h ek n i t t e c h n o l o g y o fe l a s t i c s o y b e a nk n i t t e df a b r i c ，a n ds t u d yo ne l a s t i c i t y i s e m p h a s i z e d d u r i n g r e s e a r c he l a s t i c i t yo fe l a s t i cs o y b e a nk n i t t e df a b r i ci sf o u n dt ob eb e t t e r t h a no n eo fe l a s t i cc o t t o n f a b r i c ；t h ee l a s t i c i t y i nc o u r s ed i r e c t i o ni s b e t t e rt h a no n ei nw a l ed i r e c t i o nf o rd o u b l ed i r e c t i o n a ie l a s t i cf a b r i c ；t h e m o r ep e r c e n t a g ee l a s t i cy a r no c c u p i e s ，t h eb e t t e re l a s t i c i t yi sa b o u tt h e s a m ec o n s t r u c t i o nf a b r i c ；t h el a r g e rd i m e n s i o no fn o ne l a s t i cy a r ni s ，t h e w o r s e e l a s t i c i t yi so nt h es a m ec o n d i t i o n 2 竺! 照墨 p o s t g r a d u a t e ： j i a n gy a n f a n g ( m a j o r t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f f e n gy u w e i k e y w o r d s ：q x 女g ni i 疑s 妊垫i 地堕l q 聪! l g 照l l i l x l ! ! h i 壁g 秘q 艟! x ， 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密回。 学位论文作者签名：再耗芳 日期：妒；年i p 月一日 指导教师签名：2 勿矽弟 日期：6 j 年c 月，日 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确 注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写 过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：稻绝j 日期：瑚；年i p 月坷日 第一章引言 第一章引言 大豆蛋白纤维是由我国科技人员独立研制并商业化生产的植物蛋白质 纤维，是再生蛋白质纤维的一种。它是从己生物去油的大豆残渣中提取球 蛋白并加入功能性的助剂来改变蛋白的空间结构，然后再通过湿法纺丝的 方法制成的。该纤维具有单丝纤度细( 0 9 - 1 5 d t e x ) 、强伸度高、耐酸性 好、吸湿导湿性好的特点，还具有羊绒般的柔软手感，蚕丝般的柔和光泽， 棉的吸湿导湿性，羊毛的保暖性等特点。经医学权威机构检测，大豆纤维 具有明显的抑菌功能，被专家誉为“新世纪的健康舒适纤维”。大豆蛋 白纤维的发展反映了未来新兴纤维的发展方向，所以对该纤维及织物的性 能进行深入研究，对其生产加工及发挥经济效益和社会效益具有重要意 义。( 2 ) 第一节大豆蛋白纤维的研究状况 一、国内大豆蛋白纤维的研究状况1 1 2 ) 我国在5 0 年代、7 0 年代曾分别对再生蛋白质纤维进行过初步的探索， 但未获成功。在9 0 年代，四川省曾对蚕蛹再生蛋白质纤维进行了研制， 制备纤维的方法有二种：一种是将蚕蛹蛋白与丙烯腈等单体接枝，再进行 纺丝，但未实现工业化生产，另一种是将蚕蛹蛋白与粘胶纺丝液混合进行 复合纺丝，已实现了小批量生产。另外，9 0 年代，上海东华大学、金山石 化曾对酪素丙烯腈接枝共聚物的纺丝进行过研究，但亦停留于理论探讨， 末见其产品；上海复旦大学和东华大学曾对再生丝素溶液的纺丝进行过研 究，亦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 质纤维进行深入系统的研究开发，于2 0 0 0 年3 月试纺成功，在国际上首 次进行了工业化试验，所生产的纤维单纤细度为0 8 5 1 0 和1 卜1 5 旦， 短纤维长度为3 8 m m 或7 6 m m 。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它优良性能，可纺性好，而且所用蛋白原料来源于农 作物副产品一大豆豆粕。 国内大豆蛋白质纤维的成功开发，引起了我国纺织界的关注，目前我 国一些企业、研究机构、大专院校都在积极开展技术研究和产品开发工作。 第一章引言 苏州大学材料工程学院对大豆蛋白纤维的针织加工性能、染整技术、产品 性能、产品花色品种等作了初步研究，摸索了大豆纤维与其它纤维混纺交 织物的结构与性能，尤其对纯纺及混纺交织物的针织染整加工技术与产品 质量之间的关系，积累了一些基础研究技术数据与生产实际经验。无锡明 丽雅针织时装有限公司、青岛华金集团股份有限公司、内蒙古鄂尔多斯羊 绒集团总公司等单位，开发试生产了一批新型大豆蛋白纤维及其与绢丝、 羊绒、差别化涤纶纤维、锦纶氨纶混纺交织针织面料及服装。东华大学对 大豆纤维针织物的导湿透气性进行了研究，并根据大豆纤维的特性研制开 发出一系列针织产品：山东青岛大学对大豆蛋白针织物加工作了初步研 究。大豆蛋白质纤维生产项目已于1 9 9 5 年被列入国家经贸委新产品试产 计划：1 9 9 6 年被列入国家科委火炬计划；1 9 9 8 年列入国家经贸委重点工 业品扩大出口专项规划；1 9 9 9 年列入河南省高新技术产业化重点项目。 二、国际上大豆蛋白纤维的研制水平、现状及发展趋势 国内外资料表明，国际上一些发达国家如美、日、英等国从事动、植 物蛋白纤维的研究有较长历史，近年来亦有报道。美国一所大学利用大豆 蛋白纤维制作塑料、薄膜、包装材料以及增强材料，但是作为大豆纤维纺 织服装面料至今尚未开发成功，因此我国大豆纤维纺织服装的研制生产在 国际上我国尚属首创，也增补了国内空白。 从国内外消费市场和时尚服装的流行趋势看，随着人们工作节奏的加 快，工作压力增加，越来越多的人们希望能在工作之余得到轻松、休闲， 故而崇尚自然、舒适美观、卫生保健的休闲服装的时尚得以风行，要求服 装具有“轻、柔、松、垂”等穿着舒适的休闲特点，这些因素促进、推动 了纺织纤维和服装布料的发展。目前，纺织纤维和服装布料发展的主要趋 势集中表现在三个方面：其一是，纤维素和蛋白质纤维类布料所占纺织面 料市场份额持续增加；其二是，吸湿导湿的服用舒适型的化学纤维将得到 进一步的发展，如中空纤维、聚乳酸纤维等；其三是，多组分差别化纤维 布料，由于融合了多种纤维的特点，将受到更多消费者的青睐。 再生大豆蛋白质纤维是另一种适合时尚需求的新型纤维，该纤维制各 原料源于大豆豆粕的植物蛋白，纤维属于再生蛋白质纤维，用该纤维制成 第一章引言 的布料保暖性好、吸湿导湿性好、服用出汗时不会粘身，穿着舒适凉爽、 抗皱性较好。因大豆蛋白质纤维中含有大量的氮基酸，故与人体皮肤的相 容性好；如在纺丝进程中添加杀菌、消炎、抗紫外线等的有机物，还具有 更好的功能性。根据服装布料发展趋势对纤维原料的要求和大豆纤维本身 的特点来看，大豆蛋白质纤维是一种迎合时代发展需求、受到消费者青睐、 很有发展前途的保健型的新纤维。 第二节大豆纤维针织物的尺寸稳定性 大豆蛋白纤维是我国近年来开发的新型纤维，对纤维及其织物的性能 研究仍处于初始阶段，因此本论文采用大豆蛋白纤维纱线与棉纤维纱线的 对比试验来研究大豆蛋白纤维及其织物的性能。 针织物的尺寸稳定性，历来是人们所关注的有关针织物的主要问题之 一。一般针织物结构的特点主要表现在延伸度高、初始模量较低、弹性回 复性能好和手感松软等。在纺织、染整后处理等加工工序中针织坯布受到 定程度纵向拉伸或横向扩幅，会引起变形。在洗涤及穿着过程中，针织 物线圈在织物纵、横向、甚至厚度方向会有不问程度的转移。主要表现在 织物经洗涤穿着后，尺寸发生变化。这- f - j 题直是消费者和生产厂商极 力关注的。直到今天，随着针织技术的发展，人们制订了各种标准和使用 了许多能定量控制针织物尺寸稳定性的仪器和技术，针织物的尺寸稳定性 得到了很大提高，但由于针织物生产过程中织物成形机理的复杂性，以及 不同织物原料和不同的后整理过程等因素的影响，针织物的尺寸稳定性仍 是不能完全得到控制。 一、纬平针织物尺寸稳定性理论的历史研究状态 国外从四十年代开始对织物尺寸稳定性进行了研究，提出了“松弛状 态”3 这一概念，但研究还处于启蒙阶段。五十年代期间对针织物尺寸稳 定性的研究取得了很大的进展，不少学者将实验研究与既定的线圈模型相 结合，既摸索到一套较完整的针对针织物尺寸稳定性测试的结构参数，又 对线圈模型的实用性作了验证，推动了对线圈模型的研究工作。其中 dl m u n d e n ( 5 对纬平针织物的几何形态及其特性的研究最为突出，所取得 的结论具有普遍意义。m u n d e n 指出一般织物在去除外力后，还要保持2 0 第一章引言 以上变形量，为了消除残余变形，提出了干松弛和湿松弛的两种平衡形态， 从而引出了全松弛状态概念。在干松弛状态下，织物消除应变状态的效果 要受到所用纱线和线圈组织结构制约。例如在干松弛状态下，毛平针织物 可基本上去除应变达到全松弛状态 6 ) ，而棉平针织物仍存在部分的应变。 在湿松弛平衡状态下，亲水性纱线织成的织物可消除在干松弛状态下保持 的应变，达到全松弛状态。这里m u n d e n 指出的湿松弛处理方式是静态的， 没有外力作用下的。除m u n d e n 之外，沙洛夫还提出了条件平衡状态概念。 他指出条件平衡状态是经过多次洗涤并在自由状态下干燥而得到的，此时 织物尺寸稳定性最好，这里指的洗涤松弛是动态的，是在外力作用下进行 的。针织物从不平衡状态过渡到平衡状态，主要由两个内力来完成：一个 是线圈中弯曲纱线的弹性力，这个力要使纱线伸直，改变线圈的外形，使 针织物达到平衡状态；另一个是纱线间的摩擦力，这个力阻止纱线在线圈 中移动，并使针织物在新的不平衡状态得到网定，直到全松弛时，才使针 织物达到条件平衡状态。在静态湿松弛状态，由于在湿的纱线之间存在着 很大的摩擦阻力，妨碍膨润针织物达到完全平衡状态。而在洗涤时，由于 外力作用在湿态针织物上，促使其能进一步克服摩擦阻力。一般来说在洗 涤达到五次以上时就可认为针织物己趋于条件平衡状态。在六十年代期间 松弛技术得到了推广，浸渍、汽蒸、搅动、振动等方式得到了验证，提出 了将适度的水洗和滚筒式烘干相结合是最有效的和容易复制的松弛方法。 在此期间织物尺寸稳定性的研究已并不局限于单纯的几何分析，而是尽量 与力学分析相结合，同时提出了线圈间纵、横向“挤紧”现象的限制条件。 八十年代前后英国国际棉纺学会的一些科学家提出“s t a r f i s h ”( g x l 0 方案 该方案用来预测棉织物的缩水及经整理后织物的单位重量。在方案中他们 对织物的松弛处理方式进行了一系列验证，证明了五次洗涤及滚筒式烘干 测得的数据对于预测棉织物的缩水是有效的，可取的。 二、纬平针织物线圈结构形态的理论研究状况洲“1 5 ) 从理论上分析模拟的线圈结构形态( 针织物组织单元的结构形态) 及 其参数对针织物尺寸稳定性的关系。最初是单纯从假定的几何形态考虑， 将针织物中线圈解释为二维或三维空间曲线。继而以经典力学的弹性理 4 第一章引言 论，分析在模拟线圈上所作用的力和力偶的位置和方向，导出处于“平衡 状态”的线圈几何结构，作为对针织物尺寸稳定性分析的依据。近年来， 提出针织物力学性质的综合能量分析，在最小能量及力和力矩平衡条件下 采用静态的数学等值方法，对松弛的针织物结构进行分析研究。 四十年代对纬平针织物线圈几何形态研究已有雏型，达利多维奇的纬 平针织物几何形态模型的特点是平面上的针编弧和沉降弧都呈半圆形式， 其间由两根圈柱相连。达利多维奇认为对烫平针织物，可认为其线圈处在 平面上，而对呈自由状态中的平针线圈则为三维空间曲线。钱伯伦 ( jc h a m b e r l a i n ) 的线圈模型是在达利多维奇线圈模型的基础上假定圈距 等于四个纱线直径而创建的。皮厄斯( f t p e i r c e ) 的线圈模型与达利多维 奇的模型不同的地方是针编弧和沉降弧都不是半圆，而是具有一定角度的 圆弧。这几种模型都是单纯以几何学假想线圈形态，未考虑到线圈上力与 力偶等平衡力的作用，且对其针编弧、沉降弧等各弧间空隙的假定没有确 切的依据。五十年代纬平针线圈模型得到了进一步发展。多伊尔( r j d o y l e ) 指出形成线圈的纱线受到复杂的弯曲力和扭力的作用力和弹性力的反作 用力，使之线圈结构中的纱线保持在一个三维空间中。一旦受到外力，织 物会变形，但当外力去除后，织物力图转换到其松弛的最小能量状态，即 使在种种摩擦阻力作用下不可能达到最小能量状态。里夫和格拉斯金 ( ga f l e a fa n da jg l a s k i n ) 认为皮厄斯模型中未曾考虑到线圈中线段 上扭力的连续性在线段中再分配与模型线圈的稳定性等问题，致使皮厄斯 模型不可能在稳定的针织物中出现。他们的模型假定平针织物的每一线圈 中的纱线中心线在针织物平面内投影的针编弧和沉降弧是由圆弧所组成， 模型具有在线圈的线段上扭力连续性的特点。但上述模型所计算的线圈长 度与实测的线圈长度相比，在大多数情况下要高于实际值。芒登 ( d lm u n d e n ) 在多伊尔的研究基础上对纬编平针织物进行研究，得出了 具有普遍意义的结论。他指出针织物的几何学基本上是对一个组成单元的 线圈几何学的研究。针织线圈处于一个三度空间中，成圈后的纱线力图回 复其伸直状态，但受到相邻线圈给予它相等和相反的反作用力而平衡在一 定状态中。为了适应这种变化，其上、下或左、右相邻线圈必会有较大的 第一章引言 弯曲，以使整个结构趋于进入最小能量状态或最小变形状态。由此，芒登 假设在松弛状态中针织物尺寸形态取决于其具有最小能量的线圈的外形， 该外形与线圈结构的几何特性有关，与纱线的物理特性或织入线圈内的纱 线长度无关。他还通过实验证实了所有松弛织物线圈形状具有相似性。 三、提高针织物尺寸稳定性的方法探讨 通过以往对棉织物尺寸稳定陆的研究( “可以看出，提高织物尺寸稳定 性的方法有以下几种： 1 、选用弹性好、缩水率低的纱线 我们知道天然纤维与合成纤维混纺能提高天然纤维纱线的强力，降低 其缩水率。因此选用混纺的纱线要比单纯一种成份的纱线更能提高织物的 尺寸稳定性。氨纶具有较高的弹性和回复性，在针织物中加入少量的氨纶 就可以改变织物的品质，制成的服装舒适合身，不易走样，并且尺寸稳定。 2 、合理确定上机工艺 根据需要选择针织物的组织结构，合理确定线圈的结构参数和上机工 艺。如在纬编组织中，加入衬经、衬纬组织；选用弹性好、收缩率低的纱 线，采用添纱和交织的方法进行编织，织物的弹性和稳定性都较好。 3 、合理选用整理工艺 如棉类针织物的防皱、防缩的树脂整理，天然纤维的生物酶整理，合 成纤维针织物的热定形处理等都能有效提高针织物的尺寸稳定性。 另外在生产过程中，对纱线和半成品进行一定时间的停放堆置，有利 于缓弹性变形的恢复，也是一种有效提高织物尺寸稳定性的方法。 第三节大豆纤维针织物的拉伸性能的研究 针织物在穿着过程中，随着身体的运动织物的尺寸会发生变化，从而 就会受到不同程度不同方向的拉伸。 针织物的拉伸分为单向拉伸和双向拉伸。单向拉伸是试样尺寸沿着拉 伸方向增加，而垂直于拉伸方向的尺寸则缩短。双向拉伸是拉伸同时在两 个垂直方向上进行，或者是在一个方向进行拉伸，而在与拉伸成垂直的方 n 月i j 强制试样尺寸保持不变。 拉伸时针织物试样的变形是由于结构变化的结果。这种尺寸上的改变 第一章引言 表现在尺寸在三向度量上有所增加或者减小，同样也可以用一些尺寸的增 加和与之同时产生的另外一些尺寸的减小来表示。由于拉伸变形时，针织 物的厚度的变化很小，因此，我们只着重研究针织物在平面上两个互成垂 直方向上的尺寸变化一沿着线圈纵行( 纵向) 和沿着线圈横列( 横向) 的 变化。 a c 达里道维教授1 7 曾将单向拉伸过程分为两个阶段：第一个阶段 由于圈弧伸直的结果，因此是带有弹性拉伸的特征：第二个阶段的特点是 纱线从些区段被拉到另外一些区段中而呈现拉伸，而且弹性较差，同时 在很大程度上影响到纱线与纱线滑动地方的磨损情况。但经过试验我们发 现上面提到的两个阶段不是一个跟着另一个出现，而是同时发生的。此外， 拉伸过程一开始除弹性伸长外，缓弹性伸长及塑性伸长也同时进行。 当针织物受到外力作用时，织物发生变形同时在织物中产生附加内 力，这个内力阻止外力改变线圈尺寸与形状。因此针织物的变形机理，我 们可以认为是变形前针织物线圈系统的内平衡遭到破坏而向新的平衡状 态的过渡过程。 第四节大豆纤维弹性针织物的弹性性能的研究 通过对国内外服装市场的研究可知，氨纶弹力针织物以其柔软、适体、 穿着舒适的特性而风糜世界7 x 1 8 ) ，深受广大消费者的喜爱。在针织物中添 加氨纶已成为一种时尚，它被大量用于各种运动衣、游泳衣、健美服、休 闲服、紧身衣等。由于大豆纤维优异性能更赋予了大豆弹性针织物独特的 性能。对弹性针织物的性能进行研究，了解织物性能的优缺点，在进行生 产时就可以扬长避短，避免引起不必要的损失，从而提高经济效益。 一、弹性纤维及织物发展历史 在弹性纤维及织物的发展历史上，最初的弹性纤维是指天然的橡胶 丝，后来又用乳胶丝，由于物理性能和寿命的原因，两者先后均被淘汰。 以后随着合成纤维的发展，开始使用聚酰胺或聚酯纤维等变形丝代替弹性 纤维来生产弹性纱线织物。虽然它的弹性不如橡胶丝，但其它服用性能大 大优于橡胶丝。2 0 世纪5 0 年代杜邦公司首先工业化生产出聚氨酯弹性纤 维，命名为“莱卡”( 1 y c r a ) ，国内称聚氨酯纤维为氨纶。聚氨酯纤维具有 第一耄葶 富 橡胶丝的商弹性，而且强力耐老化等性能优于橡胶魑，因而备受脊睐。2 0 世纪6 0 年代，氨纶工业商了较大的发展，世界各地建立了许多鳃纶厂， 健受需求蚤和制造技术静隈潮，氨纶产藿不大。到了2 0 藿纪7 0 年代，除 了杜邦公司外，其它氨鲶厂几乎没有新增设备。氨绘发展不大。从2 0 世 纪8 0 年 弋开始，由于氨纶包芯丝和镪覆技术豹开发，毽氨纶在袜子热工 和带类应用领域迅速扩大，氨纶产量惫增。到了2 0 键纪9 0 年代，随着经 济形势的好转，氨纶弹力织物开始了新轮的生产离潮，美、德、日等经 济发达国家纷纷扩大氨绘生产，鸯耍速黛纶弹力织物豹嚣发。妇令，出子纺 织，针织技术的不断发展，氨纶的应用越来越广泛，氨纶的需求岛产量也 一直保持增长趋势1 9 2 0 ) ( 2 。 二、癸蠖终缝蕊戆楚奔 聚氨酯纤维是一种商弹力的弹性体纤维，国际上称为“斯潘穗克斯” ( s p a n d e x ) ，我国称“氯纶”。它是一种嵌段共聚物，由软链段和硬链段 缝残。氮鲶攘其霖辩秘戏霹分受蒙醚黧秘聚酪垄嚣耱。 氨纶多为白色，不透明的消光型长丝，具有很商的伸长率和弹性。当 伸长5 0 0 ，回弹率为9 5 一9 9 ，其中褊段部分的分子量越大，纤维的 弹淫襄圈弹率越裹。予态强度必0 4 4 - 4 ) 8 8 d n t e x ，漫态强度受 o 3 5 08 8 d n t e x ，弹性模爨在伸长率为3 0 0 时为0 1 1 d n t e x 。耐疲劳性好， 在5 0 一3 伸长范囝内，经2 2 0 次m i n 拉伸收缩疲劳试验，w 耐1 0 0 万 次而不菠羹断裂，丽橡胶丝只耐2 4 露次。霹露分散染辩窥酸僚染辩或络 合染料染德，可耐多数黻和化学试剂勰x 2 孙。 纺织上威爰豹氮纶撵力丝青嚣葶申类型：氮纶橡熊及氯纶加王缝。根据 所用纤维袋纱线类型及蕊王方式的不阍，氨纶船工纱又分为包芯纱，包覆 纱或合捻纱。氨纶包芯纱是经氨纶棵媲作芯纱外屡包覆以不同的敞纤维， 氨绘包覆纱是撰经颈拉 枣弱氮纶弹力熊经奎0 锭予鼹孛心焉成为芯纱，锭 子上的纱线或长丝作为夕 包覆纱均匀螺旋状撼缠绕在氨纶上，然蜃同步卷 取而成。氨纶合捻丝是将经过预拉伸的氨纶丝与股( 或多股) 非弹性纱 线合莠，然慧撮据嚣要弱捻凄热捻瑟残。壤攥课题熬磺突嚣要，本文采弱 的弹性纱线为氨纶裸熊，使之与其它纱线进行交织。 嚣 第一章引言 三、加入氨纶后对织物的影响 近年来，随着外着服装的内衣化，运动装的流行，细支高弹纱交织的 针织品得到了广泛应用。以往穿着较为舒适的服装，是用不含高弹丝的针 织物4 制成，因为针织线圈能改变其形状，使之比机织物更容易适应人体 的活动。但此类针织物在弹性方面也存在着不足之处：( 1 ) 由于针织物的 特有组织结构的影响使得织物受到外力作用时，弹性变形具有明显的方向 性，纬向的变形要大于纵向的。( 2 ) 在针织物的弹性变形中，缓弹性变形 所占的比例较大，发生变形后需要较长时间才能使此变形回复。故此类织 物在穿着过程中易发生起拱现象。( 3 ) 针织物的保形性较差，穿着过程中 织物较易变形，尺寸不稳定现象较严重。 在此类针织物中加入弹力丝( 氨纶) ，可以克服上述的缺点，使这些 不足之处得到明显的改善。当氨纶以添纱方式加入针织物中后，织物纵、 横向的弹性都得到了很大地提高。当此弹力织物发生变形后( 此时的变形 主要是以急弹性变形为主) ，变形可以在瞬时得到回复，这样织物的尺寸 稳定性就得到了提高。弹性织物的弹性可适应身体的自由活动，从而满足 人们对服装穿着舒适贴体和保持外形不变的要求2 4 x 2 5 2 。 氨纶产品因其特有的舒适自如，弹性好，尺寸稳定及免烫等特点，受 到人们的欢迎，尤其是该产品具有的舒适功能，被列入2 l 世纪的保健纺 织品之列。并且氨纶弹力织物制成的服装价值高，市场好，开发这类弹力 织物的产品，具有广阔的前景和经济利益。 第五节本课题研究的目的与意义 大豆纤维是我国首度研制开发的新型纤维，纤维从开发到生产时间较 短，目前。对大豆纤维及其织物的结构与性能的研究刚刚起步，还需要做 大量的技术研究工作，才能使产品质量和数量上一个新台阶，为国家创造 更大经济效益。 因此，本课题对大豆纤维织物的结构与性能进行t n 试研究。以期找 出织物在尺寸稳定性、拉伸性能、弹力织物的弹性等方面的规律，可以对 大豆纤维织物生产提供借鉴，从而进一步完善大豆纤维织物的生产工艺， 促进大豆纤维织物大规模生产的工业化进程。 第二肇大豆纤维及其纱线的性能研究 第二章大擞纤维及其纱线瓣憋戆测试 第一节大豆蛋自纤维简介 一、大暇鬣白纤维的制造 大驻鬃自纤维是一种大凝撞物蛋白合成缀，出改性大豆蛋囱质和 蒙乙爝黪耀分子累台貉缀液，嚣者含量分裂为2 3 - 5 5 耧7 7 - 4 5 。褥 两种物质制成一定浓度溶液，混合后进行纺蠛而成的短纤维，工艺流 程如下( 1 ) ： 嚣2 + 1 丈豆纤维生产滚獠溅 二、太飘蛋白纤维的形态结构 题虢生产的再生大毁激自纤维为短纤维，具有柔和而光亮的淡黄 色泽，黧瑗垂交卷整装。终缳缀鑫裹嚣器禳截溪缝搀翌下踅， 第二豢大豆纤维及萁纱线熬矬藐研究 图2 2 大豆纤维纵、横向截面图 从图中可见，大豆鬃白纤维缎向不光滑，戴西垒不鬣噩| l 啜铃形， 在横截面上可观察到有微细的孔隙( 沟槽) 。 三、大豆终缭獒性施援橼 目前，我国生产的大豆蛋白纤维单丝细度为o9 1 5 d t e x ，长度为 3 8 m m 。现将1 ，2 7 d t e x 、长度为3 8 m m 单丝纤维的物理机械性能列于下 表： 袋2 1 检验项目实测值测试方法 攀纾缝线密度d t e x1 2 7g 8 t1 4 3 3 5 1 9 9 3 于断裂强度c n d t c x 4 2g 丑，r1 4 3 3 7 - 1 9 9 3 漫断裂强度c n d t c x3 9g b ，r1 4 3 3 7 1 9 9 3 干断袋律长率 l g 0g b t1 4 3 3 7 1 9 9 3 于断裂强力变异系数1 3 2g b 厂r1 4 3 3 7 1 9 9 3 轫娥模差迎m 掰4 7 0 0 1 3 密度g c m 。 1 2 8 密度梯度法 沸水收缩率2 2 予热牧壤率2 - 3 标准吸水率 7 4g b 厂r 1 4 3 4 l - 1 9 9 3 长魔i d i n3 85 3 g b ，r 1 4 3 3 6 - 1 9 9 3 卷鳇搴 1 6 5g b 露1 4 3 3 8 1 9 9 3 第二章犬蔑纤维及其纱线的性能研究 + 残鼹卷蘸率 0 s 8g b f f l 4 3 3 8 - t 9 9 3 弹性回复率 5 54g b 厂r 1 4 3 3 8 - 1 9 9 3 幼摩擦系数 0 2 3 5 绞盘法 静摩擦系数 0 2 8 7绞盘法 体积琵毫隧c 蛊舀 6 0 1 0 7g 8 ，r 1 4 3 4 2 1 9 9 3 质莹比电阻o g ，c m l 2 21 4 1 0 i og b ，r 1 4 3 4 2 - 1 9 9 3 质量比电阻l g p m 1 0 ，3 3g b t 1 4 3 4 2 - 1 9 9 本袁数摆由河南省纺织妻千维质量捡测中心提供 酉、丈露爨自纤维综会瞧筑译徐往霹 l 、大蕊缀白纤维的性能优势 纤维本身主要由大豆鬣自组成，是一种易生物降解的纤维。该纤 维单敛纲度细( 0 9 1 5 d t e x ) ，强伸度高。耐酸性较好，光泽好，吸湿 导漫蕊鲑，手惑柔教，爨驽擎缀毅熬手感，骚丝嫒兹柔窝竟泽，糖纤 维的吸滠母湿性及穿着舒遥控，羊毛酶傈疆髋。在纺丝进程牵，加入 杀菌消炎药物或紫外线吸收剂等可获得功熊憔，保暖性的大露灏白纤 维。 ( 1 ) 、啵漫、导湿缝 斑予大豆蛋自纤维在绣丝过程中霹懿形成大豆簧鑫覆分毒农野维 外层的皮芯结构，并且搬纺丝牵伸过程中，融于纤维表面脱水，取向 较快而傻纤维表面有沟槽，从而使纤维具有良好的导湿性。又因为蛋 自质分予中含寄大量的甄蘩、羧萋、羟基等滚水基团，从蔼使该绥维 其鸯楚好的疆澄。陡，其蔽瀵洼与穗禳当舔警滋透气毪远饶予稳，徐 芷 了大露纤维服装穿着的舒邂性。 ( 2 ) 、染色性 大驻蛋白纤维可用酸瞧染料、活性染料染也，尤其是采用活性染 耪染色效栗菱努，产燕羧怨鲜艳 嚣毒是泽，麓辩鏊爨辜凌又葵攀努。 2 、大溉凝自纤维存在的缺陷 国于大豆蛋白纤维本措里黄色，目p 使用漂白剂漂白也难以获得洁 白效聚，在染浅色或白色织物时是一个难点。并且该纤维耐漫热性差， 1 2 第二鬻大豆纤维爰其纱线斡性能研究 在染整加工过程中处理不当，易造成织物手感偏硬，染色后易暴露出 纤维结构的不均匀性。 并虽大驻蛋白纾维卷馥度较夺，瓣擦系数舔，纤维闻稔食力较差， 在形成织物时，线圈间纱线较易转移，容易产生线圈大