（纺织材料与纺织品设计专业论文）木棉基础产品的性能及工艺研究探索.pdf

华大学学位论文原创性声明 j t 。- 3 j = i j：|jjlirllfi iii lijifi f l lj f f i f l lj l l l l l l l jy 1814 5 0 7 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：炙妣 日期。力呻年7 月尹日 t ， 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。 保密曙在_ 乒年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：走孑d 卫 日期：砷年7 月铲日 指导教师签名：力j j ：；= l 孝留 日期：少- 年，月f 日 木棉基础产品的制造技术和性能研究 摘要 木棉纤维长度比较短，强度较低，表面较光滑，纺纱非常困难； 在絮料的应用上，也一直难以突破其传统手工铺絮、产品强度和弹性 回复性差的局限。本课题从开发新型天然纤维，充分利用天然纤维资 源出发，测试研究了合作企业研制的木棉纱线各项物理指标；用美国 产r a n d o ( 兰多) 气流成网机等设备试制了多种混比的木棉羽绒等 混纤絮料，总结出一套适合该类混纤絮料制作的工艺流程和工艺参 数；并用其中一部分絮料试制了系列枕头，对枕头进行了品质研究。 本文主要获得如下6 条结论： ( 1 ) 木棉棉混纺转杯纱的条干不匀率已经达到国标 f z t 7 1 0 0 5 9 4 针织用棉本色纱的二等品水平，但强力略低；木棉 棉混纺的环锭纱强伸性能可以达到国标f z 厂r 7 1 0 0 5 9 4 针织用棉本 色纱的标准，但纱线条干需要提高。 ( 2 ) 木棉棉混纺转杯纱的捻度有自然损失现象，捻度随时间 的变化规律为幂函数关系。 ( 3 ) 木棉棉混纺转杯纱和环锭纱的拉伸断裂强力与捻系数间存 在二次关系，分别在捻系数为4 8 0 和3 8 0 时达到强度最大。木棉棉 混纺转杯纱断裂伸长随着捻系数的增大单调增大，近似为线性关系： 而环锭纱断裂伸长与捻系数间存在二次关系，当捻系数为3 5 0 ，断裂 伸长最大。 ( 4 ) 本文总结了一套r a n d o ( 兰多) 气流成网机生产木棉羽绒 等混纤絮料的工艺参数，并提出一套更为可行的制作流程：粘结纤维 等化纤开松一与木棉、羽绒预混合一再混合喂给一气流成网机一烘房定 形。 ( 5 ) 通过对气流成网技术和热熔加固技术所制得的木棉羽绒等混纤 纤网分析，发现它有许多自身的优势，比如对木棉的高中空结构以及羽 绒的空间结构影响比较小；热熔粘合时的温度对木棉防虫、防螨等特性 不产生大的影响；纤网柔软舒适，手感比较好，并且没有化学试剂与人 体接触，符合人们追求天然、卫生的心理。 ( 6 ) 通过对木棉填充材料制作的枕头研究发现，当木棉含量大于 4 0 时，增加纤维间热熔粘合会明显改善枕头弹性和舒适性。 关键词：木棉棉混纺纱，捻度、强伸性能。r a n d o 气流成网机， 羽绒、絮料、枕头、主观评价 s t u d ya n de x p l o r eo nt h ep r o p e r t i e sa n d t e c h n i c s o fk a p o kb a s i cp r o d u c t i o n a bs t r a c t a san a u r a l ef i b r e ，k a p o ki ss h o r tf o ri t sl e n g t ha n dw e a ks t e n t h e n i t s s u r f a c ei sf l a tt o o ，s oi ti sd i f f i c u l tt ob eu s e di ns p i n n i n gy a r n i nt h eu s eo f w a dm a k i n g ，i ti sa l s od i f f i c u l tt ob r e a k t h r o u g ht h el o c a l i z a t i o no fw e a k s t r e n g t ha n dr e b a c k m e n tp r o p e r t i e st h es a m ea st r a d i t i o nw a d t h ep a p e r i sa i dt od e v e l o pan e wn a t u r a lf i b r ea n dt ou s en a t u r a ls o u r c es u f f i c i e n t l y s ow et e s t e ds e v e r a lp h y s i c a lt a r g e t s ；w ea l s om a d es e v e r a lw a d sw h i c h a r ed i f f e r e n ti nb l e n d i n gr a t e so fk a p o ka n dg o o s ef e a t h e rw i t ht h ea i r a i r - f o r m i n gt e c h n i c a la n dh e a ts t i c kt e c h n i c a l a sar e s u l t ，w ec o n c l u d ea t e c h n i cl i n ea n ds e v e r a li n d e x e s t h ep a p e ra l s om a d es o m ed i f f e r e n t p i l l o w sw i t ht h ew a d st h a tw ep r o d u c e d t h e nw ec a r r i e das u b j e c t i v e a s s e s s m e n tt og e ts i xc o n c l u s i o n s ，w h i c ha r e ( 1 ) t h ec vo ft h ek a p o k c o t t o nb l e n do e - y a mr e c h e st h er e q u e s to f t h es e c o n dl e v e lo fc o u n t r ys t a n d e r d ，b u ti ti sn e e dt oa p p r o v ei t s s t r e n g t h e n ；t h es t e n t h e no ft h ek a p o k c o t t o nb l e n ds p i n n i n gy a r nr e a c h e s t h er e q u e s to ft h es e c o n dl e v e lo ft h ec o u n t r ys t a n d e r d ，i ti sn e e dt o a p p r o v et h e c v ( 2 ) i tc a nb ef o u n dt h a tt h et w i s tc h a n g er e g u l a r l yw i t hm a t u r i n ga n d r e l a xt i n gt i m eo fk a p o k c o t t o nb l e n d e do e - y a m t h el o n g e rm a t u r i n g a n d r e l a x t i n gt i m e ，t h el o w e r t w i s t ( 3 ) a tf i r s t ，t h es t r e n g t h sg r o ws o s t e n u t oa c c o m p a n i e db yg r o w i n g o ft w i s tm u l t i p l i e r , a n dt h e nt h e yr e d u c ea f t e rt h eh i g h e s tp o i n t t h e t r e n g t h sr e a c hap e a k i n4 8 0t w i s tm u l t i p l i e r a tt h es a m et i m e ，t h e e l o n g a t i o na tr e a kg r o w sa l lt h et i m e t h es t r e n g t h - e na n de l o n g a t i o no f s p i ny a r ng r o ws o s t e n u t oa c c o m p a n i e db yg r o w i n go f t w i s tm u l t i p l i e r , a n dt h e nt h e yr e d u c ea f t e rt h eh i g h e s tp o i n t t h es t r e n g t h so fs p i ny a r n r e a c hap e a ki n38 0t w i s tm u l t i p l i e ra n dt h ee l o n g a t i o nr e a c h e si t sp e a ki n 3 5 0t w i s t ( 4 ) w ea n a l y s e ds e v e r a li n d e x e so fk a p o ka n dg o o s ef e a t h e rb l e n d e d f i b r e sw a d sw h i c hw e r em a d eb yr a n d om a c h i n e a tl a s tw ec o n c l u d eam o r e p r o p e rp r o d u c i n g l i n ew h i c hi sm o r ef i tf o r t h es a m ew a d m a k i n g ( 5 ) w ef i n ds o m ep r e d o m i n a n c e st h r o u g ht h ea n a l y s e so fk a p o ka n d f e a r h e rb l e n d e df i b r e sw a dm a k i n g 谢ma i r - f o r m i n gt e c h n i ca n dh e a ts 比k t e c h n i c s u c ha saw e a ka f f e c t i o nt ot h eh i g hh o l l o wo fk a p o kf i b r ea n d c o n s t r u c t i o no ff e a t h e r , b e c a u s et h el o wm e l t i n gw h e a t h e r , t h ep r o p e r t i e so f a n t iv i r e so fk a p o ki sn o td i s t r a c t e d t h ep a di sa l s os o f ta n dw e l lt o u c h i n g i t i sa l s of i tf o rt h ri d e so fn a t u r a la n dm e d i c i n et o p e p l eb e c a u s et h e r ei sn o c h e m i c a l ss p o t ( 6 ) w ef i n d t h a tt h er e b a c k m e n ta n dc o m f e r t a t i o na p p r o v e dv e r y m u c h e s p a c i a l l yw h e n t h ek a p o kc o n t a m i n a t i o nr a t ei sb i g g e rt h a n4 0 z h a ok o n g w e i ( f i b e rs c i e n c ea n dt e x t i l ed e s i g n ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rw a n g f u m e i k e yw o r d s ：k a p o k c o t t o nb l e n d e dy a r n , t w i s t ，s t r e n g t h e na n dd o n g a f i o n p r o p e r t y , r a n d oa i r - f o r m i n gt e c h n i c ，g o o s ef e a t h e r , 嘲p i l l o w , s u b j e c t i v e 目录 第一章绪论1 1 1 本课题的研究背景和意义1 1 1 1 研究背景。l i 1 2 开发木棉的意义2 i 2 木棉的简介3 1 2 1 木棉植物简介3 1 2 2 木棉纤维简介4 1 2 3 木棉纤维的研究和应用历程6 1 3 本论文的研究内容和方法9 第二章木棉棉混纺性能的测试分析1 0 2 1 实验设计1 0 2 1 1 纤维原料1 0 2 1 2 纱线研制1 0 2 1 3 纱线设计1 1 2 1 4 混纺纱性能测试方法l l 2 2 木棉棉混纺纱的性能分析1 2 2 2 i 混纺纱条干不匀率“1 2 2 2 2 混纺纱疵点1 3 2 2 3 混纺纱的毛羽1 5 2 2 4 混纺纱的强伸性能1 6 2 3 混纺纱线的强伸性能随纱线捻度的变化关系1 7 2 3 1 加捻对转杯纱强伸性能的影响1 9 2 3 2 加捻对环锭纱强伸性能的影响2 0 2 3 3 木棉棉混纺转杯纱的退捻现象2 1 2 4 本章小结_ 2 3 第三章木棉羽绒等混纤絮料的制作技术研究2 4 3 1 原料选用2 4 3 2 制造设备选用2 8 3 2 1 r a n d o 气流成网设备的标准生产线简介2 8 3 2 2 木棉棉羽绒混县纤絮料的生产工艺流程和设备考察研究2 9 3 3 主要工艺参数研究3 0 3 4 新型木棉羽绒等混纤絮料样品制作的优点3 3 3 4 1 成网方式上的优点, 3 3 3 4 2 固结方式上的优点3 4 3 5 本章小结, 3 6 第四章木棉枕头的品质研究3 7 4 1 木棉枕头的制备3 7 4 2 木棉枕头的主观评价方法3 9 4 3 木棉枕头的主观评价结果4 0 4 4 评价结果分析4 0 4 4 1 数据处理的方法4 0 4 4 2 数据处理后的结果4 2 4 5 实验结果分析4 3 t o - 4 6 本章小结4 5 第五章结论与展望4 6 5 1 结论4 6 5 1 1 木棉棉混纺纱性能- 4 6 5 1 2 木棉羽绒等混纤絮料的制作4 6 5 1 3 木棉枕头的品质分析4 7 5 2j 畏望4 7 东华大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题的研究的背景和意义 1 1 1 研究背景 在人类的发展史上，绝大部分时期是以天然纤维，尤其是棉、麻、丝、毛 等天然纤维占主导地位。但是近几十年来，随着人类对纺织纤维消耗量的飞速 增大、耕地面积的相对缩小，天然纤维在纺织服用领域的比重明显降低，相应 以石油为主要原料的化学纤维的消耗量有了飞速的增长，并且也因为化学纤维 自身的一些高强度、高弹性、洗可穿、耐磨等优良性能，在一段时间内曾颇受 人们的欢迎。但是化学纤维也有自身的缺点，合成纤维很明显的一项缺陷便是 穿着舒适性较差，人类对其改性做了许多的努力，但是到目前还很难达到天然 纤维面料的舒适、自然水平。同时，随着石油资源锐减、化纤原料成本上升等 问题的日益严峻，人类不得不再一次踏上了寻找新型可再生纤维资源的漫漫征 途。例如：美国杜邦公司利用玉米制造p l a 纤维，欧洲的考陶尔公司、兰精公 司利用木材等天然物质制造天丝、m o d e l 纤维，日本则着力研究香蕉纤维、椰 子纤维和废弃纺织品的再利用。 正是在这种形势下，国内开始了对木棉纤维的研究。木棉纤维的应用在我 国有着悠久的历史，但是对于现代纺织而言，人们对它并不很熟悉。在古代它 是填充被褥和枕头的原料，也偶有湿法纺纱的记载，但是它的比重特别轻、易 飞花、纤维长度比较短、表面光滑抱合力低，难以成纱，进入工业化纺织时代 后，就很少再被大量应用。但木棉纤维独特的形态注定它有广阔的应用前景。 比如木棉纤维有着高达8 0 的高中空，使得其他纤维难望其项背；纤维表面覆 盖一层蜡质，具有天然防潮的优良性能；纤维细柔，且有着优美色泽，适合开 发各种服用面料；天然防螨，也是各种絮料制作材料的优良之选。尽管木棉有 着这么多独特的优良性能，但迄今为止，它还主要作为中低档填充材料和浮力 材料，在纺织服用领域上尽管已经有了长足发展，但还远远没有充分发挥其内 在的优势。本课题从开发新型天然纤维，充分利用天然资源出发，进一步研究 木棉这一被纺织业忽略的天然绿色植物纤维，挖掘其潜在优势，使木棉纤维更 东华大学硕士学位论文第一章绪论 充分的应用到高档纺织品上来。 1 1 2 开发木棉的意义 木棉在我国广东、福建、云南等省份都适合栽培，木棉科的许多树种具有 观赏价值，可作为园林绿化树种使用，还有几种可作为纺织用；但我国对木棉 科植物尚未进行过引种培育方面的研究，木棉科的园林绿化树种资源远未得到 充分利用。目前我国在云南已有大面积种植基地，开发种植木棉的意义如下： ( 1 ) 符合当前纺织品发展趋势。在漫长的历史发展过程中，天然纤维一直 是纺织品的主打原料，但在近些年由于其量的增长困难使化学纤维的使用量增 加，天然纤维的比重有所降低，但是就目前来看，在相当长的历史时期内，天 然纤维将依旧处于它的受欢迎的主导地位。尤其近年来，随着人们生活水平的 提高，人们对纺织品的要求越来越高，更加倾向于天然舒适，面料追求轻薄、 柔软、保暖，絮料如枕头填充材料等，也希望它有透气、隔潮等天然效果。木 棉纤维作为一种天然纤维，高中空、柔软、防虫防霉，有温和的药效，能符合 当今绿色环保纺织品的这一发展趋势，已体现出良好的发展前景。 ( 2 ) 有效利用天然纤维资源。在过去的几十年来，人类对以石油为主要原 料的合成纤维的消费量增长非常之迅速，如果长此以往，对原本面临短缺危机 的石油等不可再生资源而言，无异于雪上加霜。大范围内开发和利用天然资源 或可再生天然植物资源，从社会持久发展、平衡发展上讲是符合发展趋势，从 更合理的利用自然资源上讲，这也是一项迫在眉睫功在长远的事情。开发木棉 产品在一定程度上可以减少纤维原料对石油资源的依赖，为良性的可持续性发 展贡献力量。 ( 3 ) 带动贫困地区致富。如今“农村、农民、农业 问题已是牵动国家重 大决策的深刻社会问题，扶贫工作甚至作为重点国策提到日程上来。我国的西 南地区是该政策的重点实施地域之一，而西南地区恰恰是木棉的优良产地之一。 我国云南等几省的山区很适合木棉科植物生长，大面积种植木棉不仅可以开垦 荒山，改善生态，而且不侵占耕地，符合当地的退耕还林政策和科学种植布局 规划。种植木棉可达到三个效果：“生态林、景观林、经济林”，从理论上讲， 这都可以作为纺织生产的原料保证。 ( 4 ) 具有政策优势。我国纺织行业还属于高劳动力密集型行业，上世纪九十 2 东华大学硕士学位论文第一章绪论 年代持续数年的行业萧条对国民生产有深刻的影响。这一方面与我国的纺织技 术普遍不高有关，另一方面，也是因为国内国际环境的综合影响。我国纺织品 出口在量上处于压倒性优势地位，质量也不断提高，这对其他国家的冲击非常 之大，因而出口配额就受到了多方面苛刻的限制，纺织原料便是贸易壁垒中不 可回避的一条。但以木棉为主要原料生产的纺织品，开创了一种新天然纤维高 附加值利用的先河，还没有一个国家明确提出对这种纺织品的限制，可以不受 任何限制销往全球任何地方，这对饱受制约的我国纺织品出口将是个极大的有 利因素，对出口创汇、占领国际市场份额、打破贸易壁垒以及向国外展示我国 的纺织科技方面起着巨大的推动作用。 1 2 木棉的简介 1 2 1 木棉植物简介 木棉科( b o m b a c a c e a e ) 约有2 0 属、18 0 种，主要分布在热带地区，主产热带 美洲。我国仅产l 属2 种，另j b 弓1 种栽培了6 属7 种左右，如表1 - 1 所示【1 1 【4 】【9 】。 表1 - 1 我国现有的木棉科植物种类及分布 属别种名学名 别名原产地我国分布 磊奎 b o m b a x 木棉。m g a 螂l a b 锄a r i 山c u m 璐毒篓篓嚣嚣我国焉募警 木棉属 望型塑塑竺生 有 异木棉属异木棉洲絮f 洒s a 崩漂磊南美洲 海南省无 3 东华大学硕士学位论文第一章绪论 木棉属被子植物门、双子叶植物纲、锦葵目、木棉科植物。从系统关系上 看，木棉科与锦葵科很近。在1 9 世纪后期的英国边沁和虎克的有花植物系统中， 还没有木棉科，它的各属都被归在了锦葵科内。后来在植物学家哈钦松【3 】的分 类系统中，木棉科与锦葵科分了家，把木棉科归入田麻目( 锻树目) ，锦葵科则 归入锦葵目。在现代一些分类系统中，两个科都属于锦葵目【4 】。 在上述的7 属中，真正能够用于纺纱的主要是木棉属的木棉种和吉贝属的 吉贝种。其它各种的要么在我国不结果【5 】【6 】【7 】【8 1 ，要么是果实内绵毛纤维韧性差、 无弹力，不能够纺纱使用。 在历史上由于认识上的局限性，木棉的分类还存在一些歧义，我国古籍中 木棉之名大量见于文献，但是所指却是名目繁多。有的指草木棉，有的指树木 棉，还有指代一种高大的落叶乔木【9 l 一也就是我们今天常说的“木棉”。 现代植物学上的木棉，又称为“斑枝花”或“攀枝花，花开时候灿若朝霞， 有英雄树和红木棉的美誉。古籍中称为“交广木棉”或“粤中木棉 ，草木棉指 的是如今的大路棉，而树棉已经很难看到。 1 2 2 木棉纤维简介 木棉纤维生长在木棉树蒴果内部，附着在种子上，有白、黄和黄棕【1 6 1 z 种 颜色。木棉纤维属单细胞纤维，其形态结构如图1 1 和图1 2 所示【l 】。 图1 - 1 木棉纤维的横截面电镜照片 图1 - 2 木棉纤维的根端电镜照片 木棉纤维纵向外观呈圆柱型，表面光滑，不显转曲；光泽好。截面为圆形 或椭圆形，中段较粗，根端钝圆，梢端较细，两端封闭，截面细胞未破裂时呈 气囊结构，破裂后纤维呈扁带状。细胞中充空气。纤维的中空度高达8 0 - + 9 0 ，胞壁薄，接近透明，因而相对密度小，有非常好的浮力，纤维块体在水中 4 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 可承受相当于自身2 0 3 6 倍的负载重量而不致下沉【1 9 1 。 木棉纤维的物理性质： ( 1 ) 分子量 1 9 9 1 年，o k s u n m o n u 2 0 1 通过溶解纤维测定溶液粘度的方法测得尼日利亚 木棉纤维平均相对分子质量为2 9 6 x 1 0 6 ，根据棉纤维素链节的相对分子质量( 为 3 2 4 ) ，算得木棉纤维聚合度大约在1 0 0 0 0 左右，和棉纤维相当。 ( 2 ) 结晶度 1 9 8 1 年，k u n i o 2 1 1 等用d s c 分析了吉贝木棉纤维素纤维中的大分子链直接 结合水( b o u n dw a t e r ) 的含量，同时采用x 射线衍射法测得木棉纤维的结晶度 为3 3 ，而亚麻为6 9 ，棉为5 4 。 ( 3 ) 长度和细度 关于木棉纤维的长度和细度指标，由于木棉的种类很多，不同文献所采集 样品的差异而有所不同，但还是有相对稳定的范围。木棉纤维长度8 3 4 m m ， 纤维中段直径1 8 - - - - 4 5 t m ，平均3 0 - - 一3 6 f t m ，壁厚o 5 - - 一2 1 u n ：纤维细度为0 9 - - - 3 2 d t e x 。木棉纤维的密度也因地域和种类不同而有差异【1 7 1 8 j 【吲。b m d d a n d a 所用尼日利亚木棉的单纤维密度仅为0 2 9 9 c 1 n 3 ，而l y m w a i k a m b o 2 2 1 用密度 法所测木棉纤维的绝对密度( 不包括空腔) 为1 4 7 4 9 c m 3 ，体积密度为0 3 8 4 9 c m 3 ，而棉的体积密度为1 5 3g c m 3 。 ( 4 ) 其它物理性能 木棉纤维回潮率为1 0 7 3 ，和丝光棉1 0 6 相当；纤维的平均折射率为 1 7 1 7 6 1 ，比棉的1 5 9 6 1 4 略高【1 8 】；木棉纤维的相对扭转刚度为 7 1 5 x 1 0 4 c n e m 2 t e x 2 ，比玻璃纤维的还大2 2 1 。 木棉纤维的化学性质： ( 1 ) 化学成份 1 9 8 1 年，o k s u r l m o n u 2 9 1 采用化学试剂溶解的方法研究了爪哇木棉纤维的 化学成分，确定其主要成分为纤维素、木质素和木聚糖；1 9 8 6 年，f e n g e l d 【2 3 】 和a l k ag o e 2 卅得出了类似的结论，表明木棉纤维纤维素的含量约占6 4 左右， 木质素约占1 3 ，此外还含有8 6 的水分、1 4 3 5 的灰分、4 7 9 7 的水溶性物质和2 3 2 5 的木聚糖以及o 8 的蜡质。f e n g e l d 同时表明木 5 东华大学硕士学位论文第一章绪论 棉的表面性能受其外壁的矿物含量的影响。 1 9 9 4 年s e m i s h r a t 2 5 】研究的木棉纤维的化学组成为6 4 纤维素，2 3 半纤 维素，1 3 胶质和木质素。同时实验表明木棉纤维经素煮练后重量降低1 7 5 ， 比棉纤维高得多；漂白后重量减轻3 6 。之所以重量减轻这么多是因为纤维中 含有较多的胶质，经煮练和漂白后，这些胶质基本上都已经去除。 而1 9 9 7 年pb h a m ai y e t l 2 6 1 用红外光谱法测得木棉纤维中纤维素的含量为 5 4 3 。 ( 2 ) 染色性能 s e m i s h r a 【2 6 】和a l k ag o e 【2 刀研究了木棉纤维的染色性能，研究表明木棉纤 维可用直接染料染色，染色时染料和纤维的作用主要发生在氢键之间，而羟基 中的六个碳原子对氢键的形成有较大的影响。因为木棉纤维含有大量木质素和 半纤维素，在染色过程中，它们和纤维素相互纠缠及它们自身的分子力导致部 分羟基被氧化或被阻止，这使纤维素的染色性能受到影响；同时不同染剂的分 子结构大小也会影响上染率。结果表明木棉纤维的上染率为6 3 - - - 8 8 ，比棉 纤维低1 0 1 5 左右。 ( 3 ) 耐酸碱性 1 9 9 2 年o k s u n m o n u 2 9 的研究表明木棉纤维不溶于冷或热的四氯呋喃溶 液、间甲酚、二甲替酰胺、丙酮、二氯甲烷和苯溶液，却溶于冷或热的浓硫酸 溶液和热的氯化锌溶液；用铜铵纤维素处理后有8 0 的纤维被溶解，剩下木质 素、胶质和其它杂质。 1 9 9 8 年，王卫华3 9 1 等通过溶解的方法研究了在木棉涤纶无纺布中攀枝花 木棉含量的鉴定方法，研究得出木棉纤维溶解于3 0 下7 5 的硫酸、l o o 下 的6 5 的硝酸、部分溶解于1 0 0 c 下的3 5 的盐酸。1 9 9 9 年，a l k ag o d 2 7 】等研 究也表明木棉纤维具有良好的化学性能，其耐酸性好，常温下稀酸对其没有影 响，醋酸等弱酸对其也没有影响，且木棉纤维耐碱性能良好，常温下n a o h 对 木棉没有影响。 1 2 3 木棉纤维的研究和应用历程 木棉纤维的用途主要就集中在如下几个方面： ( 1 ) 服装和家纺面料 6 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 木棉纤维长度较短，强度较低【1 5 1 ，表面较光滑，抱合力差，纺纱比较困难。 中国古代曾使用湿纺方法生产木棉纱布，现在广东尚有木棉布实物遗存【2 9 1 ，但 此后很少用于纺织。 最近十几年随着科学的发展和纺纱技术的完备，木棉纤维的可纺性逐步受 到重视，不断有报导出现。1 9 9 2 年o k s u n m o n u 最早用转杯纺纱技术纺出木棉 和棉的混纺比为6 0 4 0 和5 0 5 0 的纱线，该混纺纱光泽较好，但强力比棉低得多， 其它很多性能也不如棉，可用于对纱线强力要求不高的领域。 2 0 0 3 年，b m d d a n d a 2 1 】等人通过气流转杯纺方法在常规纺纱条件下以一 定比例的木棉和棉混纺，混纺比分别为棉和木棉8 0 2 0 ，7 0 3 0 ，6 0 4 0 ，5 0 5 0 ， 所纺纱为3 5 t e x 和4 0 t e x ( 1 6 5s 和1 4 5 s ) ，研究了木棉纤维的可纺性能及不同混 纺比例下纤维的机械力学性能。研究表明，木棉纤维可以和棉纤维、粘胶等纤 维素纤维通过转杯纺以一定比例混纺，其混纺比例最高可到5 0 ，可以作为纬 纱使用。随着木棉含量的增加，由于木棉低的强力较低及光滑表面使得纤维间 滑移增加，导致混纺纱强力降低、断裂伸长增7 3 1 1 ；由于木棉轻，导致不能在转 杯附近均匀积聚使得混纺纱纱疵增加、条干不匀率增加。同时棉和木棉混纺纱 可以大大降低原料成本。 到了2 0 0 4 年，在东华大学以王府梅教授为首的课题组内的研究成果，已 经使得木棉转杯纱线能够进行工业化生产，混纺纱线中木棉的含量最高可以达 到7 0 以上，甚至可达1 0 0 ，所产纱线已经在针织保暖类面料上大量应用。 2 0 0 5 年，高混纺比的环锭纱线也正式批量生产，各种服用类型的面料也随 之进行了广泛的研究。这些采用与棉、粘胶或其他纤维素纤维混纺纱线而制成 的面料有着优美的视觉效果和良好的手感。是轻型面料的发展趋势。 ( 2 ) 中高档被褥絮片、枕芯、靠垫等的填充材料 木棉纤维还有一些优异的特点，即不吸潮，不易缠结、防虫、卫生，非常 适宜于褥垫和枕芯，在潮湿气候下或潮湿地区，这些特点非常重要，是良好的 填充材料，也是任何人工合成的填充料都无法相比的。因其纤维内贮有一定数 量的气体，不易被水沾湿，质轻而有漂浮力，所以用它做枕头、垫褥时，松软 而不易压实，特别在胞壁未破裂前，由于气囊状纤维形态、可获得良好的保暖 效果，块体压缩时，单位重量体积可达5 6 9 e r a 3 【l l 】【3 2 】左右；不过压缩弹性有点 差，尤其在湿热环境和反复持久压缩下细胞破裂，蓬松性会有所降低，填充料 7 东华大学硕士学位论文第一章绪论 容易被压扁毡化，随着使用时间的推移，产品的柔软舒适性和保暖性衰减较快， 而且被褥絮片强力低，局部会出现破洞。2 0 0 4 年，东华大学开发出“持久柔软 保暖的木棉絮片的制造技术”，利用该技术制造的木棉絮片的强度、压缩弹性、 保暖性能的持久性都可与目前的七孔、九孔涤纶絮片媲美，而且在柔软度、吸 湿透湿性和绿色环保性能等方面具有涤纶絮片无法比拟的优势，制造成本不超 过涤纶絮片。用它制作的被褥很轻，便于携带，在海边湖边旅游者可以躺在木 棉褥上漂浮、做日光浴，由于木棉纤维不吸水，上岸后稍加晾晒木棉褥就可用 于夜间露宿。 ( 3 ) 浮力材料 1 9 4 6 年，美国海岸警卫队对木棉、玻璃纤维、c a t t a i l 、m i l k w e e d s 等天然纤 维集合体进行了浮力试验，得出木棉是其中最佳的浮力材料3 0 】【3 1 】；1 9 8 2 年，又 对木棉和p v c 、p e 等泡沫塑料填充的救生衣进行了实际试穿试验，证明泡沫 塑料救生衣在穿用中的破损而被废弃来自老化，而木棉救生衣则不存在此问题， 具有独特的优势。另外也有研究表明【2 8 】，爪哇木棉在水中能产生自身重量2 0 - - 一 3 0 倍的浮力，且不吸水，在水中浸泡3 0 天，浮力仅下降1 0 ，干燥后浮力可 恢复如初，所以木棉纤维是制做救生圈、救生衣等水上救生用品的高级原料。 我国军方也对木棉纤维和泡沫塑料的浮力、浮力损失率及压缩性能进行了研究， 并决定选用木棉作为军用救生衣的浮力材料。有关木棉纤维混合材料的浮力及 保持性、压缩性能及絮片的力n - r _ 性能也有研究。 ( 4 ) 隔热和吸声材料 由于木棉纤维聚含量大、导热率低、吸音效率高，目前在世界各国的工业 上，已广泛用作隔热隔音的理想优质材料，如房屋的隔热层和吸声层填料【3 4 1 。 1 9 9 8 年，德国d r e s d e n 技术大学开发了木棉一毛复合隔热保暖建筑用材料【3 4 1 ， 试验证明该材料比单独的毛纤维隔热材料有更好的吸声性和热滞留性。 ( 5 ) 吸油材料 目前已经商品化的吸油材料主要有木棉纤维、聚丙烯( p p ) 无纺布和凝胶化 剂，其中木棉纤维是最早使用的吸油材料，所占市场份额最大，约占天然系吸 油材料销售量的8 0 。它具有很高的吸油性，可吸收约3 0 倍自重的油，是聚丙 烯纤维的3 倍，对植物油、矿物油，无论是水上浮油还是空气中的油分都能吸 东华人学硕士学位论文第一章绪论 收【3 6 1 。 ( 6 ) 增强材料 木棉还可以用作复合材料的增强体。1 9 9 9 年，l e o n a r dy m w a i k 锄- u u 4 6 将木棉棉织物作为增强体应用到复合材料中去，先把木棉棉织物经过酸性或碱 性处理，加入到马来酸酐接枝的聚乙烯树脂中，结果表明复合材料有更高的挠 曲强度和柔性模量，木棉棉增强体可以在较少纤维含量情况下达到玻璃纤维增 强体复合材料的效果。l e o n a r dy m w a i k a m b 0 9 3 6 】还指出木棉等植物纤维经过碱 化改性后加入到复合材料中，可以提高复合材料中基质和增强体之间的粘合力， 从而增加复合材料的机械性能和热稳定性。 1 3 本论文的研究内容和方法 木棉纤维以往主要应用在填充材料、浮力和吸油材料，近期在纺织品上的 应用上有了突破性进展，根源是两项基础产品制造技术的突破，第一是木棉纺 纱技术；第二是木棉絮料制造技术。 本课题围绕上述两项基础产品进行如下3 方面的基础研究： ( 1 ) 木棉纱线性能研究，测试分析目前批量生产的木棉转杯纱、试生产的 木棉环锭纱的各项性能，包括条干、疵点、毛羽、强度、强度随捻系数的变化 关系以及转杯纱线的捻度损随时间变化的关系。 ( 2 ) 木棉混纤填充材料制造方法研究。针对木棉轻、短、梳理成网后纤维 中空度等优良性能受损等特点，选用美国产r a n d o 气流成网机制作木棉填充材 料，其产品比传统填充材料蓬松、柔软、持久保暖回弹，本论文安排一章篇幅 试验研究木棉纤维的新型填充材料的最佳工艺流程和工艺参数。 ( 3 ) 用上述试制的木棉填充材料制作了系列枕头，请多名2 5 - 3 2 岁的青年 人实枕评价各枕头的舒适性，对评价结果进行处理分析，找出更佳合理的枕头 填充材料制作方案、最佳纤维混比等工艺参数。 9 东华人学硕上学位论文第二章木棉棉混纺纱性能的测试分析 第二章木棉棉混纺纱性能的测试分析 木棉纱线在我国有很久远的历史，我国古代就有采用湿法生产的木棉布。但 是由于木棉纤维比重轻、长度短、抱合力差，可纺性能差，在宋元以后，随着棉 花的广泛种植，木棉渐渐退出纺纱的舞台。 近年来，随着人们对纺织材料回归自然、发展循环经济意识的强化，以及纺 纱技术的不断进步，木棉纤维作为一种天然纤维在纺织服用领域有了突破性的进 展。木棉转杯纱线已能够批量生产，并且木棉含量能达到7 0 以上；同时木棉 含量5 0 以上的环锭纺纱线目前也取得突破性进展，可以大量生产，本章利用 合作工厂生产的木棉纱线，测试分析其条干、毛羽、强伸性能、捻度等品质性能。 2 1 实验设计 2 1 1 纤维原料 试验转杯纱和环锭纱采用木的棉纤维均为印度尼西亚爪哇木棉，纤维细度 0 6 5 d t e x ，纤维主体长度1 6 咖，直径2 2 1 a m ，中空度达8 0 - - 一9 0 。混纺的棉纤 维有二级棉、一级棉、长绒棉和普通级别棉花。 2 1 2 纱线研制 木棉纤维通常短于3 5 r a m ，适用于棉型纺纱机。但木棉纤维表面光滑，摩擦 系数小，长度不匀率大，线密度不匀度也大，纤维体积重量太轻容易飞花，在常 规的棉型转杯纺纱机上难以成纱。2 0 0 2 年4 月木棉纱线开始试纺，到2 0 0 3 年3 月只能生产出木棉含量2 0 的混纺纱；对纺纱机器前后道进行部分改造后【1 1 ，木 棉含量可提高到5 0 ，但纱支只能纺到1 2 s 。 此后，工厂与东华大学的教授、研究生进行学术探讨，从木棉的物理和化 学性质着手，进行了更为细观的研究，针对木棉纤维自身的特性，认识到传统的 纺纱工序在纺制木棉纱线上的局限性，于是对气流纺生产线又进行了的大规模改 造，同时开发出木棉纤维的预处理技术，使混纺纱的木棉含量大幅度提高，达到 木棉7 0 、棉3 0 ；支数从1 2 s 提高到2 l s 。并纺出细度1 6 s 、木棉含量1 0 0 的 木棉纱，含6 7 木棉、3 3 棉的3 2 s 混纺纱。此后又经过近一年的生产实践，已 经能够生产出木棉含量为5 0 、细度为4 5s 的转杯纱以及木棉含量为5 0 ，细 度4 0 s 的环锭纱，为木棉纱线在高档保暖内衣和各种风格的外衣面料上的应用奠 1 0 东华大学硕十学位论文第二章木棉棉混纺纱性能的测试分析 定了良好的基础。整个木棉纺纱技术和木棉纺纱机械的关键部件改造水平达到国 内外领先，填补了世界空白。 2 1 3 纱线设计 本实验共用8 种纱线，分别编为l 8 号。其中编号1 “的纱线为转杯纱，7 、 8 号纱线为环锭纱线。具体规格见表2 1 。 表2 1 纱线的规格和混纺比例 2 1 4 混纺纱性能测试方法 实验条件：所有试样按国家标准规定要求进行预调湿、调湿处理4 8 小时， 并在标准大气中测试； 测试环境：温度2 0 c 士2 。c ，相对湿度6 5 4 - 3 。 纱线条千 按照国家标准g b t 3 2 9 3 1 9 9 7