不同混紡比甲殼素/長絨棉混紡紗工藝與性能研究

朱祎俊,郭建生

(1.三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕紡工業(yè)系,福建 三明365000; 2.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 200051)

甲殼素纖維具有甲殼素獨特的理化性能及生物特性，如吸濕性、吸附性、組織親和性、無免疫抗原性、促愈性和抑菌性等，它對危害人體的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌都有很強的抑制功能，抑菌率可達到99%.它還能有效地保持人體肌膚的干凈、干燥、無味和彈性，對皮膚有護理功能.甲殼素纖維不產(chǎn)生靜電，適用于嬰幼兒服裝及其他抗靜電服裝.甲殼素纖維具有可降解性，它埋在地下5 cm處，3個月即可被微生物分解，降解后對土壤有益，不會造成污染.甲殼素纖維與人體還有很好的生物相容性，長期穿著可有效地保護人體免受來自自然界的微輻射和重金屬離子等的侵害[1].

甲殼素纖維的摩擦系數(shù)較小,纖維比較光滑,纖維的動、靜態(tài)摩擦系數(shù)相差0.027.它的力學(xué)性能也較差,拉伸強力較低，纖維脆性大,纖維之間抱合力差.甲殼素纖維的卷曲數(shù)量比較少,卷曲穩(wěn)定性也較差.以上幾項因素綜合作用,決定了甲殼素纖維的可紡性差、純紡困難，所以，在甲殼素纖維產(chǎn)品的開發(fā)中,一般都采用混紡,結(jié)合甲殼素纖維與其混紡纖維的不同特性來開發(fā)產(chǎn)品[2].

1 實驗

1.1 原料選配

選用青島海嘯生物工程有限公司生產(chǎn)的甲殼素纖維和埃及長絨棉，其主要性能如下：

甲殼素纖維：線密度為1.5 dtex，斷裂強度為1.8 cN/dtex，斷裂伸長率為10%，回潮率為13%，長度為38 mm；

埃及棉：長度約為36.5 mm，馬克隆值為4.31(即1.68 dtex)，斷裂強度為3.9 cN/dtex.

本實驗設(shè)計了5種不同混紡比的甲殼素/棉混紡紗，混紡比分別為：10/90、20/80、30/70、40/60、50/50.

1.2 紡紗

采用東華大學(xué)自行研制的小型環(huán)錠紡紗系統(tǒng)，根據(jù)不同混紡比逐一進行配料與紡紗.由于原材料數(shù)量較少，所以對甲殼素纖維和棉纖維進行人工混合鋪卷，盡量混合均勻，工藝流程為：

DHU清梳聯(lián)合實驗機→DHUA301型并條實驗機×2→賽特環(huán)球機械FA498粗紗機→DHU X-01細紗試驗機，工藝參數(shù)與定量見表1與表2.

表1 工序、機器及工藝參數(shù)Tab.1 Process, equipments and parameters

表2 各工序半成品的定量Tab.2 Quantitative analysis of semi-finished product in process

注：細紗號數(shù)是用YG086縷紗測長機搖取30絞縷紗稱取干重后計算而得.

2 性能測試指標(biāo)

所有紗線在恒溫恒濕實驗室調(diào)濕24 h(溫度20 ℃，相對濕度65%).

2.1 單紗的斷裂強度和斷裂伸長率

實驗用YG061型電子單紗強力儀，測試方法見標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3916-1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》.引用標(biāo)準(zhǔn)GB 6529-86《紡織品的調(diào)濕和試用標(biāo)準(zhǔn)大氣》中試驗參數(shù)：夾持長度250 mm，拉伸速度500 mm/min，預(yù)加張力10 cN.每個品種測試30組，取其平均值，測試結(jié)果見表3.

表3 混紡紗強伸度Tab.3 Breaking strength of blended yarn

2.2 紗線條干的均勻度

實驗用YG135G條干均勻度測試分析儀，試驗參數(shù)為速度100 m/min，每次時間2.5 min，槽號為5，每管紗測試5次，取平均值，結(jié)果見表4.

表4 混紡紗的CV值Tab.4 CV value of blended yarn

2.3 紗線毛羽

實驗用YG172型紗線毛羽測試儀，試驗參數(shù)為1管/10次，片段長度為10 m，測試速度為30 m/min，每個品種測試5管紗，取平均值，結(jié)果見表5.

表5 混紡紗的毛羽指數(shù)Tab.5 Hairiness index of blended yarn

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 混紡紗斷裂強度分析

從數(shù)值上分析，當(dāng)混紡比為10/90時，紗線的斷裂強度最大；當(dāng)混紡比為50/50時，紗線的斷裂強度最小.基本趨勢是甲殼素的比例越大，混紡紗的強度越小，但是，40/60混紡紗的強度卻超過了30/70混紡紗.

應(yīng)用Origin 8.0(基于圖形化的數(shù)據(jù)作圖軟件)對試驗數(shù)據(jù)進行擬合曲線分析，得到了回歸方程:

圖1 混紡紗斷裂強度與甲殼素混紡比的擬合曲線Fig.1 Fitted curve of the relationship between breaking strength of blended yarn and blending ratio of chitin

斷裂強度y=19.289-9.576 71x-10.707 14x2(x為混紡紗中甲殼素纖維的含量百分比).

回歸均方差=Sh/p， 殘差均方差=Sc/n-p-1.

對于給定的顯著性水平α，當(dāng)計算得到的F值滿足F>Fα(p，n-p-1)時，H0不成立，認為在顯著性水平α下，y與x1，x2，…，xj-1，xj+1，… 有顯著的線性關(guān)系，即回歸方程是顯著的，則F=2.544 57(計算過程見表6)

3.2 混紡紗斷裂伸長率分析

從數(shù)值上分析，當(dāng)混紡比為10/90時，紗線的斷裂伸長率最大；當(dāng)混紡比為50/50時，紗線斷裂伸長率最小.基本趨勢是甲殼素的比例越大，混紡紗的斷裂伸長率越小，但是40/60混紡紗的斷裂伸長率超過了30/70混紡紗.混紡紗的斷裂伸長率與甲殼素混紡比的擬合曲線見圖2.

圖2 混紡紗斷裂伸長率與甲殼素混紡比的擬合曲線Fig.2 Fitted curve of the relationship between breaking elongation ratio of blended yarn and blending ratio of chitin

圖3 混紡紗條干CV值與甲殼素混紡比的擬合曲線Fig.3 Fitted curve of the relationship between evenness CV of blended yarn and blending ratio of chitin

斷裂伸長率y=8.543 6-8.210 14x+8.478 57x2(x為混紡紗中甲殼素纖維的含量百分比)，則F=17.923 82(計算過程見表6)

3.3 混紡紗條干均勻度分析

圖4 混紡紗毛羽指數(shù)與甲殼素混紡比的擬合曲線Fig.4 Fitted curve of the relationship between hairiness index of blended yarn and blending ratio of chitin

從數(shù)據(jù)上看，20/80甲/棉混紡紗條干的均勻度最好，其次是40/60甲/棉混紡紗，最差的是50/50甲/棉混紡紗，它的細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)都是最多的.混紡比與混紡紗CV值的擬合曲線見圖3.混紡紗條干CV值y=20.64-16.655 71x+20.002 67x2(x為混紡紗中甲殼素纖維的含量百分比),則F=0.944 99(計算過程見表6)

3.4 混紡紗毛羽分析

3 mm毛羽指數(shù)與甲殼素含量的擬合曲線如圖4所示.普遍認為,毛羽對織造發(fā)生危害的長度是指3 mm以上的毛羽,長度小于3 mm的毛羽,一般認為危害較小,可以忽略[3]，所以以3 mm的毛羽指數(shù)作為代表性的指標(biāo).從數(shù)值上看，毛羽指數(shù)隨著混紡比的增加先增加后減少，在30/70時達到最大.

毛羽指數(shù)y=2.932+6.705 71x-12.142 86x2(x為混紡紗中甲殼素纖維的含量百分比)，則F=10.906 54(計算過程見表6)

4 結(jié)論

(1)甲/棉混紡比與混紡紗的強伸度、條干CV值和毛羽指數(shù)之間沒有顯著的相關(guān)關(guān)系.

(2)以往的相關(guān)結(jié)論基本上是隨著甲殼素纖維含量的增加，混紡紗的強伸性能明顯下降，條干CV值、細節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié)顯著增加，毛羽逐漸增大[4]；但從本實驗看，40/60甲/棉混紡紗是個例外，其強度和斷裂伸長率、條干CV值、毛羽指數(shù)均優(yōu)于30/70甲/棉混紡紗.

(3)10/90甲/棉混紡紗的強伸度最好，20/80甲/棉混紡紗的條干最均勻，50/50甲/棉混紡紗3 mm的毛羽指數(shù)最小，但其強伸度、條干均勻度都最差.

(4)甲殼素纖維由于有良好的抗菌性，所以其混紡紗常用于織制內(nèi)衣、襪子等產(chǎn)品，下一步將5種不同混紡比的混紡紗做成針織面料以比較其性能.

參考文獻：

[1] 朱美芳，許文菊.綠色纖維和生態(tài)紡織新技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 王亞妮，劉艷君．甲殼素纖維性能測試與研究[J]．現(xiàn)代紡織技術(shù)，2008，16(1)：1-3.

[3] 潘小會,吳鐵城，王進美.不同混紡比的甲殼素/棉混紡紗性能研究[J].紡織科技進展，2011(3)：7-10.

[4] 趙小平，王建坤，張林.混紡比對甲殼素/棉混紡紗性能的影響[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010，29(2)：30-33．