烏拉草/棉紗線性能的模糊綜合評(píng)價(jià)

岳鑫敏，王春紅，王利軍，白肅躍，賈瑞婷，王 瑩

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

烏拉草/棉紗線性能的模糊綜合評(píng)價(jià)

岳鑫敏，王春紅，王利軍，白肅躍，賈瑞婷，王 瑩

(天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387)

摘要：為了綜合評(píng)價(jià)烏拉草(Carex meyeriana)/棉纖維混紡比對(duì)紗線性能的影響，以利于烏拉草在紡織服裝上的應(yīng)用。本研究以紗線斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、毛羽、條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)為性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)烏拉草/棉纖維質(zhì)量配比為12/88、25/75、37/63、46/54的4種不同混紡比紗線性能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，模糊綜合評(píng)價(jià)得到4種混紡比的隸屬度分別為0.370 5、0.238 6、0.210 4和0.180 5，即烏拉草纖維的含量越低，紗線的綜合性能越優(yōu)， 所以4種不同質(zhì)量配比中12/88的烏拉草/棉混紡紗性能最優(yōu)，且試驗(yàn)得到25/75、37/63的烏拉草/棉混紡紗性能接近。因此對(duì)于不同的要求，可以選擇不同的烏拉草/棉混紡比，試驗(yàn)結(jié)果為烏拉草纖維在紡織服裝上的應(yīng)用提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：烏拉草纖維；模糊綜合評(píng)價(jià)；混紡比

烏拉草(Carexmeyeriana)富含纖維，約50%[1]，其纖維是具有保暖抑菌效果的天然植物纖維[2]。近年來烏拉草的研究較多，但多集中于纖維的提取，而對(duì)所提取的纖維的進(jìn)一步研究一直處于空白。因此,制備烏拉草纖維紗線并研究其紗線性能將使烏拉草纖維在紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用得到拓展，進(jìn)而充分發(fā)揮烏拉草的有益功效。烏拉草纖維具有長度長、吸濕透氣性好、抑菌、保暖的優(yōu)異性能[3]，但是該纖維具有剛性大、不易彎折的缺點(diǎn)，制備的紗線毛羽多，不易于進(jìn)一步深加工。

新型的紡紗技術(shù)能夠改善傳統(tǒng)環(huán)錠紡帶來的紗線條干不勻、毛羽多等缺點(diǎn)。賽絡(luò)紡技術(shù)將兩根粗紗經(jīng)過牽伸加捻形成細(xì)紗，紗線具有強(qiáng)力高、毛羽少的優(yōu)點(diǎn)[4]；緊密紡?fù)ㄟ^減小或消除加捻三角區(qū)，而使紗線具有強(qiáng)力高、毛羽少的優(yōu)點(diǎn)，但是緊密紡的紗線條干改善程度不大[5]；轉(zhuǎn)杯紡利用氣流的作用，可以直接將條子變?yōu)榧?xì)紗，而不經(jīng)過粗紗程序，縮短了工藝流程，且制備的紗線條干均勻度好、毛羽少、紗線彈性好，但是紗線強(qiáng)力相對(duì)有所降低[6]。預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，賽絡(luò)紡、緊密紡、環(huán)錠紡的紗線毛羽比轉(zhuǎn)杯紡多，考慮到烏拉草/棉紗線的服用性能，所以在理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)上，本研究采用轉(zhuǎn)杯紡制備烏拉草/棉紗線。

紗線的綜合性能由多個(gè)指標(biāo)構(gòu)成：斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率、毛羽、條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)，這些指標(biāo)與綜合評(píng)價(jià)結(jié)果之間的關(guān)系屬于模糊關(guān)系[7]。而模糊綜合評(píng)價(jià)能夠?qū)⒍ㄐ栽u(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，能夠有效地評(píng)價(jià)關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)[8]，在紗線性能研究領(lǐng)域，已有用模糊數(shù)學(xué)解決相關(guān)問題的案例[7,9]。本研究采用模糊數(shù)學(xué)理論，研究紗線性能的綜合評(píng)價(jià)方法，探索較優(yōu)的烏拉草/棉紗線混紡比，以期為烏拉草纖維紗線的進(jìn)一步深入研究提供有益的參考。

1材料與方法

1.1材料

烏拉草纖維，由天津工業(yè)大學(xué)提供，經(jīng)過化學(xué)加生物法脫膠得到；棉纖維，天津天紡?fù)顿Y控股有限公司北洋紡織分公司提供，屬于長絨棉。原料的各項(xiàng)基本性能如表1所示。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)效果，當(dāng)烏拉草纖維含量太多時(shí)，由于抱合力差、纖維較粗的緣故，紗線將很難紡出，因此設(shè)計(jì)4種烏拉草/棉的不同混紡比例，分別為12/88、25/75、37/63和46/54。由于烏拉草纖維的長度較長，因此首先將其剪成40 mm長；然后與棉纖維經(jīng)過XFH型小和毛機(jī)(天津嘉城機(jī)電設(shè)備有限公司)的分別開松及混和開松；經(jīng)過羅拉式梳理機(jī)(天津工業(yè)大學(xué)自制)的兩遍梳理，以提高纖維網(wǎng)的均勻度；再經(jīng)過DSSr-01小型數(shù)字式并條試驗(yàn)機(jī)(天津市嘉城機(jī)電設(shè)備有限公司)的兩次并條制備為熟條；最后經(jīng)過JFC-1601型數(shù)字式小樣轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)(天津市嘉城機(jī)電設(shè)備有限公司)紡制為細(xì)紗。其中紗線的細(xì)度均為30 tex，捻度為每10 cm 80捻。

表1　原料的基本性能

1.3指標(biāo)測(cè)定及方法

依據(jù)ASTM D2256-02[10]、FZ/T 01086-2000[11]、GB/T 3292.2-2009[12]分別測(cè)試了紗線的拉伸性能、毛羽、條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)。其中拉伸測(cè)試樣20個(gè)，隔距為250 mm，拉伸速度為500 mm·min-1。毛羽測(cè)試樣5個(gè)，每個(gè)試樣測(cè)試10 m，測(cè)試速度為50 m·min-1。條干測(cè)試樣3個(gè)，每個(gè)試樣長度為100 m，測(cè)試速度為200 m·min-1。

1.4數(shù)據(jù)分析方法

首先采用SPSS 19.0對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差測(cè)定結(jié)果，對(duì)不同混紡比進(jìn)行單因素方差分析，并用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

再對(duì)紗線性能進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)：

①設(shè)定指標(biāo)集U={斷裂強(qiáng)度，斷裂伸長率，3 mm以上毛羽指數(shù)，條干，細(xì)結(jié)，粗結(jié)，棉結(jié)}，其中斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率為偏大型指標(biāo)，即數(shù)值越大結(jié)果越好；3 mm以上毛羽指數(shù)、條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)屬于偏小型指標(biāo)，即數(shù)值越小結(jié)果越好。

(1)

(2)

式中，rij表示第i種混紡比對(duì)應(yīng)的第j個(gè)指標(biāo)值占4種混紡比對(duì)應(yīng)的第j個(gè)指標(biāo)值總和的比例，xij表示第i種混紡比對(duì)應(yīng)的第j個(gè)指標(biāo)值。根據(jù)式(1)、(2)分別建立偏大型、偏小型指標(biāo)的評(píng)判矩陣。得到單指標(biāo)評(píng)判矩陣R=(rij)4×7。

②采用客觀賦權(quán)法-離差最大化法[13]確定各指標(biāo)的權(quán)重(wj)。這種方法能夠充分利用已知的客觀信息，具有簡(jiǎn)單、直觀、便于計(jì)算、決策科學(xué)合理等優(yōu)點(diǎn)，其算法見式(3)，計(jì)算后得到各指標(biāo)的權(quán)重表示為W=(w1，w2，w3，w4，w5，w6，w7)。

(3)

③按照公式(4)對(duì)單指標(biāo)評(píng)判矩陣(bi)和各指標(biāo)的權(quán)重均衡兼顧，得到綜合評(píng)判矩陣B=(b1，b2，b3，b4)

(4)

④根據(jù)隸屬度最大原則，綜合評(píng)價(jià)不同的混紡比得到的紗線性能的優(yōu)劣[14]。

2結(jié)果

2.1不同混紡比得到的紗線性能測(cè)試結(jié)果

不同混紡比得到的紗線性能如表2所示。其中紗線的斷裂強(qiáng)度隨著烏拉草纖維含量的增加呈現(xiàn)顯著降低的趨勢(shì)，不同混紡比之間差異顯著(P<0.05)；斷裂伸長率隨著烏拉草纖維含量的增加呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，在烏拉草纖維百分含量為46%時(shí)，斷裂伸長率顯著大于其余混紡比；3mm以上毛羽指數(shù)隨著烏拉草纖維含量的增加呈現(xiàn)先增大后減小再增大的趨勢(shì)，在烏拉草纖維百分含量為37%時(shí)，紗線3mm以上毛羽指數(shù)最??；條干均勻度隨著烏拉草纖維含量的增加呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，尤其當(dāng)烏拉草纖維百分含量由12%增加到25%時(shí)，紗線的條干均勻度增加了35.73%；紗線細(xì)結(jié)隨著烏拉草纖維含量的增加呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)，當(dāng)烏拉草纖維百分含量達(dá)到37%時(shí)，紗線細(xì)結(jié)的增加趨于緩和；紗線粗結(jié)和棉結(jié)均是隨著烏拉草纖維百分含量的增加呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì)，在烏拉草纖維百分含量為37%時(shí)，紗線粗結(jié)和棉結(jié)達(dá)到最大值，顯著多于其它比例的。

2.2不同混紡比得到的紗線性能的模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(1)和(2)得到單指標(biāo)評(píng)判矩陣(表3)。將數(shù)據(jù)代入公式(3)得到各指標(biāo)的權(quán)重為W=(0.111 03，0.079 10，0.170 68，0.062 79，0.273 66，0.177 22，0.125 53)。其中斷裂強(qiáng)度、毛羽、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)對(duì)應(yīng)的權(quán)重?cái)?shù)值較大，反映出這5個(gè)指標(biāo)在紗線性能中起到比較重要的作用，即不同的混紡比對(duì)于紗線的斷裂強(qiáng)度、毛羽、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)的影響較大。

根據(jù)公式(4)對(duì)單指標(biāo)評(píng)判矩陣和各指標(biāo)的權(quán)重均衡兼顧，得到綜合評(píng)判矩陣B=(0.370 5，0.238 6，0.210 4，0.180 5)。

表2　不同混紡比紗線性能

注：同行不同小寫字母表示不同烏拉草/棉比例處理間差異顯著(P<0.05)。

Note：Different lower case letters within the same row show significant difference among differentC.meyeriana/cotton ratios at 0.05 level.

表3　不同混紡比單指標(biāo)評(píng)判矩陣

根據(jù)隸屬度最大原則，4種混紡比中，烏拉草/棉為12/88混紡比的紗線性能最好，其后依次為25/75、37/63和46/54。其中烏拉草/棉質(zhì)量配比為25/75的紗線與37/63的紗線性能較為接近。

3討論與結(jié)論

烏拉草纖維具有保暖抑菌的功效，而目前關(guān)于烏拉草的研究主要集中在其抗菌成分的提取和性質(zhì)研究，以及烏拉草纖維的提取研究，進(jìn)一步研究?jī)H限于將烏拉草秸稈經(jīng)過簡(jiǎn)單機(jī)械處理后將其作為填充層以發(fā)揮其有益的保健作用[15-16]。制備出的烏拉草產(chǎn)品的應(yīng)用具有一定的局限性，為一次性產(chǎn)品。本研究對(duì)化學(xué)加生物脫膠制備的烏拉草纖維進(jìn)行了進(jìn)一步研究，在考慮到烏拉草纖維剛性大、粗硬的前提下，將其與傳統(tǒng)棉纖維進(jìn)行混紡，制備烏拉草/棉紗線。鑒于轉(zhuǎn)杯紡為利用氣流的作用進(jìn)行紡紗，對(duì)原料本身的性能要求不高，所紡紗線具有條干均勻、毛羽少的優(yōu)點(diǎn)[17]，因此采用轉(zhuǎn)杯紡對(duì)烏拉草/棉紗線進(jìn)行紡制。

紡織服裝對(duì)于紗線拉伸性能的要求是：紗線的斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長率越大越好。但往往混紡紗線的這兩個(gè)性能不會(huì)在同一混紡比下都處于最優(yōu)的水平，這與纖維本身的性能及紗線結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系[18]。對(duì)于烏拉草/棉紗線，其紗線拉伸性能與纖維本身的性能及纖維之間抱合力均有主要的關(guān)系。烏拉草纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率隨著烏拉草纖維含量的增加分別呈現(xiàn)降低、增大的趨勢(shì)(表2)，主要是因?yàn)闉趵堇w維的斷裂強(qiáng)度小于棉纖維，隨著烏拉草纖維含量的增加，具有較高斷裂強(qiáng)度的棉纖維含量減少，加之纖維之間的抱合力變差，因此紗線的斷裂強(qiáng)度降低[19-20]；隨著纖維之間的抱合力變差，紗線在承受拉伸力作用時(shí)，纖維之間更容易產(chǎn)生滑移，因此隨著烏拉草纖維含量的增加，紗線的斷裂伸長率增加[21]。

在烏拉草纖維含量小于25%時(shí)，紗線的毛羽、條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)均呈現(xiàn)較明顯的增大趨勢(shì)，主要是因?yàn)闉趵堇w維本身較粗硬、粗細(xì)均勻度差、抱合力差，當(dāng)烏拉草纖維含量較低時(shí)，在棉纖維的帶動(dòng)下，經(jīng)過分梳輥，烏拉草纖維能夠較均勻地分散在棉纖維中，成紗時(shí)烏拉草纖維的缺陷均勻分布于紗線中(圖1a)，因此隨著烏拉草纖維含量的增加，紗線的毛羽、條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)隨之增大；在烏拉草纖維含量為37%時(shí)，紗線的毛羽出現(xiàn)降低的趨勢(shì)，而紗線的條干、細(xì)結(jié)、粗結(jié)、棉結(jié)都是呈現(xiàn)大幅度增加，主要是因?yàn)殡S著烏拉草纖維的增多，抱合力的變差，纖維經(jīng)過轉(zhuǎn)杯紡的分梳輥時(shí)，烏拉草纖維沒有被很好地分離、分散，導(dǎo)致紗線出現(xiàn)較多的粗結(jié)、棉結(jié)，這些粗結(jié)、棉結(jié)將烏拉草纖維包裹起來，而使得紗線毛羽有所降低(圖1b)；當(dāng)烏拉草纖維含量增加到46%時(shí)，少部分烏拉草纖維得到有效地分散，大部分烏拉草纖維仍以粗結(jié)、棉結(jié)的形式呈現(xiàn)出來(圖1c)，此時(shí)得到有效分散的烏拉草纖維以毛羽的形式裸露出來，而出現(xiàn)粗結(jié)、棉結(jié)的地方，又將烏拉草纖維包裹起來，所以此時(shí)紗線的毛羽重新增多，紗線的粗結(jié)、棉結(jié)數(shù)相比于37/63混紡比的紗線有所減少，但是較12/88和25/75混紡比的紗線有很大幅度的增加。

由模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，此方法可以較客觀地評(píng)價(jià)紗線的綜合性能。當(dāng)烏拉草/棉的質(zhì)量比例越低時(shí)，其紗線的綜合性能越好，其中烏拉草/棉質(zhì)量比為37/63的紗線在毛羽及條干方面呈現(xiàn)出一個(gè)特殊點(diǎn)，即紗線的毛羽最低。綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，烏拉草/棉質(zhì)量比為37/63的紗線和46/54的紗線的綜合性能接近。本研究結(jié)果可為紗線的進(jìn)一步研究及應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。

圖1　不同烏拉草/棉混紡比紡紗

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(責(zé)任編輯王芳)

Fuzzy and comprehensive evaluation on performance of blended yarn with different ratios ofCarexmeyerianaand cotton

Yue Xin-min, Wang Chun-hong, Wang Li-jun, Bai Su-yue,Jia Rui-ting, Wang Ying

(School of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

Abstract:To comprehensively evaluate the influence of different ratios of Carex meyeriana and cotton on yarn properties and encourage the C. meyeriana to applicate textile garments, this study used the method of fuzzy and comprehensive evaluation to evaluate the yarn properties of 12/88, 25/75, 37/63, 46/54 ratios of C. meyeriana and cotton by measuring the fracture strength, elongation at break, hairiness, the evenness, knots, slubs, neps. The results of this study showed that the membership degrees of four different blended ratios were 0.370 5, 0.238 6, 0.210 4, and 0.180 5, respectively. indicating that lower C. meyeriana content was beneficial to the yarn’s comprehensive performances, in which the yarn properties of C. meyeriana/cotton 12/88 was the best in the four different blended ratios. The yarn properties of 25/75, 37/63 blended ratios were similar. Different C. meyeriana/cotton blended ratio could be chosen with the different demands. These results provide the basis for C. meyeriana fibers’ application in textile garments.

Key words:Carex meyeriana fibers; fuzzy and comprehensive evaluation method; blended ratios

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0507

*收稿日期：2015-09-08

基金項(xiàng)目：天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(11JCZDJC22300)；中國紡織工業(yè)協(xié)會(huì)科技指導(dǎo)性項(xiàng)目(2008026)

通信作者：王春紅(1980-)，女，吉林樺甸人，副教授，博士，研究方向?yàn)樘烊焕w維提取及天然纖維復(fù)合材料的研究。E-mail:cn_wangch@163.com

中圖分類號(hào)：S561

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-0629(2016)5-0996-06*1

Corresponding author:Wang Chun-hongE-mail:cn_wangch@163.com

岳鑫敏，王春紅，王利軍，白肅躍，賈瑞婷，王瑩.烏拉草/棉紗線性能的模糊綜合評(píng)價(jià).草業(yè)科學(xué),2016,33(5)：996-1001.

Yue X M,Wang C H,Wang L J,Bai S Y,Jia R T,Wang Y.Fuzzy and comprehensive evaluation on performance of blended yarn with different ratios ofCarexmeyerianaand cotton.Pratacultural Science，2016,33(5)：996-1001.

接受日期：2015-12-08

第一作者：岳鑫敏(1989-)，女，河北石家莊人，在讀碩士生，研究方向?yàn)樘烊焕w維的開發(fā)及研究。E-mail:xinminsit@163.com