棉稈皮纖維素纖維的梳理與細(xì)化

李 龍， 秦彩霞， 孫 超

(1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 河北吉藁化纖有限責(zé)任公司， 河北 石家莊 052160)

棉稈皮纖維素纖維的梳理與細(xì)化

李 龍1， 秦彩霞1， 孫 超2

(1. 西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院， 陜西 西安 710048； 2. 河北吉藁化纖有限責(zé)任公司， 河北 石家莊 052160)

為獲得線密度較小的棉稈皮纖維，根據(jù)棉稈皮纖維素纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)，采用單一羅拉梳理、單一蓋板梳理、羅拉-蓋板組合梳理方法對(duì)棉稈皮纖維進(jìn)行機(jī)械細(xì)化處理。結(jié)果表明：棉稈皮纖維梳理之前需要進(jìn)行加水并悶放12 h；對(duì)于單一羅拉梳理方法，在加水量為纖維質(zhì)量的25%時(shí)，梳理后棉稈皮纖維平均長(zhǎng)度39.7 mm、平均線密度2.42 tex；對(duì)于單一蓋板梳理方法，在加水量為纖維質(zhì)量的15%時(shí)，梳理后棉稈皮纖維的平均長(zhǎng)度37.7 mm、平均線密度2.2 tex；對(duì)于加水量為纖維質(zhì)量的25%的棉稈皮纖維素纖維，采用羅拉梳理2次-蓋板梳理1次組合梳理方法，梳理細(xì)化后纖維平均線密度為1.9 tex，平均長(zhǎng)度為39.6 mm，平均落纖長(zhǎng)度為15.9 mm以及平均落纖線密度為3 tex。

棉稈皮纖維素纖維； 羅拉梳理； 蓋板梳理； 纖維細(xì)化

棉稈皮纖維素纖維是棉稈韌皮脫膠獲得的天然纖維素纖維，屬于工藝?yán)w維。利用棉稈皮纖維研發(fā)了棉稈皮纖維/棉纖維混紡紗[1]、棉稈皮纖維/聚丙烯復(fù)合材料[2-3]。棉稈皮纖維素纖維長(zhǎng)度、線密度離散很大，即使同一根纖維沿著其長(zhǎng)度方向線密度變化明顯[4]，同時(shí)，棉稈皮纖維素纖維的細(xì)度大、柔軟性差，這些給棉稈皮纖維素纖維的紡織應(yīng)用帶來(lái)很大問題，因此需要對(duì)棉稈皮纖維素纖維進(jìn)行均一化、細(xì)化處理。關(guān)于工藝?yán)w維的細(xì)化，夏兆鵬等[5]對(duì)黃麻進(jìn)行物理細(xì)化處理，經(jīng)預(yù)處理提高纖維柔軟性保證在梳理過(guò)程中工藝?yán)w維發(fā)生充分劈裂，而后進(jìn)行物理細(xì)化。劉東升[6]將經(jīng)過(guò)養(yǎng)生處理后的黃麻纖維牽切處理，采用不同針密的鋼梳對(duì)纖維進(jìn)行梳理。崔寧等[7]通過(guò)羅拉式羊毛梳理機(jī)對(duì)漢麻纖維進(jìn)行分梳處理，大大降低了漢麻纖維的長(zhǎng)度和線密度變異。鄭逌[8]研究給油后通過(guò)采用不同密度鋼梳對(duì)竹纖維經(jīng)行細(xì)化處理。脫膠后的棉稈皮纖維粗、硬，難以直接用于紡紗加工。本文根據(jù)棉稈皮纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)，研究梳理方式對(duì)棉稈皮纖維長(zhǎng)度與線密度的影響，以期為棉稈皮纖維在紡織行業(yè)中的推廣應(yīng)用提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原 料

棉稈皮產(chǎn)自西安市灞橋區(qū)，棉稈收割后手工剝皮曬干。棉稈皮纖維素纖維由棉稈皮脫膠制得[9]。

1.2 主要設(shè)備

實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備為GUARNI型羅拉梳理機(jī)、A201型蓋板梳理機(jī)。

1.3 性能測(cè)試

纖維線密度：按照GB 5884—1986《苧麻纖維支數(shù)試驗(yàn)方法》，采用中段切斷稱重法，利用Y171C型切斷器切取10 mm長(zhǎng)的纖維，采用25 mg扭力天平稱量，并計(jì)算棉稈皮纖維素纖維纖維的線密度。

纖維長(zhǎng)度：從棉稈皮纖維中隨機(jī)抽取100根，用直尺測(cè)量纖維長(zhǎng)度，求平均值。

落纖率：實(shí)驗(yàn)前測(cè)試棉稈皮纖維的干燥質(zhì)量(W1)以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程落入設(shè)備下方的纖維的干燥質(zhì)量(W2)，按照下式計(jì)算落纖率：

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 棉稈皮纖維梳理細(xì)化方法的思路

棉稈皮脫膠形成的棉稈皮纖維屬于工藝?yán)w維，手工用針橫向分離一根濕狀態(tài)的棉稈皮纖維，纖維呈現(xiàn)類似網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，如圖1所示。在纖維處于一定濕度條件下，可使用針布梳理工藝方法使纖維橫向分離，實(shí)現(xiàn)纖維細(xì)化。

圖1 脫膠棉稈皮纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片F(xiàn)ig.1 OM images of morphology of degummed cotton stalk bark fiber

2.2 羅拉梳理機(jī)梳理對(duì)棉稈皮纖維性能影響

實(shí)驗(yàn)所用羅拉梳理機(jī)的梳理工藝參數(shù)為：第1工作輥-錫林隔距0.81 mm，第2工作輥-錫林隔距0.71 mm，第3工作輥-錫林隔距0.61 mm；第1剝毛輥-錫林隔距0.5 mm，第2剝毛輥-錫林隔距0.5 mm，第3剝毛輥-錫林隔距0.5 mm；道夫-錫林隔距0.33 mm，錫林轉(zhuǎn)速100 r/min；羅拉梳理機(jī)主要滾筒上包覆彈性針布，其中錫林針布工作角68°，梳針高度3.5 mm，梳針號(hào)數(shù)34號(hào)；工作輥針布工作角60°，梳針高度3.5 mm，第1工作輥梳針號(hào)數(shù)33號(hào)，第2工作輥梳針號(hào)數(shù)34號(hào)，第3工作輥梳針號(hào)數(shù)35號(hào)；剝毛輥針布工作角65°梳針高度3.5 mm，第1剝毛輥梳針號(hào)數(shù)33號(hào)，第2剝毛輥梳針號(hào)數(shù)34號(hào)，第3剝毛輥梳針號(hào)數(shù)35號(hào)，道夫針布工作角62°，梳針高度3.5 mm，梳針號(hào)數(shù)35號(hào)。梳理前，將自然狀態(tài)下的棉稈皮纖維進(jìn)行霧狀噴水，然后悶放12 h，待纖維吸濕均勻。實(shí)驗(yàn)對(duì)棉稈皮纖維的加水量分別為自然狀態(tài)下棉稈皮纖維質(zhì)量的0%，10%，15%，20%，25%，30%，35%，40%。棉稈皮纖維經(jīng)霧狀噴水后，用塑料布蓋住并悶放，之后經(jīng)過(guò)羅拉梳理機(jī)梳理1次，測(cè)試梳理后棉稈皮纖維長(zhǎng)度、線密度與落纖率等性能，測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表中結(jié)果得到，隨著加水量的增加，梳理后棉稈皮纖維的長(zhǎng)度具有增加趨勢(shì)，纖維線密度具有減小趨勢(shì)。未加水的棉稈皮纖維的落纖率最大。這是因?yàn)樵谧匀粻顟B(tài)下的棉稈皮纖維脆性大，纖維未加水直接梳理對(duì)纖維的損傷大。對(duì)落纖的纖維長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)試，隨著棉稈皮纖維中加水量的增加，落纖中纖維長(zhǎng)度也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，因此，為了降低纖維長(zhǎng)度損傷，在梳理之前對(duì)棉稈皮纖維進(jìn)行霧狀噴水且悶放，以保證上機(jī)纖維的回潮率以及所加的水滲入纖維內(nèi)部。

表1 1次梳理后棉稈皮纖維性能

將加水量為纖維質(zhì)量的25%的棉稈皮纖維在羅拉梳理機(jī)上進(jìn)行4次梳理，不同梳理次數(shù)之后的纖維的長(zhǎng)度和線密度如表2所示。從表中結(jié)果看到，纖維經(jīng)過(guò)3次羅拉梳理機(jī)梳理之后，纖維的長(zhǎng)度與線密度基本沒有變化。

表2 不同梳理次數(shù)后纖維的性能

2.3 蓋板梳理機(jī)梳理對(duì)棉稈皮纖維性能影響

實(shí)驗(yàn)所用蓋板梳理機(jī)的主要工藝參數(shù)為：蓋板-錫林隔距0.35，0.3，0.28，0.3，0.35 mm，刺輥-錫林隔距0.18 mm，道夫-錫林隔距0.18 mm，錫林轉(zhuǎn)速300 r/min。錫林針布為：針齒下前角22°，齒距1.6 mm，齒高0.25 mm，基部厚度0.7 mm。刺輥針布為：針齒下前角22°，齒距1.6 mm，齒高25 mm，基部厚度0.7 mm；蓋板針布：梳針工作角80°，梳針總高度6.8 mm，針尖密度260針/平方英寸。道夫針布為：針齒下前角25°，齒距1.6 mm，齒高0.25 mm，基部厚度0.7 mm。梳理前，將自然狀態(tài)下的棉稈皮纖維進(jìn)行霧狀噴水，然后悶放12 h，待其吸濕均勻。對(duì)棉稈皮纖維的加水量分別為自然狀態(tài)下棉稈皮纖維質(zhì)量的0%，10%，15%，20%，25%，30%。棉稈皮纖維經(jīng)霧狀噴水用塑料布蓋住悶放，經(jīng)過(guò)蓋板梳理機(jī)梳理1次之后，測(cè)試棉稈皮纖維長(zhǎng)度、線密度等性能，測(cè)試結(jié)果如表3所示。在未加水的自然狀態(tài)下利用蓋板梳理機(jī)梳理棉稈皮纖維，落纖率達(dá)50%，纖維損傷嚴(yán)重，且遠(yuǎn)大于羅拉梳理機(jī)梳理的落纖率。

表3 梳理后棉稈皮纖維性能

對(duì)加水量為纖維質(zhì)量的15%的棉稈皮纖維在蓋板梳理機(jī)進(jìn)行3次梳理，測(cè)試梳理后棉稈皮纖維的性能如表4所示。由測(cè)試結(jié)果可知，對(duì)加水量為纖維質(zhì)量的15%的棉稈皮纖維經(jīng)蓋板梳理機(jī)梳理2次之后，纖維線密度沒有變化，但是纖維長(zhǎng)度減小，纖維損傷增大。

表4 多次蓋板梳理后纖維的性能

2.4 梳理方式對(duì)棉稈皮纖維性能的影響

羅拉-蓋板聯(lián)合梳理機(jī)已用于山羊絨纖維的分梳加工中，以使粗毛與絨纖維高效分離并減少對(duì)纖維長(zhǎng)度的損傷[10]。對(duì)于棉稈皮纖維素纖維的梳理細(xì)化，首先對(duì)加水量為纖維質(zhì)量25%的棉稈皮纖維悶放12 h之后，用羅拉梳理機(jī)分別梳理1～3次，然后纖維蓋板梳理機(jī)梳理1次，梳理方式組合為：A為羅拉梳理機(jī)梳理1次-蓋板梳理機(jī)梳理1次，B為羅拉梳理機(jī)梳理2次-蓋板梳理機(jī)梳理1次，C為羅拉梳理機(jī)梳理3次-蓋板梳理1次。經(jīng)過(guò)3種梳理方式后的纖維性能見表5。由測(cè)試結(jié)果可知，羅拉梳理機(jī)梳理2次-蓋板梳理1次與羅拉梳理機(jī)梳理3次-蓋板梳理機(jī)梳理1次之后的棉稈皮纖維的線密度、長(zhǎng)度以及落纖率相差較小，但是羅拉梳理機(jī)梳理2次-蓋板梳理機(jī)梳理1次與羅拉梳理機(jī)梳理1次-蓋板梳理機(jī)梳理1次之后的棉稈皮纖維的線密度、長(zhǎng)度、落纖率有較大差異。在梳理過(guò)程中，粗的棉稈皮纖維在離心力作用下被甩入車肚，形成落纖，且落纖纖維長(zhǎng)度短。梳理之后的棉稈皮纖維可用于紡織加工；梳理落纖可用于非紡織應(yīng)用，例如復(fù)合材料，因此，可根據(jù)棉稈皮纖維的使用需要設(shè)計(jì)合理的梳理組合方式。

表5 羅拉-蓋板組合梳理后纖維性能

3 結(jié) 論

棉稈皮素纖維是工藝?yán)w維，可采用梳理的方式進(jìn)行分類細(xì)化。在梳理細(xì)化之前，需要對(duì)棉稈皮纖維加濕并悶放，以降低纖維的剛性，減少纖維在梳理中的損傷。采用單羅拉梳理梳理機(jī)時(shí)，在相同工藝參數(shù)下梳理3次之后，纖維長(zhǎng)度、線密度基本不再發(fā)生變化；采用單蓋板梳理機(jī)梳理時(shí)，在相同工藝參數(shù)下梳理2次之后，纖維線密度不再發(fā)生變化，但是長(zhǎng)度減??；采用羅拉-蓋板梳理機(jī)梳理組合方式，羅拉梳理機(jī)梳理2次-蓋板梳理機(jī)梳理1次較為合適。

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Investigation on carding thinning of cotton-stalk bark cellulose fibers

LI Long1， QIN Caixia1， SUN Chao2

(1.SchoolofTextile&Materials,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China;2.HebeiJigaoChemicalFiberCo.,Ltd.,Shijiazhuang,Hebei052160,China)

In order to obtain cotton stalk bark cellulose fiber with small linear density, according to the structure morphology of cotton stalk bark fiber, the mechanically thinning of cotton stalk bark cellulose fibers was carried out using single roller carding, single flat carding and combined roller carding-flat carding method. Experimental results show that cotton stalk bark fibers needs to be added with water and hermetically wet for 12 h before carding. For single roller carding method, the mean fiber length was 39.7 mm and the mean fiber linear density 2.42 tex after carding when the water amount is 25% based on the fiber weight. For single flat carding method, when the water amount is 15% based on the fiber weight the mean fiber length is 37.7 mm and the mean fiber linear density is 2.2 tex after carding. For the cotton stalk bark cellulose fibers with the water amount of 25% based on the fiber weight, when the combined carding method of two roller carding-one flat carding is used, the mean linear density and mean length of the carded fibers were 1.9 tex and 39.6 mm, respectively, and the mean fell fiber length is 15.9 mm and the mean fell fiber linear density is 3 tex.

cotton stalk bark cellulose fiber; roller carding; flat carding; fiber thinning

10.13475/j.fzxb.20161007704

2016-10-31

2017-05-08

教育部科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(208140)；陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2008K06-10)；陜西省咸陽(yáng)市科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012k16-09)；陜西省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(陜教財(cái)[2011]176)

李龍(1964—)，男，教授，博士。主要研究方向?yàn)樘烊焕w維材料資源及其紡織技術(shù)。 E-mail: lilong2188@126.com。

TS 120.2

A