生絲浸泡工藝對捻線絲質(zhì)量影響研究
2019-01-08 09:18陳淼許彪陳海敏嚴駿侯秀良
絲綢 2019年6期
陳淼 許彪 陳海敏 嚴駿 侯秀良
摘要： 捻線絲是繭絲綢產(chǎn)業(yè)鏈的中間產(chǎn)品，當捻線絲的力學性能不良時會在后序織造工藝中產(chǎn)生斷頭，直接影響織造的效率和絲綢產(chǎn)品的質(zhì)量，因此研究捻線絲質(zhì)量的提高途徑有重要意義。通過真空負壓和泡缸兩種浸泡方式、日本產(chǎn)“平安油”和國產(chǎn)“MCH-ZSJ-2”兩種浸泡助劑對生絲浸泡工藝進行對照實驗，研究其對浸泡后絲條及捻線絲質(zhì)量的影響。結(jié)果表明，真空負壓/平安油浸泡工藝能夠提高浸泡后絲條及捻線絲的力學性能，絲條的微觀結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)基本相同，能夠更好滿足后續(xù)織造要求。
關(guān)鍵詞： 捻線絲;絲織;浸泡;斷裂強度;斷裂伸長率
中圖分類號： TS195.644 ? 文獻標志碼： A ? 文章編號： 1001-7003（2019）06-0006-06 ? 引用頁碼： 061102
Abstract： Thrown silk is an intermediate product in the industrial chain of cocoon silk. When it has poor mechanical properties， the silk will be broken in the subsequent weaving process， and weaving efficiency and silk product quality will be directly affected. Therefore， studying how to improve the quality of thrown silk carries important significance. Two steeping methods （vacuum negative pressure steeping and steeping in vat） and two steeping auxiliaries （“Pingan Oil” from Japan and “MCH-ZSJ-2” from China） were selected for control experiment to explore the effects on soaked silk and thrown silk. It was found that the vacuum negative pressure /Pingan Oil steeping process could improve the mechanical properties of them. The microstructure and surface morphology of the silk were basically same， and could better meet subsequent weaving requirements.
Key words： thrown silk; silk weaving; steeping; breaking strength; breaking elongation
在進行絲織之前，通常需要對原料生絲進行并絲和加捻成為捻線絲，其目的是使絲條具有足夠的強度、彈性和耐磨性，以適應梭織或針織的生產(chǎn)流程。捻線絲的生產(chǎn)工藝流程一般有以下幾個步驟[1]：原料生絲檢驗→浸泡、干燥→絡絲→并絲→捻絲→定型、再絡→成筒或成絞→包裝。其中浸泡工藝直接影響捻絲的質(zhì)量，繼而會對絲織工序帶來影響，有研究[2-3]發(fā)現(xiàn)助劑浸泡處理過的絲條楊氏模量、抱合力等力學性能比不使用助劑的濕絲有所提高，且助劑作用于生絲的方式會帶來不同的絲膠分布和滲透程度;左葆齊等[4]對國內(nèi)常用的幾種助劑進行傳統(tǒng)缸泡的比對實驗，得知浸泡工藝對經(jīng)線的平滑度和緯線的柔軟度影響較大，應在實際生產(chǎn)中嚴格控制浸泡的工藝參數(shù)。
雖然有前人對捻線絲生產(chǎn)中的不同浸泡助劑進行了比較研究，但沒有結(jié)合浸泡的方式;且隨著時間的推移，目前捻絲廠的常用助劑多為高速油劑，但前人的研究多數(shù)基于綜合無蠟助劑，從助劑應用的發(fā)展來看有所落后。本文結(jié)合目前應用較多的浸泡助劑和浸泡方式進行實驗，研究通過浸泡工藝提升捻線絲質(zhì)量的方法。
1 實 驗
1.1 材料與儀器
材料：選擇江蘇富安繭絲綢有限公司2018年春繭絲作為原料生絲，其規(guī)格為20/22D（22.2～24.4dtex），公量纖度為21.08D（23.4dtex），等級為6A級。
儀器：見表1。
1.2 浸泡工藝
1.2.1 浸泡方式和助劑
浸泡方式選擇真空負壓自動泡絲機浸泡和泡缸浸泡兩種。
浸泡助劑選擇進口助劑和國產(chǎn)助劑兩種，其中：進口浸泡助劑選用日本平安油脂化學工業(yè)株式會社生產(chǎn)的制絲專用油劑[5]，俗稱“平安油”;該浸泡助劑由兩種試劑配比而成，分別是Silkyst So和Solusol Ls，平安油助劑中油脂為皂化后的植物油。國產(chǎn)浸泡助劑選用無錫宜澄化學有限公司生產(chǎn)的高速泡絲劑MCH-ZSJ-2，該泡絲劑是中國研發(fā)的無蠟綜合油劑，是礦物油和表面活性劑的復配物，該助劑中的油脂為礦物油。
1.2.2 工藝參數(shù)
工藝參數(shù)見表2。浸泡后的生絲統(tǒng)稱為“絲條”，并對其進行各項測試。
1.3 測試浸泡后絲條的理化性能
1.3.1 絲條拉伸性能測試
使用XL-2型紗線強伸度儀。測試隔距500mm，拉伸速度500mm/min，預加張力0.05cN/dtex。以纖維拉伸時強度-伸長率曲線開始的一段直線的斜率的平均值表示絲條的彈性模量[6]。
1.3.2 抱合力和絲膠溶失率測試
按照GB/T1798—2008《生絲試驗方法》標準，分別對抱合性能、絲膠溶失率進行測試。
1.4 測試浸泡后絲條結(jié)晶度和表面形態(tài)
1.4.1 結(jié)晶度測試
使用D2 PHASER型X射線衍射儀。測試條件為Cu靶，光管功率為2.2kW，X射線發(fā)生器輸出功率300W，掃描范圍布拉格角2θ為5°～50°，掃描速度為2（°）/min。對得到的XRD曲線進行分峰處理后[7]，計算其結(jié)晶峰和非結(jié)晶峰的面積，按下式計算被測樣品的結(jié)晶度。
結(jié)晶度/%=結(jié)晶峰面積結(jié)晶峰面積+非結(jié)晶峰面積×100（1）
1.4.2 表面形態(tài)測試
使用SU1510型掃描電子顯微鏡。加速電壓5kV，放大倍數(shù)1500，將測試樣品鍍金處理后[8]，利用電子二次成像觀察被測樣品的表面形態(tài)，對觀察到的絲條表面拍攝照片。
1.5 測試浸泡后絲條加工成捻線絲的斷裂強度、斷裂伸長率
將浸泡后的絲條進行捻線加工，選擇捻線工藝為四股單絲合并加S向捻，捻度為250捻/m，形成規(guī)格為20/22D（22.2～22.4dtex）f4 S250的捻線絲。按照GB/T22857—2009《桑蠶筒裝捻線絲》中的方法進行斷裂強度和斷裂伸長率的測試，每組樣品測試10次，取平均值。
2 結(jié)果與分析
2.1 浸泡工藝對浸泡后絲條力學性能影響分析
2.1.1 浸泡工藝影響顯著性分析
表3為浸泡后絲條及未浸泡原料生絲的力學性能測試結(jié)果，將表3中浸泡后絲條的斷裂強度、斷裂伸長率、彈性模量、抱合次數(shù)的測試數(shù)據(jù)導入SPSS軟件中進行多因素方差分析。經(jīng)過查表可得，當自變量為1、自由度為36時，F(xiàn)0.1（1，36）=2.850，F(xiàn)0.05（1，36）=4.113，F(xiàn)0.01（1，36）=7.396。若F<2850，影響不顯著;2.850
2.1.2 浸泡方式對絲條力學性能的影響
從表3可以看出，真空負壓浸泡后的絲條斷裂強度和彈性模量與未浸泡的絲條相比下降得較少，而泡缸浸泡的絲條下降得較多。這是由于不同的浸泡方式對絲條的外力作用和浸沒時間不同：在泡缸浸泡時，絞絲浸沒在泡絲溶液中經(jīng)過幾小時至十幾小時不等的時間相對緩慢地吸收液體;在真空負壓泡絲機浸泡時通過負壓的作用將浸泡助劑滲透進絲條中，整個過程在十幾分鐘內(nèi)即可完成。因此在相同助劑的作用下，浸泡工藝所需要的時間越長導致絲條內(nèi)部分子間相互作用力減弱，絲條強度和彈性模量降低得越多?？梢缘玫降慕Y(jié)論是：真空負壓浸泡的絲條斷裂強度和彈性模量高于泡缸浸泡的絲條。
從浸泡方式對抱合次數(shù)的影響可以看出，真空負壓浸泡和泡缸浸泡后的絲條抱合次數(shù)均有降低，這是由于浸泡時助劑分子附著在絲條表面形成油膜，且浸泡后繭絲的相互膠著力下降。但對比兩種浸泡方式來看，真空負壓浸泡后的絲條抱合次數(shù)高于泡缸浸泡后的絲條，這也是由于真空負壓浸泡的時間相對短，對絲條的作用效果比泡缸浸泡溫和。因此，真空負壓浸泡后的絲條表面變光滑的程度較低，保持了較好的抱合性能，對后續(xù)的織造環(huán)節(jié)有利。
2.1.3 浸泡助劑對絲條力學性能的影響
由表3可以看出，浸泡助劑對絲條的斷裂強度和抱合次數(shù)影響非常顯著;平安油助劑浸泡后的絲條斷裂強度和抱合次數(shù)均高于MCH-ZSJ-2助劑浸泡后的絲條。對平安油助劑和MCH-ZSJ-2助劑的主要成分分析，可以了解到兩種助劑中的油脂在對絲條的滲透和吸附作用上也有差異。平安油中的植物油在堿的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?，作用在絲條上時效果相對溫和，對絲條的滲透性和吸附性較弱;而MCH-ZSJ-2助劑的滲透性和吸附性較強，對絲條性能的改變更明顯。因此，平安油助劑處理過的絲條比MCH-ZSJ-2助劑處理過的絲條更能保持未浸泡絲條的性能，斷裂強度和抱合次數(shù)更優(yōu)。
根據(jù)GB/T1797—2008《生絲》的定級標準來看，真空負壓/平安油、泡缸/平安油、真空負壓/MCH-ZSJ-2浸泡工藝處理后的絲條斷裂強度和斷裂伸長率指標達到3A級以上;泡缸/MCH-ZSJ-2工藝處理后的絲條斷裂強度指標在3A級以下。真空負壓/平安油工藝處理后的絲條抱合81次，能達到國標生絲標準中3A～A級的要求;泡缸/平安油、真空負壓/MCH-ZSJ-2、泡缸/MCH-ZSJ-2工藝處理后的抱合低于80次，低于生絲標準中A級生絲對抱合力的要求。
2.1.4 浸泡后絲條加工為捻線絲的力學性能比較
表4為不同浸泡工藝加工的捻線絲斷裂強度和斷裂伸長率。從表4可以看出，不同浸泡工藝處理后絲條加工為捻線絲后依舊是真空負壓/平安油工藝處理過的絲條的斷裂強度最佳，泡缸/MCH-ZSJ-2工藝處理過的絲條斷裂強度最差。其中真空負壓/平安油、泡缸/平安油、真空負壓/MCH-ZSJ-2這三種浸泡工藝處理過的絲條的斷裂強度達到特級和雙特級水平，泡缸/MCH-ZSJ-2工藝處理過的絲條斷裂強度達到GB/T22857—2009中1～2級捻線絲的斷裂強度指標。
從浸泡工藝的比較來看，真空負壓浸泡后的捻線絲強度好于泡缸浸泡的捻線絲強度;從浸泡助劑的比較來看，平安油助劑浸泡后的捻線絲強度好于MCH-ZSJ-2助劑浸泡的捻線絲強度。對浸泡后絲條加工而成的捻線絲力學性能進行T檢驗比較分析，在置信區(qū)間為95%、自由度為9的情況下，查表可得t（9，0.05）=2.262。若T>2.262，說明結(jié)果差異顯著;若T<2.262，說明結(jié)果差異不顯著。斷裂強度T=4.938，大于2.262，差異顯著;斷裂伸長率T=1433，差異不顯著?？梢哉J為真空負壓/平安油工藝浸泡后絲條的力學性能明顯優(yōu)于泡缸/MCH-ZSJ-2工藝。
2.2 浸泡工藝對絲條結(jié)構(gòu)的影響
2.2.1 絲膠溶失率比較
通過絲膠溶失率的實驗結(jié)果（表5）可以得出，浸泡處理前后絲膠的溶失率均在20%～22%。從理論上來說，浸泡時絲膠內(nèi)部大分子間作用力減小，絲膠在水和助劑中油脂分子的作用下膨潤，分子間空隙逐漸變大，并且可能會隨著浸泡時間的增加出現(xiàn)少量溶解。但實驗中發(fā)現(xiàn)，浸泡處理后的絲膠溶失率略高于浸泡處理前的絲膠溶失率。相關(guān)研究[7]認為，這是由于浸泡過程中油脂逐漸吸附在絲條之上造成的。浸泡助劑中的油脂在平滑和柔軟絲條的同時對絲條有一定的增重作用，當使用弱堿溶液進行脫膠時，油脂也會隨之被溶解。因此浸泡后絲條的絲膠溶失率會略高于未浸泡的絲條，這是可以解釋的。從絲膠溶失率的實驗來看，浸泡方式和浸泡助劑的不同對絲條的絲膠含量沒有明顯影響。
2.2.2 結(jié)晶度比較
對不同浸泡方式和不同浸泡助劑處理后的絲條進行X射線衍射實驗，得到的譜圖如圖1、圖2所示。可以看出，主要的衍射峰位置基本一致，區(qū)別不大。但由于在處理方式上有區(qū)別，且X衍射實驗時受樣品制備、環(huán)境因素等影響，譜圖不可能完全一致，在具體的衍射吸收峰上還是略有差異。結(jié)合前人的研究經(jīng)驗[9-11]得知，蠶絲纖維在2θ=10°、18°、20°、24°、28°附近會出現(xiàn)衍射峰，且認為此五處衍射峰為結(jié)晶峰。借鑒相同的方法使用分峰軟件將譜圖中的各個峰區(qū)分，可以計算出結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的面積。
對不同浸泡方式和不同浸泡助劑處理后樣品結(jié)晶度的計算如表6所示，可以看出真空負壓和泡缸浸泡方式對絲的結(jié)晶度影響不大，與未浸泡絲條的結(jié)晶度差異很小。平安油助劑和MCH-ZSJ-2助劑對浸泡后絲條結(jié)晶度的改變也不是很大。
2.2.3 表面形貌比較
使用掃描電子顯微鏡在1500倍放大倍數(shù)下對絲纖維的表面進行觀察，可以研究不同浸泡方式和不同浸泡助劑對絲纖維表面產(chǎn)生的變化（圖3）。從掃描電子顯微鏡拍攝的照片中可以看到，一根絲條由多根繭絲相互膠著而成，繭絲之間有縫隙。其中未經(jīng)浸泡處理的絲條表面比較粗糙，有小顆粒狀物質(zhì)附著在絲條之上。經(jīng)過浸泡處理的絲條表面變得較為平滑，絲條上附著的小顆粒狀物質(zhì)減少，但繭絲之間的縫隙依舊存在。
由圖3可以看出，經(jīng)不同浸泡工藝絲條在表面形態(tài)上差異不大，絲條較未浸泡時變平滑，但還是有一些顆粒狀的物質(zhì)附著在絲條上，所以認為浸泡方式對絲條表面形態(tài)基本無影響。而從不同浸泡助劑處理后的絲條SEM圖像可以看出，經(jīng)平安油浸泡后的絲條在平滑程度上不如MCH-ZSJ-2浸泡的絲條，平安油浸泡后的絲條表面依舊附著了一些小顆粒。從掃描電子顯微鏡觀察到的表面形貌來看，浸泡工藝處理后的絲條不同程度的變光滑，但浸泡助劑和浸泡方式對絲條的表面形貌影響不大。
2.3 真空負壓/平安油浸泡工藝的優(yōu)點
使用真空負壓/平安油浸泡工藝可以減少廢水的排放。真空負壓浸泡工藝中溶液與生絲質(zhì)量之比為1 ︰ 1，所有的浸泡溶液通過真空負壓浸透到生絲中，浸泡完成后幾乎沒有殘液，也不需要離心脫水，直接進入自然晾干工序。而泡缸浸泡時溶液與生絲的質(zhì)量之比為4 ︰ 1，按照一個中小型捻絲企業(yè)的產(chǎn)能（泡絲300kg/d）來估算一天至少排放900kg的廢水。浸泡后的廢水中含有絲膠蛋白、表面活性劑、油脂等，若直接排放到自然水體中會造成較大污染，而環(huán)保部門對廢水排放的處理要求也給企業(yè)帶來困擾：廢水處理需要成本，若廢水處理不達標可能面臨停產(chǎn)。因此，真空負壓的工藝可以解決廢水處理的環(huán)保問題，不僅可以降低生產(chǎn)成本，也對企業(yè)周邊水體環(huán)境較為友好。
3 結(jié) 論
在對原料生絲進行浸泡時選擇真空負壓浸泡和平安油助劑的工藝，可以提高浸泡后絲條的質(zhì)量。對浸泡后生絲進行相同的并絲加捻工藝，真空負壓浸泡和平安油助劑的浸泡工藝更有利于捻線絲獲得較好的機械性能，說明此浸泡工藝可以提高捻線絲的質(zhì)量，且兼具環(huán)保優(yōu)勢。
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