廢舊羊毛纖維的可紡性能研究

普丹丹，李玥佳，龍云清，朱進忠

(1.河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007； 2.紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450007)

隨著人們生活水平的提高，人均消費紡織品的數(shù)量逐漸增多，使用周期越來越短，伴隨而來的是紡織原料需求量迅速增長。與此同時，由于全球人口的逐漸增長，世界各地都在啟動保證糧食供應(yīng)計劃，減少棉、麻種植及草場養(yǎng)殖面積，致使天然纖維總產(chǎn)量逐年減少[1]。全球每年各種廢棄紡織品高達3 000萬t，很少被合理的回收利用[2-4]。羊毛纖維是一種天然紡織纖維,具有回彈性好、吸濕性好、保暖性好以及光澤柔和等優(yōu)良的性能[5-7]。對廢舊的羊毛織物進行回收再利用,不僅可以在一定程度上緩解紡織原料的供需矛盾，而且對有效利用和保護自然資源具有十分重要的意義。本文以紡織原料中價格較貴、回收價值較大的羊毛衫中的羊毛纖維為研究對象，選擇5種不同穿著時間的廢舊羊毛衫，拆取其中的纖維，與未經(jīng)過紡紗、織造的正常羊毛纖維進行對照，從纖維外觀形態(tài)、長度、線密度、卷曲、拉伸等5個方面對其性能進行測試分析，為廢舊羊毛纖維的再利用提供理論參考。

1 試 驗

1.1 試驗材料

廢舊羊毛纖維取自廢舊羊毛衫，分別將穿著1、2、4和6年的廢舊羊毛衫拆解后得到散纖維，從散纖維中抽取試驗用試樣。為了對比分析，試驗還選取了新羊毛纖維和閑置18年羊毛衫中的羊毛纖維。試驗用樣品信息如表1所示。

表1 試驗用樣品信息

1.2 試驗方法

1.2.1試樣選取

在進行測試前，需將廢舊羊毛衫拆解成散纖維，再從散纖維中抽取試驗用樣品。使用Y311 N型紗線捻度機(南通宏大實驗儀器有限公司)對所選紗線進行解捻；從解捻得到的纖維束中抽出纖維并整理成一端平齊的試樣。將得到的右端平齊的纖維按照每抽取10根取第10根的方法進行抽樣。對于每種試樣，預(yù)抽取樣本容量為50的樣本進行一系列測試，后續(xù)根據(jù)需要又擴大了樣本容量，本文最大樣本容量為300。

1.2.2測試方法與評價指標(biāo)

外觀形態(tài)：采用US5型多功能數(shù)碼液晶顯微鏡(深圳愛科學(xué)數(shù)碼科技有限公司)，觀察羊毛的縱橫向形態(tài)結(jié)構(gòu)。

纖維長度：采用GB/T 19722—2005《洗凈綿羊毛》手排圖法進行測試，mm。

纖維線密度：采用XD-1型振動式細度儀(上海新纖儀器有限公司)，參照GB/T 16256—2008《紡織纖維 線密度試驗方法 振動儀法》進行測試，每組試樣測定50根。

纖維卷曲：采用YG362型纖維卷曲彈性儀(南通宏大實驗儀器有限公司)，每組試樣測試10根，得到卷曲數(shù)、卷曲率指標(biāo)。

單纖維拉伸性能：采用XQ-1型電子單纖維強力測試儀(上海新纖儀器有限公司)，參照GB/T 4711—1984《羊毛單纖維斷裂強力和伸長試驗方法》進行測試，每組試樣測量50根。

2 結(jié)果與分析

2.1 外觀形態(tài)

采用電子顯微鏡觀察羊毛纖維縱向切片,6種羊毛纖維縱向形態(tài)如圖1所示。

圖1 羊毛纖維縱向形態(tài)(×1 000)

由圖1可以看到，1#試樣羊毛纖維表面的鱗片比較規(guī)則，呈環(huán)形，而且較為完好。2#試樣羊毛纖維表面呈瓦片狀，有少許損傷，但范圍較小。3#試樣鱗片近似環(huán)形，相較于1#試樣，其形態(tài)已經(jīng)不再規(guī)則，相較于2#試樣，表明其損傷更加明顯。4#試樣和5#試樣鱗片損傷更加明顯，尤其是5#試樣，其鱗片只有靠近根部的部分比較完整，其它部位鱗片有大范圍的缺損現(xiàn)象，可能是由于使用時間長，磨損及老化比較嚴重造成的。6#試樣鱗片呈環(huán)形，從整體上看其環(huán)形形狀比較明顯，但鱗片上有斑斑點點的跡象，這可能是由于老化和磨損2方面原因造成的，而且老化作用比磨損作用更大。

6種試樣的截面形態(tài)如圖2所示。由橫截面形態(tài)圖可以看到，1#試樣纖維束內(nèi)纖維的細度分布是比較均勻的，但是與3#試樣相比，后者紗線內(nèi)纖維細度的分布更加均勻一些。6#試樣較粗的纖維附近圍繞著較細的纖維，同一截面內(nèi)細度差異最大，這很可能預(yù)示著6#試樣紗線內(nèi)纖維細度離散程度很大。

圖2 羊毛纖維截面形態(tài)(×1 000)

2.2 纖維長度

纖維長度是影響紡紗質(zhì)量的重要因素，在一定范圍內(nèi)，纖維長度越長，紡紗后纖維與纖維之間的接觸長度越大，纖維之間的摩擦力和抱合力越大，成紗的質(zhì)量越好[8-9]。6種試樣的長度測試結(jié)果如表2所示。表2結(jié)果表明：不同使用年限的廢舊羊毛纖維平均長度在58.4～114.8 mm之間，仍然具有較高可紡性。

表2 6種試樣的纖維長度測試結(jié)果

2.3 纖維線密度

6種試樣的纖維線密度測試結(jié)果如表3所示。

表3 6種試樣纖維線密度測試結(jié)果

從表3可以看出，2#、3#、4#、5#試樣纖維線密度的平均值依次降低，這是由于隨著使用年限的增大，羊毛纖維受磨損的程度就越嚴重，所以線密度降低。此外，還可以看出相比于新羊毛纖維(1#試樣)線密度的CV值，使用不同年數(shù)的廢舊羊毛纖維(2#、3#、4#、5#試樣)的線密度CV值有所降低。這表明在使用過程中的磨損作用下，羊毛纖維的線密度均勻度更好，這有利于廢舊羊毛纖維的紡紗。

根據(jù)纖維線密度與直徑的換算公式：

(1)

式中：d為纖維直徑，μm；Tt為纖維線密度，tex；δ為纖維密度，g/cm3。

已知羊毛纖維密度約為1.24 g/cm3，經(jīng)計算可知，試樣的平均直徑均在22～29 μm之間，滿足再紡紗的細度要求。

2.4 卷 曲

羊毛纖維的卷曲指標(biāo)是其影響工藝的重要特征，它不僅影響著成紗過程中纖維之間抱合力的大小，還與產(chǎn)品的蓬松性有關(guān)[10-12]。6種試樣的卷曲性能測試結(jié)果如表4所示。

表4 6種試樣的卷曲性能測試結(jié)果

由表4可以看出，6種試樣的卷曲率均在12%～16%之間。而一般卷曲率在10%～15%之間較好，所以從纖維卷曲方面看，廢舊羊毛纖維仍具有較好可紡性。

2.5 拉伸性能

6種試樣在標(biāo)準溫濕度環(huán)境下的部分拉伸力學(xué)性能指標(biāo)如表5所示。

表5 6種試樣在標(biāo)準溫濕度環(huán)境下的拉伸力學(xué)性能指標(biāo)

表5結(jié)果表明：2#、3#、4#和5#試樣平均斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂比功均呈現(xiàn)明顯下降趨勢。這主要與試樣在使用過程中受到反復(fù)的擠壓、扭曲、磨損所致，且隨著使用年數(shù)的延長，受損越嚴重，拉伸性能下降的就越多。6#試樣是有18年歷史的廢舊羊毛衫纖維試樣，其斷裂強度只比1#試樣低0.02 cN/dtex,并且高于4#試樣和5#試樣，這可能是因為6#試樣主要是受老化作用，而受反復(fù)擠壓扭曲磨損作用比較小。以上結(jié)果表明，廢舊羊毛纖維的拉伸性能的損傷主要源于使用過程中的擠壓、扭曲、磨損，而老化作用的影響不大。

3 結(jié) 論

①廢舊羊毛纖維使用時間不同，損傷程度不同。使用年數(shù)越長，損傷越嚴重。

②通過測試發(fā)現(xiàn)，18年以內(nèi)的廢舊羊毛纖維平均長度在58.4～114.8 mm之間，平均直徑在22～29 μm之間，卷曲率在12%～16%之間，從形態(tài)特征來看，廢舊羊毛纖維仍具有可紡性。

③斷裂強度和斷裂比功隨使用年數(shù)的增大而減小，使用年數(shù)最多的廢舊羊毛纖維拉伸性能最差。

④從再利用方面考慮，廢舊羊毛纖維的可紡性能仍然較好。在回收再利用的過程中，應(yīng)盡量避開機械開松以免進一步損傷，或利用化學(xué)方法沉析纖維主要組成，以利再生。