小浸漬工藝的實(shí)驗(yàn)探究

胡才強(qiáng)，陳美麗，周麗娟，江文斌(.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 008；.湖州浙絲二廠有限公司，浙江 湖州 08；.廣西華虹蠶絲股份有限公司，廣西 蒙山 546700)

胡才強(qiáng)1，陳美麗2，周麗娟3，江文斌1
(1.浙江理工大學(xué) 材料與紡織學(xué)院，杭州 310018；2.湖州浙絲二廠有限公司，浙江 湖州 313018；3.廣西華虹蠶絲股份有限公司，廣西 蒙山 546700)

針對常規(guī)浸漬方法采用絞裝絲浸漬的生產(chǎn)方式存在重復(fù)用工和重復(fù)干燥，效率低、能源消耗大等問題。采用在小真空給濕時(shí)加入絞裝絲浸漬助劑 EKL-101，研究小生絲浸漬工藝。通過將綢廠中的生絲浸漬和干燥工序合并到生絲生產(chǎn)過程中的真空滲透工序，以期達(dá)到減少綢廠生產(chǎn)加工工序、減少用工、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)省能耗的目的。研究結(jié)果表明：小生絲浸漬前，將小絲片置于40～50 ℃下，平衡干燥180 min，小絲片回潮率控制在8 %以下；當(dāng)助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 %時(shí)，浸漬溫度40～45 ℃，相對真空度-0.08 MPa，浸漬時(shí)間60～120 min，可以得到與傳統(tǒng)生絲浸漬基本相同的效果。

小浸漬；助劑濃度；浸漬時(shí)間；蠶絲質(zhì)量

蠶絲主要由絲膠和絲素兩部分組成，雖然絲膠和絲素的氨基酸組成相似，但含量有很大的差別，導(dǎo)致兩者在性能上的差異[1]。絲膠的存在，使得纖維的手感粗糙，加之有些桑蠶絲有硬角、纖度不勻、潔凈不高等缺點(diǎn)，在生產(chǎn)中容易產(chǎn)生斷頭，不利于織造。姚國萍等[2]研究發(fā)現(xiàn)，不同的生絲浸漬工藝對蠶絲脫膠性能和染色性能均有一定的影響。為了使真絲的織造性能及染色性能能夠得到改善，桑蠶絲在絡(luò)絲前一般需要經(jīng)過浸漬處理，以提高經(jīng)絲的平滑性和耐磨性，提高緯絲的柔軟性，減少織造斷頭率[3]，提高蠶絲脫膠與染色均勻性。目前，國內(nèi)外學(xué)者對生絲浸漬工藝已做了深入的研究，能滿足絲織要求的浸漬工藝也不斷趨于完善，但此前的探討和結(jié)論大多數(shù)是在傳統(tǒng)絞絲浸漬工藝下進(jìn)行和得出的，如斷裂強(qiáng)度、摩擦系數(shù)等。

在蠶絲的生產(chǎn)加工過程中，傳統(tǒng)的絞絲浸漬工藝存在工序復(fù)雜、能耗大、勞動(dòng)生產(chǎn)率不高的缺陷，其前后道主要工序包括：小絲片平衡→小絲片給濕→復(fù)搖→整檢→成絞→打包出廠→絞絲拆包→絞絲浸漬→絞絲干燥→絡(luò)絲。

為縮短生絲前后道加工工序，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，本研究采用將生絲浸漬和干燥工序合并到小真空給濕工序，使新工藝與傳統(tǒng)工藝相比，減少了“絞裝絲拆裝→絞裝生絲浸漬→生絲平衡干燥”等工序，可明顯提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

材料：湖州浙絲二廠有限公司生產(chǎn)的洋西春5A級22.2/24.4 dtex(20/22 D)小絲片，平均纖度為22.93 dtex(20.64 D)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

結(jié)合浙絲二廠的實(shí)際生產(chǎn)，實(shí)驗(yàn)主要分析浸漬時(shí)間、助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對浸漬后小樣絲的性能影響。為了減少制絲過程中諸多因素對浸漬效果的影響，試驗(yàn)原料選用同一批次、相同加工工藝下制備的小絲片。具體浸漬工藝如表1所示。

表1 小絲片浸漬工藝Tab.1 Soaking process of reeling silk

表1 小絲片浸漬工藝Tab.1 Soaking process of reeling silk

注：浸漬溫度(42±1) ℃，相對真空度-0.08 MPa，真空次數(shù)6次。

原料浸漬助劑溶分液數(shù)質(zhì)/%量浸漬時(shí)間/min洋西春5AEKL-1011.015 30 60 120 180洋西春5AEKL-1010.515 30 60 120 180洋西春5AEKL-1011.515 30 60 120 180

1.2.3 蠶絲脫膠

參照GB 1798－2008《生絲試驗(yàn)方法》，選取3份代表性試樣，每份約5 g，其中2份作為試樣、1份作為備用樣。將試樣置于烘箱中，在(105±2)℃條件下烘至恒重，精確到0.01 g。將2份已稱干質(zhì)量的試樣，按國標(biāo)中的試驗(yàn)條件，放入Na2CO3溶液中進(jìn)行脫膠。脫膠效果利用苦味酸胭脂紅法進(jìn)行檢驗(yàn)，并計(jì)算含膠率。

1.2.4 絲纖維物理機(jī)械性能測試

參照GB 1798－2008《生絲試驗(yàn)方法》，用XL-2型紗線強(qiáng)伸度儀對浸漬后小樣絲進(jìn)行單絲強(qiáng)力和伸長率測試，試樣長500 mm，拉伸速度500 mm/min，預(yù)加張力1.5 cN；用XL-2型紗線強(qiáng)伸度儀對浸漬后小樣絲進(jìn)行鉤接性能測試，試樣長500 mm，拉伸速度500 mm/min，預(yù)加張力3.0 cN；用Y731型抱合力機(jī)對浸漬后小樣絲進(jìn)行抱合性能測試，試樣長4 m，摩擦器移動(dòng)速度130次/min，預(yù)加張力30 cN。每個(gè)實(shí)驗(yàn)的樣本容量均為20個(gè)。

2 結(jié)果與分析

表2 小絲片干燥平衡時(shí)間與絲片回潮率的關(guān)系Tab.2 Relationship between drying time and moisture regain

表2 小絲片干燥平衡時(shí)間與絲片回潮率的關(guān)系Tab.2 Relationship between drying time and moisture regain

組別小時(shí)絲間片/ h平衡平衡室溫度/℃平回衡潮后率絲/%片1 0－12.262343～505.74 3 9 43～505.42

2.2 傳統(tǒng)絞裝絲浸漬后絲纖維及未浸漬樣絲性能分析

實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)絞裝絲浸漬工藝所得樣絲及未浸漬樣絲的各項(xiàng)性能測試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，傳統(tǒng)浸漬工藝處理后的樣絲，其單絲強(qiáng)度、鉤接強(qiáng)度及鉤接伸長率與未浸漬樣絲相比，均有較大的提高。浸漬后樣絲，其單絲的伸長率較未浸漬樣絲有所下降，但降幅很小。浸漬后樣絲的含膠率及抱合次數(shù)有顯著的降低，這可能與浸漬過程中樣絲表面絲膠的溶解有關(guān)。

表3 絞絲浸漬后樣絲及未浸漬樣絲的性能指標(biāo)Tab.3 Performance index of soaked raw silk and un-soaked raw silk

圖1 不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間和樣絲含膠率的關(guān)系Fig.1 Relationship between soaking time and sericin content rate of sample silk when mass fraction of agent is different

由圖1可知，在不同的浸漬條件下，浸漬后樣絲的含膠率較之于未浸漬樣絲均有明顯的降低，主要原因是浸漬助劑及水分子在浸漬過程中進(jìn)入到絲膠的空隙間，使得表面的絲膠和部分的內(nèi)部絲膠膨潤，進(jìn)而有限溶解[5]。同時(shí)可知，在相同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，樣絲的含膠率整體上隨著浸漬時(shí)間的延長而減小。從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，小浸漬工藝所得樣絲的含膠率與傳統(tǒng)絞裝絲浸漬后樣絲含膠率相比，其差值在±2 %左右，并無明顯的差值變化?？紤]到含膠率過多會(huì)使蠶絲柔軟性變差，而過低的含膠率又會(huì)導(dǎo)致蠶絲的斷裂強(qiáng)度及抱合力下降。綜合考慮，0.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間選擇在120～180 min；1.0 %或1.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間選擇在60～120 min。

2.4.1 絲纖維抱合性能

抱合力是指生絲絲條間絲膠對絲素的黏著力，它反映了生絲在織造過程中的耐磨性能。王筠等[6]認(rèn)為，生絲的抱合性主要由繭絲的分裂和滑移的難易程度構(gòu)成。不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，浸漬時(shí)間與樣絲抱合性能的關(guān)系如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5 %增加至1.5 %，對應(yīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理后樣絲的抱合次數(shù)整體上呈降低趨勢。小生絲浸漬助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5 %時(shí)，樣絲抱合性能比0.5 %和1.0 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)處理下樣絲的性能差。浸漬時(shí)間60 min后，樣絲的抱合次數(shù)逐漸提高，接近助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 %和1.0 %時(shí)的抱合值。在同一助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，樣絲的抱合次數(shù)隨著浸漬時(shí)間的延長，整體上呈現(xiàn)出先減小、后增大的變化趨勢。這是由于在浸漬初期，助劑分子殘留于表層絲膠分子中，使得絲膠分子的聚集狀態(tài)松散化[7]，分子間作用力降低，或由于堿的作用，使部分絲膠被溶解，減弱了絲膠對絲素纖維的黏著和保護(hù)作用，導(dǎo)致絲條間的抱合次數(shù)降低。隨著浸漬時(shí)間的延長，助劑逐漸在絲條外形成一層均勻的油膜，避免了絲條和金屬部件的直接摩擦，對絲膠起到了保護(hù)作用?？紤]到長時(shí)間的浸漬會(huì)帶來能耗大、產(chǎn)率下降的缺陷，綜合考慮，浸漬時(shí)間選擇在60～180 min。

圖2 不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間和樣絲抱合的關(guān)系Fig.2 Relationship between soaking time and cohesion of sample silk when mass fraction of agent is different

2.4.2 絲纖維強(qiáng)伸力

從圖3可看出，在0.5 %和1.0 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，小樣絲的斷裂強(qiáng)度整體上表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢；而在1.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，樣絲的斷裂強(qiáng)度隨浸漬時(shí)間的延長而降低。分析其原因，浸漬浴中非離子型的表面活性劑EKL-101對樣絲脫膠具有一定的抑制作用[8]，并能在絲膠外圍形成一層保護(hù)膜，使絲膠不溶解或少溶解，從而使樣絲的斷裂強(qiáng)度得到一定的提升[9]。在樣絲斷裂強(qiáng)度達(dá)到最大值后，隨著浸漬時(shí)間的繼續(xù)延長，助劑中的水分子繼續(xù)向絲膠內(nèi)部擴(kuò)散，生絲表面的絲膠逐步由膨潤趨向溶解。而絲素與水分子的結(jié)合是松散的，水分子使肽鏈之間的結(jié)合力減弱，并將部分氫鍵打斷，樣絲斷裂強(qiáng)度又會(huì)降低。1.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬浴中助劑含量較高，向樣絲表面擴(kuò)散較快，絲膠溶解較多，因而直接呈現(xiàn)斷裂強(qiáng)度下降的趨勢。從圖3可以看出，從低質(zhì)量分?jǐn)?shù)到高質(zhì)量分?jǐn)?shù)助劑處理下的小樣絲，其斷裂強(qiáng)度達(dá)到最大值的時(shí)間分別為180、120、15 min。造成這種差異的原因可能是由于在0.5 %和1.0 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，助劑分子的擴(kuò)散及吸附作用比較弱，助劑分子在絲膠外圍形成了保護(hù)膜需要較長時(shí)間，而1.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，形成油膜所需時(shí)間較短。與表3中傳統(tǒng)絞絲浸漬后樣絲的斷裂強(qiáng)度數(shù)據(jù)相比可知，小樣絲浸漬質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用1.0 %，與傳統(tǒng)絞絲浸漬助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，其斷裂強(qiáng)度性能較好，浸漬時(shí)間在60 min以上時(shí)的平均斷裂強(qiáng)度均優(yōu)于絞絲浸漬。長率相比可知，浸漬后小樣絲的斷裂伸長率有一定提高。其原因主要是浸漬過程中，隨著絲素表面的外層絲膠大量脫落，水分子進(jìn)入絲素的無定形區(qū)，破壞其分子間的次價(jià)鍵結(jié)合，使得絲素分子鏈之間產(chǎn)生滑移，因而絲纖維的平均斷裂伸長率得到了提升。

綜合圖3和圖4數(shù)據(jù)可知，由于助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5 %和1.5 %條件下處理的小樣絲斷裂強(qiáng)度整體上低于絞絲浸漬后樣絲，故較合適的小生絲浸漬工藝為：1.0 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，浸漬時(shí)間60～120 min。

2.4.3 絲纖維鉤接性能的測定

在實(shí)際生產(chǎn)中，針織物成圈過程中紗線主要受到彎曲拉伸作用。絲纖維的成圈性能可以通過絲纖維的鉤接性能得以反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)對不同浸漬工藝下的小樣絲進(jìn)行鉤接強(qiáng)度與鉤接伸長率測定，具體見圖5和圖6。

圖3 不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間和樣絲斷裂強(qiáng)度的關(guān)系Fig.3 Relationship between soaking time and breaking strength of sample silk when mass fraction of agent is differe

圖4 不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間和樣絲斷裂伸長率的關(guān)系Fig.4 Relationship between soaking time and breaking elongation rate of sample silk when mass fraction of agent is different

圖5 不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間和樣絲鉤接強(qiáng)度的關(guān)系Fig.5 Relationship between soaking time and loop strength of ample silk when mass fraction of agent is different

圖6 不同助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，浸漬時(shí)間和樣絲鉤接伸長率的關(guān)系Fig.6 Relationship between soaking time and loop elongation of ample silk when mass fraction of agent is different

從圖5中可看出，絲纖維的平均鉤接強(qiáng)度隨著浸漬時(shí)間的延長，整體上呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢。在30～60 min，絲纖維的平均鉤接強(qiáng)度達(dá)到最小值。絲纖維的鉤接強(qiáng)度先降低的原因可能是，在浸漬初期，外層絲膠的脫膠并不均勻，使得在絲纖維的表面形成了顆粒狀的絲膠塊，在高質(zhì)量分?jǐn)?shù)助劑的處理下，甚至產(chǎn)生了絲膠塊剝離的情況，進(jìn)而導(dǎo)致絲纖維鉤接處應(yīng)力集中，因而使得絲纖維的平均鉤接強(qiáng)度減小。隨著浸漬時(shí)間的延長，外層絲膠進(jìn)一步溶解，而內(nèi)層絲膠由于取向程度較高，并不容易溶解，因而絲纖維表面變得潤滑，使鉤接處應(yīng)力集中減小。加之隨著浸漬時(shí)間的延長，絲纖維表面形成了完整的油膜，使得絲纖維平均鉤接強(qiáng)度具有一定程度的提高。與圖3浸漬后小單絲斷裂強(qiáng)度性能相比可知，小生絲浸漬后所得樣絲的鉤接強(qiáng)度總是小于其拉伸斷裂強(qiáng)度的2倍，這是由于絲纖維在鉤接處存在彎曲破壞[10]。

從圖6可知，在0.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，絲纖維的鉤接伸長率隨著時(shí)間呈波動(dòng)性變化，無明顯的規(guī)律；在1.0 %和1.5 %助劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，絲纖維的鉤接伸長率隨著時(shí)間的延長，呈先升高再降低的變化趨勢，并分別在浸漬30、60 min時(shí)達(dá)到最大值9.80 %和9.10 %，與未浸漬樣絲相比，有所提高，但明顯小于傳統(tǒng)絞絲浸漬后樣絲的平均鉤接伸長率值12.00 %。引起圖6曲線變化的原因是：浸漬過程中樣絲絲膠含量的降低和絲膠聚集狀態(tài)的松散化。一方面，絲膠通過吸收水分子切斷了分子內(nèi)的氫鍵，于是折疊組織松解為延伸組織，由于分子鍵交聯(lián)作用的減少，增加了分子鏈段的柔性。因此，在浸漬過程中，樣絲的平均鉤接伸長率在一定的時(shí)間范圍內(nèi)得到了提升。隨著浸漬時(shí)間的繼續(xù)延長，絲膠的進(jìn)一步脫落，殘留在樣絲上的水分及助劑減少，產(chǎn)生了與浸漬生絲時(shí)相反作用，彎曲的肽鏈再一次伸直，分子的滑移減少，使得絲纖維的平均鉤接伸長率有所降低。

3 結(jié) 論

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An experimental study on the soaking process of reeling silk

HU Cai-qiang1, CHEN Mei-li2, ZHOU Li-juan3, JIANG Wen-bin1
(1.College of Materials and Textiles, Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2.Zhejiang NO.2 Silk Factory, Huzhou 313018, China; 3.Guangxi Huahong Silk Co., Ltd., Mengshan 546700, China)

As the silk used in the conventional methods of soaking is raw silk, we usually need to open the packaging from raw silk reeling enterprises before soaking. After soaking, we need dehydration and drying of raw silk. Base on this situation, there are some disadvantages in this method of production, such as duplication of labor, repeated drying, low efficiency and high energy consumption. In this study, we adopt the method of adding soaking agent EKL-101 during the depressor permeation treatment of reeling silk and study the soaking of reeling silk. In order to reduce production processes of raw silk, decrease labor, save energy and increase labor productivity, we merge the process of raw silk soaking and evaporation into the reeling silk soaking. The results of the study show that moisture regain of the reeling silk will be less than 8 % if we dry the reeling silk for 180min at the temperature of 40～50℃ before it; When the mass fraction of agent is 1.0 %, the temperature is between 40 ℃ and 45 ℃, the degree of vacuum is ﹣0.08 MPa and the soaking time is about 60～120min, the effect of reeling silk soaking will be the same as that of conventional soaking methods.

Soaking reeling silk; Concentration of soaking agents; Time of soaking; Quality of soaked reeling silk

TS143.2

A

1001-7003(2012)07-0025-05

2012-05-18

胡才強(qiáng)(1990－ )，男，2008級材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生。通訊作者：江文斌，教授級高工，hzjwb@zstu.edu.cn。