牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗及織物性能研究

詹云飛 羅秋蘭 潘 川 葉友邦 范瀅瀅 章惠新

（1.嘉興南湖學院，浙江嘉興，314001；2.嘉興學院，浙江嘉興，314001；3.浙江沃棆特實業(yè)集團有限公司，浙江嘉興，314501）

牦牛絨取自于生長在平均3 000 m 海拔以上的高原動物牦牛，是高原特有的優(yōu)質(zhì)天然纖維。牦牛絨纖維長度較短，細度和長度離散度大，而且牦牛絨無規(guī)則卷曲、抱合力較小。因此，牦牛絨纖維的可紡性較差，純紡難度較大[1-3］。牦牛絨纖維純紡較為困難且品種單一[4］，纖維利用率不高，故多采用與其他纖維混紡來改善牦牛絨纖維的可紡性，同時還能夠發(fā)揮纖維的特性，并可以降低原料成本，提高產(chǎn)品檔次，增加經(jīng)濟效益[5-6］。因此，開發(fā)新型混紡產(chǎn)品已成為牦牛絨纖維發(fā)展的一個主要方向。優(yōu)可絲纖維是賽得利公司推出的一款新型綠色環(huán)?？咕偕w維素纖維，具有天然環(huán)保、易生物降解、不污染環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展屬性，具有優(yōu)異的服用性能[7］。優(yōu)可絲纖維面料有良好的透氣和調(diào)濕功能，且手感柔順、光滑涼爽、不易起靜電等[8］。

目前牦牛絨與棉、羊絨、蠶絲以及滌綸等纖維混紡開發(fā)出的產(chǎn)品較多[9-11］，而對牦牛絨纖維與優(yōu)可絲等新型纖維的混紡紗開發(fā)幾乎沒有?；诖?，本研究將牦牛絨纖維與優(yōu)可絲纖維進行混紡，充分實現(xiàn)原料之間優(yōu)勢互補，采用集聚紡紗技術(shù)，得到不同混紡比的牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗，通過對混紡紗的強伸性能、毛羽、條干等指標進行分析，并以模糊綜合評價法確定最優(yōu)混紡比，最后對紗線的可加工性進行了分析，以期為牦牛絨優(yōu)可絲混紡織物的開發(fā)與研究提供理論依據(jù)。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

優(yōu)可絲纖維長度38 mm，線密度1.32 dtex；牦牛絨纖維平均長度30 mm，直徑18 μm~22 μm。

1.2 測試儀器

YG（B）003A 型電子單纖維強力機，YG061型電子單紗強力儀，YG171L 型紗線毛羽測試儀，YG139 型電容式條干均勻度儀，YG141N 型數(shù)字式織物厚度儀，YGE461 型織物透氣量測試儀，YG（B）026H-250 型織物強力機，YG（B）022D 型自動硬挺度試驗儀。

1.3 混紡紗的制備

1.3.1 紡紗工藝流程

考慮到兩種纖維的長度、伸直平行度差異較大，因此分別先紡制得到兩種粗紗，然后在細紗工序再實現(xiàn)混和紡紗。

具體紡紗工藝流程：DHU A201 型試驗清梳聯(lián)合機→DHU A301 型小樣并條機→A454G 型試驗粗紗機→多功能細紗機（改造后的設備）。

1.3.2 紡紗工藝參數(shù)

細紗機采用集聚紡工藝，牦牛絨纖維粗紗定量4.7 g/10 m，優(yōu)可絲纖維粗紗定量8.5 g/10 m。紗線設計線密度30 tex，捻系數(shù)320，錠速7 500 r/min，細紗羅拉隔距12 mm×12 mm×95 mm。

在紡制牦牛絨/優(yōu)可絲混紡比0/100、20/80、30/70 紗線時，優(yōu)可絲粗紗從中前羅拉上方的喇叭口喂入，牦牛絨粗紗從后羅拉上方的喇叭口喂入；在紡制牦牛絨/優(yōu)可絲混紡比40/60、50/50、60/40、100/0 紗線時，優(yōu)可絲粗紗從后羅拉上方的喇叭口喂入，牦牛絨粗紗從中前羅拉上方的喇叭口喂入；分別經(jīng)過不同牽伸倍數(shù)后，在帶有負壓的膠輥區(qū)匯聚，再進行加捻成紗并卷繞到細紗管上。

通過本工藝得到的混紡紗，與常用包混、條混得到的混紡紗結(jié)構(gòu)有所不同。在其橫截面內(nèi)，兩種纖維分布不均勻，一種纖維較多地分布在紗線外部，另外一種纖維分布在紗線內(nèi)部。因此后續(xù)在織物加工時，可根據(jù)織物的性能要求，綜合利用兩種纖維的優(yōu)異性質(zhì)設計混紡比，一方面在織物需要毛感效果時，使牦牛絨纖維分布在紗線外層；另一方面，在織物需要表面光滑時，使優(yōu)可絲纖維盡可能地分布在紗線外層。

1.4 織物工藝參數(shù)的設置

采用GE2-45S 型全自動雙針床電腦橫機，編織1+1 羅紋織物，具體的織造工藝：機號為16G，牽拉值為30，機速為0.8 m/s。

1.5 測試與表征

將兩種纖維分別粘貼在樣品臺上，噴金后在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察其表面形貌。

采用電子單紗強力儀對各混紡紗進行強伸性能測試，拉伸速度250 mm/min，拉伸距離250 mm，測試次數(shù)50 次，環(huán)境溫度20 ℃，相對濕度60%。

采用紗線毛羽測試儀對各混紡紗進行毛羽測試。紗線長度50 m，測試次數(shù)10 次，測試速度30 m/min，毛羽長度設定精度小于0.1 mm，毛羽分辨率小于0.5 mm。

采用YG139 型電容式條干均勻度儀對各混紡紗進行測試。測試速度50 m/min，測試時間2 min，測試次數(shù)10 次。

織物厚度按照GB 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》方法進行。

織物透氣性按照GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》方法進行。

織物頂破強力按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》方法進行。

織物剛?cè)嵝园凑誈B/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的評定 第1 部分：斜面法》方法進行。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 纖維的外觀形貌

圖1 為兩種纖維原料的SEM 掃描電鏡圖。

圖1 兩種纖維的微觀形態(tài)圖（放大5 000 倍）

從圖1 可以看出，牦牛絨纖維呈一定的卷曲現(xiàn)象，毛干上存在明顯的環(huán)狀鱗片；優(yōu)可絲纖維表面較為平滑，伸直度好，存在一定的帶狀轉(zhuǎn)曲。

2.2 纖維的物理強伸性能

表1 是牦牛絨纖維和優(yōu)可絲纖維的主要性能指標。

表1 兩種纖維原料的主要性能

由表1 可以看出，優(yōu)可絲纖維要比牦牛絨纖維更細，兩種纖維的強伸性能差異較大，優(yōu)可絲纖維的斷裂強度要優(yōu)于牦牛絨纖維，但優(yōu)可絲纖維的斷裂伸長率小于牦牛絨纖維。

2.3 不同混紡比紗線的強伸性能

為了方便進行紗線性能分析，將試樣統(tǒng)一編號，并測試混紡紗線密度、捻度，結(jié)果見表2。由表2 可以看出，各混紡紗的實測線密度與設計線密度（30 tex）較接近，其線密度偏差較小，紗線的捻度值基本符合設計紗線參數(shù)范圍。

表2 紡制的幾種紗線規(guī)格參數(shù)

不同混紡比紗線的強伸性能見圖2。

圖2 不同混紡比紗線的強伸性能

由圖2 可以看出，隨著牦牛絨纖維含量的增加，優(yōu)可絲/牦牛絨混紡紗的斷裂強度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，而斷裂伸長率先呈現(xiàn)明顯增大，在混紡比為30/70 至40/60 時逐漸降低，隨后又呈較緩慢增大。由于短纖維紗線的拉伸斷裂主要表現(xiàn)為纖維之間的相互滑移，因此隨著混紡紗中牦牛絨纖維含量的增加，混紡紗的斷裂強度呈現(xiàn)下降趨勢。牦牛絨纖維的加入改善了混紡紗的伸長率。這是由于牦牛絨纖維和優(yōu)可絲纖維的強伸性能差異較大，拉伸過程中斷裂伸長率小的優(yōu)可絲纖維會先斷裂，最后整個力會轉(zhuǎn)移到牦牛絨纖維上[12］，因此牦牛絨纖維的含量增加會導致紗線斷裂強度降低、斷裂伸長率增大。綜上分析，若需總體上改善混紡紗的強伸性能，則牦牛絨纖維的含量要在30%左右。

2.4 不同混紡比紗線的毛羽

不同混紡比紗線的毛羽H值測定結(jié)果見圖3。

圖3 不同混紡比紗線的毛羽H 值測定結(jié)果

從圖3 可以看出，純牦牛絨紗線和純優(yōu)可絲紗線的毛羽H值均高于混紡紗，表明兩種純紡紗線的毛羽較多。當牦牛絨纖維含量由0~30%逐漸增加時，混紡紗的毛羽H值呈下降趨勢，此時優(yōu)可絲纖維含量占主要部分，雖然纖維長度長，整齊度好，但纖維表面光滑，牦牛絨纖維的加入，增加了纖維之間的摩擦力，影響了混紡紗內(nèi)纖維間的抱合力；當牦牛絨纖維含量由30%逐漸增加時，混紡紗的毛羽H值又呈上升趨勢。這是因為牦牛絨纖維本身較短，短纖維量增加，紗線表面的浮游毛羽數(shù)量增多。因此，牦牛絨纖維與優(yōu)可絲纖維混紡比為30/70 時，這兩種纖維性能的互補作用達到較佳狀態(tài)，毛羽H值出現(xiàn)低谷[13］。

2.5 不同混紡比紗線的條干性能分析

不同混紡比紗線的條干性能測試結(jié)果見表3。

表3 不同混紡比混紡紗的條干性能指標

由表3 可以看出，相對于純牦牛絨紗線來說，隨著牦牛絨纖維含量的減少、優(yōu)可絲纖維含量的增加，紗線的棉結(jié)、粗節(jié)、細節(jié)都有明顯降低，這可能是因為優(yōu)可絲纖維較長而均勻，平行伸直度好，與牦牛絨纖維混和后，兩種纖維牽伸時的變速點也較集中，牽伸后纖維的頭端移距與正常移距產(chǎn)生的偏差減小，從而顯著降低了粗節(jié)和細節(jié)。

在混紡紗中，牦牛絨纖維比優(yōu)可絲纖維長度短，且長度不勻率較高，是條干惡化的主要因素。對于牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗而言，兩種纖維本身性能具有差異，包括纖維之間摩擦力的大小、浮游纖維長度、纖維浮游區(qū)大小等，在牽伸過程中導致變速點的離散性大，使牽伸引起的附加條干不勻變大[14］。

2.6 紗線的綜合性能評價

模糊綜合評價是一種應用于綜合決策的數(shù)學工具，利用模糊變換原理可以對多因素事件做出綜合評價[15］40。由于紗線的各項測試指標與紗線綜合性能之間存在一定的模糊關(guān)系，可利用模糊綜合評價對紗線的綜合性能進行分析，評定結(jié)果數(shù)值越大，表明紗線的綜合性能越好，為織物的設計與開發(fā)提供參考。

將混紡紗的斷裂強度、斷裂伸長率、條干CV、毛羽H值、棉結(jié)5 個因素進行綜合考慮和全面評價，運用模糊數(shù)學綜合評價方法，將試驗測得的客觀數(shù)據(jù)和主觀評價相結(jié)合進行紗線綜合性能的綜合評價。

2.6.1 確定評語集與模糊矩陣R

通過對紗線測試指標的分析，建立因素集U，U=｛U1，U2，U3，U4，U5｝，其中U1為斷裂強度，U2為條干CV，U3為斷裂伸長率，U4為毛羽H值，U5為棉結(jié)，即U=｛斷裂強度，條干均勻度，斷裂伸長率，毛羽H值，棉結(jié)｝。

5 種不同混紡比紗線編號集表示為V=｛2#，3#，4#，5#，6#｝。紗線各項性能測試見表4。

表4 紗線各項性能匯總表

為了消除各指標的量綱和數(shù)量級上存在的差異，一般通過標準化處理原始數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)都壓縮到[0，1］閉區(qū)間內(nèi)。一般采用的標準化處理方法有極差標準化，標準差標準化和均值標準化。本研究采用的是極差標準化，對于斷裂強度、斷裂伸長率，其測試值越大越好，按公式（1）計算，對于條干CV、毛羽H值、棉結(jié)，其測試值越小越好，按公式（2）計算。

建立模糊評價矩陣R，R滿足

根據(jù)表4 中紗線的各項性能測試結(jié)果，分別代入公式（1）、公式（2）得模糊關(guān)系矩陣如下：

2.6.2 確定權(quán)重向量

權(quán)重向量是指評語集上的一個模糊子集。在模糊綜合評價中，各評語因素對評價結(jié)果的影響程度，需結(jié)合實際確定合適的權(quán)重向量[16］。為找出最優(yōu)的混紡比例，進而驗證混紡紗的可織性，依據(jù)專家經(jīng)驗采用主觀賦權(quán)法確定權(quán)重，對具體的5 項 因素權(quán)重分配依次為0.364，0.151，0.203，0.166，0.116，并確定權(quán)重集A=｛0.364，0.151，0.203，0.166，0.116｝。

對于模糊綜合評價計算，根據(jù)綜合評判B=A×R，求出某綜合評價集合B。

對于模糊矩陣Rij，將它計算得到一致性指標CI，查表得到同階平均隨機一致性指標RI，最終計算得到一致性比率CR。當CR=CI/RI<0.1，通過一致性檢驗，即權(quán)重向量的分配是合理的[15］44。對B進行一致性檢驗，求得此矩陣的最大特征值λmax=5.362 4，得CI=（5.362 4-5）/（5-1）=0.090 6，在平均隨機一致性指標系數(shù)（RI）表[15］42中，查得當時階數(shù)為5 時對應一致性指標RI=1.12，一致性比率CR=0.090 6/1.12=0.080 9<0.10，一致性檢驗符合，分配合理。

通過最終對矩陣B的計算結(jié)果進行混紡紗紗線性能的綜合分析，其值越大說明紗線的綜合性能越好。因此5 種混紡紗的綜合性能從優(yōu)到差依次為3#、4#、2#、5#、6#。

可以看出，綜合性能最好的是3#，根據(jù)模糊數(shù)學分析基本可得出牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗的綜合性能隨著牦牛絨纖維含量的增加而降低，與前面分析基本一致。

綜上所述，牦牛絨/優(yōu)可絲混紡比為30/70 的混紡紗綜合性能最好。

2.7 織物的性能測試

2.7.1 織物的制備與基本規(guī)格

為驗證紗線的可加工性，對最優(yōu)3#混紡紗進行1+1 羅紋織造，并與7#和1#進行對比可知，3種織物的外觀有明顯顏色差異，顏色最深的為純牦牛絨織物，顏色最淺的為純優(yōu)可絲織物，織物的規(guī)格見表5。

表5 各種織物的規(guī)格

由表5 可以看出，相同工藝下3 種織物的厚度、橫密和縱密變化較小，由于兩種纖維的密度不同，相同條件下織物的單位面積質(zhì)量有較大差別，純優(yōu)可絲織物單位面積最大，純牦牛絨織物則最小。

2.7.2 織物基本性能測試

織物厚度直接影響織物表面的透氣性，進而影響穿著舒適性。由于3 種織物的厚度差異較小，基本可忽略該因素對透氣性、頂破強力、柔軟性的影響，3 種織物的基本性能測試結(jié)果見表6。

表6 織物基本性能測試表

由表6 可以看出，3#混紡紗針織物的透氣性為最優(yōu)，頂破強力為299.47 N，略低于純優(yōu)可絲織物，符合GB/T 22848—2022《針織成品布》中頂破強度不小于150 N 的質(zhì)量要求；柔軟性居于中間，比純牦牛絨織物的柔軟性要好，比純優(yōu)可絲織物的柔軟性要稍差。

綜合織物的透氣性、頂破強力、柔軟性來看，混紡紗織物的性能優(yōu)于其他兩種純紡織物，說明紡制的牦牛絨/優(yōu)可絲混紡比為30/70 紗線具有良好的可加工性，可進行批量生產(chǎn)。

3 結(jié)論

（1）牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗具有工藝上的可行性。隨著牦牛絨纖維含量的增加，牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗的性能總體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，在牦牛絨含量30%時，混紡紗的強伸性能最好。

（2）混紡紗的條干均勻度總體上比純牦牛絨紗線好，在牦牛絨纖維含量為20%~30%時條干均勻度最好，尤其是在牦牛絨纖維含量為30%時混紡紗中的棉結(jié)、粗節(jié)、細節(jié)情況較好，毛羽數(shù)總體上最少。

（3）通過模糊綜合評價法，計算出牦牛絨/優(yōu)可絲最優(yōu)混紡比為30/70，此時混紡織物的透氣性、頂破強力、柔軟性均較好，具有一定的織物可加工性。

總之，牦牛絨優(yōu)可絲混紡紗和織物的加工是可行的，織物性能符合服用面料的基本要求。未來可根據(jù)生產(chǎn)用途或穿著需要，更好地發(fā)揮兩種纖維的優(yōu)勢，提升混紡產(chǎn)品的附加值。