超細羊毛的理化性能研究

2011-01-19 06:15:28李新玲張元明66070005

山東紡織科技 2011年3期

李新玲，張元明，姜偉(.， 6607；.， 0005)

羊毛是一種天然蛋白質纖維，作為一種重要的紡織原料，羊毛具有許多優異的性能[1]。細度是確定羊毛質量、檔次高低的一個重要標準。羊絨雖細度較細，但是其價格昂貴，產量有限[2]。因此，近年來超細羊毛越來越受到青睞。其不僅細度較普通羊毛細，而且價格也比羊絨便宜[3]。而且隨著人們生活水平的提高，對時尚服裝的消費也不斷增長。以往研究表明，隨著人們收入的增長，羊毛服裝的消費量也躍上一個新臺階。這在超細羊毛服裝方面體現更為明顯[4]。為了在超細羊毛紡織加工技術研究及其新產品開發中提供依據，必須對超細羊毛纖維理化性能進行測定，因為羊毛變細后,其纖維物理力學性能將發生一系列變化,使其具有不同于普通羊毛的獨特性能[5]。

本文主要通過測試超細羊毛纖維的各種性能，來與普通羊毛進行比較，并預測其可紡性。包括觀察其縱橫截面形態，測其直徑、長度、摩擦性能、拉伸力學性能、電學性能，以及吸濕性能、耐日光性、化學溶解和著色性能。通過比較，得出超細羊毛與普通羊毛的異同，以及在紡織中的優缺點和在紡織過程中應注意的問題。并通過這些指標來預測其制品的某些性能，如紗線的機械性能、毛羽，織物的手感、耐力學性能等。

1 實驗

1.1 試樣

經過初加工(除雜和堿液處理)的澳大利亞超細羊毛。

1.2 實驗方法和儀器

(1)用掃描電鏡觀察超細羊毛的縱向形態結構；利用哈式切片器制作超細羊毛的橫截面切片，并用顯微鏡觀察其橫截面形態。

(2)利用目鏡測微尺來測量超細羊毛的直徑。

(3)用梳片式羊毛長度分析儀來測超細羊毛的長度，并計算各長度指標[6]。

(4)利用八籃烘箱和分析天平測超細羊毛的回潮率；用Favimat纖維測試儀來測定超細羊毛干、濕態下的單纖力學性能(強力、強度、伸長率、斷裂功、全斷時間)。測濕態單強時，將超細羊毛先在水中浸泡0.5～1 min，再用Favimat纖維測試儀來測定單纖強力、強度、伸長率、斷裂功、全斷時間。公用參數Favimat測頭：210 cN ；測試長度：10 mm；測試速度：10 mm/min；預加張力：0.03 cN/dtex。

(5)用LFY-405纖維比電阻測試儀來測超細羊毛的質量比電阻。先準備重量為15 g的三組超細羊毛，將其扯松，然后分別放入比電阻測試儀中測量其質量比電阻。

(6)先準備八束超細羊毛，每束約10～15根，分別將其放入盛有鹽酸(37%，24℃)、硫酸(75%，24℃)、氫氧化鈉(5%，煮沸)、甲酸(85%,24℃)、冰醋酸(24℃)、間甲酚(24℃)、二甲基酰胺(24℃)、二甲苯(24℃)的試管中，觀察其溶解情況[6]。

(7)先分別準備三束超細羊毛纖維和三束普通羊毛纖維，每束約10～15根，再將其分別放入盛有碘-碘化鉀液的試管中染色，讓其分別染色30 s、2 min、10 min。然后將其取出，水洗，再進行顏色的對比。

2 結果與討論

2.1 縱橫截面形態

超細羊毛在顯微鏡下的縱橫截面形態如圖 1、圖2所示。其橫截面為圓形或近圓形，與普通羊毛無很大差別。縱向有天然卷曲，表面有鱗片。圖3為超細羊毛的掃描電鏡照片。從圖3中我們發現超細羊毛的鱗片多呈環狀或龜裂狀，且排列緊密，附著程度大。鱗片間距較大，大部分纖維的鱗片端變鈍，表面變得平滑，加之截面近似圓形，所以纖維具有柔和的絲般光澤[1]。由于鱗片的存在，使其制品貼身穿著會同普通羊毛一樣有刺癢感，使得護理困難。經堿處理后，會使縮絨性、刺癢感減小。

圖1 超細羊毛的縱向照片(顯微鏡)

圖2 超細羊毛的橫截面照片(顯微鏡)

圖3 超細羊毛掃描電鏡照片

2.2 直徑和長度

通過實驗共測得超細羊毛的40個直徑。利用游程檢驗，得此直徑樣本中個體具備獨立性。利用Grubbs檢驗剔除異常值后，計算得：

平均直徑:17.03846 μm；

直徑均方差:4.163808；

直徑變異系數:24.43774% 。

超細羊毛的比表面積較大，可接觸點較微小，連續介質的可及性增大，從而使得單根超細羊毛纖維更易于吸放濕和吸附染料，易于被加熱和冷卻。但是由于單向機械接觸點的變小和變少，接觸變得更少與柔性。超細羊毛細度較細，會形成更多的光散射和內部的多次折、反射，使纖維呈現乳白化[7]。

利用梳片式羊毛長度分析儀測量所得數據計算得：

重量加權平均長度:6.65 mm；

加權主體長度:7.03 mm ；

長度標準差:2.709434637 ；

長度變異系數: 40.7433789 %。

由此可得超細羊毛的細度較細，因此由其紡成的紗線截面中的纖維根數就較多，各羊毛纖維間的相互接觸增大，纖維之間的抱合力變強。拉斷紗線時，纖維不易滑脫，成紗強度相對提高。紗條的理論不勻率變低，紗線條干也會相對均勻些。所以，超細羊毛的可紡性就細度方面而言有所提高。但是因其細度細，較普通羊毛來說，其抗彎、抗扭剛度變小，易彎曲、纏繞和混亂排列，會使毛紗的結構膨松，有序性下降。

超細羊毛的細度細，其毛織物手感柔軟，織物表面光澤柔和，且在透氣、透濕、防風、防水方面的性能也會有所提高。

超細羊毛長度離散度較大，紗強增大的空間有限，同時紗線的表面毛羽會增多，毛感將會增強。其細度較細，長度離散度較大，易產生扭結和糾纏，因此在開松、梳理時纖維受力作用不宜十分劇烈[8]。

2.3 回潮率和干濕態下的力學性能比較

由于實驗條件的限制，測試的是在同一溫濕度下超細羊毛和普通羊毛的實際回潮率，因此也具有可比性。通過試驗我們發現在溫度23.5℃，濕度51%的條件下超細羊毛的平均回潮率為9.1101%，而普通羊毛的平均回潮率為8.7849%，很明顯超細羊毛的吸濕能力比普通羊毛要好。因此，超細羊毛織物的穿著舒適性比普通羊毛的要好。

紡織纖維吸濕后，一般力學性能也會有所改變。通過試驗我們發現，超細羊毛吸濕后，平均強度下降，但平均伸長率變大，其中強度下降了3.928%，但伸長率卻增加了18.6793%。平均斷裂時間變大，平均斷裂功也增大了14.2857%。這說明超細羊毛吸濕后，其紡織制品的耐外界作用力的能力會有所提高。所以在紡紗過程中可適當提高空氣濕度，一方面超細羊毛的強度變化不大，且更耐外力作用，另一方面又可防止靜電現象的產生。

2.4 質量比電阻

通過實驗測得超細羊毛的平均質量比電阻為5.925 ×1011Ω·g/cm2。纖維比電阻是預測纖維可紡性能的重要指標之一。由于摩擦會產生靜電，為了使纖維能順利紡紗，纖維的質量比電阻一般應控制在109Ω·g/cm2以內。由實驗數據我們得出超細羊毛的質量比電阻值比109Ω·g/cm2大出兩個數量級。而且由于超細羊毛的表面鱗片在紡織過程中很容易產生靜電，而其質量比電阻又大，使得產生的靜電不易消除。纖維之間由于所帶電荷相同而相互排斥，纖維與機件之間由于所帶電荷相反而相互吸引，會造成條子發毛，紗線毛羽增多，使卷裝成形不良，纖維粘纏機件、紗線斷頭增多等[8]。所以在紡紗過程中必須采取措施來防靜電，如使氣體放電、利用空氣電離、加除靜電劑、提高空氣的濕度等。

2.5 溶解性能

實驗結果見表1，由表1可知：超細羊毛與普通羊毛的溶解性能基本一樣，都耐酸不耐堿，不溶于一般的有機溶劑。

2.6 著色實驗

如圖4～圖6所示為超細羊毛與普通羊毛經著色后的結果。圖4是超細羊毛與普通羊毛著色30 s后的顏色對比，圖5是超細羊毛與普通羊毛著色2 min后的顏色對比，圖6是超細羊毛與普通羊毛著色10 min后的顏色對比，我們可以發現隨著染色時間的延長，超細羊毛與普通羊毛的顏色都加深，但是超細羊毛的顏色比普通羊毛的要深。推斷是因為超細羊毛在鱗片、細度等方面與普通羊毛存在差異，使得超細羊毛的著色率較普通羊毛的要高。