羊駝毛拉伸細化預處理工藝的研究

程浩南，張一心，張鵬飛

(1.西安工程大學，陜西 西安710048；2.陜西出入境檢驗檢疫局，陜西 西安710068）

羊駝毛是一種珍稀而昂貴的特種動物纖維。其天然色彩豐富，纖維長度長，強力高，韌性好，用其制成的產品耐磨性較好，時裝柔軟暖和，穿著舒適，懸垂性好[1]。但是由于羊駝毛直徑較粗，在開發高支輕薄高檔服裝面料時受到了限制。如果能對羊駝毛纖維進行一定的細化加工，可以有效提升原料的經濟價值。拉伸前的預處理工藝是毛纖維拉伸細化的重要環節，其主要作用是打開分子之間的化學鍵，一方面降低拉伸應力，另一方面提高纖維的斷裂伸長率，便于在后序工藝中拉伸。但是，預處理工藝對毛纖維的作用也不能過大，否則會對纖維造成嚴重損傷，影響細化毛纖維的機械性能、表面摩擦性能及光澤等。所以，有必要合理選擇細化預處理的工藝條件[2]。

本實驗借鑒劉君妹[3]關于羊毛拉伸細化預處理劑的優選方案，設計正交實驗，對羊駝毛拉伸細化預處理工藝的優化進行探討。

1 羊駝毛拉伸細化機理

羊駝毛纖維大分子是由許多種α氨基酸用肽鍵連接構成，主鏈為多縮氨酸鏈，主鏈間以二硫鍵、鹽式鍵和氫鍵等交聯。大分子鏈的單分子空間結構通常有兩大類:一類是直線型的曲折鏈，稱β型螺旋鏈，另一類是螺旋型，稱α型螺旋鏈，一般情況下，羊毛大分子以α型螺旋鏈存在[4]。羊駝毛拉伸細化的機理基于 “α-β轉變細化”理論模型，羊駝毛在預處理劑的作用下，弱化或破壞纖維分子間的化學鍵作用尤其是二硫鍵，然后使纖維在受力條件下通過拉伸拉長變細，α螺旋型大分子轉變成β曲折鏈型大分子，并且在新的位置上重新建立起新的連接， 最后在化學試劑的作用下將纖維定形[5-8]。

2 實驗

2.1 材料、試劑及測試儀器

實驗材料:山西晉中羊駝毛，斷裂強力16.82 cN，斷裂伸長率44.09%。

試劑:亞 硫 酸 氫 鈉 （NaHSO3）、硫 酸 銨[(NH4)2SO4]和表面活性劑JFC。

測試儀器：YG001N型電子單纖維強力儀（南通宏大實驗儀器有限公司生產）。

2.2 正交實驗設計

經多次實驗驗證，選用亞硫酸氫鈉為還原劑，主要用于斷開二硫鍵，其質量分數 8%～16%，選用硫酸銨為屏蔽劑，其質量分數2%～6%，再加入適量的表面活性劑JFC。水浴溫度55～75℃，預處理時間為 5～15 min。

本實驗選擇溶液的濃度、水浴溫度和預處理時間為正交試驗因素，以羊駝毛纖維斷裂伸長率和斷裂強力為主要測試指標，正交表選用L9(34)，正交試驗設計因素及水平分布如表1所示。

表1 預處理因素水平分布表

2.3 實驗方法

采用單纖維拉伸法，將經過水浴處理或在一定濃度和溫度的化學試劑中預處理一定時間后的羊駝毛取出，立即在YG001N型電子單纖維強力儀上測試，室內溫度為25℃，相對濕度為65%。試樣夾持長度20 mm，拉伸速度20 mm／min，預加張力為0.5 cN，樣本容量500。

3 正交實驗結果與分析

3.1 正交實驗結果

按照正交設計試驗方法，取出經過預處理的羊駝毛，立即在YG001N型電子單纖維強力儀上測試其拉伸性能，試驗結果如表2所示。對正交試驗的數據進行正交分析，如表3所示。

表2 正交實驗結果

表3 斷裂伸長率和強力損失率正交分析

3.2 正交實驗結果分析

由表2和表3可以看出，羊駝毛拉伸細化預處理工藝因素對斷裂伸長率的影響顯著性次序為C>A>D>B，即顯著性次序水浴溫度>亞硫酸氫鈉的質量分數 >預處理時間>硫酸銨的質量分數，具體見表4。

表4 預處理對斷裂伸長率影響的顯著性

因為斷裂伸長率越大，對羊駝毛纖維的拉伸細化加工越有利，纖維的細化效果就越好，故使斷裂長度率增大的最優工藝是A1B3C3D3。

羊駝毛拉伸細化預處理工藝因素對強力損失率的影響顯著性次序為C>D>A>B，即顯著性次序水浴溫度>預處理時間 >亞硫酸氫鈉的質量分數>硫酸銨的質量分數，具體見表5。

表5 預處理對強力損失率影響的顯著性

因為斷裂強力損失率越大，對羊駝毛纖維的紡織加工越不利，紗線、織物的物理機械性能就越差，故使斷裂強力損失率最小的最優工藝是A3B1C1D1。

由于斷裂伸長率是影響羊駝毛纖維拉伸細化性能的最重要因素，只有斷裂伸長率越大，纖維才可能被拉得更細。同時考慮到羊駝毛纖維的斷裂強力很大，只要斷裂強力損失不是太大，就不會對紡紗加工及后道加工產生太大影響。因此，這里以斷裂伸長率為主要考慮指標，兼顧強力損失率。從上面各指標的最優方案分析中可以得出，羊駝毛纖維化學預處理方案的最佳工藝為A1B3C3D3。

4 結論

(1)用亞硫酸氫鈉作為還原劑，JFC作為潤濕劑，硫酸銨作為屏蔽劑對羊駝毛纖維進行化學預處理，羊駝毛纖維的斷裂伸長率在62.39%～80.47%之間，斷裂強力損失率在 9.22%～28.78%之間，可以用于拉伸細化時的預處理液。

(2)羊駝毛進行拉細處理前的化學預處理，用亞硫酸氫鈉作為還原劑時的最優方案最優工藝：亞硫酸氫鈉的質量分數8%，硫酸銨的質量分數6%，水浴溫度75℃，預處理時間15 min。

[1] 張一心 .紡織材料 [M].北京:中國紡織出版社，2005:91-93.

[2] 劉洪玲，于偉東，章悅庭.羊毛拉伸細化預處理工藝條件的研究 [J].毛紡科技，2003(2):3-6.

[3] 劉君妹，賈立霞，范春祥.羊毛拉伸細化預處理劑的優選 [J].毛紡科技，2004(10)：57-59.

[4] 姚穆 .紡織材料學 [M].北京:中國紡織出版社，1997:93-98.

[5] 楊鎖廷，劉建中，姚金波，等.拉伸改性羊毛性能的研究 [J].紡織學報， 2002，23(3)：32-33.

[6] 張淑潔，楊鎖廷 .羊毛拉伸細化機理的研究進展[J].毛紡科技，2003(2):11-13.

[7] 劉洪玲，于偉東，章悅庭 .羊毛拉伸細化技術綜述 [J].東華大學學報， 2002(3):114-119.

[8] 劉洪玲，于偉東，章悅庭.羊毛拉伸細化預處理工藝條件的研究 [J].毛紡科技，2003(2):3-6.