染色棉纖維進行柔軟整理后的性能研究

趙沉沉 趙連英 顧學鋒

摘 要：為探討染色棉纖維進行柔軟劑整理后的基本性能，選用黑色活性染料對棉纖維進行染色，采用4種不同柔軟劑對染色棉纖維進行柔軟整理，對柔軟整理前后的染色棉纖維進行結晶度、力學性能、吸濕性能、電學性能等測試。結果表明：與空白棉相比較，2號柔軟劑整理過的染色棉纖維的結晶度減少最少，斷裂強度減少同樣最少;與空白棉相比較，3號柔軟劑整理過的染色棉纖維的回潮率增加最多，質量比電阻值和纖維的摩擦系數最小。2號柔軟劑對染色棉纖維進行柔軟整理，可以使染色棉纖維的性能達到一個較好的程度，改善紡紗過程中繞皮輥、繞羅拉的現象，使纖維的可紡性得到提高。

關鍵詞：染色棉纖維;斷裂強度;回潮率;質量比電阻;摩擦系數;棉結

Abstract：In order to investigate the basic properties of dyed cotton fibers after finishing with softener， the cotton fiber was dyed with black reactive dye.Then，the dyed cotton fiber was softly finished with 4 different softeners， and the dyed cotton fiber was tested for crystallinity， mechanical properties， moisture absorption performance and electrical properties before and after soft finishing. The results showed that compared with the blank cotton， the dyed cotton fiber softened by No.2 softener had the least reduction in both crystallinity and breaking strength.Compared with the blank cotton， the moisture regain rate of the cotton fiber softened by No.3 softener increased most， and the mass ratio resistance value and the fiber friction coefficient were smallest. After the analysis， it can be concluded that No.2 softener can make the dyed cotton fiber achieve better properties of the dyed cotton fiber， improve the phenomenon of winding the roller and the roller around the spinning process， and enhance the fiber spinnability.

Key words：dyed cotton fiber; breaking strength; moisture regain; mass ratio resistance; friction coefficient; nep

棉纖維屬于天然纖維素纖維，具有良好的吸濕性和穿著舒適性，在一定程度上給人們帶來了舒適感。隨著人們對棉制品色彩需求的提高，染色棉纖維受到了廣泛關注。但是染色后的棉纖維在紡紗生產過程中遇到了纏繞羅拉、纏繞皮輥等問題，間接反映了纖維的可紡性，影響纖維紡紗的生產效率及生產質量[1-2]。

染色棉纖維膠輥繞花是比較常見的問題，之所以會出現這樣的問題，一個原因是棉纖維經過染色后，其內部含有的可導電成分減少。雖然近幾年來有研究發現可利用具有修復性的助劑類物質處理纖維，但纖維的內部性能仍然不能完全恢復，再加上纖維在紡紗過程中，纖維與纖維、纖維與膠輥之間比較容易摩擦擠壓，從而產生靜電，導致其纖維的抗靜電性能下降[3-4];另一個原因是染色后的棉纖維上殘留一些黏性物質，使棉纖維具有一定的黏性，從而造成纏繞羅拉、纏繞皮輥等情況。

馮萌雨，瞿才新，丁小瑞等[5-7]研究本色棉與染色棉摩擦性能的對比分析，得出其摩擦系數具有很大的改變，他們還對染色棉纖維的其他性能進行了探究，發現染色棉纖維容易產生靜電現象。棉纖維經前處理和染色后，纖維表面的蠟質和脂類物質被破壞，手感變硬，摩擦因數變大，需要柔軟劑、抗靜電劑處理，改善染色棉可紡性，是色紡企業期盼解決的難題，為了改善上述問題，本研究，先對棉纖維進行染色，然后選用4種不同特性的柔軟劑，對染色棉纖維進行柔軟整理，對纖維結晶度、斷裂強度、回潮率和纖維摩擦性能等進行測試，并進行影響因素的分析，優選柔軟劑的配方，對提高染色棉可紡性具有實際意義。

1 實 驗

1.1 柔軟整理方案

4種柔軟劑及其配方工藝見表1。

1.2 實驗原料

實驗原料為棉纖維，黑色活性染料，4種柔軟劑，分別對染色后棉纖維進行柔軟整理，采用AFIS纖維測試儀，檢測棉纖維長度、細度指標，見表2。

1.3 性能測試

1.3.1 纖維結晶度測試

測試儀器：D8Discover型二維X射線衍射儀。

測試方法：將棉纖維用手整理成比較整齊的狀態，放在二維X射線衍射儀上進行測試，普通實驗條件進行測試。

測試條件：掃描角度范圍10°～100°。

1.3.2 纖維力學性能測試

測試儀器：LLY-06ED電子單纖維強力儀，0.1 cN張力夾。

測試標準：GB/T 14337—2008《化學纖維 短纖維拉伸性能試驗方法》。

測試條件：普通實驗室的條件，測試隔距10 mm，拉伸速度10 mm/min，預加張力0.1 cN。

1.3.3 纖維吸濕性能測試

測試儀器：Y802A型八籃恒溫烘箱，電子天平，精度0.01 g。

測試標準：GB/T 6102.1—2006 《原棉回潮率試驗方法 烘箱法》。

測試條件：普通實驗室條件，烘箱溫度是105 ℃，預烘30 min，對纖維進行稱量，之后每間隔15 min稱量一次，直到兩次稱量的差值，不大于后一次稱量值的0.05%為止。

1.3.4 纖維電學性能測試

測試儀器：電子天平，精度0.01g，YG321型纖維比電阻儀，鑷子，鉤子。

測試標準：GB/T 14342—1993 《合成短纖維比電阻試驗方法》。

測試條件：普通實驗室，用鑷子將15 g纖維均勻地填入測量盒內，推入壓塊把纖維測試盒放入儀器槽內，搖動手柄，直至搖不動為止，然后進行測試，表盤上的指針穩定后進行記錄數據。

1.3.5 纖維摩擦性能測試

測試儀器：電子天平，精度0.000 1 g，Y151型纖維摩擦系數儀，0.1 cN張力夾，用80 mg的纖維制作纖維輥。

2 結果及分析

2.1 結晶度

圖1是采用D8Discover型二維X-射線衍射儀，測試出染色棉纖維的X-射線衍射圖譜（2θ），根據圖1計算出每種棉纖維的結晶度，結晶度數據結果如表3所示。

從表3可以看出，空白棉纖維的結晶度最大，為57.2%，經柔軟整理的4種棉纖維，結晶度都有不同程度的降低，這是因為棉纖維是天然纖維素纖維，柔軟劑進入纖維內部，柔軟劑大分子上的極性基團與纖維素分子上的氫鍵結合，可能降低了纖維素分子鏈間的結合力，即降低了纖維的結晶度[8-9]。結晶度在一定程度上，決定了纖維的斷裂強度，這是因為結晶區的分子排列比較緊密，有規則，纖維比較難拉斷。其中2號柔軟劑整理過的染色棉纖維結晶度和空白棉最接近，說明2號棉柔軟劑在整理過程中對棉纖維的破壞最小，相應的結晶度高，其斷裂強度也會比較高。

2.2 力學性能

染色后棉纖維的單纖維斷裂強力受損，會造成纖維損傷而使短絨率增加，影響其可紡性。因此對纖維強力進行了測試，測試結果見表4。

從表5可知，空白棉纖維的回潮率最小為5.79%，3號柔軟劑整理過的染色棉纖維回潮率最大為9.08%。這是因為3號棉柔軟劑具有蓬松、柔軟、平滑、干爽的特性，以及極佳的親水性，使得染色棉纖維吸濕性得到很好的提高，回潮率增加。結晶度的高低對其回潮率也有影響，結晶度高，其吸濕能力差，因為纖維結晶區中的大分子按照一定的規律排列，形成具有一定序列的空間，而水分子不能夠進入該區域，即結晶區[11]。從結晶度測試結果來看，4號柔軟劑整理過的染色棉纖維回潮率為最大，可能由于4號柔軟劑的親水性不如3號棉柔軟劑好，所以3號柔軟劑整理過的染色棉纖維回潮率最大。

2.4 電學性能

棉纖維比電阻小，其抗靜電能力就會變得好，所以對棉纖維質量比電阻進行了測試，結果見表6。

從表6可以得出，3號柔軟劑整理過的染色棉纖維比電阻值最小，2號柔軟劑整理過的染色棉纖維比電阻值最大。這是因為纖維比電阻值會受到其吸濕性的影響，導電性能差的纖維比較干燥，相應的比電阻會很大，而吸濕后的纖維其導電性能會有一定的改善，比電阻會有降低的趨勢[12]。3號柔軟劑具有超級親水的性能，可以使染色棉纖維的回潮率得到提高，減少比電阻值，3號柔軟劑還具有自然柔軟、平滑的特性，使棉纖維的表面具有平滑特性，減少了纖維與纖維之間的摩擦，類似于在棉纖維的表面加上了一些油劑，這些物質都是在纖維的表面，可以降低棉纖維的比電阻值，提高棉纖維的導電性能。

2.5 摩擦性能

纖維與纖維之間的抱合力大小，對纖維開松、棉網飄墜、成形、繞羅拉、繞皮輥等情況的產生，具有不同的影響。因此對纖維與纖維輥之間的摩擦系數進行了測試，測試結果見表7。

從表7可以得出，柔軟整理過的染色棉纖維的摩擦系數具有不同的改變。3號和4號柔軟劑整理過的染色棉纖維的摩擦系數值都有降低。這是因為3號和4號柔軟劑具有柔軟、平滑的特性，染色棉纖維經過柔軟整理后，其表面會變得光滑，故纖維的摩擦系數降低。而1號和2號柔軟劑整理過的染色棉纖維的摩擦系數值有所增加，這是因為柔軟劑具有蓬松、柔軟的特性，使得纖維表面不夠光滑，纖維變得柔軟，使纖維與纖維輥之間的接觸面積變大，所以纖維的摩擦系數增加[13]。

2.6 染色棉纖維紡紗實驗

紡紗過程包括開棉、梳棉、并條、粗紗、細紗工序，其中開棉、梳棉是6個工序中比較重要的工序，梳理質量的好壞，對纖維可紡性影響比較大，細紗斷頭次數的多少也間接反映可紡的效果，所以對生條棉結進行了測試，細紗斷頭次數進行了記錄，結果如表8所示。

從表8可以看出，2號棉的生條棉結最少，斷頭次數也是最少的，這可能是因為2號柔軟劑具有蓬松、柔軟的特性，使得纖維變得柔軟;還有一個原因可能是2號棉纖維的斷裂強度比較大，使得纖維的斷頭次數比較少。

3 結 論

通過對染色棉纖維的性能研究可以得出結論：結晶度、斷裂強度的大小排序均為空白棉>2號棉>1號棉>3號棉>4號棉，說明柔軟劑對染色棉纖維的內部結構的結晶區具有一定的破壞作用，4號柔軟劑破壞的程度最大，2號柔軟劑破壞的程度最小;回潮率的大小為3號棉>4號棉>1號棉>2號棉>空白棉，說明3號柔軟劑柔軟整理后，增加了其纖維的回潮率;比電阻的大小為2號棉>空白棉>4號棉>1號棉>3號棉，說明2號棉柔軟劑柔軟整理后，沒有減少纖維的比電阻，反而增加了纖維的比電阻;摩擦系數的大小為2號棉>空白棉>1號棉>4號棉>3號棉，說明通過柔軟劑整理，纖維的摩擦系數具有不同改變;生條棉結大小為1號棉>4號棉>3號棉>空白棉>2號棉，細紗斷頭次數大小為4號棉>空白棉>1號棉>3號棉>2號棉，說明2號棉纖維的可紡性可能是比較好的。綜上所述，2號柔軟劑對染色棉纖維進行柔軟整理，可以在很大程度上改善染色棉纖維的性能，其纖維的可紡性也優于其他纖維，在實際生產中，能減少染色棉纖維繞皮輥、繞羅拉現象的產生，使染色棉纖維的紡紗過程可以順利進行，降低了企業的生產成本。

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