改性駝毛/羅布麻/棉混紡紗的開發及其性能分析

劉建華，張舒亮，王 玲，夏 鑫

(新疆大學 紡織與服裝學院，新疆 烏魯木齊 830046)

中國雙峰駱駝是一種能產毛、產肉、產乳，兼有多種用途的畜種資源，主要分布在中國西北的新疆、甘肅、內蒙古、青海等荒漠或半荒漠草原上[1]。雙峰駱駝的被毛分為絨和粗毛，纖維直徑為20～24 μm，稱為駝絨；纖維直徑>50 μm，稱為駝毛。駝毛占其全身被毛的40%～60%，但由于直徑較粗、剛性較大、摩擦因數低、顏色黑，可紡性較差，一般用作生產廉價的填充材料及工業用傳送帶，但通過改性處理可以改善駝毛性能，提高其可紡性。已有學者對提高動物粗毛的使用價值進行了改性研究，王國強等[2]對64支羊毛進行拉伸細化，Roy等[3]對粗牦牛毛進行化學改性，但目前針對粗駝毛的改性研究及產品開發仍較少。

本文通過對駝毛進行化學改性，降低纖維直徑與剛性，增加其纖維卷曲與表面摩擦因數，提高纖維白度，從而提高了紡紗性能。同時，為提高改性駝毛紗線的附加值，加入羅布麻纖維，羅布麻為新疆特色植物資源, 是一種天然功能纖維, 具有優良服用性能[4]，但因其纖維長度整齊度較差，單纖維表面光滑無卷曲，抱合力小，在紡紗加工中容易散落，制成率低[5]，因此在紡紗過程中添加一定量的棉纖維有助于成紗。通過確定最佳駝毛改性工藝，并對改性駝毛/羅布麻/棉混紡紗進行測試與分析，探討原料成分對紗線性能的影響，為駱駝毛在紡織產品上的開發與應用提供一定的借鑒。

1 實驗部分

1.1 實驗材料及儀器

材料：駝毛(平均直徑65 μm，細度CV值30%)、羅布麻、棉；吐溫80、滲透劑JFC、無水碳酸鈉(Na2CO3)、過氧化氫(H202)，均為分析純試劑；非離子型和毛油，肥皂。

儀器：J200 型電子天平，Y802 K-Ⅱ型烘箱，CU-6型電子纖維細度儀，YG001B型單纖維強力測試儀，YG362B型卷曲彈性儀，Y151SM型纖維摩擦因數儀，HunterLab UltraScanPro型測色儀，VERTEX 70型傅里葉變換紅外光譜儀，VHX-950F型3D顯微鏡，FA601 A型轉杯紡紗試驗機，YG (B) 063型全自動單紗強力機，YG172 A型紗線毛羽測試儀，CT200條干均勻度測試分析儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 駝毛改性處理

在60 ℃條件下，采用2%無水碳酸鈉和肥皂制成的溶液，對駝毛進行預處理。氧化處理采用20%(owf)過氧化氫，1.5 g/L氫氧化鈉，浴比1∶40，將預處理好的駝毛于65 ℃水浴鍋中進行反應。

1.2.2 紡紗工藝

與傳統的環錠紡相比,轉杯紡紗工序短,產量高,經濟效益高,紗線具有條干好、結雜少、接頭少、 耐磨性好的特性[6]，而且適合紡制由長度和細度差異較大的不同纖維組成的紗線，因此本文紡紗實驗選用轉杯紡。將駝毛纖維剪短至40 mm,再在駝毛上均勻噴灑由1%(owf)和毛油、4%(owf)抗靜電劑和水制成的溶液，在羅布麻和棉纖維上均勻噴灑由2%(owf)抗靜電劑和水制成的溶液，3種纖維各回潮24 h;按設定的混紡比例稱取相應的纖維后,經開棉機多次混合均勻后，鋪網、梳棉和并條，最后在小樣轉杯紡紗機上紡紗。紗線線密度為47.7 tex，紡紗工藝參數為：紡杯轉速20 000 r/min，分梳輥轉速8 000 r/min，導絲桿轉速160 r/min，引紗桿轉速157 r/min。

1.3 測試方法

1.3.1 駝毛纖維力學性能

由于駝毛與兔毛具有類似的結構形態，本文參照GB/T 13835.5—2009《兔毛纖維試驗方法 第5部分：單纖維斷裂強度和斷裂伸長率》測試駝毛纖維力學性能。

1.3.2 駝毛纖維細度

采用CU-6纖維細度儀測試駝毛纖維細度。實驗條件：溫度20 ℃，相對濕度60%。

1.3.3 駝毛纖維摩擦性能

采用Y151SM型纖維摩擦因數儀測試駝毛纖維的靜摩擦因數，設置摩擦輥轉速30 r/min。

1.3.4 駝毛纖維卷曲性

采用YG362B型卷曲彈性儀測試駝毛纖維卷曲性，測試纖維長度在25 mm內的卷曲個數。

1.3.5 駝毛纖維色度參數

采用HunterLab UltraScanPro型測色儀測試駝毛纖維的色度，每次測試纖維質量為1 g，測試3次，取平均值。

1.3.6 駝毛纖維表面形態

采用VHX-950F型3D顯微鏡觀察駝毛纖維表面形態。

1.3.7 駝毛纖維化學結構

采用VERTEX 70型傅里葉變換紅外光譜儀測試改性前后駝毛纖維的化學結構，掃描范圍4 000～500 cm-1，掃描次數為120，分辨率為4 cm-1。

1.3.8 紗線拉伸性能

依照GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定(CRE法)》測試紗線拉伸性能。

1.3.9 紗線毛羽

依照FZ/T 01086—2000《紡織品 毛羽測試方法 投影計數法》測試紗線毛羽。

2 實驗結果與分析

2.1 改性駝毛纖維物理性能

處理前后駝毛纖維物理性能如表1所示。可以看出，經過預處理，駝毛的摩擦因數有明顯提高，較駝毛原樣靜摩擦因數提高了21.8%，其原因是弱堿與肥皂的作用將纖維表面的油脂去除，從而降低了駝毛表面的光滑程度。而隨后的氧化處理，駝毛纖維的摩擦性能沒有顯著提高，但纖維的細度、卷曲數都得到提高，纖維越細其成紗越均勻，纖維越卷曲，會使纖維間的相互纏結增加，有利于纖維加工中的成網、成條性[7]。氧化處理1 h駝毛纖維細度降低1.82 μm，卷曲數提高0.5個/(25 mm)；處理1.5 h細度降低2.22 μm，卷曲數提高0.7個/(25 mm)；處理2 h細度降低2.61 μm，卷曲數提高0.8個/(25 mm)，同時纖維強力有不同程度的降低，分別降低20.1%、25.7%和35.9%。主要是因為毛絨類纖維在堿性條件下,纖維鹽式鍵斷開，多縮氨酸鏈分解切斷，胱氨酸二硫鍵水解切斷[8]，而H2O2也能導致胱氨酸的分解，使纖維逐漸溶解，從而使得纖維變細，力學性能下降。

表1 處理前后駝毛纖維物理性能

2.2 改性駝毛纖維表面形態

駝毛預處理及氧化處理后其表面形態如圖1所示。

圖1 處理前后駝毛纖維表面形態

由圖1可以看出，經過預處理的駝毛較原樣鱗片結構更加清晰，鱗片末梢部分的鱗角更分明，可能原因是預處理過程將駝毛纖維表面的灰層、油脂去除。經過1.5 h氧化處理的駝毛纖維鱗片輪廓較之前相比，清晰度有一定程度的下降，但仍能看清有鱗片存在。而經過2 h氧化處理，鱗片結構出現了一定程度的溶解，證明了經氧化處理的駝毛纖維摩擦因數逐漸下降的原因。結合表1纖維的摩擦因數可知，處理時間在1.5 h以內，不會對駝毛表面性能產生較大的不利影響。

2.3 改性駝毛纖維色度

纖維白度提高，能賦予紗線、織物后續染色加工更多的選擇。處理前后駝毛纖維色度如表2所示。

表2 處理前后駝毛纖維色度

由表2可以看出，未處理的駝毛纖維顏色最深，其K/S值最高，L*值最低。與未處理駝毛纖維相比，預處理的駝毛纖維，K/S值降低17.7%，L*值提高4.3%，即駝毛顏色深度下降，其原因是碳酸鈉與肥皂溶液將纖維表面的灰土、油脂等雜質除去。氧化處理對駝毛顏色深度的影響較大，隨著處理時間增加到1、1.5、2 h，駝毛纖維顏色深度逐漸降低，K/S值分別降低31.0%、35.4%和37.8%，L*值分別提升19.2%、29.4%和41.58%。過氧化氫的存在能除去駝毛纖維上一定的黑色素，隨著處理時間的延長，黑色素得到了進一步的去除，使得駝毛纖維的顏色深度降低。

2.4 改性駝毛纖維化學結構

綜合改性駝毛的物理性能，表面形態及色度參數，得出經1.5 h改性處理的駝毛綜合性能最佳。因此選用1.5 h的處理樣與原樣、預處理樣進行化學結構對比分析。處理前后駝毛纖維紅外光譜圖見圖2。

圖2 處理前后駝毛纖維紅外光譜圖

由圖2可以看出，譜線a、b、c在3 296、2 961、2 928、1 649、1 537、1 451、1 239 cm-1處都有相似的吸收峰。其中，在3 430～3 090 cm-1之間的寬吸收峰可能與羧基(COOH)、醇(OH)和NH基團的拉伸和吸收有關[9]；在2 961和2 928 cm-1處出現的吸收峰是由飽和及不飽和長鏈脂肪酸、醇和酯的CH3和CH2拉伸引起的[10]；在1 649、1 537和1 239 cm-1處出現的吸收峰分別由酰胺Ⅰ(CO)伸縮振動、酰胺Ⅱ和酰胺Ⅲ的(CN)的伸縮振動和NH的彎曲振動引起的[11]；此外，與譜線b、c相比，譜線a在1 399 cm-1處沒有出現相應的吸收峰，而在1 040 cm-1處的出現了新的吸收峰。1 399 cm-1處的吸收峰是多肽與蛋白質羥酸根COO-對稱伸縮引起的，而譜線a沒有該峰，可能是氧化處理破壞了半胱氨酸；1 040 cm-1處的吸收峰被認為是對稱的S—O拉伸模式ν(S—O)的磺酸基半胱氨酸形成的半胱氨酸氧化[12]。

2.5 混紡紗線性能比較

由上述實驗研究可知，經預處理，在堿性條件下，過氧化氫處理的駝毛白度、細度、卷曲和摩擦性能得到了改善。為驗證這些物理性能的改善能否提升駝毛的可紡性。將經1.5 h改性處理的駝毛與羅布麻、棉混紡，按50/25/25、25/50/25、25/25/50、33/33/34的混紡比紡紗，通過測定紗線的拉伸力學性能、均勻度和毛羽指數，得出最佳的混紡比。

2.5.1 混紡紗線拉伸性能

紗線強力影響上機織造率，這就要求紗線具有一定力學性能以滿足后序織造要求。細度不勻是紗線的重要質量指標[13]，混紡紗的拉伸力學性能測試結果見表3。

表3 混紡紗的拉伸力學性能

從表3可以看出，隨著羅布麻比例的增加，紗線強力下降明顯。其原因是羅布麻纖維長度短且無卷曲，成紗的抱合力差，造成成紗質量差；隨著駝毛纖維比例的增加，紗線的不勻率逐漸上升，這是因為駝毛相對羅布麻與棉更粗，駝毛越多，纖維細度變異系數越大，隨著纖維細度變異系數的增大, 紗條細度不勻增大。隨著棉纖維比例的增加，纖維細度變異系數減小，同時纖維間的纏結增加，使得紗線的強力與均勻度提高，成紗質量得到提高。

2.5.2 混紡紗線毛羽指數

紗線毛羽是突出紗體表面的細小纖維,過多的毛羽會影響到紗線和織物的外觀,同時會降低后道工序的效率和紗線質量[14]。混紡紗毛羽測試結果見圖3。可知，隨著羅布麻和駝毛含量的增加，紗線的毛羽數減少，這是由于駝毛與羅布麻的回潮率比棉好，在紡紗過程中纖維與機械部件摩擦以及受空氣阻力影響，這2種纖維含量多的紗線回潮率增大，使得纖維的體積比電阻降低，紡紗時靜電現象不明顯，使得紗線毛羽減少[15]。

圖3 混紡紗毛羽指數

3 結 語

①在堿性條件下，經H2O2氧化處理1.5 h的駝毛改性效果最佳。其明度提高29.4%，纖維靜摩擦因數從0.211提高到0.246，卷曲數增加0.7個/ (25 mm)，纖維細度下降2.22 μm，斷裂強力下降25.7%。

②提高駝毛纖維的摩擦因數、卷曲數和細度，能有效提高駝毛纖維的可紡性能。

③對于改性駝毛/羅布麻/棉混紡紗，隨著棉纖維含量的增加，紗線強力及均勻度逐漸變好，但毛羽有所增加。綜合紗線力學性能、均勻度和毛羽指數，當改性駝毛/羅布麻/棉混紡比為25/25/50時，紗線最適合用于開發具有優良服用性能的織物。