機械回收棉再織造織物物理性能研究

近年來，隨著世界人口的持續增長，糧食的需求量也逐年增加，耕地面積緊張，棉糧爭地的矛盾愈加突出，我國紡織行業即將面臨原材料短缺的重大挑戰，尤其是棉纖維等天然纖維素纖維。同時，隨著人們生活水平的提高，紡織服裝的使用周期越來越短，廢舊的紡織服裝已呈“幾何式”增長。

近年來，隨著世界人口的持續增長，糧食的需求量也逐年增加，耕地面積緊張，棉糧爭地的矛盾愈加突出，我國紡織行業即將面臨原材料短缺的重大挑戰，尤其是棉纖維等天然纖維素纖維。同時，隨著人們生活水平的提高，紡織服裝的使用周期越來越短，廢舊的紡織服裝已呈“幾何式”增長[1]。目前，大部分廢舊紡織服裝被當作垃圾掩埋、焚燒，這既造成資源浪費，又污染了環境。棉纖維結晶度達70%左右，聚合度在6000～11000間，結構十分穩定，自然降解周期也比較長。此外，棉纖維種植過程比較復雜，浪費了大量的人力、物力和財力，種植面積的逐漸減少，也導致棉纖維供不應求[2]。因此，將廢舊棉織物循環再利用，可以節約大量的棉紡織原材料，有效地緩解棉糧爭地的難題，實現環境保護、社會可持續發展的重要課題。

目前對于廢舊紡織服裝的回收加工利用主要有機械法、化學法、物理法和熱能法4種方法[3]。對于純棉紡織品，比較傳統的回收再利用方法是物理機械回收法，即先用切割機器將廢棄的純棉紡織品切割成適當大小的布塊，再用濼口機對切割后的織物碎片進行纖維加工，形成棉纖維；然后，用常規的紡織加工工藝將所得棉纖維加工成棉紡織物。這種方法具有操作簡便、價格低廉的優勢。本文采用機械法對經模擬日常使用的純棉紗線和織物進行回收加工，研究了原棉和回收棉比例2:1、1:1的混紡紗線、織物與純原棉紗線、織物的物理性能。

1 試驗

1.1 儀器設備

本文的儀器設備見表1。

表1 試驗使用儀器概況

1.2 試驗材料

手扯長度為28mm的原棉纖維。

1.3 試驗過程

1.3.1 原棉紗線的紡制和機織、針織織物的織造

首先將原棉纖維經開松、梳理、并條、粗紗、細紗、合股等工序紡成68tex的紗線，然后將紗線經過整經、穿綜、穿筘、織造等工序織成幅寬在20cm以上的平紋織物和斜紋織物。采用電腦橫機將原棉紗線編織成長×寬為30cm×16cm的緯平組織針織物和1+1羅紋組織針織物。機織物和針織物的組織結構圖分別見圖1和圖2。

圖1 平紋織物和斜紋織物組織圖

1.3.2 原棉紗線和織物物理性能測試

首先將待測試的原棉紗線、織物（針織物、機織物）按照國標GB/T 6529[4]規定的標準大氣進行預調濕和調濕，然后分別對原棉紗線和織物進行物理性能的測試。

（1）紗線性能的測試

判斷棉纖維回收可行性的關鍵性能主要是紗線毛羽、強力等指標。本文使用YG172型紗線毛羽測試儀按照行業標準FZ/T 01086[5]測試紗線毛羽，使用YG020型電子單紗強力機按照國家標準GB/T 3916[6]測試紗線的斷裂強力。

（2）機織物物理性能的測試

強力是體現機織物使用性能最基本的指標，本文使用YG065C型電子織物強力機按照GB/T 3923.1[7]測試機織物的斷裂強力，使用YG033A型織物撕裂儀按照GB/T3917.1[8]測試機織物的撕破強力。

（3）針織物物理性能的測試

針織物因其結構的特點，頂破強力性能、起毛起球性能和耐磨性能是反映其使用性能的最基本的指標。本文使用YG065C型電子織物強力機按照GB/T 19976[9]的規定采用（38±2）mm的彈子直徑測試針織物的頂破性能，使用YG502型織物起毛起球儀按照GB/T 4802.1[10]的E法測試針織物的起毛起球性能，使用YG(B)401E型馬丁代爾耐磨儀按照GB/T 21196.1[11]測試針織物的耐磨性能。

1.3.3 模擬日常使用

將所紡紗線、平紋機織物、緯平組織針織物首先按照國家標準GB/T 8629[12]中A型洗衣機4N程序洗滌30次，然后按照國家標準GB/T 4802.3[13]的規定翻動14400轉，以此模擬日常使用，使用儀器分別為Y(B)089E型全自動縮水率試驗機和YG(B)511-IV滾箱式起球儀。

1.3.4 機械回收紗線和織物

將經模擬日常使用的紗線和織物使用Y101型雜質分析儀進行回收。分別將經過測試后的紗線、機織物、針織物剪成長度3cm、寬度1cm的小條，以及織造完成后織物頭尾多余的邊角紗線剪成長度3cm的線段喂入儀器中。雜質分析儀將紗線和織物破碎成纖維，雜質箱中會有部分紗線未能完全破碎，將其再次喂入雜質分析儀中直至織物和紗線充分被破碎成纖維，最終分類回收。破碎過程中短絨纖維被雜質分析儀處理成雜質不再回收。將雜質箱中剩余的紗線重復回收，所得的棉纖維回收率可達92%～95%。

1.3.5 回收棉再紡紗和織造

將原棉和回收棉以2:1和1:1的比例混紡，按照1.3.1的操作得到混紡紗線、機織物和針織物。

1.3.6 回收棉紗線和織物物理性能測試

按照1.3.2的試驗流程，分別測試不同比例的混紡紗和織物的物理性能。

2 試驗結果與討論

2.1 不同比例回收棉紗線與純原棉紗線物理性能的比較

原棉和回收棉比例2:1、1:1的混紡紗線與純原棉紗線的斷裂強力和毛羽測試結果見表2。

表2 不同比例回收棉紗線與純原棉紗線斷裂強力和毛羽測試結果

由于回收棉纖維在機械回收過程中會受到外力拆解作用，且在模擬日常使用時也會受到一定程度的損壞，會對棉纖維的結構形態及長度產生破壞及影響，影響回收紗線中再造纖維間的相互作用，因此不同比例的回收紗線強力相較于原棉紗線強力均有所下降，原棉與回收纖維混紡比為2:1時的紗線斷裂強力及其穩定性均好于混紡比為1:1的回收紗線。回收紗線毛羽情況與原棉紗線基本接近，回收過程中被外力所致長度過短的棉纖維在紡紗織造的過程中形成落纖及飛絮，未能順利纏繞進入紗線。回收紗線具有一定可紡性，基本可滿足織造條件。

2.2 不同比例回收棉機織物與純原棉機織物物理性能的比較

原棉和回收棉比例2:1、1:1的混紡機織物與純原棉機織物的斷裂強力、撕破強力測試結果見表3。

表3 不同比例回收棉機織物與純原棉機織物斷裂強力和撕破強力測試結果

不同比例的回收機織物相較于純原棉織物的強力指標整體均出現了不同程度的下降態勢。究其原因，回收纖維在機械拆解的作用下導致形態長度受損，在影響纖維自身應力的同時，也進一步導致了織物中纖維間及紗線間的相互作用水平下降。在外力的作用下，形態受損的棉纖維分子易從大分子鏈中滑脫，形成纖維斷口；同時長度縮短的棉纖維由于纖維及紗線間抱合力及摩擦作用的減弱，也容易在紗線中發生脫離，從而造成織物斷裂。但回收織物仍能保留一定性能，且隨著回收機織物中原棉含量的增加，整體力學性能也伴隨著相應的提升。

2.3 不同比例回收棉針織物與純原棉針織物物理性能的比較

原棉和回收棉比例2:1、1:1的混紡針織物與純原棉針織物的頂破強力、起毛起球性能、耐磨性能測試結果見表4。

表4 不同比例回收棉針織物與純原棉針織物的頂破強力、起毛起球、耐磨測試結果

由于針織物線圈卷曲的結構特性，同時部分回收纖維長度較短，易在利用回收纖維進行紡紗織造環節存在斷頭、落率高等問題，并且此現象在織造混紡比為1:1的回收針織物時更為凸顯?；厥绽w維受外力損傷，纖維間的相互作用力減弱，線圈結構及整體穩定性受到影響，加速紗線損耗，致使強力水平下降。而回收紗線的毛羽指標與原棉紗線相近，因而回收針織物抗起毛起球性相較于原棉針織物下降趨勢較緩?；厥蔗樋椢镎w物理性能低于原棉針織物，但其可基本滿足正常日常使用。

3 結論

本試驗采用的是雜質分析儀處理回收棉織物，將其破碎成棉纖維回收進行紡紗織造，本方法屬于機械處理方式，也是目前較常見的廢舊紡織品處理方法。原棉經過其機械內部拆解勢必會對纖維形態及長度等外觀形態造成一定影響，纖維卷曲度及長度降低，纖維的彈性、剛性水平下降，在相同織造參數的情況下，致使回收后重新紡紗的纖維間的抱合力及可撓曲性下降，回收后的紗線及織物的力學水平下降。同時纖維長度變短，除紗線毛羽情況較良好外，織造環節中的纖維落率也會隨之上升，紗線及織物的單位克重降低，單位面積中的纖維質量減少，此也是影響其品質的重要原因。

而將回收棉及原棉選以適當的比例后進行混紡織造，其相應的物理性能可明顯改善。回收棉纖維雖長度較短，但雜質少，且排列度較好，因此在其中混入一定比例的原棉纖維后可明顯改善纖維間相互作用的能力，且對物理性能的提升有著十分顯著的作用，重新紡紗織造過程也較為順利。同時隨著原棉纖維混入比的增加，其制品的物理性能也隨之提升，相應的不勻率也逐步降低，原棉與回收棉混紡比2:1時，其制品物理性能及穩定性優于1:1比例。

經日常使用后的織物亦具有回收價值。經模擬日常使用后的織物，正常的日常使用雖伴隨著對于織物表面纖維的磨損消耗，但未對紗線內部纖維形態及長度造成較大影響。在其與適當比例的原棉混合后，其制品同樣可具有良好的力學性能。尤其在原棉與回收棉以2:1比例所紡紗線進行織造的時候，不論機織物還是針織物，仍具備了良好的物理性能。

綜上所述，回收棉紗線及織物基本保留了原棉制品的物理性能，仍可滿足基本的日常使用需求，具有一定的利用價值，應加強合理規劃使用。同時，機械處理回收方式有著很大的發展前景，同時也伴隨著較長的路要走，例如亟須研發出更加精密的儀器，優化升級再利用棉纖維混合比例。紡織品作為重要的可循環使用的自然資源，應緊跟世界經濟發展新趨勢，嚴格貫徹國家宏觀發展戰略布局，立足自身發展行業及區域間優勢，落實政策，科學研究制定相應的“十四五”發展規劃，要盡可能將回收的紡織品做到重復利用的最大化，減少浪費，循環經濟，綠色發展。