超细羊毛的理化性能研究

2011-01-19 06:15李新玲张元明66070005

山东纺织科技 2011年3期

李新玲，张元明，姜伟(.， 6607；.， 0005)

羊毛是一种天然蛋白质纤维，作为一种重要的纺织原料，羊毛具有许多优异的性能[1]。细度是确定羊毛质量、档次高低的一个重要标准。羊绒虽细度较细，但是其价格昂贵，产量有限[2]。因此，近年来超细羊毛越来越受到青睐。其不仅细度较普通羊毛细，而且价格也比羊绒便宜[3]。而且随着人们生活水平的提高，对时尚服装的消费也不断增长。以往研究表明，随着人们收入的增长，羊毛服装的消费量也跃上一个新台阶。这在超细羊毛服装方面体现更为明显[4]。为了在超细羊毛纺织加工技术研究及其新产品开发中提供依据，必须对超细羊毛纤维理化性能进行测定，因为羊毛变细后,其纤维物理力学性能将发生一系列变化,使其具有不同于普通羊毛的独特性能[5]。

本文主要通过测试超细羊毛纤维的各种性能，来与普通羊毛进行比较，并预测其可纺性。包括观察其纵横截面形态，测其直径、长度、摩擦性能、拉伸力学性能、电学性能，以及吸湿性能、耐日光性、化学溶解和着色性能。通过比较，得出超细羊毛与普通羊毛的异同，以及在纺织中的优缺点和在纺织过程中应注意的问题。并通过这些指标来预测其制品的某些性能，如纱线的机械性能、毛羽，织物的手感、耐力学性能等。

1 实验

1.1 试样

经过初加工(除杂和碱液处理)的澳大利亚超细羊毛。

1.2 实验方法和仪器

(1)用扫描电镜观察超细羊毛的纵向形态结构；利用哈式切片器制作超细羊毛的横截面切片，并用显微镜观察其横截面形态。

(2)利用目镜测微尺来测量超细羊毛的直径。

(3)用梳片式羊毛长度分析仪来测超细羊毛的长度，并计算各长度指标[6]。

(4)利用八篮烘箱和分析天平测超细羊毛的回潮率；用Favimat纤维测试仪来测定超细羊毛干、湿态下的单纤力学性能(强力、强度、伸长率、断裂功、全断时间)。测湿态单强时，将超细羊毛先在水中浸泡0.5～1 min，再用Favimat纤维测试仪来测定单纤强力、强度、伸长率、断裂功、全断时间。公用参数Favimat测头：210 cN ；测试长度：10 mm；测试速度：10 mm/min；预加张力：0.03 cN/dtex。

(5)用LFY-405纤维比电阻测试仪来测超细羊毛的质量比电阻。先准备重量为15 g的三组超细羊毛，将其扯松，然后分别放入比电阻测试仪中测量其质量比电阻。

(6)先准备八束超细羊毛，每束约10～15根，分别将其放入盛有盐酸(37%，24℃)、硫酸(75%，24℃)、氢氧化钠(5%，煮沸)、甲酸(85%,24℃)、冰醋酸(24℃)、间甲酚(24℃)、二甲基酰胺(24℃)、二甲苯(24℃)的试管中，观察其溶解情况[6]。

(7)先分别准备三束超细羊毛纤维和三束普通羊毛纤维，每束约10～15根，再将其分别放入盛有碘-碘化钾液的试管中染色，让其分别染色30 s、2 min、10 min。然后将其取出，水洗，再进行颜色的对比。

2 结果与讨论

2.1 纵横截面形态

超细羊毛在显微镜下的纵横截面形态如图 1、图2所示。其横截面为圆形或近圆形，与普通羊毛无很大差别。纵向有天然卷曲，表面有鳞片。图3为超细羊毛的扫描电镜照片。从图3中我们发现超细羊毛的鳞片多呈环状或龟裂状，且排列紧密，附着程度大。鳞片间距较大，大部分纤维的鳞片端变钝，表面变得平滑，加之截面近似圆形，所以纤维具有柔和的丝般光泽[1]。由于鳞片的存在，使其制品贴身穿着会同普通羊毛一样有刺痒感，使得护理困难。经碱处理后，会使缩绒性、刺痒感减小。

图1 超细羊毛的纵向照片(显微镜)

图2 超细羊毛的横截面照片(显微镜)

图3 超细羊毛扫描电镜照片

2.2 直径和长度

通过实验共测得超细羊毛的40个直径。利用游程检验，得此直径样本中个体具备独立性。利用Grubbs检验剔除异常值后，计算得：

平均直径:17.03846 μm；

直径均方差:4.163808；

直径变异系数:24.43774% 。

超细羊毛的比表面积较大，可接触点较微小，连续介质的可及性增大，从而使得单根超细羊毛纤维更易于吸放湿和吸附染料，易于被加热和冷却。但是由于单向机械接触点的变小和变少，接触变得更少与柔性。超细羊毛细度较细，会形成更多的光散射和内部的多次折、反射，使纤维呈现乳白化[7]。

利用梳片式羊毛长度分析仪测量所得数据计算得：

重量加权平均长度:6.65 mm；

加权主体长度:7.03 mm ；

长度标准差:2.709434637 ；

长度变异系数: 40.7433789 %。

由此可得超细羊毛的细度较细，因此由其纺成的纱线截面中的纤维根数就较多，各羊毛纤维间的相互接触增大，纤维之间的抱合力变强。拉断纱线时，纤维不易滑脱，成纱强度相对提高。纱条的理论不匀率变低，纱线条干也会相对均匀些。所以，超细羊毛的可纺性就细度方面而言有所提高。但是因其细度细，较普通羊毛来说，其抗弯、抗扭刚度变小，易弯曲、缠绕和混乱排列，会使毛纱的结构膨松，有序性下降。

超细羊毛的细度细，其毛织物手感柔软，织物表面光泽柔和，且在透气、透湿、防风、防水方面的性能也会有所提高。

超细羊毛长度离散度较大，纱强增大的空间有限，同时纱线的表面毛羽会增多，毛感将会增强。其细度较细，长度离散度较大，易产生扭结和纠缠，因此在开松、梳理时纤维受力作用不宜十分剧烈[8]。

2.3 回潮率和干湿态下的力学性能比较

由于实验条件的限制，测试的是在同一温湿度下超细羊毛和普通羊毛的实际回潮率，因此也具有可比性。通过试验我们发现在温度23.5℃，湿度51%的条件下超细羊毛的平均回潮率为9.1101%，而普通羊毛的平均回潮率为8.7849%，很明显超细羊毛的吸湿能力比普通羊毛要好。因此，超细羊毛织物的穿着舒适性比普通羊毛的要好。

纺织纤维吸湿后，一般力学性能也会有所改变。通过试验我们发现，超细羊毛吸湿后，平均强度下降，但平均伸长率变大，其中强度下降了3.928%，但伸长率却增加了18.6793%。平均断裂时间变大，平均断裂功也增大了14.2857%。这说明超细羊毛吸湿后，其纺织制品的耐外界作用力的能力会有所提高。所以在纺纱过程中可适当提高空气湿度，一方面超细羊毛的强度变化不大，且更耐外力作用，另一方面又可防止静电现象的产生。

2.4 质量比电阻

通过实验测得超细羊毛的平均质量比电阻为5.925 ×1011Ω·g/cm2。纤维比电阻是预测纤维可纺性能的重要指标之一。由于摩擦会产生静电，为了使纤维能顺利纺纱，纤维的质量比电阻一般应控制在109Ω·g/cm2以内。由实验数据我们得出超细羊毛的质量比电阻值比109Ω·g/cm2大出两个数量级。而且由于超细羊毛的表面鳞片在纺织过程中很容易产生静电，而其质量比电阻又大，使得产生的静电不易消除。纤维之间由于所带电荷相同而相互排斥，纤维与机件之间由于所带电荷相反而相互吸引，会造成条子发毛，纱线毛羽增多，使卷装成形不良，纤维粘缠机件、纱线断头增多等[8]。所以在纺纱过程中必须采取措施来防静电，如使气体放电、利用空气电离、加除静电剂、提高空气的湿度等。

2.5 溶解性能

实验结果见表1，由表1可知：超细羊毛与普通羊毛的溶解性能基本一样，都耐酸不耐碱，不溶于一般的有机溶剂。

2.6 着色实验

如图4～图6所示为超细羊毛与普通羊毛经着色后的结果。图4是超细羊毛与普通羊毛着色30 s后的颜色对比，图5是超细羊毛与普通羊毛着色2 min后的颜色对比，图6是超细羊毛与普通羊毛着色10 min后的颜色对比，我们可以发现随着染色时间的延长，超细羊毛与普通羊毛的颜色都加深，但是超细羊毛的颜色比普通羊毛的要深。推断是因为超细羊毛在鳞片、细度等方面与普通羊毛存在差异，使得超细羊毛的着色率较普通羊毛的要高。