机械回收棉再织造织物物理性能研究

近年来，随着世界人口的持续增长，粮食的需求量也逐年增加，耕地面积紧张，棉粮争地的矛盾愈加突出，我国纺织行业即将面临原材料短缺的重大挑战，尤其是棉纤维等天然纤维素纤维。同时，随着人们生活水平的提高，纺织服装的使用周期越来越短，废旧的纺织服装已呈“几何式”增长。

近年来，随着世界人口的持续增长，粮食的需求量也逐年增加，耕地面积紧张，棉粮争地的矛盾愈加突出，我国纺织行业即将面临原材料短缺的重大挑战，尤其是棉纤维等天然纤维素纤维。同时，随着人们生活水平的提高，纺织服装的使用周期越来越短，废旧的纺织服装已呈“几何式”增长[1]。目前，大部分废旧纺织服装被当作垃圾掩埋、焚烧，这既造成资源浪费，又污染了环境。棉纤维结晶度达70%左右，聚合度在6000～11000间，结构十分稳定，自然降解周期也比较长。此外，棉纤维种植过程比较复杂，浪费了大量的人力、物力和财力，种植面积的逐渐减少，也导致棉纤维供不应求[2]。因此，将废旧棉织物循环再利用，可以节约大量的棉纺织原材料，有效地缓解棉粮争地的难题，实现环境保护、社会可持续发展的重要课题。

目前对于废旧纺织服装的回收加工利用主要有机械法、化学法、物理法和热能法4种方法[3]。对于纯棉纺织品，比较传统的回收再利用方法是物理机械回收法，即先用切割机器将废弃的纯棉纺织品切割成适当大小的布块，再用泺口机对切割后的织物碎片进行纤维加工，形成棉纤维；然后，用常规的纺织加工工艺将所得棉纤维加工成棉纺织物。这种方法具有操作简便、价格低廉的优势。本文采用机械法对经模拟日常使用的纯棉纱线和织物进行回收加工，研究了原棉和回收棉比例2:1、1:1的混纺纱线、织物与纯原棉纱线、织物的物理性能。

1 试验

1.1 仪器设备

本文的仪器设备见表1。

表1 试验使用仪器概况

1.2 试验材料

手扯长度为28mm的原棉纤维。

1.3 试验过程

1.3.1 原棉纱线的纺制和机织、针织织物的织造

首先将原棉纤维经开松、梳理、并条、粗纱、细纱、合股等工序纺成68tex的纱线，然后将纱线经过整经、穿综、穿筘、织造等工序织成幅宽在20cm以上的平纹织物和斜纹织物。采用电脑横机将原棉纱线编织成长×宽为30cm×16cm的纬平组织针织物和1+1罗纹组织针织物。机织物和针织物的组织结构图分别见图1和图2。

图1 平纹织物和斜纹织物组织图

1.3.2 原棉纱线和织物物理性能测试

首先将待测试的原棉纱线、织物（针织物、机织物）按照国标GB/T 6529[4]规定的标准大气进行预调湿和调湿，然后分别对原棉纱线和织物进行物理性能的测试。

（1）纱线性能的测试

判断棉纤维回收可行性的关键性能主要是纱线毛羽、强力等指标。本文使用YG172型纱线毛羽测试仪按照行业标准FZ/T 01086[5]测试纱线毛羽，使用YG020型电子单纱强力机按照国家标准GB/T 3916[6]测试纱线的断裂强力。

（2）机织物物理性能的测试

强力是体现机织物使用性能最基本的指标，本文使用YG065C型电子织物强力机按照GB/T 3923.1[7]测试机织物的断裂强力，使用YG033A型织物撕裂仪按照GB/T3917.1[8]测试机织物的撕破强力。

（3）针织物物理性能的测试

针织物因其结构的特点，顶破强力性能、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标。本文使用YG065C型电子织物强力机按照GB/T 19976[9]的规定采用（38±2）mm的弹子直径测试针织物的顶破性能，使用YG502型织物起毛起球仪按照GB/T 4802.1[10]的E法测试针织物的起毛起球性能，使用YG(B)401E型马丁代尔耐磨仪按照GB/T 21196.1[11]测试针织物的耐磨性能。

1.3.3 模拟日常使用

将所纺纱线、平纹机织物、纬平组织针织物首先按照国家标准GB/T 8629[12]中A型洗衣机4N程序洗涤30次，然后按照国家标准GB/T 4802.3[13]的规定翻动14400转，以此模拟日常使用，使用仪器分别为Y(B)089E型全自动缩水率试验机和YG(B)511-IV滚箱式起球仪。

1.3.4 机械回收纱线和织物

将经模拟日常使用的纱线和织物使用Y101型杂质分析仪进行回收。分别将经过测试后的纱线、机织物、针织物剪成长度3cm、宽度1cm的小条，以及织造完成后织物头尾多余的边角纱线剪成长度3cm的线段喂入仪器中。杂质分析仪将纱线和织物破碎成纤维，杂质箱中会有部分纱线未能完全破碎，将其再次喂入杂质分析仪中直至织物和纱线充分被破碎成纤维，最终分类回收。破碎过程中短绒纤维被杂质分析仪处理成杂质不再回收。将杂质箱中剩余的纱线重复回收，所得的棉纤维回收率可达92%～95%。

1.3.5 回收棉再纺纱和织造

将原棉和回收棉以2:1和1:1的比例混纺，按照1.3.1的操作得到混纺纱线、机织物和针织物。

1.3.6 回收棉纱线和织物物理性能测试

按照1.3.2的试验流程，分别测试不同比例的混纺纱和织物的物理性能。

2 试验结果与讨论

2.1 不同比例回收棉纱线与纯原棉纱线物理性能的比较

原棉和回收棉比例2:1、1:1的混纺纱线与纯原棉纱线的断裂强力和毛羽测试结果见表2。

表2 不同比例回收棉纱线与纯原棉纱线断裂强力和毛羽测试结果

由于回收棉纤维在机械回收过程中会受到外力拆解作用，且在模拟日常使用时也会受到一定程度的损坏，会对棉纤维的结构形态及长度产生破坏及影响，影响回收纱线中再造纤维间的相互作用，因此不同比例的回收纱线强力相较于原棉纱线强力均有所下降，原棉与回收纤维混纺比为2:1时的纱线断裂强力及其稳定性均好于混纺比为1:1的回收纱线。回收纱线毛羽情况与原棉纱线基本接近，回收过程中被外力所致长度过短的棉纤维在纺纱织造的过程中形成落纤及飞絮，未能顺利缠绕进入纱线。回收纱线具有一定可纺性，基本可满足织造条件。

2.2 不同比例回收棉机织物与纯原棉机织物物理性能的比较

原棉和回收棉比例2:1、1:1的混纺机织物与纯原棉机织物的断裂强力、撕破强力测试结果见表3。

表3 不同比例回收棉机织物与纯原棉机织物断裂强力和撕破强力测试结果

不同比例的回收机织物相较于纯原棉织物的强力指标整体均出现了不同程度的下降态势。究其原因，回收纤维在机械拆解的作用下导致形态长度受损，在影响纤维自身应力的同时，也进一步导致了织物中纤维间及纱线间的相互作用水平下降。在外力的作用下，形态受损的棉纤维分子易从大分子链中滑脱，形成纤维断口；同时长度缩短的棉纤维由于纤维及纱线间抱合力及摩擦作用的减弱，也容易在纱线中发生脱离，从而造成织物断裂。但回收织物仍能保留一定性能，且随着回收机织物中原棉含量的增加，整体力学性能也伴随着相应的提升。

2.3 不同比例回收棉针织物与纯原棉针织物物理性能的比较

原棉和回收棉比例2:1、1:1的混纺针织物与纯原棉针织物的顶破强力、起毛起球性能、耐磨性能测试结果见表4。

表4 不同比例回收棉针织物与纯原棉针织物的顶破强力、起毛起球、耐磨测试结果

由于针织物线圈卷曲的结构特性，同时部分回收纤维长度较短，易在利用回收纤维进行纺纱织造环节存在断头、落率高等问题，并且此现象在织造混纺比为1:1的回收针织物时更为凸显。回收纤维受外力损伤，纤维间的相互作用力减弱，线圈结构及整体稳定性受到影响，加速纱线损耗，致使强力水平下降。而回收纱线的毛羽指标与原棉纱线相近，因而回收针织物抗起毛起球性相较于原棉针织物下降趋势较缓。回收针织物整体物理性能低于原棉针织物，但其可基本满足正常日常使用。

3 结论

本试验采用的是杂质分析仪处理回收棉织物，将其破碎成棉纤维回收进行纺纱织造，本方法属于机械处理方式，也是目前较常见的废旧纺织品处理方法。原棉经过其机械内部拆解势必会对纤维形态及长度等外观形态造成一定影响，纤维卷曲度及长度降低，纤维的弹性、刚性水平下降，在相同织造参数的情况下，致使回收后重新纺纱的纤维间的抱合力及可挠曲性下降，回收后的纱线及织物的力学水平下降。同时纤维长度变短，除纱线毛羽情况较良好外，织造环节中的纤维落率也会随之上升，纱线及织物的单位克重降低，单位面积中的纤维质量减少，此也是影响其品质的重要原因。

而将回收棉及原棉选以适当的比例后进行混纺织造，其相应的物理性能可明显改善。回收棉纤维虽长度较短，但杂质少，且排列度较好，因此在其中混入一定比例的原棉纤维后可明显改善纤维间相互作用的能力，且对物理性能的提升有着十分显著的作用，重新纺纱织造过程也较为顺利。同时随着原棉纤维混入比的增加，其制品的物理性能也随之提升，相应的不匀率也逐步降低，原棉与回收棉混纺比2:1时，其制品物理性能及稳定性优于1:1比例。

经日常使用后的织物亦具有回收价值。经模拟日常使用后的织物，正常的日常使用虽伴随着对于织物表面纤维的磨损消耗，但未对纱线内部纤维形态及长度造成较大影响。在其与适当比例的原棉混合后，其制品同样可具有良好的力学性能。尤其在原棉与回收棉以2:1比例所纺纱线进行织造的时候，不论机织物还是针织物，仍具备了良好的物理性能。

综上所述，回收棉纱线及织物基本保留了原棉制品的物理性能，仍可满足基本的日常使用需求，具有一定的利用价值，应加强合理规划使用。同时，机械处理回收方式有着很大的发展前景，同时也伴随着较长的路要走，例如亟须研发出更加精密的仪器，优化升级再利用棉纤维混合比例。纺织品作为重要的可循环使用的自然资源，应紧跟世界经济发展新趋势，严格贯彻国家宏观发展战略布局，立足自身发展行业及区域间优势，落实政策，科学研究制定相应的“十四五”发展规划，要尽可能将回收的纺织品做到重复利用的最大化，减少浪费，循环经济，绿色发展。