棉秆皮/棉混纺纱的丝光工艺

李　龙,戚海娜,房　昆

(西安工程大学 纺织与材料学院,西安710048)



棉秆皮/棉混纺纱的丝光工艺

李龙,戚海娜,房昆

(西安工程大学 纺织与材料学院,西安710048)

摘要:针对纤维素纤维制品的形态和化学性质,对棉秆皮/棉混纺纱线进行丝光处理,采用正交实验以丝光处理后纱线的钡值与纱线性能(断裂强度、断裂伸长率、失重率、回潮率、缩水率)为指标,分析纱线丝光处理的工艺条件．由直观分析方法可知,不同指标的优化工艺条件是不相同的．利用模糊正交法的实验数据处理方法得到,影响丝光后纱线性能指标的实验因素由大到小的顺序依次为NaOH质量浓度、温度、时间;丝光处理的工艺条件为NaOH质量浓度200g/L,温度20℃,时间200s．在此工艺条件下,丝光纱线的钡值为150,断裂强度为5.13cN/tex，缩水率为1.20%．

关键词:棉秆皮/棉混纺;转杯纱;丝光参数;模糊正交法

0引言

为保证棉纤维制品顺滑的手感以及饱满的光泽度,市场上大量的棉纤维制品都进行了丝光整理[1].丝光处理是指对棉制品(纱线或织物)施加一定的张力,然后用浓的烧碱溶液处理一段时间,最后在张力的条件下去除烧碱的过程.目前关于纤维素纤维及其制品丝光处理的研究,王春颖等[2]探讨了全棉本白纱线的双丝光处理,通过测试不同烧碱质量浓度、处理时间和处理温度对纱线强力、K/S值等性能的影响,选出较好的双丝光工艺条件．刘杰等[3]对木棉纤维/棉混纺纱线进行了碱丝光处理,分析碱处理后纱线结构和性能的变化,得到混纺纱在经过碱丝光处理之后,纱线断裂强度明显增大,纱线吸湿性能提高,但是结晶度变小．陶丽珍等[4]研究了竹原纤维纱线的碱丝光、碱缩处理工艺,分析纱线断裂强度以及对水、染料或者其他化学试剂的吸收性能与尺寸稳定性等随着碱丝光、碱缩处理工艺的改变而产生的变化．季益萍等[5]研究了棉条的丝光处理加工技术,确定了棉条进行碱丝光处理的工艺参数．姜生[6]研究了亚麻织物的碱丝光处理工艺,对亚麻织物碱丝光处理时烧碱的质量浓度、所施加的张力以及碱丝光处理的时间进行了探讨,得到了亚麻织物的碱丝光处理实验工艺条件．汤根娣等[7]以烧碱质量浓度、处理时间和张力3个因素进行正交实验,以织物缩水率、吸附钡值和弯曲强度为评价指标,优化亚麻/棉混纺针织物的丝光处理最佳工艺．杨柳[8]采用不同捻向高捻纯棉竹节纱和丝光棉纱进行柔麻面料设计,通过原料选配、织造工艺设计和丝光工序,生产具有天然麻面料外观与细腻手感的柔麻面料．棉秆皮纤维作为一种新型纤维素纤维,目前主要研究集中在棉秆皮纤维的提取与性能方面[9-14]．本文以实验室纺制的棉秆皮纤维/棉混纺转杯纱[15]为对象,采用正交实验确定纱线丝光处理工艺,测试丝光处理后纱线性能,为棉秆皮纤维的纺织应用提供参考．

1实验

1.1材料、试剂与仪器

(1) 材料实验室纺制的棉秆皮/棉转杯混纺纱(质量混纺比50%/50%),纱线密度75tex．在一定张力下进行纱线丝光处理.处理流程:纱线准备→冲洗→脱水→丝光→水洗→脱水→烘干→性能测试．

(2) 试剂氢氧化钠(96%分析纯)(天津市红岩化学试剂厂);氢氧化钡(98%分析纯)(成都市科龙化工试剂厂);盐酸(36%分析纯)(北京化工厂);酚酞指示剂(0.5%酚酞乙醇溶液)(天津市福晨化学试剂厂)

(3) 仪器恒温水浴锅DZKW-4(上海科析实验仪器厂);HD021N型电子单纱强力仪(南通宏大实验仪器有限公司);JA1203N型电子天平(上海精密科学仪器有限公司);Y802A型八篮恒温烘箱(常州纺织仪器厂)．

1.2性能测试

(1) 失重率将碱处理前后的纱线分别放到Y802A型烘箱中烘至恒重,然后在JA1203N型电子天平上称重,并记录数据．为避免纱线在空气中吸湿过多,应迅速称重．根据式(1)计算纱线的失重率．

(1)

其中,W为纱线失重率;w0为处理前的纱线质量,g;w1为处理后的纱线质量,g.

(2) 断裂强度与断裂伸长率在恒温恒湿的条件下平衡24h后,采用HD021N型电子单纱强力仪测试,实验长度为500mm,拉伸速度为100mm/min．

(3) 回潮率在温度(20±2)℃,湿度(65±3)%的条件下,将纱线称重,然后将其烘干至恒重．按式(2)计算回潮率．

(2)

其中,G为纱线回潮率;G1为纱线湿重，g;G0为纱线干重，g.

(4) 丝光纱线缩水率将丝光处理之后的纱线进行缩水处理,然后测其长度,共测20根,取其平均值,按式(3)计算纱线缩水率．

(3)

其中,L为丝光缩水率，%;L1为丝光处理前的纱线长度，mm;L2为丝光处理后的纱线长度，mm.

(5) 钡值取丝光纱线和未丝光纱线,置于烘箱中,在105～110℃下烘90min,取出后在干燥器内冷却至室温．准确称取纱线各2g,并剪成小块,分别置于2个150mL带盖的锥形瓶中,然后加入30mL 0.25mol/L的氢氧化钡溶液,加盖浸渍2h并不时加以振荡．另取一个150mL带盖锥形瓶,加入30mL氢氧化钡溶液,放置2h,做对比实验用．2h之后,分别从3个锥形瓶中吸取10mL浸渍液于三角烧瓶中,加酚酞指示剂2～3滴,然后用0.1mol/L盐酸溶液滴定,直至滴到红色消失为止．记录消耗盐酸的体积V．按式(4)计算钡值．

表 1　纱线丝光正交试验因素水平表

(4)

其中,V0为对比实验耗用盐酸溶液的体积,mL;V1为丝光纱线浸渍液耗用盐酸溶液的体积,mL;V2为未丝光纱线浸渍液耗用盐酸溶液的体积，mL.

2结果与分析

纱线丝光实验采用正交试验方法,正交试验因素水平设计见表1,其中浴比设定为1∶50．纱线正交实验后各指标的测试结果见表2.

表 2　正交试验结果

根据直观分析方法[16]对表2实验结果进行分析,得到各指标的优化工艺条件,钡值的优化工艺条件为：NaOH质量浓度250g/L,温度25℃,时间250s;断裂强度的优化工艺条件为：NaOH质量浓度200g/L,温度25℃,时间150s;断裂伸长率的优化工艺条件为：NaOH质量浓度250g/L,温度20℃,时间150s;失重率的优化工艺条件为:NaOH质量浓度150g/L,温度20℃,时间200s;回潮率的优化工艺条件为:NaOH质量浓度200g/L,温度20℃,时间200s;缩水率的优化工艺条件为:NaOH质量浓度150g/L,温度15℃,时间200s．由直观分析可以看出,不同指标的优化工艺条件是不相同的．

对表2中结果进行方差分析,得到在显著水平α=10%时,NaOH质量浓度对丝光纱线的钡值、断裂强力、缩水率有显著影响,处理温度对丝光纱线的钡值有显著影响．

为了在多指标下分析纱线丝光的工艺条件,本文采用模糊正交法的实验数据处理方法[17]进行丝光工艺优化分析．首先将实验得到的数据进行模糊化,然后应用模糊数学的理论和分析方法将实验数据进行处理,最终得到优化碱丝光处理工艺参数．

(1) 建立模糊关系矩阵.根据表2的正交实验结果以及模糊正交法的实验数据处理方法,可以得到模糊关系矩阵R:

(2) 构造各方案以及理想最优方案U*的相对偏差矩阵Rp和最劣方案U*的相对偏差矩阵Δ：

(3) 计算模糊综合评价值B：

B=(0.409 40.665 00.390 70.588 30.635 60.634 10.448 70.475 60.520 0).

(4) 计算各指标的隶属度值.根据文献[9]以及前面计算的各指标隶属度值和综合评价值可以得到表3～4．

表 3　各指标隶属度值

(5) 主效应分析.由表4可得到实验主要工艺参数组成的3个模糊子集Ci分别为

根据最大隶属度原则,可知各因素的影响程度分别为C1=0.389 7,C2=0.372 0,C3=0.366 7,故各因素对模糊综合评价值的影响顺序为:C1>C2>C3,即NaOH质量浓度>温度>时间,丝光处理的工艺为:NaOH质量浓度200g/L,温度20℃,时间200s．在NaOH质量浓度200g/L,温度20℃,时间200s,浴比1∶50的条件下,纱线丝光后的指标测试结果为失重率为3.98%,断裂强度为5.13cN/tex,断裂伸长率为4.20%,回潮率为9.12%,缩水率为1.20%,钡值为150．

表 4　模糊综合评价值

丝光之前的纱线性能:断裂强度为4.35cN/tex, 断裂伸长率为4.25%,回潮率为8.15%,缩水率为3.50%．在上述丝光工艺处理纱线之后,纱线断裂强度、回潮率略有增加,缩水率减小．其原因可能是,在张力下进行的纱线丝光使得纤维结晶度下降,导致纤维伸长过程中的应力得到松弛,丝光后纱线断裂强度略高[18]．通过张力,纤维大分子进行取向排列,在新的位置上建立起新的分子键,且分子间力比溶胀前大．最后在张力下去碱,已取向排列的纤维间的氢键被固定下来,这时的纤维处于较低的能量状态,因此尺寸稳定,缩水率减小．碱丝光处理可以去除棉秆皮纤维中的部分胶质和棉纤维表面的蜡质,纱线的回潮率略有增加．

丝光前后纱线的外观效果见图1.由图1可知,纱线经丝光处理后光泽更亮,这是由于纤维素纤维用浓碱液处理时,纤维与烧碱溶液作用发生膨化,且胞壁发生膨胀,纤维表面变得光滑,因此光线照射到纤维上时光的反射比原来更有规律,增加了光泽．

3结论

(1) 对于棉秆皮/棉混纺纱线的丝光处理,NaOH质量浓度对丝光纱线的性能影响最大,处理温度次之,处理时间影响最小．在显著水平α=10%时,NaOH质量浓度对丝光纱线的钡值、断裂强力、缩水率有显著影响;处理温度对丝光纱线的钡值有显著影响．

(2) 采用模糊正交法得到纱线丝光处理的工艺条件为NaOH质量浓度200g/L,温度20℃,时间200s．

(3) 在此工艺条件下,丝光纱线的钡值为150,断裂强度5.13cN/tex,缩水率1.20%．

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编辑、校对：赵放

文章编号:1006-8341(2016)02-0244-06

DOI：10.13338/j.issn.1006-8341.2016.02.019

收稿日期:2015-10-10

基金项目：教育部科学研究重点项目(208140);陕西省科技计划项目(2008K06-10);陕西省咸阳市科学技术研究发展计划项目(2012k16-09)

通讯作者:李龙(1964—),男,河南省武陟县人,西安工程大学教授,博士，研究方向为天然纤维材料资源及其纺织技术． E-mail: lilong2188@126.com

中图分类号：TS 195.51

文献标识码：A

Mercerization processing on cottonstalk bast fibers/cotton blended yarn

LILong,QIHaina,FANGKun

(School of Textile and Materials, Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048，China)

Abstract:According to the morphology and chemical propety of cellulose fiber products,cottonstalk bast fibers/cotton blended yarn is mercerized under orthogonal experiment. The barium value and yarn property(breaking strength, breaking elongation,weight loss, regain and water shrinkage) of mercerized yarn regarded as evaluation index, mercerization parameters of the yarn are analyzed. Intuitive analysis shows that various indexs have different optimum parameters. Fuzzy orthogonal method shows that experiment factors of influencing mercerized yarn index are sodium hydroxide content, treating temperature, and treating time. The mercerization parameters are that sodium hydroxide content of 200g/L, treating temperature of 20℃ and treating time of 200s. Under the mercerization parameters, mercerized yarn has barium value of 150, breaking strength of 5.13cN/tex,shrinkage of 1.20%.

Key words:cottonstalk bast fiber/cotton blend; rotor spun yarn; mercerization parameter; fuzzy orthogonal method

引文格式：李龙,戚海娜,房昆.棉秆皮/棉混纺纱的丝光工艺[J].纺织高校基础科学学报，2016，29(2)：244-249.

LI Long,QI Haina,FANG Kun.Mercerization processing on cottonstalk bast fibers/cotton blended yarn[J].Basic Sciences Journal of Textile Universities,2016，29(2)：244-249.