程浩南，張一心，張鵬飛

(1.西安工程大學(xué)，陜西 西安710048；2.陜西出入境檢驗(yàn)檢疫局，陜西 西安710068）

羊駝毛是一種珍稀而昂貴的特種動(dòng)物纖維。其天然色彩豐富，纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)，強(qiáng)力高，韌性好，用其制成的產(chǎn)品耐磨性較好，時(shí)裝柔軟暖和，穿著舒適，懸垂性好[1]。但是由于羊駝毛直徑較粗，在開發(fā)高支輕薄高檔服裝面料時(shí)受到了限制。如果能對(duì)羊駝毛纖維進(jìn)行一定的細(xì)化加工，可以有效提升原料的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。拉伸前的預(yù)處理工藝是毛纖維拉伸細(xì)化的重要環(huán)節(jié)，其主要作用是打開分子之間的化學(xué)鍵，一方面降低拉伸應(yīng)力，另一方面提高纖維的斷裂伸長(zhǎng)率，便于在后序工藝中拉伸。但是，預(yù)處理工藝對(duì)毛纖維的作用也不能過(guò)大，否則會(huì)對(duì)纖維造成嚴(yán)重?fù)p傷，影響細(xì)化毛纖維的機(jī)械性能、表面摩擦性能及光澤等。所以，有必要合理選擇細(xì)化預(yù)處理的工藝條件[2]。

本實(shí)驗(yàn)借鑒劉君妹[3]關(guān)于羊毛拉伸細(xì)化預(yù)處理劑的優(yōu)選方案，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)羊駝毛拉伸細(xì)化預(yù)處理工藝的優(yōu)化進(jìn)行探討。

1 羊駝毛拉伸細(xì)化機(jī)理

羊駝毛纖維大分子是由許多種α氨基酸用肽鍵連接構(gòu)成，主鏈為多縮氨酸鏈，主鏈間以二硫鍵、鹽式鍵和氫鍵等交聯(lián)。大分子鏈的單分子空間結(jié)構(gòu)通常有兩大類:一類是直線型的曲折鏈，稱β型螺旋鏈，另一類是螺旋型，稱α型螺旋鏈，一般情況下，羊毛大分子以α型螺旋鏈存在[4]。羊駝毛拉伸細(xì)化的機(jī)理基于 “α-β轉(zhuǎn)變細(xì)化”理論模型，羊駝毛在預(yù)處理劑的作用下，弱化或破壞纖維分子間的化學(xué)鍵作用尤其是二硫鍵，然后使纖維在受力條件下通過(guò)拉伸拉長(zhǎng)變細(xì)，α螺旋型大分子轉(zhuǎn)變成β曲折鏈型大分子，并且在新的位置上重新建立起新的連接， 最后在化學(xué)試劑的作用下將纖維定形[5-8]。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 材料、試劑及測(cè)試儀器

實(shí)驗(yàn)材料:山西晉中羊駝毛，斷裂強(qiáng)力16.82 cN，斷裂伸長(zhǎng)率44.09%。

試劑:亞 硫 酸 氫 鈉 （NaHSO3）、硫 酸 銨[(NH4)2SO4]和表面活性劑JFC。

測(cè)試儀器：YG001N型電子單纖維強(qiáng)力儀（南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)）。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，選用亞硫酸氫鈉為還原劑，主要用于斷開二硫鍵，其質(zhì)量分?jǐn)?shù) 8%～16%，選用硫酸銨為屏蔽劑，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%～6%，再加入適量的表面活性劑JFC。水浴溫度55～75℃，預(yù)處理時(shí)間為 5～15 min。

本實(shí)驗(yàn)選擇溶液的濃度、水浴溫度和預(yù)處理時(shí)間為正交試驗(yàn)因素，以羊駝毛纖維斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)力為主要測(cè)試指標(biāo)，正交表選用L9(34)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及水平分布如表1所示。

表1 預(yù)處理因素水平分布表

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用單纖維拉伸法，將經(jīng)過(guò)水浴處理或在一定濃度和溫度的化學(xué)試劑中預(yù)處理一定時(shí)間后的羊駝毛取出，立即在YG001N型電子單纖維強(qiáng)力儀上測(cè)試，室內(nèi)溫度為25℃，相對(duì)濕度為65%。試樣夾持長(zhǎng)度20 mm，拉伸速度20 mm／min，預(yù)加張力為0.5 cN，樣本容量500。

3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法，取出經(jīng)過(guò)預(yù)處理的羊駝毛，立即在YG001N型電子單纖維強(qiáng)力儀上測(cè)試其拉伸性能，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。對(duì)正交試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行正交分析，如表3所示。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 斷裂伸長(zhǎng)率和強(qiáng)力損失率正交分析

3.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

由表2和表3可以看出，羊駝毛拉伸細(xì)化預(yù)處理工藝因素對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率的影響顯著性次序?yàn)镃>A>D>B，即顯著性次序水浴溫度>亞硫酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù) >預(yù)處理時(shí)間>硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體見表4。

表4 預(yù)處理對(duì)斷裂伸長(zhǎng)率影響的顯著性

因?yàn)閿嗔焉扉L(zhǎng)率越大，對(duì)羊駝毛纖維的拉伸細(xì)化加工越有利，纖維的細(xì)化效果就越好，故使斷裂長(zhǎng)度率增大的最優(yōu)工藝是A1B3C3D3。

羊駝毛拉伸細(xì)化預(yù)處理工藝因素對(duì)強(qiáng)力損失率的影響顯著性次序?yàn)镃>D>A>B，即顯著性次序水浴溫度>預(yù)處理時(shí)間 >亞硫酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)>硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，具體見表5。

表5 預(yù)處理對(duì)強(qiáng)力損失率影響的顯著性

因?yàn)閿嗔褟?qiáng)力損失率越大，對(duì)羊駝毛纖維的紡織加工越不利，紗線、織物的物理機(jī)械性能就越差，故使斷裂強(qiáng)力損失率最小的最優(yōu)工藝是A3B1C1D1。

由于斷裂伸長(zhǎng)率是影響羊駝毛纖維拉伸細(xì)化性能的最重要因素，只有斷裂伸長(zhǎng)率越大，纖維才可能被拉得更細(xì)。同時(shí)考慮到羊駝毛纖維的斷裂強(qiáng)力很大，只要斷裂強(qiáng)力損失不是太大，就不會(huì)對(duì)紡紗加工及后道加工產(chǎn)生太大影響。因此，這里以斷裂伸長(zhǎng)率為主要考慮指標(biāo)，兼顧強(qiáng)力損失率。從上面各指標(biāo)的最優(yōu)方案分析中可以得出，羊駝毛纖維化學(xué)預(yù)處理方案的最佳工藝為A1B3C3D3。

4 結(jié)論

(1)用亞硫酸氫鈉作為還原劑，JFC作為潤(rùn)濕劑，硫酸銨作為屏蔽劑對(duì)羊駝毛纖維進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，羊駝毛纖維的斷裂伸長(zhǎng)率在62.39%～80.47%之間，斷裂強(qiáng)力損失率在 9.22%～28.78%之間，可以用于拉伸細(xì)化時(shí)的預(yù)處理液。

(2)羊駝毛進(jìn)行拉細(xì)處理前的化學(xué)預(yù)處理，用亞硫酸氫鈉作為還原劑時(shí)的最優(yōu)方案最優(yōu)工藝：亞硫酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%，硫酸銨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%，水浴溫度75℃，預(yù)處理時(shí)間15 min。

[1] 張一心 .紡織材料 [M].北京:中國(guó)紡織出版社，2005:91-93.

[2] 劉洪玲，于偉東，章悅庭.羊毛拉伸細(xì)化預(yù)處理工藝條件的研究 [J].毛紡科技，2003(2):3-6.

[3] 劉君妹，賈立霞，范春祥.羊毛拉伸細(xì)化預(yù)處理劑的優(yōu)選 [J].毛紡科技，2004(10)：57-59.

[4] 姚穆 .紡織材料學(xué) [M].北京:中國(guó)紡織出版社，1997:93-98.

[5] 楊鎖廷，劉建中，姚金波，等.拉伸改性羊毛性能的研究 [J].紡織學(xué)報(bào)， 2002，23(3)：32-33.

[6] 張淑潔，楊鎖廷 .羊毛拉伸細(xì)化機(jī)理的研究進(jìn)展[J].毛紡科技，2003(2):11-13.

[7] 劉洪玲，于偉東，章悅庭 .羊毛拉伸細(xì)化技術(shù)綜述 [J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002(3):114-119.

[8] 劉洪玲，于偉東，章悅庭.羊毛拉伸細(xì)化預(yù)處理工藝條件的研究 [J].毛紡科技，2003(2):3-6.