新型纤维拉伸羊毛纤维

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新型纤维——拉伸羊毛纤维及其应用刘建华（天津纺织工程研究院，天津）摘要：本文论述了新型纤维-拉伸羊毛纤维的概念，产生与发展。细化机理、工艺流程、特征及在纺织工业中的应用。结果显示：新型纤维拉伸羊毛纤维性能优越，提升了羊毛纤维的服用性能。顺应了当今毛纺产品轻薄化、高档化趋势，在世界纺织业对细毛和超细羊毛的需求大幅增加的前提下，具有广泛的发展空间。关键词：拉伸羊毛；原理；工艺流程；拉伸特性；应用1前言：拉伸羊毛纤维是一种细化了的羊毛纤维，它是将普通羊毛纤维在适当的化学助剂及湿热条件下进行机械拉伸，再将拉伸后的细化纤维进行热及化学定型而形成的一种新型纤维。此纤维可将普通羊毛细度降低2-4μm，长度增加50%左右。由于细化后羊毛截面的变化，分子间作用力的加强及表面鳞片的改变等因素，使其形成了一种具有真丝般光泽及羊绒般手感，兼具丝光防缩羊毛性质，又对羊绒断裂强度低形成互补的新型纤维。用此纤维生产出的面料其手感和外观方面增加了新美感，其织物具有独特的风格特征，主观评价认为：拉伸羊毛产品手感似羊绒，外观似真丝，综合风格更接近于丝毛产品风格【1】。与普通羊毛一样可加工成各种毛粗、精纺的机织和针织产品。因此这种纤维的问世，顺应了当今毛纺织品轻薄化、高档化趋势，具有很大的发展潜力。2拉伸羊毛纤维的产生与发展13 2.1拉伸羊毛纤维的产生拉伸羊毛由澳大利亚联邦科学与工业组织（CSIRO）和国际羊毛标准公司（TWC）联合开发，从1984年提出到1998年实用化用了15年的时间，通过基本构想、基础试验、stratchingofstaplefibres专利TwistingDevice专利、1.2号样机、制品开发签署、确定染整工艺、确定加工许可及签署生产开始等一整套研究和工业化运作【2】，最终形成了（OptimFine）拉细羊毛和（OptimMax）拉细蓬松羊毛产品。其中OptimMax是将羊毛纤维拉伸后，进行暂时定型，与其他纤维混合后，使其在一定的条件下，破坏其暂时定型产生回缩，而形成的膨化纤维。OptimFine就是我们文中涉及的拉伸羊毛纤维。在竞争日益激烈的毛纺织市场上，为羊毛纤维的应用树立了信心。2.2国内外拉伸羊毛的发展概况20世纪80年代初澳大利亚CSIR0(联邦科学与工业研究组织)的羊毛研究所开始提出并着手研究羊毛纤维细化的可能性，其背景在于羊毛高支化以羊种改良过于漫长、成本又高，人工细化加工可能更快。澳大利亚科学家花了10多年时间，在1993年推出了羊毛细化加工技术，并在1995—1998年先后在欧洲、日本、美国、澳大利亚和新西兰知识产权局申请了专利。同期，日本学者亦有相应的研究和专利。中国市场上，OptimFine由鹿王羊绒集团公司独家引进并投放市场。由于拉伸羊毛纤维具有高额的产品附加值，国内相继进行了拉伸羊毛的研究，如：上海东华大学与上海毛麻研究所合作、天津工业大学与鄂尔多斯合作分别进行了拉伸羊毛的研究，13 并形成了相关的技术专利。2.3本文拉伸羊毛纤维的研究进展本文所述的拉伸羊毛纤维是对澳大利亚、日本及国内相关设备、技术、工艺进行全面分析，于2001年立项，并通过小试、中试及连续化生产设备的试制，提出了弥补同类技术中不足点的拉伸羊毛设备、细化方法及工艺、采用本设备、技术及工艺有效地控制了拉伸后羊毛纤维的沸水回缩率，同时具备了经济、耐用、效率高的特点。经过连续化试生产，生产出了质量稳定的拉伸羊毛纤维。本文所述的拉伸羊毛纤维的性能特征及在纺织品中的应用，与国外同类纤维对比均选用此纤维。本项目是2006年国家发改委纺织专项项目，2008年获得天津市科委——天津市科技创新专项资金项目（羊毛物理细化关键技术及制品开发与产业化），已申报了4项发明专利。3拉伸羊毛纤维细化的原理及主要工艺流程3.1羊毛纤维的结构特征羊毛纤维的大分子是由多种α-氨基酸用酰胺键（又称肽键）连接而成的链状大分子，不同分子链之间的氨基酸还可以形成大量的氢键、羊毛大分子主链间能形成二硫键、盐式键和氢键等空间横向连接。羊毛大分子链的单分子空间形式通常有两大类，一类是螺旋状，通常情况下羊毛纤维单分子以α-螺旋链状态存在，当羊毛纤维受到特定的条件处理时，分子形状由α-型变成伸长的β型结构，这种空间结构的转变，使羊毛具备了被拉伸的潜力。3.2羊毛纤维的拉伸特性13 羊毛在有水分的条件下拉伸，根据纺织材料学的基本理论，开始阶段形成的主要特征满足于虎克定律，分子运动的能量很低，不足以克服主链内旋转的位垒，只是那些较小的运动单元、側基短的侧链和键角的变化，形变很小，形变与受力大小成正比，当应力超过屈服点之后，形变变化明显【3】。通过对羊毛纤维不同条件下的拉伸特性（如图1）可以看出采用适当的化学和物理手段，合理回归应力、应变的变化关系是羊毛拉伸的基本前提。图1：羊毛拉伸拉力（g）伸长（mm）关系图13 注：DMG表示在标准回潮条件下羊毛拉伸曲线。DMS表示在热汽中羊毛拉伸曲线。DMZ表示浸入一定的化学处理液，再在热汽中羊毛拉伸曲线。3.3羊毛纤维伸长后的定型羊毛纤维的定型有暂时定型和永久定型两种，暂时定型时以氢键结合为主所引起的，而永久定型时以S-S结合引起的。暂时定型有代表性的例子是干燥时形状的固定，但如果再润湿结合就会消失。永久定型是以温度、氧化还原条件等因素产生的。因此，在适宜的处理温度、化学试剂等处理条件下，可将伸长后的羊毛纤维永久地保持下来。3.4拉伸细化羊毛的工艺流程纤维束纤维浸湿膨化纤维加假捻湿热处理纤维拉伸细化纤维热定型纤维解捻水洗纤维化学定型纤维水洗出条4拉伸细化羊毛纤维的特性4.1拉伸细化羊毛纤维的性能特征4.1.1纤维细度13 羊毛纤维经拉伸细化后，其纤维细度可减小2-4μm，由于纤维细度的减小，使其舒适系数提高，手感滑糯、柔软，更加趋向于羊绒的手感特征。同时它直接关系到纯毛毛纱截面内纤维平均根数的多少，羊毛的许多性质都与羊毛的细度有密切关系，羊毛细除纤维长度偏短外，，其物理外观等性能也好，因此细度成为评定羊毛品质的重要指标，也是羊毛分级的主要依据。在纤维密度相同时，纤维越细，成纱截面内纤维根数就越多，成纱强力就越高，纺纱时断头就越少，成纱条干就越均匀【4】。4.1.2纤维长度：羊毛纤维经拉伸细化后，其纤维长度可伸长50%左右。通常澳大利亚将40mm以上长度称为精梳长度，在中国收购50mm以上的纤维长度【5】。实际使用中，为了保证纱线强力及条干，在纯毛产品的混条设计时，一般要求平均长度70mm以上【6】。因此由于纤维长度的变长，增加了羊毛纤维长度的附加值，尤其是拉伸短羊毛，提高了短毛条在精梳毛纺系统中的利用率。4.1.3纤维光泽：拉伸后羊毛出现了真丝般的光泽。有研究表明，其光泽的出现是由于拉伸后羊毛鳞片变稀，纤维卷曲减少，使其表面光的反射率增加；拉伸后纤维截面从圆形变成异型截面，这种异型截面的出现增加了对各向光的反射效应；同时羊毛大分子链的结构由卷曲的α状趋向于折叠的β状，更加趋于丝蛋白的结构，因此它具有了真丝般的光泽，同时其光泽亦可与丝光防缩羊毛相媲美。4.1.4纤维鳞片：拉伸后羊毛鳞片变稀变薄，具有很好的鳞片结构（参看图1、图2），且表面光滑，与未拉伸羊毛相比径高比明显减小，13 其鳞片结构更加趋于羊绒，羊绒鳞片表面光滑，鳞片密度较小，间距较大鳞片之间重叠覆盖少，径高比小于或等于1【7】。羊毛的鳞片是羊毛缩绒的重要因素，毛织物的缩绒会使毛织物没有良好的尺寸稳定性，还会在后续的加工和服装的服用与洗涤过程中，因处理条件的不当而发生令人讨厌的毡缩，因此对羊毛的鳞片进行适当的破坏是对羊毛改性处理的核心问题。羊毛经细化后由于鳞片结构发生了变化，降低了定向摩擦系数，使逆鳞片与顺鳞片摩擦效应趋于一致，具备了丝光防缩性。图1　70支澳毛原毛表面状态【8】13 图2　70支澳毛拉伸毛表面状态4.1.5纤维卷曲：拉伸羊毛由于羊毛纤维空间构型从卷曲的α状转向伸直的β状状态，纤维长度伸长，细度变细，因此纤维的卷曲与原毛相比减少。4.1.6纤维的强力、强度与断裂伸长：羊毛纤维拉伸后，其强力强度与同支数的普通细羊毛相比有所增加，其断裂伸长减小，断裂功变小。参看表1。表1：纤维的强伸性能对比：分类本文拉伸羊毛Optim100s澳毛70s澳毛羊绒强伸性能断裂强力（N）58.157.851.156.5260.113 断裂伸长（%）26.1627.344.347.449.7断裂功0.18800.18870.24970.27010.2896断裂强度（cn/tex）13.113.1310.311.1312.14.2拉伸羊毛纤维的沸水回缩率拉伸羊毛纤维的沸水回缩指标是至关重要的，它是染整加工稳定和服饰过程中性能稳定的重要指标，对于正常羊毛，沸水回缩一般在3.7%以内，完全满足后步染整加工要求。因此工厂不作为重要考核指标，拉伸羊毛则不然，它是将羊毛在一定的助剂条件下，通过物理拉伸方法将纤维拉长，使纤维截面变细，因此为适应后步染整加工过程中的热处理，纤维长度的沸水回缩指标将变得尤为重要，它也表明了羊毛伸长后的定型效果，定型效果越好，其沸水回缩指标越低，同时更加有利于后步染整加工。国内外拉伸羊毛100沸水回缩比较见表3。表3:各种拉伸细化羊毛沸水回缩比较：羊毛分类澳细化羊毛日本细化羊毛鹿王细化羊毛本文细化羊毛沸水回缩率（%）12.210111.9从表中可以看出本文的拉伸羊毛呈现了沸水回缩率低的性质，这是对国外拉伸羊毛沸水回缩率高缺陷的突破。4.3拉伸羊毛的染色性能：羊毛拉伸后，纤维更加柔软、白亮、有光泽，同时由于纤维内部结构状态的重新排列，纤维变细，鳞片变稀变薄，使其出现了优异的染色性能，染料更易进入到纤维内部，初染温度降低，上染速率加快，达到饱和上染的温度降低，更加适合于低温染色。13 可染出更加鲜亮的颜色。由于染色上的变化，同时带来染色过程中需注意的问题：由于初染温度降低，染色速率加快，要特别注意匀染的问题，可适当地降低初染温度，控制染色过程中的升温速率、适当添加匀染剂等工艺的调整达到理想染色要求。5拉伸羊毛在纺织工业中的应用：拉伸羊毛是一种细化的羊毛纤维，细化后由于纤维结构的变化，使其细度变细，、长度变长、附加了羊绒般的手感、真丝般的光泽并具有丝光防缩性及很好的白度和强力，因此形成了一种具有优异性能的高附加值纤维。此纤维不仅在后续产品加工上与普通羊毛一样，可加工纯纺、混纺、交织、色织等毛精纺和粗纺的机、针织产品，而且形成的产品比普通羊毛具有独特的优势。5.1轻薄型毛纺产品近年来，体现毛纺面料走向国际水平的主要特征之一，就是产品结构趋向高支轻薄化，因此，如何增加超细羊毛原料的产量，同时尽可能降低原料成本，已成为养羊业和毛纺织行业十分关心和需要解决的问题。羊毛拉伸细化技术，就是解决这一问题的有效途径之一。物理细化技术，可对各种支数的普通羊毛进行拉伸而形成细度减少2-4μm的拉伸羊毛，既可以利用相对较粗的羊毛纤维生产出较细的纤维，又不影响正常的纺纱性能，同时又具有天然纤维的优良特性。这种羊毛支数的提高满足了市场高支细羊毛需求量大的市场格局，通过细化使羊毛达到甚至超过羊绒的支数，市场上不存在的超细支羊毛也变得可能。这种羊毛支数的提高更加适合于加工轻薄型机、针织产品，且产品风格优异具有丝般光泽羊绒般手感，顺应了毛纺产品13 轻薄化、高档化、舒适化、美观化、时尚化发展方向。5.2粗、精纺羊绒制品山羊绒是世界上名贵稀有的特种动物纤维，纺织工业的高档原料，被人们誉为“纤维钻石”、“软黄金”。羊绒产量极其有限,一只山羊每年产无毛绒(除去杂质后的净绒)50克-80克,平均每五只山羊的绒才够做一件羊绒衫。山羊吃草根、吃树皮，是破坏植被的罪魁祸首，我国山羊的过量养殖，加重了草场负担，使草原生态环境进一步恶化，近几年的沙尘暴，使人们增强了保护草原生态环境的意识，以后羊绒的发展受到环保因素的制约是肯定的。拉伸细化羊毛具备了羊绒的细度及手感是替代羊绒的理想用品，用其替代或部分替代羊绒，即能满足市场需求又有利于环保，还可在降低成本的前提下，满足羊绒本身柔软、滑糯的性能，同时附加了新的优良特征。真正形成了物超所值的产品。5.3丝光防缩羊毛产品随着人们消费理念的更新，羊毛产品追求轻薄化，贴身穿及机可洗。为了迎合人们的消费理念，丝光防缩羊毛不断地被应用于羊毛产品加工。丝光防缩羊毛是通过对羊毛鳞片的部分或全部剥离，来达到减小缩绒、扎刺感。目前采用的主要方法是氯化法。13 氯化法以氯气、次氯酸及其盐处理，如KROY氯化处理。由于羊毛鳞片的剥蚀和鳞片组织的柔化，可降低毛纤维的差微摩擦效应，减少纤维的定向移动，达到机可洗效果。氯化法虽对羊毛防缩、丝光效果较好，但易使纤维泛黄降解，且废水中含有大量AOx(有机卤化物)，污染环境，同时残留在羊毛中的有机卤也会危害人体健康。羊毛经细化后降低了纤维顺鳞片与逆鳞片的摩擦系数，完全具备了丝光防缩性能，其丝光防缩性优于丝光防缩羊毛纤维，完全可以替代丝光防缩羊毛。减少了服用时对皮肤的刺痒感及洗涤过程中的缩绒性。用其替代丝光防缩羊毛，即减少了丝光防缩羊毛在加工过程中对环境的AOX污染及穿着过程中残留物对人体健康的危害，又具有细度、光泽、手感、强力、颜色鲜艳度等优势【9】。6结语：新型纤维拉伸羊毛纤维具备优越的性能，广泛的应用空间。随着人们对服饰要求的个性化、高档化、舒适化、环保化的发展趋势，新型纤维-拉伸羊毛纤维将会越来越受到纺织行业新技术开发者的关注与应用，使其真正形成市场化产品。使新型纤维得以发展壮大，满足未来市场需求。5参考文献：【1】王维、李伟、赵伟等，拉伸羊毛纤维的特征和产品加工性能，《毛纺科技》，2003，5【2】長澤則夫,異型截面ウール〔オプテイム/オーデイコ〕の工程技術について,《染色工業》,1999,47(7):340-341.【3】-【4】姚穆,周锦芳,黄淑珍,等.纺织材料学[M].2版.北京:中国纺织出版社,1997：360，123【5】薛纪莹主编,《特种动物纤维产品与加工》,北京：中国纺织出版社，1998：143【6】江兰玉主编,《毛纺工艺学》.下册.北京:中国纺织出版社,2003:18【7】杨素英，高泉，山羊绒与其他动物纤维的鉴别探讨，《中国纤检》,2007.11:45【8】刘建华,国产拉伸羊毛性能研究及产品加工,《毛纺科技》2008.11:48【9】刘建华等,国产物理细化羊毛在生产实际中的应用,《上海毛麻科技》,2008.2:3313 Anewtypeoffiber--stretchedwoolanditsapplicationsLiujianhua(Tianjintextileengineeringresearchinstitute,TJ)Abstract:Thisarticlediscussestheconceptanddevelopmentofanewtypeofstretchedwool.Themechanismoffining,thetechniqueprocessandapplicationsintextileindustryofthestretchedwoolarealsoincludedinthisarticle.Asshownintheresult,thenewtypeofstretchedwoolhasdramaticmeritscomparingtothosetraditionalfibers.Itcanenhancewearabilityofwoolfibers.Conformtotoday'slightandthinwoolproducts,gentrificationtrend,thetextileindustryoffineandsuperfinewoolintheworldisunderthepremiseofasubstantialincreaseindemand,thereisabroadspacefordevelopment.Keywords:stretchedwool,mechanism,techniqueprocess,tensileproperties,Application.作者简介：刘建华,教授级高级工程师。主要从事国产拉伸羊毛项目的小试、中试、工业化生产设备的研究及纺织品测试标准的制定。单位名称：天津纺织工程研究院联系人：刘建华本文章发表于《上海毛嘛科技》，2011.213