精細(xì)化黃麻纖維制備、紡紗技術(shù)及力學(xué)性能研究.pdf

1、天然纖維素纖維具有良好的綜合服用性能，深受廣大消費(fèi)者的青睞，且資源豐富，可生物降解，可循環(huán)再生，符合綠色生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展要求，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。棉纖維是第一大天然纖維，但由于受到耕地面積、種植條件等因素的制約，其供需矛盾日益突出，迫切需要尋求新型非棉纖維素纖維資源。黃麻從產(chǎn)量上作為僅次于棉纖維的第二大天然纖維素纖維，具有產(chǎn)量大、價(jià)格低、力學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有吸濕性好、抗菌性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。但由于精細(xì)化技術(shù)和紡紗技術(shù)未能取得突破，黃麻

2、纖維還存在粗、硬、抱合力差等缺點(diǎn)，無法紡制細(xì)度較高的紗線，從而限制了黃麻纖維在高檔紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　 本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出選用化學(xué).生物聯(lián)合精細(xì)化技術(shù)制備黃麻纖維。在化學(xué)法精細(xì)化研究中，以黃麻纖維細(xì)度、斷裂強(qiáng)度、殘膠率和木質(zhì)素含量為指標(biāo)，分析探討了氫氧化鈉和亞硫酸鈉濃度、煮練時(shí)間、煮練溫度及浴比對(duì)各指標(biāo)的影響；在生物酶法精細(xì)化研究中，采用正交分析法計(jì)算得出了最佳生物酶濃度、處理時(shí)間和處理溫度。本文采用紅外

3、光譜法和化學(xué)成分分析法對(duì)黃麻纖維成分研究表明，化學(xué)法除去了黃麻纖維中絕大部分半纖維素與部分木質(zhì)素，漆酶進(jìn)一步除去了黃麻纖維中的部分木質(zhì)素。XRD分析表明，隨著半纖維素和部分木質(zhì)素成分的去除，黃麻纖維的結(jié)晶度逐步提高。
　　 化學(xué)-生物聯(lián)合精細(xì)化處理后黃麻纖維的細(xì)度雖然顯著提高，但仍具有彎曲剛度大、成網(wǎng)抱合力差等缺點(diǎn)，在棉型梳理機(jī)上成網(wǎng)困難，無法進(jìn)行紡紗。因此，本文研究了黃麻纖維的紡前改性處理，通過SEM圖片和FTIR圖譜分析，并

4、結(jié)合纖維摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果，研究了高濃度(300g/L)和低濃度(25 g/L)有機(jī)硅油試劑對(duì)黃麻纖維可繞度的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)低濃度時(shí)硅油試劑僅存在于黃麻纖維表面，而高濃度時(shí)有機(jī)硅油不但滲透進(jìn)入了黃麻纖維內(nèi)部，還包覆在纖維表面，顯著降低了黃麻纖維的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)，纖維可繞度也顯著提高。
　　 分別采用緊密紡技術(shù)和傳統(tǒng)環(huán)錠紡技術(shù)紡制了黃麻/棉混紡紗，對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，緊密紡混紡紗的斷裂強(qiáng)度高于相應(yīng)的傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗，但提高并不顯著；而斷裂伸長(zhǎng)

5、率卻顯著提高。緊密紡混紡紗的條干、毛羽值、棉結(jié)和粗、細(xì)節(jié)等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)錠紗；但由于網(wǎng)格圈原因，緊密紡紗機(jī)無法紡制黃麻比例高于50％的混紡紗。因此，本文采用傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗技術(shù)紡制了黃麻比例為30％～70％的系列黃麻/棉混紡紗，并借助2參數(shù)Wdbull模型預(yù)測(cè)紗線強(qiáng)度隨隔距的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：混紡紗中的弱節(jié)數(shù)量越多，其斷裂強(qiáng)度隨測(cè)試隔距的力學(xué)衰減就越嚴(yán)重。紗線的斷裂強(qiáng)度隨隔距的力學(xué)衰減會(huì)降低織造效率，因此成紗過程中應(yīng)著重控制和減少黃麻/

6、棉混紡紗的細(xì)節(jié)數(shù)量。
　　 本文在研究黃麻纖維斷裂強(qiáng)度時(shí)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)2參數(shù)Weibull模型由于沒有考慮到纖維直徑的變異因素，而無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)黃麻纖維的斷裂強(qiáng)度，因此本文根據(jù)纖維直徑變異的對(duì)數(shù)值與測(cè)試隔距對(duì)數(shù)值之間存在線性關(guān)系計(jì)算得出黃麻纖維Weibull參數(shù)γ值等于0.3474，推導(dǎo)出了改進(jìn)的黃麻纖維Weibull強(qiáng)度方程為：σ=σ0(L/L0)γ/mΓ(1+1/m)(其中m為Weibull模量，σ0為尺度參數(shù)，L為測(cè)試隔距，L0

7、為單位長(zhǎng)度，Γ為伽瑪函數(shù))。試驗(yàn)驗(yàn)證表明：改進(jìn)的Weibull方程比傳統(tǒng)的2參數(shù)Weibull方程更加精確。黃麻與棉纖維的尺度效應(yīng)研究表明，棉纖維斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率符合傳統(tǒng)的2參數(shù)Weibull方程，為典型的Weibull纖維。
　　 本文以改進(jìn)的黃麻纖維Weibull力學(xué)方程為基礎(chǔ)推導(dǎo)出黃麻/棉混紡紗斷裂強(qiáng)度方程為：σy=(VJ+VCEC/EJ)σ0J(lγcJmJ)1/mJexp(-1/mJ)cos2θ'(其中VJ、VC別

8、為黃麻纖維和棉纖維的體積含量，EJ和EC為黃麻纖維和棉纖維的模量，σ0J為黃麻纖維Weibull特征強(qiáng)度，LcJ為黃麻纖維最小破碎長(zhǎng)度，γ為黃麻纖維的Weibull參數(shù)γ，mJ為黃麻纖維Weibull模量，θ'為紗線斷裂時(shí)纖維螺旋角)。研究發(fā)現(xiàn)Lf/lc比值，即纖維在混紡紗中最小破碎次數(shù)，對(duì)混紡紗的斷裂強(qiáng)度有重要的影響：混紡紗線的斷裂強(qiáng)度隨著Lf/lc比值的增加而增大。ln(拉伸隔距)與lh(黃麻纖維斷裂伸長(zhǎng)率)有很高的線性關(guān)系，由此推