柔软整理对大麻纤维性能的影响_张金秋
第31卷第4期2010年4月
文章编号:0253-9721(2010)04-0098-05
纺织学报
Journal of Textile Research Vol. 31,No. 4Apr. ,2010
柔软整理对大麻纤维性能的影响
11,21
张金秋,张建春,王善元
(1. 东华大学纺织学院,上海
摘
要
201620;2. 总后军需装备研究所,北京100088)
为提高大麻纤维的柔软性、可纺性能,针对不同脱胶工艺处理后的大麻纤维在分梳前进行柔软整理。分
析柔软整理前后大麻纤维经分梳后的物理机械性能。结果表明:柔软整理后大麻纤维的断裂强度及断裂伸长率均有不同幅度的提高,而且当脱胶程度较低时,柔软整理后大麻纤维的断裂强度与伸长率提高幅度较大;柔软整理后摩擦因数均有不同幅度的降低,而且当脱胶程度较低时,柔软整理后大麻纤维的的大麻纤维比整理前的抗弯刚度、
摩擦因数降低的幅度较小;柔软整理后,大麻纤维的回潮率比柔软前均有不同幅度的提高,脱胶程度较低时大麻纤维柔软整理的作用较明显。说明柔软整理有助于改善大麻纤维的可纺性能。关键词
大麻纤维;柔软整理;断裂强力;断裂伸长;抗弯刚度;摩擦性能
文献标志码:A
中图分类号:TS 195. 5
Effect of softening finishing on properties of hemp fiber
2
ZHANG Jinqiu 1,ZHANG Jianchun 1,,WANG Shanyuan 1
(1. College of Textiles ,Donghua University ,Shanghai 201620,China ;
100088,China )
2. The Quartermaster Research Institute of the General Logistics Department of the PLA ,Beijing
Abstract For improving the softness and spinnability of the hemp fiber ,softening finishing of the hemp
fiber with different degumming processes was performed before combing. The mechanical properties of the combed hemp fiber before and after softening finishing were investigated. The results indicated that the breaking strength ,breaking elongation ,as well as moisture regain of the treated hemp fiber were enhanced ,in particular to the hemp fiber which had been subjected to mild degumming. The bending rigidity and friction factor of the treated hemp fiber were decreased as compared with those of the untreated. However ,if the hemp fiber had been subjected to mild degumming ,its friction factor exhibited slightly decreas. It is shown from the above facts that softening finishing facilitates the improvement of the spinnability of the hemp fiber.
Key words hemp fiber ;softening finishing ;breaking strength ;breaking elongation ;bending rigidity ;friction property
大麻纤维及其织物具有吸湿透气、抗菌、抗紫外线等特点,是理想的夏季服装面料
[1-3]
本文对大麻纤维进行柔软整理,分析整理前后大麻纤维的拉伸性能、柔韧性能、表面摩擦性能及吸湿性能,为提高大麻纤维的可纺性能提供一定的理论参考。
,但由于大麻
纤维刚性大,断裂延伸小,弹性差,柔软性差,手感粗糙,造成其服装产品易起皱起毛,在纺纱及织造过程经强烈的拉伸与摩擦,使部分短纤维突出于纱线中,
及织物表面形成毛羽,这种毛羽在烧毛工序很难去除干净,影响织物的外观,服用时对人体产生刺痒感。刺痒感与纤维的弯曲刚性有很大的关系,降低纤维的弯曲刚度,可以减小织物的刺痒感
:09
[4-6]
1
1. 1
实验部分
材
料
本文研究的大麻来自中服北安农垦麻业有限责
。
:-05
:—)。E-126.
抗弯刚度=E B I ,
1. 2. 4
纤维表面摩擦性能测试
πr I =
4
4
(2)
将大麻茎杆通过皮杆分离设备得到大麻韧任公司,
皮原料。大麻韧皮原料的平均宽度约为2. 1mm ,平果胶含量为14. 42%,半纤维素均长度约为0. 9m ,
含量为16. 25%,纤维素含量为59. 75%,木质素含B 、C 分别对大量为9. 58%。利用不同脱胶工艺A 、
得到不同脱胶程度的大麻纤麻韧皮进行脱胶处理,维,脱胶程度排序为A
利用Y151型纤维摩擦系数测定仪测量,并根据式(3)计算大麻纤维的表面摩擦因数,每个样品取10根纤维进行测试,取平均值。测试条件:张力夹质量为100mg ,手柄位置为AEG ,转速为12r /min 。
μ=
ln f 0-ln (f 0-m )
π
(3)
1. 2
1. 2. 1
实验方法
柔软整理方案及样品编号
实将不同脱胶程度的大麻纤维进行柔软整理,
150A (中国纺织科学研究验用柔软剂为阳离子DT-院),质量浓度为4g /L ,整理温度为35ħ ,整理时间分别将整理前后的大麻纤维经分梳后进为45min 。
行编号,经脱胶工艺A 处理的柔软整理前后样品编HS1,号为H1、经脱胶工艺B 处理的柔软整理前后HS2,样品编号为H2、脱胶工艺C 处理的柔软整理HS3。前后样品编号为H3、1. 2. 2
纤维拉伸性能测试
06型单纤维拉伸强力仪测试大麻纤采用LLY-维的拉伸断裂强度及断裂伸长率。每个样品取50根纤维进行测试,取平均值。测试条件:温度为20ħ ,湿度为65%,隔距为10mm ,速度为20mm /min 。1. 2. 3
纤维柔韧性能测试
利用自制的单纤维轴向压缩弯曲仪JXW03测试各样品的临界刺扎力P cr ,利用光学显微镜测得各试样的直径及长度,计算抗弯刚度和等效弯曲模量,由此比较各样品的柔韧性能。
根据压缩弯曲仪的实验原理
20. 19E B K B I 0
L 2
[7]
mg ;m 为扭力天平式中:f 0为纤维两端张力夹质量,的读数。1. 2. 5
纤维吸湿性能测试
将各试样在105ħ 下烘干至恒重,称取试样的干重,然后在温度为20ħ 、相对湿度为65%的条件下,每5min 记录1次纤维的质量,尽量使试样保持蓬松状态,直至纤维达到吸湿平衡。根据式(4)计算各次数据相应的回潮率。
W =
G 1-G 0
ˑ 100%G 0
(4)
g ;G 0为样式中:G 1为样品达到吸湿平衡时的质量,g 。品的干重,
2
2. 1
结果与讨论
柔软整理对大麻纤维拉伸性能的影响
大麻纤维样品经柔软整理前后的断裂强度及断
2所示。裂伸长率分别如图1、
,考虑纤维截面
形态的影响,相应临界载荷的表达式为
P cr =
=
20. 19πr 4E B K B
4L 2
=
(1)
-5
D 4
(0. 99E B K B )2
L
10式中:P cr 为压缩弯曲临界载荷,
N ;K B 为截面形
mm ;D 为纤维直径,状系数;L 为单纤维突出长度,
GPa 。μm ;R 为纤维半径,μm ;E B 为等效弯曲模量,对于截面近于圆形的纤维,形状系数以K B =1进行计算。
在式(1)中,设k =0. 99E B K B ,则P cr =k (D 4/L 2),k 为过原点的线性方程的斜率。依据P cr 与D /L 按实测拟合直线(过原点的线性方程)的斜
率,B 4
2
图1Fig. 1
柔软整理对大麻纤维断裂强度的影响Effect of softening finishing on breaking
strength of hemp fibers
2可以看出,从图1、柔软整理后,不同脱胶程度大麻纤维的断裂强度及断裂伸长率均有不同幅度的
分析其主要原因为:随着大麻纤维脱胶程度的提高,大麻纤维的分裂度也随之提高,导致纤维集合在测试大麻纤维的断裂强体中纤维根数有所增加,
度时,就会降低纤维断裂的不同时性,从而提高了纤柔软剂进入大麻纤维内部,维的断裂强度。一方面,
使大麻纤维之间的黏结程度降低,在分梳过程中纤维与纤维易分离,降低了分梳设备对纤维的损伤,分梳后的纤维分裂度均匀,所以导致测试过程中大麻实验证明大麻纤维的断裂强度有所增加;另一方面,
纤维的分裂度越高,大麻纤维中果胶等非纤维素物质含量越低,大麻纤维的结晶度也越高,这就导致大
图2Fig. 2
柔软整理对大麻纤维断裂伸长率的影响Effect of softening finishing on breaking elongation of hemp fibers
麻纤维中非晶区面积越小
[8-9]
。对大麻纤维进行柔
软整理时,柔软剂主要作用于非晶区,所以当大麻纤维脱胶程度较高时,柔软整理对大麻纤维的作用越大麻纤维的断裂强力和断裂伸长率的提高不明显,较小。
断裂强度与伸长率提高幅度较大,断裂强度由柔软整理前的8. 62cN /tex 提高到柔软整理后的9. 79cN /tex ;断裂伸长率由柔软整理前的5. 079%提高到柔软整理后的5. 566%。脱胶工艺C 处理后的大麻纤维经柔软整理后提高幅度较小,断裂强度由柔软整理前的10. 95cN /tex 提高到整理后的11. 02cN /tex ;断裂伸长率由柔软整理前的6. 183%提高到整理后的6. 246%。
2. 2柔软整理对大麻纤维柔韧性能的影响
样品的临界载荷与径平方/长的平方的线性拟
合如图3所示。
将图中的直线斜率代入式(1)中,求出纤维的等效弯曲模量,再将等效弯曲模量数值代入式(2)计算得到样品的抗弯刚度。所得结果如表1所示
。
图3Fig. 3
42
临界载荷p 与D /L 的线性拟合图
Linear fitting graph of critical load and D 4/L 2
表中数据显示,经柔软整理后的大麻纤维比整对大麻纤维的柔韧性能具有一定的改善作用。
维
表1
Tab. 1
大麻纤维压缩弯曲实验的计算结果
Results of compress and bending experiment of hemp fibers
H1
HS15. 94
H22. 08
HS21. 38
H30. 64
HS30. 61
样品编号抗弯刚度/(10
-7
cN ·cm 2)
7. 33
其果胶等非纤维素类物质存在的比例越来越少,大麻纤维的细度越来越细,相应地其柔软性也越来越好。当大麻纤维的脱胶程度较低时,纤维的结晶度较小,说明纤维内的无定形区面积较大,柔软剂较易进入纤维内部,所以纤维经柔软整理后的抗弯刚度此时下降幅度较大。当大麻纤维脱胶程度较高时,大麻纤维中的果胶含量较低,其结晶度可高达80%以上,柔软剂很难进入纤维内部,此时大麻纤维经柔软整理后的抗弯刚度没有明显改善。
脱胶工艺B 处理的大麻纤维的摩擦因数由柔软整理前的0. 51降到柔软整理后的0. 41,但整体都要比脱胶工艺A 处理的大麻纤维要高。这是因为脱胶工艺B 处理的大麻纤维中果胶的含量较低,纤维的细度提高,纤维变得柔软,纤维与摩擦棒间的接触面积变大,故这时大麻纤维的摩擦因数高,同样的道理,柔软整理后摩擦因数降低。
脱胶工艺C 处理的大麻纤维的摩擦因数由柔降低幅软整理前的0. 29降到柔软整理后的0. 24,度较小。这时的大麻纤维中果胶的含量很低,经梳理后大麻纤维细度较细,纤维表面光洁,抱合较差,故大麻纤维的摩擦因数较低,经柔软处理后,由于大柔软剂对大麻纤维的作用不麻纤维的结晶度很高,导致摩擦因数降低较小。明显,
2. 3柔软整理对表面摩擦性能的影响
将测得的扭力天平读数代入式(3),计算得出
大麻纤维的表面摩擦因数,柔软整理前后大麻纤维的表面摩擦因数如图4所示
。
2. 4柔软整理对大麻纤维吸湿性能的影响
分别测得柔软整理前后不同大麻纤维的吸湿性
按式(4)计算其回潮率,结果如图5所示。可以能,
看出:柔软整理后,大麻纤维的回潮率比柔软整理前均有不同幅度的提高;脱胶工艺A 处理的大麻纤维柔软整理的作用较明显,柔软整理后的回潮率由柔软整理前的7. 19%提高到7. 73%;脱胶工艺B 处理的大麻纤维柔软整理后的回潮率由柔软整理前的6. 29%提高到6. 54%;脱胶工艺C 处理的大麻纤维柔软整理的作用不是很明显,柔软整理前的回潮率
图4Fig. 4
柔软整理对大麻纤维表面摩擦因数的影响Effect of softeing finishing on surface friction
coefficient of hemp fibers
为6. 41%,柔软整理后的回潮率为6. 45%。同样是因为大麻纤维的分裂度越高,大麻纤维的结晶度越高,使柔软剂不易被纤维吸收,纤维的非晶区越小,
从图中可以看出,大麻纤维在柔软整理后的动摩擦因数均有不同幅度的降低。脱胶工艺A 处理的大麻纤维的摩擦因数由柔软整理前的0. 32降到柔软整理后的0. 19。这是因为大麻纤维分裂度较低时,纤维表面不够光洁,纤维内非纤维素物质含量在梳理过程中对纤维造成的强分梳作用明显,较高,
纤维有部分损伤,所以未经柔软整理即梳理的大麻纤维其摩擦因数较高,柔软整理后,纤维的韧性提高,抗弯刚度降低,在梳理过程中纤维的损伤变小,故纤维间的摩擦程度变小。又因为这时大麻纤维的
整大麻纤的明显图5柔软整理对大麻纤维吸湿回潮率的影响of hemp
·102·越难吸水。
纺织学报第31卷
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3结论
1)柔软整理后大麻纤维的断裂强度及断裂伸大麻长率均有不同幅度的提高。脱胶程度较低时,纤维经柔软整理后断裂强度与伸长率提高幅度较大,分裂度较高时,大麻纤维经柔软整理后提高幅度均较小。
2)柔软整理后的大麻纤维比整理前的抗弯刚度都有不同幅度的降低,说明柔软剂对大麻纤维的柔软性能具有明显的改善作用。
3)柔软整理后的大麻纤维的摩擦因数均有不同程度的降低。脱胶程度较低时,经柔软整理后大脱胶程度较强时,麻纤维的摩擦因数降低幅度较大,
经柔软整理后大麻纤维的摩擦因数降低的幅度较小。
4)柔软整理后,大麻纤维的回潮率比柔软前均有不同幅度的提高,脱胶程度较低时,大麻纤维柔软脱胶程度较高时,大麻纤维柔软整理的作用较明显,整理的作用不明显。参考文献:
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