不同混纺比甲壳素/长绒棉混纺纱工艺与性能研究

朱祎俊,郭建生

(1.三明职业技术学院 轻纺工业系,福建 三明365000; 2.东华大学 纺织学院,上海 200051)

甲壳素纤维具有甲壳素独特的理化性能及生物特性，如吸湿性、吸附性、组织亲和性、无免疫抗原性、促愈性和抑菌性等，它对危害人体的大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌都有很强的抑制功能，抑菌率可达到99%.它还能有效地保持人体肌肤的干净、干燥、无味和弹性，对皮肤有护理功能.甲壳素纤维不产生静电，适用于婴幼儿服装及其他抗静电服装.甲壳素纤维具有可降解性，它埋在地下5 cm处，3个月即可被微生物分解，降解后对土壤有益，不会造成污染.甲壳素纤维与人体还有很好的生物相容性，长期穿着可有效地保护人体免受来自自然界的微辐射和重金属离子等的侵害[1].

甲壳素纤维的摩擦系数较小,纤维比较光滑,纤维的动、静态摩擦系数相差0.027.它的力学性能也较差,拉伸强力较低，纤维脆性大,纤维之间抱合力差.甲壳素纤维的卷曲数量比较少,卷曲稳定性也较差.以上几项因素综合作用,决定了甲壳素纤维的可纺性差、纯纺困难，所以，在甲壳素纤维产品的开发中,一般都采用混纺,结合甲壳素纤维与其混纺纤维的不同特性来开发产品[2].

1 实验

1.1 原料选配

选用青岛海啸生物工程有限公司生产的甲壳素纤维和埃及长绒棉，其主要性能如下：

甲壳素纤维：线密度为1.5 dtex，断裂强度为1.8 cN/dtex，断裂伸长率为10%，回潮率为13%，长度为38 mm；

埃及棉：长度约为36.5 mm，马克隆值为4.31(即1.68 dtex)，断裂强度为3.9 cN/dtex.

本实验设计了5种不同混纺比的甲壳素/棉混纺纱，混纺比分别为：10/90、20/80、30/70、40/60、50/50.

1.2 纺纱

采用东华大学自行研制的小型环锭纺纱系统，根据不同混纺比逐一进行配料与纺纱.由于原材料数量较少，所以对甲壳素纤维和棉纤维进行人工混合铺卷，尽量混合均匀，工艺流程为：

DHU清梳联合实验机→DHUA301型并条实验机×2→赛特环球机械FA498粗纱机→DHU X-01细纱试验机，工艺参数与定量见表1与表2.

表1 工序、机器及工艺参数Tab.1 Process, equipments and parameters

表2 各工序半成品的定量Tab.2 Quantitative analysis of semi-finished product in process

注：细纱号数是用YG086缕纱测长机摇取30绞缕纱称取干重后计算而得.

2 性能测试指标

所有纱线在恒温恒湿实验室调湿24 h(温度20 ℃，相对湿度65%).

2.1 单纱的断裂强度和断裂伸长率

实验用YG061型电子单纱强力仪，测试方法见标准GB/T 3916-1997《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》.引用标准GB 6529-86《纺织品的调湿和试用标准大气》中试验参数：夹持长度250 mm，拉伸速度500 mm/min，预加张力10 cN.每个品种测试30组，取其平均值，测试结果见表3.

表3 混纺纱强伸度Tab.3 Breaking strength of blended yarn

2.2 纱线条干的均匀度

实验用YG135G条干均匀度测试分析仪，试验参数为速度100 m/min，每次时间2.5 min，槽号为5，每管纱测试5次，取平均值，结果见表4.

表4 混纺纱的CV值Tab.4 CV value of blended yarn

2.3 纱线毛羽

实验用YG172型纱线毛羽测试仪，试验参数为1管/10次，片段长度为10 m，测试速度为30 m/min，每个品种测试5管纱，取平均值，结果见表5.

表5 混纺纱的毛羽指数Tab.5 Hairiness index of blended yarn

3 数据分析

3.1 混纺纱断裂强度分析

从数值上分析，当混纺比为10/90时，纱线的断裂强度最大；当混纺比为50/50时，纱线的断裂强度最小.基本趋势是甲壳素的比例越大，混纺纱的强度越小，但是，40/60混纺纱的强度却超过了30/70混纺纱.

应用Origin 8.0(基于图形化的数据作图软件)对试验数据进行拟合曲线分析，得到了回归方程:

图1 混纺纱断裂强度与甲壳素混纺比的拟合曲线Fig.1 Fitted curve of the relationship between breaking strength of blended yarn and blending ratio of chitin

断裂强度y=19.289-9.576 71x-10.707 14x2(x为混纺纱中甲壳素纤维的含量百分比).

回归均方差=Sh/p， 残差均方差=Sc/n-p-1.

对于给定的显著性水平α，当计算得到的F值满足F>Fα(p，n-p-1)时，H0不成立，认为在显著性水平α下，y与x1，x2，…，xj-1，xj+1，… 有显著的线性关系，即回归方程是显著的，则F=2.544 57(计算过程见表6)

3.2 混纺纱断裂伸长率分析

从数值上分析，当混纺比为10/90时，纱线的断裂伸长率最大；当混纺比为50/50时，纱线断裂伸长率最小.基本趋势是甲壳素的比例越大，混纺纱的断裂伸长率越小，但是40/60混纺纱的断裂伸长率超过了30/70混纺纱.混纺纱的断裂伸长率与甲壳素混纺比的拟合曲线见图2.

图2 混纺纱断裂伸长率与甲壳素混纺比的拟合曲线Fig.2 Fitted curve of the relationship between breaking elongation ratio of blended yarn and blending ratio of chitin

图3 混纺纱条干CV值与甲壳素混纺比的拟合曲线Fig.3 Fitted curve of the relationship between evenness CV of blended yarn and blending ratio of chitin

断裂伸长率y=8.543 6-8.210 14x+8.478 57x2(x为混纺纱中甲壳素纤维的含量百分比)，则F=17.923 82(计算过程见表6)

3.3 混纺纱条干均匀度分析

图4 混纺纱毛羽指数与甲壳素混纺比的拟合曲线Fig.4 Fitted curve of the relationship between hairiness index of blended yarn and blending ratio of chitin

从数据上看，20/80甲/棉混纺纱条干的均匀度最好，其次是40/60甲/棉混纺纱，最差的是50/50甲/棉混纺纱，它的细节、粗节和棉结都是最多的.混纺比与混纺纱CV值的拟合曲线见图3.混纺纱条干CV值y=20.64-16.655 71x+20.002 67x2(x为混纺纱中甲壳素纤维的含量百分比),则F=0.944 99(计算过程见表6)

3.4 混纺纱毛羽分析

3 mm毛羽指数与甲壳素含量的拟合曲线如图4所示.普遍认为,毛羽对织造发生危害的长度是指3 mm以上的毛羽,长度小于3 mm的毛羽,一般认为危害较小,可以忽略[3]，所以以3 mm的毛羽指数作为代表性的指标.从数值上看，毛羽指数随着混纺比的增加先增加后减少，在30/70时达到最大.

毛羽指数y=2.932+6.705 71x-12.142 86x2(x为混纺纱中甲壳素纤维的含量百分比)，则F=10.906 54(计算过程见表6)

4 结论

(1)甲/棉混纺比与混纺纱的强伸度、条干CV值和毛羽指数之间没有显著的相关关系.

(2)以往的相关结论基本上是随着甲壳素纤维含量的增加，混纺纱的强伸性能明显下降，条干CV值、细节、粗节和棉结显著增加，毛羽逐渐增大[4]；但从本实验看，40/60甲/棉混纺纱是个例外，其强度和断裂伸长率、条干CV值、毛羽指数均优于30/70甲/棉混纺纱.

(3)10/90甲/棉混纺纱的强伸度最好，20/80甲/棉混纺纱的条干最均匀，50/50甲/棉混纺纱3 mm的毛羽指数最小，但其强伸度、条干均匀度都最差.

(4)甲壳素纤维由于有良好的抗菌性，所以其混纺纱常用于织制内衣、袜子等产品，下一步将5种不同混纺比的混纺纱做成针织面料以比较其性能.

参考文献：

[1] 朱美芳，许文菊.绿色纤维和生态纺织新技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2] 王亚妮，刘艳君．甲壳素纤维性能测试与研究[J]．现代纺织技术，2008，16(1)：1-3.

[3] 潘小会,吴铁城，王进美.不同混纺比的甲壳素/棉混纺纱性能研究[J].纺织科技进展，2011(3)：7-10.

[4] 赵小平，王建坤，张林.混纺比对甲壳素/棉混纺纱性能的影响[J].天津工业大学学报,2010，29(2)：30-33．