超声波预处理对改善大麻纤维柔软性的影响

刘 艳 艳, 王 宝 权, 吕 站 逵, 姜 凤 琴

( 1.大连工业大学 纺织与材料工程学院, 辽宁 大连 116034; 2.辽宁中泽集团朝阳纺织有限责任公司, 辽宁 朝阳 122000 )

0 引 言

大麻纤维性能优异,纤维强力较高,耐磨性好,具有天然的抗菌性、吸湿快干性、无需任何整理即可防紫外线等性能,此外大麻纤维同其他麻类纤维相比几乎没有刺痒感。然而大麻纤维也有许多不可忽视的缺点,如纤维脱胶程度难以控制,纤维断裂伸长率较低,细度差,刚性大,使纤维的可纺性较差,在生产高端面料上受到限制[1-2]。超声空化效应[3]能加速液体流动,强化化学试剂的作用,而且它释放出的巨大能量足以打断很强的化学键结合,使纤维结构松散,降低结晶度,从而有利于柔软剂的吸附,改善纤维的柔软性[4]。作者利用超声波对大麻纤维进行预处理、柔软剂整理,以期有效改善纤维的柔软性,提高大麻纤维的可纺性能。

1 试 验

1.1 材料及整理剂

材料:大麻纤维。

整理剂:CWS阳离子型柔软剂,上海奇汽公司。

1.2 设备及仪器

SG3200HDT超声波(33、55 kHz)；MPL-HWS电热恒温水浴锅；YG001型电子式单纤维强力仪；Y175型棉纤维气流仪；电子天平,Explorer Pro-213。

1.3 试验流程

大麻纤维→浸润→超声波预处理→柔软剂整理(质量浓度4 g/L,浴比1∶10,35 ℃,45 min)→水洗→烘干。

1.4 柔软度的表征方法

(1)初始模量:在电子式单纤维强力仪上进行测试。初始模量的大小表示纤维在小负荷作用下变形的难易程度,即纤维的刚性。初始模量小,纤维比较柔软。为了提高测试结果的准确性,减少试验误差,本试验的测试次数定为60,经多次测量取其均值。

(2)马克隆值:采用GB/T 18147.4—2000《大麻纤维试验方法》中细度测试方法的气流仪法,在棉纤维气流仪上对大麻纤维进行测试。马克隆值的定义:一定量棉纤维在规定条件下的透气性的度量,以马克隆值表示。纤维细软,马克隆值就小；反之,纤维粗硬,马克隆值就大。

(3)称量大麻纤维1.5 g,放入容积为100 mL的烧杯中,使纤维的体积为100 mL,将直径50 mm、高30 mm的称量瓶放于烧杯内纤维体的上表面,将50 g的砝码放入称量瓶内,即对纤维体分别施加255 Pa的压强,利用纤维体积的变化来表征纤维的柔软度。纤维体积的减少量越大,纤维的柔软度越高[5]。

2 结果与讨论

2.1 超声波预处理的工艺选择

表1 因素水平表

表2 试验方案及结果分析

根据以上方法对其他两个指标进行极差分析,马克隆值最优水平组合为A1C2B3D1,纤维体积减少量最优水平组合为A1C2B3D1。所以,综合平衡选取最优工艺条件为A1C2B3D1,即频率33 kHz,功率300 W,温度50 ℃,时间30 min。

2.2 超声波预处理对大麻纤维柔软性能的影响

根据最优工艺条件,在超声波频率33 kHz、功率300 W、温度50 ℃、时间30 min的工艺条件下对大麻纤维进行预处理,然后再进行柔软剂处理(质量浓度4 g/L,浴比1∶10,35 ℃,45 min),结果见表3。由表3可以看出,先经超声波预处理再进行柔软剂处理的样品,与单纯使用柔软剂处理的样品相比,初始模量降低了0.07 cN/dtex(25.9%),马克隆值减小了0.60(10.7%),纤维体积减少量增加了3 mL(9.4%)；与原样相比,初始模量降低了0.15 cN/dtex(55.6%),马克隆值减小了0.91(15.4%),纤维体积减少量增加了5 mL (15.6%),并且手感明显变软。但是 处理后的大麻纤维的断裂强度和断裂伸长率损失较小,与原样相比,超声波与柔软剂共同作用后的样品断裂强度损失了0.6 cN/dtex(8.8%),断裂伸长率减少了0.5%(11.4%),并不会影响大麻纤维的可纺性能。因此超声波预处理对改善大麻纤维柔软性能确实有促进作用。

表3 超声波预处理对大麻纤维柔软性的影响

超声波空化效应越大,对大麻纤维的作用力越大,能够使纤维结构松散,降低结晶度,从而有利于柔软剂的吸附,改善纤维的柔软性。超声波在33 kHz时比55 kHz时更能有效地产生空化作用,频率过高,可能引起纤维的聚合度下降,损伤纤维,降低纤维的可纺性。输入能量小,不能引发空化效应,输入能量越大,超声波的空化作用越强,柔软剂的吸附效果越好,纤维越柔软,当功率为300 W时柔软剂的吸附效果已经非常显著。超声波的强度受介质温度的影响极大,随着水温的提高超声波的强度明显下降,温度为50 ℃时,纤维的处理效果最佳。随着处理时间的增长,处理效果越来越好,当时间大于30 min时,随着时间的增长处理效果并没有显著改善。所以处理时间为30 min时,纤维对柔软剂的吸附达到饱和,此时柔软效果最显著。

3 结 论

(1)采用超声波预处理后再对大麻纤维进行柔软整理,可以较好地改善纤维的柔软性。超声波预处理产生的空化效应使纤维结构松散,结晶度降低,从而有利于柔软剂的吸附,改善纤维的柔软性。

(2)通过正交试验和单因素分析,得到最佳预处理条件:频率33 kHz,功率300 W,温度50 ℃,时间30 min。在该条件下预处理,再经柔软剂处理的大麻纤维,与仅使用柔软剂处理的纤维相比,初始模量降低,马克隆值减小,纤维体积减少量增加,柔软度增加,手感更柔软。

[1] 杜娟,姜凤琴,邓丽丽．大麻织物的抗皱柔软复合整理[J]. 印染助剂, 2007, 24(5):37-40.

[2] 李丹月, 姜凤琴. 大麻纤维脱胶主要工艺参数与纤维分裂度关系的回归分析[J]. 大连工业大学学报, 2010, 29(3):227-229.

(LI Dan-yue, JIANG Feng-qin. Regression analysis for relation between hemp degum craft parameter and fiber splitting degree[J]. Journal of Dalian Polytechnic University, 2010, 29(3):227-229.)

[3] 高树珍. 超声波在大麻织物染色中的应用[J]. 纺织学报, 2006, 27(4):95-97.

[4] 汪澜,姜志新,严峻. 超声波处理对棉纤维结构与性能的影响[J]. 纺织学报, 2006, 27(10):77-79.

[5] 王春红,王瑞,于飞. 竹原纤维的化学脱胶工艺[J]. 纺织学报, 2007, 28(4):26-29.