废旧羊毛纤维的可纺性能研究

普丹丹，李玥佳，龙云清，朱进忠

(1.河南工程学院 纺织学院，河南 郑州 450007； 2.纺织服装产业河南省协同创新中心，河南 郑州 450007)

随着人们生活水平的提高，人均消费纺织品的数量逐渐增多，使用周期越来越短，伴随而来的是纺织原料需求量迅速增长。与此同时，由于全球人口的逐渐增长，世界各地都在启动保证粮食供应计划，减少棉、麻种植及草场养殖面积，致使天然纤维总产量逐年减少[1]。全球每年各种废弃纺织品高达3 000万t，很少被合理的回收利用[2-4]。羊毛纤维是一种天然纺织纤维,具有回弹性好、吸湿性好、保暖性好以及光泽柔和等优良的性能[5-7]。对废旧的羊毛织物进行回收再利用,不仅可以在一定程度上缓解纺织原料的供需矛盾，而且对有效利用和保护自然资源具有十分重要的意义。本文以纺织原料中价格较贵、回收价值较大的羊毛衫中的羊毛纤维为研究对象，选择5种不同穿着时间的废旧羊毛衫，拆取其中的纤维，与未经过纺纱、织造的正常羊毛纤维进行对照，从纤维外观形态、长度、线密度、卷曲、拉伸等5个方面对其性能进行测试分析，为废旧羊毛纤维的再利用提供理论参考。

1 试 验

1.1 试验材料

废旧羊毛纤维取自废旧羊毛衫，分别将穿着1、2、4和6年的废旧羊毛衫拆解后得到散纤维，从散纤维中抽取试验用试样。为了对比分析，试验还选取了新羊毛纤维和闲置18年羊毛衫中的羊毛纤维。试验用样品信息如表1所示。

表1 试验用样品信息

1.2 试验方法

1.2.1试样选取

在进行测试前，需将废旧羊毛衫拆解成散纤维，再从散纤维中抽取试验用样品。使用Y311 N型纱线捻度机(南通宏大实验仪器有限公司)对所选纱线进行解捻；从解捻得到的纤维束中抽出纤维并整理成一端平齐的试样。将得到的右端平齐的纤维按照每抽取10根取第10根的方法进行抽样。对于每种试样，预抽取样本容量为50的样本进行一系列测试，后续根据需要又扩大了样本容量，本文最大样本容量为300。

1.2.2测试方法与评价指标

外观形态：采用US5型多功能数码液晶显微镜(深圳爱科学数码科技有限公司)，观察羊毛的纵横向形态结构。

纤维长度：采用GB/T 19722—2005《洗净绵羊毛》手排图法进行测试，mm。

纤维线密度：采用XD-1型振动式细度仪(上海新纤仪器有限公司)，参照GB/T 16256—2008《纺织纤维 线密度试验方法 振动仪法》进行测试，每组试样测定50根。

纤维卷曲：采用YG362型纤维卷曲弹性仪(南通宏大实验仪器有限公司)，每组试样测试10根，得到卷曲数、卷曲率指标。

单纤维拉伸性能：采用XQ-1型电子单纤维强力测试仪(上海新纤仪器有限公司)，参照GB/T 4711—1984《羊毛单纤维断裂强力和伸长试验方法》进行测试，每组试样测量50根。

2 结果与分析

2.1 外观形态

采用电子显微镜观察羊毛纤维纵向切片,6种羊毛纤维纵向形态如图1所示。

图1 羊毛纤维纵向形态(×1 000)

由图1可以看到，1#试样羊毛纤维表面的鳞片比较规则，呈环形，而且较为完好。2#试样羊毛纤维表面呈瓦片状，有少许损伤，但范围较小。3#试样鳞片近似环形，相较于1#试样，其形态已经不再规则，相较于2#试样，表明其损伤更加明显。4#试样和5#试样鳞片损伤更加明显，尤其是5#试样，其鳞片只有靠近根部的部分比较完整，其它部位鳞片有大范围的缺损现象，可能是由于使用时间长，磨损及老化比较严重造成的。6#试样鳞片呈环形，从整体上看其环形形状比较明显，但鳞片上有斑斑点点的迹象，这可能是由于老化和磨损2方面原因造成的，而且老化作用比磨损作用更大。

6种试样的截面形态如图2所示。由横截面形态图可以看到，1#试样纤维束内纤维的细度分布是比较均匀的，但是与3#试样相比，后者纱线内纤维细度的分布更加均匀一些。6#试样较粗的纤维附近围绕着较细的纤维，同一截面内细度差异最大，这很可能预示着6#试样纱线内纤维细度离散程度很大。

图2 羊毛纤维截面形态(×1 000)

2.2 纤维长度

纤维长度是影响纺纱质量的重要因素，在一定范围内，纤维长度越长，纺纱后纤维与纤维之间的接触长度越大，纤维之间的摩擦力和抱合力越大，成纱的质量越好[8-9]。6种试样的长度测试结果如表2所示。表2结果表明：不同使用年限的废旧羊毛纤维平均长度在58.4～114.8 mm之间，仍然具有较高可纺性。

表2 6种试样的纤维长度测试结果

2.3 纤维线密度

6种试样的纤维线密度测试结果如表3所示。

表3 6种试样纤维线密度测试结果

从表3可以看出，2#、3#、4#、5#试样纤维线密度的平均值依次降低，这是由于随着使用年限的增大，羊毛纤维受磨损的程度就越严重，所以线密度降低。此外，还可以看出相比于新羊毛纤维(1#试样)线密度的CV值，使用不同年数的废旧羊毛纤维(2#、3#、4#、5#试样)的线密度CV值有所降低。这表明在使用过程中的磨损作用下，羊毛纤维的线密度均匀度更好，这有利于废旧羊毛纤维的纺纱。

根据纤维线密度与直径的换算公式：

(1)

式中：d为纤维直径，μm；Tt为纤维线密度，tex；δ为纤维密度，g/cm3。

已知羊毛纤维密度约为1.24 g/cm3，经计算可知，试样的平均直径均在22～29 μm之间，满足再纺纱的细度要求。

2.4 卷 曲

羊毛纤维的卷曲指标是其影响工艺的重要特征，它不仅影响着成纱过程中纤维之间抱合力的大小，还与产品的蓬松性有关[10-12]。6种试样的卷曲性能测试结果如表4所示。

表4 6种试样的卷曲性能测试结果

由表4可以看出，6种试样的卷曲率均在12%～16%之间。而一般卷曲率在10%～15%之间较好，所以从纤维卷曲方面看，废旧羊毛纤维仍具有较好可纺性。

2.5 拉伸性能

6种试样在标准温湿度环境下的部分拉伸力学性能指标如表5所示。

表5 6种试样在标准温湿度环境下的拉伸力学性能指标

表5结果表明：2#、3#、4#和5#试样平均断裂强度、断裂伸长率、断裂比功均呈现明显下降趋势。这主要与试样在使用过程中受到反复的挤压、扭曲、磨损所致，且随着使用年数的延长，受损越严重，拉伸性能下降的就越多。6#试样是有18年历史的废旧羊毛衫纤维试样，其断裂强度只比1#试样低0.02 cN/dtex,并且高于4#试样和5#试样，这可能是因为6#试样主要是受老化作用，而受反复挤压扭曲磨损作用比较小。以上结果表明，废旧羊毛纤维的拉伸性能的损伤主要源于使用过程中的挤压、扭曲、磨损，而老化作用的影响不大。

3 结 论

①废旧羊毛纤维使用时间不同，损伤程度不同。使用年数越长，损伤越严重。

②通过测试发现，18年以内的废旧羊毛纤维平均长度在58.4～114.8 mm之间，平均直径在22～29 μm之间，卷曲率在12%～16%之间，从形态特征来看，废旧羊毛纤维仍具有可纺性。

③断裂强度和断裂比功随使用年数的增大而减小，使用年数最多的废旧羊毛纤维拉伸性能最差。

④从再利用方面考虑，废旧羊毛纤维的可纺性能仍然较好。在回收再利用的过程中，应尽量避开机械开松以免进一步损伤，或利用化学方法沉析纤维主要组成，以利再生。