染色棉纤维进行柔软整理后的性能研究

赵沉沉 赵连英 顾学锋

摘 要：为探讨染色棉纤维进行柔软剂整理后的基本性能，选用黑色活性染料对棉纤维进行染色，采用4种不同柔软剂对染色棉纤维进行柔软整理，对柔软整理前后的染色棉纤维进行结晶度、力学性能、吸湿性能、电学性能等测试。结果表明：与空白棉相比较，2号柔软剂整理过的染色棉纤维的结晶度减少最少，断裂强度减少同样最少;与空白棉相比较，3号柔软剂整理过的染色棉纤维的回潮率增加最多，质量比电阻值和纤维的摩擦系数最小。2号柔软剂对染色棉纤维进行柔软整理，可以使染色棉纤维的性能达到一个较好的程度，改善纺纱过程中绕皮辊、绕罗拉的现象，使纤维的可纺性得到提高。

关键词：染色棉纤维;斷裂强度;回潮率;质量比电阻;摩擦系数;棉结

Abstract：In order to investigate the basic properties of dyed cotton fibers after finishing with softener， the cotton fiber was dyed with black reactive dye.Then，the dyed cotton fiber was softly finished with 4 different softeners， and the dyed cotton fiber was tested for crystallinity， mechanical properties， moisture absorption performance and electrical properties before and after soft finishing. The results showed that compared with the blank cotton， the dyed cotton fiber softened by No.2 softener had the least reduction in both crystallinity and breaking strength.Compared with the blank cotton， the moisture regain rate of the cotton fiber softened by No.3 softener increased most， and the mass ratio resistance value and the fiber friction coefficient were smallest. After the analysis， it can be concluded that No.2 softener can make the dyed cotton fiber achieve better properties of the dyed cotton fiber， improve the phenomenon of winding the roller and the roller around the spinning process， and enhance the fiber spinnability.

Key words：dyed cotton fiber; breaking strength; moisture regain; mass ratio resistance; friction coefficient; nep

棉纤维属于天然纤维素纤维，具有良好的吸湿性和穿着舒适性，在一定程度上给人们带来了舒适感。随着人们对棉制品色彩需求的提高，染色棉纤维受到了广泛关注。但是染色后的棉纤维在纺纱生产过程中遇到了缠绕罗拉、缠绕皮辊等问题，间接反映了纤维的可纺性，影响纤维纺纱的生产效率及生产质量[1-2]。

染色棉纤维胶辊绕花是比较常见的问题，之所以会出现这样的问题，一个原因是棉纤维经过染色后，其内部含有的可导电成分减少。虽然近几年来有研究发现可利用具有修复性的助剂类物质处理纤维，但纤维的内部性能仍然不能完全恢复，再加上纤维在纺纱过程中，纤维与纤维、纤维与胶辊之间比较容易摩擦挤压，从而产生静电，导致其纤维的抗静电性能下降[3-4];另一个原因是染色后的棉纤维上残留一些黏性物质，使棉纤维具有一定的黏性，从而造成缠绕罗拉、缠绕皮辊等情况。

冯萌雨，瞿才新，丁小瑞等[5-7]研究本色棉与染色棉摩擦性能的对比分析，得出其摩擦系数具有很大的改变，他们还对染色棉纤维的其他性能进行了探究，发现染色棉纤维容易产生静电现象。棉纤维经前处理和染色后，纤维表面的蜡质和脂类物质被破坏，手感变硬，摩擦因数变大，需要柔软剂、抗静电剂处理，改善染色棉可纺性，是色纺企业期盼解决的难题，为了改善上述问题，本研究，先对棉纤维进行染色，然后选用4种不同特性的柔软剂，对染色棉纤维进行柔软整理，对纤维结晶度、断裂强度、回潮率和纤维摩擦性能等进行测试，并进行影响因素的分析，优选柔软剂的配方，对提高染色棉可纺性具有实际意义。

1 实 验

1.1 柔软整理方案

4种柔软剂及其配方工艺见表1。

1.2 实验原料

实验原料为棉纤维，黑色活性染料，4种柔软剂，分别对染色后棉纤维进行柔软整理，采用AFIS纤维测试仪，检测棉纤维长度、细度指标，见表2。

1.3 性能测试

1.3.1 纤维结晶度测试

测试仪器：D8Discover型二维X射线衍射仪。

测试方法：将棉纤维用手整理成比较整齐的状态，放在二维X射线衍射仪上进行测试，普通实验条件进行测试。

测试条件：扫描角度范围10°～100°。

1.3.2 纤维力学性能测试

测试仪器：LLY-06ED电子单纤维强力仪，0.1 cN张力夹。

测试标准：GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》。

测试条件：普通实验室的条件，测试隔距10 mm，拉伸速度10 mm/min，预加张力0.1 cN。

1.3.3 纤维吸湿性能测试

测试仪器：Y802A型八篮恒温烘箱，电子天平，精度0.01 g。

测试标准：GB/T 6102.1—2006 《原棉回潮率试验方法 烘箱法》。

测试条件：普通实验室条件，烘箱温度是105 ℃，预烘30 min，对纤维进行称量，之后每间隔15 min称量一次，直到两次称量的差值，不大于后一次称量值的0.05%为止。

1.3.4 纤维电学性能测试

测试仪器：电子天平，精度0.01g，YG321型纤维比电阻仪，镊子，钩子。

测试标准：GB/T 14342—1993 《合成短纤维比电阻试验方法》。

測试条件：普通实验室，用镊子将15 g纤维均匀地填入测量盒内，推入压块把纤维测试盒放入仪器槽内，摇动手柄，直至摇不动为止，然后进行测试，表盘上的指针稳定后进行记录数据。

1.3.5 纤维摩擦性能测试

测试仪器：电子天平，精度0.000 1 g，Y151型纤维摩擦系数仪，0.1 cN张力夹，用80 mg的纤维制作纤维辊。

2 结果及分析

2.1 结晶度

图1是采用D8Discover型二维X-射线衍射仪，测试出染色棉纤维的X-射线衍射图谱（2θ），根据图1计算出每种棉纤维的结晶度，结晶度数据结果如表3所示。

从表3可以看出，空白棉纤维的结晶度最大，为57.2%，经柔软整理的4种棉纤维，结晶度都有不同程度的降低，这是因为棉纤维是天然纤维素纤维，柔软剂进入纤维内部，柔软剂大分子上的极性基团与纤维素分子上的氢键结合，可能降低了纤维素分子链间的结合力，即降低了纤维的结晶度[8-9]。结晶度在一定程度上，决定了纤维的断裂强度，这是因为结晶区的分子排列比较紧密，有规则，纤维比较难拉断。其中2号柔软剂整理过的染色棉纤维结晶度和空白棉最接近，说明2号棉柔软剂在整理过程中对棉纤维的破坏最小，相应的结晶度高，其断裂强度也会比较高。

2.2 力学性能

染色后棉纤维的单纤维断裂强力受损，会造成纤维损伤而使短绒率增加，影响其可纺性。因此对纤维强力进行了测试，测试结果见表4。

从表5可知，空白棉纤维的回潮率最小为5.79%，3号柔软剂整理过的染色棉纤维回潮率最大为9.08%。这是因为3号棉柔软剂具有蓬松、柔软、平滑、干爽的特性，以及极佳的亲水性，使得染色棉纤维吸湿性得到很好的提高，回潮率增加。结晶度的高低对其回潮率也有影响，结晶度高，其吸湿能力差，因为纤维结晶区中的大分子按照一定的规律排列，形成具有一定序列的空间，而水分子不能够进入该区域，即结晶区[11]。从结晶度测试结果来看，4号柔软剂整理过的染色棉纤维回潮率为最大，可能由于4号柔软剂的亲水性不如3号棉柔软剂好，所以3号柔软剂整理过的染色棉纤维回潮率最大。

2.4 电学性能

棉纤维比电阻小，其抗静电能力就会变得好，所以对棉纤维质量比电阻进行了测试，结果见表6。

从表6可以得出，3号柔软剂整理过的染色棉纤维比电阻值最小，2号柔软剂整理过的染色棉纤维比电阻值最大。这是因为纤维比电阻值会受到其吸湿性的影响，导电性能差的纤维比较干燥，相应的比电阻会很大，而吸湿后的纤维其导电性能会有一定的改善，比电阻会有降低的趋势[12]。3号柔软剂具有超级亲水的性能，可以使染色棉纤维的回潮率得到提高，减少比电阻值，3号柔软剂还具有自然柔软、平滑的特性，使棉纤维的表面具有平滑特性，减少了纤维与纤维之间的摩擦，类似于在棉纤维的表面加上了一些油剂，这些物质都是在纤维的表面，可以降低棉纤维的比电阻值，提高棉纤维的导电性能。

2.5 摩擦性能

纤维与纤维之间的抱合力大小，对纤维开松、棉网飘坠、成形、绕罗拉、绕皮辊等情况的产生，具有不同的影响。因此对纤维与纤维辊之间的摩擦系数进行了测试，测试结果见表7。

从表7可以得出，柔软整理过的染色棉纤维的摩擦系数具有不同的改变。3号和4号柔软剂整理过的染色棉纤维的摩擦系数值都有降低。这是因为3号和4号柔软剂具有柔软、平滑的特性，染色棉纤维经过柔软整理后，其表面会变得光滑，故纤维的摩擦系数降低。而1号和2号柔软剂整理过的染色棉纤维的摩擦系数值有所增加，这是因为柔软剂具有蓬松、柔软的特性，使得纤维表面不够光滑，纤维变得柔软，使纤维与纤维辊之间的接触面积变大，所以纤维的摩擦系数增加[13]。

2.6 染色棉纤维纺纱实验

纺纱过程包括开棉、梳棉、并条、粗纱、细纱工序，其中开棉、梳棉是6个工序中比较重要的工序，梳理质量的好坏，对纤维可纺性影响比较大，细纱断头次数的多少也间接反映可纺的效果，所以对生条棉结进行了测试，细纱断头次数进行了记录，结果如表8所示。

从表8可以看出，2号棉的生条棉结最少，断头次数也是最少的，这可能是因为2号柔软剂具有蓬松、柔软的特性，使得纤维变得柔软;还有一个原因可能是2号棉纤维的断裂强度比较大，使得纤维的断头次数比较少。

3 结 论

通过对染色棉纤维的性能研究可以得出结论：结晶度、断裂强度的大小排序均为空白棉>2号棉>1号棉>3号棉>4号棉，说明柔软剂对染色棉纤维的内部结构的结晶区具有一定的破坏作用，4号柔软剂破坏的程度最大，2号柔软剂破坏的程度最小;回潮率的大小为3号棉>4号棉>1号棉>2号棉>空白棉，说明3号柔软剂柔软整理后，增加了其纤维的回潮率;比电阻的大小为2号棉>空白棉>4号棉>1号棉>3号棉，说明2号棉柔软剂柔软整理后，没有减少纤维的比电阻，反而增加了纤维的比电阻;摩擦系数的大小为2号棉>空白棉>1号棉>4号棉>3号棉，说明通过柔软剂整理，纤维的摩擦系数具有不同改变;生条棉结大小为1号棉>4号棉>3号棉>空白棉>2号棉，细纱断头次数大小为4号棉>空白棉>1号棉>3号棉>2号棉，说明2号棉纤维的可纺性可能是比较好的。综上所述，2号柔软剂对染色棉纤维进行柔软整理，可以在很大程度上改善染色棉纤维的性能，其纤维的可纺性也优于其他纤维，在实际生产中，能减少染色棉纤维绕皮辊、绕罗拉现象的产生，使染色棉纤维的纺纱过程可以顺利进行，降低了企业的生产成本。

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