（纺织工程专业论文）大豆纤维氨纶包缠纱纺纱工艺及性能研究.pdf

摘要 大豆蛋白纤维傲为一种新型纤维材料不仅具有单丝细度细，比重轻，强度高， 耐酸耐碱性好，光泽好等特点，还具有羊绒般手感，蚕丝般光泽，棉的吸湿导湿性， 羊毛的保暖性等优良服用性能，大豆纤维可以与多种纤维混纺，生产不同风格的织 物，从而得到了广泛的应用。 氨纶纤维是近年来快速发展的高弹性合成纤维，含有氨纶的织物穿着舒适，被 誉为“第二皮肤”，广泛用于游泳衣、运动衣、内衣、袜子、外衣及衣用绷带等领域。 采用大豆纤维短纤纱、莱卡丝在包覆机上纺制一系列不同包覆度、包覆方式和 不同牵伸倍数的大豆纤维氨纶包覆纱，通过对大豆纤维氨纶包覆纱的基本结构和 性能的测试分析，讨论了包覆纱中大豆纤维的包覆度、包覆方式、氨纶的牵伸倍数、 氨纶细度对包覆纱强伸性和弹性的影响。 通过分析得出包覆纱的强度随着包覆度的增加先增加，当包覆度增加到一定程 度强力又逐渐下降；随着氨纶预牵伸倍数的增加，包覆纱的强度呈现逐渐增加的趋 势。包覆纱的弹性恢复率随包覆度的增加，在单包和双包方式下变化规律不同，包 覆纱的弹性恢复率随着氨纶预牵伸倍数的增加，在单包和双包方式下变化规律不同。 采用正交实验法对大豆纤维氨纶包缠纱的纺纱工艺进行了优化，同时提出了实际包 覆纱细度的表征方法，为实际生产时合理地设计制定复合工艺提供参考。 硕士研究生李晓静( 纺织工程) 指导教师杨庆斌副教授李华全高工 关键词：包覆纱；纱线弹性：强伸性；大豆纤维；氨纶：牵伸倍数；包 覆度；包覆方式；氨纶细度 a b s t r a c t t h es o y b e a np r o t e i nf i b e ri san e w v m a t e r i a li nt e ) c i i l e t h a n k st oi t sf i n ed e n i e r , l i g h t s p e c i f i cg r a v i t y , l i g h ts t r e n g t ha n ds i l l d i k el u s t e r ，i th a ss oe x c e l l e n tc a s h m e r eh a n d l e ，s i l k s o f t n e s sa n dh e a tr e s i s t a n tp r o p e r t i e st h a ti th a sb e e nc a l l e dm a n m a d ec a s h m e r ea n d f o u n d w i d ea p p l i c a t i o n t h es p a n d e xw h i c hh a sh i g he l a s t i c i t yw a sd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s t h ef a b r i c s w i t hs p 锄d c xw a sv e r yc o m f o r t a b l e t h es p a n d e x w a sf o u n d 谢d ca p p l i c a t i o ni nm a n y f i e l d s c o v e r s p u ne l a s t i cy a r n sw i t hd i f f e r e n tc o r e - c o v e r a g e ，c o v e r a g et e c h n i q u e , 印锄d e x f i n e n e s s e l o n g a t i o np e r c e n t a g ea l s p u no nt h es p i n n i n gm a c h i n e 、】l ，i t hs o y b e a np r o t e i n f i b e ra n ds p a n d e x , a n ds o l n ee x p e 由n e n t a la b o u tt h es t r e n g t h , e l o n g a t i o np e r c e n t a g ea n d e l a s t i c i 移h a v eb e e nd o n e 恤o r d e rt os t u d yt h ep r o p e r t i e so ft h es o y b e 翘p r o t e i n f i b e r s p a n d e xc o v e r s p u ne l a s t i cy a r n t h ei n f l u e n c eo f c o r e - c o v e r a g e ，c o v e r a g et e c h n i q u e ， s p a n d e xf i n e n e s s , e l o n g a t i o np e r c e n t a g et ot h ep r o p e r t i e so fc o v c r s p u ne l a s t i cy a r n s 躺 a l s od i s c u s s e d a tt h es a l t t et i m e ，w ec o m p a r et h ep r a c t i c a lf i n e n e s sa n dt h e o r e t i c a l f i n e n e s s w h i c hc 觚d os o m ew o r kt od e s i g nt h er a t i o n a lc o v e r s p u ne l a s t i cy a r nt e c h n i c s f o rt h ep r a c t i c a lp r o d u c t i o n b yt h ea n a l y s i so ft h er e s u l t s , t h ef o l l o w i n ge o n c l m i o mc 龃b ed e d u c e d w i t ht h e i n c r e a s eo ft h ec o r e - c o v e r a g e , t h es t r e n g t ho fc o v e r s ；p u ne l a s t i cy a r n si n c r e a s e da n dw h e n t h eo o r e - c o v c r a g ei sr e a c h e dh i g h e rp o i mt h es t r e n g t ho fc o v c r s p u ne l a s t i cy a m s d e c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ee l o n g a t i o np e r c e n t a g eo fs p a n d e x ，t h es t r e n g t ho f c o v e r s p u ne l a s t i cy a r n si n c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o r e - c o v e r a g ea n dt h e e l o n g a t i o np e r c e n t a g e , t h ee l a s t i c 姆o f t h ec o v e r s p u ne l a s t i cy a r n sw a s v e r yc o m p l i c a t e d i nt h el a s t t h eo p t i m i z e dt e c h n o l o g yo ft h ec o v e r s p u ne l a s t i cy a r nw o b t a i n e db yt h e o r t h o g o n a lm e t h o d p o s t g r a d u a t es t u d e n t l iy 【i a o j m gf i e i t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yy a n gq i n g b i nl ih u a q u a n k e y w o r d s ：c o v e r s p u ne l a s t i cy a r n ；y a r ne l a s t i c i t y ；s o y b e _ np r o t e i nf i b e r ； s p a n d e xf i b r e ；e l o n g a t i o np e r c e n t a g e ：双r e n g t ha n de l o n g a t i o n ；c o v e r a g et e e h n i q u e l c o r e - e o v e r a g e ；s p a n d e xf i n e n e s s 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名：孳噍舌争日期：印7 年月，日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于t 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密回。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 论文作者签名：殇睦静 日期：扣吵年月，日 导师签名：才幻删日期：和夕年月，e l ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 引言 1 大豆纤维氨纶包缠纱简介 引言 包缠纱即在无捻纤维束( 短纤或长丝) 的外周以长丝或纱线包缠。大豆氨纶包缠 纱是一种以氨纶长丝为芯线大豆纤维纱为外包纱在包覆丝机上纺制而成的大豆氨 纶包缠纱： 大豆蛋白纤维是由我国纺织科技工作者自主丌发，并在国际上率先实现了工业 化生产的高新技术，也是迄今为止我国获得的唯一完全知识产权的纤维发明。 大豆蛋白纤维是从榨取过油脂的大豆豆糊中，通过生物化学手段提取球蛋白， 并改变蛋白质空间结构，再与聚乙烯醇商分子聚合物( p v a ) 接技，共聚共混形成纺丝 溶液，此溶液脱泡后再经湿法纺丝和后整理加工而形成的。纤维上的蛋白质呈不连 续团状，分散在连续的p v 介质中。出于上述结构特点，学术上可将其称之谓“大豆 蛋白合成纤维”或“大豆蛋白维纶改性纤维”本纤维的专利税明( 专利号1 9 1 1 6 6 3 6 1 ) 表明，大豆蛋白纤维的蛋白质含量为2 3 5 5 ，聚乙烯醇高分子聚合物含量为 7 7 4 5 蛋白质是由氨基酸组成的。经某专业机构测试显示，大豆纤维含有约 1 6 1 7 种氨基酸，其含量约占纤维总量的2 0 3 0 左右。 在大豆蛋白纤维的结构里，由于蛋白质与羟基等高聚物没有全部发生共聚，共 聚的部分在湿法纺丝中先凝固，形成纤维芯层；而共混部分的蛋白质分布于纤维表 面成为皮层，纤维形成皮芯结构并且在纺丝牵伸过程中。由于纤维表面脱水，取 向较快，导致纤维表层形成沟槽，从而使纤维具有良好的导湿性，吸湿放湿功能优 异。 大豆蛋白纤维比重轻，在各种天然纤维和常用的化学纤维中，仅比晴纶和丙纶 略高而大豆纤维的单纤维强度，无论干强还是湿强均明显好于蚕丝、羊毛和牯胶， 其干强亦明显好于棉，仅逊于高强度的涤纶等化纤由于这些优点，为纺制高支细 特纱线，生产轻薄高档织物提供了条件而有些常用纤维或新型纤维，如棉花( 尤其 天然彩棉) 、羊毛、粘胶、竹纤维、甲壳素纤维等就不具备这一优点，或纤维本身较 粗，或纤维虽较细，但单强太低，因而就不可能或难以纺制轻薄高支纺织品大豆 1 青岛人学硕士学位论文 蛋白纤维纤细平滑，卷曲少，卷曲弹性率低，细腻柔软，犹如羊绒的手感，但易起 皱；其色泽带有亮黄色，类似天然柞蚕丝；其回潮率达7 5 8 5 ，接近棉 花8 5 的水平，而远远高于涤纶( 0 4 n o 5 ) 等化纤的回潮率，因而用大豆 纤维制成的纺织品外观宜人。手感舒适，吸湿透气性好，纤维表面有大量氨基酸组 成的蛋白质，对皮肤有亲和性，所以穿着舒适，有益于健康。 大豆蛋白纤维摩擦系数低这使纤维手感平滑，但又易造成纤维抱合力低，集 束性差，难以纺纱，而且纺成的纱易起毛：另外，由于其质量比电阻为1 0 3 3 1 0 9p m ，仅低于涤纶( m l o gpm ) ，而大于其它各种常用纤维，故纺纱时易造成静电。由 于这两个原因，在生产上应采取加油给湿，提高车闻相对湿度等措旋，以加强对纤 维的控制。其化学结陶和形状不同于羊毛、蚕丝等天然蛋白纤维，也不同于维纶。 因而不能完全套用这些纤维的染色方法，故染色工艺较为复杂，难度较大，至今化 工界尚未丌发出一种直接针对大豆蛋白纤维的专用染化科。 从近几年国内对大豆蛋白纤维的研究和丌发实践来看，在染色性，上染率、色 光，水沈牢度、r 晒牢度等方面，比较适合的染料有3 种，它们是棉型活性染料、酸 性染料和直接染料。但纯纺产品抗折皱性和尺寸稳定性较差，而含有氨纶丝的产品 具有弹性好，不起皱、服装保形性好等优点，两者优势互补。 氨纶是我国国家标准对聚氨酯纤维的命名，其全称是聚氮基甲酸酯纤维。最初 丌发出这种纤维的时候称它为斯潘德克斯( $ p a n d e x ) 即超级弹性纤维，后来称其为 “莱卡”( l y c r a ) 也有译为“拉架”或“莱克拉”的。这是一种具有极其特殊功能 的合成纤维。它具有非常好的弹性和回弹性，可以仲长自身的6 7 倍而不至于断裂， 在伸长6 倍时还可以1 0 0 的恢复。氨纶的断裂强度湿态为0 3 5 一o 8 8 d n t e x ，干态 为0 4 4 - - 0 8 8d n t e x ，是橡胶丝的3 5 倍。当纤维达到最大伸长时，纤维交细在 这个细度下测出的强度称为有效强度。氨纶的有效强度可达5 2 8 d n t e x 弹性模量 越大，纤维越不易变形，强度高但柔软性差，氨纶的弹性模量较小，丝的柔软性好 大多数氨纶在9 5 - - 1 5 0 。c 时，短时间存放不会损伤纤维。在1 5 0 。c 以上时，纤维变黄、 发粘、强度下降由于氨纶往往是在其他纤维包覆的状态下存在于织物中，因此在 热定型过程中采用较高温度( 1 8 0 - - 1 9 0 c ) 是允许的，但处理时间不得超过4 0 s 氨 纶耐久性强即耐疲劳性好。其主要缺点是吸水性较差，不耐氯漂不耐高温。氨纶的 2 引言 高弹特性造就了它适宜的位置。目前主要用在各种体育服装方面如泳装，体操服装， 各类运动衣等等还用在需要弹性的衣物部位如内衣内裤的领口，袖口、袜口以及 各种弹性面料的纬纱部分。 包芯纱；它的芯纱被棉纱、羊毛细支纱或腈纶纱等非弹性纤维包绕。例如松紧 线，其中心为橡皮筋，其外周以纱缠。包芯纱的加工是先用改装过的棉纺精纺机 将经过预拉仲的氨纶丝，从前罗拉位黄引入，再和裉纱一起加捻即可。捻度与通常 的精纺基本相同。 包覆纱：以氮纶为芯纱，外面包绕上锦纶弹力丝或其他纤维加工而成。可分为 单包覆纱和双包覆纱两种，分别是外包一层和两层弹力丝或其他纤维而成，通常多 用双包覆纱。 2 主要研究内容和解决的主要问题 主要研究内容： ( 1 ) 研究大豆纤维氨纶包缠纱的纺纱工艺 ( 2 ) 氨纶预牵仲倍数和外包纱线包缠度对大豆纤维氨纶包缠纱的强伸性能、弹性 及结构的影响。 ( 3 ) 大豆纤维氨纶包缠纱弹性和混纺比的表征方法 ( 4 ) 混纺比对大豆纤维氨纶包缠纱的结构、力学性能的影响，并建立相应的力学 模型 ( 5 ) 包缠纱的强伸性和弹性的相关测试条件的确定 ( 6 ) 最佳纺纱工艺参数的确定 解决的主要问题： ( 1 ) 大豆纤维氨纶包缠纱的纺纱i 艺 ( 2 ) 预牵伸倍数和包缠度对包缠纱结构和性能影响 ( 3 ) 包缠纱基本指标的表征方法 ( 4 ) 最佳纺纱工艺参数的确定 3 第一章综述 1 1 选题的目的和意义 第一章综述 近几年，随着纺织技术和纺织设备的不断发展，新型纱线的品种愈来愈多，例 如：复合纱复合纱是利用两种以上不同性状的单纱或 丝束加工成的一根纱线， 包括：包缠纱、包芯纱等。主要分类如下：l 、包芯纱：以长丝或短纤维为纱芯。外 包其它纤维一起加捻而纺成的纱，它的芯纱被棉纱、羊毛细支纱或腈纶纱等非弹性 纤维所纺成的纱线包绕。例如松紧线，其中心为一橡皮筋，其外周以纱缠。包芯纱 的加工是先用改装过的棉纺精纺机将经过预拉仲的氯纶丝，从前罗拉位置引入再 和飙纱一起加捻即可，捻度与通常的精纺基本相同。2 、包覆纱：以氨纶为芯纱，外 面包绕上锦纶弹力丝或其他纤维加工而成。可分为单包覆纱和双包覆纱两种，分别 是外包一层和两层弹力丝或其他纤维而成，通常多用双包覆纱。3 、复合并丝纱：茧 丝与化纤长丝或其它两种不同长丝并合，不同原料取长补短。4 、复合交络丝：茧丝 与化纤长丝或其它两种不同长丝网络在一起，两种纤维抱合性能好。5 、复合缠络丝： 茧丝与化纤长丝通过高速涡流将茧丝呈环圈缠在化纤长丝外面。其中包缠纱是近几 年较为引人注目的一种新型纱线，包缠纱是将两种具有不同性能的长丝和短纤维纱 通过包覆的方法，取长补短，发挥连种纱线的优势，该纱线广泛用于织袜业、针织 织衣、高档羊毛衫、弹力布、罗纹等，对于包缠纱的纺纱工艺，尤其是氨纶预牵仲 倍数对包缠纱力学性能的影响，包缠度和卷取度对包缠纱结构和性能的影响研究很 少，对于包缠纱的强力、弹性等的测试方法及测试条件尚没有相应的测试标准，对 于包缠纱的混纺比及其表征都没有相应的标准。 2 0 0 0 年3 月份河南省遂平华康生物工程有限公司的李官奇先生经十年的研究工 作研制出大豆蛋白改性纤维。该方法是用植物蛋白纺丝，通过各种牵伸倍数，得出 不同牵伸倍数的强度，又采用降低模重的处理方法使纤维达到柔软程度，通过共混 纺丝工艺使纤维有好的导湿快干性，透气性和适中的吸湿性项目研究十年，投资 经费7 0 0 0 多万元，成功纺制出大豆纤维，并开始工业化生产目前已有年产能力达 1 5 0 0 吨的生产线，期望近年内生产能力扩大到年总产量达万吨以上目前加工和应 用对这种。大豆蛋白纤维”本身的认识基本为：该纤维优点是柔软舒适、光泽怡人、 透气、导湿、滑爽、保暖性好、悬垂性好；缺点是弹性差、抗皱性差、耐热性差、 易起毛起球针对大豆蛋白纤维的特点及其产品的开发应用( 尤其是针织产品的开 发) ，本文对大豆蛋白改性纤维生产的纯纺纱与氨纶长丝生产包缠纱的结构性能傲一 探讨 4 青岛大学硕士学位论文 本文的主要目的是研究纺纱工艺条件对大豆纤维氨纶包缠纱的结构和性能的 影响，确定最佳纺纱工艺，并且确定包缠纱的测试方法和测试条件，对于包缠纱的 一些基本指标提出表征方法，对于提高包缠纱的纺纱质量，合理表达包缠纱的基本 指标以及对实际生产均有重要的指导意义。 1 2 国内外研究动态 1 包缠纱的纺纱工艺研究 曲长义o ：等研究了辑i 梳毛纺包缠纱的纺纱工艺，通过研究提出在根纺梳毛帆上 可以生产机纺包缠纱，可省去细纱、合股与络纱工序。桑建中“：介绍了在棉纺环锭 细纱机上如何纺制包缠纱，并就机械结构设计、安装使用及工艺配置做了较为详细 的介绍。宋允o 等介绍了摩擦纺包缠纱抗剥离性能的测试。王新志”介绍了并丝机生 产氯纶包缠纱的结构、原理。 2 包缠纱的结构与性能研究 赓埘荣等1 5 l 通过拉伸应力应变曲线研究氨纶包缠纱的形变力学，得出织物中的 氨纶包缠纱在充分回复后。可满足弹性织物要求的形变性能，氨纶外侧包缠的非弹 性纱赋予纱线足够的强度。夏元芹1 6 1 对包缠纱产品的用途做了初步探讨，并初步制 定了包缠纱产品的内部标准。梁淑华i h 通过包缠纱的包缠数对成纱强力影响的试验， 得出改变锭速改变包缠数，对纱线强力提高有益的结论。杨俊霞1 8 1 等介绍了包缠纱 线的主要特征，叙述进行包缠织物设计时在织物组织及规格方面应考虑的问题。涤 氮包缠纱是一种以涤纶长丝为外包纤维，氨纶长丝为芯线的氨纶弹力纱范杰” 等在实验的基础上，对涤氨包缠纱的性能作了初步的分析研究。李鑫等i ”j 分析了 空心锭子差捻、包缠纱差捻的形成过程和形成机理，得出了加捻过程捻度变化的公 式，探讨了差捻对纱线结构和性能的影响。李鑫、陈昶软等【1 1 1 分析了差捻包缠纱织 物的纺纱及织造工艺对其断裂强度、抗起毛起球性及折痕恢复性，并通过包缠纱织 物和并捻织物的性能对比，得出差捻包缠纱织物的优势所在，指出差捻包缠纱织物 在精纺领域应用是完全可行的。范杰1 1 j 等学者对三种不同牵伸倍数的九个品种的涤， 氨包缠纱进行了强力、伸长、捻度、沸水收缩率等方面的实验，并根据实际数据对 涤，氨包缠纱进行了一些纱线性能的初步分析研究陈人豪1 1 3 】对锦，氨包缠纱进行了 实际捻度的测试，并采用正交多项式回归的分析方法对所得数据进行理论分析，找 出捻度的回归方程及纺纱的最佳工艺参数。李杰新【1 4 1 分析了空心锭子差捻包缠纱差 捻的形成过程和形成机理，得出了差捻捻度的精确公式，探讨了差捻对纱线结构和 性能的影响李鑫l 巧j 研究了空心锭子差捻包缠纱的成纱过程，论述了空心锭子差捻 包缠纱的包缠程度和加捻程度对纱线性能的影响 5 第一章综述 3 相关包芯纱的结构与性能研究 伸岑然1 1 6 j 通过对氨纶包芯纱定速拉伸实验曲线和数据特征分析，提出了一种具 有一定实践可操作性的氨纶包芯纱的弹性描述的新方法。石风俊“”等利用非线性弹 簧和标准线性固体模型并联组成的模型对其应力应变关系进行了分析，并用多项式 对其应力应变关系进行了拟合，结果表明，理论与实测结果相符合。肖丰“”等分析 了细纱预牵伸倍数和捻度对大豆纤维氨纶包：苎纱性能的影响，提出预牵仲倍数是关 键问题，又提出“”大豆纤维氨纶包芯纱定量及氨纶含量的测试与计算方法。周培玉 ”通过对氨纶包：毒纱特有的空芯、露芯，麻花纱、空鞘和弹性不匀等纱疵的成因分 析，提出了相应的消除措施，即提高氨纶包：卷纱的包覆效果、减少氨纶丝断头、减 少外包纤维断头、合理选配钢领和钢丝圈、加强现场管理和操作技巧等。周元。” 对氮纶及其包芯纱弹力性能作了探讨，得出影响氨纶包：笛纱弹力大小的三个要素： 氮纶丝的特数、氨纶的牵仲倍数、氦纶的含量。范尧明。? 对长丝包芯纱的包覆量在 理论上作了分析并导出了计算式，长丝越细，理论最小包覆量越大，实际包覆量应 大于理论最小包覆量，当包覆量适当时，外包纤维能得到较充分的利用。韩璐! 测 试了几种不同厂家生产的氨纶纤维的拉伸性能，拟合出其拉伸曲线。表明氨纶纤维 的拉伸性能对纺纱和产品加工有重要影响，并得出了确定包芯纱测试初张力的方法 m i s t r yr ”提出包缠纱的纺纱工艺参数，确定了最优纺纱工艺，并对两种包缠纱 所生产的织物性能做了比较，发现包缠纱织物性能有显著的改善t a u be he , 5 3 讨论 了包芯纱和复合纱的的纺纱工艺，并重点讨论了几种新型纺纱的发展趋势l ix 对两种不同捻度的包缠纱及其织物做了比较，随着捻度的增加，纱线的强力仲长和 耐磨性能下降，纱线条干不匀增加。 1 3 主要研究内容和解决的主要问题 主要研究内容： 1 研究大豆纤维氨纶包缠纱的纺纱工艺- 2 氨纶预牵仲倍数和外包纱线包缠度对大豆纤维氨纶包缠纱的强伸性能、弹性及 结构的影响 3 大豆纤维氨纶包缠纱弹性和混纺比的表征方法 4 混合比对大豆纤维氨纶包缠纱的结构、力学性能的影响，并建立相应的力学模 型 5 包缠纱的强伸性和弹性的相关测试条件的确定 6 最佳纺纱工艺参数的确定 解决的主要问题： 6 青岛大学硕士学位论文 1 大豆纤维氨纶包缠纱的纺纱工艺 2 预牵伸倍数和包缠度对包缠纱结构和性能影响 3 包缠纱基本指标的表征方法 4 最佳纺纱工艺参数的确定 1 4 论文工作计划与方案 1 计划进度： 2 0 0 5 l 0 - 2 0 0 5 l 2 2 0 0 5 12 - 2 0 0 6 2 2 0 0 6 3 - 2 0 0 6 6 2 0 0 6 7 - 2 0 0 6 1 0 2 0 0 6 1 0 - 2 0 0 6 1 2 纱性能之问的关系 2 0 0 7 1 - 2 0 0 7 3 征指标 查阅资料，准备开题报告，准备样品。 大豆蛋白纤维纯纺纱纺纱工艺的确定及纱线纺制 各种不同规格大豆纤t i t 氮纶包缠纱的纺制 包缠纱的结构观察、强仲性能测试，各利- 包缠纱弹性的测试 数据整理，确定预牵仲倍数与包缠度和大豆纤维氮纶包缠 建立混纺比与包缠纱力学性能之问的关系，并建立响应的表 2 0 0 7 6 - 2 0 0 7 1 2整理资科、撰写硕士学位论文，准备答辩 2 研究方法：以对纱线力学性能、纱线结构观察，测试为主，理论建模为辅，对比 修乖 3 技术路线：大豆纤维纱的纺制一包缠纱的纺制一包缠纱结构性能观察与测试一理论建 模 4 方案： 大豆蛋白纤维纯纺纱的纺制设备： 纺织工程实验室小型试纺机，生产3 2 。，捻系数为3 2 0 的纯纺纱。 大豆纤维氨纶包缠纱的纺制设备： 浙江精工集团生产的h k v l 4 1 d - i 型包覆丝机，生产各种不同工艺的大豆纤维氨 纶包缠纱 包缠纱的结构观察： 利用现有图象处理设备 包缠纱的强伸性能： y g 0 6 1 型电子单纱强力仪、试样长度：5 0 0 啪拉伸速度2 5 0 m d 分 包缠纱的弹性测试： y g 0 6 1 型电子单纱强力仪，试样长度：5 0 0 毫米，拉仲速度2 5 0 m 分 5 实验方案的可行性分析： 7 第一章综述 己具备的条件 a 生产大豆纤维纯纺纱的小型试纺机和( v 1 4 1 d - i 型包覆丝机已具备 b y g 0 6 1 型电子单纱强力仪，具有测试纱线强力和纱线弹性的功能，可以得出纱线强 力和弹性的很多指标。 可能存在的问题： 出于对包覆纱的测试方法与测试条件没有明确的囡家标准，测试中可能对每一种 影响因素需多次重复测量，而影响计划进度。 8 青岛大学硕士学位论文 第二章大豆纤维氨纶包缠纱的纺纱工艺 2 1 大豆纤维氨纶包缠纱的纤维材料 2 1 1 氨纶纤维 2 1 1 1 氨纶工业的发展 氨纶纤维是近年来快速发展的高弹性合成纤维，含有氨纶的织物穿着舒适，被 誉为“第二皮肤”，广泛用于游泳农、运动衣、内衣、袜子、外衣及农用绷带等领域。 氨纶的研究始于2 0 世纪3 0 年代，德国拜耳公司和l c 公司最早开发了聚氨酯树脂及 其纤维，1 9 5 9 年杜邦公司首先实现了氨纶的工业化生产，并命名为l a c r y ( 莱卡) ， 随后欧洲一些国家及日本也相继开始生产。世界氨纶主要生产商有美国杜邦公司、 环球生产、德国拜尔公司、韩国泰光产业公司以及日本东丽和东洋纺公司等，这些 生产厂家的生产能力约占世界氨纶总生产能力的7 0 。2 0 0 0 年世界氨纶的生产能力 达到2 0 4 3 万吨年，产量达到1 1 3 8 万吨年，预计到2 0 0 5 年世界氨纶的生产能 力将达到约3 0 万吨年，产量将达到约1 6 1 万吨年、我国氨纶工业起步较晚， 至1 9 8 8 年底烟台氨纶厂在引进日本东洋纺生产技术的基础上，形成了3 2 0 妇的生产 能力。经过十几年的发展，到目前为止，我国氨纶的生产企业有1 0 家，总生产能力 约为2 2 万吨年，在建、扩建和拟建氨纶项目的生产能力为2 8 卫万吨年，预计 到2 0 0 5 年我国氨纶的总生产能力将达5 万吨年 加入w t o 以来，世界最大的氨纶弹性纤维市场将是中国：中国大陆氨纶需求 猛增，中国对氨纶的需求量占到了世界氨纶产量的3 0 ，而且消费量逐年递增。从 1 9 9 9 年1 6 万吨上升到2 0 0 2 年的5 3 万吨，预计今后几年我国氨纶需求量还将以2 0 的幅度增长，中国潜在的巨大消费市场已被海外企业看好预计近期世界在建、 拟建氨纶生产能力约为9 2 万吨年，生产装置主要分布在中国、中国台湾、韩国 和新加坡，抢占我国氨纶市场的海外企业也迅速增加 近几年，由于我国氨纶市场需求量增长很快，而国内产量无法满足实际生产的 需求，氨纶市场总体呈现供不应求的局面，每年的需求量约占世界氨纶产量的1 6 左右，不足部分将由日本和韩国等进口。我国氨纶生产虽然对引进生产装置经过多 次的技改和扩产，但年产量仍不能满足国内需要，国内市场被大量的进口氨纶充斥， 且价格昂贵。因此应该积极扩大氨纶的生产能力，提高产量和质量，以满足国内实 际生产的需求。 2 1 1 2 氨纶纤维的性能及弹性机理 9 第二章大豆纤维，氨纶包缠纱的纺纱工艺 a 氨纶纤维的物理机械性能 氨纶纤维的物理机械性能如表2 1 所示 表2 1 聚醚型和聚酯型氨纶的物理机械性能 性能聚醚型氨纶聚酯型氨纶 断裂强度c n d t c x 0 6 1 8 - 0 7 9 40 4 8 5 - 0 5 7 4 伸氏率 4 8 0 5 5 06 5 0 7 回弹性 9 5 ( 伸k5 0 0 ) 9 8 ( 伸长6 0 0 ) 弹性模量c n d t e xo 1 1 密度g c n l ， 1 2 l1 2 0 回潮率 1 31 3 1 5 0 0 热塑性增强，1 9 0 强力下 耐热性1 5 矿发荑，1 7 0 0 发祜 降 耐酸碱性耐酸，在稀盐酸和硫酸中发黄耐冷稀酸，不耐热碱液 耐溶解性 良好 良好 长时间光照后强度下降，井变 耐气候性长时间光照后强度下降 色 耐磨性良好良好 氨纶纤维的断裂强度在所有的纺织纤维中是最低的，于态强度只有0 4 4 o 8 8 c n d t e x ( 聚醚型的强度要高于聚酯型) ，湿态强度为o 3 5 o 8 8 c n d t c x 氨 纶纤维具有很高的弹性，其断裂伸长率大于4 0 0 。高者可达8 0 0 。弹性回复性能 也十分出众，在伸长5 0 0 时，弹性回复率在9 5 以上，在伸长5 0 时，弹性回复 率超过9 9 。氨纶纤维的弹性模量是指3 0 0 伸长所需的应力，弹性模量越高，纤 维越不易变形，柔顺性也就越差。氨纶纤维1 0 0 伸长时所需的应力为其初始模量。 氨纶长丝的横截面大部分为狗骨形( d o g - b o n e s h a p e d ) 也有一些长丝表面光滑或呈 锯齿状。吸湿范围较小，一般为0 3 1 2 ( 复丝吸湿率要比单丝稍高些) 耐热性 视品种不同而有较大差异，大多数纤维在9 0 - - 1 5 0 0 范围内，短时自j 存放，纤维不会 受到损伤，安全熨烫温度为1 5 0 0 以下，可以加温干洗和湿洗。氨纶纤维的染色性能 较优，可染成各种颜色；染料对纤维亲和力强，可适应绝大多数品种的染料，并具 有较好的耐化学性，耐大多数的酸碱、化学药剂、有机溶剂、干洗剂和漂白剂，以 及耐日晒和风雪，但不耐氧化物，易使纤维变黄与强力降低 b 氨纶纤维的弹性 氨纶纤维是一种嵌段共聚物，其中聚氨基甲酸酯占8 5 以上。在该嵌段共聚物 有两种链段，一种软链段，其由无结晶性的低分子量的聚酯或聚醚组成，玻璃化温 青岛大学硕士学位论文 度很低( 5 0 7 0 ) ，平均相对分子量为1 0 0 0 5 0 0 0 ，在常温下处于高弹态。另一种硬 链段，由于含有多种极性基团，并能产生大分子间横向交联。柔性链段分子链以一 定的交联形成网状结构，由于分子链阃相互作用力小，可以自由伸缩，造成大的伸 长性能。刚性链段分子链结合力比较大，分子链不会无限制的伸长。造成高的回弹 性。在应力的作用下，硬链段基本上不发生形变，从而防止了大分子链间发生滑移， 为软链段的大幅度伸长和回弹提供了必要的结点条件，并赋予纤维一定的强度，保 持了纤维的弹性恢复性。正是这种软硬链段的关存体系，使得氨纶纤维具有了高弹 的性能。 氨纶大分子链中的硬链段相互整齐排列形成结晶区。结晶状态的硬链段一般不 发生滑动起结点作用。软链段分子链未受到外力作用时，呈松弛状态( 弯曲或卷曲) ； 在受到外力作用时，由于软链段分子链问的作用力很小，产生伸长。当纤维伸长至 一定伸长时，部分软链段分子链被拉直，也整齐排列甚至发生结晶。由于分子链问 的作用力很弱，当外力去除后，被拉直的软链段分子链又会自动回缩到松弛状态， 直至内应力最小，表现出高弹的特性。 2 1 t2 大豆纤维 大约在2 0 世纪3 0 年代到5 0 年代间相继成功研制出锦纶、涤纶、腈纶、氨纶等 化学纤维，并实现了工业化生产：随后的5 0 年成为化学纤维大量发展的年代。许多 服装、装饰用布、工业用布替代了部分天然纤维。虽然合成纤维有许多优良性能， 但也存在吸湿性和透气性差，穿着不舒服等缺点。由于现代人对服装的追求趋向于 自然化，舒适化，休闲化，多样化，天然纤维受到了人们越来越多的青睐。但是， 天然纤维棉、麻、羊毛、蚕丝等受到了种植、养殖面积的限制，无法大量发展。因 此，从9 0 年代开始，国内外对再生纤维的研制工作尤其是再生蛋白质纤维的研究又 开始重视起来。 据了解，近年来，日本东洋纺公司重新开发出以新西兰牛奶为原料与丙烯腈接 枝共聚的再生蛋白质纤维“c h i n o n ”。它是目前世界上唯一实现了工业化生产酪素 蛋白纤维它具有天然丝般的光泽和柔软手感，有较好的吸湿性和导湿性能，极好 的保温性，穿着舒适，但纤维本身呈淡黄色，耐热性差，在干热1 2 0 度以上易泛黄， 该纤维可做针织套衫、t 恤、衬衫、日本和服等 1 9 9 4 年以来，美国d u p o n t 公司对玉米蛋白纤维的制造技术与工艺和对应纤维 性能进行了研究。将玉米蛋白质溶解于溶剂中可进行干法纺丝，将玉米蛋白质溶解 于碱液中，并加入甲醛或多聚羧酸类交联剂可进行湿法纺丝。含有交联剂的玉米蛋 白纤维具有耐酸、耐碱、耐溶剂性和防老化性能，且不蛀不霉，它具有棉的舒适性， 羊毛的保暖性和蚕丝的手感等特性。 第二章大豆纤维，氨纶包缠纱的纺纱工艺 2 0 0 0 年3 月份，中国纺织经济和国外纺织技术报道了我国对大豆纤维研制的成 果。这是河南濮阳华康生物化学工程联合集团公司，河南省遂平华康生物工程有限 公司的李官奇先生9 1 年开始的研究工作该方法是用植物蛋白纺丝，通过各种牵伸 倍数，得出不同牵伸倍数的强度，又采用降低模量的处理方法使纤维达到柔软程度， 通过共混纺丝工艺使纤维有好的导湿快干性，透气性和适中的吸湿性。项目研究十 年，投资经费7 0 0 0 多万元，成功纺制出大豆纤维，并开始工业化生产。目前已有年 产能力达1 5 0 0 吨的生产线，期望近年内生产能力扩大到年总产量达万吨以上该成 果的工业化产品是捣型和毛型大豆纤维，其细度为1 3 4 1 6 7 d t e x ，纤维主体长度 为3 8 7 6 m ，并拟准备开发长丝类品种。大豆纤维具有单丝细度细，比重轻，强伸 度高，光泽好，吸导湿性好等特点，并由此与其它天然蛋白质纤维相比，存在某些 优势，故有报道称大豆纤维具有羊绒般手感，蚕丝般柔和光泽，棉纤维的吸湿导湿 性，羊毛的保暖性，具有生态纤维功能，有“人造羊绒”之称。 2 2h k v1 4 1 d - i 型包覆纺纱机成纱过程 图2 i 为h k v l 4 1 d i 型包覆丝机单、双层包覆纱纺制工艺流程图。 i 双层包覆簟层包覆 卜喂料辊；2 - 氨纶丝筒；3 - 预牵伸辊：4 - 龙带；5 一空心锭子；6 一包覆丝：7 一双边筒子； 8 一 气圈导丝钩：9 - 引纱辊；l o 一压辊；i i - 往复运动导丝器；1 2 - 卷取辊；1 3 - 平行筒子 图2 1 单，双层包覆纱纺制工艺流程圈 1 2 青岛大学硕士学位论文 在牵伸区，氨纶丝筒2 在喂料辊l 的带动下进行退绕，经预牵伸辊3 后，喂入空心 锭子5 。 当氨纶丝从空心锭杆引出后，空心锭子在龙带4 的摩擦带动下高速回转，从而使 套在锭子上的双边筒子7 上的外包覆丝( 纱) 6 高速旋转而退解，在气圈导丝钩8 的作用 下，外包丝形成包覆气圈。空心锭子一转，外包覆丝就绕芯丝加上一个捻回。随着 空心锭子的连续高速回转和芯丝的连续被牵引输出，外包丝( 纱) 就不断地旋转并包 缠到芯丝上而形成单包覆纱。 在卷取区，往复运动导丝器l l 按一定的规律往复运动，从而将引纱辊9 引出后 的包覆纱经卷取辊1 2 卷绕成平行筒子纱1 3 如果上下两组空心锭子对齐并同时使 用，经下层空心锭子包缠后的包覆纱再经反向旋转的上层空心锭子上的外包丝加捻 包缠，即形成双层包覆纱。 2 3h k v14 1d - i 型包覆纺纱机主要技术性能参数 2 3 1 主要技术性能参数 h k v1 4 1 d - i 型包覆纺纱机主要技术性能参数如表2 2 所示。 表2 2h k v1 4 1 d - i 型包覆纺纱机主要技术性能参数 项目单位规格或特征 样机2 4 ( 1 2 ) 单( 双) 包覆锭位数锭 整机1 9 2 ( 9 6 ) 锭距2 6 0 包覆捻度t m2 0 0 - 3 5 0 0 锭速( 空载)r 曩1 n7 0 0 0 - - 1 4 0 0 0 ( 随着容量增大锭速下降) 锭速调整变频调速( 或更换皮带轮) 包覆型式双面双层( 单包) ，双面单层( 双层) 导丝往复传动型式凸轮 导丝成形1 0 _ 一1 铲杌辕成型 捻向 z 捻和s 捻自由切换 卷取速度 m 曩1 n m a x 4 0 成纱特数 t e x2 2 - - 5 0 2 3 2h k v 1 4 1 d i 型包覆纺纱机主要工艺参数及包缠纱样品规格 包缠纱的性能取决于许多因素，包括：氨纶的预牵伸倍数，包覆度，氨纶的细度 和包覆方式等。本文选择的工艺参数为：3 2 。大豆纤维纱为1 8 t e x ，2 0 d 的氨纶丝为 2 2 2 t e x ，7 0 d 的氨纶丝为7 7 7 t e x 预牵伸倍数为1 8 0 4 ，2 0 ，2 2 ，2 5 氨纶丝细度 为2 0 d ，7 0 d 两种，卷曲度为9 5 。包覆度为5 0 0 ，7 0 0 ，9 0 0 ，1 1 0 0 ，1 3 0 0 包覆方 ! 墨奎兰至主兰垡堡苎 式为单包，双包两种在考虑正交实验法的基础上，为了得出大豆纤维氨纶包缠纱 的性能与纺纱工艺条件之间的关系，特纺制多品种包缠纱 大豆纤维氨纶包缠纱样品规格一览袭如表2 3 所示 衰2 3 大豆纤维氨纶包缠纱样品规格衰 编号预牵伸倍数氨纶丝细度( 旦) 包覆度( 圈米)革双包 “1 8 0 4 7 0s 0 2簟 1 2 1 8 0 42 05 0 2 簟 1 31 8 0 4 2 05 0 2 双 1 4 ：1 8 0 4 7 05 0 2双 1 51 8 0 4 7 0t o l 簟 1 6l8 0 47 0 t o lj 炙 1 71 8 0 42 0 7 0 1双 i 8 1 8 0 42 07 0 1簟 1 91 8 0 4 2 09 0 0t 1 1 01 8 0 4 2 09 0 0 双 i l l1 8 0 4 7 0 9 0 0 双 1 1 2 1 8 0 47 09 0 0 簟 “31 8 0 4 7 01 1 0 0簟 1 1 4 1 8 0 47 0 1 1 0 0 双 1 1 51 8 0 4 2 01 1 0 0 双 1 1 6 1 8 0 4 2 01 1 0 0 盟 1 1 7 1 8 0 42 0 1 3 0 0簟 1 1 8l 8 0 4 2 01 3 0 0 双 u 9 1 8 0 4 7 01 3 0 0 双 1 2 0 l 8 0 4t o 1 3 0 0 簟 2 l2 0 7 01 3 0 0 双 2 2 2 0 7 01 3 0 0苴 2 3 2 07 0 1 1 0 0簟 2 42 0 t o1 1 0 0 双 2 5 2 。07 09 0 0 双 2 62 0 t o9 0 0 2 7 2 0 t o7 0 1簟 船2 0 7 0 7 0 1 双 2 9 2 07 0 5 0 2 双 2 1 0z 0 7 0 5 0 2簟 2 l l 2 0 2 0 5 0 2 簟 堕一! ：! 垫塑 翌 第二章大豆纤维爆纶包缝纱的纺纱工艺 3 0 2 2 05 0 2 双 3 12 27 0 5 0 2簟 3 22 27 0 7 0 1双 3 32 27 0 7 0 1 簟 3 4 2 27 09 0 0 3 52 27 0 9 0 0 双 3 6 2 27 0 1 1 0 0双 3 7 2 27 01 1 0 0 簟 秘。2 2 7 01 3 0 0t 3 92 27 0 1 3 0 0双 3 1 02 22 0 7 0 1 苴 3 1 1 2 22 09 0 0 4 02 5 7 01 3 0 0 量 4 12 57 0 1 3 0 0 双 4 2 2 57 0 1 1 0 0双 4 32 5 7 0 1 1 0 0簟 4 42 5 7 09 0 0簟 4 5 2 57 09 0 0 双 4 6 2 57 0 7 0 1双 4 7幺5 7 07 0 1簟 4 82 5 7 05 0 2益 4 92 57 0 5 0 2双 2 4 大豆纤维氨纶包缠纱细度的表征 为了表征大豆纤维氨纶包缠纱的细度，选择氨纶丝细度为7 0 旦，单包的一种 情况分析大豆纤维氨纶包缠纱的细度在