超聲波預處理對改善大麻纖維柔軟性的影響

劉 艷 艷, 王 寶 權, 呂 站 逵, 姜 鳳 琴

( 1.大連工業大學 紡織與材料工程學院, 遼寧 大連 116034; 2.遼寧中澤集團朝陽紡織有限責任公司, 遼寧 朝陽 122000 )

0 引 言

大麻纖維性能優異,纖維強力較高,耐磨性好,具有天然的抗菌性、吸濕快干性、無需任何整理即可防紫外線等性能,此外大麻纖維同其他麻類纖維相比幾乎沒有刺癢感。然而大麻纖維也有許多不可忽視的缺點,如纖維脫膠程度難以控制,纖維斷裂伸長率較低,細度差,剛性大,使纖維的可紡性較差,在生產高端面料上受到限制[1-2]。超聲空化效應[3]能加速液體流動,強化化學試劑的作用,而且它釋放出的巨大能量足以打斷很強的化學鍵結合,使纖維結構松散,降低結晶度,從而有利于柔軟劑的吸附,改善纖維的柔軟性[4]。作者利用超聲波對大麻纖維進行預處理、柔軟劑整理,以期有效改善纖維的柔軟性,提高大麻纖維的可紡性能。

1 試 驗

1.1 材料及整理劑

材料:大麻纖維。

整理劑:CWS陽離子型柔軟劑,上海奇汽公司。

1.2 設備及儀器

SG3200HDT超聲波(33、55 kHz)；MPL-HWS電熱恒溫水浴鍋；YG001型電子式單纖維強力儀；Y175型棉纖維氣流儀；電子天平,Explorer Pro-213。

1.3 試驗流程

大麻纖維→浸潤→超聲波預處理→柔軟劑整理(質量濃度4 g/L,浴比1∶10,35 ℃,45 min)→水洗→烘干。

1.4 柔軟度的表征方法

(1)初始模量:在電子式單纖維強力儀上進行測試。初始模量的大小表示纖維在小負荷作用下變形的難易程度,即纖維的剛性。初始模量小,纖維比較柔軟。為了提高測試結果的準確性,減少試驗誤差,本試驗的測試次數定為60,經多次測量取其均值。

(2)馬克隆值:采用GB/T 18147.4—2000《大麻纖維試驗方法》中細度測試方法的氣流儀法,在棉纖維氣流儀上對大麻纖維進行測試。馬克隆值的定義:一定量棉纖維在規定條件下的透氣性的度量,以馬克隆值表示。纖維細軟,馬克隆值就小；反之,纖維粗硬,馬克隆值就大。

(3)稱量大麻纖維1.5 g,放入容積為100 mL的燒杯中,使纖維的體積為100 mL,將直徑50 mm、高30 mm的稱量瓶放于燒杯內纖維體的上表面,將50 g的砝碼放入稱量瓶內,即對纖維體分別施加255 Pa的壓強,利用纖維體積的變化來表征纖維的柔軟度。纖維體積的減少量越大,纖維的柔軟度越高[5]。

2 結果與討論

2.1 超聲波預處理的工藝選擇

表1 因素水平表

表2 試驗方案及結果分析

根據以上方法對其他兩個指標進行極差分析,馬克隆值最優水平組合為A1C2B3D1,纖維體積減少量最優水平組合為A1C2B3D1。所以,綜合平衡選取最優工藝條件為A1C2B3D1,即頻率33 kHz,功率300 W,溫度50 ℃,時間30 min。

2.2 超聲波預處理對大麻纖維柔軟性能的影響

根據最優工藝條件,在超聲波頻率33 kHz、功率300 W、溫度50 ℃、時間30 min的工藝條件下對大麻纖維進行預處理,然后再進行柔軟劑處理(質量濃度4 g/L,浴比1∶10,35 ℃,45 min),結果見表3。由表3可以看出,先經超聲波預處理再進行柔軟劑處理的樣品,與單純使用柔軟劑處理的樣品相比,初始模量降低了0.07 cN/dtex(25.9%),馬克隆值減小了0.60(10.7%),纖維體積減少量增加了3 mL(9.4%)；與原樣相比,初始模量降低了0.15 cN/dtex(55.6%),馬克隆值減小了0.91(15.4%),纖維體積減少量增加了5 mL (15.6%),并且手感明顯變軟。但是 處理后的大麻纖維的斷裂強度和斷裂伸長率損失較小,與原樣相比,超聲波與柔軟劑共同作用后的樣品斷裂強度損失了0.6 cN/dtex(8.8%),斷裂伸長率減少了0.5%(11.4%),并不會影響大麻纖維的可紡性能。因此超聲波預處理對改善大麻纖維柔軟性能確實有促進作用。

表3 超聲波預處理對大麻纖維柔軟性的影響

超聲波空化效應越大,對大麻纖維的作用力越大,能夠使纖維結構松散,降低結晶度,從而有利于柔軟劑的吸附,改善纖維的柔軟性。超聲波在33 kHz時比55 kHz時更能有效地產生空化作用,頻率過高,可能引起纖維的聚合度下降,損傷纖維,降低纖維的可紡性。輸入能量小,不能引發空化效應,輸入能量越大,超聲波的空化作用越強,柔軟劑的吸附效果越好,纖維越柔軟,當功率為300 W時柔軟劑的吸附效果已經非常顯著。超聲波的強度受介質溫度的影響極大,隨著水溫的提高超聲波的強度明顯下降,溫度為50 ℃時,纖維的處理效果最佳。隨著處理時間的增長,處理效果越來越好,當時間大于30 min時,隨著時間的增長處理效果并沒有顯著改善。所以處理時間為30 min時,纖維對柔軟劑的吸附達到飽和,此時柔軟效果最顯著。

3 結 論

(1)采用超聲波預處理后再對大麻纖維進行柔軟整理,可以較好地改善纖維的柔軟性。超聲波預處理產生的空化效應使纖維結構松散,結晶度降低,從而有利于柔軟劑的吸附,改善纖維的柔軟性。

(2)通過正交試驗和單因素分析,得到最佳預處理條件:頻率33 kHz,功率300 W,溫度50 ℃,時間30 min。在該條件下預處理,再經柔軟劑處理的大麻纖維,與僅使用柔軟劑處理的纖維相比,初始模量降低,馬克隆值減小,纖維體積減少量增加,柔軟度增加,手感更柔軟。

[1] 杜娟,姜鳳琴,鄧麗麗．大麻織物的抗皺柔軟復合整理[J]. 印染助劑, 2007, 24(5):37-40.

[2] 李丹月, 姜鳳琴. 大麻纖維脫膠主要工藝參數與纖維分裂度關系的回歸分析[J]. 大連工業大學學報, 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] 高樹珍. 超聲波在大麻織物染色中的應用[J]. 紡織學報, 2006, 27(4):95-97.

[4] 汪瀾,姜志新,嚴峻. 超聲波處理對棉纖維結構與性能的影響[J]. 紡織學報, 2006, 27(10):77-79.

[5] 王春紅,王瑞,于飛. 竹原纖維的化學脫膠工藝[J]. 紡織學報, 2007, 28(4):26-29.