灘羊毛作為吸音材料的應用潛力

惠永久，王楷艷，王 遠

（蘇州中紡聯檢驗技術服務有限公司，江蘇 蘇州 215000）

城市經濟的快速發展促進了人們物質生活水平的提高，大規模的城市建設和工業生產逐漸興起，噪聲污染也隨之而來，成為當代的全球環境問題，與空氣污染、水污染和固體廢物污染并列為世界四大污染[1-2]。2014年，環保局環境滿意度調查指出，環境噪聲問題滿意度排名僅高于空氣質量排名[3]，噪聲污染嚴重影響了人們的生活。若長時間處于嘈雜的環境中，人的聽覺系統會嚴重受損，出現頭暈、耳鳴、耳聾[4-5]。同時，噪聲污染會加速建筑物和機械結構的老化。因此，現代社會對吸音材料的需求越來越大，對吸音材料的性能要求也越來越高[6]。

灘羊毛纖維原料的價格較高、回收利用價值較大。本研究分析灘羊毛纖維與普通羊毛纖維（以綿羊毛纖維為例）的區別，探討灘羊毛纖維在隔熱吸音材料領域的應用潛力，以填補該領域的空白，為廢羊毛纖維的再利用提供理論參考。

1 試驗材料

廢棄灘羊毛（未加工），購于市場；低熔點纖維；洗滌羊毛：無水硫酸鈉，乳化劑NP-10，均購于國藥集團化學試劑有限公司；羊絨織物縮絨劑：陽離子硅類表面活性劑，非離子表面活性劑，均購于國藥集團化學試劑有限公司。

2 試驗

2.1 灘羊毛的預處理

灘羊毛回收后通常含有較多雜質，必須經過人工處理，使羊毛恢復原有的白度、松散度、柔軟度、彈性等特性，保證羊毛的梳理、紡紗、織造、染整等工序能順利進行。灘羊毛洗滌的基本原理（乳化煮練原理）主要是利用表面活性劑、去污劑降低水的表面張力，使羊毛容易被潤濕，表面活性劑分子滲透到灘羊毛污垢的縫隙中，降低羊毛脂污垢層與羊毛纖維之間的結合力，將羊毛脂污垢層破壞并分散成膠體顆粒，油脂和雜質在熱和機械力的作用下從羊毛纖維上剝離。脫脂乳化后的羊毛脂在水中形成乳液，污垢可以穩定地懸浮在水中，不返回羊毛纖維，從而獲得潔凈的羊毛。

2.2 測試方法

2.2.1 纖維長度和直徑測試

參考GB/T 6976—2007《羊毛毛叢自然長度試驗方法》測得灘羊毛和普通羊毛的自然長度。纖維直徑的測量參考GB/T 10685—2007《羊毛纖維直徑試驗方法 投影顯微鏡法》。

2.2.2 力學性能測試

參照GB/T 4711—1984《羊毛單纖維斷裂強力和伸長試驗方法》，在溫度為20 ℃、相對濕度為65%的條件下，使用XQ-1型電子單纖維強力測試儀，測試綿羊毛、灘羊毛的單纖維強度。取拉伸隔距10 mm、拉伸速度20 mm/min，測試其斷裂強力、斷裂伸長率、斷裂功及初始模量，每組測試30根。

2.2.3 纖維形態結構表征

相關研究表明，毛纖維的形態結構特征主要包括4個方面，分別是鱗片特征、縱向形態、截面形狀、中空度。

（1）截面形狀、中空度的光學顯微鏡觀察。用KH-1300型光學顯微系統觀察并分別捕捉灘羊毛、綿羊毛纖維的截面形狀。與綿羊毛纖維對比，分析灘羊毛纖維的中空度。

（2）鱗片特征、縱向形態的掃描電鏡觀察。用導電膠將潔凈的灘羊毛纖維、綿羊毛纖維平貼在掃描電鏡樣品臺上。噴金后，使用臺式掃描電鏡（JASM-6200）觀察灘羊毛、綿羊毛單根纖維的鱗片、外觀形態及直徑。

3 結果與討論

3.1 毛纖維的長度和細度

為了解灘羊毛的長度和細度及其對灘羊毛無紡布保暖及吸音性能可能產生的影響，測試灘羊毛和普通綿羊毛的自然長度和纖維直徑，明確其優缺點。測試結果如表1所示。

表1 灘羊毛、普通羊毛的長度與細度對比

纖維長度是影響紡紗質量的重要因素。在一定范圍內，纖維越長，紡絲后纖維與纖維的接觸長度越大，纖維之間的摩擦力和內聚力越大。灘羊毛的細度比普通羊毛大，制成的衣服保暖性較好。這是因為隨著纖維直徑的減小，纖維的比表面積變大，捕獲和保留空氣的能力增強。

3.2 灘羊毛纖維、綿羊毛纖維的力學性能

綿羊毛與灘羊毛的拉伸斷裂強力如圖1所示。

圖1 綿羊毛與灘羊毛的拉伸斷裂強力對比

由圖1可知，灘羊毛的拉伸斷裂強力遠大于綿羊毛，但是其CV值較高，易出現弱環片段，影響成紗質量。因此，相比于普通綿羊毛纖維，灘羊毛纖維更適合用于非織造領域。

3.3 灘羊毛、綿羊毛的截面形態及中空度

灘羊毛的橫截面近似圓形或橢圓形，大多數有明顯的髓質層，直徑比約為1.5。一般灘羊毛纖維是異種毛，研究灘羊毛的結構可以發現，灘羊毛纖維的整體空心度和髓質層含量都比較高。髓質層和中腔的存在賦予灘羊毛蓬松、保暖、質量小的特性；與灘羊毛相比，普通綿羊毛的中空度較低。中空結構有利于保暖和吸音。首先，中空可以儲存更多的靜止空氣，空氣層是最好的保暖材料。其次，中空會使吸收的聲波在內部反復折射，消耗能量，所以吸聲效果很好。最后，中空結構會導致纖維的比表面積更大，形成更多的空隙。這些空隙形成的空腔中的凹陷會增加聲波的能量消耗，當然也會儲存更多的空氣。

3.4 灘羊毛、綿羊毛的鱗片特征、縱向形態

灘羊毛和綿羊毛的縱向形態結構分別如圖2、圖3所示。

圖2 灘羊毛縱向形態結構

圖3 綿羊毛縱向形態結構

從圖2和圖3可以看出，與普通綿羊毛相比，灘羊毛有很多不同之處。灘羊毛的背、側、腹、尾毛鱗片多呈裂紋狀，密度大、間距小、邊緣細、經角小，有一定程度的撕裂，像樹皮開裂，鱗片表觀結構最復雜。普通綿羊毛有小密度毛狀鱗片，間距大，鱗片間重疊小，多呈環狀，結構比較簡單，尺寸特征類似于細羊毛或羊絨。灘羊毛和普通綿羊毛呈現羊絨鱗片狀結構，這種結構使其成為毛衣和保暖內衣的優質保溫材料。將灘羊毛通過非織造的方法制作成羊毛氈類材料，具有很好的保暖及吸音性能。通過以上分析可以看出，灘羊毛的性能較好，應用潛力較大，對廢棄灘羊毛的回收再利用具有一定的現實意義。

4 結論

（1）灘羊毛纖維比普通羊毛纖維更適合做保暖吸音材料，更適合用在非織造領域。

（2）灘羊毛具有中空結構，決定其在保暖和吸音方面具有天然的優勢。

（3）加入低熔點纖維進行熱粘合后，非織造布的厚度減小，同時，斷裂強力和耐磨性也稍微變弱，但可以增加一定的舒適性。