牦牛絨優可絲混紡紗及織物性能研究

詹云飛 羅秋蘭 潘 川 葉友邦 范瀅瀅 章惠新

（1.嘉興南湖學院，浙江嘉興，314001；2.嘉興學院，浙江嘉興，314001；3.浙江沃棆特實業集團有限公司，浙江嘉興，314501）

牦牛絨取自于生長在平均3 000 m 海拔以上的高原動物牦牛，是高原特有的優質天然纖維。牦牛絨纖維長度較短，細度和長度離散度大，而且牦牛絨無規則卷曲、抱合力較小。因此，牦牛絨纖維的可紡性較差，純紡難度較大[1-3］。牦牛絨纖維純紡較為困難且品種單一[4］，纖維利用率不高，故多采用與其他纖維混紡來改善牦牛絨纖維的可紡性，同時還能夠發揮纖維的特性，并可以降低原料成本，提高產品檔次，增加經濟效益[5-6］。因此，開發新型混紡產品已成為牦牛絨纖維發展的一個主要方向。優可絲纖維是賽得利公司推出的一款新型綠色環?？咕偕w維素纖維，具有天然環保、易生物降解、不污染環境的可持續發展屬性，具有優異的服用性能[7］。優可絲纖維面料有良好的透氣和調濕功能，且手感柔順、光滑涼爽、不易起靜電等[8］。

目前牦牛絨與棉、羊絨、蠶絲以及滌綸等纖維混紡開發出的產品較多[9-11］，而對牦牛絨纖維與優可絲等新型纖維的混紡紗開發幾乎沒有?；诖?，本研究將牦牛絨纖維與優可絲纖維進行混紡，充分實現原料之間優勢互補，采用集聚紡紗技術，得到不同混紡比的牦牛絨優可絲混紡紗，通過對混紡紗的強伸性能、毛羽、條干等指標進行分析，并以模糊綜合評價法確定最優混紡比，最后對紗線的可加工性進行了分析，以期為牦牛絨優可絲混紡織物的開發與研究提供理論依據。

1 試驗部分

1.1 試驗樣品

優可絲纖維長度38 mm，線密度1.32 dtex；牦牛絨纖維平均長度30 mm，直徑18 μm~22 μm。

1.2 測試儀器

YG（B）003A 型電子單纖維強力機，YG061型電子單紗強力儀，YG171L 型紗線毛羽測試儀，YG139 型電容式條干均勻度儀，YG141N 型數字式織物厚度儀，YGE461 型織物透氣量測試儀，YG（B）026H-250 型織物強力機，YG（B）022D 型自動硬挺度試驗儀。

1.3 混紡紗的制備

1.3.1 紡紗工藝流程

考慮到兩種纖維的長度、伸直平行度差異較大，因此分別先紡制得到兩種粗紗，然后在細紗工序再實現混和紡紗。

具體紡紗工藝流程：DHU A201 型試驗清梳聯合機→DHU A301 型小樣并條機→A454G 型試驗粗紗機→多功能細紗機（改造后的設備）。

1.3.2 紡紗工藝參數

細紗機采用集聚紡工藝，牦牛絨纖維粗紗定量4.7 g/10 m，優可絲纖維粗紗定量8.5 g/10 m。紗線設計線密度30 tex，捻系數320，錠速7 500 r/min，細紗羅拉隔距12 mm×12 mm×95 mm。

在紡制牦牛絨/優可絲混紡比0/100、20/80、30/70 紗線時，優可絲粗紗從中前羅拉上方的喇叭口喂入，牦牛絨粗紗從后羅拉上方的喇叭口喂入；在紡制牦牛絨/優可絲混紡比40/60、50/50、60/40、100/0 紗線時，優可絲粗紗從后羅拉上方的喇叭口喂入，牦牛絨粗紗從中前羅拉上方的喇叭口喂入；分別經過不同牽伸倍數后，在帶有負壓的膠輥區匯聚，再進行加捻成紗并卷繞到細紗管上。

通過本工藝得到的混紡紗，與常用包混、條混得到的混紡紗結構有所不同。在其橫截面內，兩種纖維分布不均勻，一種纖維較多地分布在紗線外部，另外一種纖維分布在紗線內部。因此后續在織物加工時，可根據織物的性能要求，綜合利用兩種纖維的優異性質設計混紡比，一方面在織物需要毛感效果時，使牦牛絨纖維分布在紗線外層；另一方面，在織物需要表面光滑時，使優可絲纖維盡可能地分布在紗線外層。

1.4 織物工藝參數的設置

采用GE2-45S 型全自動雙針床電腦橫機，編織1+1 羅紋織物，具體的織造工藝：機號為16G，牽拉值為30，機速為0.8 m/s。

1.5 測試與表征

將兩種纖維分別粘貼在樣品臺上，噴金后在掃描電子顯微鏡（SEM）下觀察其表面形貌。

采用電子單紗強力儀對各混紡紗進行強伸性能測試，拉伸速度250 mm/min，拉伸距離250 mm，測試次數50 次，環境溫度20 ℃，相對濕度60%。

采用紗線毛羽測試儀對各混紡紗進行毛羽測試。紗線長度50 m，測試次數10 次，測試速度30 m/min，毛羽長度設定精度小于0.1 mm，毛羽分辨率小于0.5 mm。

采用YG139 型電容式條干均勻度儀對各混紡紗進行測試。測試速度50 m/min，測試時間2 min，測試次數10 次。

織物厚度按照GB 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》方法進行。

織物透氣性按照GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》方法進行。

織物頂破強力按照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》方法進行。

織物剛柔性按照GB/T 18318.1—2009《紡織品 彎曲性能的評定 第1 部分：斜面法》方法進行。

2 試驗結果與分析

2.1 纖維的外觀形貌

圖1 為兩種纖維原料的SEM 掃描電鏡圖。

圖1 兩種纖維的微觀形態圖（放大5 000 倍）

從圖1 可以看出，牦牛絨纖維呈一定的卷曲現象，毛干上存在明顯的環狀鱗片；優可絲纖維表面較為平滑，伸直度好，存在一定的帶狀轉曲。

2.2 纖維的物理強伸性能

表1 是牦牛絨纖維和優可絲纖維的主要性能指標。

表1 兩種纖維原料的主要性能

由表1 可以看出，優可絲纖維要比牦牛絨纖維更細，兩種纖維的強伸性能差異較大，優可絲纖維的斷裂強度要優于牦牛絨纖維，但優可絲纖維的斷裂伸長率小于牦牛絨纖維。

2.3 不同混紡比紗線的強伸性能

為了方便進行紗線性能分析，將試樣統一編號，并測試混紡紗線密度、捻度，結果見表2。由表2 可以看出，各混紡紗的實測線密度與設計線密度（30 tex）較接近，其線密度偏差較小，紗線的捻度值基本符合設計紗線參數范圍。

表2 紡制的幾種紗線規格參數

不同混紡比紗線的強伸性能見圖2。

圖2 不同混紡比紗線的強伸性能

由圖2 可以看出，隨著牦牛絨纖維含量的增加，優可絲/牦牛絨混紡紗的斷裂強度呈現逐漸降低的趨勢，而斷裂伸長率先呈現明顯增大，在混紡比為30/70 至40/60 時逐漸降低，隨后又呈較緩慢增大。由于短纖維紗線的拉伸斷裂主要表現為纖維之間的相互滑移，因此隨著混紡紗中牦牛絨纖維含量的增加，混紡紗的斷裂強度呈現下降趨勢。牦牛絨纖維的加入改善了混紡紗的伸長率。這是由于牦牛絨纖維和優可絲纖維的強伸性能差異較大，拉伸過程中斷裂伸長率小的優可絲纖維會先斷裂，最后整個力會轉移到牦牛絨纖維上[12］，因此牦牛絨纖維的含量增加會導致紗線斷裂強度降低、斷裂伸長率增大。綜上分析，若需總體上改善混紡紗的強伸性能，則牦牛絨纖維的含量要在30%左右。

2.4 不同混紡比紗線的毛羽

不同混紡比紗線的毛羽H值測定結果見圖3。

圖3 不同混紡比紗線的毛羽H 值測定結果

從圖3 可以看出，純牦牛絨紗線和純優可絲紗線的毛羽H值均高于混紡紗，表明兩種純紡紗線的毛羽較多。當牦牛絨纖維含量由0~30%逐漸增加時，混紡紗的毛羽H值呈下降趨勢，此時優可絲纖維含量占主要部分，雖然纖維長度長，整齊度好，但纖維表面光滑，牦牛絨纖維的加入，增加了纖維之間的摩擦力，影響了混紡紗內纖維間的抱合力；當牦牛絨纖維含量由30%逐漸增加時，混紡紗的毛羽H值又呈上升趨勢。這是因為牦牛絨纖維本身較短，短纖維量增加，紗線表面的浮游毛羽數量增多。因此，牦牛絨纖維與優可絲纖維混紡比為30/70 時，這兩種纖維性能的互補作用達到較佳狀態，毛羽H值出現低谷[13］。

2.5 不同混紡比紗線的條干性能分析

不同混紡比紗線的條干性能測試結果見表3。

表3 不同混紡比混紡紗的條干性能指標

由表3 可以看出，相對于純牦牛絨紗線來說，隨著牦牛絨纖維含量的減少、優可絲纖維含量的增加，紗線的棉結、粗節、細節都有明顯降低，這可能是因為優可絲纖維較長而均勻，平行伸直度好，與牦牛絨纖維混和后，兩種纖維牽伸時的變速點也較集中，牽伸后纖維的頭端移距與正常移距產生的偏差減小，從而顯著降低了粗節和細節。

在混紡紗中，牦牛絨纖維比優可絲纖維長度短，且長度不勻率較高，是條干惡化的主要因素。對于牦牛絨優可絲混紡紗而言，兩種纖維本身性能具有差異，包括纖維之間摩擦力的大小、浮游纖維長度、纖維浮游區大小等，在牽伸過程中導致變速點的離散性大，使牽伸引起的附加條干不勻變大[14］。

2.6 紗線的綜合性能評價

模糊綜合評價是一種應用于綜合決策的數學工具，利用模糊變換原理可以對多因素事件做出綜合評價[15］40。由于紗線的各項測試指標與紗線綜合性能之間存在一定的模糊關系，可利用模糊綜合評價對紗線的綜合性能進行分析，評定結果數值越大，表明紗線的綜合性能越好，為織物的設計與開發提供參考。

將混紡紗的斷裂強度、斷裂伸長率、條干CV、毛羽H值、棉結5 個因素進行綜合考慮和全面評價，運用模糊數學綜合評價方法，將試驗測得的客觀數據和主觀評價相結合進行紗線綜合性能的綜合評價。

2.6.1 確定評語集與模糊矩陣R

通過對紗線測試指標的分析，建立因素集U，U=｛U1，U2，U3，U4，U5｝，其中U1為斷裂強度，U2為條干CV，U3為斷裂伸長率，U4為毛羽H值，U5為棉結，即U=｛斷裂強度，條干均勻度，斷裂伸長率，毛羽H值，棉結｝。

5 種不同混紡比紗線編號集表示為V=｛2#，3#，4#，5#，6#｝。紗線各項性能測試見表4。

表4 紗線各項性能匯總表

為了消除各指標的量綱和數量級上存在的差異，一般通過標準化處理原始數據將數據都壓縮到[0，1］閉區間內。一般采用的標準化處理方法有極差標準化，標準差標準化和均值標準化。本研究采用的是極差標準化，對于斷裂強度、斷裂伸長率，其測試值越大越好，按公式（1）計算，對于條干CV、毛羽H值、棉結，其測試值越小越好，按公式（2）計算。

建立模糊評價矩陣R，R滿足

根據表4 中紗線的各項性能測試結果，分別代入公式（1）、公式（2）得模糊關系矩陣如下：

2.6.2 確定權重向量

權重向量是指評語集上的一個模糊子集。在模糊綜合評價中，各評語因素對評價結果的影響程度，需結合實際確定合適的權重向量[16］。為找出最優的混紡比例，進而驗證混紡紗的可織性，依據專家經驗采用主觀賦權法確定權重，對具體的5 項 因素權重分配依次為0.364，0.151，0.203，0.166，0.116，并確定權重集A=｛0.364，0.151，0.203，0.166，0.116｝。

對于模糊綜合評價計算，根據綜合評判B=A×R，求出某綜合評價集合B。

對于模糊矩陣Rij，將它計算得到一致性指標CI，查表得到同階平均隨機一致性指標RI，最終計算得到一致性比率CR。當CR=CI/RI<0.1，通過一致性檢驗，即權重向量的分配是合理的[15］44。對B進行一致性檢驗，求得此矩陣的最大特征值λmax=5.362 4，得CI=（5.362 4-5）/（5-1）=0.090 6，在平均隨機一致性指標系數（RI）表[15］42中，查得當時階數為5 時對應一致性指標RI=1.12，一致性比率CR=0.090 6/1.12=0.080 9<0.10，一致性檢驗符合，分配合理。

通過最終對矩陣B的計算結果進行混紡紗紗線性能的綜合分析，其值越大說明紗線的綜合性能越好。因此5 種混紡紗的綜合性能從優到差依次為3#、4#、2#、5#、6#。

可以看出，綜合性能最好的是3#，根據模糊數學分析基本可得出牦牛絨優可絲混紡紗的綜合性能隨著牦牛絨纖維含量的增加而降低，與前面分析基本一致。

綜上所述，牦牛絨/優可絲混紡比為30/70 的混紡紗綜合性能最好。

2.7 織物的性能測試

2.7.1 織物的制備與基本規格

為驗證紗線的可加工性，對最優3#混紡紗進行1+1 羅紋織造，并與7#和1#進行對比可知，3種織物的外觀有明顯顏色差異，顏色最深的為純牦牛絨織物，顏色最淺的為純優可絲織物，織物的規格見表5。

表5 各種織物的規格

由表5 可以看出，相同工藝下3 種織物的厚度、橫密和縱密變化較小，由于兩種纖維的密度不同，相同條件下織物的單位面積質量有較大差別，純優可絲織物單位面積最大，純牦牛絨織物則最小。

2.7.2 織物基本性能測試

織物厚度直接影響織物表面的透氣性，進而影響穿著舒適性。由于3 種織物的厚度差異較小，基本可忽略該因素對透氣性、頂破強力、柔軟性的影響，3 種織物的基本性能測試結果見表6。

表6 織物基本性能測試表

由表6 可以看出，3#混紡紗針織物的透氣性為最優，頂破強力為299.47 N，略低于純優可絲織物，符合GB/T 22848—2022《針織成品布》中頂破強度不小于150 N 的質量要求；柔軟性居于中間，比純牦牛絨織物的柔軟性要好，比純優可絲織物的柔軟性要稍差。

綜合織物的透氣性、頂破強力、柔軟性來看，混紡紗織物的性能優于其他兩種純紡織物，說明紡制的牦牛絨/優可絲混紡比為30/70 紗線具有良好的可加工性，可進行批量生產。

3 結論

（1）牦牛絨優可絲混紡紗具有工藝上的可行性。隨著牦牛絨纖維含量的增加，牦牛絨優可絲混紡紗的性能總體呈現逐漸降低的趨勢，在牦牛絨含量30%時，混紡紗的強伸性能最好。

（2）混紡紗的條干均勻度總體上比純牦牛絨紗線好，在牦牛絨纖維含量為20%~30%時條干均勻度最好，尤其是在牦牛絨纖維含量為30%時混紡紗中的棉結、粗節、細節情況較好，毛羽數總體上最少。

（3）通過模糊綜合評價法，計算出牦牛絨/優可絲最優混紡比為30/70，此時混紡織物的透氣性、頂破強力、柔軟性均較好，具有一定的織物可加工性。

總之，牦牛絨優可絲混紡紗和織物的加工是可行的，織物性能符合服用面料的基本要求。未來可根據生產用途或穿著需要，更好地發揮兩種纖維的優勢，提升混紡產品的附加值。