棉条连续张力丝光技术

　　MercerJohn于1851年发明了一种可改变棉织物、纱线或纤维性能的方法，并申请了。该方法中，使用浓烧碱（25％质量分数）处理棉织物、纱线或纤维，随后用酸进行中和，再用水清洗。经该方法处理后，棉的性能可在后续湿加工或水洗工艺得以*保持。原棉天然扭曲减少，横截面由扁平的腰子形变成椭圆形，表面变得光滑。此外，强力有所提高，对染料的亲和力也有很大改善。
　　
　　Mercer认为对染料亲和力的改善是他这个发明zui大的贡献。该工艺的缺点是纤维长度会缩短，zui高可达18％，该现象随着纤维直径的增大而越明显。对于本不是很长的纤维，长度的缩短限制了Mercer发明的这个工艺的商业化应用。该工艺现在被称为苛化作用、无张力丝光或松式丝光（该名称较常见）。
　　
　　1889年，Lowe发现，如在苛化处理和中和处理过程中能够阻止纤维收缩，可使处理后的纤维横截面变为圆形。这也可以提高纤维对染料的亲和力，同时提高了纤维强力。与Mercer工艺不同的是，在处理过程阻止纤维收缩提高了纤维的光泽度。Lowe的发现扩大了Mercer苛化工艺的用途，并使之成为今天*的真正的丝光工艺，即在张力下进行丝光。
　　
　　在苛化处理和水洗过程中要求保持张力，这一点限制了张力丝光在纱线和织物中的应用。在很长一段时间中，认为棉纱线或织物的丝光，其处理效果不够均匀。原因之一是浓碱液不能*渗透结构紧密的机织物，以及高捻度纱的中心。这与烧碱液的黏度高，以及棉在碱液中的高度溶胀有关。棉纤维的高度溶胀使织物结构变得致密，从而影响试剂的渗透。
　　
　　由于上述原因，那些暴露在表面的纤维其处理效果较纱线内部的纤维效果好。另一个因素与纱线的几何形态（即纱线结构）有关。一根纱线中的各纤维并不固定占据某个径向位置，而是由外向内分布，有部分突出在纱线表面。因此，当拉伸时，所有纤维的伸展程度并不*相同，靠近表面的纤维，其伸展程度稍逊于近内芯的纤维。
　　
　　丝光处理的不均匀会导致染料上染的不均匀，从而对织物外观产生影响。例如，对于深色织物，在使用过程中会起霜花，这是由于表面染色较深的纤维会因穿着磨损或洗涤而受损，露出位于内部的染色较浅的纤维。
　　
　　如果以棉条形式进行丝光处理，有可能避免上述因纱线结构和碱液在紧密结构的纱线和织物中渗透性差而产生的问题。棉条在有张力条件下的丝光，较纱线或织物困难，因为要在整个工艺过程中控制好纤维以防止收缩是比较困难的。
　　
　　Kim等报道了棉纤维的张力丝光系统。在该系统中，粗棉纱依次通过一系列直径不断增大的从动辊。之所以如此安排辊筒，是为了使设备夹持的长度与纤维长度相同。该系统的缺点是，要在处理和水洗阶段将所有纤维的长度保持在相同的程度是比较困难的，同时需根据纤维长度调节辊筒间的距离。
　　
　　澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）材料科学与工程（前身是CSIRO纺织和纤维技术）研究所发明了可对棉条进行连续丝光而无纤维收缩的工艺。系统如图I所示，棉条放在两条连续的传送带之间，在处理和水洗浴中，通过一系列小直径的辊筒传送。制备传送带的材料可耐浓碱液，略有弹性，迂回绕行于辊筒间。

　　
　　传送带呈开孔式结构，使烧碱液可渗透进棉条，同样，在水洗过程中从纤维处被洗除，进而被酸中和。传送带系统中依靠出布端（C处）的一对驱动辊牵引，由此产生的张力被反馈回进布罗拉（A处）。传送带的张力，以及它们在辊筒处左右交替弯曲对棉条产生挤压力，由此在纤维和两根导带问产生摩擦，阻止纤维在丝光液中收缩。轧点（B处）将多余的丝光碱液挤压出棉条，并在进入水洗前返回处理浴。
　　
　　为避免水洗过程中发生收缩，棉条通过水洗浴时也要保持被挤压状。为提高去碱效率，一道新鲜水自水洗池出口处逆流而上。水洗阶段，烧碱浓度降到使纤维发生收缩的水平之下。棉条在出布辊（C处）之后并不一定要保持张力。
　　
　　棉条在一道稀醋酸浴中（pH值维持5）中和残留的碱。处理后的棉条经zui后一道水洗后烘干。
　　
　　该方法避免了经向收缩，棉纤维的横截面发生溶胀，从扁平状变为圆形，获得丝光棉应有的特性。
　　
　　系统中使用导带，如图1所示，较之仅使用辊筒效果更好，这样辊筒之间的距离不再*取决于纤维长度。这是因为纤维和导带问的摩擦使得各纤维的两端无需为避免收缩而被夹住。研究发现，当辊筒间的切向距离接近棉纤维长度（约2．5cm）时，纤维的拉伸可达4％，可使棉纤维光泽zui大化。纤维拉伸超过4％后，强力会降低。
　　
　　处理实例
　　
　　澳大利亚产的5ktex棉条用图l所示装置处理。丝光液组成为21．4％烧碱液，7g/LLeophenMC（润湿剂，BASF公司）。烧碱液和水洗浴的温度低于1OoC。导带速度设定在可以使棉条在烧碱浴中浸渍40s。棉条按上述丝光、水洗、中和和烘干工艺进行丝光处理。
　　
　　对比样的棉条用同样的烧碱液和润湿剂处理，工艺流程同上，只是处理过程中棉条呈*松弛状态。
　　
　　烘干后对棉条进行测试发现，张力丝光处理样较对比样更有光泽。这与扫描电镜的结果（图2）相符。图2显示，与对比样相比，张力丝光处理样更有光泽，扭曲少，更圆润。

　　
　　图2中纤维外观的变化与图3和图4中纤维横截面的变化一致。

　　
　　图3中，未处理棉纤维呈典型的椭圆形，大多数情况下是由于细胞腔内未充满所致。图4为采用松式丝光和采用CSIRO连续张力丝光处理棉纤维的扫描电镜。两种情况下，处理纤维比未处理更圆润饱满，而张力丝光处理的棉纤维与松式丝光样相比，原型横截面的比例高。纤维形状的变化增加了光泽度。
　　
　　测定了未处理和处理棉条的纤维长度、断裂强力和断裂伸长，结果见表1

　　
　　由表1可以看出，采用松式丝光处理的纤维收缩很大，长度缩短，而张力丝光的纤维由于传统带的约束而阻止了长度的收缩。这使的得纤维长度实际上没有变化，或者对于这个样品，还略有增加。尽管两种处理方式下，短纤维指数都有提高，但松式丝光纤维的提高度较张力丝光大。松式丝光棉纤维的断裂强力和张力丝光接近，均较未处理样有明显提高。这些变化是由于纤维洁净度下降所致，导致纤维生长过程应力得到松弛。张力丝光纤维的断裂伸长较未处理样略高；松式丝光后，断裂伸长有较大增加。这主要是由于烧碱丝光时棉纤维收缩大引起的。
　　
　　马克隆尼值是一项气流测试结果，一定质量的样品压缩后放入特定容量带孔的盒子里，强制通过的气流穿过样品时，气流收到阻力与纤维的线密度成正比，它反应的是纤维细度和成熟度。尽管这并不是测试该两个参数的方法，但被工业届广泛用于指示纤维质量，尤其是纺纱性能。表1中的马克隆尼值显示，与未处理样相比，纤维经松式丝光和张力丝光处理后，该值均有增加。这是由于纤维横截面由未处理时的扁平腰子形为圆形横截面而使比表面积变小。松式丝光棉纤维的马克隆尼值较高是因为长度收缩而使纤维变粗；张力丝光棉纤维的长度未有增加是由于传送带的限制而阻止了纤维收缩。
　　
　　初步试验结果表明，ＣＳＩＲＯ棉条张力丝光处理工艺对棉的纺纱性能没有负面影响，除了去除棉蜡质。与维处理相比，张力丝光处理的棉用活性染料标准染色法染色后，吸进率更高，纤维光泽提高，色泽更加深浓。
　　
　　上述只是对单根棉条进行了试验，可以设想，如果用更宽的辊筒和传带，可同时对多根棉条进行处理。结论
　　
　　ＣＳＩＲＯ技术在张力下对棉条进行连续丝光，可防止纤维收缩，优点与丝光的纱线和织物相似。
　　
　　棉条丝光工艺还具有以下优点：
　　
　　由于纤维长度增加，可减少梳理时纤维断裂，以及纺纱时的纱线断裂。
　　
　　与传统的纱线和织物丝光工艺相比，张力丝光纺纱后外层和芯层的纤维处理效果均匀，染色深度更佳，减少因表面磨损而产生的霜花。
　　
　　目前，由棉和动物纤维如羊毛的混纺织物，不能进行丝光，因为角蛋白不耐浓碱液，而采用该棉条形式进行丝光，可生产由丝光棉与羊毛或其他不耐碱的纤维混纺的新产品。
　　
　　（来源：印染）