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岳鑫敏, 王春红, 王利军, 白肃跃, 贾瑞婷, 王莹. 乌拉草/棉纱线性能的模糊综合评价. 草业科学, 2016,33(5):996-1001
Yue Xin-min, Wang Chun-hong, Wang Li-jun, Bai Su-yue, Jia Rui-ting, Wang Ying. Fuzzy and comprehensive evaluation on performance of blended yarn with different ratios of Carex meyeriana and cotton . Pratacultural Science,2016,33(5): 996-1001  
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乌拉草/棉纱线性能的模糊综合评价
岳鑫敏, 王春红, 王利军, 白肃跃, 贾瑞婷, 王莹
天津工业大学纺织学部,天津 300387
王春红(1980-),女,吉林桦甸人,副教授,博士,研究方向为天然纤维提取及天然纤维复合材料的研究。E-mail:[email protected]

第一作者:岳鑫敏(1989-),女,河北石家庄人,在读硕士生,研究方向为天然纤维的开发及研究。E-mail:[email protected]

收稿日期: 2015-12-08
基金: 天津市自然科学基金重点项目(11JCZDJC22300); 中国纺织工业协会科技指导性项目(2008026)
摘要

为了综合评价乌拉草( Carex meyeriana)/棉纤维混纺比对纱线性能的影响,以利于乌拉草在纺织服装上的应用。本研究以纱线断裂强度、断裂伸长率、毛羽、条干、细结、粗结、棉结为性能评价指标,采用模糊综合评价方法对乌拉草/棉纤维质量配比为12/88、25/75、37/63、46/54的4种不同混纺比纱线性能进行了综合评价。结果表明,模糊综合评价得到4种混纺比的隶属度分别为0.370 5、0.238 6、0.210 4和0.180 5,即乌拉草纤维的含量越低,纱线的综合性能越优, 所以4种不同质量配比中12/88的乌拉草/棉混纺纱性能最优,且试验得到25/75、37/63的乌拉草/棉混纺纱性能接近。因此对于不同的要求,可以选择不同的乌拉草/棉混纺比,试验结果为乌拉草纤维在纺织服装上的应用提供了依据。

关键词: 乌拉草纤维; 模糊综合评价; 混纺比
中图分类号:S561 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2016)5-0996-06 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0507
Fuzzy and comprehensive evaluation on performance of blended yarn with different ratios of Carex meyeriana and cotton
Yue Xin-min, Wang Chun-hong, Wang Li-jun, Bai Su-yue, Jia Rui-ting, Wang Ying
School of Textiles, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China
Corresponding author: Wang Chun-hong E-mail:[email protected]
Abstract

To comprehensively evaluate the influence of different ratios of Carex meyeriana and cotton on yarn properties and encourage the C. meyeriana to applicate textile garments, this study used the method of fuzzy and comprehensive evaluation to evaluate the yarn properties of 12/88, 25/75, 37/63, 46/54 ratios of C. meyeriana and cotton by measuring the fracture strength, elongation at break, hairiness, the evenness, knots, slubs, neps. The results of this study showed that the membership degrees of four different blended ratios were 0.370 5, 0.238 6, 0.210 4, and 0.180 5, respectively. indicating that lower C. meyeriana content was beneficial to the yarn’s comprehensive performances, in which the yarn properties of C. meyeriana/cotton 12/88 was the best in the four different blended ratios. The yarn properties of 25/75, 37/63 blended ratios were similar. Different C. meyeriana/cotton blended ratio could be chosen with the different demands. These results provide the basis for C. meyeriana fibers’ application in textile garments.

Keyword: Carex meyeriana fibers; fuzzy and comprehensive evaluation method; blended ratios

乌拉草(Carex meyeriana)富含纤维, 约50%[1], 其纤维是具有保暖抑菌效果的天然植物纤维[2]。近年来乌拉草的研究较多, 但多集中于纤维的提取, 而对所提取的纤维的进一步研究一直处于空白。因此, 制备乌拉草纤维纱线并研究其纱线性能将使乌拉草纤维在纺织服装领域的应用得到拓展, 进而充分发挥乌拉草的有益功效。乌拉草纤维具有长度长、吸湿透气性好、抑菌、保暖的优异性能[3], 但是该纤维具有刚性大、不易弯折的缺点, 制备的纱线毛羽多, 不易于进一步深加工。

新型的纺纱技术能够改善传统环锭纺带来的纱线条干不匀、毛羽多等缺点。赛络纺技术将两根粗纱经过牵伸加捻形成细纱, 纱线具有强力高、毛羽少的优点[4]; 紧密纺通过减小或消除加捻三角区, 而使纱线具有强力高、毛羽少的优点, 但是紧密纺的纱线条干改善程度不大[5]; 转杯纺利用气流的作用, 可以直接将条子变为细纱, 而不经过粗纱程序, 缩短了工艺流程, 且制备的纱线条干均匀度好、毛羽少、纱线弹性好, 但是纱线强力相对有所降低[6]。预试验发现, 赛络纺、紧密纺、环锭纺的纱线毛羽比转杯纺多, 考虑到乌拉草/棉纱线的服用性能, 所以在理论与实践的基础上, 本研究采用转杯纺制备乌拉草/棉纱线。

纱线的综合性能由多个指标构成:断裂强度、断裂伸长率、毛羽、条干、细结、粗结、棉结, 这些指标与综合评价结果之间的关系属于模糊关系[7]。而模糊综合评价能够将定性评价转化为定量评价, 能够有效地评价关系复杂的系统[8], 在纱线性能研究领域, 已有用模糊数学解决相关问题的案例[7, 9]。本研究采用模糊数学理论, 研究纱线性能的综合评价方法, 探索较优的乌拉草/棉纱线混纺比, 以期为乌拉草纤维纱线的进一步深入研究提供有益的参考。

1 材料与方法
1.1 材料

乌拉草纤维, 由天津工业大学提供, 经过化学加生物法脱胶得到; 棉纤维, 天津天纺投资控股有限公司北洋纺织分公司提供, 属于长绒棉。原料的各项基本性能如表1所示。

1.2 试验设计

根据预试验效果, 当乌拉草纤维含量太多时, 由于抱合力差、纤维较粗的缘故, 纱线将很难纺出, 因此设计4种乌拉草/棉的不同混纺比例, 分别为12/88、25/75、37/63和46/54。由于乌拉草纤维的长度较长, 因此首先将其剪成40 mm长; 然后与棉纤维经过XFH型小和毛机(天津嘉城机电设备有限公司)的分别开松及混和开松; 经过罗拉式梳理机(天津工业大学自制)的两遍梳理, 以提高纤维网的均匀度; 再经过DSSr-01小型数字式并条试验机(天津市嘉城机电设备有限公司)的两次并条制备为熟条; 最后经过JFC-1601型数字式小样转杯纺纱机(天津市嘉城机电设备有限公司)纺制为细纱。其中纱线的细度均为30 tex, 捻度为每10 cm 80捻。

表1 原料的基本性能 Table 1 The basic properties of raw materials
1.3 指标测定及方法

依据ASTM D2256-02[10]、FZ/T 01086-2000[11]、GB/T 3292.2-2009[12]分别测试了纱线的拉伸性能、毛羽、条干、细结、粗结、棉结。其中拉伸测试样20个, 隔距为250 mm, 拉伸速度为500 mm· min-1。毛羽测试样5个, 每个试样测试10 m, 测试速度为50 m· min-1。条干测试样3个, 每个试样长度为100 m, 测试速度为200 m· min-1。

1.4 数据分析方法

首先采用SPSS 19.0对所测数据进行统计分析, 用平均值和标准误差测定结果, 对不同混纺比进行单因素方差分析, 并用Duncan法对各测定数据进行多重比较。

再对纱线性能进行模糊综合评价:

①设定指标集U={断裂强度, 断裂伸长率, 3 mm以上毛羽指数, 条干, 细结, 粗结, 棉结}, 其中断裂强度、断裂伸长率为偏大型指标, 即数值越大结果越好; 3 mm以上毛羽指数、条干、细结、粗结、棉结属于偏小型指标, 即数值越小结果越好。

rij= xij∑i=14xij(i=1, 2, 3, 4; j=1, 2, …, 7)(1)

rij= 1xij∑i=141xij(i=1, 2, 3, 4; j=1, 2, …, 7) (2)

式中, rij表示第i种混纺比对应的第j个指标值占4种混纺比对应的第j个指标值总和的比例, xij表示第i种混纺比对应的第j个指标值。根据式(1)、(2)分别建立偏大型、偏小型指标的评判矩阵。得到单指标评判矩阵R=(rij)4× 7。

②采用客观赋权法-离差最大化法[13]确定各指标的权重(wj)。这种方法能够充分利用已知的客观信息, 具有简单、直观、便于计算、决策科学合理等优点, 其算法见式(3), 计算后得到各指标的权重表示为W=(w1, w2, w3, w4, w5, w6, w7)。

wj= ∑i=14∑k=14|rij-rkj)∑j=17∑i=14∑k=14|rij-rkj)(3)

③按照公式(4)对单指标评判矩阵(bi)和各指标的权重均衡兼顾, 得到综合评判矩阵B=(b1, b2, b3, b4)

bi= ∑j=17wjrij(i=1, 2, 3, 4)(4)

④根据隶属度最大原则, 综合评价不同的混纺比得到的纱线性能的优劣[14]。

2 结果
2.1 不同混纺比得到的纱线性能测试结果

不同混纺比得到的纱线性能如表2所示。其中纱线的断裂强度随着乌拉草纤维含量的增加呈现显著降低的趋势, 不同混纺比之间差异显著(P< 0.05); 断裂伸长率随着乌拉草纤维含量的增加呈现增大的趋势, 在乌拉草纤维百分含量为46%时, 断裂伸长率显著大于其余混纺比; 3 mm以上毛羽指数随着乌拉草纤维含量的增加呈现先增大后减小再增大的趋势, 在乌拉草纤维百分含量为37%时, 纱线3 mm以上毛羽指数最小; 条干均匀度随着乌拉草纤维含量的增加呈现增大的趋势, 尤其当乌拉草纤维百分含量由12%增加到25%时, 纱线的条干均匀度增加了35.73%; 纱线细结随着乌拉草纤维含量的增加呈现增多的趋势, 当乌拉草纤维百分含量达到37%时, 纱线细结的增加趋于缓和; 纱线粗结和棉结均是随着乌拉草纤维百分含量的增加呈现先增大后减少的趋势, 在乌拉草纤维百分含量为37%时, 纱线粗结和棉结达到最大值, 显著多于其它比例的。

2.2 不同混纺比得到的纱线性能的模糊综合评价

根据公式(1)和(2)得到单指标评判矩阵(表3)。将数据代入公式(3)得到各指标的权重为W=(0.111 03, 0.079 10, 0.170 68, 0.062 79, 0.273 66, 0.177 22, 0.125 53)。其中断裂强度、毛羽、细结、粗结、棉结对应的权重数值较大, 反映出这5个指标在纱线性能中起到比较重要的作用, 即不同的混纺比对于纱线的断裂强度、毛羽、细结、粗结、棉结的影响较大。

根据公式(4)对单指标评判矩阵和各指标的权重均衡兼顾, 得到综合评判矩阵B=(0.370 5, 0.238 6, 0.210 4, 0.180 5)。

表2 不同混纺比纱线性能 Table 2 The properties of blended yarns with different C. meyeriana/cotton
表3 不同混纺比单指标评判矩阵 Table 3 Single index evaluation matrix of different blended ratios

根据隶属度最大原则, 4种混纺比中, 乌拉草/棉为12/88混纺比的纱线性能最好, 其后依次为25/75、37/63和46/54。其中乌拉草/棉质量配比为25/75的纱线与37/63的纱线性能较为接近。

3 讨论与结论

乌拉草纤维具有保暖抑菌的功效, 而目前关于乌拉草的研究主要集中在其抗菌成分的提取和性质研究, 以及乌拉草纤维的提取研究, 进一步研究仅限于将乌拉草秸秆经过简单机械处理后将其作为填充层以发挥其有益的保健作用[15, 16]。制备出的乌拉草产品的应用具有一定的局限性, 为一次性产品。本研究对化学加生物脱胶制备的乌拉草纤维进行了进一步研究, 在考虑到乌拉草纤维刚性大、粗硬的前提下, 将其与传统棉纤维进行混纺, 制备乌拉草/棉纱线。鉴于转杯纺为利用气流的作用进行纺纱, 对原料本身的性能要求不高, 所纺纱线具有条干均匀、毛羽少的优点[17], 因此采用转杯纺对乌拉草/棉纱线进行纺制。

纺织服装对于纱线拉伸性能的要求是:纱线的断裂强度及断裂伸长率越大越好。但往往混纺纱线的这两个性能不会在同一混纺比下都处于最优的水平, 这与纤维本身的性能及纱线结构有很大关系[18]。对于乌拉草/棉纱线, 其纱线拉伸性能与纤维本身的性能及纤维之间抱合力均有主要的关系。乌拉草纤维的断裂强度、断裂伸长率随着乌拉草纤维含量的增加分别呈现降低、增大的趋势(表2), 主要是因为乌拉草纤维的断裂强度小于棉纤维, 随着乌拉草纤维含量的增加, 具有较高断裂强度的棉纤维含量减少, 加之纤维之间的抱合力变差, 因此纱线的断裂强度降低[19, 20]; 随着纤维之间的抱合力变差, 纱线在承受拉伸力作用时, 纤维之间更容易产生滑移, 因此随着乌拉草纤维含量的增加, 纱线的断裂伸长率增加[21]。

在乌拉草纤维含量小于25%时, 纱线的毛羽、条干、细结、粗结、棉结均呈现较明显的增大趋势, 主要是因为乌拉草纤维本身较粗硬、粗细均匀度差、抱合力差, 当乌拉草纤维含量较低时, 在棉纤维的带动下, 经过分梳辊, 乌拉草纤维能够较均匀地分散在棉纤维中, 成纱时乌拉草纤维的缺陷均匀分布于纱线中(图1a), 因此随着乌拉草纤维含量的增加, 纱线的毛羽、条干、细结、粗结、棉结随之增大; 在乌拉草纤维含量为37%时, 纱线的毛羽出现降低的趋势, 而纱线的条干、细结、粗结、棉结都是呈现大幅度增加, 主要是因为随着乌拉草纤维的增多, 抱合力的变差, 纤维经过转杯纺的分梳辊时, 乌拉草纤维没有被很好地分离、分散, 导致纱线出现较多的粗结、棉结, 这些粗结、棉结将乌拉草纤维包裹起来, 而使得纱线毛羽有所降低(图1b); 当乌拉草纤维含量增加到46%时, 少部分乌拉草纤维得到有效地分散, 大部分乌拉草纤维仍以粗结、棉结的形式呈现出来(图1c), 此时得到有效分散的乌拉草纤维以毛羽的形式裸露出来, 而出现粗结、棉结的地方, 又将乌拉草纤维包裹起来, 所以此时纱线的毛羽重新增多, 纱线的粗结、棉结数相比于37/63混纺比的纱线有所减少, 但是较12/88和25/75混纺比的纱线有很大幅度的增加。

由模糊综合评价结果可以看出, 此方法可以较客观地评价纱线的综合性能。当乌拉草/棉的质量比例越低时, 其纱线的综合性能越好, 其中乌拉草/棉质量比为37/63的纱线在毛羽及条干方面呈现出一个特殊点, 即纱线的毛羽最低。综合评价结果显示, 乌拉草/棉质量比为37/63的纱线和46/54的纱线的综合性能接近。本研究结果可为纱线的进一步研究及应用提供一定的参考价值。

图1 不同乌拉草/棉混纺比纺纱Fig.1 Yarns of different Carex meyeriana /cotton ratios

The authors have declared that no competing interests exist.

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