|
|
||||
|
说明: 生产率为300kg/小时。 XI. 商业化生产LINTMASTERTM开棉/清棉机通常用于煮漂前对原棉的预清理。表VII的数据是加工了20,000磅纤维得到的数据。 表 VII. LINTMASTERTM开棉/清棉机
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 产品性能 | 加工前 | 加工后 |
| 棉结含量 | 291 | 247 |
| 非短绒杂质含量(%) | 0.6 | 0.2 |
| 清棉效率(%) | 70 | |
| 短纤率(%) | 1.3 | 1.2 |
| 纤维长度(英寸) | 1.05 | 1.08 |
从上面数据可看出，LINTMASTERTM开棉/清棉机可以在保持清棉效率为70%的情况下减小棉结含量。同时也可以降低短纤含量，保证得到高的平均纤维长度。
这种加工过程及其漂白棉花产品由Barnhardt制造公司以High-Q(TM)棉的名称进行商业推广。
XII. 纤维整理和测试
把漂白棉纤维作为非织造产品原料时，选择恰当的纤维整理方法就成为必需。漂白过程去除了纤维的很多天然物质，因此漂白棉的纤维与纤维之间的摩擦力更大。为了让漂白棉纤维能够在运转速度很高的成网机器上被顺利加工，需要在纤维上添加润滑剂和抗静电剂。
多年来，不同的物质都被拿来作为整理剂，包括肥皂、甘油、吐温(山梨醇聚氧乙烯酯)，并取得了一定成功。美国棉花公司发现丁氧基乙酯硬酯酸盐(BES)可以作为纤维整理剂。这种化学品可以提供非常好的润滑性，并且不影响纤维吸水性。从毒害性来看，这种物质也是容易被接受的，这一点现在甚至比产品的物理性能更重要。这里推荐一个适用于大多数漂白棉的纤维整理剂配方系统，其中包括1.0%BES和1.0%醋酸钠。加入钠盐是为了提供抗静电性，具体见表VIII。
表 VIII. 漂白棉梳棉数据
| 纤维整理剂 (% OWF) |
醋酸钠 (% OWF) |
纤维间摩擦力(gm力) | 静电电阻系数 | 梳棉经验 |
| 无 | 无 | 2140 | 11.85 | 不能以33磅/M梳棉 |
| 2% BES | 无 | 1790 | 11.77 | 不能以33磅/M梳棉 |
| 2% BES | 1 % | 1890 | 9.96 | 可以以105磅/M梳棉 |
美国棉花公司在各种漂白工艺中对不同的纤维整理剂进行了评估，发现除了梳棉以外最有用的测试是ICI公司(1)的滑块测试法。这种方法中采用的装置见图4。下面是一个测试过程的示例。
(1)在Shirley梳棉机上通过一个450齿的梳棉装置把纤维梳理好，然后在一个旋转的圆柱形辊子上把纤维形成的网状层铺展好。为了确保样品铺展均匀一致，需要把纤维网取下来重新梳理一次。
(2)把纤维网从辊上取下来，然后取4平方英寸的样品。把取的样品放在仪器上待测。
(3) 把滑块放在纤维样品上面，再把一个2kg的砝码放在滑块上面。滑块通过一根电线和测压元件连起来。
(4)拉伸强力测试仪的牵伸速度是25mm/in，在表上把所用拉力记录下来。当表中的数据达到一个恒定值时这时的拉力就是摩擦力，以克表示。
(1) 帝国化学公司。这个方法是基于ANSI/ASTM D 1894-78塑料薄膜和薄片的静摩擦系数和动摩擦系数标准测试方法而建立的。
XIII. 纤维素化学
经过精炼和漂白后，棉花中99%为纯纤维素。纤维素是一种由1，4氧桥连接起来的葡萄糖酐单元组成的大分子。(图 5)葡萄糖酐单元通过β-纤维二糖连接起来；因此葡萄糖酐-β-纤维二糖就是聚合物链的基本重复单元。组成纤维素聚合物的这些连在一起的重复单元的数目称为聚合度(dp)。
表 IX. 纤维素纤维的平均聚合度
| 棉纤维素 | 聚合度 9000 - 15,000 |
| 粘胶纤维 | |
| 通常的棉纤维 | 250 - 450 |
| 高韧度的纤维素纤维 | 500 - 650 |
| 高湿模量的纤维素纤维 | 400 - 550 |
| 木浆 | 600 - 1500 |
数据来源：Joseph, M., Introduction to Textile Science, 第5版, 1986
需要注意的是木浆、年金和玻璃纸（这三种都是从木质纤维素衍生来的）也都是由纤维素大分子组成。与木质纤维素不同的是，棉纤维素具有更高的聚合度和更高的结晶度。结晶度代表了纤维大分子之间相互的靠近程度和相互平行程度。表IX列出了纤维素纤维的平均聚合度，图6显示了纤维素纤维的平均结晶度。结晶度高和聚合度高与纤维更高的强力都是相关的。
棉纤维中的纤维素分子长链相互间被氢键固定。这些氢键在相邻分子间的羟基之间建立，在纤维结晶区更加平行和紧靠的分子之间更普遍。
在纤维素分子中的纤维二糖重复单元中有三个羟基，其中一个伯羟基，两个仲羟基，这些基团都是反应性基团。这些基团在纤维素纤维的改性或通过交联进行的染色或后整理中能够发生取代反应。
羟基也是水分子的主要吸收基团。直接吸附水通过氢键被牢固地化学吸附在羟基上。
尤其值得注意的是纤维素纤维的强力因其含水率的不同而不同。通常来说，再生纤维素纤维或衍生纤维素纤维的强力都随含水率的增加而降低。相反，棉纤维的强力则随含水率的增加而提高。这两类纤维的不同性能被认为是在纤维素分子链之间的氢键结合以及纤维的结晶度不同引起的(表X, XI)。
表 X. X-射线衍射法测定纤维素纤维的平均结晶度
| 纤维 | 平均结晶度 |
| 棉 | 73 |
| 粘胶纤维(通常) | 60 |
| 木浆 | 35 |
数据来源: Shirley研究所
表 XI. 纤维强度(g/tex)
| 纤维 | 干 | 湿 |
| 棉 | 27 - 45 | 30 - 54 |
| 粘胶纤维(通常) | 22 - 27 | 10 - 14 |
| 涤纶 | 27 - 54 | 27 - 54 |
热塑性纤维在高温下发生熔融，在低于聚合物熔融点的温度下有一个玻璃化转变温度（Tg）。在玻璃化转变温度时，热塑性纤维变得很脆并失去弹性。棉不是热塑性纤维，因此没有玻璃化转变温度，即使在很高的温度下也能保持弹性。在高温下棉纤维不发生熔融，而是发生降解。在长时间暴露在高于300℉的温度下，棉纤维会逐渐降解，温度高于475℉时棉纤维将迅速分解。
XIV. 棉花独特的纤维形态
图7是一根成熟棉纤维的结构示意图，包括6部分。
1. 表皮层是纤维最外面象蜡一样的一层，含有果胶和类蛋白质物质。它给纤维带来光滑防水的表面，保护着纤维。这一层在精炼时被去除。
2. 初生胞壁是原始的细胞壁。它是主要由微原纤（纤维素的细小的集束）网络组成的纤维素。这一层形成了纤维内部排列整齐的连续的细毛细管。我们都知道细的毛细管会从粗毛细管中夺取液体。棉纤维良好的擦干性能就是由每一根棉纤维中细的表面毛细管带来的。
3. 卷绕层是次生加厚的第二层（也叫S层）-在结构上它既不同于初生胞壁，也不同于次生胞壁的残留物。它是由原纤形成的开放式网状结构，网状结构中原纤与纤维轴向呈40-70度排布。
4. 次生胞壁由同心的纤维素层组成，构成了棉纤维的主要部分（也称为S层）。当纤维生长到尺寸最大时，在次生胞壁上会增加一层新的纤维素。原纤以与纤维长度方向成70-80度的角度以相反的方向沉积下来。原纤之间排列很紧密，形成许多小的毛细管。
5. 中腔壁是把中腔和次生胞壁分开的一层，它比次生胞壁更耐化学试剂的作用（也称为S层）。
6. 中腔是沿着纤维长度方向的一条中空的管道。在生长过程中中腔中充满了原生质。当纤维成熟棉铃裂开后，原生质干燥，中腔发生自然收缩，给纤维留下了一条很大的中空地带。
从整个纤维结构看，纤维的六个部分中在各中尺寸的原纤之间存在大量各种尺寸的空穴和毛细管空间。因此棉纤维可以被看作是具有各种复杂孔穴结构的精细的海绵体。这种内部结构使得棉纤维可以吸收液体和蒸气。纤维中原纤的毛细管效应可以把液体拉进毛细管，使其保留在原纤之间的孔穴中。这种结构决定了棉纤维具有芯吸效应和独特的吸水性。
棉纤维从整体看是一个扭曲的扁平带状物，其中每英寸大约有50-100个扭曲回转。纤维的一端是逐渐缩小变细，另一端则呈原纤化，与棉籽相联。这种结构保证了纤维具有柔软的手感和触感，因为棉纤维没有象化纤那样整齐的断头。
XV. 选择正确的纤维
一些高吸水的产品，如药用海绵、纸尿布、止血棉球、化妆用棉垫和粉扑等都可以用棉纤维的下脚料，如轧花废棉、梳落棉或其他工厂废棉来做。许多这种产品都是用漂白棉卷（一个很大的棉条）来加工制成的。然而这种由梳棉或气流纺形成的质轻的网状卷装产品需要织物用等级的棉纤维。在表XII中列出了推荐的纤维特性和建议的测试方法。该表中列出了用于尿布、妇女用品及防护服装和家纺产品用漂白棉花需要达到的性能标准。
表 XII. 非织造卷装产品漂白棉的性能
- 马克隆尼值：大于或 = 4.9
- 长度：大于或 = 0.95英寸
- 整齐度：大于或 = 81.0%
- 强度：大于或 = 23.0 g/tex
- 非短绒杂质含量最多0.8%(MDTA-3)
- 纤维间抱合力，最大1700克力（ICI纤维抱合力测试方法）
- 纤维蓬松度最低等于100cc/克（ITT测试方法）
由于显而易见的原因，纤维的长度和强度在生产轻质卷装产品时非常重要。然而，在一些非织造产品中，织物的良好外观比织物强力更重要，纤维的马克隆尼值就起主要的作用。一个不希望有的成分是棉结含量。马克隆尼值高的棉花在轧花时产生的棉结含量低，而且在随后的加工中也不容易形成棉结。
为了研究马克隆尼值对非织造产品性能的影响，我们通过HVI数据选择了马克隆尼值从高到低的三包棉花。测试的棉纤维性能结果见表XIII。为了得到尽量真实的马克隆尼值影响的数据，我们确保了其他纤维变量尽量一致。
表 XIII. 马克隆尼值不同的棉纤维特性
| 马克隆尼值 (毫克/英寸) |
长度 (in) |
长度整齐度 (%) |
强度 (g/tex) |
伸长率 (%) |
| 4.5 | 1.0 | 79.4 | 25 | 7.0 |
| 3.0 | 1.0 | 78.8 | 25 | 7.4 |
棉包按常规工艺在商业化的生产线上漂白，用Zellweger Uster AFIS测试仪在不同加工阶段测定棉结含量。表XIV显示了两种棉花的棉结含量对比。马克隆尼值高的棉花在漂白后棉结含量有所增加。这主要是在烘干前后纤维的蓬松阶段造成的。需要注意的是马克隆尼值低的纤维在漂白过程中和形成非织造布网的过程中棉结含量大幅提高。因此使用马克隆尼值高的棉花具有显著的好处。
表 XIV. 马克隆尼值不同对棉结形成的影响
| AFIS 棉结/克 |
||
| 样品 | 高马克隆尼值 | 低马克隆尼值 |
| 原始棉包样 | 375 | 574 |
| 机械清棉后 | 354 | 860 |
| 漂白后 | 520 | 1140 |
| 梳网后 | 540 | 2406 |
棉纤维束可以直接用于梳棉成网、气流成网或梳棉/交叉铺网，可以以不同的技术结合起来形成可用的非织造产品。在成网稳定性方面我们有一些建议如下：
A. 针刺非织造布
通常长度的棉束可以用于针刺法成网，当然纤维长度越长越好。即使棉束中纤维在长度方向无序排列，在通常的棉束中也有足够长度的纤维来形成结实的织物。在针刺法中对纤维的后处理非常重要。漂白棉需要有足够的润滑性，以免纤维受损或针头断裂。如果选择了合适的针，即使加工原棉（未漂白棉）也可以用针刺法做得很好。在针的选择上我们有以下建议：
- Foster针 - 15 x 18 x 40 x 3HDB, FBST 206-18-2B/CC
- Groz-Beckert - 15 x 18 x 40 x 3, F222 G92919
- Singer - 15 x 17 x 40 x 3 RB22, A 27/04/06 B222 PL5 0/6-4 Con.
如表XV中所示，在其他因素不变的情况下，选择马克隆尼值高的纤维可以生产出强度更大的针刺织物。
表 XV. 针刺织物性能
高和低马克隆尼值的棉花
| 纤维类型 马克隆尼值 | 马伦式顶破牢度(磅/平方英寸) | 拉伸强力(磅) |
| 高 | 33 | 15 |
| 低 | 23 | 12 |
B. 射流喷网(水刺)非织造布
射流喷网法，或称水刺法，是加工棉制非织造布很有吸引力的一种成网方法，因为这种方法能保护纤维的纯净品质，有益于生产高吸收的产品。射流喷网产品有很多特性和棉机织布类似，比如，它们都可以用传统的工艺进行染色和后整理，因为这种非织造布的强力很高。
在射流成网加工过程中需要特别重视水的过滤。美国棉花公司和Valco化学品公司、Krofta工程公司及Valmet/Honeycomb公司合作设计了新型可行的水循环系统。如果您在这方面有兴趣，我们可以提供相关资料。
C. 树脂粘合非织造布
可以通过喷涂、泡沫铺展、凹版轧压或印花的方式把水性粘合剂系统施加在纤维上形成棉纤维网络。化学品供应商可以提供具体应用的不同技术，可以根据网的种类、最终产品的性能和用途等不同来推荐不同的粘合剂。印制粘合剂的方法可以把纤维固定下来，同时又不会因为粘合剂的原因产生粗硬的手感。
D. 热熔纺非织造布
用作覆盖物的轻薄非织造布可以用棉和聚烯烃、聚酯或双组分纤维混合制作。用这些纤维时可将纤维在热压辊上热压成网。通常热压棉和聚丙烯的混纺物时需要粘合面积只是30%的带凹槽的热压辊。与典型的低温热熔合成纤维混合时未漂白棉不能有效地粘合，因为原棉表面的天然蜡阻碍了热熔时需要的粘合。增加热熔纺非织造布的棉纤维含量会减少熔融点的数量，因而降低了织物的强力。如下表所示，在覆盖用轻薄织物中漂白棉的含量为60%时织物仍能保持良好的强力性质（表XVII）。
表 XVI. 漂白棉/聚丙烯的热熔纺织物Hercules 196
| 混纺比% | 可变 |
| 重量，g/平方米 | 20 |
| 粘合面积，% | 30 |
| 速度，fpm | 100 |
| 轧辊压力，pli | 160 |
| 轧辊温度，℃ | 158 |
表 XVII. 棉与聚丙烯热熔纺织物的强力
| 纤维含量 棉/聚丙烯 |
断裂强度仪 | (g/in) 交叉仪 |
| 0/100 | 3330 | 690 |
| 25/75 | 2200 | 400 |
| 50/50 | 1300 | 280 |
| 60/40 | 1200 | 270 |
E. 缝编非织造布
Arachne和Maliwatt型经编针织机可用于生产缝编非织造布。通常，缝编非织造布要用长丝型纱线，但事实证明18-30支的棉纱也可以缝编成网。这是一种制作新型棉制工业用包装材料的方法。象其他一些网状非织造布一样，缝编棉织物也可以以织物形式按传统的湿加工方法处理。
XVII. 美国棉花公司的协助美国棉花公司愿意为在棉非织造产品的开发、生产和销售方面的业界同仁提供帮助。
A. 市场研究
位于纽约的美国棉花公司市场研究小组对市场进行了调查。消费者行为研究可以有效反映在美国全国范围内消费者的规模和喜好。棉花标志是在零售市场中认知度最高的商标之一。近期的调查表明在尿布、揩布和女性用品的产品上出现棉花标志可以促进消费者对这些产品的购买欲望。棉花标志可用于在美国和加拿大市场上的非织造产品，表明产品满足了一定的要求。
B. 技术研究和开发
美国棉花公司与外界的许多研究活动都有合作签约，但公司内部基本的研发力量也可以为棉花消费者提供开发性的研究和技术支持。公司具有的一些研发条件如：
全套的物理性能测试和分析测试条件:
- 纤维-大容量测试仪，高级纤维信息系统，细微灰尘杂质分析仪
- 纱线-完整的纱线特性及疵病分析
- 织物-拉伸强力、撕破强力、耐磨性、外观测试和水洗性能
从纺纱开始的整套纤维加工装置-各种短纤纺纱系统：
- 针织和梭织CAD/CAM设计和织造
- 化学研究
- 染色和后整理处理的大试条件
- 位于北卡罗来纳州立大学（NCSU）纺织学院的非织造布生产装置，用于合作开发
- 也在John D. Hollingsworth和田纳西大学进行研究工作。
C. 新项目开发
增加棉花的市场份额是美国棉花公司的目标。把合作研究，组织生产和市场推广有效地结合起来才可以达到这个目的。
1. 长度(英寸) A. 商品级0.75 - 1.25 B. 轧花废棉0.5 - 0.75 C. 梳落棉小于0.5 D.第一道短绒0.25 - 0.5 2. 纤维直径 A. 马克隆尼值 (毫克/英寸) 2.0 - 6.5 B. 旦尼尔(g/9000m) 0.7 - 2.3 3. 弹性回复性 A. 拉伸2%回复74% B. 拉伸5%回复45% 4. 断裂伸长(干态) 3 - 9.5% 5. 拉伸强力 A.干态 27 - 44 g/tex; 3.0 - 4.9 g/denier B. 湿态 28 - 57 g/tex; 3.3 - 6.4 g/denier 7. 吸水性(USP法) 大于24g水/g纤维 8. 比重 A. 纤维素聚合物 1.54 g/CM3 B. 棉纤维 1.27 g/CM3 9. 聚合度9000 - 15,000 10. X-射线衍射测定的结晶度(平均) 73% 11. 色泽(亨特测色仪) A. 白度指数 90 - 100 B. 蓝光反射率 75 - 85 12. 耐热性 A. 300'F下长期暴露在干热中会引起纤维逐渐分解 B. 温度高于475'F会引起纤维迅速降解 13. 耐酸性 A. 在热的稀酸或冷的浓酸中分解 B. 冷的弱酸无影响 14. 耐碱性 在高于18%的NaOH溶液中溶胀，但不会受损伤 15. 耐有机溶剂性 耐大多数工业用和家用有机溶剂 16. 成网法 A. 干态成网(梳棉，扯松) B. 气流成网 17. 交联机理 A. 针刺法 B. 射流成网法 C. 缝编法 D. 化学交联法 E. 热熔法(当与热塑性纤维混合时) 18. 一般特性 吸水性、透气性、高湿模量(湿态时强力更高)、生物可降解性(在一定条件下)、优良的芯吸能力、擦干性、可以任何工业方法杀菌性、静电位低、可印花、可染色、可化学改性、可再利用 19. 潜在用途 揩布、覆盖物、过滤物、个人卫生用品、衬里、隔离材料、吸收物、加厚产品、复合材料、一次性服装、医用产品、家纺产品。说明：漂白棉已在职业安全与卫生管理局关于棉花灰分的管理条例中得到豁免。
XIX. 图索引
- 图 1. 纤维长度排列
- 图 2. 棉花漂白过程
- 图 3. LINTMASTERTM开棉/清棉机
- 图 4. 滑块测试装置
- 图 5. 纤维素的化学结构
- 图 6. 聚合物的无定形区和结晶区
- 图 7. 棉纤维结构
XX. 表索引
- 表 I. Zellweger Uster AFIS-M
- 表 II. Zellweger Uster MDTA-3
- 表 III. 美国药用纯棉品质要求
- 表 IV. LINTMASTER TM 开棉/清棉机煮漂棉纤维的性能评估
- 表 V. 清棉机性能比较
- 表 VI. LINTMASTER TM 开棉/清棉机生产数据(纺纱级纤维)
- 表 VII. LINTMASTER TM 开棉/清棉机加工原棉的效率
- 表 VIII. 漂白棉梳棉数据
- 表 IX. 纤维素纤维的平均聚合度
- 表 X. X-射线衍射法测定纤维素纤维的平均结晶度
- 表 XI. 纤维强度(g/tex)
- 表 XII. 非织造卷装产品漂白棉的性能
- 表 XIII. 马克隆尼值不同的棉纤维特性
- 表 XIV. 马克隆尼值不同对棉结形成的影响
- 表 XV. 针刺织物性能 高和低马克隆尼值的棉花
- 表 XVI. 漂白棉/聚丙烯的热熔纺织物Hercules 196
- 表 XVII. 棉与聚丙烯热熔纺织物的强力
美国棉花公司代表美国棉花生产商进行棉花的研究和推广工作。美国棉花公司总部设在纽约，通过研发、广告和市场推广来扩大棉花在全世界的需求。公司通过其在北卡罗来纳州开利的研发中心进行的在纤维品质、纤维加工、农业研究和纺织品研究等领域广泛的研发工作，使工厂始终了解到棉花制品开发的最前沿。
美国棉花公司可以提供关于棉花方面的所有信息，但它不生产棉制品，也不销售纤维或织物。公司设在纽约、开利、洛杉矶、达拉斯、亚特兰大、瑞士巴塞尔、日本大阪、新加坡和墨西哥城的代表处可以为纺织厂、纺织品生产商、设计师、零售商以及媒体提供关于流行趋势预测、市场研究调查、农业开发、新产品介绍及最新技术进展等方面的信息。
本文所包含的陈述、建议和提议都是基于实验和据认为可靠的信息做出的，但其可靠性仅限于当时涉及的产品和/或工艺。无论是直叙表达还是暗示，本文都不能保证它们的精确性，以及所提供信息的准确性或可重复性，而且未授权允许将这些信息用于广告宣传、产品的担保或认证目的。同样，本文的陈述不能被解释为准许或者建议使用任何这些信息、产品或工艺从事可能侵害任何现存专利的行为。本文使用某些商品名称并不说明对这些涉及的产品提供保证，亦不表示准许使用棉花公司的名字或者任何与所涉及产品有关的商标。
说明：非织造布用棉的技术手册-本页是一份为有兴趣生产棉制非织造产品的非织造布生产商提供棉花方面技术信息的技术报告的在线版本。在图 索引中可以找到本手册中所有的图，在表 索引中可找到本手册中所有的数据表。