刘建华
（天津纺织工程研究院，天津）
摘要：本文论述了新型纤维-拉伸羊毛纤维的概念，产生与发展。细化机理、工艺流程、特征及在纺织工业中的应用。结果显示：新型纤维拉伸羊毛纤维性能优越，提升了羊毛纤维的服用性能。顺应了当今毛纺产品轻薄化、高档化趋势，在世界纺织业对细毛和超细羊毛的需求大幅增加的前提下，具有广泛的发展空间。 关键词：拉伸羊毛；原理；工艺流程；拉伸特性；应用
1 前言：
拉伸羊毛纤维是一种细化了的羊毛纤维，它是将普通羊毛纤维在适当的化学助剂及湿热条件下进行机械拉伸，再将拉伸后的细化纤维进行热及化学定型而形成的一种新型纤维。此纤维可将普通羊毛细度降低2-4μm，长度增加50%左右。由于细化后羊毛截面的变化，分子间作
用力的加强及表面鳞片的改变等因素，使其形成了一种具有真丝般光泽及羊绒般手感，兼具丝光防缩羊毛性质，又对羊绒断裂强度低形成互补的新型纤维。用此纤维生产出的面料其手感和外观方面增加了新美感，其织物具有独特的风格特征，主观评价认为：拉伸羊毛产品手感似羊绒，外观似真丝，综合风格更接近于丝毛产品风格【1】。与普通羊毛一样可加工成各种毛粗、精纺的机织和针织产品。因此这种纤维的问世，顺应了当今毛纺织品轻薄化、高档化趋势，具有很大的发展潜力。
2 拉伸羊毛纤维的产生与发展
2.1 拉伸羊毛纤维的产生
拉伸羊毛由澳大利亚联邦科学与工业组织（CSIRO）和国际羊毛标准公司（TWC）联合开发，从1984年提出到1998年实用化用了15年的时间，通过基本构想、基础试验、stratching of staple fibres专利 Twisting Device专利、1.2号样机、制品开发签署、确定染整工艺、确定加工许可及签署生产开始等一整套研究和工业化运作【2】，最终形成了（Optim Fine）拉细羊毛和（Optim Max）拉细蓬松羊毛产品。其中Optim Max是将羊毛纤
维拉伸后，进行暂时定型，与其他纤维混合后，使其在一定的条件下，破坏其暂时定型产生回缩，而形成的膨化纤维。Optim Fine就是我们文中涉及的拉伸羊毛纤维。在竞争日益激烈的毛纺织市场上，为羊毛纤维的应用树立了信心。
2.2 国内外拉伸羊毛的发展概况
20世纪80年代初澳大利亚CSIR0(联邦科学与工业研究组织)的羊毛研究所开始提出并着手研究羊毛纤维细化的可能性，其背景在于羊毛高支化以羊种改良过于漫长、成本又高，人工细化加工可能更快。澳大利亚科学家花了10多年时间，在1993年推出了羊毛细化加工技术，并在1995—1998年先后在欧洲、日本、美国、澳大利亚和新西兰知识产权局申请了专利。同期，日本学者亦有相应的研究和专利。中国市场上，Optim Fine由鹿王羊绒集团公司独家引进并投放市场。由于拉伸羊毛纤维具有高额的产品附加值，国内相继进行了拉伸羊毛的研究，如：上海东华大学与上海毛麻研究所合作、天津工业大学与鄂尔多斯合作分别进行了拉伸羊毛的研究，并形成了相关的技术专利 。
2.3 本文拉伸羊毛纤维的研究进展
本文所述的拉伸羊毛纤维是对澳大利亚、日本及国内相关设备、技术、工艺进行全面分析，于2001年立项，并通过小试、中试及连续化生产设备的试制，提出了弥补同类技术中不足点的拉伸羊毛设备、细化方法及工艺、采用本设备、技术及工艺有效地控制了拉伸后羊毛纤维的沸水回缩率，同时具备了经济、耐用、效率高的特点。经过连续化试生产，生产出了质量稳定的拉伸羊毛纤维。本文所述的拉伸羊毛纤维的性能特征及在纺织品中的应用，与国外同类纤维对比均选用此纤维。本项目是2006年国家发改委纺织专项项目 ，2008年获得天津市科委 ——天津市科技创新专项资金项目（羊毛物理细化关键技术及制品开发与产业化），已申报了4项发明专利。
3 拉伸羊毛纤维细化的原理及主要工艺流程
3.1 羊毛纤维的结构特征
羊毛纤维的大分子是由多种α-氨基酸用酰胺键（又称肽键）连接而成的链状大分子，不同分子链之间的氨基酸还可以形成大量的氢键、羊毛大分子主链间能形成二硫键、盐式键和氢键等空间横向连接。羊毛大分子链的单分子空间形式通常有两大类，一类是螺旋状，通常情况下羊毛纤维单分子以α-螺旋链状态存在，当羊毛纤维受到特定的条件处理时，分子
形状由α-型变成伸长的β型结构，这种空间结构的转变，使羊毛具备了被拉伸的潜力。
3.2 羊毛纤维的拉伸特性
羊毛在有水分的条件下拉伸，根据纺织材料学的基本理论，开始阶段形成的主要特征满足于虎克定律，分子运动的能量很低，不足以克服主链内旋转的位垒，只是那些较小的运动单元、側基短的侧链和键角的变化，形变很小，形变与受力大小成正比，当应力超过屈服点之后，形变变化明显【3】。通过对羊毛纤维不同条件下的拉伸特性（如图1）可以看出采用适当的化学和物理手段，合理回归应力、应变的变化关系是羊毛拉伸的基本前提。
图1：羊毛拉伸拉力（g）伸长（mm）关系图
注：DMG 表示在标准回潮条件下羊毛拉伸曲线。
DMS 表示在热汽中羊毛拉伸曲线。
DMZ 表示浸入一定的化学处理液，再在热汽中羊毛拉伸曲线。
3.3 羊毛纤维伸长后的定型
羊毛纤维的定型有暂时定型和永久定型两种，暂时定型时以氢键结合为主所引起的，而永久定型时以S-S结合引起的。暂时定型有代表性的例子是干燥时形状的固定，但如果再润湿结合就会消失。永久定型是以温度、氧化还原条件等因素产生的。因此，在适宜的处理温度、化学试剂等处理条件下，可将伸长后的羊毛纤维永久地保持下来。
3.4 拉伸细化羊毛的工艺流程
4 拉伸细化羊毛纤维的特性
4.1 拉伸细化羊毛纤维的性能特征
4.1.1 纤维细度
羊毛纤维经拉伸细化后，其纤维细度可减小2-4μm，由于纤维细度的减小，使其舒适系数提高，手感滑糯、柔软，更加趋向于羊绒的手感特征。同时它直接关系到纯毛毛纱截面内纤维平均根数的多少，羊毛的许多性质都与羊毛的细度有密切关系，羊毛细除纤维长度偏短外，，其物理外观等性能也好，因此细度成为评定羊毛品质的重要指标，也是羊毛分级的主要依据。在纤维密度相同时，纤维越细，成纱截面内纤维根数就越多，成纱强力就越高，纺纱时断头就越少，成纱条干就越均匀【4】。
4.1.2 纤维长度：羊毛纤维经拉伸细化后，其纤维长度可伸长50%左右。通常澳大利亚将40mm以上长度称为精梳长度，在中国收购50mm以上的纤维长度【5】。实际使用中，为了保证纱线强力及条干，在纯毛产品的混条设计时，一般要求平均长度70mm以上【6】。因此由于纤维长度的变长，增加了羊毛纤维长度的附加值，尤其是拉伸短羊毛，提高了短
毛条在精梳毛纺系统中的利用率。
4.1.3 纤维光泽：拉伸后羊毛出现了真丝般的光泽。有研究表明，其光泽的出现是由于拉伸后羊毛鳞片变稀，纤维卷曲减少，使其表面光的反射率增加；拉伸后纤维截面从圆形变成异型截面，这种异型截面的出现增加了对各向光的反射效应；同时羊毛大分子链的结构由卷曲的α状趋向于折叠的β状，更加趋于丝蛋白的结构，因此它具有了真丝般的光泽，同时其光泽亦可与丝光防缩羊毛相媲美。
4.1.4 纤维鳞片：拉伸后羊毛鳞片变稀变薄，具有很好的鳞片结构（参看图1、图2），且表面光滑，与未拉伸羊毛相比径高比明显减小，其鳞片结构更加趋于羊绒，羊绒鳞片表面光滑，鳞片密度较小，间距较大鳞片之间重叠覆盖少，径高比小于或等于1【7】。羊毛的鳞片是羊毛缩绒的重要因素，毛织物的缩绒会使毛织物没有良好的尺寸稳定性，还会在后续的加工和服装的服用与洗涤过程中，因处理条件的不当而发生令人讨厌的毡缩，因此对羊毛的鳞片进行适当的破坏是对羊毛改性处理的核心问题。羊毛经细化后由于鳞片结构发生了变化，降低了定向摩擦系数，使逆鳞片与顺鳞片摩擦效应趋于一致，具备了丝光防缩性。
图1 70支澳毛原毛表面状态【8】
图2 70支澳毛拉伸毛表面状态
4.1.5 纤维卷曲：拉伸羊毛由于羊毛纤维空间构型从卷曲的α状转向伸直的β状状态，纤维长度伸长，细度变细，因此纤维的卷曲与原毛相比减少。
4.1.6 纤维的强力、强度与断裂伸长：羊毛纤维拉伸后，其强力强度与同支数的普通细羊毛
相比有所增加，其断裂伸长减小，断裂功变小。参看表1。
表1：纤维的强伸性能对比：
分类 | 本文拉伸羊毛 | Optim | 100s 澳毛 | 70s 澳毛 | 羊绒 |
强 伸 性 能 | 断裂强 力（N） | 58.1 | 57.8 | 51.1 | 56.52 | 60.1 |
断裂伸长（%） | 26.16 | 27.3 | 44.3 | 47.4 | 49.7 |
断裂功 | 0.1880 | 0.1887 | 0.2497 | 0.2701 | 0.2896 |
断裂强度（cn/tex） | 13.1 | 13.13 | 10.3 | 11.13 | 12.1 |
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4.2 拉伸羊毛纤维的沸水回缩率
拉伸羊毛纤维的沸水回缩指标是至关重要的，它是染整加工稳定和服饰过程中性能稳定
的重要指标，对于正常羊毛，沸水回缩一般在3.7%以内，完全满足后步染整加工要求。因此工厂不作为重要考核指标，拉伸羊毛则不然，它是将羊毛在一定的助剂条件下，通过物理拉伸方法将纤维拉长，使纤维截面变细，因此为适应后步染整加工过程中的热处理，纤维长度的沸水回缩指标将变得尤为重要，它也表明了羊毛伸长后的定型效果，定型效果越好，其沸水回缩指标越低，同时更加有利于后步染整加工。国内外拉伸羊毛100沸水回缩比较见表3。
表3:各种拉伸细化羊毛沸水回缩比较：
羊毛 分类 | 澳细化 羊毛 | 日本细 化羊毛 | 鹿王细 化羊毛 | 本文细 化羊毛 |
沸水回 缩率（%） | 12.2 | 10 | 11 | 1.9 |
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从表中可以看出本文的拉伸羊毛呈现了沸水回缩率低的性质，这是对国外拉伸羊毛沸水回缩率高缺陷的突破。
4.3 拉伸羊毛的染性能：
羊毛拉伸后，纤维更加柔软、白亮、有光泽，同时由于纤维内部结构状态的重新排列，纤维变细，鳞片变稀变薄，使其出现了优异的染性能，染料更易进入到纤维内部，初染温度降低，上染速率加快，达到饱和上染的温度降低，更加适合于低温染。可染出更加鲜亮的颜。由于染上的变化，同时带来染过程中需注意的问题：由于初染温度降低，染速率加快，要特别注意匀染的问题，可适当地降低初染温度，控制染过程中的升温速率、适当添加匀染剂等工艺的调整达到理想染要求。
5 拉伸羊毛在纺织工业中的应用：
拉伸羊毛是一种细化的羊毛纤维，细化后由于纤维结构的变化，使其细度变细，、长度变长、附加了羊绒般的手感、真丝般的光泽并具有丝光防缩性及很好的白度和强力，因此形成了一种具有优异性能的高附加值纤维。此纤维不仅在后续产品加工上与普通羊毛一样，可加工纯纺、混纺、交织、织等毛精纺和粗纺的机、针织产品，而且形成的产品比普通羊毛具有独特的优势。
5.1 轻薄型毛纺产品
近年来，体现毛纺面料走向国际水平的主要特征之一，就是产品结构趋向高支轻薄化，因此，如何增加超细羊毛原料的产量，同时尽可能降低原料成本，已成为养羊业和毛纺织行业十分关心和需要解决的问题。羊毛拉伸细化技术，就是解决这一问题的有效途径之一。物理细化技术，可对各种支数的普通羊毛进行拉伸而形成细度减少2-4μm的拉伸羊毛，既可以利用相对较粗的羊毛纤维生产出较细的纤维，又不影响正常的纺纱性能，同时又具有天然纤维的优良特性。这种羊毛支数的提高满足了市场高支细羊毛需求量大的市场格局，通过细化使羊毛达到甚至超过羊绒的支数，市场上不存在的超细支羊毛也变得可能。这种羊毛支数的提高更加适合于加工轻薄型机、针织产品，且产品风格优异具有丝般光泽羊绒般手感，顺应了毛纺产品轻薄化、高档化、舒适化、美观化、时尚化发展方向。
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