染色温度对山羊绒纤维结构的影响
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３５ 上海毛麻科技 ２０１１年第１期
染色温度对山羊绒纤维结构的影响
闫小兵，张一心，厉
（西安工程大学， 谦，杨晓娟，洪益明
陕西西安７１００４８１
摘 要：将山羊绒纤维分别在低温浅色、常规浅色、低温深色和常规深色染色环境下进行染色，选取最佳染
色工艺，使纤维上染百分率达到实验要求的数值，再应用扫描电子显微镜、ｘ射线衍射仪分别对经过 各种环境染色条件下符合实验要求的山羊绒纤维和原绒的表观结构、微观结构等进行比较分析。纤维
结构的变化说明，低温染色相对于常规染色具有更好的羊绒结构保护性。
关键词：山羊绒；低温染色；扫描电子显微镜；ｘ射线衍射；结晶
Ｏ 导言
山羊绒细度很细（１４ ｌ６ ｕｍ），常规染色时虽是
在弱酸浴中正常沸煮（９８￣Ｃ），仍会对纤维造成损伤，
断裂强力降低。低温染色可减少由于高温对纤维的损
伤，防止纤维变硬泛黄，并能节约能源，改善纺纱性
能和成品手感。
对于山羊绒的低温染色研究，大体可分为最佳染
色工艺的研究，以及测试与评价不同处理条件对山羊
绒性能的影响，本文的主要内容为通过实验测试，评
价不同处理条件对山羊绒结构的影响。
对于纤维表观结构的研究，利用扫描电子显微
镜，能直观地分析比较不同处理条件下山羊绒纤维表
观鳞片结构变化情况，从而获得染色温度对山羊绒表
观损伤程度的评价。山羊绒是天然生物高聚物，其微
细结构是结晶的基原纤分散在无定形基质中，在目前
常用的纺织纤维中属于结构较复杂的纤维。一般认为
纤维的微细结构是由结晶区和非结晶区组成的，即两
相结构。在结晶区中，组成纤维的大分子呈有序排列
状态；在非结晶区中，大分子为无序排列状态 结晶
度是表征纤维结构较常用的参数，结晶度是指聚合物
材料中结晶部分的质量或体积分数，表示结晶的程度。
结晶度对纤维的热学性能、光学性能、力学性能、定
形性能 耐光老化及耐热老化性能等影响很大。因此，
收稿日期：２０１０—１２—３ 作者简介：闰小兵，硕士研究生，研究方向为纺织材料的 结构与性能。 研究纤维的结晶度具有非常重要的意义［ 。
ｌ 实验与分析
１．１山羊绒的染色
１．１．１实验样品与试剂
原料：山羊绒（平均细度１４．６ １．ｔｍ，产自内蒙古
伊盟）；染料：普拉黄ＧＮ、普拉艳蓝ＲＡＷＬ、普拉艳红
Ｂ；助剂：Ａｌｂｅｇａｌ Ｓｅｔ、冰醋酸、过硫酸铵、羊
绒低温染色助剂等。
１．１．２实验器材
恒温水浴锅，Ｙ８０２Ａ型八篮恒温烘箱，７２２型
分光光度计，电子天平，玻璃棒，计时器，温度计，烧
杯若干。
１．１．３染色方案
低温染色和常规染色的工艺曲线如图ｌ、２所
示，所使用的染色配方如表１所示。
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羊绒 助剂、 碟．科 ０ 图ｌ 山羊绒低温染色升温工艺曲线
羊绒 染料
图２ 山羊绒常规染色升温工艺曲线 ２０１１年第１期 上海毛麻科技 ３６
表１染色配方 （％，ｏｗｆ）
染料 低温浅色 低温深色 常规浅色 常规深色
普拉艳红Ｂ Ｏ．１ ２．Ｏ Ｏ．１ ２．０
普拉黄ＣＮ ０ １．Ｏ Ｏ １．Ｏ
普拉艳蓝ＲＡＷＬ ０ ０．５ Ｏ ０．５
Ａｌｂｅｇａｌ ｓｅｔ ０．５ ０．５ １．０ １．０ ● 冰醋酸 ３．Ｏ ４。５ ３．０ ４．５
低温染色助剂 Ｏ．６ Ｏ．８ ０ ０
过硫酸铵 Ｏ．４ Ｏ．５ Ｏ ０
注：浴比１：３ ５
１．２染色前后山羊绒鳞片结构的变化
１．２．１实验仪器
采用日本Ｈｉｔａｃｈｉ公司的￥６５０型扫描电子显微
镜，对染色前后山羊绒的表面形态进行拍摄。放大１
０００～４ ０００倍。
１．２．２染色处理后山羊绒纤维的鳞片图像
扫描低温浅色、常规浅色、低温深色、常规深
色染色的山羊绒以及未染色原绒等５种条件下山羊绒
的表面电镜图像，如图３所示。
山羊绒纤维表面鳞片类似于环状包覆于毛干，覆
盖间距比细羊毛大许多，鳞片密度约为７０个／ｃｍ，
鳞片厚度较细羊毛薄，边缘较为光滑，稍部紧压于毛
干，张开角度很小，因此，从纵向看鳞片像竹节 ，
如图３（ｅ）所示（图中小凸起小球系羊毛蜡，不会影响
实验的测试与分析）。
图３（ｂ）、（ｄ）中的纤维损伤明显小于图３（ａ）、（Ｃ）
中的纤维，这说明常规（高温）染色对纤维的损伤明显大
于低温染色，并且同温度环境染色条件下深度染色对
纤维的破坏要大于浅色染色，图３（ａ）、（ｃ）虽损伤不明
显，但与图３（ｅ）中的原绒相比，也有微弱的损伤。
＿ ■一
（ａ）低温浅色 （ｂ）常规浅色
一誊■圈
（ｃ）低温深色 （ｄ）常规深色 ●
（ｅ）原绒 图３不同条件下山羊绒纤维纵向图
１．３染色前后山羊绒Ｘ射线衍射情况
１．３．１实验仪器与实验原理
实验采用日本理学（Ｒｉｇａｋｕ）ＤＭＡＸ ＲＢ—Ｉ型ＷＡＸＤ
测试。铜靶，镍单色滤光片，Ｘ光管电压４０ ｋＶ；
管电流４０ ｍＡ。扫描范围布拉格角２ ０为３。一４０。，
步长为０．１０。５种样品分别测试３次，从而测试出各
种山羊绒纤维的结晶指数值。
本文采用粉末试样测试法。采用哈氏切片器将纤
维试样切碎成粉末（约５ ｐｍ或以下），纤维粉末越细
越好，以消除取向，保证其ｘ一射线衍射图谱在各个方
位角不变。
由于作图法方法有效性的前提是能准确地将结晶
聚合物衍射曲线分解为结晶及非结晶曲线，对于角朊
纤维，目前还无法得到完全非结晶样品，因此，难以
得到准确的非结晶曲线，鉴于计算角朊纤维结晶度的
困难，‘本文采用Ｓｅｇａｌ Ｌ提出的计算结晶指数的经
验方法，计算山羊绒纤维的结晶指数，并进行相对比
较。结晶指数计算公式
Ｔ—Ｔ ＣＩ＝．－二 ×１００％ （１） 工９ 式中：ＣＩ为结晶指数，Ｉ。为ＷＡＸＤ曲线２ ０＝９。左
右的最大衍射峰强度，Ｉ 为ＷＡＸＤ曲线峰谷２ ０＝１４
。左右处的衍射强度 。
１．３．２ Ｘ射线衍射实验结果
由式（１）与Ｘ射线衍射图（见图４）可分别得到染色
前后山羊绒纤维的Ｘ射线广角衍射强度值、结晶指数
以及相对结晶指数，结果见表２。 表２染色前后山羊绒的Ｘ射线衍射指标与结晶指数
项目 Ｉ９ Ｉ１４ ＣＩ／％ 相对结晶指数／￣／ｏ
低温浅色 ３８７ １９１ ５Ｏ．６ ９５．１
常规浅色 ２７５ １５４ ４４．０ ８２．７
低温深色 ２８Ｏ １４８ ４７．１ ８８．５
常规深色 ２２９ １ ５５ ３２．３ ６０．７
原绒 ２４８ １ １６ ５３．２
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鬻 ２ ｅ（。） （ａ）低温浅色
５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ２ ｅ（。） （ｂ）常规浅色
５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ２ ｅ（。） （ｃ）低温深色
５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ２ ０（。）
５ １０ １５ ２０ ２５ ３０ ３５ ４０ ２ ｅ（。） （ｅ）原绒 图４不同条件下山羊绒的ＷＡＸＤ曲线
由表２可矢口．山羊绒低温浅色染色后的相对结晶
指数（９５．１％）明显大于山羊绒常规浅色染色后的相对
结晶指数（８２．７％），即大分子取向排列规整性较常规
浅色染色好山羊绒低温深色染色后的相对结晶指数 （８８．５％）明显大于山羊绒常规深色染色后的相对结晶
指数（６０．７％），即大分子取向排列规整性较常规深色
染色好原绒的相对结晶指数（１００％）大于经过染色后
的纤维的相对结晶指数，即大分子取向排列规整性较
经过染色的好。
以上实验结果说明：山羊绒纤维经过染色后，由
于纤维受到一定的损伤，它的结晶体积分数降低了，
并且经过低温染色的纤维的结晶体积分数明显大于经
过常规染色后的纤维，即常规染色对纤维的损伤明显
大于低温染色对纤维的损伤。
１．４染色前后山羊绒力学性能的变化
使用ＹＧＯＯ１Ｎ电子单纤维强力仪对不同条件处理
的山羊绒，分别测试３００次求平均值，试样长度ｌ０
ｍｉｌｌ，拉伸速度１０ ｍｍ／ｍｉｎ，测得的结果如表３所示。
通过对５种不同处理条件下的山羊绒纤维的力学
表３单纤力学性能
项目 断裂强 断裂伸 断裂强度／ 断裂伸 断裂功／
力／ｃＮ 长／ｍｍ （ｃＮ・ｄｔｅｘ） 长率／％ ｕ Ｊ
原绒 ４＿７８ ４．４２ ２．２Ｏ ４４．２５ １６＿７８６
低温浅色 ４．４６ ３．７３ １．９５ ３７．３２ １３．Ｏ１４ ５
常规浅色 ４．１ ８ ３．５Ｏ １．８９ ３５．０８ １２．０８３ ６
低温深色 ４．３６ ３．３８ ２．Ｏ１ ３３．８４ １２．１２４ ５
常规深色 ３．９８ ３．３３ １．９Ｏ ３２．３７ １０．８５３ ９
性能测试，也论证了经过常规染色后的纤维损伤比低
温染色羊绒的大，不但强力变小，而且伸长也在变小，
从断裂功的对比中更说明了这一点。颜色深浅对羊绒
损伤的影响规律与温度类似，深色损伤略大于浅色。温
度对羊绒的影响大于颜色深浅的影响。
２ 结束语
应用扫描电子显微镜图像可观察到经过低温染色
的山羊绒纤维的鳞片相对于原绒有一定的损伤，这主
要是由于没有添加山羊绒保护剂的缘故，但明显小于
经过常规染色的山羊绒纤维的损伤，并且对纤维的破
坏随着染色深度的增加而增 通过分析Ｘ射线衍射
仪测试结果，说明了相对于经过常规染色的纤维，对
于低温染色纤维的结晶区的破坏要小，并且经过低温
染色纤维的力学性能也较好，这也表明了低温染色对
纤维的破坏是略微的。 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ Ｏ
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