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。

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

Table 1

表1(Table 1)

表1 原料的基本性能 Table 1 The basic properties of raw materials 纤维性能 Property of fibers 乌拉草纤维 Carex meyeriana fiber 棉纤维 Cotton fiber 平均长度Average length/mm 130.52 38.15 平均直径Average diameter/μ m 40.06 16.99 平均断裂强度 Average fracture strength/MPa 203.46 214.47 平均断裂伸长率 Average elongation at break/% 4.54 6.90 回潮率Moisture regain/% 10.02 7.10

表1 原料的基本性能 Table 1 The basic properties of raw materials

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。

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。

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

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

式中, r_ij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, x_ij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=(r_ij)_{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(w_j)。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)。

w_j= ∑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(b_i)和各指标的权重均衡兼顾, 得到综合评判矩阵B=(b₁, b₂, b₃, b₄)

b_i= ∑j=17w_jr_ij(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]。

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。

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

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同混纺比纱线性能 Table 2 The properties of blended yarns with different C. meyeriana/cotton 性能 Property 混纺比C. meyeriana/cotton 12/88 25/75 37/63 46/54 断裂强度Fracture strength/cN· tex-1 13.66± 1.89a 11.01± 0.51b 9.93± 0.64c 6.76± 0.41d 断裂伸长率Elongation at break/% 7.69± 0.59c 8.32± 0.89c 9.65± 1.06b 11.95± 1.55a 3 mm以上毛羽指数 Hairiness index of more than 3 mm 8.20± 0.01c 11.20± 0.01b 4.96± 0.01d 12.55± 0.01a 条干均匀度Evenness/% 19.31± 0.02d 26.21± 0.02c 26.86± 0.01b 27.85± 0.01a 细结/个· km-1 Knots/knot· km-1 1 340± 10c 2 557± 6b 5 713± 15a 5 717± 15a 粗结/个· km-1 Slubs/slub· km-1 1 740± 10d 3 277± 6c 4 970± 10a 3 560± 10b 棉结/个· km-1 Neps/nep· km-1 7 280± 10d 9 177± 6c 1 5160± 10a 11 650± 10b Note:Different lower case letters within the same row show significant difference among different C. meyeriana/cotton ratios at 0.05 level. 注:同行不同小写字母表示不同乌拉草/棉比例处理间差异显著(P< 0.05)。

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

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同混纺比单指标评判矩阵 Table 3 Single index evaluation matrix of different blended ratios 混纺比 C. meyeriana/cotton ri1 ri2 ri3 ri4 ri5 ri6 ri7 12/88 0.330 27 0.204 47 0.247 63 0.317 56 0.501 91 0.422 06 0.344 95 25/75 0.266 20 0.221 22 0.181 30 0.233 96 0.262 72 0.223 90 0.273 55 37/63 0.240 09 0.256 58 0.409 39 0.228 30 0.117 79 0.147 76 0.165 76 46/54 0.163 44 0.317 73 0.161 67 0.220 18 0.117 58 0.206 29 0.215 74

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。