摘 要

山羊绒是取之于绒山羊身上紧贴皮肤表面即毛的根部的一种细绒毛，是品质 最为优秀的一种动物纤维。据统计全世界山羊绒年产量为10000吨，一只山羊一 年仅能产50-80克无毛绒，也就是晓五只山羊一年所产的绒仅可制做一件普通羊 绒衫，可见它的珍贵。

山羊绒的珍贵不仅由于它稀有，更重要的是用它织造的产品各项性能都是消 费者所熟知的纯羊毛产品及其它纤维产品所望尘莫及的，特别是鄂尔多斯地区所 产的山羊绒，其纤维弹性、长度、细度、白度、色泽等方面均名列其它山羊绒之 前，被国外客商推崇为中国最好的cashmere，誉为“纤维宝石”。

山羊绒与羊毛同属天然蛋白纤维，但它们的结构不同，羊绒纤维比羊毛细 很多，外层鳞片也比羊毛细密、光滑。由于纤维结构决定其产品性能，因此，羊 绒纤维的一系列性能包括物理性能、化学性能与羊毛纤维相比均有所不同，特别 是染色性能也有较大的差别。虽然说毛用染料都适合染羊绒，但多年来，使用厂 家一直是按照染料生产厂家推荐的适用羊毛的染料及工艺应用于羊绒，没有真正 针对羊绒的结构研究其染色性能，这样既影响了羊绒制品的质量(色牢度差、损 伤严重、手感差等)，又造成很大的浪费(能源消耗)。所以，我们引进国际先进 的在线染色机(具有触模式全自动控制系统，连接分光光度仪)，采用科学的实 验设计，优化羊绒染色工艺，提高羊绒制品质量对于合理利用稀有资源意义深远。 本文主要应用国际先进的在线染色机，模拟大生产工艺，它不仅能准确、快 速、动态地反映整个染色过程，而且能同时检测出不同条件下的纤维染色指标 (上染率、固着率、半染时间)。并以此作为实验目标，选择科学的实验设计， 依据大量的、系统的染料、助剂、工艺的正交实验数据，采用数理统计的方差分 析方法进行在线优化：同时根据产品的色牢度指标、风格(光泽度、手感)及生 产性(成本低、效率高)确定羊绒染色的最佳染料及助剂，优选出适合羊绒染色 的最科学、最合理、最环保的染色工艺，进一步指导生产，提高羊绒制品的色牢 度，降低成本，节约能源，提高纺纱制成率，改善手感，保护羊绒天然特性，确 保鄂尔多斯羊绒制品的优质品牌长盛不衰。 关键词： 山羊绒， 染色， 在线检测，染色质量

Abstraet：

Cashmere fiber is one of凼e most luxury specialtN animal fiber taken from曲8 fine， soft^undercoat or underlayer of goat hair．According to statistics data，the annual production of cashmere fiber around the world is about 10，000 tons，only 50-80 grams dehaired cashmere call be obtained from one goat，that means the total cashmere collected from 5 goats per year Call make only one common cashmere sweater， SO it’S very rare．

More importantly，the different properties^ofcashmere products is superior to that of other pure wool products or other fiber products which is well known to the consumers， especially the various properties of cashmere fiber from Eerduosi region，the elongation，length，fineness，whiteness^{andlusterofcashmerefiber} from this area exceed those from other regions， it is regarded by foreign customers the best cashmere in China and is callod“diamond fiber'’．

Cashmere and^W001 are both keratin fibel"， but their structure is different． Cashmere^fiheriS much^thimler than WOOl^fiber and^{thecuticleSOaleSof} cashmere fiber is denser and smoother than that of wool^{fiber．Because} the dyeing property is determined by^thefiber structure，the cashmere^fiber properties，including pHysical properties^andchemical properties，are^{differentfromthoseofwoolfiberina} large degree，particularly^the dyeing property．Although^allthe dyestuff^for dyeing^wool are applicable to cashmere dyeing and they are put into USe without deeply researching^the specific dyeing property regarding^{tocashmerefiberstructure，this} condition^{bothaffectsthe} dyeing quality^of cashmere products(10w colorfastness， severely damage^tothe fiber，poor^{handfeelingetc．)andmakesmuch} waste(energy consumption)．Considering all the above factors， we introduced internationally advanced online dyeing machine with automatic touch control system equipped with spectropHotometer．Researching^cashmere dyeing^processand improving^cashmere products quality^are of great significance for rationally take advantage of rare resoUrces

By applfing internationally^{advancedonline} dyeing^machine to stimulate mass

production process^inorderto display accurately，promptly^and dynamically^the whole dyeing process，and meanwhile detect different fiber dyeing index(dyeing uptake^andcolor fixing rate)under^different dyeing^{conditions，theaimofthis} paper is to determine the most suitable dyestuff^and auxiliaries for cashmere dyeing according^{tothecolorfastness} index，style(1uster，hand feeling)and producibility (10w cost，hi曲efficiency)， optimally^{selectthemostscientific，rationaland} environmental-friendly dyeing process^{suitableforcashmere} dyeing and to improve the colorfastness of cashmere products，lower cost， save energy^andincrease spinning producing efficiency，maintain^{thenaturalcharacteristics} ofcashmere^fiber to insure the long term development of superior quality brand of Erdos cashmere products．

Kev Words：

Cashmere,Dyeing, Online Check，Dyeing Quality

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云注王些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的洗明并表示了谢意。

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学位论文的主要创新点

该课题采用国际先进的在线染色机，可动态、准确、快速地模 拟大生产工艺，在线检测上染全过程的各项指标(上染率、固 着率、半染时间、上染速率等)，为准确研究山羊绒染色工艺提 供有力证据，同常规小样研究相比更先进，更科学。 经过理论和实际的有机结合，直观分析与数理统计相结合的分 析，总结优化出适合山羊绒染色的最佳工艺，比推荐工艺更加 科学合理。

通过优化，总结出适合山羊绒染色的最优工艺，打破了厂家推 荐的一成不变的常规工艺，更好地指导了生产，解决了生产中 的实际难题，提高了产品质量和生产效率。

T程便I。论文

第一章引言

世界山羊绒的年产量大约是10000吨之间，中国是世界山羊绒产量最大、出口 量最多的国家， 约占世界总产量的70％以上。除中国外还有蒙古、翦苏联部分地 区、伊朗、阿富汗、巴基斯坦、尼泊尔等国家。中国的山羊分布区域较广，各地区 的山羊因大小、绒毛类型和色泽而异，靠北部的山羊较南部的个头小，最初山羊主 要是用来食肉的，奶、皮、绒毛是属于畜产品。在中国北方，山羊主要生存在海拔 1000—3000米的地区，由于地区不同、羊种不同、气候不同、水土草质不同以及饲 养条件方式不一，羊绒的品质也大不相同。总体上曾分为两路三色之说，两路指包 字路和顺德路，三色为白绒、青绒、紫绒。一般而言，气候稍暖的地区羊绒特点是 纤维细度好，手感也不错，但平均纤维长度短，纤维光泽不好。在北方内蒙古、西 藏大部分地区以及宁夏、甘肃、陕西北部产的山羊绒，其羊绒品质不论是纤维的平 均细度、平均长度、还是强力、光泽等指标都是世界羊绒之首。

鄂尔多斯羊绒集团经过了二十多年的滚动式快速发展，经济效益逐年稳步增 长，2003年实现利税5．3亿，2004年实现利税5．5亿，羊绒产业的生产营销能力已 经达到了中国的40％}n世界的30％，是当今世界规模最大的羊绒加工企业。

目前，国内外对羊绒的研究与应用已进入发展新时期，涉及羊绒及其制品的染 整加工、纺纱织造、检测方法及标准制定等。我国拥有羊绒资源和产业优势，但并 不拥有羊绒技术标准的优势，鄂尔多斯作为领头羊，并拥有由国家科技部和自治区 科技厅投资，被国家科技部正式认定纺织行业唯一的国家羊绒制品工程技术研究中 心，虽然在生产设备、新产品开发和新技术应用方面均具备世界领先水平，但还需 迸一步致力于羊绒的研究开发和推广应用及标准制定，有效地调整和优化行业及鄂 尔多斯集团的羊绒产业结构，加快推动我国由拥有羊绒资源和产业优势向拥有羊绒 技术标准的优势转化的进程，更有力地推动中国的羊绒行业走向世界，更有利于中 国羊绒行业资源优势向经济优势的转化，实现绒纺行业的可持续发展。

鄂尔多斯集团生产的主导产品“鄂尔多斯羊绒衫”以其优质的品质闻名世界。 但在产品的生产过程中仍然存在以下质量问题：

(1)产率f或收率、利用率、生产效率等)偏低。

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• (2)产品的最优配方或最优配比不合理；

• (3)小实验通过的技术，中试或大试通不过；

• (4)小试、中试和大试都通过。批量生产质量都不稳定；

• (5)产品需求减少或设计落后，需技术创新或更新换代。 具体到染色工序主要存在以下问题：

• (1)大小样之间色差、缸间色差、同一色号批差；

• (2)色花、色泽不匀；

• (3)色泽发暗，色牢度差

• (4)纤维损伤严重，强力、伸长下降，可纺性降低，织物手感差；

• (5)染料、助剂用量大，上染率低，能源(水、蒸汽、电)消耗高，生产效率

• 低，生产工艺不合理，质量稳定性差。

针对以上质量问题采取的质量改进措施主要是改进产品设计和产品生产过 程。即针对产品的原材料、原部件、结构参数和生产过程的工艺参数，寻求他们 之间的最佳搭配一一实验设计．

美国莫托罗拉公司的质量与生产改善顾问Bhote K．R．说：“试验设计是通向 质量的高速公路”；“如果质量是带动公司前进的火车头，那么试验设计就是燃料。 它能在一、二年内，不是以百分之五十或百分之百，而是成十倍甚至成百倍地提 高产品质量。”

本文重点就是对羊绒的染色性能及工艺进行研究和优化。应用在线染色机， 选择合理的实验设计，模拟大生产工艺，缩小与大生产的差距，准确在线染色全 过程，同时快速检测过程中的多项染色指标；再通过科学的数理统计方法分析系 统的实验数据，优化总结出适合于羊绒染色、保持羊绒天然特性的科学的工艺。 从而进一步指导生产，避免生产中出现的色差、色花、色泽发暗，色牢度差等质 量问题，确保高效进行“一次准确染色”，解决生产过程中的质量难题，进而提 高羊绒制品的质量，降低成本，节约能源，使这种优质的稀有天然纤维得到合理 的开发和利用。

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第二章染色机理

染色是山羊绒制品生产过程中的一道重要工序，通过研究其所用染料的性 能、染色原理和染色工艺，将有助于合理的选择染料，设计优化染色工艺，提高 染色质量和效率。

2．1染色原理

2．1．1山羊绒的结构

山羊绒具有不规则的稀而深的卷曲，由鳞片层和皮质层组成，没有髓质层， 鳞片密度约为60-,070个／mm，紧抱毛干，张开角度较小，鳞片薄彼此紧贴，纤 维横截面近似园形，直径比细羊毛还要细，平均细度多在14,．一16^it m，细度不匀 率小，约为20％，长度一般为35～45mm，强伸长度、吸湿性优于绵羊毛，集纤 细、轻薄、柔软、滑糯、保暖于一身。纤维强力适中，富有弹性，并具有一种天 然柔和的色泽。山羊绒对酸、碱、热的反应比细羊毛敏感，即使在较低的温度和 较低浓度酸、碱液的条件下，纤维损伤也很显著，对含氯的氧化剂尤为敏感。同 时，羊绒在许多方面与其它动物纤维不同。如下表：

表2-1 羊绒与其它主要动物毛纤维的性能与结构对比

纤维	羊绒	驼绒	牦牛绒	兔绒	70支澳毛
鳞片形状	环状 斜纹	环状 斜纹	环状 斜纹	菱形 斜纹	环状斜纹
鳞片密度／个／mm	60～70	50～90	50～85	不易	80～150
鳞片可见高度／u m	10～17	8～20	5～23		6～12．5
皮质层	双侧	双侧	双侧		双侧
髓质层	无	无	无	有	无
细度似m	13～17	1¨18	18～20	1l～16	16～20
比重／曲m3	1 3	1．32	1．33	O．9～1．1	l

保暖率／％	70．3	64．6	56．9	68～72	62．5
比电阻"101 30	2	2．3	4．5	4	3．3
光泽／600角入射	1．O	0．3	O．2	1．0	0，6
沸水收缩率／％	3．44	3．27	2．01	5．25	3．7
卷曲率糯	86．4	83．3	82．4	65．8	86．9
摩擦效应	0．0947	0．0545	0．1096	0．1606	O．1985

2．1．2染色上染过程及作用原理

所谓染色就是用染料按一定的方法将纤维纺织物染上颜色的加工过程。染料 上染纤维一般可分为三个过程：

(1)染料从染液向纤维表面扩散，并上染纤维表面，这个过程称为吸附。

(2)吸附在纤维表面的染料向纤维内部扩散，直至染色平衡或基本平衡，这一过 程称为染料在纤维中的扩散。

(3)染料和纤维发生化学反应固着于纤维。

染料的上染过程主要取决于染料的结构和纤维的性能以及二者的结合力，它 受很多因素的影响，包括设备、染料及染化助荆、染色工艺(包括pH值、温度、 升温速度、保温时间等)，若不能科学有效地控制上述因素，将直接影响染色的 质量(色泽、匀染性、透染性、色牢度)。因此，针对山羊绒的结构性能并对其 适用的酸性MF染料、CF中性染料和兰纳素活性染料的染色工艺进行科学合理 地优化和控制，可提高染色质量，提升产品档次。

(1)MF酸性染料

MF酸性染料比直接染料分子量低，以磺酸基为水溶性基团，可溶于水， 与纤维中的氨基结合，对羊绒有较高的亲合力，染色在酸浴中进行，染料与纤维 间的作用除了存在库仑引力外，还存在范德华引力的作用，其染料染色饱和值远 高于吸酸饱和值，是一种匀染型酸性染料。适合染羊绒浅色。

(2)CF中性染料

cF染料为1：2金属络合染料，其母体不含有强的水溶基团，含有强极性基 团，溶解度较低，染色在弱酸性染液中进行，染料分子与纤维通过盐式键、氢键、

T程坝l。论义

范德华力结合，形成稳定结构。适合染羊绒中色。

(3)兰纳素活性染料

兰纳素染料含有n一溴丙烯酰胺活性基团，具有很大的活泼性，染料与纤 维以牢固的共价键结合，不仅发生亲核取代反应，也发生亲核加成反应，形成环 状结合形式，可在弱酸性条件下染色，且获得较高的上染率和固着率。可适合染 浅色、中色和深色。

反应式如下：

(1)亲核取代反应：

Dye—NH—CO—c(Br)=CH2+P—NH2——一Dye-NH-CO—C(NHP)=CH2

(2)加成反应：

Dye—NH—CO—c(ar)=CH2+P—NH2——一Dye小m-CO-CH(NHP)-CH2-NH-P

2．2染色原理及影响因素

山羊绒是一种天然蛋白纤维，其分子上既含有氨基，又含有羧基，可表示为 H2N．P．COOH。在水中，因它的电离而两性离子结构：H3盯。P．COOL‘，氨基和 羧基的离解程度与pH有关。通过调整溶液的pH值使羊绒分子上的正负电荷相 等，即使羊绒分子为电中性，此时溶液的prt为羊绒等电点。高于或低于等电点， 均会使蛋白分子的盐式键发生断开，发生水解，使纤维受到损伤。因此，各种染 料在羊绒的等电点附近染色，既不受酸的损伤，也不受碱的损伤，这样才能保持 羊绒的天然特性。

各种染料的染色机理基于染料与羊绒两性离子的作用。羊绒在酸性染浴中先 吸附H+，使纤维带正电荷，染液中有染料阴离子和酸根离子，染色过程中，染 料扩散到纤维表面取代酸根离子，而上染到纤维中去。中性染料在水溶液中成为 带负电荷的络合离子，其上染过程与酸性染料相似，染料与纤维形成离子键结合。 活性染料在水溶液中以阴离子形式存在，它与羊绒纤维分子间以氢键、范德华力 及离子结合力。因而，活性染料在羊绒上吸附较快。

染色助剂主要改变染料在纤维上的吸附、扩散、固着。染料与纤维的结合方 式有氢键、共价键、静电力、范德华力等，染料的吸附过快，则易造成染色不匀， 降低染料中的均染性。增加扩散可以促进染料分子向纤维内部转移提高均染性。