《International Journal of Polymer Science》：Integrating Soft Waste Into Composite Yarn Manufacturing: A Multi-Criteria Decision-Making Approach
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本研究针对纺织业纺纱软废料（soft waste）难以高效回收的问题，创新性地将软废料与原生棉、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、弹性纤维（Lycra?）结合，采用改进环锭纺技术制备双芯复合纱线。通过系统评估软废料含量（0%–50%）对纱线性能的影响，发现软废料比例升高会导致纱线不匀率、IPI（纱疵指数）和毛羽增加，强力和伸长率下降，但成本可降低约21.4%。研究进一步运用MOORA多目标优化方法，综合性能、成本与废物生成量筛选最优纱线，为纺织行业提供了一条经济可行、环境友好的废料资源化路径，助力实现可持续发展目标（SDG-12）。
纺织工业是全球经济的重要支柱，但同时也是环境污染的“大户”。每年，纺织生产过程中产生的大量软废料（soft waste）——如清花、梳棉、精梳和细纱工序中的落棉、短纤维等，通常被直接填埋或焚烧，不仅占用土地、污染环境，还造成了资源的巨大浪费。随着“快时尚”（fast fashion）风潮的愈演愈烈，纺织品过度消费与过度生产的问题日益严峻，纺织服装业已被视为污染最严重的行业之一。如何有效处理并利用这些生产废料，变“废”为“宝”，成为行业实现绿色转型和可持续发展的关键挑战。
以往的研究多集中于对消费后废旧纺织品的回收再利用，而对生产过程中产生的、成分相对单一的纺纱软废料的直接、高值化利用探索不足。将这类废料简单地重新制成低端填充物或非织造布，其附加值有限。能否将这些废料重新整合进高端纱线的制造流程，在保持纱线可用性能的同时，显著降低原料成本和环境足迹？这正是《International Journal of Polymer Science》上发表的这项研究旨在回答的核心问题。
为了探索这一可持续路径，研究人员开展了一项系统的实验研究。他们从100%棉纺纱生产线上收集了包括清花落棉（dropping-2）、梳棉落棉（dropping-1和盖板花）、精梳落棉（noil）和细纱吸风花（pneumafil）在内的多种软废料。将这些废料与原生棉纤维以不同的比例（从0%到50%）进行混合，作为纱线的“鞘层”材料。同时，选用聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）长丝和弹性纤维（Lycra）作为“双芯”材料，利用改进的环锭纺技术，制备了Ne 18/1规格的双芯复合纱线。研究团队随后全面测试了不同废料比例下纱线的各项性能指标，包括强力、伸长率、条干不匀率、纱疵和毛羽等，并进行了详细的成本分析和统计相关性检验。最后，他们引入了多目标优化比例分析法（MOORA）这一多准则决策工具，综合性能、成本和废料生成量等多个维度，对所有开发的纱线样本进行综合评价，以找出在可持续性和实用性之间最佳的平衡点。
本研究所采用的关键技术方法主要包括：1) 原料表征与预处理：使用乌斯特HVI 1000和AFIS（先进纤维信息系统）对原生棉及各类纺纱软废料的纤维性能（如长度、强度、细度、短绒含量、棉结等）进行系统表征，为混合配比提供依据。2) 改进环锭纺技术：对传统环锭细纱机进行改造，实现PBT和弹性纤维双长丝在纱线中心的精准定位与喂入，以及外层棉纤维（含废料）对其的包覆，形成稳定的鞘-芯结构。3) 纱线综合性能测试：依据国际标准（如TS EN ISO 2060, 2062），使用乌斯特条干仪、强力仪等设备，在恒温恒湿（20°C±2°C, 65%±2% RH）条件下，系统评估纱线的力学性能与外观质量。4) 多准则决策分析（MOORA）：建立包含纱线性能、生产成本和加工废料生成率等多个属性的决策矩阵，通过归一化、加权和评估值计算，对六种不同废料含量的纱线替代方案进行择优排序。
研究结果显示，纺纱软废料的掺入对纱线性能产生了规律性影响：
3.1. 纱线强力
随着软废料含量从0%增加至50%，纱线的单纱强度（tenacity）从16.01 cN/tex显著下降至12.01 cN/tex，束纱强度指标CSP（Count Strength Product）也从2170降至1702。这主要是因为废料中含有大量短纤维，其在纱线结构中抱合力差，受力时易滑脱。
3.2. 伸长率%
纱线的断裂伸长率也呈现下降趋势，从13.2%降至11.01%。短纤维在纱线受拉伸时难以有效协同承载负荷，导致整体延伸能力降低。
3.3. 纱线毛羽及其变异
纱线毛羽值及其标准差均随废料比例增加而上升。废料中短纤维在纺纱过程中不易被控制，容易伸出纱体，导致毛羽增多，外观变差。
3.4. 纱线质量变异系数
表征纱线条干均匀度的变异系数（CVm%）从12.05%上升至14.03%。废料中短纤维含量高，在纺纱牵伸过程中难以控制，导致纱线截面不规则波动加剧。
3.5. 纱线纱疵
纱疵指数（IPI，包括细节、粗节、棉结）随着废料比例增加而大幅升高，从47个/公里增至163个/公里。这同样源于短纤维导致的牵伸不匀和纤维聚集。
3.6. 统计分析
皮尔逊相关分析证实，软废料比例与纱线强力、伸长率、CSP呈显著负相关，而与毛羽、不匀率、IPI呈显著正相关，所有相关性均具有统计学意义（p值均小于0.05）。
3.7. 可持续性分析
将生产过程产生的软废料重新用于纱线制造，可以减少对原生棉的依赖，从而节约种植棉花所需的水资源、农药等，减轻环境压力。这一实践与联合国可持续发展目标12（负责任的消费和生产）的理念相符。
3.8. 成本分析
经济性是该方案可行性的关键。分析表明，当软废料比例达到50%时，每公斤纱线的总成本约为2.349美元，相较于使用100%原生棉的纱线（2.99美元），成本降低了约21.4%，显示出明确的经济效益。
3.9. 织物试织
将含50%软废料的纱线用作纬纱，在喷气织机上成功织造了牛仔布。尽管织机速度需从800 rpm略微调整至750 rpm，但织物外观可接受，证明了该纱线在实际应用中的可行性。
3.10. 多目标优化选择
运用MOORA方法对六种纱线（Y1-Y6，废料含量0%-50%）在八大属性（强力、CSP、伸长率、不匀率、IPI、毛羽、成本、废料生成率）上进行综合评价。计算结果显示，使用100%原生棉的Y1纱线综合评估值最高，为“最佳”选择；而含50%废料的Y6纱线评估值最低。这反映了在赋予所有属性同等权重的情况下，性能最优的纱线仍占优势，但Y6在成本与可持续性方面具有独特价值。
结论与讨论部分对全文进行了总结。本研究成功验证了将纺纱软废料直接整合进双芯复合纱线制造的可行性。虽然随着废料比例增加，纱线的多项力学和外观性能会有所下降，但其下降幅度在可接受范围内，特别是通过PBT和弹性纤维双芯的增强与稳定作用，纱线仍能满足牛仔布等产品的应用要求。与此同时，该工艺能显著降低生产成本（最高可达21.4%），并有效减少纺织固废的产生和原生资源的消耗，环境效益突出。
该研究的核心意义在于，它不仅仅是一项实验室工艺探索，更提供了一条经过验证的、与现有工业设备兼容且可规模化的纺纱废料资源化路径。它创新性地将“废料”视为“原料”，直接回用于高端复合纱线生产，提升了废料的附加值，为纺织行业实现循环经济提供了具体的技术方案。研究中所采用的系统性能评估、统计分析和MOORA多准则决策方法，也为同类可持续材料开发中的方案比选与优化提供了方法论参考。尽管当前研究表明含50%废料的纱线在织造速度上需做微调，且综合评分并非最高，但其在成本与环保上的巨大优势使其成为平衡性能、经济与可持续性的一个重要可选方案。这项工作为推动纺织产业绿色转型、落实可持续发展目标贡献了切实的科技支撑。
