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        竹炭腈綸纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)及性能研究

        2013-11-20 09:35:28馮愛(ài)芬張永久
        化纖與紡織技術(shù) 2013年4期
        關(guān)鍵詞:腈綸回潮率竹炭

        馬 婷, 馮愛(ài)芬, 張永久

        (河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院, 河北 石家莊050018)

        腈綸自20 世紀(jì)50 年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái), 得到了長(zhǎng)足的發(fā)展, 早已成為服用合成纖維中不可或缺的一份子[1]。 在我國(guó)腈綸市場(chǎng)上, 存在著常規(guī)品種已飽和, 而復(fù)合、 超細(xì)旦、 異形、抗菌等差別化和功能化品種卻需大量進(jìn)口的現(xiàn)狀[2]。 為此, 需要開(kāi)發(fā)功能性腈綸纖維, 以適應(yīng)市場(chǎng)需求。 竹炭纖維的問(wèn)世, 滿足了人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)功能性紡織品的需求, 受到紡織行業(yè)的廣泛關(guān)注。 采用竹炭纖維制成的織物具有超強(qiáng)的吸附、 除臭、 吸濕排汗、 蓄熱保暖、 抑菌防霉和良好的遠(yuǎn)紅外與負(fù)離子發(fā)射、 抗紫外線等功能, 是高檔內(nèi)衣、 運(yùn)動(dòng)休閑裝及外套的良好面料[3]。 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維是吉林化纖集團(tuán)開(kāi)發(fā)的新型功能性纖維, 具有優(yōu)良的保暖性、 透氣性、 舒適性, 適合做保暖內(nèi)衣、 毛衫褲、 棉服的保暖絮填料, 還可用于襪子、 圍巾、手套、 毛毯, 床上用品[4]。 竹炭腈綸纖維是一種新型纖維, 目前就其性能研究還處于初始階段。 而纖維的性能對(duì)紡織和染整加工都有著重要影響, 因此為了了解竹炭腈綸纖維的性能,就蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的性能進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)其與普通腈綸纖維的對(duì)比試驗(yàn), 分析研究竹炭腈綸纖維的性能特點(diǎn), 為其紡織和染整生產(chǎn)加工提供理論依據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

        1. 1 實(shí)驗(yàn)材料

        1. 67 dtex 棉型蓄熱散熱竹炭腈綸纖維和1. 67 dtex 有光棉型普通腈綸纖維 (吉林化纖有限公司)。

        1. 2 測(cè)試儀器和方法

        1. 2. 1 纖維燃燒性能測(cè)試

        參照紡織行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 01057. 2 - 2007《紡織纖維鑒別試驗(yàn)方法》 第2 部分: 燃燒法。用鑷子夾取一小束 (約重50 ~100 mg) 纖維,仔細(xì)觀察纖維在接近酒精燈火焰、 在火焰中、離開(kāi)火焰時(shí)的燃燒狀態(tài)、 燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣味和燃燒后殘?jiān)卣鞯取?/p>

        1. 2. 2 纖維的微觀形態(tài)

        采用日本Hitachi S450 型掃描電鏡對(duì)兩種腈綸纖維進(jìn)行縱向形態(tài)和橫截面的觀察。 在測(cè)試電壓15 kV, 放大倍數(shù)為1 500 倍, 分辨率為1. 0 nm 的掃描電子顯微鏡下進(jìn)行檢測(cè)觀察。

        1. 2. 3 纖維力學(xué)性能測(cè)試

        纖維在紡織加工和使用中都會(huì)受到各種外力作用 (如拉伸、 彎曲、 扭轉(zhuǎn)、 壓縮、 摩擦等)而產(chǎn)生變形, 甚至遭到破壞, 纖維承受各種外力作用所呈現(xiàn)的特性稱為力學(xué)性能[5-6]。 試驗(yàn)測(cè)試的纖維力學(xué)性能包括纖維斷裂強(qiáng)力和纖維摩擦性能。 試樣在溫度20 ℃, 相對(duì)濕度41%條件下平衡24 h 后進(jìn)行測(cè)試。

        (1) 纖維強(qiáng)力

        采用的儀器為YG004N 型電子單纖維強(qiáng)力儀(南通三思)。 在拉伸速度100 mm/min, 試樣長(zhǎng)度15 mm 的條件下, 對(duì)所選的兩種腈綸纖維的斷裂強(qiáng)力進(jìn)行測(cè)試。 每種纖維測(cè)試次數(shù)為20次, 取平均值。

        (2) 纖維摩擦性能

        試驗(yàn)采用的試驗(yàn)儀器為Y151 型纖維摩擦系數(shù)測(cè)定儀。 采用絞盤(pán)法測(cè)量[7]。 本試驗(yàn)分別測(cè)試兩種腈綸纖維與金屬棍、 纖維與纖維棍、 纖維與橡膠輥的摩擦系數(shù)。 摩擦輥轉(zhuǎn)速為30 r/min,線速度75 cm/min, 預(yù)加張力設(shè)為0. 098 cN,每根掛絲重復(fù)測(cè)定操作2 ~ 3 次, 每個(gè)輥軸要測(cè)6 根絲, 選同一種類的5 個(gè)輥軸供測(cè)定30 個(gè)數(shù)值, 分別記錄之, 并求出扭力天平讀數(shù)的平均值, 并根據(jù)公式算出摩擦系數(shù)。

        1. 2. 4 纖維吸濕性能測(cè)試

        參照標(biāo)準(zhǔn)GB6503 - 2008 化學(xué)纖維回潮率試驗(yàn)方法。 本試驗(yàn)采用Y802A 型八籃恒溫烘箱,在工作電壓220 V, 加熱功率2. 75 kW 下對(duì)兩種腈綸纖維的回潮率進(jìn)行測(cè)試。 每種纖維在室內(nèi)溫度為20 ℃, 相對(duì)濕度41% 條件下, 平衡24 h后進(jìn)行箱外冷稱重10 g, 烘箱內(nèi)試樣暴露處的溫度為(110 ± 2) ℃, 烘躁時(shí)間為2 h。

        2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        2.1 纖維的燃燒性能

        兩種纖維的燃燒特征記錄結(jié)果如表1 所示。

        表1 纖維燃燒性能

        從表1 可以看出, 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的燃燒性能與普通有光腈綸相似, 兩種腈綸在燃燒性能上差別不大。 竹炭腈綸遇火焰收縮,離開(kāi)火焰繼續(xù)燃燒, 燃燒速度大于普通腈綸,在燃燒過(guò)程中伴有大量黑煙, 并且有輕微的燒紙味。 這是由于竹炭腈綸里面添加了竹炭微粉的緣故。 兩種腈綸纖維的燃燒殘留物都為松脆的黑色硬塊, 用手指碾挫易碎。

        2. 2 纖維的微觀形態(tài)

        實(shí)驗(yàn)所選用的兩種腈綸纖維在電子顯微鏡下橫截面和縱向形態(tài)的SEM 圖片, 如圖1 ~圖4所示。

        從圖1 ~圖4 可以看出, 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的截面有豐富的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)分布, 截面為不規(guī)則類似于圓形或橢圓形。 縱向表面有很多溝槽, 略微粗糙。 因此, 在紡紗過(guò)程中,會(huì)增大纖維間的抱合力, 使纖維間不易滑脫,提高成紗強(qiáng)力。 由于竹炭腈綸纖維表面和內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu), 成紗后紗線及其制成的織物, 產(chǎn)品不僅具有良好的吸濕放濕性能、 保暖性能和透氣性能, 而且還具有一定的吸附性能。 穿著輕薄的竹炭腈綸纖維織物制成的各類貼身服裝,如T 恤衫、 內(nèi)衣、 運(yùn)動(dòng)衣、 休閑服等, 竹炭腈綸纖維的微孔可快速吸收皮膚散發(fā)的濕氣和汗液, 并向周圍空氣快速擴(kuò)散, 從而保持皮膚干爽, 使穿著者持續(xù)保持干爽舒適的狀態(tài)。 而冬季使用竹炭腈綸纖維制作的棉被、 棉服、 襪子、手套, 或者穿著由厚實(shí)的竹炭腈綸纖維織物制成的服裝, 纖維微孔中儲(chǔ)存的大量熱能和所含有的靜止空氣, 可以防止冷空氣入侵,既保暖又輕便。

        圖1 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維橫截面形態(tài)

        圖2 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維縱面形態(tài)

        圖3 有光普通棉型腈綸纖維橫截面形態(tài)

        圖4 有光普通棉型腈綸纖維縱面形態(tài)

        2. 3 纖維力學(xué)性能

        2. 3. 1 纖維強(qiáng)力

        纖維強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

        表2 纖維拉伸性能

        從表2 可以看出, 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率都比普通有光腈綸纖維的大。 這可能是由于竹炭腈綸纖維維中加入了納米級(jí)竹炭微粉, 造成纖維內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變, 從而影響了纖維的拉伸性能。 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維相對(duì)普通有光腈綸纖維而言耐用性會(huì)更好。

        2. 3. 2 纖維摩擦性能

        纖維的摩擦性能不僅影響紡、 織加工性能,而且影響成品的手感風(fēng)格。 纖維的摩擦還會(huì)導(dǎo)致纖維的磨損和變形, 產(chǎn)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移、 生熱和靜電現(xiàn)象[8-9]。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

        表3 纖維摩擦系數(shù)

        由表3 可以看出蓄熱散熱竹炭腈綸纖維與普通有光腈綸纖維相比, 其系數(shù)略小, 纖維的動(dòng)、 靜摩擦系數(shù)相差不大。 這是因?yàn)槠胀ㄓ泄怆婢]纖維截面呈圓形, 表面比較平整, 使纖維相對(duì)滑動(dòng)時(shí)接觸面積不大, 摩擦系數(shù)略高。 竹炭腈綸纖維因其表面有竹炭微粉, 使得其表面有一定的粗糙, 表面積相對(duì)有所增大, 從而其摩擦系數(shù)得以減小。

        兩種腈綸纖維的靜摩擦系數(shù)均大于動(dòng)摩擦系數(shù)。 纖維的手感與動(dòng)、 靜摩擦系數(shù)的大小和兩者的差值有關(guān)。 靜摩擦系數(shù)大, 且與動(dòng)摩擦系數(shù)差值也大的纖維, 其手感硬而且發(fā)澀。 反之, 靜摩擦系數(shù)小, 且與動(dòng)摩擦系數(shù)差值也小的纖維, 其手感柔軟。 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知, 竹炭腈綸纖維相對(duì)于普通腈綸纖維來(lái)說(shuō)手感較柔軟。

        纖維的摩擦系數(shù)不僅影響纖維的手感, 而且影響紡紗工藝和成紗質(zhì)量。 纖維間摩擦系數(shù)大, 特別是靜摩擦系數(shù)大, 纖維間抱合力大, 有助于加工過(guò)程中纖維的聚集, 防止纖維擴(kuò)散, 提高成卷、 成網(wǎng)時(shí)半制品的成形質(zhì)量, 增加成紗強(qiáng)力[10]。 從表3 可以看出, 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的靜摩擦系數(shù)大于其相應(yīng)的動(dòng)摩擦系數(shù), 這有利于纖維成卷、 加壓、 防黏等。 纖維與纖維棍的摩擦系數(shù)介于纖維與金屬棍和纖維與橡膠輥之間。 纖維與機(jī)件間摩擦系數(shù)大, 有利于牽伸過(guò)程中鉗口對(duì)須條的握持, 但在開(kāi)松和梳理過(guò)程中, 因纖維轉(zhuǎn)移困難會(huì)形成纏繞性反復(fù)打擊, 從而導(dǎo)致纖維損傷加劇, 造成紗線和機(jī)件的磨損。 因此, 為了保證紡紗的順利進(jìn)行, 應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┙档屠w維與機(jī)件之間的摩擦系數(shù)。

        2. 4 纖維吸濕性能

        通常, 把纖維材料從大氣中吸收水分或向大氣放出水分的能力稱為吸濕性[5]。 紡織材料吸濕性高低通常用回潮率表示, 紡織材料的回潮率大, 表示吸濕性強(qiáng)。

        通過(guò)測(cè)試, 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的回潮率高于普通有光腈綸纖維的回潮率, 其回潮率分別為1. 71%和1. 52%。 因?yàn)橹裉侩婢]纖維表面和內(nèi)部有很多微孔, 而微孔的存在使得纖維有良好的吸濕放濕性能、 保暖性能和透氣性能。另外, 竹炭腈綸纖維中的竹炭顆粒具有吸附的功能, 使得竹炭腈綸纖維比一般的腈綸纖維吸濕性能更好, 提高了纖維的回潮率。 竹炭腈綸纖維回潮率的提高, 不僅有利于紡織加工, 減少靜電的產(chǎn)生, 而且可以提高穿著舒適性, 適合于制作工作裝、 運(yùn)動(dòng)服裝、 內(nèi)衣等服裝。

        3 結(jié)論

        (1) 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維表面和內(nèi)部分散著大小不均勻的微孔, 其微孔結(jié)構(gòu)可增加纖維間的抱合力, 提高成紗質(zhì)量、 織物的透濕透氣性、 蓬松度、 覆蓋性和保暖性。 據(jù)此特點(diǎn), 用竹炭腈綸纖維開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)服、 工作服等制品能快速吸水與擴(kuò)散, 舒適性大幅度提高。

        (2) 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均大于普通有光腈綸纖維, 耐用性比普通腈綸纖維要好。

        (3) 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的摩擦系數(shù)比普通有光腈綸纖維的略小, 手感較柔軟。

        (4) 蓄熱散熱竹炭腈綸纖維的回潮率比普通有光腈綸纖維的大, 有利于紡織加工, 提高穿著舒適性。

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