蘇玉恒,楊克克

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院,河南 鄭州 450007)

纖維的吸濕性是指纖維材料與空氣中的水汽不斷進(jìn)行交換，包括吸收和放出的性能.紡織纖維的吸濕性是紡織纖維重要的物理性能之一，會(huì)對(duì)紡織纖維及其制品的形態(tài)尺寸、質(zhì)量及物理機(jī)械性能產(chǎn)生影響，從而影響到對(duì)其加工的過(guò)程及使用性能[1],所以在進(jìn)行紡織產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用時(shí)必然要考慮纖維的吸濕性能.

多數(shù)對(duì)紡織纖維吸放濕性能的研究基本上都集中在某種單一纖維的性能方面[2-5]，但現(xiàn)代紡織產(chǎn)品已經(jīng)很少采用單一纖維品種來(lái)生產(chǎn)，而趨向于采用多組分纖維混合來(lái)賦予產(chǎn)品更完善的使用性能或某些功能性如抗菌、防紫外線(xiàn)等[6]，對(duì)于混合纖維材料的吸濕性能通常采用按混比的加權(quán)平均方法來(lái)計(jì)算獲得，這種方法在計(jì)算混合材料的平衡回潮率方面較為可靠，但對(duì)于動(dòng)態(tài)吸放濕過(guò)程是否適用，未見(jiàn)相關(guān)的報(bào)告.

本課題采集了幾種常見(jiàn)的紡織纖維進(jìn)行不同混比的搭配，在充分混合的基礎(chǔ)上對(duì)混合材料的放濕過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，不同吸濕性能的材料和采用不同混比混合的纖維混合體的放濕過(guò)程并不符合加權(quán)平均效應(yīng)，且混合材料的吸濕性能差異越大，差別也越大.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料采用普通棉纖維(329鋸齒棉)、棉型滌綸和棉型普通粘膠纖維,3種纖維的基本性質(zhì)如表1所示.

表1 試樣基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of samples

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

采用Y802K快速八籃筒烘箱對(duì)材料進(jìn)行烘干，用精度為0.01 g的電子天平稱(chēng)量，其他儀器還包括溫濕度測(cè)試儀、計(jì)時(shí)器等.

1.3 實(shí)驗(yàn)樣品的制備

1.3.1 樣品設(shè)計(jì)

對(duì)3種纖維材料分別采用兩種纖維混合體和3種纖維混合體，并設(shè)置不同的混比構(gòu)成實(shí)驗(yàn)樣品，樣品編號(hào)及混合體組成見(jiàn)表2.

表2 樣品組成Tab.2 The combination of samples

1.3.2 試棉制備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，每個(gè)試樣總量為50 g，按照每個(gè)試樣的混比，根據(jù)實(shí)際回潮率計(jì)算每個(gè)試樣中不同纖維需要混入的纖維量.稱(chēng)取各試樣對(duì)應(yīng)的單一纖維后，采用手工撕扯的方法將這兩種或者3種開(kāi)松過(guò)的單一纖維混合均勻，手工混合一般15～20 min，以混合均勻?yàn)闇?zhǔn).在纖維轉(zhuǎn)移和混合的過(guò)程中應(yīng)避免纖維的損失和過(guò)分力度的撕扯，手工撕扯以及混合過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)最終收集在目標(biāo)烘籃中，以免對(duì)最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響.纖維的混合必須在稱(chēng)重后及時(shí)進(jìn)行，混合纖維的烘燥也必須在混合后及時(shí)進(jìn)行，避免溫濕度對(duì)纖維質(zhì)量的影響.

1.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下分別進(jìn)行放濕實(shí)驗(yàn)，測(cè)定試樣的放濕曲線(xiàn)，并測(cè)試其在標(biāo)準(zhǔn)條件下的平衡回潮率.

將50 g的纖維試樣放入烘箱，打開(kāi)并調(diào)節(jié)烘箱的溫度至105 ℃.開(kāi)始烘燥后，每隔5 min將烘箱暫停一下，取出裝有目標(biāo)纖維的烘桶，快速稱(chēng)取試樣的質(zhì)量并做記錄，然后將烘桶放回原處按啟動(dòng)按鈕繼續(xù)烘燥.每隔5 min重復(fù)以上操作一次.一般烘燥時(shí)間為1 h左右，直至稱(chēng)取的質(zhì)量前后基本不發(fā)生變化或者質(zhì)量差的絕對(duì)值為0.01 g(電子天平的精度).此外，在烘燥過(guò)程中使排氣閥處于敞開(kāi)狀態(tài).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 平衡回潮率

實(shí)驗(yàn)測(cè)得各試樣的平衡回潮率和依據(jù)加權(quán)平均方法的計(jì)算回潮率如表3所示.

表3 各試樣的平衡回潮率Tab.3 The balance moisture regain of samples %

表3中差異率是實(shí)測(cè)回潮率和計(jì)算回潮率之差與計(jì)算回潮率的比值百分率，由表3中的數(shù)據(jù)可見(jiàn)，加權(quán)平均計(jì)算的回潮率和實(shí)測(cè)回潮率的整體差異率較小，均不超過(guò)10%,這表明對(duì)于混合體的平衡回潮率，采用加權(quán)平均方法進(jìn)行計(jì)算是基本符合實(shí)際的.幾個(gè)差異比較大的樣本均含有較高成分的粘膠纖維，表明混合纖維各成分之間的回潮率差異較大時(shí)，計(jì)算誤差可能會(huì)較大.

2.2 混合纖維體的放濕過(guò)程曲線(xiàn)

以時(shí)間為橫坐標(biāo)，以每間隔5 min測(cè)得的纖維質(zhì)量計(jì)算出的回潮率為縱坐標(biāo)可以繪制出各樣本的實(shí)際放濕曲線(xiàn).以每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的單一纖維回潮率的加權(quán)平均為該時(shí)間點(diǎn)上的計(jì)算回潮率，可以繪制出理論放濕曲線(xiàn)，各纖維混合體樣本的放濕曲線(xiàn)見(jiàn)圖1～圖15.

圖1 棉、滌及棉/滌80/20放濕曲線(xiàn)Fig.1 Cotton, polyester and cotton/polyester 80/20 moisture release curves

圖2 棉、滌及棉/滌60/40放濕曲線(xiàn)Fig.2 Cotton, polyester and cotton/polyester 60/40 moisture release curves

圖3 棉、滌及棉/滌40/60放濕曲線(xiàn)Fig.3 Cotton, polyester and cotton/polyester 40/60 moisture release curves

圖4 棉、滌及棉/滌20/80放濕曲線(xiàn)Fig.4 Cotton, polyester and cotton/polyester 20/80 moisture release curves

圖5 棉、粘膠及棉/粘80/20放濕曲線(xiàn)Fig.5 Cotton, rayon and cotton/rayon 80/20 moisture release curves

圖6 棉、粘膠及棉/粘60/40放濕曲線(xiàn)Fig.6 Cotton, rayon and cotton/rayon 60/40 moisture release curves

圖7 棉、粘膠及棉/粘40/60放濕曲線(xiàn)Fig.7 Cotton, rayon and cotton/rayon 40/60 moisture release curves

圖8 棉、粘膠及棉/粘20/80放濕曲線(xiàn)Fig.8 Cotton, rayon and cotton/rayon 20/80 moisture release curves

圖9 滌綸、粘膠及滌/粘80/20放濕曲線(xiàn)Fig.9 Polyester, rayon and polyester/rayon 80/20 moisture release curves

圖10 滌綸、粘膠及滌/粘60/40放濕曲線(xiàn)Fig.10 Polyester, rayon and polyester/rayon 60/40 moisture release curves

圖11 滌綸、粘膠及滌/粘40/60放濕曲線(xiàn)Fig.11 Polyester, rayon and polyester/rayon 40/60 moisture release curves

圖12 滌綸、粘膠及滌/粘20/80放濕曲線(xiàn)Fig.12 Polyester, rayon and polyester/rayon 20/80 moisture release curves

圖13 棉/滌/粘20/20/60放濕曲線(xiàn)Fig.13 Cotton/polyester/rayon 20/20/60 moisture release curves

圖14 棉/滌/粘20/60/20放濕曲線(xiàn)Fig.14 Cotton/polyester/rayon 20/60/20 moisture release curves

圖15 棉/滌/粘60/20/20放濕曲線(xiàn)Fig.15 Cotton/polyester/rayon 60/20/20 moisture release curves

由圖1～4的曲線(xiàn)可見(jiàn)棉滌混合時(shí)的實(shí)際放濕過(guò)程與理論放濕過(guò)程存在較大差異，實(shí)際的放濕過(guò)程比理論上要緩慢很多，當(dāng)混比變化時(shí)，兩曲線(xiàn)之間的差異形態(tài)基本不變.圖5～8中，棉與粘膠在各種混比下的理論與實(shí)測(cè)放濕曲線(xiàn)均很接近，并且由于粘膠纖維的快速放濕使得所有放濕曲線(xiàn)幾近重疊.圖9～12中，滌綸與粘膠纖維混合體在放濕過(guò)程的中段存在較大差異，實(shí)際的放濕過(guò)程比理論放濕曲線(xiàn)要快很多，但當(dāng)粘膠的比例較高時(shí)，這種差異會(huì)變得很小.圖13～15是3種纖維混合體的放濕過(guò)程，3組曲線(xiàn)之間幾乎沒(méi)有什么相似之處，表現(xiàn)出更為復(fù)雜的變化.較明顯的變化是當(dāng)滌綸的比例增加時(shí),理論與實(shí)際的放濕過(guò)程表現(xiàn)出較大差異，放濕速度更快；而當(dāng)棉的比例較大時(shí),理論與實(shí)際的放濕曲線(xiàn)幾乎是一致的.

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)棉、滌綸和粘膠纖維3種常見(jiàn)纖維在不同混比下的放濕過(guò)程進(jìn)行測(cè)試，得到了不同混比的放濕曲線(xiàn)，對(duì)這些放濕曲線(xiàn)的分析可以得到以下結(jié)論:

(1)不同纖維混合體的平衡回潮率與加權(quán)計(jì)算回潮率基本接近，但當(dāng)兩種纖維的回潮率差異較大時(shí)，混合體的實(shí)際平衡回潮率與加權(quán)計(jì)算回潮率的差異會(huì)增大.

(2)纖維混合體的實(shí)際放濕過(guò)程與理論放濕過(guò)程存在差異，這種差異取決于纖維的種類(lèi).棉滌混合時(shí)，實(shí)際的放濕過(guò)程慢于理論放濕過(guò)程，而滌綸和粘膠混合時(shí)實(shí)際放濕過(guò)程卻快于理論放濕過(guò)程，棉與粘膠纖維混合體的實(shí)際放濕過(guò)程與理論放濕過(guò)程基本一致.

(3)3種纖維混合時(shí)，放濕過(guò)程則顯得更復(fù)雜.本課題中滌綸纖維比例的增大，使得實(shí)際的放濕過(guò)程快于理論過(guò)程.

根據(jù)上述結(jié)論，在進(jìn)行混紡產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，纖維混合體的放濕過(guò)程不能簡(jiǎn)單地采用加權(quán)平均的方法來(lái)確定,需要通過(guò)調(diào)整混合體中纖維的種類(lèi)對(duì)產(chǎn)品的放濕過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而調(diào)整產(chǎn)品的服用性能.本課題的實(shí)驗(yàn)采用烘箱進(jìn)行烘干放濕，與實(shí)際的自然放濕過(guò)程可能存在差異，對(duì)混合纖維體的自然放濕過(guò)程仍需進(jìn)一步研究.

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