曹秋玲，楊中華，王 琳，2，陳莉娜，張龍鵬

(1.河南工程學(xué)院 紡織工程學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.鄭州市君友紡織品織造有限公司，河南 鄭州 450048)

維綸又稱維尼綸，是聚乙烯醇(PVA)縮甲醛纖維的商品名稱。目前，高強(qiáng)高模維綸、阻燃維綸和水溶性維綸等改性聚乙烯醇纖維成為維綸纖維發(fā)展的主流[1-2]。水溶性維綸纖維具有親水性并且可以溶于水[3]。日本在20世紀(jì)60年代就開始了水溶性維綸纖維的工業(yè)化生產(chǎn)[4]，我國在20世紀(jì)90年代成功開發(fā)出一系列低溫水溶性維綸纖維。本研究對(duì)溶解溫度為20 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃的水溶性維綸纖維的縱向形態(tài)、紅外光譜、強(qiáng)伸度、卷曲性能和水溶性能進(jìn)行測試，并與普通維綸纖維進(jìn)行對(duì)比分析，以期全面了解水溶性維綸纖維的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)，為其應(yīng)用提供理論參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試樣及規(guī)格

水溶性維綸纖維和普通維綸纖維試樣的長度為38 mm，線密度為1.5 dtex。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

利用SIGMA 500型掃描電子顯微鏡觀測纖維的縱向形態(tài)。

利用Nicolet 6700 型傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)纖維進(jìn)行成分分析，波數(shù)為600～4 000 cm-1，分辨率為32 cm-1。

利用XQ-2型單纖維強(qiáng)力實(shí)驗(yàn)儀測試?yán)w維的強(qiáng)伸性能，強(qiáng)力機(jī)的夾持距離為20 mm，拉伸速度為 20 mm/min。

利用YG362B型纖維卷曲彈性儀測試?yán)w維的卷曲性能，試樣夾持長度為20 mm，加輕負(fù)荷0.3 mN、重負(fù)荷7.5 mN。

利用SHA-C型數(shù)字水浴恒溫振動(dòng)器、YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱測試?yán)w維的水溶性能。稱取不同溶解溫度的水溶性維綸纖維各5 g，將試樣放入燒杯中，每份樣品加入500 mL水，放在恒溫水浴鍋中，在20 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃條件下進(jìn)行處理，實(shí)驗(yàn)中需要不斷攪拌以加速纖維溶解，水浴時(shí)間為30 min。將纖維取出瀝干水分，在(105±3)℃的烘箱內(nèi)烘至質(zhì)量恒定，冷卻至室溫后稱其質(zhì)量，計(jì)算水溶性維綸纖維的水溶解度：

(1)

式中：A為維綸纖維的水溶解度，%；m1為處理前纖維的質(zhì)量，g；m2為處理后纖維的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 縱向形態(tài)

觀測到20 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃水溶性維綸纖維和普通維綸纖維的縱向形態(tài)，分別見圖1至圖5。

圖1 20 ℃水溶性維綸纖維的縱向形態(tài)Fig.1 Longitudinal morphology of 20 ℃water-soluble polyvinyl alcohol fiber

圖2 40 ℃水溶性維綸纖維的縱向形態(tài)Fig.2 Longitudinal morphology of 40 ℃water-soluble polyvinyl alcohol fiber

圖3 70 ℃水溶性維綸纖維的縱向形態(tài)Fig.3 Longitudinal morphology of 70 ℃water-soluble polyvinyl alcohol fiber

從圖1至圖5可以看出，各種水溶性維綸纖維的縱向形態(tài)基本相似，較平直光滑，呈圓柱體，普通維綸纖維縱向有明顯溝槽。這與纖維的紡絲方法有關(guān)，水溶性維綸纖維采用溶劑濕法冷卻凝膠紡絲，纖維結(jié)構(gòu)均勻，有利于高倍拉伸，對(duì)空氣濕度不敏感，物理機(jī)械性能好[5]；普通維綸纖維采用濕法紡絲，纖維截面為腰圓形。

2.2 紅外光譜

水溶性維綸纖維和普通維綸纖維的紅外光譜見圖6。由圖6可以看出，水溶維綸纖維和普通維綸纖維的紅外光譜基本相同，在3 337 cm-1、1 240 cm-1和823 cm-1附近均出現(xiàn)維綸纖維的典型特征譜帶。水溶性維綸纖維的醇解度低于普通維綸纖維，吸濕性能更好，在1 645 cm-1附近因吸收水分較多產(chǎn)生較強(qiáng)的H—O—H吸收帶，且溶解溫度越低，表現(xiàn)得越明顯。

圖6 纖維的紅外光譜Fig.6 Infrared spectrogram of the fiber

2.3 拉伸性能

水溶性維綸纖維和普通維綸纖維的拉伸性能測試結(jié)果見表1。

由表1可知，水溶性維綸纖維的斷裂強(qiáng)度小于普通維綸纖維，斷裂伸長率大于普通維綸纖維。隨著水溶溫度的升高，水溶性維綸纖維的斷裂強(qiáng)度增加。這是由于水溶性維綸纖維的溶解溫度與其在生產(chǎn)加工過程中的拉伸倍數(shù)和熱處理溫度有關(guān)。拉伸倍數(shù)大，熱處理溫度低、時(shí)間短，則纖維的取向度低、結(jié)晶度低、水溶性能好，但纖維的強(qiáng)度下降、熱收縮較大，所制成織物的耐用性和尺寸穩(wěn)定性差。

表1 纖維拉伸性能測試結(jié)果Tab.1 Test results of the fiber tensile properties

2.4 卷曲性能

水溶性維綸纖維和普通維綸纖維的卷曲性能測試結(jié)果見表2。

表2 纖維卷曲性能測試結(jié)果Tab.2 Test results of the fiber crimp properties

由表2可知，水溶性維綸纖維的卷曲率、卷曲彈性率、卷曲回復(fù)率、卷曲數(shù)略高于普通維綸纖維。纖維卷曲數(shù)多，有利于纖維之間摩擦抱合，且能使纖維的橫向體積增加，作為填充物時(shí)有更好的蓬松性和彈性。纖維的卷曲率越高，表示纖維卷曲程度越高，纖維之間的摩擦力和抱合力越大，對(duì)于纖維的卷繞和纖維加工中的成網(wǎng)、成條越有益。由此可知，水溶性維綸纖維可紡性能優(yōu)良，制成的織物蓬松性與彈性較好。

2.5 水溶性能

20 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃水溶性維綸纖維在不同水浴溫度下的溶解程度見表3。

表3 纖維的水溶性能測試結(jié)果Tab.3 Test results of the fiber water solubility

由表3可知，隨著水浴溫度的升高，水溶性維綸纖維的溶解程度提升。在實(shí)驗(yàn)過程中，20 ℃水溶維綸纖維在20 ℃水中放置20 min左右就已經(jīng)達(dá)到完全溶解狀態(tài)，并且溶液不含細(xì)小雜質(zhì)；40 ℃水溶性維綸纖維在20 ℃時(shí)可以少部分溶解，但溶解過程比較困難，40 ℃水浴30 min能夠達(dá)到完全溶解；70 ℃水溶性維綸纖維在20 ℃時(shí)幾乎不溶解，40 ℃水浴30 min有少量溶解，70 ℃水浴30 min基本溶解；80 ℃水溶性維綸纖維在70 ℃時(shí)產(chǎn)生熔融狀態(tài)纖維，形成濃溶液膠層，當(dāng)水浴溫度升到80 ℃時(shí)，仍存在少量濃溶液膠層且不易取出，故認(rèn)為溶解程度接近100%。

水溶性維綸纖維在水中的溶解程度受到纖維聚合度、結(jié)晶度，尤其是醇解度的影響。纖維的溶解過程是先溶脹后溶解，水分子通過毛細(xì)作用進(jìn)入纖維分子內(nèi)部引起纖維溶脹，加熱過程使纖維內(nèi)部溫度升高，分子鏈的規(guī)整結(jié)構(gòu)遭到破壞，纖維的結(jié)晶度降低，當(dāng)纖維分子間的氫鍵完全被水分子與纖維分子中羥基形成的新的氫鍵取代后，纖維才能完全溶解[6]。

20 ℃和40 ℃水溶性維綸纖維可以用來制作高檔繡花的底布，既便于繡花后清除，又節(jié)能環(huán)保，還可以用于面料假縫、花邊分離、水溶性包裝和衛(wèi)生用品等材料。70 ℃水溶性維綸纖維添加到紙漿中，可以顯著提高紙張的強(qiáng)度[7]。70 ℃和80 ℃水溶性維綸纖維被廣泛用于無捻毛巾、浴巾的開發(fā)，其織物柔軟且吸水性好，與羊毛等纖維伴紡后再溶解，可以開發(fā)輕薄的紡織產(chǎn)品。

3 結(jié)論

對(duì)20 ℃、40 ℃、70 ℃、80 ℃水溶性維綸纖維和普通維綸纖維進(jìn)行縱向形態(tài)、紅外光譜、強(qiáng)伸度、卷曲性能和水溶性能的測試和分析，得出以下結(jié)論：

水溶性維綸纖維采用溶劑濕法冷卻凝膠紡絲，不同水溶溫度的維綸纖維縱向形態(tài)基本相似，較平直光滑；普通維綸纖維采用濕法紡絲，纖維縱向有明顯溝槽。水溶性維綸纖維和普通維綸纖維的紅外光譜基本相同，表現(xiàn)出維綸纖維的典型特征譜帶，水溶性維綸纖維的吸濕性能更好，產(chǎn)生較強(qiáng)的H—O—H吸收帶。水溶性維綸纖維的溶解溫度與其生產(chǎn)加工中的拉伸倍數(shù)和熱處理溫度有關(guān)，水溶性維綸纖維的斷裂強(qiáng)度小于普通維綸纖維，斷裂伸長率大于普通維綸纖維。水溶性維綸纖維的卷曲數(shù)、卷曲率、卷曲回復(fù)率、卷曲彈性率略高于普通維綸纖維，有利于纖維之間摩擦抱合，可紡性能優(yōu)良。水溶性維綸纖維在水中的溶解程度受到纖維聚合度、結(jié)晶度，尤其是醇解度的影響，隨著水浴溫度的升高，水溶性維綸纖維的溶解程度提升。