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        濕熱處理對(duì)蠶絲/PLA復(fù)合紗線結(jié)構(gòu)與性能影響

        2022-04-27 11:52:14張洸睿徐廣標(biāo)王文元
        關(guān)鍵詞:回復(fù)率長絲蠶絲

        張洸睿,徐廣標(biāo),沈 華,溫 潤,王文元

        (1.東華大學(xué)紡織學(xué)院,上海 201620;2.江蘇明源紡織有限公司,江蘇 東臺(tái) 224200)

        蠶絲作為一種高檔的紡織原料,其纖維特性賦予絲綢面料手感滑糯、吸濕透氣、柔軟舒適、光澤柔和和輕薄飄逸的特征[1],但蠶絲產(chǎn)量受到自然條件等因素的限制,在實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)過程中需要與其他纖維進(jìn)行復(fù)合,以滿足更多的市場需求[2]。聚乳酸纖維(Polylactic Acid,PLA)手感柔軟質(zhì)地輕盈,因其優(yōu)良的纖維特性和可降解性而受到廣泛關(guān)注[3]。已有文獻(xiàn)中對(duì)于蠶絲的研究主要集中在纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能方面[4],而關(guān)于PLA的研究集中在PLA的制備[5]、染色工藝[6-8]等方面。關(guān)于蠶絲與PLA產(chǎn)品開發(fā)方面,研究了關(guān)于蠶絲與PLA復(fù)合[9-10],蠶絲與PLA織物性能評(píng)價(jià)等[11]。由于PLA與蠶絲存在較大的性能差異,在后整理工藝中濕熱條件對(duì)織物制備有重要的影響,這方面目前還沒有系統(tǒng)的研究。因此,本論文探討不同溫度時(shí)間條件下,濕熱處理對(duì)蠶絲/PLA復(fù)合紗線的結(jié)構(gòu)與性能的影響,為其生產(chǎn)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

        1 試驗(yàn)

        1.1 試樣

        試樣由某企業(yè)提供蠶絲(22D)/PLA(21D/22F)S捻和Z捻復(fù)合紗線,以及規(guī)格為22D蠶絲和21D/22F PLA長絲。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        已有文獻(xiàn)以及實(shí)際染色后整理發(fā)現(xiàn),PLA對(duì)溫度較為敏感,在實(shí)際的染色過程中設(shè)置的溫度較低,因此根據(jù)實(shí)際情況,設(shè)計(jì)三個(gè)處理溫度和時(shí)間,如表1所示。

        1.3 表征指標(biāo)與方法

        1.3.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

        采用TM3000臺(tái)式掃描電子顯微鏡,按照操作規(guī)范進(jìn)行掃描電子顯微鏡,觀察其橫縱結(jié)構(gòu)形態(tài)。

        1.3.2 熱收縮率

        參照GB/T 6505-2017?化學(xué)纖維 長絲熱收縮率試驗(yàn)方法(處理后)?,隨機(jī)抽10束樣品,放入網(wǎng)袋中進(jìn)行水浴試驗(yàn),水浴至規(guī)定時(shí)間,用鑷子取出,測量其長度,計(jì)算每一束樣品的收縮率,并求出平均值,計(jì)算公式如下:

        式中:S為熱收縮率(%);L1為熱收縮處理前的長度,mm;L2為熱收縮處理后的長度,mm。

        1.3.3 彈性回復(fù)率

        采用定伸長試驗(yàn),儀器為YG061F電子單紗強(qiáng)力儀,定伸長為50mm,反復(fù)拉伸次數(shù)為5,停頓10s,預(yù)加張力2N。根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)取樣,進(jìn)行5次試驗(yàn),計(jì)算得到其平均彈性回復(fù)率。

        1.3.4 力學(xué)性能

        參考GB/T 3916-2013?紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定?,采用YG061F電子單紗強(qiáng)力儀,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)紗線進(jìn)行5次試驗(yàn),計(jì)算得到其平均斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 形態(tài)結(jié)構(gòu)

        由TM3000臺(tái)式掃描電子顯微鏡觀察到不同熱處理?xiàng)l件下的紗線外觀形貌,以蠶絲/PLA復(fù)合紗線(S捻)為例,熱處理前后紗線外觀形態(tài)如圖1和圖2所示。

        圖1 蠶絲/PLA復(fù)合紗線(S捻)外觀形貌

        圖2 不同熱處理?xiàng)l件下蠶絲/PLA復(fù)合紗線(S捻)的外觀形貌

        如上頁圖1、圖2所示,未處理狀態(tài)下的濕熱處理后S捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線的形貌較為規(guī)整。濕熱處理后S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線出現(xiàn)解捻的現(xiàn)象,由原來規(guī)整的形貌變成松散、蓬松的狀態(tài),而且從隨著溫度和處理時(shí)間紗線內(nèi)部的松散現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。

        2.2 熱收縮率

        S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線,以及22D蠶絲和21D/22F PLA長絲熱收縮率如圖3所示。

        圖3 不同濕熱處理?xiàng)l件下試樣熱收縮

        如圖3所示,蠶絲/PLA復(fù)合紗線濕熱收縮主要來自于蠶絲和PLA熱收縮共同作用,比較而言相同條件下蠶絲熱縮率很小,而PLA在濕熱條件下熱收縮率較為明顯,蠶絲/PLA復(fù)合紗線熱收縮率介于蠶絲和PLA長絲之間。隨著時(shí)間及溫度的增加,蠶絲/PLA復(fù)合紗線的熱收縮率整體呈上升趨勢,但S捻Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗在相同條件下濕熱收縮存在較大的差異,說明加工方式對(duì)復(fù)合紗熱收縮會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

        2.3 彈性回復(fù)率

        不同條件下濕熱處理的S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線、22D蠶絲和21D/22F PLA長絲的彈性回復(fù)率如圖4所示。

        如圖4所示,蠶絲/PLA復(fù)合紗線彈性回復(fù)率受蠶絲和PLA長絲彈性回復(fù)率的綜合作用,濕熱處理使其彈性回復(fù)率整體增加,幅度隨著時(shí)間增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在溫度為80℃時(shí),紗線彈性回復(fù)率的增幅最大。這是因?yàn)閺?fù)合紗線彈性回復(fù)性能來源兩個(gè)方面的共同作用,在濕熱條件下有利于紗線內(nèi)部的應(yīng)力消除,同時(shí)對(duì)于纖維來講,蠶絲經(jīng)過濕熱處理后試樣的取向度會(huì)有所提高,根據(jù)已有的文獻(xiàn),當(dāng)水溫達(dá)到85℃和100℃時(shí)纖維會(huì)潤濕膨化,使復(fù)合紗線的彈性增大[12],而PLA的玻璃化溫度約為57℃,與PET相近,因此在60℃左右的溫度下,纖維內(nèi)部的大分子鏈段開始移動(dòng),導(dǎo)致長絲的彈性有所增加。而隨著溫度的繼續(xù)升高,纖維表面形態(tài)發(fā)生不同程度的損傷,其彈性回復(fù)性能受損。

        圖4 不同條件下濕熱處理的試樣彈性回復(fù)率

        2.4 力學(xué)性能

        不同條件下濕熱處理的S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線、22D蠶絲和21D/22F PLA長絲的斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長率如圖5和下頁圖6所示。

        圖5 不同條件下濕熱處理的試樣斷裂強(qiáng)力

        圖6 不同條件下濕熱處理的試樣斷裂伸長率

        如圖5和圖6所示,S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線的斷裂強(qiáng)力表現(xiàn)不同的規(guī)律,在未處理?xiàng)l件下,S捻復(fù)合紗線的強(qiáng)力大于Z捻復(fù)合紗線。對(duì)于S捻復(fù)合紗線來說,其斷裂強(qiáng)力在不同的溫度下呈現(xiàn)不同的變化趨勢,在溫度為60℃時(shí)呈先增大后減小的趨勢,在溫度為80℃時(shí)表現(xiàn)出逐漸減小的趨勢,而在100℃時(shí)表現(xiàn)出先減小再增大的趨勢。對(duì)比Z捻復(fù)合紗線而言,隨著時(shí)間的增加斷裂強(qiáng)力整體呈逐漸增大的趨勢。蠶絲/PLA復(fù)合紗線斷裂強(qiáng)力的變化趨勢主要來源于長絲和紗線結(jié)構(gòu)的共同作用,但S捻復(fù)合紗線受到的影響規(guī)律與Z捻復(fù)合紗線有所不同,從上頁圖5的(c)和(d)可看出,S捻復(fù)合紗線整體的變化趨勢與單絲基本一致,Z捻復(fù)合紗線受共同作用的影響而表現(xiàn)出斷裂強(qiáng)力增大的趨勢。

        S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線的斷裂伸長率整體表現(xiàn)出下降的趨勢。但在溫度為60℃時(shí),兩種捻度復(fù)合紗線的斷裂伸長率表現(xiàn)出不同的規(guī)律,60℃相對(duì)于80℃、100℃時(shí)其斷裂伸長率隨時(shí)間變化有較大的差異。從圖6(c)和(d)可看出,在處理?xiàng)l件為60℃、30min時(shí),S捻復(fù)合紗線的斷裂伸長率和單絲的變化趨勢整體上一致;當(dāng)溫度增加到80℃、100℃時(shí),其斷裂伸長率在長絲和紗線結(jié)構(gòu)的共同作用下整體呈下降的趨勢。Z捻復(fù)合紗線受到的影響規(guī)律與S捻不同,濕熱處理使其力學(xué)性能得到改善[13],而隨著溫度的增加PLA長絲的力學(xué)性能受損[14-15],Z捻復(fù)合紗線的斷裂伸長率整體上也呈減小的趨勢。

        3 結(jié)論

        蠶絲/PLA復(fù)合紗線濕熱處理后其形貌得蓬松;在溫度為60℃~100℃、時(shí)間為30min~90min的條件下,蠶絲/PLA復(fù)合紗線的熱收縮率在1%~4.5%之間,隨著處理溫度的增加S捻和Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線表現(xiàn)出不同的規(guī)律;S捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線的彈性回復(fù)率為40%~70%,Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線的彈性回復(fù)率為45%~62%,蠶絲/PLA復(fù)合紗線的彈性回復(fù)率隨著溫度和時(shí)間的增大整體呈上升趨勢;對(duì)于S捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線來說,其初始斷裂強(qiáng)力為108.9cN,隨著溫度和時(shí)間的變化表現(xiàn)出不同的規(guī)律;Z捻蠶絲/PLA復(fù)合紗線的初始斷裂強(qiáng)力只有60.3cN,隨著溫度和時(shí)間的增加而逐漸上升;S捻和Z捻復(fù)合紗線的初始斷裂伸長率分別為26.4%和23.3%,隨著溫度和時(shí)間的增加整體上都表現(xiàn)出下降的趨勢。

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