硕士学位论文-大豆蛋白纤维及其产品常压等离子体改性研究.pdf

学校代码 学号 大豆蛋白纤维及其产品常压等离子体改性研究 峨认 学科专业纺织材料及纺织品设计 作者姓名吴会峰 指导教师俞 建勇 完成日期 附件一 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明我格守学术道德 , 崇尚严谨学风 。 所呈交的学位论文 , 是本人在导师的 指导下 , 独立进行研究工作所取得的成果 。 除文中已明确注明和引用的内容外 , 本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容 。 论文为本人亲 自撰写 , 我对 所写的内容负责 , 并完全意识到本声明的法律结果由本人承担 。 学位论文作者签名 日期多 心 华年 吴 会峰 月又日 二 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留 、 使用学位论文的规定 , 同意学校保留并向国家 有关部 门或机构送交论文的复印件和 电子版 , 允许论文被查阅或借阅 。 本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 , 可以采用影印 、 缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文 。 保密 口 , 在年解密后适用本版权书 。 本学位论文属于 不保密 回 。 ” 论文作者签“ 莫 含峰 指导教师签名 日期 勿口少匆 月征日 日期学年,月么日 另 摘要 等离子体技术在纺织 领域的应用已经 有 几十年的 历史 , 而且 也取 得了相当大的成就 , 但是 , 此前的研究多限于 真空等 离子体 技术 。 由 于对真空系统的依赖 使得该技 术 很难实现工业化 , 多数研究只是 停留 在实验室 。 在纺织 材 料的表 面 改 性 方面 , 传 统的常压等离 子体 发生器 由于存 在放电不 均匀等问题 , 往 往只能使材料表面性能得到 部分 改善 。 本 论文 采用 的介 质阻挡 放电设备 , 放电比较均匀 , 在改善纺织材 料表 面性 能方 面能取得很好的处 理 效 果 。 大豆蛋白纤维 作为唯一由我国自主开发 , 具有完全知识 产权的一 种 化 学纤 维 , 具有 单丝细度细 、 比重轻 、 光泽好 、 吸湿导湿 性好 、 手 感柔软 、 滑爽 、 悬垂 性好等优异特点 , 而且还具有独 特的保健功 能 但是其表面 摩擦系数小 、 抱 合力差 、 卷曲变 形不 稳定等缺点在 很 大 程 度上影 响了纱线和织 物的性能 , 如纱线毛羽较多 , 织 物 易 起毛起球等 , 这 是限制大豆蛋白纤 维进一 步 市 场 化的重 要因素 。 鉴于以上 两点 , 本论 文采用介质阻挡放电设备 来处 理 大豆 蛋白纤 维 、 纱 线及 其织物 , 力求改善纤维 、 纱线 及其织物的有关性能 。 经 过 测试分析 处 理前后的大豆蛋白纤维 、 纱线及其织物 , 得出了以下 结 论 等离子体技术的确能有 效的改 善大豆蛋白纤 维的表面状 态 , 其 表面变的粗糙了 , 与各 种材料的摩擦系数增加了 在改善纤维表 面 状态的同时 , 纤 维的强伸性能并没有受到太 大 影响 等离子体处 理后 的各 种粗纱的抱合力均有不同程度的提高 粗纱中大豆蛋白纤维的含 量 越高 , 所加的捻 度 越大 , 粗纱的抱 合 力提高的程 度 越大等 离子体电源值越高 , 处理的时间越 长 , 粗纱 的抱 合力提高的程度 越大 等离子体处理过的粗纱 纺成的细纱的毛羽得到了改善 , 细纱中 大豆 蛋白纤 维的比例越高 , 效 果越明显 。 等 离 子体 处理后大豆蛋白纤维 织物的起 毛起 球性能得到了明 显 的 改善 。 女 等离子体 处 理后大豆蛋白纤维 织 物的抗折皱弹性回复性表面 性能及 其风格都有所 改善 。 随着 等 离子 体处理的 时 间的 延长和功 率的增 加 , 处理的效果会 越来 越好 。 综 上所述 , 大豆蛋白纤维 、 纱线 及其织物在 经过常压等 离子 体处理后 , 在 改善 纤 维表面 性能的基 础 上 , 也使得纱线的毛羽 和织 物 的起毛 起 球 性能得到了明 显的改善 。 而 且并没有影响 到大豆蛋白纤 维 其他的优良性 能 , 这是 其 他 传统化 学方法 所不能做到的 。 同时 , 等离 子体技 术 无 污染 、 成 本低又由于此设 备不 需要 真 空环 境 , 实 现了连 续化处理 , 所以等离 子体 技 术 应用 于纤维表 面 改 性具 有 非常好的 工业化生 产前景 。 关键词常压 等 离 子体大豆蛋白纤维表 面改性毛羽起 毛 起球 , , 一 , , , , , , , 了 , , , , 一 , , 一 一 , , 夕 目录 第一章序 言 大豆蛋白纤维的发 展及基本性能 等离 子体 技 术及其在纺织 上的应用 本 文的研究 意义 本文的主要研究内容 “ 第二章介质阻挡放电 。 二 介质阻挡放电的一般 性质 阻挡放电 的物理 过 程 本 课题所 采用的介质阻挡放电设备简介 第 三 章试 验 试 验样品 试验 仪 器 介质阻挡放电等离子体 处理 纤 维性能测试 纱线性能测试 织 物 性能 测试 本章小结 第四章等 离子 体处理 对 大豆蛋白纤 维 性能的 影响 一 概 述 等离 子体处 理大 豆蛋白纤维 一 等离 子体处 理 对大豆蛋白纤维表面 性能的影响 等离 子体处 理对纤维强 伸性 能的影响 机理分析 本章小 结 第 五 章等 离 子 体 处 理 对大豆蛋白纤 维纱 线性 能的影 响 概述 等 离子体处理粗纱 等离子体处理对 粗纱抱合力的影响 等 离子体处理对细纱 性能 的影响 机理分 析 本 章小结 第六章等离 子 体处理 对 大豆蛋白纤 维 织物性能的 影响 “ 概述 等离 子体处理大 豆蛋白纤维 织物 “ ”一 等 离 子体处理对 大豆蛋 白纤维 织物起毛 起球性能的影 响 等离 子体处理对大 豆蛋白纤维织物折皱弹 性的影响 “ 等离子体处理对大 豆 蛋白纤 维 织物撕裂强力的影响 等 离子体处理对大豆蛋 白纤维 织物表面接 触角 和表 面能 的 影响 等离 子体处理对 大豆蛋白纤维织物风格的影响 ” 一 机理 分 析 本章小结 第七章结 论 参考文献 第一章序言 第一章 序言 大豆蛋白纤 维的发展 及 基 本 性 能 大豆 蛋白纤 维是唯一由我国 自 主开发 , 具 有 完 全知识产权的 一种 化 学纤维 。 大豆 蛋白纤维的主要原料 是豆粕 , 轻 基和氰基高聚物 , 其 生 产原理 是将 豆粕水浸分 离提纯出蛋白质 , 将蛋白质 改变结构 , 并在 适 当的条 件下 与经基和氰 基高 聚物共 聚 接 枝 , 通过湿法纺 丝生 成 大 豆 蛋白纤维 , 大 豆蛋白纤维比重小 , 与柞 蚕丝光泽非常接 近 , 是 高 档服 装用原料 。 , 大 豆蛋白纤维的发 展 大 豆蛋白纤维是一 种再生植 物蛋白纤维 , 从大豆提 炼出来的蛋白 质溶 解液 经湿 法纺丝而 成 。 我国从世纪年代开始 , 由河 南 省淮 阳华康化 学 生物 工程联 合 集团公司李官奇 等耗 资多 万元 , 开 发研 究大 豆蛋白纤维 , 并率先 获 得 成功 。 年月 , 由河南 省遂 平华康 生物工程有限 公司在 世界上首 次成功进行了工业化生产 。 大豆 蛋白纤 维 原料 来自生物资源的大豆粕 , 原料丰富 , 且具 有 可 再生性 , 不会对资源 造 成 掠夺性 开发 。 大豆蛋白纤 维属于生态 环保纤 维 , 完全符合环 保的要求 , 生 产过程中 不会 对环境 造 成污染 , 且 大部 分 助 剂 和 半成品纤维均可回收重新利用 , 而提纯 蛋白后留 下的残渣还 可以作为饲料 。 豆粕属废物综 合利 用 , 大大提高了农副产品 的 附 加值 , 有利 于促 进农副产品的结构调整 和农业经济的发 展 。 大豆蛋白纤 维 独 有的特点和优异的性能使其能 够在新型纺织面 料开 发中大 显身手 。 由 此 可见 大豆 蛋白纤维的开发前景十分广阔 。 第一章 序言 大豆 蛋白纤维的基 本 性能 大豆 蛋白纤维的形态结 构 其横截面 呈 扁平 状哑铃形 或腰圆形 , 具有一定的抗弯 性能纵向 形态呈不规则 沟槽和海岛状的凹凸 , 这对 纤维的光 泽 、 刚度 及导湿都 有 重要影响 。 , 、 大豆 纤维的主要 性能分 析 干断 裂 强力接近于涤纶 , 断裂伸长与蚕丝和粘胶纤 维接近 , 湿态强 力 下 降 , 断裂伸长增 加近 , 这说明纤维吸 湿后 使 在分子间 结合力减弱 , 结晶区变 得 松散 。 另外 , 变异系数较大 , 尤 其 是断裂强 力指标 , 这证明纤 维存在较明显的强力不匀 , 将给纺纱 带来一定难度 。 象严重 滑爽 。 摩擦系数相 对其它 纤维较低 , 抱合力差 , 织 物起 毛 起球现 但动静 摩擦系数的差值较小 , 表明该纤维及 其制品手 感较 卷曲弹 性恢复率较低 , 不 仅不利 于成纱时 的纤维抱 合 , 给 成纱带来一定困难 , 同时也将影响织物的服用性能 , 如抗皱 、 保暖 、 手感等 。 质量比电阻接近于蚕丝 , 明显小于合 纤 , 表明该纤 维的 电 学性能对纺织加工 及服用有利 。 干热性能好 , 随着 温 度的身 高 , 强 力 呈 下降趋势 , 颜 色 逐渐变黄 , 到一定温 度开始 炭化 , 变成 褐色而 破 坏纤维强 力 。 湿热 性能不稳 定 。 对一般 溶解剂和碱的稳定性好 , 在弱碱溶液中 , 其纤维重 量有微量损 失 , 即部分 溶 解据 分析是因为纤维 表面蛋白质大分 第一章 序言 子被分解 所致 。 但对 浓度较高的酸 溶液则会分 解 , 表现出对酸的不稳 定性 。 表 一 大 豆 蛋白纤维和其它 纺织纤 维 性能比较 性能大 豆纤 维棉粘胶蚕丝 断裂 强度干 一 一一一 湿 一一一一 干断裂延 伸度 一一一 初 始模量 一一一一 钩接强 度 一一一 结节强度 一一一 回潮率 一 比重 一 一 一一 质量比电阻 耐热 性差好较好较 好 耐碱性一般好好较 好 耐酸 性好差差好 抗紫外 线 性较 好一般较差差 注本 表部分 数 据由河南省纺织纤维 质 量检测 中心提供 目前尚 未有大 豆蛋白纤维的 国家标 准 或 行业标准 大豆 纤维 在紫外线灯照 射小 时 后 , 强力下 降为 , 断裂伸长率和变异 系数略有增加 , 这说明 具有较好的耐日光 性能 。 大豆蛋白纤维可选用三种染 料进行 染 色活 性染料 、 中性 染 料 和弱酸染料 。 活性染料可 染中浅色 , 色 泽鲜艳度高 , 但染 色性 能差 , 第一章序言 匀染性差中性染料可染中深色 , 色泽 鲜艳度差弱酸染料色泽鲜艳 , 匀染 性好 , 经过 适当的 固色可活得较 好的色牢度 , 可 染中色 。 总 的来 讲 , 匀染 性是 该纤 维制品染色 中的一大难 题 , 鲜 艳度和色牢度 往 往不 能兼得 。 , , 大豆 蛋白纤维存在的问题 尽管大 豆蛋白纤维有 很 多 优点 , 但是它 也存在许多缺点 , 如 摩擦 系数小 、 弹性小 、 缩 水变形较 大 、 不耐 热 、 纱线 毛羽现象 严 重 、 易起 毛 、 起球 、 抗皱 性差等 , 特别是起 毛 、 起球问题比较突出 。 当大豆 织 物在穿着 过程中 , 经磨擦或洗 涤 之后 , 织物表 面会起毛 、 起球 , 这极 大的影响 了大豆织物的服用性能 。 所以 , 急需弄 清 大 豆 蛋白纤维起毛 、 起球 机理 , 寻找出改善的方法 。 这对 大 豆纤维的发 展和产品开发有着 重要的影响作用 。 等 离子体技术及其在 纺 织 上的应用 离子体技 术概述 等离 子 体是在气体放电 的基 础上 产生的 , 可定义为等量的正电荷 和负电荷 载体的集 合 体 , 具有总 的零电荷 。 从应用 角度出发 , 可将气 体放电分为无声放电 、 辉 光放电 、 弧光放电 、 电晕放电 、 火花 放电 、 高 频 放电 和无 极放电 。 它们 都是在很高的场强下使 气体或极板离子 化 , 同时 也伴 有其他一 些高能粒子的 生成 。 通常 , 放电时具有强烈 的可 见 辐射和不可见辐射 , 另外 , 放电时产生的电离气 体具有良好的化学 活性 , 适当控制 反应条件 可以实现 一般情况下难以实现的化学反应 。 其特点之 一 是平均单位面积上的 电子 密度要比在工业 上 得到 的 电子 束 高出数千倍 , 而 且由于以这 些电子为中心的高能量粒子 , 仅在物质表 面 深度几纳米以内 的层面上反应 , 因而在纺织 方面应用等离 子体可以 有效 地利用纤维 原有的优点 , 非常顺利地仅 在 其 表面进行变性 。 可应 用于 纺 织工业上的两种不同的等离子技术是电晕放电 和辉光放电 。 第一章 序言 表 一 电晕放电等离子体中 的电子 、 离子能量 活活性因素素能量 电电子子 一 离离子子 , 准准稳定态态 一 紫紫外 线 、 可 见光光 一 表 一 有 机物 的代表结合能 结结合合能量结合合能量 一 一一 一 一 三 辉光放电是 在 外 加电压超过气体的着 火电压 、 限流电阻较大的情 况下产生 的放电 。 其 特点是 端电压低 , 同时放出较大热量 。 而电晕放 电 则是电极 两端电压较高 , 电极表 面 附近电场 很强时 , 电极附近的 气 体介质被局部击穿而产 生的放电现 象 。 其电极表 面附近有 强烈的激发 和电离 。 表 一 和表 一 分别为 电晕放电等离 子体中的 电子 、 离子 能 量和有机物的代表 结合能 。 由此可见 , 等离子 体中的一部分 活性物质 要比有机物的结合能 具有更高的能量 。 因此 , 如 果等离 子体中 的活性 物 质与这些结合相冲突 , 则将产 生引起结合和 离 解的各种反应 。 可应 用于等离子体技术的气 体有多种 , 如 、 、 , 应用 不同的气 体 可获得不同的效 果 。 , 第一章 序言 一 一 一 一一一一一甲,门 等 离子 体技术在纺织 上的应用 改 变纤维的表面 性能 改善 羊 毛织物的 缩绒性 由于羊毛纤 维表面定 向排列着一层结构紧密的鳞片 层 , 使 得 羊毛 的毡缩 性成为人 们比较头 疼的问题 , 而通常的氯化处理 是以羊毛的化 学损 伤为代价的 。 所以 , 从上世 纪 九十 年 代人们 就开始尝试用等离子 体解决 这些问题 。 试 验表明 , 用各种等离 子体 处理后的羊毛有很 好的 防缩 效 果 。 尽管电晕放电 与辉光 放电对羊 毛 表面形态的改变有所不同 , 但 其 处 理效 果却有 着很大的相似 性 。 处 理纤维 , 降低定 向摩 擦效 应 , 从而 使 羊毛防缩 。 处理后的羊毛织 物丰 满 度 、 硬挺 度 提高 , 低 负 荷下 的伸长降 低 , 保形 性提高 , 尺寸稳定 性明显 改 善 , 但织 物表 面粗糙度 增加 。 , 表四为经氧 等离子体处理后羊 毛表面 摩 擦系数的变 化 。 表 一 氧 等离子体处理后 羊毛表面摩擦系数的变化 摩摩 擦系 数数未 处 理理处 理 卜卜产产 林林 林林林 林林 一 林 林 一 林林 林 一 林林林 表 一 表明 , 羊毛经 等 离子体处理后 , 虽 然正逆 鳞片方 向的摩擦 系数均 有所 提高 , 然 砚丝 三二少久 隽尸 甲增粗几迪门 西 鱼逞蚁止塑最直垦鱿的 、 竺担性 一之所以会出现上述结果 , 还要从低温等离子 体刻蚀的基本原 理出发 来 进行 探讨低温等离 子体 处理时 , 以离子为主的高 能 量粒子 轰击毛织物表面 , 使毛织物表面纤维的表层 结 构被剥落一部分 , 纤维 第一章 序言 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 表面出现了一些凹坑 , 变 得凹凸不平 。 这直接导致了织物表面的摩擦 系数增 大粗糙 度增 加表层纤维的粗 糙度增加 , 使得织物表面纱线 之间 的交 织阻力增大 , 从而 使处 理后的毛 织物弯曲刚度增大 , 在各方 向 的伸长减小尤其 表现在 斜向伸长的降 低导致了毛织物硬强度提 高 , 保形性和尺寸稳定性缩 绒性的显 著 改 善 。 口 , , 改善 兔 毛 掉毛 兔毛 产品具有 许多优 良的特性 , 但其 织物掉 毛问题 严重 。 兔毛纤 维表面光 滑 , 鳞片平 行排列 , 张 角小 , 因此摩擦系数较低 , 从而抱合 力差 , 容易产生滑脱 。 这 是 兔毛易掉 毛的主要原因之一 。 应用等离子 体处理兔 毛以后 , 其 摩擦性得到改善和提高 , 有 利 于纺织加 工 及 减少 成品的掉毛 。 兔毛纤 维处 理后 , 其 摩擦性如表 一 表 一 等 离子体处 理后兔毛表面 摩擦系数的变化 摩摩 擦系数数钢 一纤 纤纤 一纤 纤 试试 样样 协当 当增加加 林当 当增加加 未未处 理 兔兔 毛毛毛毛毛毛毛 处理理 扭 处理理 羊羊 毛毛 注增加量均 相对于未处理 兔毛 第一章 序言 纤 维与钢的摩擦系数增 加 , 有利 于兔毛的加工 , 纤 维与纤 维的摩 擦系数增 加 , 对于改善成品 的掉毛有利 。 处理后 , 兔毛的 林当与羊毛的 林当 接近 , 而 羊毛 是不 产生掉毛的 。 因此 , 兔 毛变性处理后 , 可以解决 由于纤维间抱 合力 不足而产生 的那一部 分 掉毛 。 处理效果的好 坏 , 不 能仅从摩擦性能单方面来看 , 还必须 考 虑 纤维的内 部性能是否受到破 坏 。 因此测定了纤 维 处 理 前后 的强 力 、 断裂伸长 、 比电阻 、 静电值 、 回潮率及碱溶 度 , 发现 这 些性能没有发 生变化 , 说明在目前情况下 , 处 理的效果 仅限于纤 维的表面 , 而 不涉 及纤维的 内层 。 , , “ , 改善 纤维的吸 湿性 以涤 纶为例简 要 介绍 。 涤 纶 具 有坚牢 、 耐用等优点 , 但 其结构紧 密 , 吸水性差 , 易起静电 , 难染深 色 , 采用高温高压或热焙染 色 , 对 设 备要 求 高 , 能耗 大 , 采用载体 常压 染 色则污染 严 重 , 因而存在许 多 需要 改进的地方 。 近年来 , 人们注 意到等 离 子 体加工 的优点 , 并 可应 用于染整方面 。 在涤纶 等 合纤深度染色和改进吸湿性方 面的应用主 要 有用氧或其它无机气 体进 行表面改性 , 使纤 维表面受到侵蚀 , 产生微小凹凸 , 或引入 化学活性点而使 之亲水 化 。 处理后 润湿性能的 提高主要是由于引入了一些含氧或不含 氧的官能 团 , 引入 含 氧基产生 的润湿性要比引入不 含 氧基的 润湿性好 。 用含氧 等离子体 处 理疏水性 纤 维 后 , 由于 氧 化 作用 , 在聚合物表面 产生了 二 、 一 、 一 官 能 团 , 当其 密度 达到 一 时就能引起润湿 性的很大变化 , 这 种反应进行相当快 , 只要数秒钟就能完成 。 氧化 作用并不仅 局限于 含氧 等离子 体中 , 其它含 氧 气 体 , 如 空气 、 等也会产 生 相 同效果 。 除含氧基团外 , 其它官能团 也能引起 润湿性的改变 。 也有人 将 亲水性物质预先浸轧到织 物 上 , 然后进行 等 离子体处 理 , 以获得 耐 久的亲水效 果 。 与此相反 , 如希 望降低 纤 维表 面的润湿性 , 则可用含 氟单体 、 等的等离子体进 行处理 。 等离 子体 聚合 、 接 枝聚合 通 过控制 反应条件 , 使成为等 离子体状 态的气 体发生聚合 , 在 聚 酷纤维表面形 成 低折射率的聚酷薄膜 。 曾有资料表明用氮等离 子体 第一章 序言 发丙烯 酞胺对 涤纶织物进行接枝 聚合 , 可 使 涤 纶织物的上染百分 率 、 染色 深度 及亲水性 都 有明显提高 。 单体在等 离 子体引发下 的聚合反应 与 常规 单 体的聚 合反应 有 很多不同之处 。 等 离 子 体聚 合主要决定于发 生等 离子 体的条件 , 其聚 合机理 相当复杂 , 不 过 可以将它 们 归 纳 为 下 述几种反应 。 单 体 在等离 子 体聚 合的 同时会产生裂解 , 使 某 些官 能 团脱落 , 如丙烯酸在等离 子体聚合时 , 由于分子上的梭 基 被裂 解 , 使 形 成的聚合物上梭基缺 落很多 , 从而 具有相当大的疏水性 。 聚 合反 应一般是 按独特的等离子体聚 合机制进 行的某些单体的聚合如乙 烯 类单体也可能按通常的加成反应 进行 , 由等离 子体中的活 性物 质引 发 。 另外 , 它们相应的饱和化合物如乙烷虽然 不 可能发生聚 合反 应却可能发生等离 子 体 聚合 , 并且 不饱和化 合 物和相应的饱和化 合 物在 聚合物基 质上的沉积速度 大致相同 , 这 说明等离 子 体 中发 生的聚 合反应主要是按等 离子 体 聚合机制进行的 。 最 近也有 报道 , 用 电 晕放 电对 预熔 胀的涤纶进 行处理 , 然后接 枝丙烯酸 , 其接枝 率大 大提高 , 由于引进梭酸基团 , 大大 改 善了吸湿性 。 以 , 改善纤 维的 印染性能 以兰麻为例 介 绍 。 兰麻纤 维结晶度高 , 取向度高 , 染料向纤 维 内 扩 散速 度 慢 、 难 染深浓色 , 因此 竺 麻 织物的前 处理就 更加重 要 。 前处 理目的就是提高织物的毛细管 效 应去除纤维上杂质 。 以利 于 染 液 及 助剂 内纤维 内渗透 。 常规 化学前处 理需大 量化学药品 。 而 且处理 时间 长 , 温 度高 , 所以污染大 、 效率低耗能大 , 不适于当今节能 、 清 洁 化工 艺发 展的需要 。 若 采用等离 子体对织 物进 行预处 理 , 可大大提高 织 物的润湿 性 , 并减弱杂 质与纤维之间的粘附或使 杂 质部 分气 化 , 有 利于残留在织物上的杂 质在后续 温和湿处理中 去除 , 而且等 离子体技 术为干式 加工 , 污 染小 , 从而 克服了常规 化学前处理 存 在的缺点 。 研究人员以未精 练兰麻织 物为 原料 , 应用三种试验 方法不同 条 件下等离 子体处理常规 化学精练联 合 处 理 , 即先经过 等 离 子体 处理 , 再经 不同条件温度和湿度处理 。 第一章序言 经过测试不 同试 验方法处 理 的试样的 失重率 、 白度 、 润湿性 、 上 染百分率 、 染色深度 、 鲜 艳度 、 耐洗色牢度 等 , 得出 了以下结论 。 等离子体表面处理的未 精 练 兰麻 织物的润湿性 、 白度及 上 染百分 率均较未 精练 芝 麻织物 有所提高 , 且润湿性超 过了化学精 练的竺 麻 织 物的润湿性 , 但白度和上染百分 率 不及化学精练兰 麻织 物的 相应 指 标 高 , 表明等 离子体表 面 处理后 , 虽然润湿性提高 , 但纤 维上杂 质并未 完全 脱落 。 只是 与纤 维之间的粘附作用减少 , 仍影响织物的 白度和染 料的充 分上 染 。 经氧 等 离子体表面处理后再经化学 精练的效果 最 佳 , 其 润湿性 、 白度 、 上 染百分 率 均超 过仅化 学精 练的效 果 。 这说明等 离子表 面 处 理 后 , 纤维上杂质确 实与纤 维之间的粘附作用减弱 , 有利 于 后续温和处 理中去除 。 因此联合 处理 工艺大大 减少了化学药品使用量 , 缩短了处 理时间 , 降 低了处理温度 。 而且联合 处 理的兰麻织 物用 不同染 料染 色 的效果 均达到 或超过常规化学 精练的效 果 。 采用此 联合处理工 艺 , 试样的润湿性 、 白度 、 上 染百分率 、 耐洗 色牢度 都 达到或超 过常规前 处理的效果 , 而且染色 深 度和鲜艳 度有所 提高 , 所以此工艺可以取 代常规前处理 , 并且 可以节能 , 减少污染提 高生产 效率 。 , 本文的研究意义 大豆 蛋白纤维作为一 种 新纤维 , 要完全得到消费 者的认可 , 占据 一定的市 场 , 除了媒体 宣传等客 观因素以外 , 应该不 断 改 善其性 能 , 才能更好的满足消 费者的需求 。 由前文 可 知大 豆蛋白纤维的主要性能 。 优点单丝细度细 、 比重轻 、 光泽好 、 吸湿导湿性好 、 手感柔软 、 滑 爽 、 悬 垂性好等特点 , 而 且 还具有独 特的保健功 能缺点表面 摩擦 系数小 、 抱 合力差 、 艳度差 等 。 耐热性 差 、 织物易起 毛 日 球 、 匀染 性差 、 染 色鲜 之 。 义 夕 如前所述 , 等离 子体技术在纤维改 性方 面 有明显的效果 。 所以把 第一章序言 等离子体 技术 应用于大豆蛋白纤维 来改 善 其性 能有 着 重要的 意义 , 尤 其是表面 性能和染 色 性 能 。 纤 维的等离 子体改 性是 一种 完 全不用水的 气固相干式加工方式 , 它可以避免废 液的污染 , 而且反应仅 涉 及纤维 的极表面 层 , 可不改变纤维自身的整体性 能而赋予纤 维 新的表 面特性 。 用等 离子体处理大豆 蛋白纤维 , 不仅可以 改善其 性 能 , 拓展 其应用领 域 , 还进一 步推广了等 离子体技术在纺织上的应用 , 必将促进 等 离子 体技术的更 快发展 。 从经济角度 来 讲 , 大豆 蛋 白纤维 有 羊绒一样的手 感 , 将是羊 绒的一 种很好的替代品 。 现 在 羊 绒资源不丰富 , 远 远不能 满足市场的需求 且 价格相当高 , 而 大豆 纤 维 成 本比羊 绒低的 多 , 世 界 大 豆 资源又相当丰富 。 如果用低成 本 且 环保的等 离 子体 技 术 处理大 豆 蛋白纤维 , 使其 性能进一 步接近羊绒 , 必将给纺织界 带来一 场 革 命 , 市场潜力相当大 。 本文的主要研究内容 针对大豆 蛋白纤 维 、 纱线及织物的性能特点 , 采用 常压等离 子体技术进行改 性研究 。 这 种 处理方法在生产实 际 中是很有意 义的 。 从以上叙述可以知道 , 等离子体技术环保 、 节能 , 比一 般的化学方法 要好 。 本 文主要 做了如下 工 作 通过常压 等离子体处理大豆蛋白纤维 , 讨 论处理后 纤维表面状 态的改 善情 况及对其他性能的 影 响 。 通过常 压 等离子体 处 理 大 豆蛋白纤维粗 纱 , 讨论 处理 后粗纱 抱 合力及细纱毛羽的改善情况 及 对 其他性能 的影响 。 通 过常压等离 子体处 理大豆 蛋白纤维织 物 , 讨论 处理后织 物起 毛起球性能的改善情况 及 对其他 性能的影响 。 第二章介质阻挡放电 第二章介质 阻 挡放电 介 质阻挡放电 的一 般性质 介质阻挡放电是有 绝缘 介 质 放 入 放电 空间的一种气体 放电 。 介质 可以覆盖 在电极上或 者悬挂在 放电电极之间 。 当在放电 电极 上施加 高 压交 流电时 , 放电空间中 的气体 , 即使在高 气压下甚至在大 气 压下 也 会被击穿 而 形成所谓的介 质阻挡放电 。 其 表 现为均匀 、 漫散和稳定 的放电 , 貌似低气压下的辉 光 放电 , 实际上它是由大 量细微的快 脉冲放电通道构成的 。 通常放电空间的 气 压可达护或更高 , 所以它属于高气压下 非 热平衡放电 。 由于 它不 表 一 微 放电 的主要 特征 气气 体 压强 电电场强度 折折合电场 强度 微微放电寿命命 微微放电 电流 通 道半径 一 微微放电中运输的电量 一 一 电电流密度 一 能能量密度 一 一 一 电电子 密度 一 。 电电子的平 均能量 一 电电离度 一 周周围气 体温度 尧 注为气体密 度为折合电场强度 单位汤生 。 一一一垦壁些塑塑塑乞一一一一一一 像空气中的火 花放电那样发出 巨大的击穿 声响 , 所以这种 放电又 称为 无声放电 。 介 质 阻挡 放电能够 在 很 大的气压和频率范 围内 工 作 , 而目前常用 的工作条件 是气 压为了一 、 频 率为 一 。 虽然这种放 电已经 被 开发和应用得比较广泛 , 可 对 它的仔细研究 还只是近 十 几年 的事 。 介质 阻挡 放电 的 主要基本过 程是 发 生在微放电中 , 了解微放电是 了解介质阻挡放电的关键 。 典 型的介 质 阻 挡放电中微放电的主要特征 列在 表 一 中 。 空气 为 工 作气 体 , 气压为常压 , 放电 间隙 为 一 。 , 阻挡放电 的物 理过程 微 放电是介质阻挡放电的核心 , 研究微放电 的形 成和特征对理 解 介质阻挡放电是首要的 。 每个微放电在交 流电压的一个周期 内可以分 为三 个阶段即放电 的形成 , 电荷的输 送和 自由基 、 准 分子 的形成 。 这三个阶段的时间过程的寿命相差很大 , 有数 量级的差 异 。 通常 第 一 阶段需几个 , 第二阶 段 寿 命为量 级 , 第三 个阶段 需要的时间为 到秒量级 。 放电 的形 成和微 放电 介质阻 挡放电是 一 种 高 气压下的非平 衡 放电 。 这种放电 的击穿和 其他 放电 的相似 之处 是在外 电场作用下电子从电场中 获得能量 , 通过 电子 与周围 的其 他原子 分子碰撞 , 电 子把自 身 的能量转移给它 们 , 使 它们激发电离 , 产生电子雪崩 。 当气体间隙上的外电场电压超 过气 体 的击穿电压时 , 气 体被击穿 。 可是在介 质阻 挡放电中 , 由 于 电极间介质的存在 , 限制了放电 电 流的作用增 长 , 因此也 阻止着极 板间火 花或弧光的 形成 。 在气 压为护 帕或 更高的情况下 , 这里 气体的击 穿会造成大 量的电流细 丝通道 , 这 就 形成了所谓的微放电 。 单个微放电是在 放电 间隙里 某个位 置上发 生 一一一一童通到哩燮遒色一一一一 的 , 同时在 其他位置上也会发生另外的微 放电 。 正是由 于 介质的绝 缘 性 质 , 这种微放电能够 彼此独 立的发 生 在 很 多位置上 。 当微放电两 端 的电 压稍小于气 体击穿 电压时 , 电流就会 截止 。 在同一个 位置上只有 当电压 重新升高到击穿电压时才会发 生 再次击穿和 产生第 二次微放 电 。 这样在 放电 的一个周期内出现 大 量时间辉促的电流 脉冲群 , 在整 个放电 时 间和 空间内大 量微 放电是无 规则地分布 着 , 平 均看来介质阻 挡放电貌似均 匀的辉光放电 。 微放电 的特征己在 表 一 中列出 , 这里可以看到虽然 介质阻挡放 电中的微放电处 于 弱电离 等 离 子体状态 , 但却具有 很高 的击穿电场和 电子能量 , 而放电中 原子 、 分 子和离子的 动能却很小 , 它们的 相关温 度 接 近周围的环 境温度 , 这和真空放电等离 子 体的特点 是 一样的 , 都 是非平 衡 等离 子体 。 而由电场提供 给电子的能量的绝 大 部 分用 于分 解 、 激 发 、 和电离原子 、 分 子 , 这 样 有利 于 启 动各种等 离子体化 学反应 。 自 由基和准 分子的形成 自由基是一 种 在通常条件下 不 能稳定存在的分子 , 像 、 等 , 它 们的化学性质非 常 活 泼 , 很容易和其他物 质反应 。 准分子 是一 种很脆弱地结合起来的激发态分子 。 一般情况下 , 有二原 子 分 子 和三原 子 分子 , 在正常状 态下 它 们不具备 稳 定的分 子基 态 。 当它们 从 激 发态 跃迁到基态时 , 就 分解成原子了 。 介质阻挡放电可以有效地产 生各种自由基和准分子 。 自由基和准分 子也是用进行 材 料改性的 有效 成分 。 , 本 课题 所采用 的介 质阻 档放电设备简 介 图 一 所 示为本课 题所用设备 简图 。 此设备 实现了连续处理 。 在 前后两个传输辊的带动下 , 待处 理试 样通 过 放电区域 , 受到等离子体 处理 。 电源 是北 京理工大学 生产的高 压 高频可调 电源放电 电极为 根平行而均 匀分布的金属丝 , 彼此间距为 , 圆辊型 介质是四氟 乙烯 , 放电 间隙即放电 电极与介质 表 面 距 离 一 , 内电极处于介 第二章介质阻挡放电 质中间 。 内电极 放电电极 图 一 本课题常 压等 离子体设备 简图 第三章试验 试验样品 纤维 棉 型 大豆 蛋白纤维由苏州新苏伦公司提 供 。 纱线 粗纱纯大 豆 、 大豆 棉 、 大 豆棉 、 大豆 棉 、 大豆棉 、 大豆棉六种细纱 纯大 豆 、 大 豆棉 、 大 豆棉 , 支环锭纺 。 织物 机织物纯大 豆规格为纱支英 支 , 经纬 密度根 为 , 织 物组织 结 构为斜 纹 。 试验 仪器 介质阻挡放电设备电压范围 一, 北京理工大学 型 纤维切断器隔距 扭力天平称量 丫 型纤维摩擦系数测 定仪预加张 力毫克 , 转速为转 分 钟 扫描电镜 一 一 型 一 单纤维 强 力仪拉伸速度 为 , 预加张力为 , 夹持距 离为 , 东 华大学 一 型纱线强 伸度仪夹 持 距 离 , 拉伸速度 , 东华 大学 第三章试验 型捻度 机常 州市第 二纺织机械 长 型 纱线 毛羽测试 仪电压 , 测试长度 型电子 织 物强力仪夹头距 离 , 拉伸速度 , 撕剥长度 , 南通宏大纺织 标准仪器厂 马 代尔起毛起球 仪转速 一, 静滴接触 角 界 面 张力 测量仪上 海中晨 技 术设备有限公 司 出品 , 华东师大水环境和界面科学研究中 心监测 织 物折皱弹性仪宁波纺织仪 器厂 一一 型织 物风格测试仪 日本 介质阻挡放电等 离 子体处 理 等 离 子 体 本课 题主要应用等 离子体 对纤维的刻 蚀作用来改 善其 表 面性 能 , 进而 改 善纱线及其 织物的性能 。 刻蚀作用一般 是将材料表面的 弱边界 大片除去 , 使材料出现 起伏 、 变粗糙 。 等 离子 体处理 首先选定电源 参数 , 打开电源开关 , 过 几 秒钟之后 , 按高压启 动 键启动 , 接着 慢慢 旋动 电源选择旋钮 达到设定功 率 , 观察放电均 匀 , 即两电极之间呈现均匀 稳定的紫色后 , 匀速拉动试样 通过 放电区域 , 根 据 处理时间 的长短 可以选择重 复处理的次数 。 纤维性能测试 纤维的表面性能 纤维的表面性能可以用纤 维的摩擦性 质和其 表面状态 来反 映 。 纤 维的摩 擦性质 不 仅 直接影响纺织 工艺的顺利进行 , 而且 还关 系到纱 、 布 第三章试验 的质量 。 在纺织加工过程中 , 经 常存在纤 维与纤 维 、 纤维 与机件 之间 的相 对运动 , 从而出现纤 维与 纤 维 、 纤维与其它材料的摩擦问题 。 纤 维摩擦力的大小直接影响梳理 、 牵伸 、 卷绕等工 艺 , 并影 响纱布性质 。 为了使纱线 具有一定的强 力 , 纤维与纤 维 之间要求具有足 够的摩擦力 , 同时纱线与纱线之间具有 足够的摩擦力 , 则是 织 物尺寸稳定良好的必 要条件 。 纤 维的摩擦性质可用摩擦阻力 和摩擦系 数表示 , 本课题采用 摩擦系 数 表示 , 摩擦系数 分 静摩擦 系 数和动摩擦系数两 种 。 另 外 , 纤 维 表面的粗糙程 度 直观的反映了纤维的表 面性能 , 纤维 表面的沟槽 、 凹凸不平 等会直接影响纤维的性质 。 纤维表 面 性能试验 纤 维的表面性能通过摩擦系数和表面状态两个方面 来反应 。 摩 擦 系数可以分为大豆纤 维和大豆 纤 维 、 大豆纤 维和金属及大 豆 纤 维和棉 三种 , 具体试 验 将 在后面详细介绍 。 扫描电镜可以很 直观的反映纤维 的表面状态 。 纤维强 伸性能试验 采用 一, 单纤维 强力仪测试 处理前后大豆 纤 维的强伸性能 , 子 样数为 纱 线性能 测试 纱线强伸性能测试 粗 纱和 细纱 都采用同样的方法测试 。 首 先 在型捻度 机 上 把 纱 线加捻到预先设定的捻 度 , 然 后再到 一 型纱线强伸度仪上测试 纱线的断裂伸长和断裂强度 , 可以测定细纱的 临界捻系数 , 子样 数为 。 第三章试验 细纱毛羽性能测试 细纱 毛羽性能可以很 好的反 映等离子体处 理的效果 , 采用 型毛羽测试 仪 , 测试速度 。 织物性能测试 , 织物起毛起 球性能溅试 干态下的起毛起球性能 测试 按照国家标 准 一 , 采 用 马 丁代尔测试 仪洗涤起毛起球按照国家标准 试样 测试 根据 一 , 采用洗衣机 洗涤 , 再用三维视频显微系统 一 和 一 拍 照 , 采用 图像处理技术对洗后织物起 毛 性能进行 分析 。 织物撕裂性能 测试 按照国家标准 试样测试 根据 一, 每 种 布样经纬 向各测 织 物 折 皱 弹性 性能 按照国家标准 试 样测试根据 纺织品 织物 折 痕回复性的测试回复角法 。 采用弹性仪宁波纺织仪器 厂 。 同面 朝向 , 经纬向各次 。 织物 表面能 及 润湿性能 采用静滴接 触角 界 面张力 测量仪测试 织物的表面接触 角 和表面能 , 只测织物正面 织物风格 采用 一 型织物风格测试仪 测试织物风格 。 第三章试验 本章小 结 本 章 简述了本 论 文 试验测试中所用到 的样品 、 仪器和一般的试 验 步 骤 及 其测试 方 法 。 其中 , 等 离子体处理 及 处理后大豆 蛋白纤维 表面性能和织 物性能 测试 是本论文的重点内容 。 具体试验 及 结果分 析 将 在后面 章 节详细叙述 。 第四章等离子体处理对大豆蛋白纤维性能的影响 第四章等 离 子体 处 理 对大 豆蛋白纤维性能的影响 概述 大豆蛋白纤维 具有 单 丝细度细 、 比重轻 、 光泽 好 、 吸湿导湿性 好 、 手感 柔软 、 滑 爽 、 悬垂 性好等优异特点 , 而 且 还具有 独特的保健功能 但是 其 表面摩 擦系数小 、 抱 合力差 、 卷曲变形 不稳定等缺点在 很 大程 度上影响了纱线和织物的性能 , 如纱 线毛羽较多 , 织物易起毛 起球等 , 这是限制大豆蛋白纤维进一 步 市场化的重要因素 。 等离 子体 技 术 对于改 善纤维表 面性能有 着明显 的效果 。 比如改 善 兔 毛的掉 毛 现 象 , 提高 羊毛织 物的防毡缩性 等 , 而 且 是 一种节能 环保 的物理方法 。 本课 题采用 介 质阻挡放电 一 , 后简称处理 大豆 蛋白纤 维 , 取得了比较理想的效 果 。 介质阻挡放 电不需要 真空环 境 , 在 常压 下即可进行 , 简便节能 高效 。 纤 维在经过等 离 子体处理后 , 在表面丝丝得至生改暮的伺对 ,一