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功能性皮芯复合纤维结构与性能的设计 摘要 y 7 1 8 9 8 2 本论文设计以热塑性聚醚酯弹性体( t p e e ) 为芯层，利用t p e e 特有的吸湿性、抗静 电性及弹性，分别以p p 、e c d p 和h s p e t 为皮层，通过复合纺丝法制备了一系列功能性 皮芯复合纤维。研究中用s e m 、x r a y 衍射和声速取向仪对复合纤维的形态结构、结晶及 取f 叫结构等进行了表征，并对纤维的物理机械性能、吸湿吸水性能、染色性能和抗静电性 能进行了研究。还利用芯层的可碱水解性，制出了具有保暖性和吸湿速干性的中空纤维及 织物。 本研究主要包括三个方面的内容： ( 1 ) 以p p 为皮、t p e e 为芯纺制皮芯复合纤维，使p p 纤维的吸湿性、抗静电性和染 色性得到了改善；利用t p e e 的可碱水解性，制备了密度更小、中空度高达5 0 的中空纤 维。 ( 2 ) 以e c d p 为皮、t p e e 为芯纺制皮芯复合纤维，该复合纤维具有良好的吸湿性、 染色性和抗静电性；溶除芯层制得的中空纤维织物吸水排水性能优良，但保暖性没有提高。 ( 3 ) 以h s p e t 为皮、t p e e 为芯纺制了皮芯复合纤维，改善了纤维的吸湿性、染色 性和抗静电性，在较低的温度下对纤维进行拉伸定型表现出了潜在的卷曲性能；溶除芯层 制得的中空纤维织物有良好的吸湿速干性能。 关键词：复合纺丝；皮芯复合纤维；吸湿性；抗静电性；染色性：高中空度中空纤维： 保暖性：多功能性 t h ed e s i g n so ns t r u c t u r ea n d p r o p e r t i e so f s h e a t h - c o r ec o m p o s i t ef l b e r a b s t r a c t u t i l i z e dp e c u l i a rh y g r o s c o p i c i t y ，a n t i s t a t i ca n de l a s t i c i t yo f t p e e ，as e r i e so f f u n c t i o n a ls h e a t h - c o r e c o m p o s i t ef i b e rw a sd e s i g n e da n dp r e p a r e db yb i c o m p o n e n ts p i n n i n g ，b yu s i n gt p e ea sa c o r ea n dp p 、 e c d p 、h s p e ta ss h e a t ht h es t r u c t u r eo f t h ef i b e rw a sc h a r a c t e r i z e db ys e m ，x - r a ya n ds o u n dv e l o c i t y o r i e n t a t i o n ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，d y e a b i l i t y , h y g r o s c o p i c i t ya n da n t i s t a t i cb e h a v i o u rw e r es t u d i e d t h ec o t e , ( t p e e ) c a b ed i s s o l v e di na l k a l i n el i q u o r , s oa f t e rd i s s o l v i n gt h ec o r e ，h o l l o wf i b e r sa n df a b r i cw i t h t h e r m a li n s u l a t i o na n dq u i c km o i s t u r ea b s o r p t i o na n dh i g hd r y i n gr a t ea r eo b t a i n e d t h i sr e s e a r c hi n c l u d e st h ec o n t e n to f t h r e er e s p e c t sm a i n l y ： ( 1 ) as h e a t h c o r ec o m p o s i t e f i b e r w a sp r e p a r e db yu s i n g t p e easac o r ea n dp pa ss h e a t h t h e r e s u l t ss h o wt h a tt p e ec a ni m p r o v et h ed y i n gb e h a v i o u r , h y g r o s c o p i c i t ya n da n t i s t a t s t i cb e h a v i o u ro f f i b e r ；t h ec o r ec a r tb ed i s s o l v e di na l k a l i n el i q u o r , s oa f t e rd i s s o l v i n gt h ec o r e ，p ph o l l o wf i b e r s w i t h h o l l o w n e s s0 f 5 0 a n dl o w e rd e n s i t ya l eo b t a i n e d ( 2 ) as h e a t h - c o r ec o m p o s i t ef i b e rw a sp r e p a r e db yu s i n gt p e ea sa c o r ea n de c d pa ss h e a t ht h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ed y e a b i l i t y , h y g r o s c o p i c i t ya n da n t i s t a t s t i cb e h a v i o u ro ft h ef i b e ra r ef i n e ；t h eh o l l o w f i b r i ca f t e rd i s s o l v i n gt h ec o r eh a sg o o dh y g r o s c o p i c i t ya n dd r a i n i n gb e h a v i o u r , b u tt h e r m a li n s u l a t i o nh a s n o tb e e ni m p r o v e d f 3 ) as h e a t h - c o r ec o m p o s i t ef i b e rw i t hp o t e n t i a lc u r l yp e r f o r m a n c ew a s p r e p a r e db yu s i n gt p e ea s a c o r ea n dh s p e ta ss h e a t h t h ed y e a b i l i t y , h y g r o s c o p i c i t ya n da n t i s t a t s t i cb e h a v i o u ro ft h ef i b e rw e r e i m p r o v e d ；t h ef i b e rs h o w sp o t e n t i a lc u r l yp e r f o r m a n c ew h e nt h ef i b r ew a sd r a w e da n ds i z e du n d e rl o w e r t e m p e r a t u r e ：t h eh o l l o wf i b r i na f t e rd i s s o l v i n gt h ec o r eh a sg o o dh y g r o s c o p i c i t ya n dh i g hd r y i n gr a t e k e yw o r d s ：b i c o m p o n e n ts p i n n i n g ；s h e a t h - c o r ec o m p o s i t ef i b e r ；h y g r o s c o p i c i t y ；a n t i s t a t i cb e h a v i o u r ； d y e a b i l i t y ；h o l l o wf i b e rw i t hh o l l o w n e s s ；t h e r m a li n s u l a t i o n ；m u l t i f u n c t i o n a l i t y 北京服装学院硕十毕业论文 0 前言 在纤维生产史上，号称“纺织之王”的棉花种植已有5 0 0 0 年的历史；被誉为“天然 纤维之王”的蚕丝，其生产亦有4 0 0 0 多年的历史；化学纤维生产中最早的品种是粘胶纤 维，如果从1 9 0 5 年英国的第一家粘胶纤维厂正式工业化投产算起，也只有1 0 0 年的历史， 而合成纤维的发展至今不过7 0 多年，其产量却已超过了天然纤维和其它化学纤维。合成 纤维尤其是聚酯纤维，因其良好的强度、弹性以及易洗、快干、免烫等特性，加上价格较 低，因而受到消费者的好评，在消费领域中与天然纤维平分秋色。但随着社会经济的发展， 生活水平的提高，人们对衣料的特性提出了新的要求。合成纤维的吸湿率低、透气性差、 手感硬、蜡感、极光等缺点限制了其在时装领域中的应用，基于此合成纤维制造商开始改 进合成纤维及其织物的性能，使之可与天然纤维相媲美，出现了服用纤维回归天然的浪潮， 各种仿真丝、仿毛、仿麻的功能化、差别化纤维相继问世，为合成纤维在服用领域中的应 用注入了新的活力。 功能性纤维技术含量高、产品附加值高，具有广阔的发展空间和巨大的国内、国际市 场，因此开发功能纤维有着非常重要的意义。 北京服装学院硕lj 毕业论文 1 1 复合纤维 第一章文献综述 1 1 1 复合纤维的发展概况 复合纤维是将两种或两种以上成纤高聚物的熔体或浓溶液，利用组分、配比、粘度的 不同，分别输入同一个纺丝组件，在组件的适当部位会合，在同一个喷丝孔中喷出而成为 一根纤维，这样就能在一根无限长的纤维上同时存在着两种或两种以上的聚合体，称为复 合纤维【1 1 。 复合纤维是国际上6 0 年代发展起来的一种化学纤维新品种。这一概念最早是在4 0 年代由a v i s c o 公司的s i s s o n 等提出的。1 9 5 0 年到1 9 6 0 年杜邦公司集中力量研究开发合成 纤维的复合纺丝，并于1 9 5 9 年首批商业化生产了并列型腈纶复合纤维“c r l o ns a y e l l e ”。1 9 6 5 年日本钟纺也研制出了并列型自卷曲复合纤维“尼龙2 2 ”等，自此以后其他各种形式的并 列型复合纤维不断涌现。到7 0 年代初期，研制出了溶解型复合超细纤维，并成功开发了 人造麂皮等迎合时装潮流的高档面料【2 。1 9 8 1 年日本钟纺用p e t p a 复合纺丝，经特殊处 理得超细纤维。进入9 0 年代，服装面料的发展趋势仍是在进一步改善服用性能的基础上， 力图使其更轻、更软、更富高级质感。因此，可以预料复合纤维在今后一段时期内仍将具 有广阔的开发前景。我国从7 0 年代开始对复合纺丝技术进行了研究，并成功研制了并列 型及皮芯型复合纤维。作为新合纤【3 】的主要品种之一，复合纤维的开发得到了极大的重视， 如非圆截面纤维、微细旦纤维、自卷曲纤维、导电纤维、热粘合纤维等生产的加工技术都 已经进入生产丌发及应用推广阶段。 近l o 年来，复合纤维的应用领域不断扩大，从地毯底布、屋顶盖板等家庭用具，即 用即弃的医疗用品到可以防污、防化学试剂的高性能产品，还研制了阻燃纤维、抗紫外线 纤维、低熔点复合纤维、可生物降解等功能性复合纤维。复合纤维产品正向高附加值方向 发展。 1 1 2 皮芯复合纤维 复合纤维以其复合形式可分为皮芯型、并列型、裂片型和海岛型等【4 】d 皮芯型又可分 为同心圆型、偏心圆型、异形截面等数种；裂片型以纤维截面形状来分，又可分为桔瓣型、 - 5 ! ! 塞望薹兰堕堡主兰、业堡苎 齿轮型、星型等。 皮芯复合纤维一般指的是单芯，是由一种组分做芯而另一种组分做皮包在芯的外面沿 纤维轴向复合而成【5 0 皮芯型复合纤维主要有同心复合和偏心复合两种。同心型复合纤维， 可以充分发挥两种高聚物的优点来改善纤维的性能；偏心型复合纤维，由于两种高聚物的 热收缩不同，使纤维具有三维空间卷曲。皮芯型复合纤维对两组分问粘合力的要求不如并 列型结构严格，即使各聚合物组分之问不具有良好的粘合作用，也能形成稳定的复合纤维， 所以为达到纤维改性目的而选择组分时比并列型结构灵活，其应用范围也比较广泛。 皮芯型双组分纤维可以通过多种技术来生产，如：按照皮芯型挤出；通过另一种聚合 物熔液使纤维涂层；在芯层聚合物纺丝时，应用含有另一种聚合物的水乳胶凝固浴。偏心 型纤维也有多种不同的生产方法，如：调整芯层聚合物的通道位置，在皮层组分熔液供应附 近引入变化因素，在剐从喷丝孔出来之前，引入并合有同心皮层组分的单一组分流，通过 使其经过一热刀口使同心型变形。该结构通常应用于希望纤维的表面具有某一种聚合物性 能( 如光泽、可染性、稳定性等) ，而芯层具有其它聚合物性能( 如强力、降低成本等) 的场合。 这类纤维也可用于非织造布工业上的粘合纤维，皮层是低熔点的；陶瓷皮芯双组分纤维则 用于在焙烘和后处理后的加固物；其它应用还可根据需求，如可染、保暖、抗污等而特制。 h a r t z o g 、j a m e s l 6 l 等人就以p b t 和p e t 纺制了皮芯复合纤维，利用p b t 的良好染色性 改善了复合纤维的染色效果。 1 1 3 皮芯复合纤维的功能化 不论是同心复合还是偏心复合，所得到的皮芯复合纤维都结合了皮、芯各自的优点， 同时皮芯复合纤维还可以利用皮层将具有特殊功能的芯层材料保护起来。近年来，国内外 采用不同高聚物材料，用皮芯纺丝法研制出大量的具有优良性能或特种功能的复合纤维 7 1 。 以p e t 为芯，p a 为皮层的复合纤维，可以集中两种高聚物材料的优良性能，使纤维具有吸 湿性好、唰磨性强、染色优良和模量较高、抗折皱性好的特性；以嵌段聚醚酰胺与聚酯的 混合物为芯，以聚酯为皮层加入抗静电剂( 微粒混合) 制成的抗静电复合纤维：用含氟的聚 合物聚甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯聚苯乙烯类聚合物制成的皮芯型光导复合纤 维：以聚酯或聚酰胺为基质材料，芯为添加有机阻燃剂的聚酯或聚酰胺的皮芯复合纤维， 这种纤维虽然只在芯部加入阻燃剂，但整个纤维均产生了阻燃效果；以常规聚酯为皮、吸 湿性共聚酯1 8 】为芯纺制复合纤维，改善了纤维的吸湿性，同时也提高了纤维的抗静电性， 北京服装学院硕l 毕业论文 有关皮芯复合改善纤维吸湿的报道还有很多9 - 1 0 。此外还有导电复合纤维、珠光复合纤维 和热粘合复合纤维等。 1 2 中空纤维 保暖性是服装的重要功能之一。同样，絮棉之类的填充材料，也要求有保暖性。此外， 被盖用絮棉还要求有一定的悬垂性( 适合感) 及吸湿透气性；褥挚用絮棉则还要求具有良 好的挚弹性( c h s h i o n ) 【“】。人体热量向环境的散失有辐射、对流和热传导等方式。在体温 下，辐射散热较小，因此减少纤维的热传导率是一种重要的保暖手段。设计粗厚的织物结 构，使纤维束问的空气量增加，虽起到保暖的作用，但无论是服装还是被褥，都给人以笨 重感。通过起毛加工使织物表面耸立起绒毛以加大空隙度，虽然减少了热传导，但却加速 了对流散热，保暖效果并不明显。开发含有大量滞留空气的纤维，制造出既轻又保暖的衣 料和填充材料，是近年努力的方向。中空纤维，尤其是中空纤维长丝，可以使纤维富含不 产生对流的滞留空气。目前市场上的4 孔及7 孔中空聚酯纤维，就是依靠提高中空度来增 大滞留空气量，以使产品达到更轻更暖的效果。近年来，国内外对于涤纶纤维的中空技术 研究较多。我国从六五期间就开始研制中空涤纶短纤维，并先后在梧州、仪征、佛山、 上海获得成功。目前，仪征己经形成工业生产能力。一九九三年国内涤纶中空短纤维产量 已经达到一万吨。因为这种纤维弹性好、保暖性好，多用于无纺布、喷胶棉、踏花被等。 而服用涤纶中空纤维最好用长丝，它不仅有中孔，皮层还有微孔，这个产品已经在中国纺 织大学开发成功，并进行过批量生产。用它制成的薄型纺丝绸，不仅手感柔软，且吸汗性、 透气性良好。国外拥有中空涤纶长丝生产的成熟技术。日本帝人公司和钟纺公司【l 列都研制 出了中空率高达3 5 4 0 的涤纶中空微孔长丝，日本可乐丽公司 13 】关于这方面的成果已在 中国申请了专利。 中空纤维是指内部具有孔穴结构的纤维。中空的形成有两条不同的工艺路线。其一是 利用具有异形喷丝孔的喷丝板直接纺制而得的。当纺丝时，熔体以一定的速度从喷丝孔喷 出，这时狭缝处产生负压，熔体被空气自然吸引，熔体经喷丝孔后膨化而相互粘结，在适 宜的纺速和冷却固化条件下而形成中空纤维。这样形成的中孔形状不稳定，极易被压扁、 断裂，不便于假捻加工。另一条工艺路线是采用复合纺丝法纺制双组分皮芯复合纤维，以 可溶性聚酯作芯部，普通型聚酯作皮层。这种双组分长丝的物理性质几乎与普通聚酯长丝 相同，能够进行假捻或混纤加工，在织物染色后和后整理阶段进行碱减量处理，使双组分 北京服装学院硕十毕业论文 长丝芯部的可溶性聚酯溶出，便形成了中空率达3 0 以上的中孔。 1 3 相关聚合物原料的结构与性能 1 3 1t p e e 热塑性聚醚酯弹性体( t p e e ) 是一种新型高分子材料可用于工程塑料、橡胶及高弹性纤 维【l ，具有很大的发展前途。t p e e 的研究始于1 9 5 0 年左右，当时i c i 公司和d u p o n t 公 司在进行对苯二甲酸乙二醇酯聚合时，加入部分聚乙二醇醚得到的共聚物具有一定亲水性 提高了产品的染色效果。1 0 年后，s h i v e r sj c 研究表明：这种共聚物具有一定的可逆弹性， 通过改变聚醚非结晶区和聚酯一结晶区的相对浓度，就能将其从硬塑料变成典型的弹性 体。聚醚酯型热塑性弹性体( t p e e ) 于1 9 7 2 年由美国d u p o n t 公司和r 本东洋纺织公司率 先研制开发成功并商品化，商品名分别为h r e l 和“j b7t - 7 。随后h o c h e s t c e l a n e s e 、 g e 、e a s t m a n 、a k z o 等十余家公司也相继开发生产出各种牌号的t p e e 产品。t p e e 兼具 橡胶的柔软性、弹性和热塑性塑料的刚性、易加工性，它的机械强度高，弹性好，抗冲击、 耐蠕变，耐寒、耐弯曲疲劳性、耐油、耐化学药品和溶剂侵蚀性能优良，使用温度范围宽 ( 一7 0 2 0 0 。c ) ，同其它热塑性弹性体如与聚烯烃弹性体( t p o ) 和聚氨酯弹性体( t p u ) 相比， 耐热性能最高【l5 】；缺点是较一般橡胶的硬度高，手感差，耐热水及强酸性较差。但是近年 来通过改良，t p e e 的综合性能得到了很大的提高。 聚醚酯型热塑性弹性体( t p e e ) 突出的弹性使它适于制备弹体纤维。弹性纤维是一种 具有较大的断裂伸长( 4 0 0 8 0 0 ) 且在拉伸后能快速回到原长度的纤维。聚醚酯弹性纤 维第一次是由t e i j i n 公司在1 9 9 0 年生产的，聚醚酯的合成大多以p e t 、p b t 链节作为硬段 组分，添加聚醚二醇，如聚1 , 4 丁二醇( p t m g ) ，聚乙二醇( p e g ) 作为软段组分。近年来随 着科学技术的进步和研究的深入，对t p e e 的研究也愈加深入。a k z on o b e l 研究所开发 了聚醚酯弹性纤维的熔融纺丝工艺，已经生产出纤度为1 7 7 6 d t e x 的单丝和复丝。这种丝 最突出的优点是，在使用聚酯纤维的染料染色时，染色性能良好，这表明该丝在织物中能 够与聚酯很好地结合使用。日本尤尼奇卡公司的主要商品为聚酯一聚醚型高弹性纤维 s u c c e s s 。s u c c e s s 纤维具有高的耐热性，能与涤纶丝混纺，可以在1 3 0 下染色，并能进行 碱减量处理。1 9 9 4 年2 月2 3 同，中国纺科院合纤所的“聚醚酯弹性纤维的研制”通过了技 术鉴定，聚醚酯弹性纤维的生产在技术上有所突破 1 6 1 。北京服装学院的赵永龙【” ，陈红 1 8 】， 北京服装学院碳士毕业论文 谭赤兵，周静宜f 2 0 】等人相继研究了t p e e 的合成方法及性能的改善，已经可以制备出性 能优良的t p e e 纤维。 t p e e 是一种由高熔点、高硬度结晶性聚酯( 如p b t 等) 硬链段和非结晶性低风的聚醚 ( 如聚乙二醇醚、聚丙二醇醚、聚丁二醇醚等) 或聚酯( 如聚己内酯等脂肪族聚酯) 软链段组 成的嵌段共聚物，其典型的化学结构式如下： onoo 8 _ 西一l 一叫c 鼢一。一卜卜4 一一8 一。一c 击 聚醚酯弹性体的结构可以描述为由“软段”和“硬段”组成的。通常软链段玻璃化温度 低，常温下不能形成结晶，处于高弹状态，受到应力后很容易发生形变；而硬链段一般含 有极性基团，由常温下能形成稳定结晶的分子链组成，所形成的结晶区域具有保持形状， 稳定尺寸的作用，当弹性体受力时，由软段吸收外力丽产生形变。当外力消失后，软段将 回复至低能态，同时放出能量。 聚醚酯弹性纤维的性能与它的化学组成密切相关。t p e e 在合成时，按不同的配比，可制 成不同软、硬段组成比例的嵌段共聚物。增加硬链段比例可提高产物的硬度、强度、耐热 性及酬油性；增加软链段比例可提高产物的弹性、低温挠曲性，但耐热性、耐油性及机械 强度变差。软、硬链段的种类、长度和含量对t p e e 的性能均有影响。本研究所用的t p e e 是以对苯二甲酸丁二酯( p b t ) 为硬链段，以聚乙二醇( p e g ) 为软段，记为p b t p e g 。聚醚 酯弹性纤维的弹性回复、强度以及熔点、玻璃化温度等性能指标都受p b t 及p e g 、p t m g 的分子质量和含量的影响。t g 是无定形相的特征，而t m 是结晶相的特征。t g 随p e g 含 量的增加而降低，t m 随p e g 含量的增加也降低。无定形区除软段外，还有未结晶的硬段， 当软段含量高时，无定形区软段的体积分数增大，相应未结晶硬段所占体积减小，t g 会下 降，熔点随软段含量的增加而下降则是由于软段构成的无定形区对结晶区的“溶剂化”作用 随软段含量增加而增强，使t m 下降。所以可以对t p e e 的组成及结构进行调整，以满足 不同用途的需要。兰建武叫、程贞娟口2 1 、钟淑芳 2 3 】、张大省【2 4 _ 2 5 】等就t p e e 的组成与结 构及对其性能的影响进行了研究。 t p e e 纤维是通过改变纤维的化学结构而获得高弹性的纤维，其弹性远高于p b t 、p a 、 p e t 等变形丝。与传统的聚氨酯弹性纤维相比，聚醚酯弹性纤维具有原料价格便宜、环境 污染小、加工成本低廉、使用设备简单、通过熔融纺丝即可制取等特点，例如：聚醚酯弹 性纤维可用熔纺工艺进行纺丝，并可使用纺制普通聚酯长丝的常规纺丝机；它的价格仅为 氨纶的1 3 1 4 ，可部分代替氨纶用于加工针织内外衣、袜类、袖口、泳衣等产品。此外， 北京服装学院硕士毕业论文 聚醚酯热稳定性、耐热性、耐氯系漂白性优良。 氨纶，但其他性能指标比较好，且生产成本低， 些产品领域代替或部分代替氨纶。 因此，虽然聚醚酯弹性纤维的弹性略逊于 污染小，有望作为一种新型弹性纤维在某 出于t p e e 中含有大量聚醚，其结晶度和玻璃化温度都很低，利于染料扩散和吸湿； 同时醚类化合物具有导电性，因此t p e e 也有一定的抗静电性。由p e t - p e g 嵌段共聚物作 为p e t 和其他合成纤维抗静电剂的应用已有许多报道 2 6 锄 。但不足的是浚聚合物主要依靠 吸收水份来降低电阻。 1 3 2 聚丙烯 聚丙烯纤维原料来源丰富，制造工艺简单，成本低廉，具有许多优良的性能，可供服 装、装饰及产业用品使用，并在此三大领域内有广阔的前景。世界聚丙烯纤维自1 9 5 2 年 工业化生产以来，随着纤维级聚丙烯的开发，特别是在美国和西欧，聚丙烯纤维纺丝技术 得到了很快的发展。早期，丙烯聚合只能得到低聚合度的支化产物属非结晶性化合物，没 有什么实用价值。1 9 5 4 年z i e g l e r 和n a t t a 发明了z i e g l e r - n a t t a 催化剂并制成结晶性聚丙烯， 具有较高的立构规整性，称全同立构聚丙烯或等规聚丙烯。1 9 5 7 年由意大利的m o n t e l e c a t i n i 公司首先实现了等规聚丙烯的工业化生产。7 0 年代采用短程纺工艺与设备改进了丙纶生产 工艺。1 9 7 0 年，意大利的蒙特迪生( m o n t e d i s o n ) 公司等生产的细旦丙纶长丝服装在滑雪者、 登山者、滑冰者及军队中找到了赞赏者，这些消费者主要是欣赏这种纤维的舒适感及其在 特殊服装上的良好性能。1 9 9 2 年世界聚丙烯产量为1 2 7 6 万吨，聚丙烯纤维产量己近3 0 0 万吨。目前我国聚丙烯的年生产能力已达百万吨以上，丙纶产量约为2 2 5 万吨，其产品主 要有普通长丝、短纤维、膜裂纤维、膨体长丝、烟用丝束、工业用丝、纺粘和熔喷法非织 造布等。 成纤用聚丙烯通常是等规聚合物，要求等规度达到9 5 以上，具有高度结晶性。等规 聚丙烯的结晶形态为球晶结构，聚丙烯初生纤维的结晶度约为3 3 4 0 ，经后拉伸结晶度 上升为3 7 , - 4 8 ，再经热处理结晶度可达6 5 7 5 。 聚丙烯纤维有很多优点，它的密度为o 9 0 - - 0 9 2 9 ，c m 3 ，在所有化学纤维中是最轻的， 它比聚酰胺纤维轻2 0 ，比聚酯纤维轻3 0 ，比粘胶纤维轻4 0 ，因而聚丙烯纤维质轻、 覆盖性好，特别适合于运动员、军人对服装轻量化的要求；丙纶的强度与锦纶相仿，是纤 维中强度较高的品种之一，耐磨性和回弹性好，其弹性回复仅次于锦纶，韧性接近锦纶， 北京服装学院硕j + 毕业论义 优丁：涤纶：在各种服用纤维中，丙纶的电阻率很高，电绝缘性好：导热系数属最低，因而 其保暖性好，又特别适用于制作防寒保暖类服装；由于聚丙烯大分子中没有活性基团，因 而对酸、碱及其它化学品的稳定性非常好，另外还具有耐腐蚀性、防臭、防霉菌性等；丙 纶不易沾油污，易洗涤。但同时丙纶也有不少缺点，正因为聚丙烯大分子没有极性基团或 可以反应的官能团，而且其结晶度较高缺乏适当容纳染料分子的位置，故染色非常困难： 丙纶属链烷烃聚合物，故不吸水；与其它服用纤维相比，其回潮率最低，小于o 0 3 。虽 然目的丙纶主要被用于制作产业用品及室内装饰用品，但对于制作服装来讲，由于丙纶比 重轻，导热系数低，因此丙纶制品具有较好的保暖性，使得它与目前用于服装上的几种所 谓“高科技”保暖性产品相比，有着强大的市场竞争力。经过复合纺改性，利用芯层易吸 瀑、染色性好的特点，不仅改善了p p 纤维吸混性、抗静电性，且染色后纤维的色泽鲜艳， 扩大了其在服用领域的应用。 1 3 3 常压阳离子染料可染共聚酯( e c d p ) 由于聚酯分子链紧密敛集，结晶度和取向度较高，极性较小，缺乏亲水性，在聚酯的 曲折长链分子间没有可适当容纳染料分子的空隙，因此染料粒子不易透入纤维。除采用分 散染料载体染色、高温染色及热熔法染色等方法外，纺制易染纤维是解决涤纶染色困难的 一个重要途径。 阳离子染料可染涤纶( c d p ) 是由美国杜邦公司在1 9 5 8 年研制成功的，但c d p 纤维 仍需要在较高压力和温度下刁能上染。1 9 8 2 年，同本东丽、帝人、东洋纺三公司相继研制 成功常压阳离子染料可染共聚酯( e c d p ) ，并且在日本、德国等国实现了e c d p 纤维工业 化生产。国内8 0 年代中期开始，对e c d p 的合成与纺丝开展研究，并在化纤纺毛产品开 发中得到应用。1 9 8 6 年，天津化纤所研制出e c d p ，但由于纤维耐热性差、染色均匀性、 疵点等问题没能迅速推广。进入9 0 年代以来，这些问题逐步得到解决，e c d p 应用前景广 阔。 常压阳离子染料可染型纤维( e c d p ) 是由阳离子染料可染涤纶( c d p ) 衍生的一种 新改性聚酯纤维。e c d p 是采用共聚方法，在酯交换或直接酯化前把第三单体( 3 ，5 一间苯 二甲酸二甲酯磺酸钠) 和第四单体( 脂肪族酸或酯) 两种改性剂加入反应体系中；如果第 四单体是聚醚，一般在缩聚时加入。e c d p 纤维除保留了普通聚酯纤维优良的物理、机械 性能外，还具有染色温度低、节能、对阳离子染料适用范围广等优点。近几年来国内辽宁、 北京服裴学院硕上毕业论文 上海、江苏、浙江等地都相继试制生产。 e c d p 纤维结构的组分中第三单体的引入，使纤维分子链上增加了带负电荷的磺酸基 团一s o ，因此能与带正电荷的阳离子染料发生成盐反应而获得染色。而且由于第四单体的 引入，使聚合物的玻璃化温度和结晶度降低，纤维内部结构变得松散，微隙增大，染色时 阳离子染料更易进入纤维内部，故在常压下就能显示出良好的染色特性。 1 3 4 高收缩纤维用共聚酯( h s p e t ) 高收缩纤维( h i 曲s h r i n k a g ef i b e g h s f ) 通常被定义为沸水收缩率或干热收缩率高于 2 5 的化学纤维，常规p e t 纤维的收缩率在7 以下。 高收缩纤维实际是一种具有潜在收缩性能的纤维。一般认为，高收缩聚酯纤维的热诱 导收缩是由于纤维高次结构中非结晶取向区在受热后产生解取向所致。此外，在较高温度 下，还会产生结晶收缩，既不完善结晶在完善化过程中结晶重排、形成折叠链所产生的收 缩。因此高收缩纤维的制造技术就是着眼于获得高取向、结晶度低或结晶不完善的超分子 结构。 为获得高取向、低结晶的超分子结构通常有二种途径：一是纯物理的改性方法，即采 用常规聚酯为原料，仅通过制定特殊的纺丝、拉伸及定型工艺制作高收缩纤维，此法可制 得收缩率为5 0 的高收缩纤维，但在获得高取向的条件下往往难以抑制结晶的发生，且其 经时稳定性极差，收缩率随存放时间的延长而下降，这是物理法最大的弱点。第一代高收 缩纤维就是经物理改性制得的，其收缩率虽高，但经时稳定性不良，限制了其在服装面料 方面的应用。二是化学加物理改性的方法，即采用合适的第三单体进行共聚合成难于结晶 的改性聚酯( h s p e t ) ，以此为原料，与纺丝、拉伸定型工艺配合制成具有潜在高收缩性 能的纤维，其收缩率可达2 5 6 0 ，由于原料本身的难结晶性，保证了它的收缩率的经时 稳定性。化学改性方法的研究较多，最早实现工业化生产的是d m t 和d m i 的共聚酯纤维， 它也是最早的聚酯改性产品。美国在1 9 5 9 年实现工业化，商品名称v y c r o n ，到了7 0 年 代，西欧、同本、前苏联等国也相继工业化。到目前为止，已出现了许多商品牌号的高收 缩聚酯纤维，特别是出现了一些共聚改性、异形截面、同时还具备阳离子染料、分散染料 可染及抗起球良好的高收缩聚酯纤维新品种。最近东丽公司丌发出所谓多段热收缩聚酯纤 维，是通过选择适当的第三单体及比例，对聚酯共聚改性，同时控制较高的平均聚合度而 制得。这种改性聚酯纤维在其织物的后加工中的每一阶段都出现热收缩，既有湿热收缩， 北京服装学院硕十毕业论文 也有干热收缩，故又称为双收缩型纤维。多段热收缩纤维有极高的热收缩率，是制造高蓬 松柔软风格新仿真丝绸的材料。7 0 年代以来，我国也丌展了这方面的研究工作，起步较晚， 目前高收缩聚酯纤维已投入批量生产。 通常采用的三组分共聚酯，尚难以保证最终纤维的高收缩率( 大于4 0 ) 和优良的经 时收缩稳定性。选择具有特殊结构及添加比例的第三、第四单体，合成具有难结晶、又不 影响其可加工性的四元改性共聚酯可以得到具有优良的经时收缩稳定性的高收缩纤维。北 京服装学院的王锐、张大省等对高收缩聚酯纤维的合成与改性进行了研究。 利用高收缩纤维与常规化学纤维或天然纤维交络、包覆、混织造等经后处理可使织物 手感丰满，结构紧密，有防水透气功能。收缩率为1 5 2 5 的h s f 可与棉、麻、毛、丝等 其它天然纤维混纺、交织，织造皱类织物、凹凸构造的织物、提花类织物等。收缩率为1 5 3 5 的高收缩纤维可用于作膨体纱，毛毯、人造毛皮等。近年来随着超细纤维、新合纤和 新新合纤及其织物的开发利用，高收缩纤维的用途和需求量月益扩人。 1 4 纤维的功能性及表征 所谓功能纤维是指与常规纤维相比，具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊 功能的纤维，其功能主要包括吸湿性、吸水性、疏水性、透气性、收缩性、防皱性、阻燃 性、抗静电性、导电性等。由于功能纤维进行了许多改进，与常规纤维相比具有许多特殊 性能，故越来越受到人们的欢迎。 1 4 1 吸湿吸水性及表征 1 4 1 1 织物的吸水性 织物所吸收的水分可以分成三种形式：结合水、中间水和自由水。结合水【冽是指与 纤维分子键结合的水分子，他们靠氢键或者分予间力结合在纤维分子上。这部分结合水的 量与纤维分子结构、化学组成密切相关。中间水是由于与结合水分子之间存在氢键作用而 被吸附在结合水之外的水分，其凝固点低于0 。c ，沸点高于1 0 0 。c 。而由于浸泡、淋湿等 原因暂时吸附于织物上的水分，称之为自由水。这部分水与织物问的作用力非常微弱，可 以很容易被排出去。 天然纤维内由于纤维素和氨基酸均存在极性基团，所以它们能吸附较多气相水而变为 北京服装学院硕l 毕业论文 结合水。合成纤维在相对湿度较低时也会迅速完成结合水的吸附。当相对湿度升高时，所 增加的吸附量为中间水。对于不同的纤维，结合水的量是一定的，而中间水的量则与环境 的湿度有关。 当纤维或织物遇到液相水时，由于水量较大，大部分以自由水的形式被吸附。这些自 m 水存在于纤维之间的空隙中或纤维自身的孔穴里，在挤压或离心力的作用下大部分可以 被除掉。 1 4 1 2 吸湿吸水性的表征 ( 1 )回潮率 回潮率是表征纤维吸湿性的指标，指的是在标准温湿度( 2 0 。c 、6 5 n 对湿度) 条件 下纤维吸湿平衡后的含水百分率。回潮率的计算以纤维的干燥质量为基础： 回潮率r ( ) = ( 试样所含水分的质量干燥试样质量) xl o o ( 2 ) 芯吸高度 织物吸水速度的快慢在很大程度上取决于织物芯吸作用的大小，可以通过垂直芯吸高 度法来表征织物的吸水速度。芯吸高度法是将织物一端吊起，另一端浸入水中一定深度， 测定一定时间段内毛细效应的高度。 从本质上讲，芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能。芯吸效应的机理主要是毛细 管效应。产生毛细管效应应该具有两个条件：一是水分能够附着( 即浸润) 在固体表面； 二是固体能构成足够小的毛细管。前者实质是要求织物表面与水之间的相互吸引力比水分 子之间的相互吸引力( 水的内聚力) 大；后者就是纤维之间组成足够小的毛细管。由于毛 细管中液气界面附加引力的作用，能引导液体自动流动，因此毛细管中液态水的运输可以 在没有外力场的条件下完成。 附加引力：p = 20cose r 式中：p 一附加压力( p a ) ：0 液气界面张力( n m ) ； o 一固液接触角；r 一毛细管半径( m ) 。 芯吸速率w = h t “2 式中：h 为毛细效应高度( c m ) ；t 为时间( m i n ) 。 北京服装学院硕士毕业论艾 有研究 3 0 - 3 3 1 表明，纤维的截面形状、纤维细度、织物结构等因素都会影响到织物的芯 吸效果。 ( 3 ) 水滴扩散速率 水滴扩散速率法是在平罱织物上滴上一定量的水滴，观察水滴完全消失时的时间及水 滴的扩散速度。用此法可以直观、方便的测量织物液念水传导能力。 ( 4 )保水率 保水性3 4 1 是指纤维润涨后纤维体积之外吸附和包含的自由水，它们不会因为水的自重 而流失。亲水性纤维由于纤维分子具有较多的亲水性基团，水分不但可以在织物表面传导， 而且能够进入纤维内部结构，虽然纤维吸湿后润胀较大，纤维之间空隙较小，但与水分子 结合较劳，其保水性能好；而疏水性纤维只有少量的亲水性基团，吸湿润胀后纤维之间的 孔隙很大，所以其保水率低。因此，保水率也是衡量织物液态水传导能力的一种有效方法。 织物保水率的计算公式： k = ( g ：一g 。) g - w 。 式中：k 织物的保水率；g , - 织物的干重( g ) ； g ：织物的湿重( g ) ；w 。一织物的饱和回潮率( 为简化计算可省略) 。 1 4 2 排水性及表征 舒适性织物不仅要求其吸湿性能优良，而且要有良好的导湿排水性能，这样穿着在身 上当人体出汗时，汗液就会迅速被吸收排走，从而保持皮肤干燥。 织物的排水性可用自然条件下的排水速率( 即干燥失重速率”1 ) 来表征。织物的失重 率是表明织物与水分分离能力的强弱程度。失重率高，织物与水分易于分离，分离能力强， 亲和力差；失重率低，织物与水分不易分离，亲和力强。这种能力的差别与纱线的支数、 织物的厚度及结构等因素有关。 失重率计算公式为： 失重率( ) = ( wm w4 # ) ( w - w 十) 】1 0 0 式中：w m 一湿物的起始重量；w 寓刮一温物的实时测试重量：w + 一织物的绝干重量。 北京服装学院硕士毕业论文 1 4 3 抗静电性及表征 静电是指绝缘物体上所带的电荷积聚在物体表面因不能泄漏掉而产生的带电现象。纺 织品在生产加工和使用中易因摩擦和感应产生静电，而常规合成纤维材料的比电阻率很 高，所产生的电荷不易逸散。纺织品使用中，静电电荷的积聚易引起灰尘附着，服装纠缠 肢体产生粘附不适感。较高的静电压可对人体产生电击，并引起电子元件损坏、炸药和电 火工品的意外爆炸等危险。 静电对人体、对环境的危害大，因此人们想了很多方法【3 6 _ 3 9 1 抑制静电的产生，抗静电 纤维和导电纤维就应运而生。当纤维的比电阻小于1 0 “q c m 时，此纤维即可称为抗静电 纤维。抗静电纤维及织物的制造方法主要有以下三种： ( 1 ) 使用表面活性剂对纤维或织物进行亲水化处理，提高纤维的吸湿性，从而降低纺织 品的电阻率，加快电荷逸散，此方法耐水洗性能差； ( 2 ) 对成纤高聚物进行共混、共聚合、接枝改性引入亲水性极性基团，或在纤维内部 添加抗静电剂，制取抗静电纤维： ( 3 ) 将导电纤维嵌织在织物中，形成泄电通路，以导走电荷，达到抗静电的目的。 常用的织物抗静电性能的表征方法有四种：半衰期、摩擦带电电压、电荷面密度和 极问等效电阻。在一定的测试环境下，摩擦带电电压法和电荷面密度法反映了织物在摩 擦状态下产生( 或抗) 静电的能力，类似于纺织品在实际应用过程中的摩擦现象，但磨料的 选择、摩擦接触状态、摩擦压力、摩擦速度等对测试结果有一定影响： 半衰期法反映了 织物带电后衰减的快慢程度，但静电半衰期与样品所带的静电压关系密切，并与样品的规 格、平挺度等也有一定的关系：极间等效电阻法反映了织物的静电泄漏能力，测试结果表 明其与导电材料的种类( 包覆型或裸露型) 、分布及测试接触点位置有很大关系，且较适用 于包覆型导电纤维织物的抗静电性能测试。每一种织物抗静电性能的表征方法都反映织物 抗静电的某一侧面，在应用时都有一定的合理性和局限性。 本研究采用日本钟纺的e s t - 7 型摩擦带电压测定仪进行测试，并用摩擦静电压、半衰 期和静电衰减曲线来表征织物的抗静电性能，此种方法测试抗静电性能比较精确和全面。 1 4 4 热收缩性及表征 热收缩性可认为是纤维从外界吸收热量，非晶态分子链发生解取向，分子链排列程度 北京服装学院硕十毕业论文 卜降，引起纤维长度的收缩。纤维的收缩性主要来自取向的无定形部分，纤维的无定形部 分越多，拉伸中得到的取向就越多，受热后产生的收缩也就越大。 热收缩性可以通过沸水收缩率和干热收缩率来表征。 沸水收缩率是指纤维试样经沸水处理前后长度的差数对处理日f 长度的百分率。干热收 缩率是指纤维试样经一定温度的干热空气处理前后长度的差数对处理前长度的百分率。 热收缩率的计算公式为： s ( ) = ( l o l s ) l o 】l0 0 式中：s 一热收缩率；l o 一试样热处理前长度；l s 一试样热处理后长度。 1 4 5 卷曲性及表征 羊毛是具有三维卷曲的天然纤维，它保暖、弹性好、手感好。天然羊毛卷曲的原因在 于它截面结构的不对称性，同一截面内存在着正皮质和副皮质两种细胞。由于两种皮质细 胞的构造和在截面上的比例及几何位置不同，使羊毛产生卷曲且不局限在同一平面内，而 是围绕羊毛中心呈扭曲或螺旋形弯曲状，形成了三维卷曲。根据羊毛卷曲的原理，人们设 计了很多方案 4 0 1 使合成纤维产生三维卷曲，通常采用的方法是双组分复合纤维法和不对称 冷却法。双组分法是选用两种具有不同收缩性能的聚合物纺制成复合纤维，再经热处理时 因两种组分收缩程度不同而产生永久性三维卷曲，一般聚合物有较大的熔融粘度差；不对 称冷却法是对纺出的原丝进行不对称急冷，使纤维截面的结晶结构产生差异，通过适当的 热松弛而使纤维产生三维卷曲。 纤维的卷曲性能通常用卷曲收缩率、卷曲模量、卷曲稳定度等指标表示。设定某总 线密度的绞丝，经过卷曲显现过程，并用规定的加负荷程序加载，绞丝的长度就发生变化。 利用在规定的加负荷程序下测得的绞丝长度，就可计算卷曲收缩率、卷曲模量和卷曲稳定 度等指标。卷曲收缩率是指纤维经过卷曲显现后，在规定负荷下测得拉直长度与拉直后又 恢复卷曲状态时的长度之差与拉直后的长度的比值，反映的是变形丝被拉直后其卷曲立体 结构重新恢复所产生的收缩率。卷曲模量是指纤维经过卷曲显现后，在规定负荷下测得拉 直长度与在弹性范围内的弹性长度之差与拉直长度的比值，反映的是变形丝的卷曲在弹性 伸缩范围内的伸缩性能。卷曲稳定度是指纤维经过卷