（纺织工程专业论文）丽赛纤维的性能及其纺纱工艺与产品的研究.pdf

中文摘要 丽赛纤维性能及产品开发 摘要 丽赛 纤维是我国在新世纪里全方位引进的新型波里诺西克纤 维，其生产线采用了奥地利兰精公司等世界上最先进的设备和日本东 洋纺高湿模量纤维t u f c e l 专有技术，该纤维以天然针、阔叶林树木 的精制专用木浆为原料，全程清洁生产，产物可自然降解，是一种新 型的绿色纤维，所以将有良好的产业化开发前景和市场推广应用价 值。本文主要进行了以下几方面的研究工作： ( 1 ) 通过测试和分析了各种再生纤维素纤维性能可知，由于丽赛 纤维纺丝工艺与普通粘胶不同，形成了独特的全芯层结构，使得丽赛 纤维具有许多独特的性能。丽赛纤维在干态下具有较高的断裂强度， 大大超过了m o d a l 纤维和普通粘胶，接近各种l y o c e l l 纤维。在湿态， 丽赛纤维的强力损失也较小，远远优于普通粘胶和m o d a l 纤维。 ( 2 ) 通过测试和各种再生纤维素纤维的耐碱性能可知，丽赛纤维 对碱的稳定性较高，这也是与其全芯层结构、较高的聚合度和结晶度 有关的。经过5 n a o h 溶液处理后，丽赛纤维几乎能保持原来的强 度不变，纤维的溶胀很小，形态变形也很小。由于丽赛纤维具有较强 的耐碱性，可将其与棉进行不同比例的混纺，从而对混纺织物进行适 当的丝光整理。 ( 3 ) 丽赛纤维顺滑，抱合力较小，易产生静电，纤维钩强和结强 小，经表面活性剂处理后，纤维性能有了一定改善。阳离子表面活性 中文摘要 剂处理后，纤维性能的改善最为明显，成纱后质量指标有了很大程度 的提高。这主要是由于添加表面活性剂后，纤维的质量比电阻明显降 低，成纱后纱线的条干不匀率降低，强力增加。其次，纤维的回潮率 和保湿性能的明显提高，纤维大分子在水的作用下，氢键打开，纤维 的柔软性增加，成纱后纱线的毛羽减少，条干不匀率降低。 ( 4 ) 为了加强牵伸过程中对纤维的控制，减少意外牵伸，减少成 纱后纱线中的细节、粗节，降低纱线的条干不匀率，进行了正交实验 设计，得到丽赛纯纺最佳粗纱捻系数、粗纱牵伸倍数、细纱捻系数和 细纱牵伸倍数。 ( 5 ) 对丽赛纤维混纺配比进行了理论推导，并用实验论证了此理 论模型。根据理论推导可知，两种成分混纺，在丽赛含量不高时，混 合不匀率随着丽赛纤维含量的增加而升高，在丽赛达到一定含量时， 混合不匀率出现最大值，此后，随着丽赛含量的增加，混合不匀率开 始减少，不存在混合不匀率的最小值。三种成分混纺，当精细亚麻含 量为5 0 时，混入细旦涤纶可明显降低混合不匀率；当细旦涤纶含 量不高时，混合体的不匀率随细旦涤纶的增加而迅速降低；当细旦涤 纶的含量达到2 0 左右后，细旦涤纶含量的增加对混合体的不匀率 的影响不再明显。 关键字：高湿模量，纤维性能，表面活性剂，纺纱工艺，混纺配比 a b s t r a c t t h ep r o p e r t i e so fr i c h c e lf i b e ra n d t h es t u d yo fi t ss p i n n i n gp r o c e s s a n di t sp r o d u c t s a b s t r a c t r i c h c e l f i b e ri san e wk i n do fp o l y n o s i cf i b e r t h e s p e c i a l t e c h n o l o g yo ft u f c e l w a si n t r o d u c e df r o mt o y o b o ，j a p a na n dt h em o s t a d v a n c e de q u i p m e n t sw e r ep r o d u c e db yl e n z i n gc o m p a n yi na u s t r i a r i c h c e lf i b e ri san e wk i n do fb i o d e g r a d a b l ef i b e ra n dr e p r e s e n t sa i l e c o n o m i ca r g u m e n ta sw e l la se n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ；b e c a u s ei t s m a t e r i a li s s p e c i a l w o o dp u l pm a d ef r o mn a t u r a lc o n i f e rt r e e so r b r o a d l e a ft r e e s ，t h ef i b e rc a nb eb i o d e g r a d e d t h i st h e m es t u d i e ss o m e i s s u e sa n dg e t sm a n yc o n c l u s i o n sa sf o l l o w i n g ： ( 1 ) b yt e s t i n ga n da n a l y z i n gt h ep r o p e r t i e so fs e v e r a l k i n d so f r e g e n e r a t e dc e l l u l o s ef i b e r s ，i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tr i c h c e lf i b e rh a s s o m es p e c i a lp r o p e r t i e sw h i c ha r ed i f f e r e n tf r o mo t h e rc e l l u l o s ef i b e r s b e c a u s eo ft h eo n l y c o r es t r u c t u r em a d eb yi t ss p e c i a ls p i n n i n gp r o c e s s t h eb r o k e ns t r e n g t ho fr i c h c e lf i b e ri ss i m i l a rw i t hl y o c e l lf i b e r ；w h i c h i sf a rh i g h e rt h a nm o d a lf i b e ra n dn o r m a lc e l l u l o s ef i b e r t h ec h a n g eo f r i c h c e lb r o k e n s t r e n g t hi nw e t i sv e r ys m a l lc o m p a r i n gw i t ht h a ti nd r y ( 2 ) b yt e s t i n gt h er e s i s t a n c et oa l k a l io fs e v e r a lr e g e n e r a t e dc e l l u l o s e a b s t r a c t f i b e r s ，i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h er e s i s t a n c et oa l k a l io fr i c h c e li st h e b e s to n eb e c a u s eo fi t s o n l y - c o r e s t r u c t u r ea n dh i 曲d e g r e eo f c r y s t a l l i z a t i o na n do r i e n t a t i o n d e a l tw i t h5 n a o hs o l u t i o n ，t h eb r o k e n s t r e n g t ho fr i c h c e lc a na l m o s tk e e pu n c h a n g e da n dt h es w e l l i n go ff i b e r i sv e r ys m a l l t h er e s i s t a n c et oa l k a l io fr i c h c e li ss og o o dt h a ti tc a nb e b l e n d e dw i t hc o t t o ni na n yr a t i oa n dt h ef a b r i cc a nb em e r c e r i z e d ( 3 ) r i c h c e lf i b e rh a ss op o o rc o h e s i o na n dk n o t t i n gs t r e n g t ha sw e l l a ss oh i g hs t a t i cp r o n e n e s st h a tt h e r ea r es o m et r o u b l e si ns p i n n i n g d e a l t w i t hs e v e r a lk i n d so fa c t i v ea g e n t s ，s p e c i a lw i t hc a t i o n i c s ，t h ep r o p e r t i e s o fr i c h c e lf i b e ra n dt h eq u a l i t yo f y a r n sh a v eb e e ni m p r o v e dg r e a t l y ( 4 ) i no r d e rt oe n h a n c et h ed r a f t i n gc o n t r o lo ff i b e ra n dd e c r e a s et h e t h i np l a c e sa n dt h i c k n e s sf a u l t so fy a m s ，w ed e s i g na n o r t h o g o n a l e x p e r i m e n t sp l a nt oa t t a i nt h eb e s tp a r a m e t e r so fr o v i n gt w i s tf a c t o r , r o v i n gd r a f tr a t i o ，y a mt w i s tf a c t o ra n dy a md r a f tr a t i o ( 5 ) w ed e d u c et h et h e o r ym o d e lo fr i c h c e lb l e n d i n gr a t i oa n dp r o v e i t w i t he x p e r i m e n t s a c c o r d i n gt ot h i st h e o r y , b l e n d e dw i t hc o t t o no rf i n e lin e n ，w h e nt h er a t i oi sl o w e rt h a nc r i t i c a lp o i n t ，t h eb l e n d i n gu n e v e n n e s s w i l li n c r e a s ew i mt h eg r o w t ho fr i c h c e lr a t i o ；w h e nt h er a t i oi se q u a lt o t h ec r i t i c a l p o i n t ，t h ec o e f f i c i e n to fm e a nd e v i a t i o nw i l la t t a i nt h e m a x i m u m a st h er a t i oi sh i g h e rt h a nt h i sp o i n t ，t h eu n e v e n n e s sw i l l d e c r e a s ew i t ht h eg r o w t ho fr i c h c e lr a t i o t h e r ei sn o tt h em i n i m u mo f t h ec o e f ! f i c i e n to fm e a nd e v i a t i o n i fb l e n d e dw i t hf i n el i n e na n df i n e 2 a b s t r a c t p o l y e s t e r , w h e nt h er a t i oo ff i n el i n e ni sm o r et h a n50 ，t h ee v e n n e s so f y a r nc o u l db ei m p r o v e do b v i o u s l yw i t ht h ei n c r e a s i n go ff i n ep o l y e s t e r w h e nt h er a t i oo ff i n ep o l y e s t e ri sl e s st h a n2 0 ，t h ee f f e c to fi m p r o v i n g i sv e r yg r e a t ；a n dw h e nt h er a t i oo ff i n ep o l y e s t e ri sm o r et h a n2 0 ，t h e e f f e c tw i l lb en o ts oo b v i o u s w e im e n g y u a n ( t e x t i l es c i e n c e & e n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f c h e n gl o n g d i k e yw o r d s ：h i g hw e tm o d u l u s ，f i b e rp r o p e r t i e s ，a c t i v ea g e n t ， s p i n n i n gp r o c e s s ，b l e n d i n gr a t i o 3 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，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，本论曼不包 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：霭磁 日期：叫年仁月节日 附件二： 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。 保密区在竺型年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 魏刭灸 醐掣铌叩 指导教师签名： 日期：w 年f 钞 第一章前言 第一章前言 1 1 开发再生纤维素纤维的意义与目的 再生纤维素纤维是1 0 0 多年前开发出来的，现代纺织如果没有它 是不可想象的。现在化纤不断增产，2 0 0 2 年再生纤维素纤维的产量为 2 1 0 万吨，只占化纤总量的不到1 0 ( 不包括醋酸过滤嘴) u 】。到上世纪 9 0 年代，我国粘胶行业国产设备基本仍处于国际上5 0 6 0 年代的水 平，造成这种局面的原因很多。现在的问题是它是否合乎时代的精神 和顺乎科研发展的方向? 关怀和从事再生纤维素纤维的事业是否值 得? ( 1 ) 从原料方面看【2 3 】：合成纤维的众多优点是无容质疑的，它 已经成为现代纺织工业的亮点。但另一个无可争议的事实就是所需原 料品种单一原油。但是原油不是取之不尽的原料。天然纤维也不 能保证纺织业的全部需要，因此需要考虑其它的来源。纤维素资源十 分丰富，纤维素是可再生的自然资源，具有可持续性。 ( 2 ) 从普通再生纤维素纤维的自身性能来看h 巧】：普通再生纤维 素纤维虽具有优良的服用性能和广泛的适用范围，但也存在一些严重 缺点，主要是在湿态时剧烈溶胀，是纤维的断裂强度显著下降，在较 小的负荷下就容易伸长( 即湿模量很低) 。因此，织物洗涤时受到揉搓 力容易变形，干燥后强烈收缩，尺寸很不稳定。又由于普通粘胶短纤 维不耐碱，经碱溶液处理后，强度和湿模量明显下降，断裂伸长上升， 纤维素剧烈溶胀并有部分溶解。 ( 3 ) 从生产过程来看【缶7 】：在传统粘胶和铜氨纤维的生产过程中 仍存在许多问题：纺丝溶液中仅含有不到l o 的纤维素，却含有大量 副产品，会污染生态环境。再生纤维素纤维要寻求生存的出路，就要 进行一些合理化的改造和投资于生态保护。 ( 4 ) 从纤维的生物可降解性看o 】：2 1 世纪是要求进一步保护环 第一章前言 境和合理利用资源的时代，为适应这一要求，必须考虑废弃物的控制 和回收问题。目前纺织品废弃物8 0 进行填埋处理，2 0 回收利用或 焚化成肥堆，纤维素纤维由于原料纤维素能被生物分解或安全燃烧转 化成水蒸汽、二氧化碳，由废弃物引起的破坏环境问题少。而合成纤 维在自然界中难以降解，有些合纤在焚烧时会产生有毒气体，需妥善 处理，否则会造成二次污染。 丽赛 纤维( r i c h e l ) 是我国在新世纪里全方位引进的新型高湿 模量纤维素纤维，其生产线采用了奥地利兰精公司等世界上最先进的 设备和工艺装备。该纤维以天然针、阔叶林树木的精制专用木浆为原 料，明显降低了酸、碱和二硫化碳的消耗，减少了生产过程中的污染， 改善了劳动环境和工人劳动强度，具有明显的环保效应，所以将有良 好的产业化开发前景和市场推广应用价值。 1 2 再生纤维素纤维的历史和现状 1 2 1 再生纤维素纤维的历史 在再生纤维素纤维之中，粘胶纤维是仅迟于纤维素硝酸酯纤维的 最古老的化学纤维品种之一。1 8 9 1 年，克罗斯( c r o s s ) 、贝尔( b e v a n ) 和比德尔( b e a d l e ) 等首先制的纤维素黄酸钠溶液，由于这种溶液的粘 度很大，因而命名为“粘胶 。粘胶遇酸后，纤维素又重新析出。根 据这个原理，在1 8 9 3 年发展成为一种制备化学纤维的方法，这种纤维 被命名为粘胶纤维。到1 9 0 5 年，米勒尔( m u l l e r ) 等发明了一种稀硫酸 和硫酸盐组成的凝固浴，实现了粘胶纤维的工业化生产。t i t - 1 2 】 刚刚实现了工业化生产的粘胶纤维，有许多性能需要改进。那时 总的希望是提高干态强度，改进纺纱性能，提高染色均匀度，降低溶 胀度【1 3 】。针对这一情况，在2 0 世纪3 0 年代末期，出现了强力粘胶纤 维：之后的普通粘胶纤维虽具有优良的服用性能和广泛的适用范围， 但也存在一些严重缺点，主要是在湿态是剧烈溶胀，是纤维的断裂强 度显著下降，在较小的负荷下就容易伸长( 即湿模量很低) 。因此，织 2 第一章前言 物洗涤时受到揉搓力容易变形，干燥后强烈收缩，尺寸很不稳定。又 由于普通粘胶短纤维不耐碱，经碱溶液处理后，强度和湿模量明显下 降，断裂伸长上升，纤维素剧烈溶胀并有部分溶解【1 4 】。为了克服上 述缺点，人们研制出高湿模量粘胶短纤维。这种纤维除了具有高强力、 低伸长和低膨化度化，其主要特点是具有较高的湿模量，因此有高湿 模量粘胶纤维之称。由于高湿模量粘胶纤维具有优良的物理机械性 能，因此有人称它为第二代粘胶纤维15 1 。 1 2 2 再生纤维素纤维的现状 长时期以来，传统的纤维素纤维，如棉、麻和粘胶等，因有较好 的穿着舒适性，在激烈的市场竞争中立于不败之地。但是，棉有吸湿 快、放湿慢的缺点；麻有毛茸感，且较易起皱；粘胶易于收缩，且湿 强差。面对舒适性和功能性兼优的新合纤，常规纤维素纤维已有力不 从心之感。正是在这样的历史背景下，国外推出了形形色色的新纤维 素系列纤维。1 1 6 - 1 8 1 2 2 1l y o c e l l 纤维【1 9 2 5 】 “t e n c e l ”是英国考陶尔兹公司在1 9 9 0 1 9 9 2 年间将其生产的 l y o c e l l 纤维投放全球的商标名。在国内中文注册名为“天丝”。 被誉 为2 l 世纪绿色纤维的t e n c e l 纤维，圆满地解决了化纤生产、使用中的 生态环保问题，是本世纪化学纤维发展史上的一次重大突破。 目前全世界l y o e e l l 纤维生产能力为1 2 万吨，在日本、西欧、美国 等地日趋流行，销售量不断增加。l y o c e l l 纤维的主要特点是：除具有 天然纤维的舒适性外，强度较好，和合成聚酯纤维接近。一般粘胶纤 维湿强不到干强的一半，而l y o c e l l 纤维湿强是干强的6 5 ，特别是短 纤维t e n c e l 湿强是干强的9 0 。由于该纤维在湿态下横向直径会扩张 4 0 ，因而当练染时，纤维受湿膨胀，挤压相邻的丝线而使织物收缩。 但当干燥后，织物长度不会增长，而纤维直径复原，因而丝线间隙增 大，织物疏松悬垂性良好。它是一种高聚合度、高结晶度、纤维截面 呈圆形的纤维，因而具有高湿模量、高强度等特点。在加工中容易产 3 第一章前言 生“原纤化现象”，充分利用这一系列特性进行产品的性能设计，可以 制造出具有优良手感、外观、膨松度、柔软性、悬垂性、刚度和弹性 等丰富多彩的风格和高附加值的纺织面料，为染整加工和织物设计的 研究者提供了一个充分发挥其创新能力的巨大空间。但由于印染设备 的限制，以及纤维价格较高，直未能扩大生产。 1 2 2 2m o d a l 纤维【2 6 - 3 0 1 m o d a l 纤维是奥地利兰精公司生产的一种新型高湿模量粘胶纤 维。m o d a l 纤维的伸长低于普通粘胶纤维( 约为8 1 ，而普通粘胶纤 维为2 0 9 ) ，强力( 为3l c n t e x ) ，高于普通粘胶纤维( 为2 3 6 c n t e x ) ， 湿强度降低幅度亦较小( 湿强度约为干强的6 0 6 5 ) ，初始模量明 显大于普通型粘胶，而纺丝时的环境污染亦较小。可见m o d a l 纤维是 将天然纤维的质感与人造纤维的实用性合二为一，具有棉的柔软、丝 的光泽、麻的滑爽，而且吸水性优于棉，印花图案分色清晰，有一定 环保性，面料纤维可自然分解。用m o d a l 纤维生产的各类休闲服装， 以每年5 的递增速度畅销于美国市场。目前欧洲使用m o d a l 原料成功 开发生产各类内衣、浴巾、时装面料等，市场占有率逐年上升。近期， 兰精公司又开发出了多种具有新型功能的m o d a l 产品，如应用纳米技 术开发的m o d a l 抗菌纤维、抗紫外线纤维、彩色m o d a l 纤维、使用这 些纤维不仅生产了针织内衣、童装，而且还着重推出了功能性纺织品。 1 2 2 3 竹浆纤维i 3 1 3 3 1 我国的竹资源丰富，是任何国家无法比拟的。竹子粉碎制造出浆 粕可用于造纸，而木材粉碎制造出的浆粕可以生产出纺织原料，正是 基于这种原因，许多科研人员利用国内广泛生长的竹子为原料经多次 试验研制而成了竹浆纤维。工艺检验证明，该纤维细度、白度与普通 精漂粘胶接近，强力较好，且稳定均一，并有很好的韧性和耐磨性， 可纺性也符合纺织要求，就其服用性来说，竹浆纤维吸湿性、透气性 和织物的悬垂性都优于棉织物品，而独到的丝绒感、滑爽、易染色的 品质也是其他纤维织物无法比拟的。国外检测出的抗菌、抑茵、防紫 4 第一章 前言 外的功能把竹浆纤维推向了纺织品“皇后”的领地。崇尚自然、追求舒 适消费意识的觉醒决定了绿色纤维制品的潜在市场需求。 但是，正如任何新生事物都有不完美的一方面那样，竹浆纤维也 是如此。据了解，竹浆纤维虽然有诸多的优点，但现在也有他的弱点。 比如说在强度上还不及木浆纤维和棉浆纤维，更不能和涤纶相比；成 衣制造中1 0 0 成分的竹浆纤维还没有很好的解决缩水性的技术，虽 然在缝纫前先用水洗一次再进行制作，但是也不过是权宜之计，不能 从根本上解决成衣缩水问题。 1 3 波里诺西克纤维的历史和发展3 5 l 波里诺西克纤维( p o l y n o s i e ) 最初的定义是具有高聚合度、高强 度和高湿模量的新型粘胶短纤维的总称。 1 3 1 虎木棉 早年，立川正三将具有高聚合度、高强度和高湿模量的新型粘胶 短纤维称为“虎木棉”( t o r a m o m e n ) 。“虎木棉”由立川正三氏于1 9 4 3 年试制成功，1 9 4 5 年开始工业生产。其后进过日本立川研究所的进 一步研究，使此种纤维的疲劳强度与染色性能有了很大的改善，于 1 9 5 1 年在日本获得专利。 “虎木棉 纤维生产过程的基本特征为： 1 1 撕碎过程在低温下进行，碱纤维素不经老化即予黄酸化； 2 ) 碱纤维素黄酸化时所用c s 2 量较多，且使纤维素黄酸溶于纯 水中以制得粘胶； 3 1 不经熟成； 4 ) 凝固浴的组成采用低酸、低盐或无盐，并在浴内进行纺丝抽 伸。 1 3 2 超级虎木棉 在“虎木棉 正式投入生产后的几十年中，“虎木棉 的生产技 术不断获得改进。超级虎木棉是日本立川研究所继虎木棉之后研制出 5 第一章前言 的新型波里诺西克纤维，它比虎木棉的性能更为优越。超级虎木棉的 纤维素聚合度较高，结节强度更高，断裂强度较高，湿干强度比值 高达8 0 ，在多次漂白与洗涤之后起初始弹性模数保持不变。这意 味着经多次洗涤后，这种纤维既不变硬也不变软；超级虎木棉分子链 侧序更高，因而耐碱性也就更强。但生产成本略高。 1 3 3 欧美生产的波里诺西克纤维 s m 2 7 英国生产的一种波里诺西克纤维。纤维性质与虎木棉类 似，但生产方法却截然不同，类似于般粘胶纤维制备方法，用盐溶 液凝固和稀硫酸浴分解的二浴法而制成。 阿符利尔由美国生产的一种波里诺西克纤维，生产方法与s m 一2 7 接近。纤维性能与其它波里诺西克纤维相似，但纤维截面与其它波里 诺西克纤维不同，呈非圆形，且无齿状波纹。 2 0 世纪中期，日本东洋纺公司采用粘胶法的t u f c e l 专有技术， 生产出新一代波里诺西克纤维，这种纤维可再生，可降解，全程清洁 生产。在纺丝过程中，纺丝溶液粘度非常高，牵伸速度慢，所以纺丝 过程中，凝固浴迅速进入纤维内部，与大分子结构单元结合，纤维从 内向外固化，速度缓慢，形成了全芯层结构；分子内部结构整齐，取 向度高，晶格整齐。由于这种独特的内部结构，使得这种波里诺西克 纤维具有一些优良的性能，如具有良好的强度，耐碱性，尺寸稳定性， 有丝般光泽等。 1 4 波里诺西克纤维发展的现状 1 4 1 纤维的性能 丽赛 纤维( r i c h c e l ) 是我国在新世纪里全方位引进的新型波 里诺西克纤维，其生产线采用了奥地利兰精公司等世界上最先进的设 备和日本东洋纺高湿模量纤维t u f c e l 回专有技术，该纤维以天然针、 阔叶林树木的精制专用木浆为原料，明显降低了酸、碱和二硫化碳的 消耗，减少了生产过程中的污染，改善了劳动环境和工人劳动强度， 6 第一章前言 只有明娃的环保效应，所以将有良好的产业化开发前景和市场推“应 用价值。 1 4 1 1 丽赛纤维形态结托l * 舶】 丽赛纤维在纺丝过程中，纺丝溶液粘度非常高，牵坤抽丝时，凝 固浴采用低酸、低盐或无盐，且牵伸速度慢，所以纤维从内向外均匀 同化，形成了原形全芯层结构分子内部结晶度高，结构整齐取向 度高，品格摧齐( 罔1 1 所示) 。 i 。麟 ( 町h 日赛的横截面c o ) 丑i f 赛的纵舟结构 目ll 目日赛结构图 1 4 1 2 丽赛纤维的微观性能 表1 - 1 丽赛纤维的擞现性能 1 4 i 3 拉伸断裂强力及断裂伸长 实验仪器：东华大学研制x q 1 型纤维强伸度仪； 实验参数： 干态预加张力，2 0 0 m g ；拉伸速度，2 0 r a m m i r a 纤维 央距，2 0 r a m ： 湿态预加张力，1 0 0 m g ；拉伸速度2 0 m m m i m 纤维 夹距，2 0 r a m ：浸入蒸馏水中3 r a i n ，在窄2 t 中拉仲。 第一章前言 实验结果见表1 - 2 所示。 表1 2 各种纤维素纤维的断裂强力及伸长 由表1 2 可见，丽赛纤维的干强、湿强都与t e n c e l 相似，远大于 m o d a l ；干伸、湿伸亦然；丽赛纤维与其他再生纤维素纤维相比， 最显著的一点是丽赛纤维的干模量和湿模量都很高，所以丽赛纤维 是一种性能优良的高湿模量纤维素纤维，具有优良的尺寸稳定性。 1 4 1 4 纤维比电阻的测定 实验仪器：y g 3 2 1 型纤维比电阻仪； 实验条件：湿度，6 5 ；温度，2 5 。 实验结果见表1 3 所示。 表1 3 各种纤维素纤维的比电阻 1 4 1 5 纤维回潮率的测定 实验仪器：y 8 0 2 型烘箱；天平； 实验条件：湿度，6 5 ；温度，2 5 。c 。 实验结果见表1 4 所示。 8 第一章前言 表1 - 4 各种纤维素纤维的回潮率 综上所述，丽赛纤维具有以下性能： 该纤维从根本上克服了粘胶纤维的缺点，秉承了该系列纤维的所 有优点，实现了其它高湿模量纤维素纤维所不能突破的优良性能： 具有较强的耐碱性，与棉混纺时，可做丝光整理，使混纺织物更 具有特色； 该纤维具有很高的湿强度，其优越的高湿模量使生产与服用更理 想： 该纤维良好的干伸与湿伸性能，使所有的织物具有良好的尺寸稳 定性； 光滑的圆形横截面和全芯结构使纤维光泽好，极富弹性，悬垂性 和滑爽感； 高吸湿度和干燥度，使该纤维的织物具有良好的舒适感和身体亲 和性，是一种全新的绿色亲肤纤维； 该纤维具有较高的取向度和适量稳定的结晶度，可染性好，鲜艳 度极佳，适合所有纤维素纤维的染整工艺和染料应用； 该纤维属于天然植物纤维，其废弃物可自然降解，安全环保。 1 4 2 丽赛纤维的应用 由于该纤维是独具特色的优质纺织、产业用纤维，其应用领域广 泛，适应性强。在纺织领域中可以机织、针织、粗纺、精纺；在服装 领域可做内衣、外衣、儿童服装、时装、老年服装、休闲装等；纤维 可做仿棉、仿毛、仿麻型纤维和特种纤维；可与棉、麻、丝、毛及各 种合成纤维混纺与交织；适应于各种染整工艺及后整理条件；可做成 优质阻燃、抗菌、防臭、远红外线、抗紫外线等各种功能性纤维。该 9 第一章前言 纤维既符合人类崇尚自然和日益增强的环保意识，又符合国民经济可 持续发展战略。 1 5 本课题的目的和内容 - 本课题针对丽赛纤维所具有的优良性能，通过纤维组合、纺纱工 艺优化、纱线产品设计等一系列手段，对其进行研究、设计和分析， 找寻出不同产品风格特点。主要进行的研究内容为： ( 1 ) 通过对各种再生纤维素纤维的性能测试、比较与分析，针对丽 赛纤维的特性，制定纺纱工艺与产品开发方案； ( 2 ) 通过对纤维性质和成纱质量进行测试分析，从理论上分析纤维 性质对成纱质量的影响； ( 3 ) 通过采用不同种类和浓度的表面活性剂，分析对纤维性能和成 纱性能的影响： ( 4 ) 优化纺纱工艺参数： ( 5 ) 与其他纤维混纺，开发突出丽赛纤维各种特点的产品。 1 0 第二章丽赛纤维的微观结构分析 第二章丽赛纤维的微观结构分析 本章主要对丽赛及其相类似的纤维素纤维的微观结构进行检测 和分析。对比的纤维素纤维的类型及规格如表2 1 所示。 表2 1 不同纤维素纤维的类型及规格 丽赛 m o d a l t e n e e la 1 0 0 t e n c e lg 1 0 0 丹东化纤生产 奥地利l e n z i n g 公司生产 英国c o u r t a u l d s 公司生产 英国c o u r t a u l d s 公司生产 1 3 d t e x 3 8 m m 1 3 d t e x 3 8 m m 1 3 d t e x x 3 8 m m 1 3 d t e x x3 8 m m 虽然l y o e e l l 纤维是纤维素纤维的发展方向，被誉为2 1 世纪最具 发展前途的绿色环保纤维，但由于投资费用大、生产成本高及专有技 术的制约，目前全世界只有几家企业生产。从目前发展看，该纤维在 短时期内还不会成为世界纤维素纤维的主导产品。因此，利用并改进 现有生产设备，提高传统纤维素纤维性能，减少污染，是当前纤维素 纤维生产的当务之急。 2 0 0 3 年丹东化纤股份有限公司与日本东洋纺织株式会社共同合 作，引进日本t u f e e l 粘胶短纤纺丝技术，生产出商品名为丽赛 ( r i c h c e l ) 的p o l y n o s i c 纤维。具有优异综合性能的植物纤维素纤维， 其原料源于日本进口的天然针叶树精制木浆，资源可再生，废弃物可 自然降解，安全环保。具有高强度、高湿模量、高聚合度和低伸度的 新型粘胶纤维。在性能上，丽赛纤维与l y o c e l l 纤维接近；就生产成 本而言，丽赛纤维大大低于l y o e e u 纤维，而与m o d a l 较为接近。此 外，丽赛所制成的织物尺寸稳定性较好，收缩率较小，较耐洗、耐穿。 并且具有较好的耐碱性，与棉混纺时可进行丝光处理。因而， 丽赛 既符合“可持续发展”的要求，又满足人们日益追求自然、舒适、美 观和卫生保健的时尚需求，具有很好的市场前景。本章通过测试与分 第二章 疆赛纤堆的徽现姑构丹折 析，详细介绍丽赛纤维的结构与性能，并与其他纤维素纤维进行对比。 2 1 丽赛纤维形态结构 纤维结构是纤维的固有特征是纤维的本质届性。不同的纤维有 其不同的物理、化学性质，其决定着纤维各自的使用特性，而产生和 保持这种特性的根本原冈在于纤维自身的结构。纤维的基本结构单元 的相互作用及排列形式是影响纤维各项性质的内在原困。 丽赛纤维在纺丝过程中纺缝溶液粘度非常高，牵伸抽丝时，凝 固浴采用低酸、低盐或无盐，且牵伸速度慢，所以纤维从内向外均匀 固化，形成了全芯层结构，分子内部结晶度高结构整齐，取向度高， 晶格整齐。由于这种纤维独特的内部结构，使得它具有一些优良的性 能，如具有良好的强度，耐碱性，尺寸稳定性，有丝般光泽等。 测试仪器：采用日本o l y m p m 公司生产的附带c c d 摄像头的光 学显微镜。 测试参数：横截面放人倍数为4 0 0 ，纵向放大倍数为1 0 0 。 黧豳 ( 曲丽赛( b ) t e n 1a 1 0 0 蠢霾 ( c ) t e n l g l 0 0 ( e ) l e n z i n g m o d a l 图2 - 1 五种纤维的横截面照片 通过比较可以看出四种纤维的横截面形态结构有所区别。兰精公 第= 章丽妻纤雏的微观结柑分析 司生产的m o d a l 纤维，其横截面呈不规则类似腰圆形，为全皮层结 构。丽赛纤维内外层结构均匀致密。无皮层，为全芯层结构其横截 面与t e n c e la 1 0 0 、t e n c e lg 1 0 0 相似，呈较规则圆形。t e n c e l6 1 0 0 纤维有较明显的皮层，与之相比t e n c e ia 1 0 0 则纤维结构更加致密均 匀。由此可知，丽赛、t e n c e lg 1 0 0 、t e n c e lm o o 的纤维形态与结 构与m o d a l 不同，且均与普通剌i 胶纤维有极为明显的差异。 罔2 - 2 为四种纤维的纵向照片 k 越霹麓 ( 曲丽赛( b ) t c n c c l a l 0 0 粼雕l ( c ) t e n c e l o l 0 0 ( d 】l e n z l n g m o d a l 圈2 - 2 四种纤维的纵向照片 从图中可看出丽赛纤维伸直度较好，纤维表面与t e n c e lg 1 0 0 、 t e n c _ e la 1 0 0 纤维相似，较为光滑。至于m o d a l 纤维可明显的看出 纤维表面有沟槽，这与其横截面形状丰 | 对应。 2 2 丽赛纤维的分子结构1 3 9 】 丽赛纤维是再生纤维素纤维的一种，是由1 - 4 苷键相互连接的b 型葡萄糖的聚合体( 如图2 - - 3 所示) 。 第二章丽赛纤维的微观结构分析 图2 3 丽赛纤维的分子结构 o 由上图可明显看出，丽赛纤维大分子主链的结构单元中含有刚性 较大的六元环结构，侧基中含有极性较强的羟基( o m ，非键合原子 间相互作用较强，除此之外，相邻的结构单元之间会产生氢键，分子 内氢键的存在使得内旋转变得更为困难，刚性增大。虽然六元环间是 通过柔软性较好的醚键链接的，但大分子之间由于羟基的存在也会形 成氢键，再加上丽赛纤维的高结晶度和高取向度，都抑制了大分子的 旋转，减少了链段的活动性。这样就构成了丽赛纤维的分子链柔顺性 差，脆性大，易在弯钩处断裂。 2 3 结晶度的测定l 删1 l 纺织纤维大分子的凝集状态在温度较低时有两大类，一类是整齐 排列的结晶态，一类是无规则排列状态的非结晶态。结晶度是指纤维 中整齐排列的结晶部分占纤维整体的百分比例。随着纤维结晶度的增 高，纤维中缝隙孔洞较少，密度较大，吸湿比较困难，强度较高，变 形较小。 纺织纤维大分子的结晶度测试方法很多，常用的有广角x 射线衍 射法，红外光谱法等。丽赛等再生纤维素纤维结晶度的测试，采用了 广角x 射线衍射法。 试样准备：将样品剪成粉末状，压入样品架内。 测试条件：c u 靶，电压4 0 k v ，电流1 0 0 m a ，扫描范围3 - 5 0 。， 扫描速度8 。m i n 。 测试仪器：日本r i g a k ud m a x2 5 5 0v b p c 型x 射线衍射仪。 1 4 第二章丽赛纤维的微观结构分析 由该表看出，丽赛结晶度约为6 2 3 9 ，与t e n c e lg 1 0 0 相比虽 略小，但几乎为m o d a l 的2 倍。造成三者结晶度差异原因在于，纤 维结晶度与纤维大分子在纺丝牵伸过程中的取向有关。纺丝牵伸比越 大，纤维大分子取向越高，纤维结晶度就越大。纤维结晶度与纤维力 学性能紧密相关，结晶度越大，取向度越高，则纤维断裂强度就越大。 2 t h e t 图2 4 纤维广角x 射线衍射曲线 图2 4 为丽赛、t e n e e lg 1 0 0 和m o d a l 三种纤维的广角x 射线 衍射曲线。由该图可看出，三种纤维的衍射曲线形状相似，每一曲线 都由三个衍射峰叠加而成，三个叠加峰对应2 0 分别为1 2 。、1 9 。和 第二章丽赛纤维的微观结构分析 2 1 。，说明三种纤维具有相同的晶系结构即单斜晶系，属纤维素纤维 i i 型。从衍射强度和峰的半高宽来看，丽赛的结晶度要高于m o d a l ， 而低于t e n c e lg 1 0 0 。 2 4 取向度及双折射的测定1 4 i l 纤维取向度的理论定义是指纤维大分子链节与纤维轴的平行程 度，是一个平均值，其以分子链节轴与纤维轴夹角的统计均方值的大 小来表示。纤维的取向度和结晶度都较高时，纤维的拉伸强度一般较 高，伸长能力较小，纤维的光学、力学等性能的各向异性特点比较明 显。纤维取向度的测量方法主要有双折射和电子衍射等方法。 对自然界的各类物质来说，当光线沿着两个不同光轴方向传播 时，由于该物质各自方向上光密度不同，将使光线产生两种传递速度， 即有两个折射率值，这种现象就称为双折射现象。纤维的双折射是纤 维各项异性特征的重要指标，反映了纤维微细结构原纤取向排列程度 的高低，其产生的本质原因在于纤维大分子的取向。表征此特征的指 标为双折射率如，与纤维的取向因子允。 取向因子的大小与纤维在纺丝过程中纤维素的再生和凝固速度 有关，再生和凝固速度越慢，在拉丝过程中的牵伸比越大，则纤维取 向因子越大。纤维大分子的取向度与纤维的强伸性紧密相关，通常在 其它条件不变情况下，纤维大分子取向度越高，纤维的断裂强度越高。 ”，一九。= ( 0 + 18 0 n ) ) 1 , - - - ),(2-1 锄，一n = _ 矿 ) 允：竽 ( 2 2 ) z 1 n i o p l 式中：a n ，一纤维双折射率；d 一显微镜测出的纤维直径；9 一补偿 角；拧一干涉环个数；a n 缸一纤维完全取向时的双折射值； 以一纤维结晶区密度：p ，一纤维密度。 1 6 第二章 丽赛纤维的微观结构分析 测试方法：萨那蒙补偿法【4 2 4 3 l 一萨那蒙补偿法是一种测量纤 维取向度的直接方法。纤维与起偏器呈4 5 角，起偏 器与检偏器正交，九4 补偿片的慢光方向与起偏器或 检偏器振动方向平行。这样只要通过纤维后产生椭 圆偏振光，不管椭圆偏振光是何种形式，经九4 补 偿片作用就会变成平面偏振光，但其振动方向转动 了0 角，0 角与起、检偏器和纤维的放置有关，与实 际的相位差成特定关系，检偏器的转动角若与0 角 一致时，就可达到补偿后的平面偏振光与检偏器偏 振光方向的相互垂直和完全消光。因此，在测试过 程中，只要转动检偏器使视野中纤维变为全黑时， 这时所转过的角度就为0 角。 试样准备：将平行整齐的纤维束，用针穿入软木块，随后斜切软 木块，使纤维束的截面呈椭圆状。连切两次，切下厚 约0 5 l m m 的软木片，为测试样品。 测试结果见表2 3 所示。 表2 - 3 纤维的双折射与取向因子 由该表可看出，丽赛的双折射值为0 0 3 6 2 ，比m o d a l 双折射值 大4 8 ，而略小于t e n c e lg 1 0 0 。相应地，丽赛取向因子为o 7 3 ，比 m o d a l 大3 9 ，而低于t e n c e lg 1 0 0 约2 0 。取向因子的大小与纤维 1 7 第二章丽赛纤维的微观结构分析 在纺丝过程中纤维素的再生和凝固速度有关，再生和凝固速度越慢， 在拉丝过程中的牵伸比越大，则纤维取向因子越大。纤维大分子的取 向度与纤维的强伸性紧密相关，通常在其它条件不变情况下，纤维大 分子取向度