（纺织工程专业论文）储热调温纤维及针织物的性能研究.pdf

卜 学位论文的主要创新点 i丫i$111111ll$111811111171111119ll$lllolllll$611$1113lllll f 丫18 7 9 0 6 3 课题针对具有储热调温功能的聚丙烯纤维和粘胶纤维及其纱 线进行一系列的性能的探讨，包括纤维原料的调温性能测试，以 及储热调温纤维的可纺性能探讨。 应用储热调温纱线编织纬编针织物，系统的研究了储热调温针 织物的各项性能，并分析了影响其各项性能的因素。重点采用简 易的方法对储热调温针织物的温度调节性能进行研究探讨，为进 一步研究其温度调节性能奠定一定的理论基础。 采用对比试验方法，利用o r i g i n 及e x c e l 数据处理方法处理 试验测试的结果，重点探讨了织物厚度、织物组织结构、织物的 密度以及编织织物纱线的粗细对储热调温针织物表面温度变化的 影响，得出了一些有价值的结论。 摘要 功能性纺织品的开发是当今纺织领域的一个发展趋向。具有储热调温功能的 纺织品是纺织品一个新兴的发展领域，近年来引起研究者的广泛关注。储热调温 纺织品不仅在民用纺织品领域有着重要意义，对于军用和其他一些特殊服用纺织 品领域也有重要意义。在外界环境温度变化时，储热调温功能性纺织品所包含的 相交材料通过发生固一液相变或液一固相变而吸收环境中的热或向环境中放热而 达到自动调节温度的目的，保持人体舒适的感觉。当环境的温度达到相变纺织品 的相变温度时，相变材料吸收环境中的热量发生固一液相变，而纺织品自身温度 不变，提供一个短暂的保暖效果：当在低于相变材料相变点温度环境下使用时， 相变材料会释放所吸收的热量，发生液一固相变，提供一个短暂的制冷效果。具 有储热调温功能的纤维用于针织产品的研究还较少。论文对储热调温纱线的性能 及储热调温针织物的编织、针织物的温度调节以及热湿舒适等服用性能进行研究 探讨。通过大量的对比试验，从针织物组织结构、厚度、密度及编织针织物的纱 线的粗细等方面探讨了影响储热调温针织物的各项性能及其测试指标的因素，着 重分析了储热调温针织物的温度调节性能的影响因素，得出了一些有价值的结 论。 关键词：针织、储热调温织物、相变材料、热湿舒适性 a b s t r a c t i h ed e v e l o p m e n to ft h ef u n c t i o n a lt e x t i l e si sat r e n di nt h ef i e l do ft e x t i l e i n r e c e n ty e a r s , t h er e s e a r c ho ft h es m a r tt e x t i l ew i t ht h e r m o - r e g u l a t e df u n c t i o ni san e w f i e l d i th a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n f o rt h ei n d u s t r ya n dc o n s u m e r s ， m a k i n gal i g h ta n dt h i nk n i t t e dg a r m e n tw i t ht h e r m o r e g u l a t e df u n c t i o ni sag o a l w h i c ht l l e yw a n tt or e a c h i th a sav i t a ls i g n i f i c a n c ei nm i l i t a r yf i e l d , c i v i lf i e l da n d o t h e rs p e c i a lf i e l d s 1 n l et h e r m o - r e g n l a t e dt e x t i l e sc o n t a i n i n gp h a s ec h a n g em a t e r i a l s ( p c m ) c a l lr e g u l a t et h ei n n e rt e m p e r a t u r ea st h ea m b i e n tt e m p e r a t u r ea l t e r e db y a b s o r b i n gh e a t f r o mt h ee n v i r o n m e n to r e v o l v i n g h e a tt ot h ee n v i r o n m e n t c o r r e s p o n d i n gt ot h ep c mc h a n g i n gt h e i rp h a s e sf r o ms o l i dt ol i q u i do rf r o ml i q u i dt o s o l i dt om a i n t a i nac o m f o r t a b l ee n v i r o n m e n t n ea p p l i c a t i o no ft h et h e r m o r e g u l a t e d f i b r ei nk n i t t e df a b r i c si sn o tm a t u r a b l e i nt h i ss t u bb a s e do nt h i sb a c k g r o u n d ，t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h et h e r m o - r e g u l a t e dk n i t t e df a b r i c sw e r ea n a l y z e da c c o r d i n gt o t h e i rk n i t t i n gt e c h n o l o g y , k n i t t e ds t r u c t u r e ，m a n u f a c t u r ep r o c e s s ，t h et h e r m a la n d m o i s tc o m f o r tp r o p e r t i e s , e t c a f t e rf i n i s h i n gal o to fe x p e r i m e n t s , s o m ef a c t o r s ， w h i c hh a v ei n f l u e n c e so nt h et h e r m a lr e g u l a t i o na n do t h e rp r o p e r t i e sw i t ht e s ti n d e x , w e r ea n a l y z e d , a n dt h ei n f l u e n c e sf a c t o r so ft h et h e r m a lr e g u l a t i o no nt h ek n i t t e d f a b r i c sw e r ei n v e s t i g a t e d t h e n ，i no r d e rt oo b t a i ns a t i s f i e dr e s u l t so fc u r v e f i t t i n ga n d d a t aa n a l y s i s , t h et h i c k n e s s ，k n i t t e ds t r u c t u r e ，d e n s i t ya n dt h ef i n e n e s so ft h ey a mo n t h ei n f l u e n c e si nt h et h e r m a lr e g u l a t i o nw e r er e s e a r c h e da n dg o ts o m ev a l u a b l e c o n c l u s i o n s k e y w o r d s ：k n i t t i n g ，t h e r m o l - r e g u l a t e df a b r i c ，p h a s ec h a n g em a t e r i a l ，t h e r m a la n d m o i s tc o m f o r tp r o p e r t y l一 目录 第一章绪论l 1 1 储热调温纤维及纺织品l 1 2 储热调温纤维及纺织品的开发现状与制备方法。2 1 3 储热调温纤维及纺织品的应用4 1 4 本课题研究的目的意义、方法及内容5 第二章静电对储热调温纤维可纺性的影响。7 2 1 化学纤维的工艺性能7 2 2 储热调温纤维可纺性能探讨7 2 3 本章小结8 第三章储热调温纱线的性能及针织物的结构参数l l 3 1 储热调温纱线的制备。1 1 3 2 储热调温纱线的强力测试l l 3 3 储热调温纱线的热分析性能1 3 3 4 储热调温针织物的编织1 9 3 5 储热调温针织物的结构参数测试。2 l 3 6 储热调温针织物结构参数的测试结果2 2 第四章储热调温针织物的温度调节性能。2 5 4 1 储热调温针织物的保暖性能2 5 4 2 储热调温针织物的温度调节性能的测试方法2 6 4 3 储热调温针织物的吸热性能及测试2 6 4 4 储热调温针织物的放热性能及测试3 l 4 5 本章小结3 5 第五章储热调温针织物的热湿舒适性能3 7 5 1 织物的热湿舒适性能及测试指标3 7 5 2 储热调温针织物的芯吸与导湿性能测试3 7 5 3 储热调温针织物的透湿性能测试4 l 5 5 储热调温针织物的透气性能测试4 4 5 6 本章小结4 6 第六章储热调温针织物的服用性能4 7 6 1 储热调温针织物的项破强力测试4 7 6 2 储热调温针织物耐磨性能4 9 6 3 储热调温针织物的起毛起球性能5 l 6 4 本章小结5 4 第七章结论5 5 主要参考文献5 7 发表论文及参加科研情况说明6 1 致谢6 3 第一章绪论 1 1 储热调温纤维及纺织品 第一章绪论弟一早硒比 人们生活水平不断提高，对纺织品要求提高。传统纺织品仅具有简单的保 温和御寒功能，现己不能满足人们的要求，功能性纺织品应运而生。所谓功能 性纺织品是指除具有一般纺织品所拥有的物理机械性能以外，还具有某种特殊 功能的新型纺织品。功能性纺织品的发展是现代纺织科学发展的标志，为传 统纺织工业的技术创新以及人类生活水平的提高做出了重大贡献。 功能性纺织品涉及面较广，主要包括防护性功能纺织品、保健功能纺织品、 智能纺织品等。智能纺织品中储热调温纤维及纺织品是一种新型的功能性纺织 品，近年来引起了研究者的广泛关注乜1 。本课题研究的为储热调温粘胶和储热 调温丙纶纤维针织物的各项性能。 储热调温纺织品又称为智能调温纺织品哺4 1 ，此类纺织品是将相交储热材料 等与纤维和纺织品制造技术相结合开发出的一种具有双向温度调节功能的新型 智能纺织材料玛3 。相变储热材料可以根据外界环境温度的变化而吸收或释放热 量，从而赋予此类纺织品温度调节性能。储热调温纺织品技术被美 虱n e w s d a y 的 编辑们选做“改变2 l 世纪人类生活的2 l 项革新”之一】。 1 1 1 储热调温纺织品的调温机理 储热调温纺织品中含有一定量的相变材料( p c m ) ，当外界环境温度变化时， 相变材料发生固液或液一固相转变吸收或放出热量，达到吸收、储存、再分 配和释放热量的作用。穿着含有包覆相变材料的服装，当环境温度或人体皮肤 温度达到服装内相变材料熔点时，相变材料吸收热量，同时从固态转为液态， 在服装内层产生短暂的致冷效果1 。一旦相变材料完全熔化，储能就结束。如 果在低于相变材料熔点的寒冷环境下使用时，服装的温度会低于相变材料的相 变温度，液态的相变材料将转变回固态，转变过程中释放其储存的热量，提供 短暂的加热效果。相变材料对温度改变起到缓冲作用，减少穿着者皮肤温度的 变化，使人体感觉舒适。储热调温纤维及纺织品研制所使用的相变物质的相变 温度范围通常在o 5 0 哺1 。 1 1 2 相变材料 相变材料( p h a s ec h a n g em a t e r i a l s ，简称p c m ) 是一种利用相变潜热来贮能 天津工业大学硕士学位论文 和放能的化学材料，是储热调温纺织品重要的组成成分。相变材料调节温度的 能力与环境温度和相变温度的差异、相变材料质量以及相变焓等因素有关。纺 织领域中所使用的相变材料主要是石蜡类烷烃。石蜡具有不同的熔点和结晶点， 改变相变材料中不同种烷烃的混合比例，可以得到纺织品所需的相变温度范围。 此外，石蜡无毒性、不腐蚀、不吸湿，在长期使用过程中其热性能仍保持稳定 【9 】 o 相变材料的种类有多种，其按照不同标准分类亦不同。按材料的化学类别 分，可分为无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三大类；按相变过程 的形态分类，相变材料的相变形态可分为固一液相变、固一固相变、固一气相 变、液一气相变四种。固一液和固一固相变形态发展较快、研究和应用较多们。 由于在相变过程中固一气相变及液一气相变材料体积变化较大，尽管其相变潜 热较大，但实际在纺织上的应用很少；按相变温度分类，可分为低温型( 温度 范围大约在1 5 - 9 0 ) 、中温型( 温度范围大约在9 0 - 1 5 0 ) 和高温型( 温度大 于1 5 0 c ) 相变材料。高温型相变材料主要是一些无机类、氧化物、金属合金 等，适用于一些特殊的高温环境。中、低温型相变材料主要是一些无机水合物、 有机物、高分子材料，适用于工农业、民用等u 。 1 2 储热调温纤维及纺织品的开发现状与制备方法 1 2 1 储热调温纤维及纺织品的开发现状 2 0 世纪3 0 年代，微胶囊制各技术问世，之后，研究者开始研究利用微胶 囊法加工制造储热调温纺织品。微胶囊技术不仅有效的增大了相变材料的热传 导面积，减少了相变材料与外界环境直接反应，而且在相变材料发生相变时控 制了相变材料本身体积的变化。微胶囊技术克服了相变材料应用的局限性，提 高了相变材料的使用效率，拓宽了相变材料的应用领域。 美国人h a n s e n 最早开展了对储热调温纺织品的研究工作，他于1 9 7 1 年申 请了将二氧化碳气体溶解在溶剂中，然后填充到封闭的中空纤维内部以改善纤 维的绝热性能的专利n 利。2 0 世纪8 0 年代中期，美国n a s a 开始资助储热调温 纺织品的研究工作，计划将其用于宇航服中的工作手套中n 射。美国t r i a n g l e 研 究发展公司和农业部南方实验室v i 9 0 等人研究将聚乙二醇整理在织物表面或 浸渍在中空纤维内部的温度调节性能。经试验测试，在反复加热1 5 0 次后含有 聚7 , - - 醇的织物仍然具有温度调节效果n 4 j 副。之后，t r i a n g l e 公司还得到了美国 空军和海军以及美国国家基金的资助，将该项研究系列化u 引。 2 0 世纪9 0 年代初，美国g a t e w a y 公司( 现更名为o u t l a s t 技术公司) 得到了 第一章绪论 t r i a n g l e 公司用微胶囊技术制造储热调温纺织品和泡沫的专利授权n 田。该公司 经过数年的研究改进，于1 9 9 7 年开始生产和销售含有储热调温微胶囊的纤维、 织物及泡沫产品。随后美国o u t l a s t 技术公司又将2 m m 以上的储热调温泡沫生 产技术授权于美国f r i s b y 技术公司。日本和欧洲等工业发达国家也有同类研究 n 9 别。我国在2 0 世纪9 0 年代初，开始了储热调温纺织品的研究工作，现已取 得了很大的成绩。 天津工业大学功能纤维研究所1 9 9 3 年开始从事储热调温纺织品的研究开 发工作，2 0 0 0 年底完成的研究项目中，通过对相变物质进行熔融复合纺丝研制 出了相变物质含量在1 6 以上，单丝纤度5 d t e x 的储热调温纤维，而且该技术 路线获得了国家发明专利位卜驯。 1 2 2 储热调温纺织品的制备方法 储热调温纺织品的制备方法很多，根据将相变材料添加到纺织品中所用的 方法，储热调温纺织品的加工方法大致可分为浸轧法、中空纤维内部填充法、 复合纺丝法、微胶囊法和织物涂层法。 1 2 2 1 浸轧法 浸轧法是通过某种途径把相变物质直接固定到纺织品上。美国农业部南方 实验室的v i g o 等人将分子量为5 0 0 - 8 0 0 0 的聚乙二醇、交联剂与催化剂一起 制成水溶液，将棉、涤棉和羊毛织物等在溶液中浸渍，轧榨，烘干，皂洗，得 到增重为5 0 左右的织物，该类织物在0 - 5 0 温度范围内具有明显的温度调节 效果。c h o 池1 等人用聚乙二醇d m d 1 i e u 等交联剂在氯化镁及甲基苯磺酸催化 作用下将其固着在纤维上。经处理后的织物，熔化热最高可达6 o z j g ，结晶热 最高可达6 4 0 j 儋，且织物在0 5 0 c 温度范围具有明显的吸放热效果。此种方法 制备的织物会因树脂的固着而手感变硬。可用有机硅柔软剂对其进行处理获得 好的手感，但要损失3 0 - 6 0 的储放热。 1 2 2 2 中空纤维内部填充法 中空纤维内部填充法制备所得的储热调温纺织品的调温效果是利用纤维内 部的温适载体或其内部所包含的相变材料达到的。使用该方法制备储热调温纤 维时，纤维与相变材料之间的相互浸润非常主要，而且相变材料的浓度应适当， 如果浓度过高，溶液粘度太大，相变材料溶液难以进入中空纤维；如果浓度太 低，进入到中空纤维内的相变材料量太少，调温效果则不明显。 中空纤维内部填充法制备调温纺织品一般分成两个步骤：首先制备中空纤 维，然后将其浸渍在相变材料溶液中，待纤维中空部分充满p c m ，经干燥后利 天津工业大学硕士学位论文 用特殊的技术将纤维两端封闭b 引。使用中空纤维内部填充法制备的纤维，其内 的相变材料在使用过程中容易析出，耐久性较差，限制了这种储热调温纺织品 的工业化应用。 1 2 2 3 复合纺丝法 复合纺丝法制备储热调温纤维是通过将相变材料添加到纺丝聚合物的熔体 或溶液中直接纺丝得到。利用复合纺丝技术可以直接将聚合物和p e g 熔体或溶 液按一定比例纺制成皮芯型相变纤维。一般采用添加第三组分的方法m 1 改善相 变纤维的可纺性，减小p e g 在加工过程中化学稳定性对纺丝工艺的影响。 利用复合纺丝法制备储热调温纤维的方法具有成本低、纺丝容易、可避免 相变材料的泄漏等优点。与其他方法制备的储热调温纤维相比，这种储热调温 纤维具有更广泛的应用范围。 1 2 2 4 微胶囊法 微胶囊法制备储热调温纤维是将相变材料包覆在密封的囊壳内，避免相变 材料与外界直接接触，此方法拓宽了相变材料的应用范围。1 9 8 7 年美国t r i a n g l e 公司首先通过将相变材料或塑晶包裹在微胶囊内，制成用于纺丝加工的相变材 料微胶囊n 引。2 0 世纪7 0 年代末，美国航空航天局( n a s a ) 利用微胶囊相变材料 制成纺织品用于保护宇航员和珍贵设备n 羽，使其在太空中不至于发生剧烈温度 变化而导致损坏。 1 2 2 5 织物涂层法 织物涂层法是通过将含有相变材料的微胶囊进行涂层加工与粘合剂、分散 剂、消泡剂等混合均匀，直接涂敷在织物表面，在适宜温度下干燥，然后将织 物皂洗，除去未反应成分，干燥后得到具有吸放热功能的织物。 织物涂层法制备储热调温纺织品，其生产方法简单，但施加在纺织品上相 变材料的量较低，经整理加工后织物的手感变差，产品的调温性能及整理效果 的耐磨性和耐洗涤性不及复合纺丝法的产品。 1 3 储热调温纤维及纺织品的应用 储热调温纺织品具有服用纺织品的基本性能，因而可用做民用纺织品，如 服装面料、衬里等，已经市场化的产品有夹克衫、运动服和滑雪服等。兼有其 它功能的调温纺织品，如消防服、防弹夹克、潜水服、宇航服、飞行服、野战 服、水手服、冷库工作服等。耐高温或低温手套正在研究中。储热调温纺织品 第一章绪论 还可用于室内装饰、床上用品和睡袋，如窗帘、床单、被面或保温絮片，其用 于睡袋保温絮片已被市场化。由于储热调温纺织品特有的热能吸收和释放功能， 用于鞋垫，可使激烈运动产生的热量及时被相变物质吸收，并在运动停止后释 放，使脚部温度相对恒定，增加舒适感。在医疗方面，涂层织物用于手术服， 可防止液体透过，防止部分细菌感染。储热调温纺织品用做医用恒温绷带，可 防止局部温度过高，防止出汗引起伤口感染，影响伤口愈合，也可防止冻伤。 储热调温材料还可用于添加在水泥中，或用做建筑屋顶或其他材料。另外，还 可用于汽车内衬、电池隔板等。 1 4 本课题研究的目的意义、方法及内容 1 4 1 本课题研究的目的意义 自具有储热调温功能的纺织品出现后，有关储热调温纺织品的研究和应用 开发一直非常活跃，储热调温纺织品的品种不断增加，性能不断得到完善，应 用领域不断扩大。今后储热调温纺织品的一个重要发展方向是将调温功能和其 他功能结合起来，在赋予纺织品舒适性的同时，赋予纺织品其他多种功能，提 高纺织品的应用价值，扩大应用领域。 随着相变材料新品种的不断开发、相变材料微胶囊技术的进一步完善以及 储热调温纺织品加工技术的进步，储热调温纺织品的性能也将不断的改进和完 善，储热调温纺织品将在人们的生活中发挥越来越重要的作用。 本课题通过对两种储热调温纺织品的温度调节性能及其它服用性能的测试， 探讨了两种储热调温纤维的调温能力，并分析其编织织物的温度调节能力的变化 情况。通过储热调温纤维纺纱，结合织物结构的变化，设计编织具有储热调温功 能的针织产品，使其达到具有储热调温功能，又有很好的热湿交换性能等功能性 要求，以此为储热调温织物应用于纺织及其它各领域提供理论上的依据。 1 4 2 本课题研究的内容 绪论概述了储热调温纺织品的基本概念；论述了储热调温纺织品的发展现 状、制备方法及对温度调节性能的测试方法。 第二章首先对储热调温丙纶纤维及粘胶纤维的纺纱工艺进行分析，探讨其可 纺性能，研究影响其可纺性的因素。另外，介绍了所纺制储热调温粘胶纱线及储 热调温丙纶长丝的强力。重点对其温度调节性能进行详尽的描述，分析了影响温 度调节性能的因素；此外，介绍课题研究的储热调温针织物的编织工艺，为针织 天津工业大学硕士学位论文 物的测试做好准备。 第三章测试储热调温针织物的强力，探讨其机械物理性能，为进一步提高其 强力提供一定的理论依据。本章对储热调温针织物的温度调节性能进行重点阐述 分析，研究影响其温度调节性能的因素。 第四章、第五章通过对储热调温针织物的热湿舒适性和服用性能的测试，探 讨其服用舒适性能，为其应用于服用纺织品提供一定的理论基础。 1 4 3 本课题的研究方法 本课题结合储热调温纤维国内外的发展状况，在理论知识的基础上，以试验 的方式实际探讨了应用湿法纺丝制备的皮芯复合储热调温聚丙烯长丝的性能。在 针织圆机编织储热调温聚丙纶双罗纹布，并与常规的针织双罗纹布进行对比，研 究储热调温聚丙纶织物的温度调节性能、热湿舒适性能及服用性能；应用储热调 温粘胶纤维在针织电脑横机上编织不同组织结构的储热调温针织物样片，并与 棉、竹炭、和羊毛编织的针织物进行对比。此外，课题通过对储热调温聚丙烯纤 维、储热调温粘胶纤维纺纱工艺的研究，探讨了两种储热调温纤维的可纺性能， 并阐述了影响其可纺性的因素。 第二章储热调温纤维的纺纱性能 第二章静电对储热调温纤维可纺性的影响 2 1 化学纤维的工艺性能 化学纤维按所用原料不同分为再生纤维和合成纤维两大类。再生由天然高 聚物经化学处理和机械加工制成，合成纤维由低分子化合物经化学合成和机械 力u i s t 成。棉纺厂常用的再生纤维有粘胶纤维和富强纤维，常用的合成纤维有 涤纶、腈纶、维纶、锦纶、丙纶、氯纶和氨纶等1 。本课题采用的纺织品原料 为储热调温粘胶纤维和储热调温丙纶纤维。 2 1 i 粘胶纤维的工艺性能 粘胶纤维属于再生纤维素纤维，棉型的称人造棉，其吸湿、染色、比重以 及对酸碱的反应等性能和棉接近。粘胶纤维的强度较低约 2 2 7 - 3 4 0 c n d t e x ( 2 - 3 9 f 旦) ，回潮率较高约为1 3 ，湿态时的强度下降 4 0 0 旷5 0 。工艺上常利用粘胶纤维与合成纤维混纺，一方面可弥补粘胶纤维的 强度低和耐磨性差等缺点，另一方面对改善合成纤维的可纺性、染色性及其织 物的穿着舒适性均有好处啪1 。 2 1 2 丙纶纤维的工艺性能 丙纶属于合成纤维，其比重小于l ，比水还轻，强伸度分别为 3 4 1 , 6 1 8 c n d t e x ( 3 晰5 9 f e 1 ) 和4 0 - 6 0 ，回潮率为0 加1 ，基本不吸水， 也不易染色口力。丙纶短纤维和棉混纺制织的袋布，质轻耐磨。丙纶长丝也用作 包芯纱的纱芯，租特长丝经变形处理后制织装饰布和地毯等。 2 2 储热调温纤维可纺性能探讨 本课题研究的储热调温纤维为粘胶纤维和储热调温丙纶纤维。储热调温粘 胶纤维规格为2 2 2 d t e x x 3 8 m m ，储热调温丙纶纤维规格为1 i d t e x x 3 8 m m 。 实际的纺纱过程中，纤维可纺性的影响因素主要为纤维本身的结构及性能。 在纺纱的过程中，储热调温粘胶纤维可纺性较佳，而储热调温丙纶纤维在纺纱 过程中表现在梳棉工序不成网，纤维下坠。预测原因为储热调温丙纶纤维的静 电影响，以下着重测试了储热调温粘胶及储热调温丙纶纤维的比电阻，探讨纤 维的静电性能对纤维可纺性的影响。 天津工业大学硕士学位论文 2 2 1 纺织纤维比电阻的表征 比电阻是表示纤维导电性能的指标之一，比电阻大的纤维，导电性差，在 加工和使用过程中容易积聚静电。通常用质量比电阻来表示纤维的导电性能。 质量比电阻p m ( q g c m 2 ) ：指电流通过长度为l c m ，质量为l g 的纤维束的 电阻。 纤维质量比电阻可由公式( 2 1 ) 求得。 p m = r i t i , ( l 2 - d公式( 2 一1 ) 公式( 2 。1 ) 中，r 一测得纤维的平均电阻值( q ) ； 田一纤维质量( 15 9 ) ； l 一两极板之间的距离( 2 c m ) ； 丫一为纤维密度( g c m 2 ) 。 2 2 2 储热调温纤维比电阻测试结果与分析 试验应用y g 3 2 1 型纤维比电阻仪测试储热调温纤维的比电阻。测试结果如 表2 - 1 所示。 表2 1 储热调温纤维的质量比电阻值 由表2 - 1 可以看出：储热调温粘胶纤维的质量比电阻远远小于储热调温丙 纶纤维的质量比电阻。试验测得储热调温粘胶纤维的质量比电阻在1 0 8 q g c m 2 以内，纺纱过程中，纤维与纤维及纤维与其他机件之间的摩擦相对较小，且纺 纱过程中产生的静电随着纺纱的进行容易自动消除，纤维的可纺性较好。试验 测得储热调温丙纶纤维的质量比电阻为1 2 6 x 1 0 q g c m z ，大于1 0 5 q g c n l z ，纺 纱过程中，纤维与纤维及纤维与其他机件之间的摩擦产生静电较严重，且产生 的静电不易消除，纺纱过程中，纤维不易成网，影响纤维的可纺性。 2 3 本章小结 纤维的可纺性是纺纱难易的关键。纤维的可纺性好，纺纱成本低，成纱质 量高，劳动生产率高。影响纤维可纺性因素很多，对于化学纤维，其静电性能 是影响纤维可纺性的一个重要因素。化学纤维的比电组直接影响化学纤维静电 第二章储热调温纤维的纺纱性能 效应和纤维抱合力，是纤维可纺性的重要指标。具有温度调节性能的丙纶纤维 的比电阻远远大于储热调温粘胶纤维的比电阻，在纺纱过程中，丙纶纤维与纤 维之间及纤维与机件之间产生严重的静电现象，且静电不易消除，严重影响储 热调温丙纶纤维的可纺性。在实际纺纱过程中，可采取选择施加合适抗静电剂 和纤维抗滑剂来提高储热调温丙纶纤维的可纺性。储热调温粘胶纤维表现为较 佳的可纺性。 天津工业大学硕士学位论文 _ _ - _ 一 1 0 第三章储热调温纱线的性能及针织物的结构参数 第三章储热调温纱线的性能及针织物的结构参数 3 1 储热调温纱线的制备 储热调温纺织品的制备方法有多种，如前所述，大致可分为浸轧法、中空 纤维内部填充法、复合纺丝法、微胶囊法和织物涂层法等。本课题所使用的储 热调温纺织品原料为储热调温聚丙烯长丝和储热调温粘胶纤维。储热调温聚丙 烯长丝通过复合纺丝法制备，储热调温粘胶纤维由山东海龙股份有限公司通过 添加微胶囊组分制备，再经天纺研究院试验基地纺纱制备成纱线。纱线的机械 物理性能及温度调节性能在本章中将进行测试和分析讨论。 3 1 1 储热调温聚丙烯长丝的制备 原料：聚丙烯，7 1 0 3 5 型，m i3 5 ，辽阳石油化纤工业公司； 聚乙烯，2 6 1 1 h 型，m i2 6 ，抚顺乙烯塑料化工有限公司； i e - - 十烷( 9 9 ) ，香港联合实验室用品有限公司。 制备方法：以聚丙烯作为皮成分，以聚乙烯、乙烯一丙烯聚合物及二十碳烷 为相变材料( p c m ) 添加适宜的增稠剂为芯成分，采用喷丝板规格为0 4 m m x 2 4 孔，卷绕速度为7 2 0 m m i n 的熔融复合纺丝法制备皮芯复合聚丙烯长丝。 3 1 2 储热调温粘胶纱线的制备 储热调温粘胶纤维是由山东海龙股份有限公司纺制的，通过加入相变材料 微胶囊制成纤维，获得具有温度调节功能的粘胶纤维，将纤维由天纺研究院试 验基地直接纺制成4 1 7 r e x 的针织纱线。 3 2 储热调温纱线的强力测试 使用y g 0 61 f 型电子单纱强力仪测试储热调温纱线与几种常规纤维纱线的 强力如表3 - 1 、图3 - 1 和图3 2 所示。 由图3 - 1 和图3 - 2 可以看出：储热调温粘胶纱线的断裂强力、强度、断裂 伸长及伸长率比相同纱线细度的竹炭纱线低；与棉纱线比较，纱线细度相似， 但其断裂强力、强度、断裂伸长及伸长率比棉纱线低；与羊毛纱比较，其断裂 天津工业大学硕士学位论文 强力、强度、断裂伸长及伸长率大于羊毛纱。储热调温粘胶纱线的机械物理性 能比竹炭纱差，这是因为竹炭纤维本身有很高的强度和初始模量，刚性大；其 机械物理性能比天然纤维纺制的棉纱线的机械物理性能差。这进一步说明对于 储热调温粘胶纱线的纺制，有待于进一步改善，提高其物理成纱强力。图中储 热调温丙纶长丝的强力看出，由于长丝较细，其强力值较小，但其有较好的弹 性，断裂伸长和伸长率相对较大，有待于进一步研究提高其强力值。 图3 - 1 储热调温纱线及几种常规纤维纱线断裂强力和强度 图3 2 储热调温纱线及几种常规纤维纱线断裂伸长和伸长率 3 3 储热调温纱线的热分析性能 3 3 1 热分析测试机理 关于储热调温纺织品的温度调节性能，至今还没有统一的测试方法与标准。 通常情况下，测试其温度调节性能的方法为热分析法，测试指标为传统的热性 能指标。 热分析( t h e r m a la n a l y s i s ) 是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度 关系的一种技术。程序控制温度是指按某种规律加热或冷却，通常是线性升温 和降温。物质包括原始试样和测量过程中由化学变化生成的中间产物及最终产 物。由于物质在受热过程中要发生各种物理、化学变化，可用各种热分析方法 测试这种变化，由此进一步研究物质的结构和性能之间的关系，研究反应规律 等。在纺织领域内，如今热分析技术得到普遍应用。 热分析主要用于物质的晶型转变、熔融及升华等物理性质和分解、氧化及 还原等化学性质。热分析方法根据所测物理量的不同有不同种类，在纺织材料 的研究中，最常用的是差热分析( d t a ) 、差示扫描量热法( d s c ) 和热重法( 1 g ) 等。 本课题测试纤维温度调节性能的方法为差示扫描量热法( d s c ) 。 差示扫描量热法( d i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t e r ) 是在程序温度控制下测 量输入到物质和参比物的能量差与温度( 或时间) 关系的一种技术。根据测量 方法又分为两种基本类型：功率补偿型和热流型，两者分别测量输入试样和参 比物的功率差及试样和参比物的温度差。测得的曲线称为差式扫描量热曲线 ( d s c 曲线) ，如图3 3 所示。 吸热 f r l 款热 一 相矿 漏度意 图3 - 3 标准d s c 曲线示意图 1 3 o o o o 图3 - 4 差热分析测量原理 ；鼍蒙；弦警触嚣爹轨毋瓣黝豁扩毵o。耢黧，卜彰l爹雾。苏纪瓣扩敬耘 天津工业大学硕士学位论文 差热分析测量原理如图3 - 4 所示。将试样和参比物分别放在2 只坩埚里， 坩埚底部装有一对差热电偶，用于测量试样和参比物的温度。在试样和参比物 的容器下边，各设置了一组补偿加热丝，在回路中设置了一个补偿器，当物质 在加热过程中，由于热效应试样与参比物之间出现温差t 时，通过热量补偿 器使流入补偿加热丝的电流发生变化。当试样吸热时，试样温度t s 下降，热量 补偿放大器使试样电流i s 增大，当试样放热时，参比物温度t f 较低，热量补 偿放大器使参比物电流i r 增大，直至试样和参比物之间的温度达到平衡，试样 与参比物之间温差t o 。可见试样反应时所发生的热量变化，由电流功率来 补偿，所以只要测得功率大小，就可以知道吸收或释放热量的多少。d s c 曲线 反映了输入试样和参比物的功率差与程序温度( 或时间) 的关系。其峰面积与 热效应成正比。 用d s c 测量时，试样量一般小于1 0 m g 。试样微量化降低了试样内的温度 梯度，试样皿小，其热容量也相应降低，有利于热量传递，提高了仪器的定量 分析性能。 现阶段相变特征和行为的表征与测试主要采用d s c ，它在测定过程中，样 品和参比物之间始终保持相同的温度。在程序升温过程中，记录样品温度和向 样品输入的热流量与向参考样品输入的热流量的差值。d s c 可以得到相变温度、 相变热。通过温度变化对空白样品和含相变物质的试样进行比较，当样品发生 相变时，就会有热效应发生，并促使样品与参比物在升温或降温过程中温度变 化速率发生变化，反应在d s c 谱图上就会有一个脉冲出现。根据图谱就可得到 相变的有关信息，从而分析相变过程。 d s c 是针对性的测量方法，用于测量相变材料吸热和放热的相转变点、熔 点、结晶点和温度变化的范围，并可提供热转变中的能量损耗。 3 3 2 热分析性能测试指标 3 3 2 1 导热系数 导热系数是指单位面积、单位时间内通过的热量。与导热系数含义相反的 一个指标为热阻。织物的热阻大，导热系数小，织物的隔热性能好。由于相变 纤维在灵敏地感应温度时才能激发相变材料的相变，放出或吸收热能，同时， 相变纤维需要低热阻的传导热量，其调温效果较明显。因此，相变纤维的热传 导系数应偏小“仉4 1 1 。 3 3 2 2 相变温度与相变焓 相变纤维在发生相变时吸收或放出热量，其相变发生点和终止点温度以及整 第三章储热调温纱线的性能及针织物的结构参数 个相变过程的总焓是相变纤维的最主要性质( 图3 5 ) 。相变纤维的起、止点温度 反映材料的可使用性温度范围，相变焓反映其温度调节能力。p c m s 在使用中的 关键是要有合适可控的相变激发点，保证使用时的舒适性与有效性：较大的相变 焓可有效持久地调控温度1 。 毫 交 雅 瀑霞， 图3 - 5d s c 曲线测相变温度和相变焓示意 3 3 2 3 循环性 相变纤维的循环性表征p c m s 是否具有反复可使用性和使用的有效性。9 0 等对织物进行表面涂层p e g ，经过1 5 0 次冷热交换循环后发现，织物的储放热性 能仍很好h 3 。相变纤维的循环性能不仅是材料温度波动响应能力的体现，也是材 料能否反复有效使用的关键。相变服装的循环性测试可以在可控温度调节室内进 行，循环性好坏可用反复升降温方法对热焓变化的测定来确定( 图3 6 ) 。 较 恭 毒 竣 壤 搁变材：i i 啐循环性好 槽变材料循环性差 循环次赞 ，次 图3 - 6 相变材料循环性能 3 3 2 4 保暖性 织物保暖性测试大都采用平板式织物保暖仪。测试方法为将试样覆盖在织物 保暖仪的试验板上，试验板、底板以及周围的保护板都用电热控制相同的温度， 并通过通、断电保持恒温，使试验板的热量只能通过试样的方向散发。试验时， 通过测定试验板在一定时间保持恒温所需要的加热时间来计算织物的保暖指标。 天津工业大学硕士学位论文 主要包括保暖率、传热系数和克罗值1 。 保暖率指无试样时的散热量和有试样时的散热量之差与无试样时的散热量 之比的百分率。保暖率越大，试样的保暖性越好。 传热系数指纺织品表面温差为1 时，通过单位面积的热流量。传热系数 越大，保暖性越差。 克罗值c l o 的物理意义为：其定义是：室温2 l ，相对湿度不超过5 0 ， 气流为1 0 c m s 条件下，试穿者静坐并保持舒适状态，其服装所需要的热阻。织 物的克罗值越大，织物的保暖性能越好。 3 3 3 储热调温纱线的温度调节性能测试 储热调温纱线的温度调节性能主要通过热分析进行表征。用n e t z s c h d s c 2 0 0 f 3 型差示扫描量热仪测试纤维的粉末在温度区间2 0 8 0 的d s c 曲 线。试样置于标准铝坩埚内，降温至- 2 0 ，以1 0 朐in 等速升温至8 0 ，恒 温3 m i n 至试样完全熔融，以1 0 1 6 t i n速率降温至2 0 c ，分别记录测试曲线， 并分别计算初始吸放热温度、终止吸放热温度、最大吸放热温度及吸放热焓。 调温纱线的d s c 图电初始吸放热温度区域是指调温材料中所包含的相变 材料在整个相变过程的温度区域，终止温度即为相变材料相变过程结束的温度， 持续的时间为提供维持短暂的制冷、保暖时间，吸放热焓是指相变材料的最大 的储热量，表征材料的温度调节能力。纱线中所含相变材料的含量影响调温持 续的时间及纱线的调温能力。相变材料含量越高，材料的调温能力越好。 3 3 3 1 储热调温丙纶长丝的热分析测试结果与分析 试验所测得储热调温丙纶长丝的吸放热曲线如图3 7 、图3 8 所示。 由图3 7 和图3 8 可以看到：储热调温聚丙烯长丝在1 3 7 9 - - 2 8 7 9 温度范 围内经历的是一个从结晶到熔融的相变过程，此时相变材料从外界吸收热量， 提供一个短暂降温的效果。其中储热调温聚丙烯长丝中的相变材料在2 0 3 4 0 c 时 开始发生相变，即2 0 3 4 为相变材料的固一液相变温度，最大吸热温度为 2 4 9 l o c ，熔融相变焓为6 3 9j 信；在1 2 4 9 - - - 2 1 2 9 0 c 温度范围内，相变材料经历 的是一个从熔融到结晶的相变过程，这时相变材料向外界放出热量，提供一个 短暂保温的效果。其中储热调温聚丙烯长丝中的相变材料在1 7 6 1 时开始发生 相变，即1 7 6 l 为相变材料的液一固相变温度，最大放热温度为1 6 0 7 ，结晶 相变焓为一12 8 6j g 。 储热调温聚丙烯长丝的热分析测试以d s c 曲线直观的表征其温度调节能 力。由试验结果的相变焓显示，此储热调温材料的温度调节能力还有待于提高， 篁三童笪垫塑里竺垡箜丝丝垄笪堡望盟堕塑叁鍪 相比已研制的储热调温纤维的温度调节相变焓较低。 一2 0 02 04 06 0 8 0 t e m p e r a t u r e ( c ) 图3 7 储热调温丙纶长丝的吸热曲线 一2 002 0 4 0 6 0 8 0 t e m o e r a t u r e ( 、 图3 8 储热调温丙纶长丝的放热曲线 3 3 3 2 储热调温粘胶纱线的热分析测试结果与分析 1 7 黜 咖 锄 咖 黜 咖 湖 咖 湖 。 姗 舢 砌 娜 姗 撇 舢 伽 彻 湖 。 毒； 0 | | | 姗 | 耄 撇 彻 彻 湖 。 垂； 伽 试验所测得储热调温粘胶纱线的吸放热曲线如图3 - 9 、图3 一1 0 所示。 1 t 4 1 2 1 0 0 8 0 6 0 4 0 f 2 0 0 0 2 0 ，7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0