（纺织工程专业论文）夜光纤维的性能及其在经编上的应用.pdf

摘要 夜光纤维的性能及其在经编上的应用 汪莲婷，邱红娟，纺织科学与工程 蓄能型夜光纤维是一种新型的功能性纤维，它只要吸收任何可见光1 0 分钟， 便能将光能储蓄于纤维之中，在黑暗中持续发光，并可无限次地循环使用。 本课题主要研究了夜光纤维的编织性能，在这个基础上将夜光纤维应用到经 编织物的织造中，并详细说明了其生产工艺。首先，论文介绍了夜光纤维的国内 外发展现状、纺丝方法、发光原理、发光特性和应用；然后分别测试了涤纶丝、 夜光丝和锦纶丝的相对断裂强力、动摩擦系数、l 初始模量和抗弯刚度值，并 比较分析了这三种原料的相关试验数据值，来评价夜光纤维编织性能的优劣；根 据夜光纤维成本高但具有发光性能这一特性，选择合适的经编花纹、组织结构以 及设备进行试织，经编的织物在黑暗中具有发光的花纹效应，使产品更上了一个 档次。本文还详细介绍了两种经编织物的生产工艺流程及工艺参数；最后对复杂 提花组织织物的平方米克重的计算提出了一个新的计算方法。 稀土铝酸盐夜光纤维具有余辉时间长、亮度高的特点，且无毒无害无放射性， 对人体绝对安全，以后在纺织品生产中一定会有广泛的应用。 关键词：夜光纤维，编织性能，生产工艺，平方米克重 江南大学硕士学位论文 a b s t r a c t a c c u m u l a t i n gl u m i n o u sf i b e ri san e wk i n do ff u n c t i o n a lf i b e r i ft h i sf i b e r a b s o r b e da n yv i s i b l el i g h to n l yf o r1 0m i n u t e s ，i tc o u l ds t o r eu pl i g h te n e r g yi nt h e f i b e r , a n ds h i n ef o ral o n gt i m ei nt h ed a r k m o r e o v e r i tc o u l db eu s e di n f i n i t e l y t h i sp a p e rm a i n l yi n t r o d u c e st h ek n i u i n gp r o p e r t yo fa c c u m u l a t i n gl u m i n o u sf i b e r b a s e do nt h es t u d yo fi t ，a c c u m u l a t i n gl u m i n o u sf i b e rw a sa p p l i e dt ow e a v i n go fw a r p k n i t t e df a b r i c m e a n w h i l et h ep a p e rd e t a i t e ds h o w si t sp r o d u c t i o np r o c e s s f i r s t l y , t h e p a p e ri n t r o d u c e dp r c s e ms i t u a t i o no f d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l m e t h o 出o f s p i n n i n g ， p f i n c i p l eo fl u m i n e s c e n c e ，l u m i n o u sp r o p e r t ya n da p p l i c a t i o n so ft h ea c c u m u l a t i n g l u m i n o u sf i b e r s e c o n d l y ，p o l y e s t e rf i b e r , a c c u m u l a t i n gl u m i n o u sf i b e ra n dp o l y a m i d e w e r et e s t e da b o u tt h e i rr e l a t i v eb r e a k i n gs t r e n g t h , d y n a m i cf i - i c t i o nc o e 髓c i e n t , 1 i n i t i a lm o d u l u sa n db e n d i n gd 鲫i t y b yc o m p a r i n gt h ed a t e s ，蛆n h l gp r o p e r t yc a l lb e e s t i m a t e d b e c a u s eo fi t sh i g h e rc o s ta n dl u n l i n e s c e n c e t w os a m p l e sw e r ew o v e n a f t e rs e l e c t i n ga p p r o p r i a t ep a t t e r n , m a c h i n e sa n dh i s t o l o g i c a ls t r b c t a l e t h e s et w o f a b r i c sa l ep r o v i d e dw i t hl u m i n o u sf i g u r e de f f e c t 1 1 ”p r o d u c th a ss t e pu pas c a l e t h i sa l t i c l ea l s oi n t r o d u c e st h et w os a m p l e s t e c h n i c a lp r o c e s sa n dc m n p a r a m e t e r s f i n a l l y an e wf o r m u l ai sp r o p o s e d , w h i c hi sa b o u tg r a m sp e rs q u a r em e t e ro ft h e c o m p l e xj a c q u a r df a b r i c i na d d i t i o n , c o m p a r e dt oo t h e rl u m i n o u sm a t e r i a l s ，i tw a si n n o c u o u sa n do f n o r a d i o a c t i v i t y i tw a sa l s os a f ef o rp e o p l e sh e a l t h 删sf i b e rw i l lb ew i d e l yu s e di n t h e a l e ao f t e x t i l ep r o d u c t i o n k e y w o r d s ：a c c u m u l a t i n gl u m i n o u sf i b e r , k n i t t i n gp r o p e r t y ，p r o d u c t i o np r o c e s s ，g r a m s p e rs q u a r em e t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 。 签名：i 至莲垂日期：) 叼年，6 月，r 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将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、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：i 至叁莹导师签名： 社 日期：弘口7 年月口e t 第一章绪论 售一童结论 随着生产力的发展和人类物质文化生活水平的不断提高，人们对自身生活质 量的要求也不断提高，这突出反映在人们生活的各个方面，其中包括人们的服饰 衣着、家用装饰等。纺织品不仅是重要的生活必需品，也是重要的工业用品和装 饰用品，纺织品的开发和利用是衡量国家经济发展和人民生活水平的重要指标之 一。在纺织行业中，纺织原材料的发展又是整个纺织业发展的基础。各种纤维原 料具有不同的性质和特点，为了将各种不同类别、不同性能的纺织纤维，制成适 于各种用途的优质成品；为了用有限的原料加工生产成更多更好的纺织品；为了 开辟新的适于纺织工业使用的原料来源，增产各种纺织品以满足人民和国家的各 方面需要，必须对纺织纤维材料进行各方面的研究工作。因此，纺织材料的研究 是一项长久性的研究课题。 我国虽是一个纺织品大国，但并非纺织强国，多数纺织品出口仍以低附加值， 以量取胜，我国与发达国家之间的差距之一就是高科技纺织品品种少、产量低。 特别是差别化纤维，高功能性纤维所占比例较低，日益增长的产业用纺织品所用 原料更不能满足我国国民经济和国防建设的需要。据统计，我国每年都要花费大 量外汇进口各种新型纤维材料，其价格都大大高于常规品种，附加值很高，这与 我国化纤行业近年经济效益严重滑坡的局面形成强烈的反差，其原因是我国新型 纤维材料的研制与应用技术跟国际相比存在较大的差距“3 。因此关注高科技纤维 的发展，把握其特性，实现面料的科技创新和高档化，成为我国纺织产品发展的 突破口。 新型纤维材料是近年来材料科学领域中发展非常迅速的一个分支，广泛应用 于国民经济的各个部门，具有很高的经济效益和社会效益。1 9 9 9 年7 月1 4 日， 国家发展计划委员会、科学技术部联合发布了一份当前国家优先发展的高技术 产业化重点领域指南，这是我国第一部引导高技术产业化发展的指导性文件。 在已确定的1 3 8 个重点发展领域中，功能化、差别化等新型纤维材料及系列化产 品位居其中。 所谓功能性纤维，就是在高聚物聚合体中加入某些功能性材料或经过特殊的 化学技术处理，使纤维具备一种或几种特殊功能，一般由特殊工艺技术纺制而成， 这类特种纺织纤维不仅用于服装，而且在建筑、交通、水利、农业、渔业、医疗 卫生领域，甚至电子、通讯、国防等领域也有着广泛的市场前景4 3 。 彩色与彩色光稀土夜光纤维就是一种新型高科技功能纤维，由无锡宏源化纤 实验厂与江南大学合作，从2 0 0 0 年5 月起至2 0 0 2 年1 2 月，对稀土铝酸盐夜光丝进 行了研制。先后投入3 5 0 万元，经过实验室实验、小样试制、中试，终于研制成 功，并投入工业化生产。该夜光丝经上海市辐射环境监理所、无锡市纤维检验所 等检测，符合服用纤维使用要求，该夜光丝已申请了专利。此项目于2 0 0 2 年1 1 月通过了江苏省科技厅科技成果鉴定和江苏省经贸委新产品鉴定，这是我国具有 自主知识产权的新技术，填补了国内空白，技术与成果水平处于国内领先地位。 2 0 0 2 年1 2 月获得无锡市产业集团公司“四新”项目一等奖。 1 i 夜光纤维的国内外发展简介 发光材料是一种在黑暗中能发出各色荧光的物质。它不同于反光材料，反光 材料是利用玻璃微珠将照射其上的光线反射回去，它必须在有入射光源时才会发 江南大学硕士学位论文 出光的作用；也不同于目前任何形式的电致发光材料必须依靠电能才能产生光 源。发光材料又可分为自发光型和蓄光型两种，自发光型发光材料的基本成分为 放射性材料，不需要从外部吸收能量，无论黑夜或白天都可持续发光，但因为含 有放射性物质，所以在使用时受到比较大的限制，废弃后的处理也是一大问题。 早期的自发光材料，可以追溯到居里夫人发现的镭元素，这时的自发光材料可以 称之为第一代自发光材料；第二代自发光材料即为传统的硫化物发光材料，由于 其对人体具有一定的毒害性、放射性，以及发光亮度低和持续时间短等缺点，而 使其应用领域受到很大的局限。蓄光型发光材料不仅具有发光功能，而且无毒、 无害、无辐射、符合纺织、环保等相关使用要求。第三代蓄光型发光材料于9 0 年代在我国问世，稀土以其独特的性质，在发光材料中占有举足轻重的地位。 目前，发光化合物的种类繁多，总体上可分为无机、无机有机、有机小分 子和有机高分子发光化合物。它们各有各的特点，比如无机类的发光效率较高， 稳定性较好：有机类则与聚合物的相容性好，易于制成各种各样的高分子发光材 料，如：发光纤维等。上述大部分发光化合物都可应用于发光纤维的生产，在所 有发光化合物中，稀土配合物是最大的一类。由于它们具有较高的发光发生率， 所以得到了较为广泛的应用。但考虑到纤维的相容性及纤维的生产工艺及发光化 合物的发光率，一般认为稀土有机配合物和高分子发光化合物比较适合于生产发 光纤维。但是，近年来，新型纳米稀土发光纤维异军突起。一般，由于稀土发光 粉颗粒大，生产难度大，并且添加量受到限制，因此发光时间及强度受限。但是， 纳米稀土发光化合物可以克服上述不足。 早在1 9 9 4 年我国就有一种夜间发光纤维申请了专利，这种夜间发光纤维是 在纺丝粘胶液中加入5 2 0 的非放射性发光剂经喷纺处理而成。 我国近期在无机类发光化合物的应用上取得了突破：即稀土铝酸盐夜光丝， 既能发光又能蓄光。与前两代自发光材料相比，这种材料具有无毒、无放射性、 发光时间长、可重复使用等显著优点： ( 1 ) 由北京东方利源科技有限公司与清华大学合作开发的发光纤维就是利用稀土 发光材料为发光体，经过特种熔融纺丝工艺制成的蓄光型发光纤维。制作方法： 首先生产切片，然后通过熔融纺丝可生产多种规格的发光纤维( 长丝，短丝，单 丝，复丝) 。该纤维只要吸收任何可见光1 0 3 0 分钟，便能将光能蓄贮于纤维之 中，在黑暗状态下持续发光4 小时以上旧。 ( 2 ) 由无锡宏源化纤厂与江南大学合作研制的稀土铝酸盐夜光纤维也是利用稀土 材料为发光体，以涤纶或锦纶、丙纶树脂为基质，添加稀土铝酸盐微粒和纳米级 助剂，经过特种纺丝工艺制成的具有夜光性能的蓄能纤维。它只要吸收任何可见 光1 0 分钟，便能将光能存储于纤维之中，在黑暗状态下持续发光1 0 小时以上， 并可无限次循环使用m ，。 目前，在美国也有两个公司开发了发光纤维并申请了专利技术，该化学纤维 可吸收和释放绿黄光。阿拉巴马州的b e a v e r 工业公司的生产方法是硫化锌中掺 有铜和一种专利材料，添加剂在挤压过程中加入纤维，其产品发光时间超过1 0 个 小时，销售时的商标为g l o s a f e t y 和其他品牌。纽约的g l o - t e c h 公司研制的 g l o - t e c h 纤维是磷中加锶等成分，加工成发光粒子后在纤维挤压时加入原料中。 该工艺有点类似纺前染色工艺发光至少8 个小时。 发光纤维可与许多聚合物一起生产，如聚酯、聚丙烯、尼龙、聚乙烯等。这 些新型纤维的发光时间长得足以利用，不象早先生产的发光纤维，为了获得发光 效应，需要在光线下停留适当的时间，在从窗户射入的荧光或阳光下至少要停留 2 第一章绪论 l o 一2 0 分钟。 两公司称发光时间长短取决于纤维或织物在光线下暴露时间以及光线强度。 固有的夜晚安全性是这种纤维关键的卖点，目前，已有许多世界知名的大公司如 耐克、锐步等对这种产品表示出浓厚的兴趣。两个公司预计其主要市场是对可见 度要求很高的地方：运动和打猎装置、绳索、衣服、背心、剧院和飞机内部地毯 m 据报道，在日本有人将发光纤维做成皮芯型复合纤维，是以稀土发光化合物 和热塑性树脂混合作为芯层以另一种聚合物为皮层进行熔融纺丝而制得的。这种 皮芯结构有效地增加了发光纤维的耐溶剂性、耐光性等。 1 2 稀土发光纤维材料制造方法 目前，国内稀土发光纤维的研制还处于起始阶段，各种制造方法尚不很成熟， 大部分处在探索阶段。大致来说，可以分为以下几种：熔融纺丝法、溶液纺丝法、 表面涂层法、高速气流冲击法、键合法等。 ( 1 ) 熔融纺丝 所谓熔融纺丝就是直接将稀土发光化合物与聚合物进行共混熔融纺丝，或把 稀土发光化合物分散在能和纺丝高聚物混熔的树脂载体中制成发光母粒，然后再 混入高聚物中进行熔融纺丝的方法。虽然这种方法看似简单易行，但对稀土发光 化合物的要求非常苛刻( 如耐氧化、耐高温、粒径等) ，因此该方法的应用受到 了一定程度的限制。若能开发出新的具有耐热、耐氧化性质的稀土发光化合物或 降低熔融纺丝的温度，则该方法将会得到广泛的应用。 ( 2 ) 溶液纺丝啦， 溶液纺丝是将稀土发光化合物溶解在纺丝原液中，然后进行纺丝而得到发光 纤维的一种方法。与熔融纺丝相比，这种方法的纺丝温度较低，不会出现氧化或 热分解的问题，但要求稀土发光化合物可以溶解在纺丝液中，因此选择相容性好 的稀土发光化合物是该方法的关键。 ，葛 ( 3 ) 表面涂层法 这种方法是将稀土发光化合物溶解于适当的溶剂中，然后与树脂液等粘合剂 混合，制成发光色浆。将纤维在这种浆液中进行涂层处理，就可以得到具有发光 性质的发光纤维。此方法的操作也比较简单，但由于发光化合物吸附于纤维的表 面，故其耐洗性、耐溶剂性、耐酸碱性都不是很理想。 “) 高速气流冲击法 该方法是采用一种高速气流冲击装置，将稀土发光化合物与短纤维放入该装 置中进行高速冲击处理从而使纤维表面吸附一层稀土发光化合物的方法。这种方 法的装置比较复杂，目前国内还未见类似报道。 ( 5 ) 键合法 此方法将稀土发光化合物以单体形式参与聚合或缩合而得到的聚合物，或将 稀土发光化合物配位在聚合物侧链上，然后由这种聚合物纺丝而得到发光纤维， 该方法所得的发光纤维具有较好的稳定性，但工艺比较复杂。 以上简要介绍了发光纤维用稀土发光化合物进行制造的方法的一些情况。可 以看出，目前发光纤维的制造方法还不是很多，而且工艺大都处于试验性阶段。 本文中采用的夜光纤维是用熔融纺丝方法制得的。 江南大学硕士学位论文 1 3 夜光纤维的发光原理及其特性 1 3 1 夜光纤维的发光原理 物质发光现象大致分为两类：一类是物质受热，产生热辐射而发光；另一类 是物体受激发吸收能量而跃迁至激发态( 非稳定态) 在返回到基态的过程中，以光 的形式放出能量。根据激发源的不同，稀土发光材料可分为光致发光( 以紫外光 或可见光激发) 、阴极射线发光( 以电子束激发) 、x 射线发光( 以x 射线激发) 以及 电致发光( 以电场激发) 材料等。 稀土发光纤维材料的发光机理是一种微观的物理过程，由于稀土材料结构的 特点：原子的外层电子具有在光照情况下，从低能级跃迂到高能级，并落入结构 电子陷阱，从而蓄光，而在黑暗中电子又可以从高能级恢复到低能级，从而发光 【8 稀土发光纤维不需任何包膜处理，其发光体可长期经受日光曝晒，在高温和 低温等恶劣环境或强外线照射下，不发黑、不变质，可与聚酯、聚丙烯、尼龙、 聚乙烯等许多聚合物一起生产。发光亮度高，持续时间高，色光丰富，对于波长 4 5 微米以下的可见光具有很强的吸收能力，在可见光下照射1 0 分钟左右后，便 能将光能蓄贮于纤维之中，在夜晚或黑暗处可持续发光并释放出各种颜色( 红、 绿、黄、蓝色等) 余辉l o 小时以上，且可以无限次循环使用，其发光的亮度也有 多种，并随时间递减。 彩色与彩色光稀土夜光纤维在没有可见光的条件下的发光原理是：稀土元素 具有丰富的电子能级，其原予的电子构型中存在4 f 轨道，为多种能级跃迁创造 了条件，从而获得多种发光性能。当可见光照射稀土离子时，电子从基态或下能 级跃迁至上能级发生光的吸收，将光能储存于纤维之中。没有可见光时，电子从 激发态上能级跃迁至下能级或基态产生光的发射，将储存于纤维之中的能量放出 嘲( 如图1 1 所示) 注：稀土离子跃迁能级间的能量差不同，因而发出不同颜色的光 图l 一1 稀土铝酸盐发光机理图 基级和激发级之间有一称为陷阱能级的中间级；在陷阱能级和其他能级之间 电子不能发生跃迁，一个电子一旦从受激能级落到了陷阱能级，电子就停留在那 里，直到它能进一步受到激发返回基级为止。由邻近原子或分子的热骚动( 称为 4 第一章绪论 热释发光) 或光激发( 如红外线) 都能产生这种激发。电子处于陷阱能级中的时 间决定发光材料持续发光的时间。 彩色与彩色光稀土夜光纤维在没有可见光条件下呈现彩色光的原理是：由于 稀土元素含有未充满的4 f 壳层和4 f 电子被外层的5 s 2 、5 p 6 电子屏蔽的特性， 在可见光区有类线性的吸收光谱和发射光谱及复杂的谱线，稀土离子跃迁能级间 的能量差不同，因而发出不同颜色的光。 彩色与彩色光稀土夜光纤维其彩色是指在有可见光的条件下，该纤维具有的 各种色彩，如红色、黄色、蓝色、绿色等。彩色光是指在没有可见光的条件下， 该纤维本身发出的各种色彩的光，如红光、黄光、蓝光、绿光等。 在有可见光的条件下呈现彩色的原理是：利用光色合成原理将三元色( 红、 黄、蓝) 色光进行一定方式的组合，形成色泽丰富绚丽多彩的纤维嘲。 1 3 2 夜光纤维的特性 早期的自发光型夜光材料的基本成分为放射性材料，虽然不需要从外部吸收 能量，就可以在黑夜或白天持续发光。但是因为含有放射性物质，所以在使用时 受到比较大的限制，废弃后会污染环境。本项目的蓄光型多色夜光纤维是近年来 受人们关注较多的一种新型的功能性纤维，它有如下的特点： ( 1 ) 其制造方法的优点 我国具有丰富的稀土资源，利用稀土发光材料制造夜光纤维具有：吸收光能 力强，转化效率高；可发射从紫外光到红外光的光谱，特别是在可见光区有很强 的发射能力；荧光寿命从纳秒到毫秒，跨越6 个数量级；物理化学性能稳定，能 承受大功率的电子束、高能射线和强紫外光子的作用。 。 ( 2 ) 发光特性与化学性能努，一 发光亮度高，持续时间长。一般品种经标准光源照射1 0 分钟，持续发出可见 光时间长达l o 小时左右。 一 无毒无害无放射性，对人体绝对安全。化学稳定性极强。无论是经8 0 0 度高 温烘烤，还是经零下4 0 度冷冻，日后都不会影响其发光性能。产品已研制出多种 不同的发光色彩。商品化的已有绿、黄、红与紫色，同时在白天它们还可以具备 不同的本色。 它的生产与使用不会对环境产生危害，具有较高的学术水平和科技含量，符 合环保要求。其最终产品可以无需染色，不仅避免了染料对纤维发光性能的影响， 同时也避免了染整工序产生的废水对环境的严重污染。人们可以以它为载体，大 量应用太阳光这个清洁、无公害、符合可持续性发展要求的能源。 ( 3 ) 染色性能 在夜光纤维的应用过程中，客户也可以根据自己的产品需要对夜光纤维进行 染色。经过多次实验，获得了夜光纤维的发光亮度随染色条件的变化规律： a 随着染液浓度的不断提高，染色后夜光纤维的发光强度降低。实际生产中需 要选择合适的染色比例，以防止由于染料上染过多而使夜光纤维的发光亮度达不 到要求。 b 低、中、高温型分散染料上染的夜光丝发光亮度的强弱为：低 中 高。在 实际使用中，应尽量选择低、中温型的分散染料。 c 在一定染液浓度下，三原色分散染料上染夜光纤维的发光亮度受染色后夜光 丝束k s 的影响，随着k s 的增加，染色后夜光纤维的发光效果减弱。在实际生 江南大学硕士学位论文 产中，对夜光纤维产品进行染整加工时，需要尽量选择明度较高、染色后色泽较 浅的染料，从而减小k s 值，提高发光效果( 注：值定义为染色后k s 夜光丝束 的光吸收能力，可通过计算机测配色系统测试得出。) 。 d 由于染料的品种繁多，各自的特性和染色条件都有差异，因此，在夜光纤维 的批量染色之前，需要进行小样实验，兼顾产品的发光效果和色彩要求。 ( 4 ) 服用性能 传统的发光织物是将发光物质通过涂层的方法涂在织物表面制成，不仅影响 织物手感和服用性能，而且易脱落，影响发光效果。稀土铝酸盐夜光丝采取了将发 光原料直接溶于纤维中，克服上述问题。 图l 一2 夜光t 恤在黑暗中的效果 夜光纤维制成的纺织品在白天与普通纤维具有完全一样的使用性能，不会使 人感到有任何特异之处。尤其是它的发光成分不同于传统放射性硫化锌发光粉， 不含磷、铅、铬、钾和其他有害重金属元素。更重要的是，它的发光成分已经分 散于纤维分子之中，发光特性不会受水洗的任何影响。图1 2 所示为针织t 恤 在黑暗中的效果图，该t 恤由白色夜光纤维制成嘲。 1 4 夜光纤维的应用及产品对比图 夜光纤维是高科技催生出来的奇葩。可广泛应用于建筑装璜、交通运输、航 空航海、夜间作业，消防应急、日常生活及娱乐服装等领域。这种纤维除具备一 般纤维的用途之外它还具备了发光产品的特殊作用。它的制品不仅白天富于观赏 性，夜里更是熠熠生辉。图卜3 就是夜光纤维应用于纺织产品中后光亮处与黑暗 中的对比图，其中( a ) ( c ) ( e ) 为产品在光亮处的图片，( b ) ( d ) ( f ) 为产品在黑暗处 的一个效果图。 根据发光纤维的特性，它可以直接利用织造行业生产出五彩斑斓的发光布。 它也可以与棉纺织行业的彩色棉或染色棉混纺生产出新颖的发光纱；还可以与其 它的染色纱经过并捻后生产出各种带色彩的色光线。如果我们在布的织造上进行 巧妙的编排，即单独在经纬某一方向上使用发光纤维与发光纱线，或在一个组织 循环中嵌入少量的发光纤维与发光纱线，那么，它可以使服装设计师们打开想象 的翅膀，设计出亮丽的发光服，使其在服饰表演舞台上尽显风流，使西方的晚礼 服更具魅力肼。 6 第一章绪论 ( e ) ( f ) 图i - - 3 夜光纤维应用于纺织产品中后光亮处与黑暗中的对比图 从实用角度出发，让发光纤维与现在已经面市的反光纤维交织成布，效果也 一定会比目前交警夜间穿着的反光马夹理想。在军事上，利用发光布生产降落伞 或许它就是夜间训练者的最佳伴侣。由于国际海事大会明确规定：1 9 9 8 年以后 生产定员2 5 人以上的客货船上的通道、消防器材及安全救生设施等有关部位， 必须设置自发光安全标志，以保障安全。近几年来，国际海事局作出规定，凡在 远洋轮上工作的人员的服装均必须要有夜光标记。近年来时常发生中小学生在来 往学校的途中，由于光线较弱而出现交通事故的现象，如果采用夜光纤维在服装 7 江南大学硕士学位论文 上制成标记，可大大提高其交通安全性。在漆黑的地下矿井中，发光服装便于矿 工们相互联络，即使遭遇事故，也便于救援人员及时发现受困的矿工。在制造消 防设施、器材时，添加一定面积的夜光纤维，在火灾时不管浓烟滚滚还是比较黑 暗，我们都可以马上看到消防人员和消防器材，迅速作出反应，达到自救和被救 的目的。在夜间行驶时，夜光纤维制成的标记物可以给驾驶员发出提示信号，避 免交通事故。电影开映后由于影院中一片漆黑，给寻找座位带来不便，特别是影 院中( 或者发生火警断电的高层建筑里) 万一发生事故，后果更加严重，用夜光 纤维做成的引导标记和夜光服装不仅可以引导寻找座位，还可以使人们在发生危 险时有秩序地脱离险地，以免发生相互踩踏致伤的现象。在家居用品方面，采用 这种夜光纤维可以做发光窗帘、拖鞋，即使在暗处仍然十分明显，便于夜间活动。 在玩具制作方面，可以制作发光毛绒玩具，吸引儿童的目光或作为节日的礼品、 私家车上的装饰品，在目前汽车工业迅速发展的情况下，必定会有更好的市场前 景1 ”。 近年来，许多日本渔民已使用日网公司生产的发光网农和绳索。发光网衣和 发光绳索是使用自身发光的夜光纤维制成，因此在黑暗环境中能自行发光一段时 间，渔民将发光网衣和绳索应用于拖网和围网中。在金枪鱼围网两端使用发光网 衣有助于防止鲣鱼在网具包围时逃过开口，据说金枪鱼围网使用发光网衣在6 0 - - 8 0 米水深特别有效，因为发光对驱赶鲣鱼最有效。 1 5 本课题的意义、目的和主要内容 近年来，新型改性天然纤维和功能性化学纤维的不断问世与应用，消费者和 销售商对针织面料、针织服装在轻薄、弹性、体型适应性、功能性与舒适性、环 保与保健、小批量、多品种、变化快等多方面提出了更高的要求“。所以，针织 产品发展趋势是穿着舒适化、原料新颖化、服饰时装化、设计多样化。这要求针 织品具有轻薄舒适、弹性、环保、保健等特点，因此国际上都在积极开发新型原 料。注重功能性、时尚化及绿色产品的开发款式、色彩引领潮流，这是市场需求 的方向，也是拓展市场的关键。 夜光纤维的诞生给棉纺、织造行业打开了一个新品种创造的想象空间，也给 纺织产业带来了一个高附加值的产品。因此，谁能尽快认识它开发它，谁就能在 国际国内市场上抢得先机，获得最大的效益。 经编行业在提高传统产品的质量档次的同时，要加大高档提花经编面料、花 边等的研发生产；提高装饰用经编产品档次的同时，加大开发服装、产业用经编 产品的研发生产。将新型的功能性纤维应用于经编产品就是一个值得研究的发展 方向c 1 2 o 本课题就是设想将夜光纤维这种新型的功能性纤维应用于经编领域中，研究 的主要内容有： ( 1 ) 夜光纤维的编织性能 夜光纤维是一种新型的功能性纤维，目前，对其研究较多的是其发光特性以 及在染色、洗涤等特殊状态下其发光性能所受到的影响，而其它方面的研究还较 少。要想将这种新型的功能性纤维应用于实际生产中，就要了解其各方面的物理 机械性能的情况，因此对其编织性能的研究是非常必要的。 在课题进行中首先对夜光纤维的编织性能进行评价研究。本文中针对经编成 圈过程中纱线所受到的四个作用力的影响因素，分别对涤纶丝、夜光丝和锦纶丝 3 第一章绪论 进行了相对断裂强力、摩擦系数、1 初始模量以及抗弯刚度的试验，根据相关的 实验数据来比较评价夜光丝的编织性能。 ( 2 ) 夜光纤维的推广应用 夜光纤维问世以来，大多数的研究还在实验阶段，具体的推广应用很少有报 道。任何一种新产品问世，只有得到推广应用才具有实际意义。夜光纤维是一种 新型的纤维材料，其成本较高，利用其发光的特性，可以使经编产品更提高一个 档次，但是由于其成本高、发光强度还不够等因素，对其投入大量生产会有一定 的限制，因此选择合适的产品结构将非常关键。 在课题研究过程中，我们设想并选择合适的经编机和经编组织结构，进行了 试织，试图在经编领域开拓市场，因为经编产品应用广泛，从家居用品到产业用 品、从装潢用品到服装面料，而夜光纤维的成功应用，对丰富人们的生活、提高 生活质量将具有很现实的意义。 9 江南大学硕士学位论文 第二章夜光纤维的编织性能 由于夜光纤维可以使纺织产品具有夜间自行发光这个功能，在纺织行业一定 会有广泛的应用。目前，夜光纤维实际生产方面的应用比较少，为了更全面地了 解夜光纤维的综合性能，研究其可编织性，本章首先根据有关资料对纱线的编织 性能的评价体系，对夜光纤维的编织性能进行了讨论和分析。 2 i 纱线的编织性能 2 1 1 纱线编织性能的概述 纱线的编织性能可看成是针织织造过程中纱线的行为或特征，即纱线编织成 针织物的难易程度以及其织物质量之优劣。在温湿度相同的条件下，影响编织性 能的因素有针织机和纱线两方面，应该说编织性能是受针织设备和纱线自身特性 影响的“综合函数沁h 。 纱线准备 l 机器停台 i 织疵 织机 _ - - - 啼 编织条件 ：纱线物理性能 匾塑麴圆 l 编织机构 区垂困 图2 - 1 纱线编织性能的分析关系 对纱线编织性能的研究，应从广义和狭义两方面进行。从广义上来说，除纱 线自身物理属性外，还包括纱线均匀性、纱疵、织机的参数及质量等；狭义上的 纱线编织性能则考虑纱线成圈的难易程度，也就是该纱承受成圈机械作用时的行 为，能正常编织成圈时的最大线圈长度和最小线圈长度范围也是编织性的一个特 征性能。图2 1 表示了纱线编织性能的分析关系“”，由图可知纱线的编织性能涉 及到生产效率和织物质量两方面，影响生产效率主要的因素是机器的停台，而机 器停台则与纱线准备、车间环境和机器状况及调整等因素密切相关，影响织物质 量的是编织条件以及纱线的物理机械性能，还包括纱线自身的疵点等等。 通常在评价某一纱线的编织性能时，总是撇开编织设备方面的影响因素，仅 考虑纱线成圈的难易程度，也就是该纱承受成圈机件的机械作用完成弯纱成圈时 的行为。因而可用对编织过程产生影响的一组纱线物理机械性能来综合评价其编 织性能叫。 1 0 丽昙竺圈圈 第二章夜光纤维的编织性能 2 1 2 纱线编织性能评价影响因素的确定 纱线在编织过程中，可产生以下几种情况：一是对织物的影响，包括断纱破 洞，布面发毛不匀以及拉伸性、耐磨性、强力等织物机械性能的降低；二是对针 织机的影响，包括织针、成圈机件等的磨损、变形；三是对环境的影响，如噪音 加大、油雾加重及飞花增多等。 其中，对织针、成圈机件磨损、变形，可通过材料和尺寸的选择来加以消除； 纱线不匀引起的布面不匀不属于编织成圈的技术问题；飞花和油雾等环境问题， 可通过在针织机上的附加吹、吸花装置及油剂和加油方式的选择等来加以改善或 消除。但织物机械性能降低、布面发毛和断纱破洞的出现及程度则与成圈过程密 切相关。 一般来说，编织性能低劣的纱线，在实际编织时表现为机器停车多、织物疵 点多。如果研究机器停车和织疵的原因，那么可以列举出纱线准备( 即整经) 的问 题、经编织杌的问题、编织条件的问题等等，在这些因素中，如以纱线的物理机 械性能的影响为注意点，即从狭义的编织性能来看，那么多数情况下往往是编织 时的纱线张力是最终因素，因而必须考察编织时纱线张力的影响因素。 为能准确地确定影响纱线编织性能的有关因素，即考察编织时纱线张力的影 响因素，首先来分析一下编织过程中纱线的动作与行为。图2 2 所示的是成圈过 程中经纱行进路线图。 图2 - 2 成圈过程中经纱纱路 图中经纱纱线从经轴上主动或被动地退出，经过各种分纱针、导纱棍，通过 梳栉导纱针引导后进入到织针针钩中。由成圈过程可知，在一个成圈周期中各成 圈机件相对位置瞬时变化，尤其导纱针相对于织针位置的变化，使经纱自退绕点 至织入点之间的纱路不断变化，造成纱段的总长度瞬息变化，这是造成经编机上 经纱张力波动的原因之一“。 江南大学硕士学位论文 从针织成圈过程分析，纱线通过编织机件形成织物的过程中，要产生四种作 用力：一是纱线弯曲产生的弯曲变形力；二是纱线与各成圈机件的摩擦力；三是 纱线与线圈之间的摩擦力；四是给纱张力和牵拉卷取张力。这四个力称为成圈工 艺阻力，很显然成圈工艺阻力越大，成圈过程越困难“”。 从上述的过程可以看出，纱线在整个编织过程中受到了拉伸、弯曲、摩擦、 扭转等作用，其中涉及到纱线张力的影响因素很多，在排除机器的影响因素仅考 虑纱线自身的因素，可归纳出如下四个主要因素： ( 1 ) 纱线的断裂强力： ( 2 ) 纱线的摩擦系数； ( 3 ) 初始拉伸弹性模量； ( 4 ) 纱线的弯曲刚度。 2 2 纱线编织性能评价影响因素的测定 为了能对夜光纤维的编织性能进行分析和对比，我们同时选用1 6 7 d t e x 的涤 纶丝、1 6 7 d t e x 的夜光丝和4 4 d t e x 的锦纶丝三种纱线原料采用实验方法分别测 定它们的相对断裂强力、摩擦系数、1 初始模量和弯曲刚度四项性能参数，并 从纱线的定伸长拉伸进一步讨论和分析了夜光丝的编织性能。 2 2 i 纱线相对断裂强力 纱线粗细不同时，强力也不同，因而对于不同粗细的纱线，强力没有可比性， 为了便于比较，而采用相对强力这个指标。 拉伸纱线至断裂时单位线密度的纱线所能承受的负荷称为纱线的断裂强度， 也称相对强力，是纱线主要的物理机械指标之一。 纱线相对断裂强力的测定是在强力仪c i _ f r 4 1 0 4 上进行的。测试按标准 g b t 1 4 3 4 4 2 0 0 3 的要求进行，有关试验条件： 标准温湿度：温度1 8 ，湿度6 4 3 ； 试样夹持距离：l = 5 0 0 m m ，夹头下降速度：v = 3 0 0 n 曲m i n 。 每种试样测试1 0 次，计算其平均值。试样的断裂强度用下式计算： 试样的断裂强度( c n d t e x ) = 平均断裂强力( c n ) 线密度( d t e x ) 测试结果见表2 1 表2 1 纱线的相对断裂强力 品名细度( d t e x )纱线相对断裂强度( c n d t e x ) 涤纶丝1 6 7 3 5 8 夜光丝 1 6 71 5 6 锦纶丝4 4 3 6 5 2 2 2 纱线的摩擦系数 在针织物的成圈过程中，纱线与纱线之间、纱线与成圈机件之间产生摩擦， 第二章夜光纤维的编织性能 因而针织原料应具有合适的摩擦系数。在针织生产中，摩擦系数大的纱线不仅在 织造中易产生摩擦断裂和静电，而且还影响纱线的柔软性，使纱线在针织织造过 程中不易弯曲，产生脆断，从而影响针织织造的质量；在成衣工序中纱线摩擦性 能还影响纱线在坯布中的弹性，摩擦系数大的纱线在坯布中弹性小，在成衣时不 易避开缝针而被扎伤或扎断，产生成衣针洞。 编织过程中纱线所受的摩擦是在动态中进行的，因而需测定的纱线的动态摩 擦性能，即纱线的动态摩擦系数。表2 2 是三种纱线与金属问的动态摩擦系数的 测定值，实验是由江苏省纺织研究所测定，测定仪器为y 1 5 1 纤维摩擦系数仪。 表2 2 纱线动态摩擦系数测试值 品名细度( d t e x ) 纱线动态摩擦系数 涤纶丝 1 6 70 3 5 5 4 夜光丝 1 6 7o 3 1 9 9 锦纶丝 4 40 3 9 0 9 2 2 3 纱线的l 初始模量 初始模量是纤维应力一应变曲线起始一段直线部分的斜率，其物理含义是表 示当试样保持初始斜率不变时，拉伸试样至原来长度的两倍时所需的应力值。它 表征在小变形条件下，纤维承受外力作用时抵抗变形能力的大小，是衡量纤维刚 性的指标“”。表2 3 就是三种纱线的1 初始模量值。 纱线初始模量的测定按国际g b t 1 4 3 4 4 - - 2 0 0 3 方法在c m t 4 1 0 4 电子强力机上 进行的。 有关试验条件： 标准温湿度，即温度：2 0 2 ，相对湿度：6 5 3 ； 试样夹持距离：l = 5 0 0 1 m 夹头下降速度：v = 5 0 0 珊m i n 。 表2 3 纱线1 初始模量值 品名细度( d t e x ) 1 初始模量 ” 涤纶丝 1 6 73 7 2 夜光丝 1 6 72 2 2 锦纶丝 4 43 3 5 2 2 4 纱线抗弯刚度 服用纺织品的使用性能在很大程度上取决它的弯曲特征，如服装穿着的适 体、造型的自然、成形的不起拱和无折皱等。而织物构成的最基本单元为纱线， 纱线的弯曲性能直接影响织物的弯曲性能。纱线无论在纺织加工过程中、在织物 中以及织物在服用中都会受到弯矩的作用，产生弯曲变形，如交织屈曲、针编成 圈，以及使用中的织物弯曲行为等。因此，明确纱线的弯曲性能，对确定后道加 工工艺，对估计面料风格特点具有理论和实际意义，纱线弯曲性能对织物的成形 和使用是至关重要的。 从对针织成圈过程的分析可知，纱线在弯纱阶段的弯蓝变形力对其可编织性 会产生很大的影响。在针织过程中，纤维易于受到弯曲应力，即使是微小的变形 江南大学硕士学位论文 也会大幅度断裂，弯曲过程中弯曲变形力的增加也容易导致织针的磨损甚至断裂 “”。纱线在纺织加工中以及织物在服用过程中都会受到弯曲力矩的作用，产生弯 曲变形。纱线抵抗其弯曲方向形状变化的能力，称为抗弯剐度。抗弯刚度越大越 不容易弯曲。 纱线受力弯曲时处于中性层上面的纤维受到拉伸作用；中性层下部的纤维受 压缩作用。如图2 - 3 所示。弯曲的曲率越大，各层纤维变形差异越大；当曲率小 到一定程度时，纱线外层纤维首先断裂。同样粗细的纱线，当弯曲的曲率半径越 小，外层纤维的拉伸力越大；纱线和纤维半径愈大时，外层拉伸变形越大，纱线 此时受外力弯曲时容易损坏。 具有良好弯曲性能的纤维和纱线，要具有两个条件：一方面，要耐弯曲而不 被破坏；另一方面则要求具有一定的抗弯刚度。可见，纱线的弯曲与抗弯刚度是 指在外力作用下抵抗弯曲变形的能力。其大小与纤维的初始摸量和截面轴的惯性 矩有关。这两者大，抗弯刚度就大，在相同的外力作用下，抗弯冈度大的纱线弯 曲变形就小。截面轴的惯性矩与截面尺寸和形状有关，截面尺寸和形状有关，截 面尺寸愈大，截面面积的分布离中性层愈远，它的截面轴惯性矩就越大。 图2 3 纱线弯曲示意图 中性层 已有的纱线弯曲刚度的研究主要在于对测量方法的研究。纱线弯曲刚度测试 方法较多，但因模型和实际弯曲存在差距，或试验操作困难，或实验误差较大， 而难以实施。资料表明，纱线弯曲刚度的测量方法在实践中主要有以下几种：悬 臂梁直接测试法、k a p j l e h ( 卡尔列恩) 法、定义法、圆环法、心形法等。 本文采用了k e s - f b 实验方法，其原理如下”1 ： 试样一端被固定，同时另一端能作转动使试样在一定的曲率弧形中作准确地 弯曲，而且曲率能作连续地变化，如图2 4 所示，从而测定弯曲性能其中移动夹 头在一定的角度中沿着固定的轨道转动，以便使试样保持相同的曲率，得到曲率 k 和弯矩m 之间的关系。 1 4 第二章夜光纤维的编织性能 i 佯一 【 ， j 一固定夹头 图2 - 4 纯弯曲变形原理 试验方法： ( 1 ) 试样准备 试验所用的试样为剪取2 0 c m x2 0 c m 的均质纸四张，其中三张纸上按每毫米 一根纱线的密度分别将涤纶丝、夜光丝、锦纶丝平均排列，排列时力求使纱线平 行排列、等距且张力均匀，并在两端将纱线用双面胶固定。 ( 2 ) 试验 试验采用k e s f b 仪器进行测试，试样固定了纱线的两端使用两夹头分别夹 住，试样在两夹头间自由弯曲，数据可直接从连接风格仪的电脑上读取，测试的 具体结果见表2 4 。 表2 4 纱线抗弯刚度 “ 品名细度( d t e x )弯曲刚度( c n c m 2 c m ) 涤纶丝 1 6 70 0 0 9 7 4 夜光丝 1 6 70 0 0 5 6 2 锦纶丝 4 40 0 0 4 8 3 2 2 5 夜光纤维的定伸长拉伸 因为在经编织造过程中，每一成圈过程经纱的张力都有较大的波动，经纱从 经轴上退绕下来直至织进织物，要经过几十次的拉伸回复过程，所以在分析某种 原料在经编机上的编织性能时，应充分考虑其定伸长特性。下面再从夜光丝的定 伸长拉伸性能，来迸一步分析夜光丝的编织性能。 ( 1 ) 纱线拉伸断裂机理 纱线拉伸断裂过程首先取决于纤维断裂过程，两者在一定程度上有相似之 处。但纱线已是纤维的集合体，故又有相当大的区别。当纱线开始受到拉