（纺织工程专业论文）蜂窝状微孔结构纤维及织物功能性的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

浙江理工大学硕十学位论文 蜂窝状微孑l 结构纤维及织物功能性的研究 摘要 国内外化纤新品种科技投入的不断增加和产业化研究的日益深入，差别化纤维品种层 出不穷。由于纤维的截面形状与纤维的特性密切相关，借助于纤维截面形状的改变可获得 各种特性。蜂窝状微孔结构功能性改性涤纶短纤在生产过程中运用了特殊的闪爆工艺使得 纤维表面或内部具有蜂窝状微孑l 。目前这种纤维及其混纺产品已经得到广泛运用，并且表 现出优良的功能性，但其表面结构尚不清楚，对于其织物性能与特征方面还需深入研究。 本课题把蜂窝状微孔结构涤纶短纤的结构特点、作用机理、功能性有机的结合起来，为进 一步研究、开发、改进等打下基础。 本文在系统论述涤纶的发展进程、新型涤纶纤维产品的研发动态、蜂窝状微孔结构涤 纶的成丝原理的基础上，深入研究了蜂窝状微孔结构纤维的表面形态、导湿机理及其纤维 和织物性能同时对吸湿快干改性涤纶的导湿性能影响因素进行了研究，主要内容及结果如 + f ： ( 1 ) 采j f j 先迸的扫描i 也镜对纤维表面进行观察。探索出清洗纤维便二r 微孔黟露的最 佳的洗涤荆及其浓度。 ( 2 ) 根掂扫描电镜所得s e m 照片，对纤维袭丽结构进行表征。利朋图形处理：l i 具，结 合图，臣比例尺，对所得照片巾的微孔进行测蹙，然后利用统计软件，统计出微n 的尺寸和 1 硝， ( 3 ) 对蜂窝状微孔结构纤维纱线进行力学性能研究。测试了纱线的断裂强力、断裂 伸长、断裂功、初始模量等参数，并由此比较出蜂窝状微孔结构纤维相对于普通涤纶在力 学性能上及其与其它纤维混纺后力学性能的变化。 ( 。 ) 在研究有孔隙的纱线导湿模型、毛细效应差动原理，毛细半径的基础上，探讨了 微孔的存在对于水分传导的积极作用原理。 ( 5 ) 对蜂窝状微孔结构纤维织物进行性能测试研究。通过试织一批对比试样，采用 导混，陀、抗静电、抗紫外、抗菌性矗邑测试等，对其性能进行对比私分析。 l 浙江理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 对吸湿快干织物的导湿性能影响因素进行研究。实验结果发现，影响织物的导 湿性能除了原料因素外，还有织物组织结构和紧度。 关键词：涤纶短纤蜂窝状微孔结构表面结构表征参数导湿机理 浙江理工大学硕士学位论文 s t u d yo nt h eh o n e y c o m ba p e r t u r ef i b e ra n df u n c t i o n a l i t yo ff a b r i c a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n go fn e wc h e m i c a lf i b e r sa n dt h er e s e a r c ho nt h e i ri n d u s t r yd e e p e n i n g ， s e v e r a lk i n d so fm o d i f i e df i b e r sc o m ef o r t h a st h e r ea r ec l o s er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ef i b e r s e c t i o na n dp r o p e r t y , m a n yp r o p e r t i e sc a nb eo b t a i n e db yc h a n g i n gt h ef i b e rs e c t i o n t h e h o n e y c o m ba p e r t u r es t r u c t u r ef i b e rh a sh o n e y c o m ba p e r t u r eo nt h es u r f a c eo ft h e f i b e rb y a p p l y i n gs p e c i a lf l a s h - b u r s tp r o c e s s t h ep r o d u c to f t h i sf i b e rh a sb e e nw i d e l ya p p l i e da n dt h e y p e r f o r m e dw e l li nf u n c t i o n ，b u tt h e r ea r e n os t u d yo nt h ef i b e rs u r f a c es t r u c t u r ea n di t sf u n c t i o n m e c h a n i s m t h ep r o p e r t yo ft h i sf a b r i ca l s on e e d st ob ed e e ps t u d i e d i nt h i sp a p e r , t h es t r u c t u r e c h a r a c t e r , m e c h a n i s ma n df u n c t i o na r ed i s c u s s e di n o r d e rt os e tab a s ef o rf u r t h e rs t u d y , d e v e l o p m e n ta n di m p r o v e m e n t o nt h eb a s eo fd i s c u s s i n gt h ed e v e l o p m e n to fp o l y e s t e r , t h er e s e a r c hs t a t u so fn e w p o l y e s t e rp r o d u c t ，s p i n n i n gt h e o r yo fh o n e y c o m ba p e r t u r es t r u c t u r ep o l y e s t e r , t h r e ep a r t so f w o r ka b o u tt h i sn e wf i b e rh a v eb e e nd o n e ，s u c ha s t h es u r f a c es t r u c t u r eo ft h ef i b e r , t h e m o i s t u r et r a n s f e rm e c h a n i s mo ft h ef i b e r , y a ma n df a b r i c ，t h ep r o p e r t i e so ft h ef a b r i cm a d eo f t h i sf i b e r t h ed e t a i l sa r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) o b s e r v et h ef i b e rs u r f a c ea n ds e c t i o nw i t hm o d e me l e c t r o n i cs c a nm i c r o s c o p y t h e b e s tc l e a n s e rf o rt h eh o n e y c o m ba p e r t u r ea n di t sc o n c e n t r a t i o nh a v eb e e ns t u d i e d ( 2 ) a n a l y s i sa n dt o k e nt h es u r f a c es t r u c t u r eo f t h eh o n e y c o m b a p e r t u r es t r u c t u r ef i b e rf r o m t h eo b t a i n e ds e m p i c t u r e s m e a s u r et h ea p e r t u r ew i t hp i c t u r ep r o c e s ss o f t w a r ea n ds c a l e si nt h e p i c t u r e ，a n dt h e ns t a t i ct h es i z ea n d d i s t r i b u t i o no ft h ea p e r t u r e ( 3 ) s t u d yo nt h em e c h a n i c sp r o p e r t i e so ft h eh o n e y c o m ba p e r t u r es t r u c t u r ef i b e r s o m e t e s t sf o rt h ey a mp r o p e r t i e sh a v eb e e nd o n e ，s u c ha sb r e a k i n gt e n a c i t y , b r e a k i n ge l o n g a t i o n ， w o r ko fb r e a k ，i n i t i a lm o d u l u sa n ds oo n t h e n ，c o m p a r i n gt h i sf i b e rt on o r m a lp o l y e s t e ra n d t h eb l e n d e df i b e rw i t ht h i sf i b e ra n do t h e r s ，i ： 浙江理工大学硕士学位论文 ( 4 ) s t u d yo nt h em o i s t u r et r a n s f e rm e c h a n i s mi nt h e o r y ，b a s e do nt h et h e o r yo fh o l ei n y a mw a t e r t r a n s f e rm o d e l s ，c a p i l l a r yd i f f e r e n t i a lp r i n c i p l ea n dc a p i l l a r yr a d i a l ，t h et h e o r yo ft h e p o s i t i v ee f f e c ti nw a t e r t r a n s f e ro fh o n e y c o m ba p e r t u r ew a sd i s c u s s e d ( 5 ) s t u d yo i lt h ep r o p e r t i e so fh o n e y c o m ba p e r t u r ef a b r i c ，i n c l u d i n gm o i s t u r ea b s o r p t i o n a n dt r a n s f e ra b i l i t y , a n t i s t a t i cp r o p e r t y , b a c t e r i ar e p e l l e n c y s o m ec o n t r a s ts a m p l e sh a v eb e e n m a d ef o rc o m p a r i n g ( 6 ) s t u d yt h ee f f e c t so ff a b r i cw e a v ea n dc o v e rf a c t o ro i lm o i s t u r et r a n s f e ra b i l i t yo f m o i s t u r ea b s o r b e n ta n df a s td r y i n gf a b r i c s t h er e s u l t ss h o wt h a t ：b e s i d e st h em a t e r i a lt h a tc a l l a f f e c tt h ew a t e rt r a n s f e ra b i l i t y , t h ew e a v ea n dc o v e rf a c t o ra l s oi n f l u e n c ei tm u c h k e yw o r d s ：p o l y e s t e rs t a p l ey a m ；h o n e y c o m ba p e r t u r es t r u c t u r ef i b e r ；s u r f a c es t r u c t u r e ； t o k e np a r a m e t e r ；t r a n s f e rm e c h a n i s m 1 v 浙江理工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：刹蓼荔 同期：硼年弓月j z , 同 浙江理工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。本人授权浙江理工 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。 本学位论文属于 学位论文作者签名： 保密1 3，在 不保密i 。 刻关荔 同期：7 饥髫年口弓月少同 年解密后使用本版权书。 芝门社 签 矽磁矽 撕穆 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 涤纶发展概述 第一章绪论 涤纶是由聚苯二甲酸和乙二醇聚合而成的线性大分子所构成的合成纤维。1 9 2 8 年美国 杜邦公司的卡罗瑟斯( c r a o t h e r s ) 对脂肪族二元酸和乙二醇的缩聚进行了研究，并最早制 成了纤维。1 9 3 1 年，卡罗瑟斯在美国化学会正式发表了其研究成果。1 9 1 1 年英国卡利科印 染工作者协会( c a l i c op r i n t e r sa s s o c i a t i o n ，简称为c p a ) 的温菲尔德( w h i n f i e l d ) 和迪 克森( d i c k s o n ) 在卡罗瑟斯的工作启发下继续研究工作，成功地在实验室制成了具有实用 价值的纤维，其熔点高达2 5 0 。c ，耐碱性能良好，命名为特丽纶( t e r y l e n t ) 1 。1 9 4 2 年c p a 取得了专利权。1 9 4 6 年美国杜邦公司在证实了特丽纶的优异性能后，购买了c p a 的专利， 开始工业化实验。1 9 5 1 年杜邦公司在美国北卡罗里达州的金斯顿( k i n s t o n ) 建立了世界上 第一个涤纶生产厂，商品名为达克伦( d a c r o n ) 。随后德国的赫斯特公司( h o e c h s e ) 、日本 的东丽公司等均引进技术，于1 9 世纪5 0 年代之后投入生产心1 。 涤纶在三大合成纤维( 涤纶，锦纶，丙纶) 中工业化最晚，但发展速度最快。1 9 6 0 年涤 纶的产量超过了丙纶，1 9 7 2 年又超过了锦纶，成为化学纤维第一大品种，至2 0 0 2 年，代替 了棉花成为世界消费量最大的纤维。全世界纺织纤维消费量的3 8 是涤纶。目前，全球涤 纶需求量仍以每年6 7 的速度增长，而同期全球锦纶的需求保持平稳，棉花增长率也维持 在2 左右，其中包括中国在内的亚洲地区的消耗量几乎占全球纤维供应量的一半。涤纶之 所以能够获得较快的增长，主要是其本身具有以下特点：性能优异、模量高、耐热性好， 是比较理想的纺织纤维材料。涤纶的机械力学性能可塑性大，可以通过不同的加工方法生 产棉型、毛型短纤维，长丝或工业用途产品；同时由于石油化学工业的发展，涤纶生产所 需要的原料可以更为经济和方便的获得，大大降低了生产企业进入这一行业的门槛b 8 1 。 1 2 新型涤纶纤维产品的研发动态和特性 涤纶自发明至今以它绝对的优势取得了快速的发展，其数量己占世界纺织纤维的 1 3 ，约占我国纺织纤维加l 量的一半，成为合成纤维中的佼佼者，是当今理想的纺织材 料。它的优越性主要取决了二它特定的大分子结构；不仅有刚性的苯环，而且有脂肪族的链 节，使其不仅具有可熔融加。 性，便于加工成纤维，而且其大分子足够的刚性，赋予纤维 高的初始模量。涤纶的综合降能好，强度大、弹性好，加工性能也好，其制成的面料挺括 l 浙江理t 大学硕十学位论文 而不易变形，洗后不用熨烫，可纯纺也可和各种天然纤维混纺或交织，广泛用于服装，家 用纺织品和产业用纺织品。在服装方面可用于衬衣、床上用品，外套、运动衣，也可用以 生产仿羊毛、仿丝绸、仿麻等仿天然纤维产品等。由于涤纶可以大批量生产，加工技术不 断改进，生产费用降低。因此涤纶成为相对价廉物美的产品，近年来涤纶有逐步占领部分 使用其他纤维( 如棉、锦纶、腈纶等) 才能生产的产品市场的趋势阳1 训。 近年来，涤纶产品的开发移向提高其产品的档次和技术含量。通过不断的努力，已取 得重大的进展。在日本以新型合纤为代表提高涤纶产品的服用性能；欧洲曾一度掀起超细 纤维热，利用这些技术成果，使涤纶仿丝绸、仿毛、仿棉、仿麻产品品种日益增多，性能 越来越好，如桃皮绒，不仅穿着性能良好，酷似天然纤维，还克服了天然纤维存在的一些 缺点如易皱折、发霉等等，因而深受消费者欢迎。 根据目前国外涤纶的研发动态，涤纶产品开发的重点可归纳为以下几个方面：n 1 2 1 舒适性纤维 舒适性纤维主要指经过改性或各种加工手段，使涤纶具有与天然纤维相似的穿着舒适 性，特别是吸湿性、透湿透气性，其主要手段有： ：1 ) 细旦化和超细旦化 随着纤维纤度的变小，纤维的比表面积增加，手感与悬垂性改善，同时纤维的透气透 湿也得到显著改善，因此今后纤维生产的一个方向是向细化方向发展，据研究，纤维的性 能在0 5 0 d 左右有一个显著的转变，0 5 0 d 以下其穿着舒适性进一步改善，以常规棉型涤 纶的纤度以1 5 0 d 计，其纤维比表面积为o 2 3m g ，而纤度0 5 0 d 的涤纶其比表面积为 o 4 3m - g ，约增加了一倍。 ( 2 ) 轻量化 即使是在冬季，现在基本上再没有人穿着重而厚的棉袄棉裤了，人们穿着正朝着轻、 薄、暖方向发展，从纤维的角度看为达到轻量化的目的，主要措施是使用细旦纤维和中空 纤维，细旦纤维已广泛用于轻薄纵物，而中空纤维对减轻织物重量增加其保暖性则有 e 常 明显的效果，中空纤维现在己由单孔中空发展到多孔，从中空率小于2 0 发展到大予4 0 ， 2 浙江理t 大学硕+ 学位论文 如日本仑敷公司开发出多孔蜂巢涤纶k 2 1 ，中空率4 0 以上，截面似莲藕，中孔数可达1 2 以上，其比重比丙纶还小，可浮在水面上，保暖性极好，可用于休闲服，运动服，工作服 和保温隔热材料等，国内也有单孔、四孔、七孔中空纤维生产。 ( 3 ) 异形化 早期的涤纶为圆形截面，研究表明异形截面纤维有其特性。如三角形截面涤纶丝用于 经编织物有突出的闪光效应，涤纶三角异形短纤可用于超亮缝纫线和闪光织物；三叶形截 面丝除有闪耀的光泽和较好的覆盖性外，其织物染色后色泽鲜艳明亮，印花清晰，由于三 叶丝耐磨、手感良好，也用于针织外衣；多叶变形丝如四叶、六叶、八叶形等，光泽比较 柔和，可用于织制缎类织物；十字形、王字形丝能大幅降低人体出汗时的湿热感，使穿着 舒适性提高，可用于运动服和休闲服等；正四角形纤维不易滚动，其堆积密度和遮蔽性显 著提高，有防风防水功能，可用于风衣、运动衣等。 1 2 2 功能性纤维 功能性纤维是通过特种加工技术或添加某种功能添加剂赋予纤维某种特别的功能，如 高收缩纤维。九十年代，我国高收缩涤纶大部分从韩国和日本进口。近几年，随着国内化 纤仿毛产品、仿麂皮绒、高级人造革业、新型面料等的大力发展，高档汽车内装饰布及装 饰材料需求量的增大，高收缩聚酯纤维的市场火爆，生产开发商纷纷推出自己的产品，根 据用户的要求，纤维的收缩率可以在1 5 - 6 5 范围内调整。 东华大学开发出高收缩涤纶f d y 丝7 6 3 3 3 d t e x 2 4 9 6 f ，收缩率3 0 - - 7 0 ，用这种 纤维加工的织物立体感强、手感柔软，丰满致密，可用于毛纺织物与羊毛交织，后处理后 弹性和手感良好，也用于仿毛产品，其产品丰满松软，挺阔丰厚。 1 2 3 吸湿排汗纤维 聚酯分子链刚性大，纤维的模量大，导致其织物的吸湿性差，很大程度上影响其服用 性能，针对聚酯纤维的这一缺点，国内外聚酯专家先后研制开发出蜂窝状微孔结构纤维、 c o o l m a x 、c o o l b s t 、c o o l t e c h 、c o o l p l u s 、s a t i s 等吸湿排汗聚酯纤维。 蜂窝状微孔结构纤维是上虞弘强公司生产的一种新型的吸湿排汗功能性纤维。采用特 浙江理工大学硕士学位论文 殊的纺丝工艺使得纤维表面和内部产生许多细长形的微孔，增大了纤维比表面积，增加了 毛细效应渠道和产生毛细效应的动力。这种蜂窝状结构不仅为纤维带来吸湿排汗方面的优 越性能，还具有保暖、易染等性能，与其他纤维的混纺，与其他功能性微粒的结合性都比 较优越。目前，蜂窝状微孔结构纤维已经初步形成产业化生产，在针织服装、床上织物、 被子填充物、医疗防护服、婴幼及孕妇防护服、内衣等织物领域有很广阔的发展空间，还 可用于制作空气和水的过滤材料。 c o o l m a x 纤维是杜邦公司开发的一种改性纤维，截面形状呈独特的四管状，又是中空 纤维，而且纤维的管壁能透气，使其具有吸收、排汗、透气的特性，面料具有良好的毛细 效应。 c o o l b s t 纤维是中国石化仪征化纤股份有限公司生产的，采用了全新的纤维截面形状 设计，将毛细管原理运用到纺织品表面结构，使其能够快速吸水、输水、扩散和挥发，从 而保持人体皮肤的干爽。 c o o l t e c h 纤维是台湾新光合成纤维股份有限公司研制生产的。它采用了十字断面沟 槽设计，提供了快速传导水分的管道，使纤维同时具有良好的吸湿、导湿及快干功能，再 加上纤维与皮肤的接触点因断面设计而减少，使肌肤流汗后仍保持干爽感。 c o o l p l u s 纤维是台湾中兴纺织厂开发的吸湿排汗纤维，它利用纤维表面的细微沟槽， 将肌肤排出的汗液经过芯吸、扩散、传输，瞬间排出体外，使肌肤保持干爽。 s a t i s 纤维是一种舒适、时尚的改性聚酯纤维，采用异型截面，经碱减量处理后，纤 维表面形成众多无规则的凹坑，如纺制成中空纤维，管壁可以透气，正是由于这种纤维的 独特物理结构，导致了它的吸湿、排汗、透气的特性，也使面料具有很好毛细效应，使纤 维具有良好的吸湿性，水分的扩散明显加快，润湿蒸发面积明显增大，水分的扩散和干燥 速度大大增强，从而具有良好的吸湿、排湿和导湿的功效，同时由于织物可随时将皮肤上 的汗湿抽离掉，传输到织物表面并迅速蒸发，汗水的大量蒸发会带走人体的部分热量，使 得体表温度有所下降，从而使人有凉爽、舒适、透气、不粘身的感觉，俗称为舒适纤维或 保健挥汗纤维。其他功能性涤纶如阻燃、抗菌、抗紫外线、远红外、导电纤维、电磁波屏 蔽、发光纤维、负氧离子纤维、芳香纤维等，都足在纺丝时加入适当的功能添加剂而制成 4 浙江理t 大学硕士学位论文 的，这一领域的品种日渐增多，运用的范围也逐步扩大，随着人们保健意识的增强，阻燃、 抗菌、抗紫外线、远红外负氧离子等功能纤维品种将更多地受到人们的重视。 1 2 3 复合纤维和纤维的复合加工 复合纤维是每根单纤维或丝束中含有两种或两种以上的不同组分，或虽是同一种高聚 物，但其有不同的分子量和性能，这种纤维可集多种组分的优势于一身，或使之优势互补， 以发挥其整体效果，复合纤维有以下几大类： 共纺型复合纤维丝束中部分丝条是一种组份，其余部分丝条是另一个组份，利用两 种组份在染色、收缩、吸湿等性能差异，使力n - r _ 成的织物具有双重个性，如采用普通聚酯 与阳离子可染聚酯切片生产的共纺丝，其织物经同一染浴处理后，可产生双色效果，另外 两个组分的收缩不同，使织物更加蓬松，手感更好，可用于高档仿毛织物。 并列型复合纤维是指同一根丝条的截面上，一部分是a 组份，另一部分为b 组份， 由于两个组份收缩率不同，可使纤维形成永久的立体三维卷曲，如p b t p e t 并列纤维，染 色性，卷曲性都好，手感柔软蓬松，用于仿毛织物。 皮芯型复合纤维指同一根单纤维截面上，芯层为一个组份，皮层为另一个组分，这 类产品品种较多，用途也广。如以锦纶为皮、涤纶为芯的皮芯纤维，染色性好、t 弹性好j ； 具永久性三维立体卷曲，可用于松蓬织物，仿毛织物、袜子等；以聚乙烯为皮层，涤纶为 芯层的纤维，由于皮层可在11 0 , - - - 1 3 0 。c 溶融，可用做粘合纤维；以涤纶为皮层，以导电 组份或其他裂片功能材料为芯层的复合纤维，就是导电纤维或其他功能纤维等。 裂片型复合纤维指同一根单纤维截面上，被分为若干分隔，两种组份交替排列，由 于排列的方式不同，又可分为桔瓣型、米字型、齿轮型等，纤维在后加工中两种组份彼此 分裂开来，使一根纤维分裂成许多根细得多的纤维，常见的有8 分隔、1 2 分隔、1 6 分隔 等，用此种方法可制得单丝纤度为0 1 , - - , 0 3 d 的超细纤维，目前市场上用的较多的涤纶 锦纶桔瓣型复合纤维，主要用于仿麂皮，仿桃皮绒或其他起绒面料。 海岛型复合纤维海岛型复合纤维类似一根电信电缆，海岛纤维的“岛”的好似电缆 中的金属导线，海岛纤维的“海 好似电缆的绝缘层，若将海岛纤维的“岛”溶解掉，则 生成一根像藕似的多孔中窄纤维，若将海岛纤维的“海”溶解掉，则可形成集束状的超细 5 浙江理t 大学硕士学位论文 纤维，用这种方法制取的超细纤维，其纤度比用裂片法还小得多，可生产纤度为0 1 0 0 0 1 d 的超细纤维，主要用于高档合成革基布，高档起绒织物和高密织物等。 纤维的复合加工也是当前国际流行的纺织技术复合的手段之一，从纤维生产与加工技 术角度，也取得了不少的进度，有两种方法： 一种方法是在纤维生产过程中，使丝束就具有多种性能，如国内生产的涤纶三异长丝 ( 异纤度、异截面、异收缩) 由于采取了原料的选用、喷丝板的设计和工艺条件的设置等多 项措施，使同一喷丝板生产的同一丝束就具有不同纤度，不同截面，不同收缩的效果。 另一种方法是将不同品种，不同纤度，不同性能的纤维或丝条进行合股变形加工，加 上变形加工条件的变化，可制得成千上万个品种，也是涤纶长丝差别化产品品种最多的一 类。如按变形形态分有螺旋形、锯齿形和波浪形，按收缩性能分有高弹丝、中弹丝和低弹 丝，而按变形方法分有摩擦变形和空气变形等。绍兴、吴江市场流行的乐丽丝、三色肥瘦 丝、彩丽丝等都是这类产品。 1 2 4 纳米纤维 纳米纤维是指直径小于l o o n m 的纤维，这种纤维由于纤度极小，比表面积很大，孔隙 率高，密度大，带来了一系列优异的性能。这种纤维生产难度大，目前尚未工业生产，但 被世界纤维界广为重视，前景看好，美国拟用它制成轻而薄的多层织物。可加工成非织造 布，植绒织物，并与聚四氟乙烯多微孔贴合在一起，做成防水性能，透湿性能，防风性能 都非常优良的织物，可供士兵和运动员使用。 目前在市场上广为宣传的并不是真正的纳米纤维，而是添加纳米材料或纳米级粉体的 纤维，如添加纳米陶瓷粉的远红外纤维，添加纳米材料的抗紫外涤纶，随着纳米技术的不 断发展，将有更多的纳米材料应用于纤维生产，从而生产出更多的性能各异的功能纤维。 6 浙江理t 大学硕士学位论文 1 2 5 智能纤维 智能纤维是可根据外界条件的变化或由于受到某种“刺激 而改变其性能的纤维，是 目前热点研究领域，如： 光敏变色纤维，光照时改变颜色，不照了又恢复到原来的颜色； 热敏变色纤维，温度升高时改变颜色，温度降低又恢复到原来的颜色； 蓄热调温纤维，纤维中含有一定量的相变物质，在温度变化时吸、放热； 生物活性纤维，如抗霉菌的，抗氧化的，消炎的，有发酵活性的等。 1 3 纤维截面的应用及发展 每一种纺织用纤维的截面都有一定的形态。如天然棉纤维的截面是不规则的腰圆形， 且断面中心有一干涸的空腔；羊毛纤维的截面近似圆形或椭圆形，外层覆有鱼鳞般的鳞片； 未脱去丝胶的单根桑蚕茧丝截面呈不规则的椭圆形，由两根丝素外覆丝胶组成，除去丝胶 后的单根丝素截面呈不规则的三角形；而柞蚕茧丝截面扁平呈长椭圆形，丝胶三角形也较 扁平，似牛角，其内部有细小毛孔；不同种类的麻纤维其截面形态也不尽相同，苎麻大都 呈腰圆形，有中腔，胞壁有裂纹；亚麻和黄麻的截面呈多角形，也有中腔；槿麻的截面呈 多角形成圆形，有中腔。化学纤维的截面形状，最早生产的主要是以圆形为主，随着人们 对纺织产品要求的变化，仿天然纤维截面的化学纤维也就出现了，而且其截面形态更是多 种多样，诸如不规则的锯齿形、扁平的马蹄形、犬骨形、豆形等。特别是随着异形纺丝技 术的推广和应用，化学纤维截面形态几乎已到随心所欲的地步，如三角形、三叶形、十字 形等等。这些纤维截面异于圆形的化学纤维就是异形纤维，它是指纤维截面形态不是实心 的圆形，生产中可采用非圆形孔眼喷丝板纺丝制造，其目的是改善化学纤维的手感、光泽、 吸湿性、蓬松性等特性n2 l 。异形纤维所取的纤维截面形状对纤维性能影响很大，我们必须 根据织物的性能和风格要求进行异形化设计| 1 引。例如：美国杜邦公司基于“由设计和工程 学带来舒适”的设计理念推出j c o o l m a x 纤维这是一种呈扁平状“弓”形涤纶纤维， 每一根纤维自身带有四条排汗管道，在无需复杂的化学加工和织物组织结构条件下， 7 浙江理工大学硕士学位论文 c o o l m a x 纤维就可以满足人体衣着舒适的四大需求：接触舒适、活动舒适、热湿舒适和透 气舒适。目前，异形纤维的截面形状已有近百种之多，而常用的有三角形、三叶形、四叶 形、多叶形、菱形、中空形、异形中空等。 1 3 1 异形纤维的特性 同普通纤维相比，异形纤维的化学组成和结构并未发生改变。因此，异形纤维总体上 具有与普通化学纤维最相似的一些物理机械性质。但是，由于截面形态的变化，异形纤维 与一般化学纤维相比，在某些方面又具有自己的特点。异形纤维所具有的独特性质主要体 现自己的特点。异形纤维所具有的独特性质主要体现在以下几个方面：n 制 ( 1 ) 具有优良的光学性能。纤维无金属般眩目的极光，而具有柔和、素雅、真丝般的光 泽。 ( 2 ) 因丝条的表面积增：大，故相应增加了纤维的覆盖能力，并使透明性减小。 ( 3 j )由于截面的特殊形状，增加了纤维间的抱合力、蓬松性、透气性和丝条的硬挺性。 ( 4 ) 减少了合成纤维的蜡状感，使它手感更加舒适。 ( 5 ) 能提高染色的深色感和鲜明性，使所染颜色更加鲜艳。 1 3 2 异形纤维的研究现状 目前关于异形纤维的研究主要是在民用纺织品领域。尤其是涤纶、锦纶仿真丝，涤 纶仿毛等产品。从品种上看，以涤纶异形纤维种类最多，其次是锦纶和晴纶异形纤维。目 前，聚丙烯纤维还用得较少。异形纤维的截面形状多以三角形和三叶形、五叶形、六叶形、 豆彤和中空纤维为主。且有向异形中空化组合等方向发展的趋势n 别。涤纶仿真丝绸产品中， 多采用三蔓角形、三叶形、四叶形、五角形、五叶形、六边形、八边形等异形长丝，通过纤 维似捻变形或碱减量处理等后加工、后整理措施宋提高涤纶仿真丝绸产品光泽、手感等方 8 浙江理工大学硕士学位论文 面的仿真丝效果。其产品可以用于女裙料、和服、衬衫、晚礼服等高级服装“埔1 。异形变 形丝经编针织物，异形锦纶丝袜等也是异形纤维的一大应用领域。通过异形丝进行变形、 针织加工，可以用于针织外衣和窗帘等衣着和装饰用产品n7 埔1 。多叶形的锦纶异形丝是丝 袜的一种高级原料，由它制成的袜子不仅耐磨损性好，使用寿命长，且具有抗勾丝性能好， 透气透湿的特点。 此外，异形、中空纤维在仿毛、仿麻产品中应用的研究也比较多，并且得到了广泛 应用。由三角形或三叶形等涤纶异形纤维与毛混纺制织毛毯、粗纺呢绒和闪光毛线等。在 国内，有的厂家将螺旋形三维卷曲中空涤纶短纤维用于粗梳毛织品和仿羊绒高档阔幅绒面 毯中。如将3 6 3 d t e x x 6 5 m m 的中空涤纶与品质支数为6 0 - - 6 6 支的澳毛及3 3 d t e x 6 5 m m 的粘胶纤维混纺，制成轻缩、轻拉毛、轻薄飘逸感强的粗纺产品，中空涤纶纤维的混纺比 可达3 0 或更高些。美国杜邦公司开发的一种特殊的四孔中空纤维( a n t r o n ) 还被用作地毯 的原料。据说由它制成的地毯具有抗静电性、阻燃性高、强力高、色牢度高、表面光滑不 易藏垢等特点。异形、中空、异形中空纤维还是很好的絮类仿羽绒产品的原料。国内已将 异形仿羽绒纡维用于生产室内床上用品和时装，如踏花被、睡袋、床罩、靠垫、羽绒服等， 其性能与天然羽绒相仿，而价格仅为天然羽绒的1 3 。杜邦公司开发一种聚酸中空纤维 ( d a c r o n ) u 钔，被用作枕头芯、被子的填料，它蓬松、柔软、保暖、舒适，被誉为会吸收 的床上用品，还具有防霉、防菌、防过敏等优点，深受人们的喜爱。 1 4 本课题研究的意义及内容 1 4 1 本课题研究的意义 随着国内外化纤新品种科技投入的不断增加和产业化研究的日益深入，差别化纤维品 种层出不穷。由于纤维的截面形状与纤维的特性密切相关，借助于纤维截面形状的改变可 获得各种特性。目前市场流行的高档化纤面料，大量选配使用多功能、多组分的新型纤维， 如细旦、超细旦、四异( 异纤度、异截面、异收缩、异材质) 、中空等差别化纤维，以满足 防污、防水、透气、高仿真等功能的要求异型纤维般是指用特殊形状( 非圆形) 喷丝孔 制成的非圆形截面的纤维，以及异型并且中空的纤维，如三角形、三叶形、扁平形、五叶形、 二确t p 糟m f 7 争川蹦形啖丝- f l - j j i if ：的圆形械瓶纤维绛过”彤化处州月、t 陴；剑异形纤维 9 浙江理工大学硕士学位论文 这种异形纤维蓬松度好，耐起毛起球，消除化纤光滑的手感，带来天然纤维的糙感。异形中 空纤维与常规纤维相比降低了纤维集合体的密度，提高了热容系数、孔隙率、蓬松度、纤 维截面的极惯性矩，增加了比表面积，因而不仅具有良好的蓄热保湿和吸湿透气性能，实现 了纤维材料的轻量化，而且还增强了纤维的刚度和不透明感。中空纤维在触感上是暖感纤 维；中空微孔纤维也可作为过滤材料。具有中空微孔结构的纤维还可以在制造过程中添加 其他物质嵌入其内部表面，使之具有特殊的功能性。 鉴于以上异形纤维发展的需求及优势，浙江弘强纺织有限公司开发了一种蜂窝状微 孔结构功能性改性涤纶短纤，这种纤维在生产过程中运用了特殊的闪爆工艺使得纤维表面 或内部具有蜂窝状微孔，目前这种纤维及其混纺产品已经得到广泛运用，并且表现出优良 的功能性，但其表面结构尚不清楚，对于这种特殊表面结构产生作用的机理研究尚属空白， 其织物性能与特征方面还需深入研究。本课题正是在这种背景下，一是从振兴我国纺织业 高技术、高附加值纺织原料目的出发i 二是针对国内外差别化纺织原料的发展趋势和热点 出发，把蜂窝状微孔结构涤纶短纤的结构特点、+ 功能性、可纺性、服用性和市场可操作性 有机的结合起来，为进一步研究、开发、改进蜂窝状微孔结构纤维及其产品打下基础。 1 4 2 本课题研究的内容 蜂窝状微孔纤维作为一种新型具有特殊功能的纺织纤维，无论是从生产制造方面还是 从本身性能来考虑，都符合现代生产和生活的要求。但实际生活中此类纺织品应用不够广 泛，对于其结构和性能方面的研究也比较少。针对目前蜂窝状微孔结构纤维在应用上的这 些不足，结合近年来己知的关于改性涤纶的各方面知识，拟运用现代测试技术和方法对蜂 窝状微孔结构功能性改性涤纶短纤进行较为系统的深入研究。 ( 1 ) 对蜂窝纤维形态结构分析研究。本课题利用扫描电镜等现代测试技术和方法， 对蜂窝纤维的表面和截面形态进行详细测试分析。根据其特点得出一系列关于这种新型结 构纤维的表面微孔表征参数。 ( 2 ) 对蜂窝纤维纱线进行物理机械性质的研究。纱线柏拉伸性质是影响成品风格的 主要因素。具体研究纱线的断裂强度、断裂伸长、断裂功、初始模鼍等。 1 0 浙江理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 对蜂窝状微孔结构纤维的导湿机理进行理论研究，建立了关于微孔结构纤维、 微孔结构纱线以及微孔结构织物的导湿模型，解释了微孔结构对于织物功能性发挥特别是 导湿性能的发挥所带来的优越性。 ( 4 ) 对蜂窝状微孔结构纤维的织物进行性能研究，包括吸湿导湿性能、抗静电性能、 抗紫外性能、抗菌性能等。试织一批对比试样进行多项测试从而比较出蜂窝状微孔结构纤 维的性能优越性，并且分析微孔结构在发挥这些性能方面的优越性。 ( 5 ) 对吸湿快干织物的导湿性能影响因素进行研究。 本课题旨在加深对蜂窝纤维各项性能的理性认识，为拓展这一新型功能性纤维的应用 提供系统的理论参考。 浙江理t 大学硕+ 学位论文 第二章蜂窝状微孔结构涤纶的形态研究 蜂窝状微孔结构涤纶是一种具有特殊结构的异型纤维，在纤维表面和内部都分布着 许多微孔，形成蜂窝状。这种微孔结构首先来源于纺丝工艺，研究其纺丝工艺对于形态研 究具有指导性意义。 2 1 蜂窝状微孔结构涤纶的成丝原理 2 1 1 常见的改性涤纶加工技术 对涤纶的改性主要通过化学和物理改性的方法赋予涤纶纤维较高的吸水性、输水性， 以提高涤纶织物穿着的舒适感。其中物理改性方法是在纤维加工过程中，通过添加具有附 加功能的元素，或改变纤维的物理形态，或控制聚合物的层次结构等物理方法而赋予其特 殊功能，如共混法、复合纺丝法、混纤复合法等。目前市场上常见的一些功能性纺织品( 如 抗菌、远红外、抗紫外、变色等) 大多采用织物表面整理赋予功能或在纤维制造过程中混 入功能性添加剂而得。化学方法主要是通过共聚、接枝等一系列化学反应，合成具有附加 功能的高聚物，然后经纺丝等后加工而成。微孔型纤维的制备可以通过共纺后碱溶法或独 特的后拉伸技术使纤维表面结构产生微孔。帝人公司在上世纪8 0 年代和9 0 年代开发出来 的微孔涤纶长丝就是采用前一种方法，而日本三菱人造丝开发的吸湿快干纤维是采用的后 种方法。弘强公司开发的蜂窝状微孔结构纤维利用物理方法，采用了特殊的闪爆装置和 特殊的生产工艺，使得纤维表面产生微孔。 2 1 2 蜂窝状微孔结构纤维的纺丝工艺 蜂窝状微孔结构涤纶在生产过程中采用常温常压阳离子可染绦纶( e c d p ) 为载体，利 用化学和物理相结合的手段，集合微米竹炭、2 0 - - - 3 0 纳米二氧化钛、冰奇石等粉体材料， 研制形成独特的蜂窝状微孔结构功能性涤纶改性系列短纤。采用有初步微孔结构趋势的涤 纶改性切片与生成空隙的化合物( 制孔剂k h 一1 0 0 ) 结合，经过挤压熔化后在高压闪爆装 置中使得纤维切片内部产生大量微孔，如图2 1 所示。接着经过程控纺丝组件共同作用进 行喷丝完成前纺，所得原丝如图2 2 所示。在后纺工艺中，原丝进一步牵伸后微孔形状有 所改变，由最初的圆形变成狭长的线形，如图2 3 所示。 1 2 21n 爆后的切片熔体照片 图22 蜂窝状微孔结构纤维原丝照片 牵伸 阿23 蜂窝状微扎结构纤维照片 气 兰惟妙 浙江理：i ：入学硕十学位论文 具体方法如下： ( 1 ) 通过降低初始模量、原子量、加入各种功能添加剂和断、接键的手段，改变其分子 结构，最终达到改性涤纶切片的目的，生产出适合于短纤维生产的涤纶改性切片原料，以 达到纺丝的要求啪 2 引。 ( 2 ) 通过特殊的纺丝工艺，即采用高温纺丝、增加前纺的预拉伸，使前纺原丝的大微孔 数量俱增。通过长时间的平衡后，再通过后纺高牵伸倍数的牵伸，使前纺原丝的大微孔更 缈化、更均匀，最后使该产品的纤维具备有蜂窝状微孔结构。纺丝工艺流程如图2 4 。 ( 3 ) 在纺丝过程中，相关设备、试剂和参数需要作相应调整。如：增添原丝平衡工段， 防结块装置，真空水循环冷却系统：延长结晶时间，提高结晶温度，充氮保护，调整纺丝 温度和速度等：改进纺丝油剂，控制纤维的比电阻，确保纺纱的可纺性。 1 4 浙江理i ：人学硕十学位论文 前纺 i 紧张热定塑c 懿度8 0 t t 。， 卷曲 _ d ：联力l0 0 5 m p a o 2 m p f t 负挑力：0 6 0 5 m p a n1 8 m p a i 松弛热定氆c 温腔- o o 心。， 图2 4 蜂窝状微孔结构纤维纺丝工艺图 1 5 浙江理1 人学硕十学位论文 22 蜂窝状微孔结构纤维的表面形态观察 纤维的形态结构，是指纤维在光学显微镜或电子显微镜，乃至原子力显微镜( a f m ) f 能被直接观察到的纤维的断面形状、纵向特征结构。例如纤维的外观形貌、表面结构、 断面结构、细胞构成和多重原纤结构以及存在于纤维中的各种裂隙及孔洞等。了解纤维 形态结构，不仅有助于辨别纤维而且纤维的各种性质都与具体结构有关，还可由此推断 它的可纺性1 。本文采用扫描电镜观察蜂窝状微孔结构纤维的表面形态与特征，并提出其 表征参数，为进一步研究其性能和研发新产品打下基础。 22 1 试验仪罂 口 图25 删5 6 1 01 7 型扫描电镜( s 叫) 实验采用日本j e o l 电子公司生产制造的、分辨率高、放大倍数变化范围大的新型扫 描电子显微镜j s m5 6 1 0l v 作为观察仪器，见图2 5 所示。与光学显微镜及透射电镜相比， 该扫描电镜具有以下特点： ( 1 ) 能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至1 2 0 m m x 8 0 m m x 5 0 m m 。 2 ) 样品制备过程简单，不用切成薄片 ( 3 ) 样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转，因此，可以从各种角度对样品进行 观察。 ( 4 ) 景深大图像富有立体感。扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍，比透射电镜大 几十倍。 浙江理i ：人学硕+ 学位论文 ( 5 ) 图像的放大范围广，分辨率也比较高。可放大十几倍到几十万倍，它基本上包括了 从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间， 可达3 n m 。 ( 6 ) 电子束对样品的损伤与污染程度较小。 ( 7 ) 在观察形貌的同时，还可利用