（材料加工工程专业论文）新型纤维在多组分织物中的练整加工与面料性能研究.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 新型纤维在多组分织物中的练整加工与面料性雒研究 摘要 新型纤维优良特性在面料中的发挥乃至在加工中性能的损失与否，都将影响面料最终 风格特征的形成。其中作为面料前处理加工的练整加工，对此起着至关重要的作用。 t 本课题选择具有广泛应用前景的新型纤维m 及吸湿排汗p e t 纤维，针对p t t 纤维和 吸湿排汗p e t 纤维常与棉、常规p e t 等通过各种复合方式开发多组分面料的实际，在练整 加工中需要考虑含棉纤维而进行碱冷轧堆精练加工和丝光碱缩加工、含聚酯类纤维而进行 碱减量加工和热定型等。实验采用纯p t t 织物、含吸湿排汗p e t 织物，研究了新型纤维p t t 和吸湿排汗p e t 经受碱冷轧堆精练加工、丝光或碱缩加工、碱减量加工和热定型加工后织 物及纤维性能变化，探讨对多组分面料风格形成的意义；同时，考虑在不损伤纤维性能的 基础上，探讨了优化面料性能的工艺范围，并从微观形态结构的变化分析了面料性能变化 的原因，为新型纤维多组分面料的练整加工和从练整加工角度出发进行面料的设计提供依 据。 本谍题的研究结果表明，经碱冷轧堆精练，实验p t t 织物的性能未有明显的变化，预 示了p t t 具有极好的室温耐碱性，所以p t t 纤维与棉等纤维素纤维的混纺、交织面料可进 行常规的碱冷轧堆精炼，较短时间的丝光、碱缩也不会对p t t 纤维性能造成损伤；对p t t 织物进行碱减量加工，相同条件下碱减量性能低于p e t 织物，预热定型降低了p t t 织物的 碱减量率，但可使织物弹性回复率有较大提高；所选择的实验用p t t 织物经一定条件热定 型后，断裂强力、弹性回复率有较大提高，主要是由于热定型提高了纤维的结晶度，但考 虑到面料的手感风格等因素，要控制好热定型的温度和拉伸张力。 考察练整加工后含吸湿排汗p e t 织物的性能变化，发现经碱冷轧堆精练后，在碱浓度 较低的情况下以吸湿排汗p e t 棉混纺纱为纬向的织物性能变化不大，堆放时间对织物性 能的影响也不显著，但当碱浓度增大到2 0 0 9 l 以上时，织物性能变化剧烈，堆放时间的 影响明显，吸湿排汗p e t 纤维的十字形结构遭破坏，断裂强力严重受损，失去了服用价值， 所以含吸湿排汗p e t 多组份面料的碱冷轧堆精练的碱浓度不宜过高；采用较短时间的丝光 和碱缩加工，可使以吸湿排汗p e t 棉混纺纱为纬向的织物的毛细管效应值和透湿性都有 提高，尤其是丝光处理后，面料的柔软性也有一定改善，但断裂强力及伸长性有一定下降； 对以吸湿排汗涤纶为纬向的织物的碱减量证交实验发现，碱用量和温度是碱减量后织物眭 浙江理工大学硕士学位论文 能变化主要影响因素，根据优化的碱减量实验方案，碱减量加工提高了毛细管效应值，改 善了柔软性，但强力有一定下降；一定条件热定型后，以吸湿排汗p e t 棉混纺纱为纬向 的织物的断裂强力提高了，尤其是热风收缩处理，但较高温度下熟定型会使织物的毛细管 效应值降低。 本课题的研究成果将为制定含p t t 、吸湿排汗p e t 纤维的多组分面料的碱冷轧堆精练 加工、丝光和碱缩加工、碱减量加工、热定型加工工艺提供参考，并以此为基础开展面料 的“染整设计”，为多组分面料的原料配比、组织结构设计提供依据。 关键词：p r t 纤维；吸湿排汗p e t 纤维； 多组分织物；练整加工；面料性能 1 l 浙江理工大学硕士学位论文 s t u d yo np r e t r e a t m e n tp r o c e s sa n dp e r f o r m a n c eo f m u l t i - c o m p o n e n t f a b r i c sc o n t a i n i n gn e wf i b e r s a b s t r a c t t h eg o o dp r o p e r t i e so fn e wf i b e r sw h e t h e ra r eb r o u g h ti n t op l a yo rl o s td u r i n gp r o c e s s i n gw i l l a f f e c tt h ef i n a lf a b r i cs t y l e , a n dp r e t r e a t m e n tp r o c e s sh a si m p o r t a n tf u n c t i o nf o ri t i nt h i sp a p e r ，娜袖c ra n dh y g r o s c o p i c s w e a td r y i n gp e tf i b e rw h i c hb o t hh a v eg o o d a p p l i c a t i o ni nf u t u r ew e r ec h o s e nt os t u d y i nc o m m o no c c a s i o nt h e ya r eo f t e nb l e n d e dw i t l l c o t t o na n dn o r m a lp e ta n ds oo n s ot h ec o t t o nc o l da l k a l ig a t h e rf i n i n g , m e r c e r i z a t i o na n da l k a l i s h r i n k a g ew o u l db ec o n s i d e r e d ，a sw e l la st h ep o l y e s t e r sa l k a l ir e d u c i n gw e i g h ta n dh e a ts e t t i n g p r o c e s s p u r e 踟if a b r i c , a n di n t e r w e a v e df a b r i c sc o n t a i n i n gh y g r o s c o p i c 矗s w e a td r y i n gp e r w e r ec h o o s e nt os t u d y t h ep e r f o r m a n c eh a db e e nr e s e a r c h e da f t e rt h ef a b r i c sw e r et r e a t e db y c o l da l k a l ig a t h e rf i n i n g ，m e r c e r i z a t i o n a l k a l i s h r i n k a g e ，a l k a l ir e d u c i n gw e t g h t ，a n dh e a t s e t t i n g a tt h es a m et i m e ，t a k i n gp r o c e s s i n gp e r f o r m a n c ei n t oa c c o u n t ，t h ep r o p e rp r o c e s s t e c h n i c sh a db e e nd i s c u s s e df o r o p t i m i z i n gf a b r i c s p e r f o r m a n c e ，a n d t h er e a s o n sf o r p e r f o r m a n c ec h a n g eh a db e e na n a l y s i z e df r o mm i e r o s t m c t u r e s oi tp r o v i d e ds o m eg o o d s u g g e s t i o n sf o rf a b r i cp r e t r e a t m e n tp r o c e s sa n dd e s i g n t h er e s u l t so ft h i ss t u d ys h o w e dt h a tt h ep e r f o r m a n c eo fe x p e r i m e n t a lp r rf a b r i cd i d n th a v e o b v i o u sc h a n g ea f t e rc o l da l k a l ig a t h e rf i n i n g , w h i c hs u g g e s t e dp t rf a b r i cc o u l de n d u r ea l k a l i p e r f e c t l yi nr o o mt e m p e r a t u r e s ot h eb l e n d i n go ri n t e r w e a v i n gm f a b r i cw i t hc e l l u l o s ef i b e r s u c ha sc o t t o nc o u l db et r e a t e db yc o l da l k a l ig a t h e rf i n i n g w h e n 肿m a t e r i a lw a st r e a t e db y a l k a l ir e d u c i n gw e i g h tp r o c e s s ，t h er e d u c i n gw e i g h tr a t i ow a si n c r e a s e dw i t ht h er i s i n go fa l k a l i c o n c e n t r a t i o n ，b u tt h ec h a n g ew a ss m a l l e rt h a np e ta tt h es a m ec o n d i t i o n b e s i d e s ，t h el o s i n g w e t g h tr a t i ow a sf a l l e na f t e rp r e t r e a t e db yh e a ts e t t i n gm o d e s t l yw h i l et h ee l a s t i cr e s t o r i n gr a t i o w a sr a i s i n g t h eb r e a k i n gs t r e n g t ha n de l a s t i cr e s t o r i n gr a t i oo fmf a b r i cw e r er a i s e da f t e rh e a t s e t t i n g , b e c a u s ei t sc r y s t a l l i z a t i o nw a si n c r e a s e d ，b u tc o n s i d e r e dt h eh a n d l ea n ds t y l eo ff a b r i c s ， t h eh e a ts e t t i n gt e m p e r a t o r ea n ds t r a i ns h o u l db ec o n t r o l l e dc a r e f u l l y t h ep e r f o r m a n c ec h a n g eo fm u l t i c o m p o n e n tf a b r i c sc o n t a i n i n gh y g r o s c o p i c s w e a td r y i n g p e tf i b e rw a sd i s c u s s e da f t e rp r e t r e a t m e n tp r o c e s s ，t h ef a b r i cw h i c hu s e dh y g r o s c o p i c s w e a t d r y i n gp e t c o t t o nb l e n d i n gy a ma sw e f t i t sp e r f o r m a n c ec h a n g e dl i t t l ea f t e rt r e a t e db yc o l d a l k a l ig a t h e rf i n i n gu n d e rl o wc o n c e n t r a t i o no fa l k a l i ，a n dt h ea f f e c to fg a t h e r i n gt i m ew a sn o t o b v i o u s b u tw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fa l k a l iw a su pt o2 0 0 乙t h ef a b r i cp e r f o r m a n c ec h a n g e d o b v i o u s l y , a n dt h ea f t e c to fg a t h e r i n gt i m eb e c a m eo b v i o u s t h e + ”s t r u c t u r eo fh y g r o s c o p i c i n 浙江理工大学硕士学位论文 s w e a td r y i n gp e tf i b e rw i l l sd e s t r o y e d a n dt h eb r e a k i n gs t r e n g t hw a sl o s tb a d l y , e v e nt h ev a l u e f o rc o s t u m ew a sl o s t s oi tw a sm o r ep r o p e rt h a tt h ec o n c e n t r a t i o no fa l k a l is h o u l dn o tb et o o h i g hw h e nt h ef a b r i cw a st r e a t e db yc o l da l k a l ig a t h e rf i n i n g t h ev a l u eo fc a p i l l a r ye f f e c ta n d m o i s t u r ea b s o r p t i o nw e r er a i s e da n dh a n d l ew a sm o r es o f t e rw h e nt h ef a b r i cu s i n gh y g r o s c o p i c s w e a td r y i n gp e t c o t t o nb l e n d i n gy a ma sw e f tw a st r e a t e db ym e r c e r i z a t i o na n da l k a l i s h r i n k a g ei nas h o r tt i m e ，b u tb r e a k i n gs t r e n g t ha n db r e a k i n ge l o n g a t i o nw a sd e c r e a s e d t h e v e r t i c a l e x p e r i r n e n t si n d i c a t e dt h e a l k a l i sc o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r a t u r ew e r et h em o s t i m p o r t a n tf a c t o r sd u r i n ga l k a l ir e d u c i n gw e t g h tp r o c e s s a c c o r d i n gt ot h eo p t i m i z e de x p e r i m e n t , t h ef a b r i cw h i c hu s e dh y g r o s c o p i c s w e a td r y i n gp e ty a ma sw e f t ，i t sc a p i l l a r ye f f e c tv a l u ew a s r a i s e d ，a n dt h eh a n d l eb e c a m es o f t ，b u tt h es t r e n g t hw a sf a l l e n t h es t r e n g t ho ft h ef a b r i cu s i n g h y g r o s c o p i c s w e a td r y i n gp e t c o t t o nb l e n d i n gy a ma sw e f tw a sr a i s e da f t e rh e a ts e t t i n g , e s p e c i a l l ya f t e rh o tw i n ds h r i n k i n gt r e a t m e n t ，b u tt h ec a p i l l a r ye f f e c tv a l u ew a sd e c r e a s e da f t e r t r e a t e di nh i 曲h o tt e m p e r a t u r e a b o v ea l l ，t h es t u d yp r o v i d e ss o m er e f e r r e n c ef o re s t a b l i s h i n gt h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s s t e c h n i c so fm u l t i c o m p o n e n tf a b r i c sc o n t a i n i n gmf i b e ro rh y g r o s c o p i c s w e a td r y i n gp e t f i b e rd u r i n gc o l da l k a l ig a t h e rf i n i n g , m e r c e r i z a t i o no ra l k a l is h r i n k a g e ，a l k a l ir e d u c i n gw e t g h t ， a n dh e a ts e t t i n gp r o c e s s i tc a na l s op r o v i d es o m es u g g e s t i o nf o rf a b r i cc o m p o n e n ta n dt e x t u r e d e s i g na c c o r d i n gt ot h ep r e t r e a t m e n tr e g u l a r i t yo fn e wf i b e rf a b r i c s k e yw o r d s ：m f i b e r ；h y g r o s c o p i c s w e a td r y i n gp e tf i b e r ；p r e t r e a t m e n tp r o c e s s ； m u l t i c o m p o n e n tf a b r i c ；f a b r i cp e r f o r m a n c e 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。 孵 ：月 擞； 者年 阮”、，f 文加 论 位： 学期日 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 保密口，在 不保密口 年解密后使用本版权书。 f_矿f 厕朋 尺目 矗 名 糙f 作 矿 艾1 ， 论 ： 位期 学日 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第一章前言 从二十一世纪服装面料的发展趋势看，人们对服装的追求己不仅仅在服装的耐用性等 基本功能方面，入们往往更加注重面料的舒适性，外观形态的美观性，织物手感，以及综 合风格特征等“3 。我国是世界最大的纺织品生产国，也是世界最大的纺织品出口国。但目 前国产面料在质量、档次等方面缺乏市场竞争力，我国每年面料进口额超过1 0 0 亿美元， 相当于国内国有纺织企业年销售收入的1 4 ，其中差别化纤维及多组分面料占较大比例嘲。 入世后，中国纺织业面临更大的机会和挑战，国外不断进行纺织工业升级，给发展中国家 构筑起了一道厚厚的技术壁垒。因而，提高面料档次，开发新型纺织优质面料是纺织工业 的面临的重要任务。 纤维是纺织品的基本组成单元，纤维一直在整个纺织发展中扮演着重要的角色，纺织 品所能达到的性能，以及在其加工过程中所表现出来的性状在很大程度上取决于组成该纺 织品的纤维的基本性能，纺织面料的发展很大程度上依靠着纺织纤维的进步o “1 。现代纺 织科技不断发展，新型纤维层出不穷，为新型面料的开发提供了条件。利用新型纤维和传 统纤维通过各种方式复合、实现纤维性能的优势互补来开发面料，正是新型纤维实现产业 化生产、提升纺织产业与服装面料层次、满足人们多种要求的的必经之路。p t t 纤维及面 料以其柔软、富有弹性、和易染性越来越受到纺织业的关注。p t t 纤维具有明显优于锦纶 的价格性能比；p t t 纤维的价格性能比也优于涤纶，有可能在许多方面替代涤纶，国外已 把它和l y o c e l l 纤维一起列为2 l 世纪的新型纤维旧，具有极大的应用前景。吸湿排汗涤纶 的舒适干爽性能使其成为舒适健康面料的酋选之一，其潜在的发展价值被广泛认可。世界 各大权威纺织机构研究表明，吸湿排汗及相关功能性纺织品是未来消费市场的趋势之一， 而异形截面聚酯纤维是做吸湿排汗类面料最直接、最有效的方法旧。对异形截面聚酯纤维 及其产品的研究对生产厂商及消费者都具有重大的指导意义。 目前，国际上流行的是多种纤维组合设计的产品，从近两年来美国、法国、德国等国 际服装布料展的情况，所陈列的样品中大多含有两种以上的成份，有些产品甚至采用了近 十种原料。多种纤维混纺交织产品，今后将占纺织品市场的主导地位，天然纤维、合成纤 维、入造纤维都具有一定的优、缺点，通过混纺、交织可使各种纤维取长补短，优势互补， 大大提高产品的服用性能，改进原料的可纺性，还可以达到降低成本的目的“1 。同时，面 料的丌发也越束越尊重人的需求，更注重天然纤维和化学纤维优异性能的结合，朝着自然 1 浙江理工大学硕士学位论文 生态、节能环保、微弹适体、轻薄舒适、多功能的方向发展。充分利用新型纤维的优良性 能来提高面料档次，开发新型多组分面料成为面料开发的方向，也是新型面料开发的重点。 具有优良性能的p t t 及吸湿排汗p e t 纤维多组分面料的开发必将大大改善面料的综合性 能，顺应面料的发展需求。 面料风格的形成离不开染整加工，不同的加工方法，面料就会表现出不同的风格旧。 在利用新型纤维p t t 及吸湿排汗p e t 纤维开发多组分面料的过程中，会产生如何控制各种 加工因素的问题。体现出p t t 优良的弹性回复性和柔软性，将是p t t 纤维产品开发中一大 难题，尤其p t t 棉混纺机织产品将是关键性品种。但关于f r r t 纤维及纯纺和混纺面料在染 整过程中其结构和基本性能的变化规律的理论研究还十分薄弱，生产实践缺乏理论的有效 指导。吸湿排汗p e t 纤维正是由于这些沟槽的存在，才能产生明显的毛细管效应，才能对热 湿汗气产生良好的疏导作用，在染整加工过程中，保持沟槽的畅道是十分重要的，各种染整 加工过程中使用的药剂和处理液，以不对纤维的截面形状产生影响为宜。而吸湿排汗p e t 纤维织物的染整加工工艺还不完善，缺乏相应的理论指导。所以全面研究新型纤维p t t 及 吸湿排汗p e t 多组分织物练整加工后的性能变化的规律，成为开发应用新型纤维多组分面 料的迫切要求。 碱是大多数合纤及天然纤维素纤维在前处理加工过程中必不可少的化学处理剂“1 ，如 棉等天然纤维素纤维面料要进行以去除棉纤维杂质为目的的碱精练加工，以提高棉纤维光 泽或吸附能力的丝光和碱缩加工；涤纶等聚酯类纤维则多要进行以提高面料风格手感为目 的的碱减量加工，使涤纶面料具有真丝般的手感光泽；而对涤棉等混纺交织面料常常需要 针对不同纤维迸行多种加工处理，可以说碱处理对聚酯类纤维及棉等天然纤维素纤维纯 纺、混纺面料最终性能风格的形成有重要影响”1 。为提高合纤面料外观性能及形态稳定性， 热定型是必不可少的加工工艺，对p t t 及吸湿排汗p e t 等聚酯类纤维纯纺、混纺或交织多 组份面料的热定型加工，可以消除纺丝过程中产生的内应力，保持面料外观平整，避免在 后道加工及使用中产生难以消除的褶皱，具有重要意义“1 。 基于新型纤维多组分面料开发应用的现状，对新型纤维p t t 和吸湿排汗p e t 在多组分 面料中可能经受的加工过程及加工性能进行研究，主要是各种碱处理、热定型条件下的练 整加工性能，探讨优化面料性能的最佳工艺范围，保证新型纤维的性能不受或少受损伤， 必将为开发p t t 和吸湿排汗p e t 新型纤维多组分面料的练整加工提供依据，促进我省新型 纺织面料的发展。 2 浙江理工大学硕士学位论文 1 2 国内外的研究状况 目前，国内外己有一些对p t t 、吸湿排汗p e t 纤维及面料的各种理化性能、染色性能 等的有益探讨，得出一些基本结论，为本课题的开展提供了良好的基础。 随着p d o 生产新工艺的研发成功，p t t 纤维的研制和开发也取得了较大的进展，很多国 际大公司都成功地实现了p t t 工业化生产，对p t t 纤维、纱线、及织物的研究也逐渐开展。 关于p t t 纤维回弹性及结构的研究主要有w a r d 等人通过测定材料的应力一应变曲线， 对取向p e t ，p b t 和p t t 纤维的力学性能进行了对比研究。结果表明，p t t 纤维的初始模量 明显低于p e t 纤维，但较p b t 纤维略高，而p t t 纤维的弹性回复率和热收缩明显高于p b t 和p e t 纤维“”。h o r o n g m i n g 等研究得到了比较精确的晶胞参数，与p b t 不同，当拉伸力去 处后，p t t 纤维并未发生结构形变。这一具体的特征也许可以用来解释p r r 优于p e t 和p b t 的良好的弹性回复性“”。德国d e n k e n d o r f 人造纤维研究所对p t t 纤维进行了多次重复拉 伸实验。结果表明这种纤维即使经过1 0 次2 0 的最大拉伸，仍然能1 0 0 的回复，这表明 p t t 纤维具有优异的弹性回复性“”。陈克权“”，吴轶群“6 1 等的研究表明，p t t 具有较低的 模量，p t t 的挠屈模量低于p e t 而与p a 相当，其杨氏模量的情况也相仿，与涤纶纤维及其 制品突出的刚性相比，p t t 纤维和织物的手感接近锦纶，让人感觉柔软而舒适。东华大学 的刘颖等研究发现1 0 0 c 热处理后p t t 纤维的强伸性能降低，松弛热处理p t t 纤维的弹性 回复产生了较大的影响“”。 对p t t 织物染整加工方面，东华大学的袁常敏等，对单纯p t t 针织物的精练、热定型及 染色性能进行了研究，得出热定型对织物的弹性回复性、强力、结晶性能有重要影响，染 色方面对选用的e 型分散染料在1 0 0 c ，大多数s e 型染料在l l o c ，s 型染料在1 2 0 。c ，不加 其它试剂保温3 0 m i n ，p t t 针织物具有高的上染率和好的匀染性，染色牢度也很好，给出了 p t t 针织物的精练加工、热定型、及染色的工艺参考“”。苏州大学的卞海成、唐人成等人 研究了热定型对p t t 结构和可染性的影响，得出热定型增加了p t t 纤维的结晶程度，p t t 纤 维的可染性随热定型温度的升高先降低后增加“”。苏州大学的白秀娥通过正交实验，探讨 了p t t 碱处理的影响因素，并给出了碱处理的最佳工艺条件。 微弹面料越来越受到人们的喜爱，利用p t t 开发多组分面料方面，东华大学翟涵o ”、张 敏”4 等人开发的开发了p t t 与棉交织的微弹机织物，既保持了合纤的平挺抗皱的特点，又 揉和了棉的舒适感，赋予织物新的风格。东华大学与西安工程科技学院的任永花，俞建勇， 张一心研究了采用p t t 纤维与棉、竹、天丝、羊毛等纤维混纺时，纱线弹性与混纺比的关 3 浙江理工大学硕士学位论文 系，表明p t t 纤维与天然纤维混纺或交织织造的织物，可以显著改善织物的抗皱性，染色 性等，具有极大的发展前景汹1 。羊毛、p t t 纤维和莫代尔的混纺纱用于保暖内衣和针织衫， 有很大的市场前景”“。 通过纤维截面异型化来增加毛细管效应，改善纤维的吸湿性，提高面料的舒适性，并 成功的开发出吸湿排汗p e t 纤维，目前对吸湿排汗p e t 纤维的研究主要集中在纤维设计和织 物开发方面。 对吸湿排汗p e t 纤维及织物开发方面，m a b u e n o 等人研究了纤维的异型截面对织物风 格性能的影响瞄1 。c o o l m a x 是杜邦公司独家研究开发的功能性纤维，将c o o l m a x 功能性纤维 面料应用于牛仔织物上，其强大的透气性和良好的吸湿控制，将使穿着者的皮肤保持干燥， 减少体能消耗；该纤维面料可以制作运动服饰、休闲服饰、袜子、内衣裤等；另外，c o o l m a x 纤维与其他纤维混纺还起到抗起毛起球的作用啪1 。刘湘、胡伟进行了彩棉与新型多异吸湿 排汗纤维混合制造，开发了多异新型纤维交织的高级衬衣面料”1 。 对吸湿排汗p e t 练整加工性能的研究，北京服装学院的宋移团等人研究了三叶异形聚 酯共混纤维的碱水解性能，探讨了碱水解的影响因素，并通过s e m 观察到纤维的三叶形随 减量率的增加而逐渐破裂、分离1 。 从以上研究看出，对p t t 、吸湿排汗p e t 的研究主要集中在纤维性能及面料的开发设 计方面，关于新型纤维的染整加工有少量染色、热定型方面的研究，并较少的研究加工后 面料的综合性能。而对p t t 、吸湿排汗p e t 在多组分织物中常用的热定型、碱处理练整加 工，及加工后面料综合性能及纤维变化方面的系统研究则鲜有报道。阿t 纤维和吸湿排汗 p e t 纤维多组分织物的染整加工实践还缺乏相应的理论指导，在练整加工中性能变化及对 织物风格的形成的作用急需系统的研究。 1 3 课题研究内容方法及创新点 针对采用p t t 纤维和吸湿排汗p e t 纤维开发多组分织物时，常与棉、常规p e t 等通过 各种方式复合，在练整加工中需要考虑含棉纤维而进行碱冷轧堆精练加工和丝光碱缩加 工、考虑聚酯类纤维而进行碱减量加工和热定型等，本课题采用纯p t t 织物、吸湿排汗p e t 棉混纺纱及纯吸湿排汗p e t 纱与常规p e t 交织织物为对象，研究了新型纤维p t t 和吸湿排 汗p e t 经受碱冷轧堆精练加工、丝光和碱缩加工、碱减量加工、热定型加工条件下织物及 纤维性能变化，保证在不损伤纤维固有优良特性的基础上，探讨了优化面料性能的加工工 艺范围，并从微观形态结构的变化上分析性能变化的原因，为新型纤维p t t 及吸湿排汗p e t 浙江理工大学硕士学位论文 多组分面料的练整加工提供依据。 工艺的选择主要考察以下几个方面，首先织物的练整加工不能损伤新型纤维p t t 和吸 湿排汗p e t 固有的优良性能，如p t t 纤维的优异弹性，吸湿排汗p e t 纤维的吸湿排汗性能。 同时，练整加工不应严重损伤面料的强力和伸长性，以致无法满足后加工和服用的要求： 断裂强力和断裂伸长率关系到面料的耐用性和舒适性，因而我们对加工处理后的面料进行 了包括断裂强力和断裂伸长率的物理机械性能测试，并作为制定加工工艺的参照指标之 一。织物的刚柔性，是指织物的抗弯刚度和柔软度，是影响织物手感、制成服装外形及穿 着舒适性的重要因素之一，柔软舒适是面料的发展趋势，加工处理不能使面料的过于刚硬， 因而织物的刚柔性也是加工性能的主要考核指标之一。以面料综合性能的变化探讨优化加 工工艺，主要对加工后的p t t 面料进行了包括弹性回复性、强伸性、刚柔性在内的性能测 试并给以加工工艺建议；对含吸湿排汗p e t 面料进行了包括毛细管效应值、透湿性、强伸 性、刚柔性的性能测试，以确立合适的练整加工工艺。 以新型纤维p t t 和含吸湿排汗p e t 织物练整加工后面料服用性能等一整套测试数据为 基础，把握新型纤维p t t 和吸湿排汗p e t 多组分面料在练整加工过程的性能变化的规律， 为制定新型多组分面料的碱冷轧堆精练加工、丝光或碱缩加工、碱减量加工和热定型等加 工提供了依据。并以此为基础开展面料的“染整设计”，从新型纤维的染整加工性能出发， 为含p t t 和吸湿排汗p e t 纤维多组分面料的原料配比、组织结构及染整工艺设计提供依据， 希望通过本课题的研究成果来提高新型纤维p t t 及吸湿排汗p e t 多组分面料的设计和加工 质量。 选用p t t 织物及含吸湿排汗p e t 织物，进行全面的碱冷轧堆精练加工、丝光和碱缩加 工、碱减量加工、热定型加工与面料性能研究，并从微观形态结构上分析性能变化的原因， 确立其多组分面料的加工工艺参考，如此全面地实验测试分析在已有的研究中鲜有报道， 是本论文主要创新点。 浙江理工大学硕士学位论文 第二章新型纤维及多组分织物的练整加工概述 随着纺织技术的进步，新型纤维不断涌现，如被誉为“绿色纤维”的“t e n c e l ”纤维； 利用大豆或废豆粕制造被称为“人造羊绒”大豆蛋白纤维；具有很好的生物相容性及抗菌 保健功能甲壳素纤维；具有生物降解，防毒抗菌功能的聚乳酸纤维；柔软富有弹性的p t t 纤维，舒适干爽的吸湿排汗p e t 纤维等。本文主要研究应用量最大，顺应面料发展需求的 合成聚酯类新型纤维，p t t 及吸湿排汗p e t 纤维多组分面料的加工性能。 2 1p t t 纤维 2 1 1 发展概况 p t t 成为继2 0 世纪5 0 年代聚对苯二甲酸乙二酯( p e t 涤纶) 工业化和2 0 世纪7 0 年代聚对 苯二甲酸丁二酯( p b t ) 产业化之后，实现的又一工业规模的可成纤聚酯材料。p t t 聚合物早 在1 9 4 1 年就已由c a l i c o p r i n t e r sa s s 公司的w h i n f i e l d 和d i c k s o n 合成发明出来，但由于合 成聚合物原材料之一的1 ，3 一丙二醇( p d o ) 一直缺乏低成本的合成路线，半个世纪以来未能 实现p t t 的工业化生产，完全限制了p t t 的开发利用。直到1 9 9 4 年德国g e g u s s a 公司开发成 功用丙烯醛为原料，规模为2 0 0 0 t a 的p d o 生产装置，才使p t t 的工业化生产成为可能。1 。 1 9 9 5 美国s h e l l 化学公司成功开发出一条由环氧乙烷( e 0 ) 加氢甲酰化生产p d o 的经济商业 化工艺路线，并于1 9 9 6 年建成了7 2 万吨和9 1 万吨的p t t 聚合物工厂，推出商品名为 c o r t e r r a 1 。杜邦( d u p o n t ) 公司开发出生物酶催化法制备1 ，3 一丙二醇，用价格低廉的碳水 化合物通过微生物催化发酵的方法可以制得p d o ，用于生产p t t ，商品名s o r o n a ，方法简单 成本低。日本旭化成、东丽、帝人等公司先后与s h e l l 和d u p o n t 缔结合约企图引领p t t 纤 维及其制品的开发。预计至u 2 0 l o 年全世界将有1 0 一1 5 家大型纤维厂生产p t t 纤维，届时p t t 纤维的产量将达5 4 4 万吨以上。 国夕b p d o 生产技术的突破和p t t 聚酯的工业化生产和应用，为我国开发p t t 提供了有利 条件。我国台湾的华隆，南亚等制造商也都开展了与壳牌公司的合作，共同开发c o r t e r r a 及其纤维产品；而杜邦公司也授权远东纺织公司，作为其s o r o n a 在远东地区的合作伙伴。 我国内地p t t 产业化工作始于2 0 0 0 年8 月，由上海华源股份有限公司与壳牌公司合作，共同 进行纺丝生产设备和工艺的探索实验，现已取得一定成功。2 0 0 2 年2 月，北京国际服装展 览会上首次出现了我国自己生产的p t t 弹力织物。2 0 0 4 年杜邦公司授权福建泉州海天轻纺 6 浙匹理工大学硕士学位论文 集团使用杜邦s o r o n a 聚合物开发、生产和销售p t t 短纤维、纱线和织物。中国是世界上最 大的化纤纺织生产基地，在中国开发生产p t t 纤维具有广阔的市场前景嘲。 2 1 2 结构性能及应用 聚对苯二甲酸丙二醇酯( p o l yt r i m e t h y l e n et e r e p h t h a l a t e 简称p r r t ) 是由1 ，3 一丙二醇 ( p d o ) 与对苯二甲酸( t p a ) 经缩聚反应而成。 _ p 皿一观一争 图2 1p t t 的化学式 p t t 在聚对苯二甲酸单元之间存在着3 个亚甲基，这种化学结构中奇数个亚甲基单元会 在大分子链之问产生“奇碳效应川“。使苯环不能与3 个亚甲基处于同一平面，临近两个 羰基的斥力不能呈1 8 0 度平面排列，只能以空间1 2 0 度错开排列，使得p t t 大分子链形成螺 旋状排列，最终影响p t t 的物理性能。从结构上看，p e t 、p t t 及p b t 大分子链中分别含有二 个、三个和四个亚甲基基团，而正是这些微小的差异导致了三种聚酯无论在物理性能还是 在化学性能上都表现出较大的差异。线性芳香族聚酯在大形变条件下的非线性粘弹性，随 着聚酯中c h 。单元的增加，材料的弹性模量降低，因而p t t 的弹性模量明显高于p b t ，但低于 p e t 。与p e t 相比，由于大分子链中多出一个c h ：单元，因而分子的柔顺性和熔点发生较大变 化，柔顺性更好，熔点更低，纤维的软化点和玻璃化转变温度也比p e t 低。 x 射线衍射显示p t t 的高弹性来自于晶体结构，p t t 纤维剐开始伸长时，其晶体的晶格 应变的数量几乎等同于宏观应变，而p e t 、p b t 贝u 不存在。p t t 结晶结构属于三斜晶系，从c 轴的长度和分子链的长度比较来看，每个晶胞内有两个链节，每个链节以苯环为对称中心， 即每个晶胞沿c 轴方向含有一个大分子链的两个重复单元1 。大分子链中一o _ c h 2 c h 2 - c h 2 _ o - 单元具有一种能量最低的反式一旁式一旁式一反式构象，即呈现明显的“z ”字形构象，使得 p t t 大分子具有如同线圈式弹簧一样易于变形的弹性o ”。这种构象在纵向外力作用下，“旁 式”单元发生键旋转两转变成“反式”，分子链的伸长很容易发生改变，而且构型没有发 生变化，所以构象转变是可逆的，这种结构赋予p t t 很好的内在回复性。研究表明，p e t 的 结晶单元在c 轴上的长度是分子链完全展开时的9 8 ，p b t 为8 6 ，而p t t 为7 5 ，所以p t t 可 拉 串度高，弹性好“”。但陈克权认为，以“奇碳效应”解释p t t 的高回弹性过于勉强，他认 为大分子链在非晶相中是无规分确的，不可能形成“z ”字形构象。所以，p t t 纤维高回弹 浙江理工大学硕士学位论文 性的结构原因仍有待进一步研究“”。 图2 2 是结晶p t t 的分子构型。对应晶胞参数为：a - 0 4 6 3 n m ，b = o 6 1 2 r i m ，c = 1 8 6 r i m a = 9 7 5 。，b = 9 2 1 。，y = 1 1 0 。，p 。= 1 4 0 9 c m 3 。 d 一钾，o = 9 2 1 。 了u 1 1 盯 删4 6 知m删6 1 2 r i m 图2 2 结晶m 的分子构型 p t t 大分子的结构特征决定了p t t 纤维的性能，p t t 纤维面料性能主要表现在以下几 个方面。 1 ) 热学性能 表2 1p n 纤维与其它纤维热学性能 从上表可以看出，p t t 纤维的熔融温度( 瓶) 为2 3 0 比p e t ( 2 6 5 ) 和锦纶6 6 ( 2 5 6 ) 低。其玻璃化温度( 冶) 与锦纶相似，比p e t 要低，穗与尼的差值( a t g ) 是高分子加 工的重要因素，p t t 的a t g 很窄，在加工过程中要密切关注，严格控制温度。对聚酯纤维的 染色及热定型来讲，玻璃化温度是一个很重要的影响因素“1 。w t 的玻璃化温度比p e t 要 低，它的染色温度也就相应的低。 2 ) 力学性能 p t t 大分子构象特点是聚合物链形成明显的“z ”形，这种构象可以很容易地进行拉伸， f 所以p t t 纤维的初始模量低，并且随着拉伸比增大，初始模量的变化不大。p t t 纤维具有 很高的拉伸回复性，有关对聚酯纤维拉伸回复性的研究发现回复性的大小 为：p e t p b t 翅 减量率断裂强度断裂伸长率 碱用量iii l 温度i ii ii 时间iii ( i l l 、i i 、1 分别代表影响程度，为显著，比较显著，不显著) 通过正交试验的各因素水平