（纺织化学与染整工程专业论文）多异多重变形涤纶长丝仿毛织物服用性提高研究.pdf

北京服装学院2 0 0 5 届硕 ：学何论文 多异多重变形涤纶长丝仿毛织物服用性提高研究 摘要 本文借助扫描电镜，观察多异多重变形涤纶长丝仿毛织物磨擦后纤维纵 向表面形态，发现纤维出现类似原纤化的纰裂现象，并对其产生的原因进行 了初步探讨；研究了多异多重变形涤纶纱及其仿毛织物的吸湿导湿性能，测 试了纱线及织物的回潮率、毛效、透湿量、透气率，比较了纱线的吸湿性与 织物的吸湿性之问的内在联系；测定并比较了原液着色仿毛织物与普通方法 染色仿毛织物的耐光牢度。 试验结果表明： 多异多重变形涤纶长丝由于其纺丝工艺的特点，形成皮芯结构和折叠链 一樱状微原纤结构，以及纤维的五叶形截面，使其在受到磨擦应力时，结晶 度没有发生改变，但折叠链结晶的大部分转化为伸直链结晶，因此易发生类 似于原纤化的纰裂现象。为求改进，可以通过改变纺丝工艺、纤维的后加工 工艺及织物的后整理工艺的参数来实现。 对于多异多重变形涤纶长丝来说，初生丝的后加工工艺、色母粒的添加 量、纤维截面形状、纤维的细度对纱线的吸湿导湿性能都会产生影响，而吸 湿导湿性能好的纱线，用其织成的织物的吸湿导湿性能也较好。 将原液着色技术应用于仿毛织物，可以简化工艺、减少废水的排放，基 于化学键合的色母粒技术实现了染色基团与被染色对象在分子水平上的结 合，它的最大优点是既保持了染( 颜) 料的优点又克服了它们的不足之处， 由于染料( 颜料) 微粒的比表面积小，相应地受紫外线破坏少，因而有效地 1 北京服装学院2 0 0 5 届硕士学位论文 提高了仿毛织物的耐光牢度。 关键词：多异多重变形涤纶长丝仿毛织物原纤化吸湿导湿原液着色 耐光牢度 独创性声明 y 7 1 8 9 3 0 本人声明所呈交的学位沦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。据我所知，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，也不包含为获得j 匕宝月匮苤堂院 或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我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说明并表示谢意。 学位论文作者签名：本白尢 签字f = i 期：叼r 年嘲墨日 ) j 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j 匕立月匮苤堂随有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权北京服装学院可以将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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：事匆元新签名滩镛新 缎叙 签字同期：泖岁年弓月f n签字日期：埘年弓月7 同 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 电话 邮编 北京服装学院2 0 0 5 届硕十学位论文 t h es t u d y0 nt h e o r ya n di m p r o v e m e n to ff a b r j cf r o mp e t f i l a m e n tw i t hm u 【t i v a r i a n c ea n d m u l t i - c o m p o s i t e - t e x t u r e dt e c h n i q u e s a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h ec r o s ss e c t i o na n ds u r f a c es e c t i o no f t h em u l t i d i f f e r e n t i a l t e x t u r e d p o l y e s t e r f i l a m e n tw e r eo b s e r v e d u s i n g a s c a n n i n g e l e c t r i c m i c r o s c o p e ( s e m ) a f t e rt h e f a b r i ch a db e e na b r a d e d ，t h em u l t i l t i f f e r e n t i a l t e x t u r e dp o l y e s t e rf i l a m e n tt e n dt om i c r o f i b r i l l i z e d t h e o r e t i c a le x p l a n a t i o no f f i b r i l l a t i o nm e c h a n i s mi sm a d eo nt h eb a s i so f t h es u p e rm o l e c u l a rs t r u c t u r e ；t h e a b s o r b e n tq u a l i t ya n dw a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t yo f t h em u l t i - d i f f e r e n t i a lt e x t u r e d p o l y e s t e rf i l a m e n t a n df a b r i ca r ea n a l y z e d t h em o i s t u r er e g a i na n dc a p i l l a r y e f f e c ta n dm o i s t u r ep e r m e a b i l i t ya n dp e r m e a b i l i t yd e g r e eo f t h ey a ma n df a b r i c a r et e s t e d ；t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ea b s o r b e n tq u a l i t yo f t h ey a ma n dt h e a b s o r b e n t q u a l i t y o ft h ef a b r i ca r ea l s oa n a l y z e d ；t h el i g h t f a s t n e s so ft h e w 0 0 1 1 i k ef a b r i cu s i n gs p u n d y e i n ga n dw o o l l i k eb e i n gd y e db y t h e r m a ll i q u a t e d y e i n g i st e s t e d t h er e s u l ts h o w st h a t ： s k i n c o r e s t r u c t u r ea n d s u p e r m o l e c u l a rs t r u c t u r ea n dp e n t a g o n a l c r o s s 1 北京服装学院2 0 0 5 届硕士学何论文 s e c t i o na r ef o r m e dd u r i n gt h es p i n n i n gp r o c e s s t h e s ep r o p e r t i e so fs t r u c t u r e m a d et h ef i b e r st e n dt o f i b r i l l a t e du n d e rm e c h a n i c a ls t r e s s t h e s p i n n i n g p a r a m e t e r s a n d a f t e r t r e a t i n gp a r a m e t e r s w h i c h m i g h t i n f l u e n c et h ef i b e r s s t r u c t u r e sa r et h ec a u s e sf o rp r o d u c i n g t h ef i b r i l l a t i o n t h em u l t i - d i f f e r e n t i a lt e x t u r e dp o l y e s t e rf i l a m e n ti sas y n t h e t i cf i b e rw h o h a st h ev a r i a n c et i t e r ，t h e r m a ls h r i n k a g e ，c r o s ss e c t i o n ，c r i m p ，r i g i d i t y a n dt e n s i l e m o d u l u s i ti sm a d e f r o m p o l y e s t e rb y m e a n so f m u l t i c o m p o s i t e t e c h n i q u e ，s u c ha sa i r - j e tb u l k i n g a n d a i r - j e ti n t e r l a c i n g s ot h ec a p i l l a r ye f f e c t o fs k i nf i b e r si sd i f f e r e n tt ot h ec o r ef i b e r s t h ee f f e c t so f t h ep o s t t r e a t m e n to f p r e o r i e n t e dy a r na n dq u a n t i t y o fc o l o r a n ta n dt h ec r o s ss e c t i o no f f i b e ra n dt h e f i b e rf i n e n e s sa r ei n v e s t i g a t e d t h es p u n d y e i n gi saw a t e r l e s sd y e i n gp r o c e s s ，i nw h i c ht h e e m i s s i o no f w a s t e w a t e ri sa v o i d e d t h et e c h n i q u eo f c o l o r a n tc o u l di n c o r p o r a t ed y em o i e t i e s i n t ot h ep o l y m e rc h a i n s ot h ep o l y m e r i cd y e s c o m b i n et h e p r o p e r t i e s b o t h k e e p i n g e x c e l l e n c e sa n d c o n q u e r i n gd i s a d v a n t a g e s a n d t h ef a s t n e s so ft h ef a b r i c i si m p r o v e d k e y w o r d s ：m u l t i d i f f e r e n t i a l t e x t u r e dp o l y e s t e rf i l a m e n t f i b r i l l a t i o nm o i s t u r e t r a n s p o r ts p u n d y e i n g l i g h tf a s t n e s s 2 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 第一章文献综述 1 ，1 涤纶仿毛的发展历史 由于毛纤维自身独有的一些特性，使得羊毛织物具有一系列其它天然纤维和一般化学 纤维不具备的独有的结构特点和性能1 。 毛织物的特点是纱线间间隙较小，接触较紧密，纱线内纤维问间隙较大，相邻纤维间 多为点接触，很少为紧密的线接触，呈蓬松结构，使其中蓄有大量空气。在空气静止条件 下，具有良好的保暖性能，在层间有气压差时，具有良好的透气性能。总的讲毛织物具有 良好的蓬松性、弹性、吸湿性强、保暖性好、不易沾污、光泽柔和、手感柔软，丰满滑糯， 色泽高雅、具有一定的穿着舒适性2 。但由于近年来合成纤维的迅速发展以及羊毛原料的 相对短缺和价格昂贵，使得开展化纤仿毛的研究越来越受到国内外纺织界的重视，由此掀 起一股“仿毛热”。 涤纶纤维具有优良的机械性能，其综合性能与羊毛纤维接近，而弹性、洗可穿等特点 还胜过羊毛，但吸水性、染色性、抗静电性及抗起毛起球性较差。 国外涤纶长丝用于服装始于2 0 世纪7 0 年代，1 9 7 1 1 9 7 2 年p o y - - d t y 3 2 艺用于工业化 生产，1 9 7 4 9 7 6 年，d t y 织物的服装在国外很流行，直至1 9 7 6 年以后，由于这类织物的 易勾丝、起球和粘灰而走下坡路。但是，国外的化纤工作者在合纤的材料改性( 包括物理 改性和化学改性) 方面取得了较大的进展，出现了一系列差别化纤维，从而成为仿毛产品 的主流。 八十年代中后期，美国、日本等发达国家投入大量的资金开发出了多种规格的细旦丝、 各种不同截面的异形丝、常压沸染c d p 丝、异旦异收缩丝、共纺丝、超细丝、中空微孔高 吸湿丝等仿天然纤维的第二代长丝，在手感外观方面达到了近乎以假乱真的程度，如杜邦 公司的塔丝纶系列产品、日本帝人公司的m i i p a 系列产品、钟纺公司的薄型法兰绒产品等。 随着高速纺丝及空气变形技术的快速发展，以此为基础形成一系列新的仿毛技术，此 外，细旦化技术、异形纺丝技术、混纤技术、复合假捻加工技术、气流加工技术等，有助 于开发出毛型感强、滑爽、挺括的系列仿毛产品3 。 我国长丝仿毛的历史比国外晚了近十年，最早使用的涤纶低弹长丝具有强力好、初始 模量大、尺寸稳定、蓬松性好等特点，适宜于织造仿毛织物，但其变形恢复性、柔软性和 光泽柔和性欠佳。1 9 8 0 年以来，我国大量引进了涤纶高速纺设备、低弹丝机和各种空气变 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 形机，推动了空气变形加工法的研究。我国在“六五”、“七五”、“八五”计划的国家重点 科技攻关项目中提 h 了“仿毛像毛、以假乱真”、“精细加工、像毛超毛”等目标，并在化 学短纤混纺、纯纺生产仿毛产品的同时，开展了化学纤维长丝生产仿毛产品的研究。 近几年来，随着多异多重变形涤纶长丝技术的发展，涤纶细旦化已不再是难题，采用 粗细结合的路线，采用复合变形技术和不同原料混纤技术，开发手感丰满、滑糯，舒适感 强、性能优异的仿毛织物，已有突破性进展。总后军需装备研究所把纺丝工艺和后加工技 术结合起来，通过化学改性和物理改性，经过多重变形加工和复合方式并采用先进物理技 术生产出多异多重变形涤纶纱。 12 多异多重变形涤纶长丝仿毛织物的生产研究现状与发展前景 1 21多异多重变形涤纶长丝仿毛织物的生产研究现状 多异多重变形涤纶纱，是一类比较有特点的新型仿毛化纤纱，它是通过化学改性和物 理改性，生产出具有异线密度、异收缩、异截面、异刚性的多异长丝，采用了异形特种唢 丝板特种预取向丝( p o y ) 技术、牵伸丝( d r ) 生产技术、牵伸变形丝( d t y ) 技术、空气 变形丝( a t y ) 技术和并合网络丝( n s y ) 生产技术等，通过超喂、混捻、包芯等多种复合 方式形成具有内、外层不同结构的特种变形复台纱。纱的外层是具有异形截面( 如四角、 1 i 叶等) 形状、低收缩率、较细的长丝，而纱的内层是具有不同截面( 如六角、八角、圆 形等) 形状、高收缩率、较粗的长丝。因而，这种复合纱具有外松内紧、外柔内刚、外细 内粗、外曲内直的特性。细丝赋予织物良好的皮肤触感和柔软性能，粗丝赋予织物挺括和 抗皱性能，高低不同收缩率经过染整加工时赋予织物蓬松性能，使纱线更具有毛纱的内紧 外松的特征，异型截面一方面减少了织物的极光，使面料具有毛织物般的柔和光泽，另一 方面增加了织物的导湿、排汗等性能4 。 耐久抗静电技术、电晕辐照技术、原液着色技术等的应用，使得仿毛织物具有手感柔 软、滑糯、悬垂性好，毛型感强、染色牢度好等优点，适合做高档外衣面料。尤其是涤纶 原液着色技术不仪简化了工序、提高织物的各项色牢度，而且节约了能源，减少污水排放， 有效地保护了环境，符合当今环保发展的趋势。 有关文献5 对于多异多重变形涤纶长丝的结构设计、成型理论、工艺路线选择做了详 细的研究和论述，确定适宜的染整工艺为：坯布检验一配布一碱减量一染色一脱水、开幅 一烘干一轧整理剂一烘干一热定形、蒸呢、验布一包装，与普通涤纶织物染整工艺相比较， 多异多重变形涤纶长丝织物增加了碱减量与蒸呢两道工序。多异多重变形丝适宜碱减量范 围为8 1 0 ，温度为1 2 0 。c 。减量后的织物柔软性增加，光泽柔和，具有滑糯的仿毛感。 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 蒸呢后多异多重变形涤纶长丝织物综合手感提高，蓬松感得到改善。对于经纬向都采用多 异多重复合空气变形丝的产品，蒸呢的主要作用是消除纤维和纱线之问的内应力。因此造 成经向弯曲刚度下降，纬向弯曲刚度变化不大，织物经向拉伸和斜向拉伸性能增大，纬向 拉伸变化不大。蒸呢使织物成形性变好，熨烫性能好，裤线易保持。经向采用多异多重复 合网络变形丝，纬向采用多异多重复合空气变形丝织造的织物，由于网络丝内层与外层之 间收缩率有差异，造成了蒸呢后芯层粗丝受热充分收缩，经纱弯曲刚度得到明显改善，纬 向弯i f i 刚度变化也很大。蒸呢造成织物成形性变好，但服装制作中裤线不易形成且难保持 6 。在多异多重变形丝的性能方面，不仅测试了织物的基本物理性能、力学性能、各种条 件下的折皱性能，而且为了测试评价多异多重变形涤纶长丝织物在夏季热湿条件下的舒适 性能，进行了相应的物理、生理和主观评价研究，提出了相应的热湿舒适性的预测方程， 确夔了夏服热湿舒适性评价标准采用暖体假人( 静止暖体假人、运动暖体假人) 测试设备 进行测试，并采用克罗( c l o ) 值表示织物热舒适程度7 。手感测试采用川端式手感评价 系统k e s ( k a w a b a t a se v a l u a t i o ns y s t e m ) 、澳大利亚织物手感测试系统f a s t l ( f a b r i c a s s u r a n c eb ys i m p l et e s t e r ) 。 对变形长丝热收缩率和强伸度分布进行了测试，剖析了军港纶中单纤维的沸水收缩 率、干热收缩率、强力、断裂伸长率的分布特征，分析了这些分布特征与复丝断裂伸长曲 线、热收缩率的相互关系8 ；在染色方面，对变形长丝的染色均匀度及检测方法进行了研 究，并筛选出适合的染料9 。原液染色、电晕辐照和有机导电纤维，在多异多重变形化纤 仿毛织物中得到了广泛的应用。 1 22 多异多重变形涤纶长丝仿毛织物的发展趋势 涤纶纤维仿毛技术逐渐向多元化方向发展，新聚酯p t i 、p b t 、改性聚酯c o - - p e t 已 经可以从实验室走向商品化舞台，特别是改性聚酯。随着第三、第四单体的合成技术成熟， 原料成本进一步降低，成品质量更趋稳定。通过原料的调整和改性，包括共混来解决仿毛 产品染色问题是最具成效的。 从纺丝工艺技术发展角度，改变纤维的外观形状已经是仿毛纤维的主要特色之一，而 非对称冷却成形、复合纺丝、花色纺( 合股) 、b c f 、混纤等新技术更为仿毛纤维的生产提 供了条件。 纺前着色、添加剂改变纤维的功能或增加功能、纤维在纺纱过程的加工技术变化、在 织造过程的工艺革新和织物整理过程的技术进步，使仿毛产品的综合优势得到充分体现， 加工流程上的技术互补，使产品综合性能发挥得淋漓尽致，加工成本更低、产品质量更贴 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 近实际、品种变化更快、市场应用领域不断扩大是仿毛纤维技术发展的最大特点。 今后仿毛织物的发展方向，不仅是在外观上的相似、手感上的近似，而且还要达到与 毛织物的各种性能可以类比。原料组分应趋于多元化，利用各组分的不同性能来满足仿毛 织物的不同需要；在织物设计中，组织结构、经纬密度、织物紧度等进行合理的选择配置； 而且还要开发具有超越天然羊毛、羊绒的特点，并且附加有抗静电、阻燃、防污、抗菌防 臭、芳香、防霉防蛀、高弹性，超轻保暖等功能的仿毛织物“。 1 3 本课题的主要研究内容 目前发现，多异多重变形涤纶长丝仿毛织物在服用过程中存在着一些缺点，如在穿着 过程中有起白毛现象且耐磨性不理想、吸湿排汗性能和耐光牢度低等。 本文_ 丰要对变形化纤的起白毛现象、吸湿导湿性能、耐光色牢度等进行研究。具体分 为以下几个方面： l 、研究多异多重变形涤纶长丝产生白毛现象及耐磨性不理想的原因、影响因素、对 织物性能的影响； 2 、研究多异多重变形涤纶纱及其织物的吸湿导湿性能，分析其影响因素。 3 、研究原液着色多异多重变形涤纶长丝仿毛织物的的耐光色牢度，并与常规染色织 物进行了对比。 具体内容分为如下三章进行讨论。 第二章涤纶纰裂现象的研究 2 1 引言 2 1 1 涤纶纤维的纰裂及其表征 纰裂，指纤维在快速和过度的张力或剪切应力作用下，产生纵向开裂，并进一步形成 更多、更细的纤维的现象。其结果是使得含有该种纤维的织物产生一种绒面的外观，不美 观，可洗烫性差，使后续加工难度加大”。 造成纤维纰裂的因素是多方面的，一般认为，除了要有必不可少的外界应力( 如磨擦、 振荡和超声波) 外，纤维的超分子结构是纰裂产生的主要原因”。 对于l y o c e l l 纤维的原纤化现象及产生的原因、解决办法等报导的较多，对于涤纶、 锦纶等纤维的原纤化现象目前尚无报导。 对于纤维的原纤化程度的测量和表征方法，至今国际上尚无较成熟的测定方法或公认 北京服装学院2 0 0 4 届硕| ：学位论文 的测试仪器，但在讨论l y o c e l 纤维原纤化性能时，其原纤化程度通常由一定条件下发生 原纤化的时问或程度来表征。在讨论涤纶纤维纰裂现象时，可以借用这一表征方法。目前 应用的方法按照作用应力的不同可以分为振荡法和湿磨擦法，一般用超声波振荡处理、反 复洗涤试样和干湿磨擦法使纤维表面产生原纤，然后观察织物表嘲形态和用织物表面色泽 变化来说明纤维表面的原纤化程度。“振荡测法”的具体方法如下：将8 根单纤维切成2 0 r a m 长的试样，浸泡在容积为2 0 m 盛有4 m l 蒸馏水的试样瓶中，用机械猛烈振荡9 h 后，用显 微镜检测纤维样卡进行评等，这种分级法比较相糙，即使采用统计法，由于微纤通常弯曲 存在，长度不易测得，只能是根数的计算，这在反映原纤化程度时就很不完全，因为原纤 化程度的强弱，纰裂微纤的长度是很重要的方面。也可采用湿磨擦法测定，具体方法为 使预先夹紧在湿旋转轴上的单根纤维处于磨损受力状态，使轴旋转直至纤维断裂，耿其旋 转数，定义为湿磨损数。湿磨损数愈大，表明抗原纤化性能愈好，这一方法和纤维或织物 的实际使用情况更相符。虽然纤维的强度、脆性等会对结果产生影响，当一系列样品相对 比较时，该方法的实用性还是很高的。 纤维纰裂评等按原纤纰裂程度分为6 级“： 1 级：纤维表面出现裂纹，使细绒毛的端部出现； 2 级：纤维上出现少量的较短的原纤或巨原纤： 3 级：纤维上出现较多的毛绒，且相当数量的毛绒的长度较长； 4 级：纤维损伤严重，大量毛绒出现，局部出现或包缠： 5 级：纤维损伤严重，成片出现毛绒及大的巨原纤束或它们的缠结片； 6 级：纤维崩溃，分离成原纤或巨原纤。 2 1 2 涤纶纤维的结晶度、取向度及其表征 刚成型的涤纶初生纤维，由于没有结晶度，而且只有较低的取向度，纤维的结构基本 上属于无定形，表现出的物理一机械性能都很差，远不符合纺织加工的要求，所以必须经 过拉伸、定型等一系列的后加工，使纤维的超分子结构、表面形态等发生变化，形成稳定 的结构和应有的物理一机械性质。从超分子结构角度看，拉伸过程的机理就是促进大分子 沿纤维轴方向的取向，取向度高能促使结晶速率提高。 经过拉伸后，纤维的聚集态结构发生了很大的变化，但是分子链间的某些部位会形成 联结点，仍然存在内应力，部分链段呈紧张状态，处于热力学不稳定状态，所以必须进行 热定形，以消除拉伸产生的内应力和缺陷结构。热定形时的高温促进了纤维大分子的运动， 结晶的熔融和再结晶使内应力得到松弛，链段从束缚中解放出来，无定形区的一部分链节 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 在应力作用下会发生重排，形成晶核，而后急速地扩大结晶，因而提高了纤维的结晶度和 取向度。 纤维的取向度通常用双折射n 表示，它由纤维的晶区取向和非晶区取向组成，热定 形时的应力对纤维取向度的影响很大。 2 2 试验部分 2 2 1 试验材料 由总后军需装备研究所提供的b 0 7 8 色织哗叽( 坯布、减量后、定形后、轧烘后、蒸 呢后) ，j g n 一0 正常军港呢，j g n 一9 圆截面军港呢，j g n 一5 浅沟槽军港昵，j g n7 涤锦复合 布，b 0 6 9 军港呢( 样品由总后军需装备研究所提供) 2 2 2 试验仪器 k y k ys b c 一1 2 小型离子溅射仪 j s m 一6 3 6 0 l v 型扫描电子显微镜 英国锡尔公司生产的马丁旦尔耐磨仪 1 小州学椿式会社小的嗍 x j b 犁x 射线衍刻仪 美国n i c o l e t 公司傅立叶变换红外光谱仪n e x u s 6 7 0 一f t i r ，配用a t r 附件 2 2 3 试验方法 ( 1 ) 试样按照f z t2 0 0 2 0 1 9 9 9 毛织物耐磨试验方法磨擦一定的次数后，将织 物试样剪成约l c m 见方，用导电胶粘附在载物台上，然后在小型离子溅射仪上进行镀金处 理后，置于扫描电镜下观察，根据需要拍下照片。 ( 2 ) 观察并拍摄b 0 7 8 色织哗叽坯布、减量后、定型后、轧烘后及蒸呢后织物上纤维 的电镜照片。 ( 3 ) 用衰减全反射法，测得磨擦前、后试样表面的红外光谱图，经a t r 校正、基线 校正和光滑处理后测褥a 9 8 8 a 9 7 3 的比值。 ( 4 ) 采用x 射线衍射法，测定仿毛织物磨擦前后的结晶度。测试条件：铜靶，镍过 滤；管电压：4 0 k v ，5 0 m a 2 3 试验结果与讨论 2 3 1 涤纶纰裂现象的观察 多异多重变形涤纶长丝仿毛在使用过程中，经过磨擦后出现起“白毛”现象，这严重 地影响了服装外观和使用。 为分析其产生“白毛”的原因，将多异多重变形涤纶长丝仿毛军港呢、军港哔叽按照 1 0 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位沦史 f z t2 0 0 2 0 一t 9 9 9 毛织物耐磨试验方法分另l j 磨擦t 0 0 0 次、2 0 0 0 次、3 0 0 0 次和4 0 0 0 次后如图l 所示，用肉跟观察即可看出，布面上有“自毛”产生。将磨擦后盼试样经喷渡 后在扫描电镜下观察，发现磨擦君织物上的纤维有纰裂现象( 如图2 ) 。 圈1 仿毛哗矾磨擦3 0 0 0 淡圈2 织物上纤维前纰裂现象 由于纰裂的产生与纤维的超分子结构有关，所以凡是影响纤维超分子结构的因素都可 能引起纤维的纰裂。对于多异多重变形涤纶长丝来说，影响其结构性能的因素一般有纺丝 工艺条件、后加工工艺以及后藤理工艺条件。 2 3 t t 与l y o c e l t 纤维产生原纤他现象的比较 l y o c e l l 纤维原纤纯掳产生其有以下特点： 1 、1 , y o c e 1 纤维必须处在渝膨胀状态。干态下的l j o c e l l 纤维呈现较强的塑性面难以 产生原纤忧。 2 、机械外力的作用，特别是机械压力及磨擦力是l y o c e t i 纤维产生原纤化必不可少 的条件。在其他条件不变的情况下，l y o c e l l 纤维原纤化速度及程度与机械外力作用大小 呈现正相关关系。 3 、n a o h 溶液的浓度对l y o c e t 纤维的原纤化程度存嚼显盼影响，l y o c e tl 纤维在一 定浓度的n a o h 溶液中比在纯水中韵原纤化程度严重。嗣样条什下当n a o h 浓度小于1 1 时，l y o c e l l 纤维的原纤化程度随n a o h 溶液浓度的提高而加重。 l y o c e i i 纤维雅纤化的产生机理是：l y o c e l i 纤维是由巨原纤高度平行排列组成，中 河夹有无定形区。当纤维被水浸润后，无定形区会发生膨胀，使巨原纤闻的联系减弱，显巨 离增大，尤其是在n a o h 溶液中，由于n a 离子结合着更多的水分子，从而使无定形区产生 更大程度的膨胀，使巨原纤之间距离大大增加，当有磨擦、挤压等机械外力作用时，无定 形区破裂，导致巨原纤同联系减弱并使某些巨原纤束扶纤维中分离出米，最终产生原纤化 现象，如图3 ”。 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 图3l y o c e l l 纤维的腺纤化现象 虽然从表面卜看，涤纶的纰裂现象与l y o c e l l 纤维的原纤化现象有些相似，但多异多 重变形涤纶长丝仿毛织物在干态磨擦时即可产生纰裂现象。这说明多异多重变形涤纶长丝 的产生纰裂的机理与l y o c e l l 纤维的有所不同，有其独特的特点。 2 3 1 2 染整加工对织物上纤维形态的影响 涤纶纤维属热塑性纤维，因而在纺丝、织造及印染加工时，会因受力而产生形变。为 提高多异多重变形涤纶长丝织物的仿毛效果，需进行适当地后整理。对于多异多重涤纶长 丝仿毛织物而言，为了改善织物柔软性、蓬松性、手感、透气性、极光等特性，需要进行 碱减量加工；要获得稳定的结构，则需对织物进行定型，织物在浸轧整理剂后，在热和张 力作用下，织物中纱线的热收缩作用受到限制，结晶度及取向度会发生变化，使其刚性有 所增加，硬挺度增大，加上助剂的柔软作用，使织物具有刚柔相济的特点，挺括性较好； 多异多重变形涤纶长丝由于其性能的特殊性，内层粗线遇到高温以及压力条件会发生轻度 收缩，造成织物手感硬板、活络度差、极光较强。为了改善这种状况，采用了蒸呢工序。 为了分析织物的后整理工艺是否对多异多重变形涤纶长丝的纰裂倾向产生影响，迓 拍摄了b 0 7 8 色织哔叽坯布、减量后、定型后、轧烘后及蒸呢后织物上纤维的电镜照片； 照片如图4 、5 、6 、7 、8 。 图4 色织哔叽生坯 图5 色织哗叽减量后 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 图6 色织哗叽定型后图7 色织哔叽轧烘后 图8 色织哗叽蒸昵后 从上面的照片中可以看出，经过碱减量、热定型、轧烘和蒸呢等加工处理后，纤维的 外观形态并没有发生变化，这一点与天丝情况是明显不同的。 考虑到织物可能存在残余内应力，将织物剪成2 0 c m x 2 0 c m ，仿毛织物的热定形温度 一般为1 9 0 1 9 5 。c ，因此在试验中选取1 6 2 。c 、1 4 6 。c 、1 3 0 。c 三个温度，将织物分别置于 这三个温度下，各焙烘3 0 m i n ，取出后测量织物的尺寸，计算织物的收缩率( 数据如表1 ) 。 表1 不同温度下织物的收缩率 1 3 0 】4 6 1 6 2 经向纬向经向纬向经向纬向 收缩率 o 5 o2 1 5 3 3 由表中的数据可以看出，在1 3 0 时焙烘，织物收缩率很小，几乎没有收缩；在1 4 6 时，收缩率在1 5 2 ；在1 6 2 c 时收缩率为3 。这个结果说明经过染整加工后织物 中残存的内应力不大，不会对织物的性能造成太大的影响，同时也说明多异多重变形涤纶 长丝仿毛织物的定形工艺是合理的。 2 3 1 3 初生丝后加工工艺的影响 涤纶初生纤维的热牵伸决定着纤维最终的内在结构，对强度、模量、热收缩率、卷曲、 北京服装学院2 0 0 4 届硕十学位论文 形态稳定性等有很大的影响。热牵伸时，极容易发生结晶过程，在有拉伸应力作用下，有 利于束状核( 又称为束状胚胞) 的生成和成长，也就是容易发生束状结晶，即伸直链结晶。 由图9 照片可看出，i 叶形截面纤维牵伸后，纤维纵向截面沟槽有裂缝。 纤维的热定形促进了纤维大分子的运动，链段从束缚中解放出来，内应力获得释放， 而且无定形区的暗口分链节会形成折叠链结晶，因而提高了纤维的结晶度，最终形成折叠 链一樱状微原纤超分子结构。 a 牵伸前b 牵伸后 图9 五叶形纤维牵伸前后的s 删图 2 3 1 4 纤维截面形状的影响 纤维截面形状不同，纰裂的程度和特点有所不同。图l o a 是用五叶形截面纤维织成的 织物在磨擦2 0 0 0 次后放大5 0 倍的扫描电镜照片，图l o b 是用圆形截面纤维织成的织物磨 擦2 0 0 0 次后放大5 0 倍的扫描电镜照片。 a 五叶形纤维b 圆形纤维 图l o 磨擦后织物表面电镜照片 与圆形截面纤维织物相比，五叶形截面纤维织物上起毛的情况明显地严重，说明五叶 形结构会使织物起毛的程度加重。纤维的五叶形截面主要是通过控制纺丝工艺条件实现 的，因此多异多重变形涤纶长丝的纺丝工艺可能是造成纤维易发生纰裂( 起毛) 的主要原 因。 北京服装学院2 0 0 4 屑硕十学位论文 2 3 1 5 磨擦次数越多，纰裂程度越严重 磨擦次数不同，涤纶纤维纰裂的程度也不同，试验中拍摄了b 0 6 9 军港呢磨擦前、磨 擦1 0 0 0 次、2 0 0 0 次、4 0 0 0 次、6 0 0 0 次后织物上纤维的纵向形态电镜照片，由下图中的 照片可以看出，没有经过磨擦的织物上的纤维未发生纰裂( 图11 ) ，而磨擦后的织物上有 “自毛”( 如图1 2 所示) ，磨擦次数越多纤维纰裂的程度越严重( 如图1 3 、1 4 、1 5 、1 6 ) 。 图l lb 0 6 9 磨擦前织物上纤维的照片图1 2 磨擦后织物表面起“白毛” l 一1 0 0 0 次2 - - 2 0 0 0 次 3 - - 4 0 0 0 次4 - - 6 0 0 0 次 图1 31 1 0 6 9 磨擦1 0 0 0 次 圈1 41 1 0 6 9 磨擦2 0 0 0 次 图1 5b 0 6 9 磨擦4 0 0 0 次图1 6b 0 6 9 磨擦6 0 0 0 次 j b 京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 2 3 1 6 纤维种类不同，纰裂的特点不同 从图1 7 可以看出，涤纶的特点是沿纤维轴向纰裂，原纤束的长度和形状均不规则， 呈碲条状，芯层的原纤束从纤维中钻岛来，芯层比皮层更容易发生纰裂；而锦纶的特点是 沿纤维圆周向纰裂，原纤束的长度、形状较为规则，是直径相仿的片状长条。 a 涤纶b 锦纶 图1 7 磨擦4 0 0 0 次后纤维纰裂的s e m 图 2 3 2 纰裂现象的产生机理 2 3 2 1 冷却固化条件 多异多重变形涤纶长丝纺成异形截面形状是通过控制温度、喷丝孔形状、冷却条件等 实现的，所以温度、冷却条件等对纤维的结构会有很大的影响，因此对不同纺丝温度和不 同冷却固化条件下纺出的纤维，拍摄纵向截面电镜照片。观察纺丝条件对纤维的影响。 分别在2 2 0 。c 、2 5 0 。c 、2 6 0 。c 、2 7 0 。c 、2 8 0 。c 条件下纺丝，在初生丝刚挤出喷丝孔后 就立即取样，使丝条急剧冷却，然后在扫描电镜下观察纤维的纵向表面形态，结果如图 1 8 、图1 9 、图2 0 、图2 l 、图2 2 所示，不论是2 2 0 。c 的正常纺丝温度，还是高于正常纺丝 温度的2 5 0 。c 、2 6 0 。c 、2 7 0 。c 、2 8 0 。c ，纤维的表面均发现存在明显的损伤和缺陷。这些 损伤和缺陷可能是纤维急剧冷却过程中产生的，当受到磨擦外力时，极可能造成纤维发生 纰裂。 图1 82 2 0 c 纺丝 1 6 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 图1 92 5 0 。c 纺丝 图2 12 7 0 1 2 纺丝 图2 02 6 0 c 纺丝 图2 22 8 0 y ：纺丝 2 3 2 2 纺丝温度 在试验中采用正常冷却条件，改变纺丝温度，观察f 常纺丝温度纺出的初生丝和成品 丝的外观( 图2 3 ) ，并观察在2 5 0 。c 、2 6 0 。c 、2 7 0 。c 、2 8 0 温度下纺出的初生丝利成品丝 的外观。 图2 4 为纺丝温度为2 5 0o c 时，初生丝和成品丝的外观照片；图2 5 为纺丝温度为2 6 0 时，初生丝和成品丝的外观照片；图2 6 为纺丝温度为2 7 0 。c 时，初生丝和成品丝的外 观照片；图2 7 为纺丝温度为2 8 0 c 时，初生丝和成品丝的外观照片。 当冷却条件正常时，纺丝温度升高，从现有的样品观察，没有发现纤维上出现缺陷和 9 h 观损伤。 a 初生丝 图2 3 2 2 0 1 7 b 成品丝 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 a 初生丝 a 初生丝 图2 42 5 0 图2 52 6 0 b 成品丝 b 成品丝 a 初生丝b 成品丝 图2 62 7 0 a 初生丝 图2 72 8 0 b 成品丝 北京服装学院2 0 0 4 届硕士学位论文 2 3 2 3 纺丝过程形成的皮芯结构及微原纤结构 高聚物为热传导性质较差的物质，热量从内部高温区向表面低温区传导，丝条的径向 温度差将随纺丝速度、横向风速的增加而增加，随纤维线密度增大而减小。据文献报导“， 皮层与芯层之间只要有微小的温度差( 2 i o 。c ) ，就会造成相对粘度大约1 0 4 0 的 差别，而径向粘度梯度会引起纤维径向应力的不均匀分布。 多异变形涤纶长丝要取得预定的截面形状及性能，应在纺丝时保证熔体快速牵伸丝 条快速冷却固化。在丝条熔体牵伸( 凝结固化以前) 阶段中，纤维周向液气界面的界面张 力使纤维形态变化至预定的形状。在熔体温度降到熔点以下时，熔体将凝结固化。凝结固 化开始后，由于单丝界面中的热能是由中心向四周通过界面向空气散失，因而凝结固化苗。 先是单丝的皮层，然后逐渐向芯层发展。随着降温过程，纤维的密度逐渐增高，形成彳i 同 结构的皮芯层( 图2 8 ) ，这导致内外层交界处容易产生裂缝和裂纹。对于纤维外层来说， 在磨擦应力下它受到的负荷总是超过内层；而当纤维受到弯曲负荷时，外层受到的弯曲也 总是超过内层，因此这种皮芯差异会降低纤维的抗弯曲性能、抗疲劳性能以及抵抗动态负 荷作用的能力”。这导致皮芯层交界处容易产生裂缝和裂纹，进而引起纤维的纰裂。而且 皮层致密的结构可使纤维的破坏表现为一个缓冲过程，从图2 9 的s e m 照片可以看出纤维 由外向内逐层纰裂，也证明了上面的观点。纤维的纰裂情况见图3 0 。 图2 8 磨后纤维的截面形态 图2 9 纤维由外向内的纰裂过程 图3 0 纤维的纰裂情况 f l 。 捌 , 磷5 1 a , 5 0 1 9 翁丝 撂伸辑款 热建形 图3 1 加工过程中取向度的变化 l 尕崛装。了：| 虢2 0 0 4 膈硕、】。1 何沦殳 2 3 2 4 结晶度、取向度过高 与常规丝相比，仿毛涤纶纤维纺制时的速度夺3 0 0 0 m 7 m jn 以上，聚酯熔体在喷毖孔t f j 的切变速率高，弹性因子增大；丝条在纺程上承受的轴向抽伸应力火，易出现结晶和取向 现象，具有更高的取向度。 舯f 彤异丝涤纶氏丝在加【过程中丝的取f i ：l 】度变化如图3 l 。 从h ： 1 中叫以看剑，纺丝时f l g j 生丝取向度很小，经过拉i l l 肟，毖的取向皮锓并增 大，随后存放和热定形取向度变化不大。 采刚广角x 射线行亍射乃法由扫描曲线求仿毛长丝的缔黼度，并计算结晶区】 ) c 向度( _ i 6 粒墩川芝) 、定频声速测黔声震动模虽暇向度。j ij 知仿毛涤纶长丝n 勺宝卉，讯度羽i 耿向度均较 【确( 如表2 ) 。1 岛般f f l j 度使原纤沿 r 维轴排列整齐，使原针删t t 9 t | j 1 4 向内聚力减小，踢造成 纤维的纰裂，取向度的提高使纤维的纰裂倾向加人。 表2 两种仿毛长丝的结晶度和取向度 x 衍射 自d 俊 品粒取向度 声速敬向系数卢速( k m s ) 纤维r w t 种 ( ，) ( ) 1 6 7 d t u 7 4j 同线密 4 i4 9 l ：3 ( ) 8 9 7 6 4 2 1 0 j 度牵仲丝 【l7 2 d t ；i 4 8 f 异线密 _ 62 9 040 7 9 9 ：j：；( ) 。7 i 眨牵仲丝 2 3 2 5 截面异形度过大 ! r 辫憾巾j 异形俊过大，表衙纵向沟槽过深，单丝如粜受剑重复弯曲和理复 “转作j h 力 i s ，托坛处心力会过度集中容易纰裂分丌。侧i 吹m 更加蘑了内应力集中，更容易发生纰裂。 j ( ；n 一5 浅沟槽军港呢使用的“叶形纤维沿纤维轴向有浅沟槽，磨擦2 0 0 0 次后纤维的 纰裂情况见图3 2 a ，纤维沿轴向发_ i 纰裂，望碲条状，盟砰条较长。从纤维的力学性能分 析，叶形纤维截面，中心部分互相连结，而i 叶部匾相分离，特别是1 i 叶形戡_ 【：i i i 单丝在磨 擦州受到扭转j j 矩并产生较大扭转变形时，扭转剪切应力将集中存截面的叶根部分，结合 力较弱的无定形区就会裂丌。一嗵单丝沿叶根裂丌，就会沿着纤维辅向发展，成为多条，i 棚1 断续相连的独立体，即发生纰裂( 如图3 2 t ，) 。 北京服装学院2 0 0 4 屑硕十学位论文 ab 图3 2 五叶形纤维磨擦2 0 0 0 次后的s e m 图 2 3 2 6 磨擦过程的影响 高速纺丝制取的涤纶纤维与普通涤纶纤维样它们的纤维结构模型属于折叠链 一樱状微原纤结构，折叠链是指柔软性较好的大分子主链折叠起来形成的结晶区，微原纤 是指结晶区尺寸中等的一类结构，由多个大分子相互规则地排列组成伸直链性质的结晶 区。因此在纤维结构中同时存在着两种结晶：折叠链结晶和伸直链结晶。他们之间在热处 理时是可以互相转化的，张力热处理可以使折叠链向伸直链结晶转化，反之松弛热处理可 以使伸直链结晶向折叠链结晶转化。在红外光谱中，9 8 8 c m 代表折叠链的特征吸收帝， 9 7 3c r l l 。1 代表伸直链的特征吸收代，在晶区和非晶区内均有存在。可利用a 9 8 8 a 9 7 3 的 变化，来衡量样品中折叠链结晶部分所占比率的变化”。 由于涤纶纤维的纰裂与纤维的超分子结构有着密切的关系，可借助红外谱图中