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物理改性腈纶抗起毛起球性能研究 摘要 腈纶是纺织工业的主要原料，其产量大、用途广，与涤纶、尼龙 并称三大合成纤维。腈纶纤维具有羊毛的特征，如很好的蓬松性和保 暖性，手感柔软；并有良好的防霉、防蛀性能；染色鲜艳且不易掉色； 有很好的耐光性能。但是腈纶纤维织成的织物，尤其是针织物，抗起 毛起球性能较差，严重影响了其服用性能。因此改善腈纶的抗起毛起 球性能对提高其利用价值具有重大意义。 本课题主要研究对象是上海石化所研发的物理改性抗起球腈纶， 此种腈纶纤维是在常规腈纶生产线上，通过改变一定的生产工艺而得 到的。通过此种工艺可使腈纶纤维内部结构产生一定的缺陷，进而使 其断裂强度、断裂比功以及勾结强度产生不同程度的降低，最终提高 抗起毛起球性能。通过一系列的试验及其分析得到以下几点： ( 1 ) 用马丁代尔起毛起球仪对相同组织结构下的常规腈纶织物与物 理改性腈纶织物进行抗起毛起球标准测试，测得分别为2 级和4 级， 可见物理改性腈纶织物的抗起毛起球性能比相同组织结构下常规腈 纶织物有了很大的提高。 ( 2 ) 改变测试方法，把相同组织结构的常规腈纶织物与物理改性腈 纶织物，在马丁代尔起毛起球仪上分别磨5 0 0 ，1 0 0 0 ，1 5 0 0 ，3 5 0 0 ， 4 0 0 0 转，观察其起毛起球情况，通过试验得知，物理改性腈纶织物 在1 0 0 0 转时毛球数达到最高的7 8 个8 c m 2 ，并且在摩擦转数达到4 0 0 0 转时，其毛球个数只有1 5 个8 c m 2 ，7 0 5 的毛球脱落掉了；而相同 组织结构下的常规腈纶织物在2 0 0 0 转时毛球数达到最高点的1 3 8 个 8 c m 2 ，当磨到4 0 0 0 转时，毛球数是1 0 0 个8 c m 2 只有2 7 5 的毛球 脱落掉了。由此可见物理改性腈纶织物的毛球脱落更彻底，在织物表 面表现出较少的毛球。 ( 3 ) 从动态平衡角度分析织物起毛起球。织物的起毛起球过程其实 是一个毛球形成与脱落的动态平衡过程，通过对物理改性腈纶织物以 及常规腈纶织物起毛起球过程的观察分析，得出两种织物的起球落球 速度的曲线图。起球速度与落球速度的大小关系决定了织物起毛起球 过程的不同阶段：起球速度 落球速度，毛球数不断增加；起球速度 = 落球速度，毛球数达到最高点或趋于平衡；起球速度 羊毛 腈纶 涤纶 棉。 三、毛球增长 c 0 0 k e 提出了纤维拉出卷入机理，解释了球的增长过程。随着纤维的进一步 缠结，球体逐渐变紧。构成起球的这些纤维一端在纱线中，另一端牢固的锁在球 体结构中，称为“固定纤维”( a n c h o rf i b e r ) 。当磨料磨过织物时，球体提供了研 磨的支点，球随着摩擦力滑动或滚动，但到受到加在最紧的固定纤维上的张力的 限制。固定纤维由于不能调整自己的排列方向与摩擦力的方向一致，造成固定纤 维所受的负荷增加。c o o k e 通过卿察发现，固定纤维的损伤或者开始于紧靠纱线 的位置，或者开始于被迫绕着另一根纤维弯曲的地方开始。损伤区域通常是一段 一段的，而且损伤区域要小于卷绕的区域，这样沿着固定纤维直深入到球体内。 因此可以得出结论，固定纤维所受的张力足以使其从纱线中拉出，增加的长度被 卷入球体中，这样球逐渐增大起来，并伴随产生一个新的损坏区。当某根固定纤 维被完全抽拔出来或断裂时，会有新的纤维卷入，即固定纤维被替换，这样球体 继续增长。 4 东华大学硕上论文 第一章概述 四、球体脱落 c o o k e 认为球体脱落归纳起来主要有两大机理： 1 、断裂：如果球体所受的摩擦负荷大于固定纤维所受断裂强力之和，则固定纤 维断裂，球体从织物上脱落。 2 、抽拔：如果球体所受的摩擦负荷小于固定纤维的断裂强力之和，而大于固定 纤维受到的来自纱线中的摩擦阻力之和，则固定纤维会从纱线中抽拔出来。球 体脱落通常是这两种机理的相互作用。固定纤维断裂和抽拔会同时发生在一个 球体上。对于松散织物结构而言，抽拔现象发生多一些；而对于紧密织物结构， 断裂情况多一些【8 ，9 ，1 0 ，1 1 1 。 而许多研究者将脱落后的断口在扫描电镜下观察发现，这些断口的形状与发 生扭转和弯曲疲劳后的断口非常相似，所以球体脱落也可能是由于固定纤维发生 疲劳后断裂所致。 第三节织物起毛起球影晌因素 影响织物起球的因素众多，归纳起来主要有纤维性能、纱线结构、织物组织 结构、染整工艺和穿着条件等几大方面。 一、纤维性能 1 、纤维强力、抗弯性及耐磨性 纤维的强力与抗弯刚度高不易起球，但抗反复弯曲能力高、耐磨能力强的纤 维，摩擦起球后不易脱落，造成织物表面大量毛球集聚，表现出较差的抗起毛起 球性能。腈纶等就是如此，故易起毛起球是腈纶织物的缺点。 容易弯曲的纤维在摩擦过程中易相互纠缠起球，因此比较粗硬的纤维比细而 柔软的纤维抗起毛起球性能好；有些纤维在形成较长的绒毛之前，已被磨断或拉 断，只剩下很短的绒毛，就不容易起球；有些纤维虽然容易形成为数众多的小毛 球，但如果纤维的反复抗弯性和耐磨性强度较弱，织物表面的毛球在继续摩擦中 很快就会脱落；异形截面纤维较一般常规截面纤维不易起球，因为抗弯刚度较大。 粗纤维较细纤维不易起球，因为不易弯曲。 2 、纤维卷曲性 纤维的卷曲波形愈多，加捻时纤维不容易伸展，摩擦过程中纤维容易松动滑 5 东华大学硕士论文 第一章概述 移，在纱线表面形成毛绒，因此纤维卷曲性越好越易起球。 3 、纤维粗细 纤维越细，暴露在纱线表面的纤维末梢就越多，纤维柔软性也越好，因此， 细纤维比粗纤维易于纠缠起球。 4 、纤维长短 短纤维比长纤维易于起毛起球，除纤维末梢数多的影响外，长纤维之间的摩 擦力与抱合力较大，纤维难以滑到织物表面，也就难以纠缠起球。 二、纱线结构 1 、纱线捻度 捻度高的纱线，纤维间的抱合紧密，摩擦力较大，纱线在受到摩擦时，纤维 从纱线内滑移相对少，起球现象减少。但是对于羊毛衫来说，因为其是柔性织物， 过高的捻度会使织物发硬，因此不能只靠提高捻度来防止起球。 2 、纱线表面光洁度 纱线表面越光洁，表面毛绒则短而少，织物在受到摩擦时毛绒不易大量纠缠 起球，所以光洁纱线不易起球。 3 、其它 长丝束纱端比短纤维纱少，不易起球；变形丝长丝束蓬松无捻，断裂后自由 端弯曲外露，易于相互纠结，较正常丝束易起球。 三、织物组织结构 1 、织物紧密性 组织结构疏松的织物比结构紧密的织物易起毛起球。结构紧密的织物与外界 物体摩擦时，不易产生毛绒，已经产生的毛绒又由于纤维之间的摩擦阻力较大， 而不易滑到织物表面上来，故可减轻起毛起球现象。如针织物结构比较疏松，一 般比机织物易起毛起球；又如高机号织物一般比较紧密，所以低机号织物比高机 号织物易起毛起球。 2 、织物平整性 表面平整的织物不易起毛起球，表面凹凸不平的织物易起毛起球。因此，胖 花织物、普通花色织物、罗纹织物的抗起毛起球性是逐渐增加的。 3 、其它 6 东华大学硕f ：论文 第一章概述 纬编织物较经编织物易起球；平针织物比罗纹织物，胖花织物比普通提花织 物容易起球，其原因与织物结构紧密度的大小、组织交叉点的多少和布面平滑程 度均有关系。 四、染整工艺 纱线或织物经染色及整理以后，抗起毛起球性将产生较大的变化，这与染料、 助剂、染整工艺条件有关。以绞纱染色的纱线比以散毛染色或毛条染色的纱线易 起球；以成衫染色的织物比纱线染色所织的织物易起球；织物经过定型，特别是 经树脂整理后，其抗起毛起球性将大大增强；短纤纱织物经过烧毛、长丝合纤织 物经过热定型都可减轻起毛起球，前者是由于自由纤维端减少，后者是由于纤维 刚性增加以及纤维间位置被固定所致。 五、穿着条件 穿着条件也是影响织物起毛起球的因素。所受的摩擦力越大，摩擦的次数越 多的部位，如肘部，袖口，领口，臀部等起球比较严重【1 2 ，1 3 ，1 4 ，1 5 ，16 1 。 第四节腈纶起毛起球特点 织物的起球性能通常受到多项因素影响，前人经过研究得出织物起球性能 与单纤维重复弯曲疲劳、扭转疲劳、拉伸断裂强度、断裂伸长、拉伸初始模量、 勾结强度这五项指标相关性较大，这五项指标高的纤维，织物所起的小球不易脱 落。由于常规腈纶的这五项指标都比较高，因此腈纶的抗起毛起球性能比较差。 起球现象在绝大部分纤维制品上都能观察到，但由于某些纤维断裂强度低， 所起的毛球在外力作用下，较易从织物表面脱落而并不为消费者所认识。腈纶分 子主链是碳一碳结构的大分子，纤维的断裂强度很高( 2 8c n d t e x 以上) ，细旦 腈纶的断裂强度更高( 高于4 5c n d t e x ) ，因此织物起球后，腈纶毛球与织物之 间连接的纤维极难断裂，表现出较差的抗起毛起球性能【1 7 】。 因此如果能够有效地降低这五项指标，而又不影响其优点，就可以开发出性 能优良地抗起毛起球腈纶纤维。 7 东华人学硕士论文第一章概述 第五节腈纶抗起毛起球改性方法 一、腈纶抗起毛起球一般改性方法 1 、整理改性法 用聚丙烯腈的溶剂处理腈纶纤维或织物，可明显提高其抗起毛起球性。例如 二甲基甲酰胺( d m f ) 是聚丙烯腈的优良溶剂，用一定浓度的d m f 在一定温度下处 理纤维或织物，其中的腈纶纤维表面有极小部分微溶发粘，相邻的两根或几根纤 维，呈点状粘合，阻止了纤维从织物中滑出，提高了抗起毛起球性；用丙烯酸酯 共聚物乳液和有机硅等整理剂处理腈纶纤维或织物，对改善织物的起毛起球性效 果明显。这是因为丙烯酸酯共聚物乳液粒子呈一定大小分布，处理过的织物烘干 后，丙烯酸酯共聚物以点状颗粒形式将纤维粘合，在外力作用下，纤维向织物表 面滑出的可能性减小，故能改善起毛起球性：有机硅类试剂，在丙烯酸酯共聚物 小颗粒及纤维表面形成一种微细的弹性膜状物，既连结纤维，又能增加纤维弹性， 使起毛纤维表面光滑，提高抗起毛起球性能。 2 、改善织物组织结构法 改善纱线结构和织物组织结构虽然有一定效果，但织物手感和外观等受到影 响。如通过增加纱线的捻度使纱线的毛羽抽出纱线的几率减少，从而控制了起毛 的机会，降低了起毛起球。但是，这样却使织物失去了一定的手感，美观也受到 了影响，因此是得不偿失的。 3 、强化烧毛和热定性法 通过此种方法，织物抗起毛起球性能得到一定提高，但同时也易使织物失去 丰满的特性，从而引起手感板硬粗糙，因此应用受到限制。 4 、聚合改性法 聚合改性法是在纤维大分子中引入第三单体，制造抗起球纤维。如可加入第 三单体聚乙二醇、聚丙二醇、邻位或间位苯二甲酸、脂肪族二元酸共聚，得到抗 起球纤维；可通过提高聚合物中丙烯腈含量( 9 0 ) ，降低第二单体组分( 8 5 ，就称为 腈纶。 2 、常规腈纶的一些性能： ( 1 ) 弹性：弹性较好，仅次于涤纶，比锦纶高约2 倍。有较好的保形性。 ( 2 ) 强度：强度虽不及涤纶和锦纶，但比羊毛高1 2 5 倍。 ( 3 ) 耐热性：纤维的软化温度为1 9 0 2 3 0 。c ，在合成纤维中仅次于涤纶。 ( 4 ) 耐光性：具有很好的耐光性能，露天暴晒一年，强度仅下降2 0 。 ( 5 ) 腈纶耐酸、氧化剂和一般有机溶剂，但不耐碱。 ( 6 ) 腈纶的制成品蓬松性好、保暖性好，手感柔软，有良好的耐气候性和防霉、 防蛀性能。腈纶的保暖性比羊毛高1 5 左右。腈纶可与羊毛混纺，产品大多用 于民用方面，如毛线、毛毯、针织运动服、蓬布、窗帘、人造毛皮、长毛绒等。 腈纶还是高科技产品碳纤维的原料。 ( 7 ) 腈纶大分子为碳链结构，分子结构紧密，化学稳定性较好，并且存在着大 量强极性氰基。所以腈纶的断裂强度、勾结强度很大，织物起球后，腈纶毛球与 织物之间连接的纤维极难断裂，表现出较差的抗起毛起球性能【2 习。 1 2 东华大学硕上论文第二章物理改性腈纶生产t 艺及与常规腈纶一般性能比较 第二节物理改性腈纶生产工艺介绍 一、物理改性腈纶生产工艺流程 采用二步法工艺，通过提高拉伸倍数和高温松弛湿热收缩以制成低伸低勾强 腈纶。试验证明，通过适当增加纺丝总拉伸倍数，提高凝胶丝束的含水率，并对 致密化后的纤维进行再拉伸以及适当干汽蒸定型后，可以制得具有一定抗起球性 能的腈纶。因此，对现有的纺丝生产工艺设备和生产装置作调整和改造，其工艺 流程如下。 纺丝_ 冷拉伸_ 水洗一预热_ 热拉伸_ 上油_ 干燥致密 _ 再拉伸卷曲叶汽蒸定型_ 切断_ 打包 再拉伸和卷曲联合机组是抗起球腈纶生产的关键设备，也是工程设计的主要 内容。在设备结构上，抗起球腈纶的再拉伸和卷曲联合机组类似于高收缩腈纶生 产设备。综合常规腈纶和抗起球腈纶生产工艺，通过测量与计算，确定了抗起球 腈纶的技术规格如表2 1 。 表2 1 物理改性腈纶生产设备技术参数 项目参数 生产能力( 伽) 成品丝束总线密度( d t e x ) 再拉伸前丝束总线密度( d t e x ) 进口丝束张力( c n ) 再拉伸倍数 最大卷曲速度( m m i n ) 汽蒸温度( ) 加热辊温度( ) 4 ( 2 7 8 3 3 3 ) 1 0 4 ( 1 5 5 2 5 8 ) 1 0 4 3 9 5 9 1 o 1 7 1 6 0 1 2 0 1 4 0 薹1 2 0 二、生产装置的技术改造 根据高收缩腈纶的生产经验，结合抗起球腈纶生产的实际情况，对生产装置 1 3 东华大学硕一l 论文第二章物理改性腈纶生产r t 艺及与常规腈纶一般性能比较 进行了适当的改造。 1 、将拉伸辊改为加热辊 腈纶从第一干燥机出来的丝束含水率为o ，表面温度约为5 5 暇低于腈纶玻 璃化转变温度，从而严重影响生产的连续性和纤维品质。鉴于此种情况，在二组 六辊拉伸辊内通入蒸汽，设计改为加热辊，在拉伸过程中起到给丝束预热的作用。 2 、取消拉伸机组进口处丝束检测器 取消了机组进口丝束结头检测器和张力检测器，并将后者的检测停车报警功 能与另一张力仪的检测张力功能合并。 3 、改造卷曲机 将卷曲轮加压形式改为气缸式，保持卷曲上、下轮之间的间隙。并依据卷曲 轮宽度为( 6 5 7 4 ) 1 0 j d t e x m m 的基准，按照纤维总线密度的要求，将卷曲轮 宽度调整为4 5 m m ，卷曲轮直径则由原来的2 0 0 m m 改为1 6 0 m m 。 4 、增设导丝架 在干燥机与拉伸辊之间的空间，增架导丝架，以改善在拉伸前的丝束喂入状 况。 5 、改造湿球温度蒸汽喷淋管线 湿球温度的控制是纤维实现干燥致密化的关键，腈纶的湿球温度通常控制在 6 5 8 0 。在进行工程设计时，同时考虑了对湿球温度的控制：将蒸汽喷淋管 直径由放大至4 0 m m ，以降低蒸汽流速，同时，2 0 个2 3m m 喷淋孔分两排呈3 0 。 斜角排列。在工艺控制上将干燥机第一区的干球温度由1 0 0 调整至8 0 。 通过上述一系列对生产装置的改造，在腈纶纤维内部结构引进一定量的缺陷 ( 如孔隙、表面粗糙等) ，并降低大分子取向度，采用低倍拉伸避免纤维内部微孔 拉细、变长，以使分子链充分收缩，从而适当降低纤维的机械性能，达到抗起毛 起球的目的。此类腈纶纤维可称之物理改性腈纶纤维【2 6 】。 第三节常规腈纶与物理改性腈纶性能比较 根据g o s w a m i ，d u c k e t t 和v i g o 等学者的研究结果，常规腈纶之所以抗起毛起 球性能差，主要因为腈纶的断裂强度、断裂比功、初始模量以及勾结强度太高造 成的。当织物表面的毛羽经过摩擦后形成小球，由于腈纶的断裂强度、断裂比功、 1 4 东华人学碰 论文 第一市物理改性腈纶生产t 艺& b 常规腈纶一般性能较 初始模曼以及勾结强度比较高，因此毛球很难从织物表面脱落，造成毛球的聚集， 严重影响了美观和服刚性能。从移 物的起毛起球的整个过碰来看，如果织物所起 的毛球能够迅速脱落掉，那么从视觉上可表现为自很立于的抗起毛起球性能。凼此 为了让小球很快的脱落下柬，可以通过降低腈纶的断裂强度、断裂比功、初始模 量以及勾结强度，从而使毛球迅速的脱落下来，以体现出很好的抗起毛起球性能。 上海石化生产的抗起毛起球腈纶就是利用了这个原理。通过调整纺丝工艺，使腈 纶的断裂强度、断裂比功、初始模量以及勾结强度降低，从而使腈纶的抗起毛起 球性能得到提高。 一、物理改 生脂纶与常规腈纶内部结构比较 把物理改性腊纶j 常规腈纶在扫描电镜( s e m ) 上放大6 0 0 0 倍，其横截面如 刚2 1 所示。 ：口 ab a 常规腈纶橘截面 b 物理改性脂纶檑截面 h 21 常删腈纶与物堙 曳性腑纶横被面s e m 剧 从图2 1 中的对比可以看出，经过改性的腊纶的横截而比常规腈纶的横截面 粗糙而且有孔隙与缺陷，因此纤维的内部结构发生了很大的变化。当纤维内部出 现了孔隙与缺陷以后，纤维分子的趋向度就会降低，部分分子链被打断，分子链 段的排列发生变化，从而引起物理改性腈纶纤维一系列性能的变化。 二、物理改 生腈纶与常规腈纶机械性能比较 l 、试验材料：卜海石化提供物理改性腑纶纤维( 16 7 d 【e x ) ，上海石化提供常规 腈纶纤维( 16 7 d l e x ) 。 2 、试验仪器：x o 1 型纤维强伸度仪，梳引( 稀针1 0 针，c m ，密针2 0 针，c m ) ， t 5 东华大学硕士论文第二章物理改性腈纶生产_ t 艺及与常规腈纶一般性能比较 镊子，打印机。 3 、试验步骤： ( 1 ) 把要测试的纤维在标准状况( 一个标准大气压，6 5 2 r h ，2 0 2 ) 下 调湿2 4 h 。 ( 2 ) 开机，预热3 0 m i n 打开其配套电脑及其打印机。打开电脑上的纤维强伸性 能测试软件。 ( 3 ) 设定试验参数，调节夹持隔距为1 0 m m ，具体操作是，松开下夹持器的固定 螺丝，调到已经有固定位置的1 0 m m 处。调节拉伸速度为2 0 m i n s 。然后打开仪器 的左边挡板，调节细度为1 6 7 d t e x 1 0 0 ，调节打印为：从原点打印。 ( 4 ) 开始试验，先用仪器上的小夹子夹持纤维的一端，然后再用镊子夹持住纤 维的另一端，把镊子的一端的纤维放到上夹持器上，按“上夹”按钮纤维一端被夹 持住，然后按“下夹”按钮，纤维下端被夹持住。 ( 5 ) 按下“下降”按钮，仪器的下夹持器开始向下运动，仪器上的读数发生变化， 电脑画出其强伸曲线。直到纤维被拉断，读数停止变化，最后下夹持自动回到初 始位置。一组数据测试完毕。 ( 6 ) 按上面的步骤操作，每种纤维做5 0 组，最后求平均值。 ( 7 ) 试验数据：通过以上的试验，可以得到常规腈纶与物理改性腈纶的机械性 能如表2 2 。 表2 2 物理改性腈纶纤维与常规腈纶纤维的拉伸性能比较 4 、试验结果分析 从表2 2 可见，物理改性腈纶纤维的拉伸性能指标与常规腈纶纤维相比， 都有不同程度的降低，其中断裂强度降低1 3 1 ，断裂伸长降低2 7 1 ，断裂功 降低1 7 1 ，初始模量降低1 5 3 ，而勾结强度则降低4 3 3 。国内外的研究表明 【2 7 1 ，勾结强度与织物的抗起毛起球有很大的关系。纤维勾结强度越低，则毛球 1 6 东华大学硕士论文第二章物理改性腈纶生产工艺及与常规腈纶一般性能比较 越易脱落，抗起毛起球性能越好，因此从理论上说经过物理改性后的腈纶的抗起 毛起球性能会有所提高。 三、物理改性腈纶纤维与常规腈纶纤维染色性能比较 腈纶的染色效果是有目共睹的，色泽鲜艳且不易掉色。为观察经过改性后的 腈纶的染色性能，采用电脑配色系统对纤维进行染色效果的对比，并用相同的阳 离子染料对改性前后的腈纶织物进行染色。从测试结果可见，物理改性抗起球腈 纶较常规腈纶染色后色泽稍浅，色光稍有变化，但总体色差d e c m c 基本在1 0 以内，色差肉眼较难辨别。因此物理改性腈纶保留了常规腈纶所具有的染色鲜艳， 不易掉色的优点1 2 8 】。 四、物理改性腈纶与常规腈纶保暖性能比较 保暖性是指试样能保持被包覆体温度的程度。以无试样时的散热量和有试样 时的散热量之比的百分率表示。课题采用k e s 精密热物性仪，根据国家标准 g b 厂r 1 1 0 4 8 1 9 8 9 所规定的实验方法进行测试【2 引。计算公式： q = ( 1 一) ( 2 _ 1 ) 式中：q 1 为无试样散热，w q 2 为有试样散热，w 通过此种方法分别对相同组织结构的纯纺物理改性腈纶、常规腈纶、羊毛纤 维进行保暖性能测试，得到测试结果如表2 3 表2 3 物理改性腈纶、常规腈纶、羊毛保暖性能测试 从表中可以看出物理改性腈纶的保暖性能比常规腈纶仅有5 的降低，同时 物理改性的保暖性能比羊毛还是高8 ，由此可见其优良的保暖性能得到了保持。 1 7 东华大学硕士论文第二章物理改性腈纶生产工艺及与常规腈纶一般性能比较 五、物理改性腈纶与常规腈纶回潮率比较 回潮率指按规定方法测定的纺织材料中任何形态水的质量对被测材料的干 燥质量的百分率。根据国家标准g b 肿9 9 5 1 9 9 7 规定的试验方法【3 0 1 。计算公式为 回潮率( ) = ( g g o ) g o 1 0 0 ( 2 2 ) 式中：g 式样烘前重量，g g 棚样烘干后重量，g 通过测试得结果如表2 4 。 表2 4回潮率指标 从表2 4 中可以看出物理改性腈纶与常规腈纶相比回潮率并没有太大差 别，依然很低，由此可见物理改性并没有提高腈纶的回潮率，物理改性腈纶的吸 湿性能还是很差的，所以还要进一步改善其工艺，从而提高腈纶的回潮率。 第四节本章小结 1 、通过对常规腈纶微观结构及其组成的分析，找到常规腈纶织物抗起毛起球性 能差的根源一较大的勾结强度、断裂强度、断裂比功等，为开发抗起毛起球腈纶 找到研究方向。 2 、根据上面的分析，找到生产抗起毛起球腈纶的最佳生产工艺，主要是对常规 腈纶生产工艺的一些调整，本章中已经有具体的介绍。 3 、从物理改性腈纶与常规腈纶横截面的扫描电镜的图片来看，物理改性腈纶的 纤维结构中出现了很多的空隙与缺陷，这些变化造成了其一系列性能的变化。 4 、通过对物理改性抗起球腈纶纤维与常规腈纶纤维进行的机械性能的比较，得 到物理改性抗起球腈纶纤维的断裂强度、断裂比功、勾结强度、初始模量等都有 不同程度的降低，尤其勾结强度降低幅度最大，从理论上说物理改性腈纶的抗起 毛起球性能比常规腈纶提高很多。同时得知物理改性腈纶继续保持了其染色鲜 1 8 东华人学硕士论文 第二章物理改性腈纶生产工艺及与常规腈纶一般性能比较 艳，不易掉色的优点。 5 、但同时也必须看到物理改性腈纶与常规腈纶的回潮率差别不大，仍然是在2 ，因此要想充分开发腈纶的利用价值必须要提高其回潮率。 1 9 东华人学硕士论文第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 从以上两章中，对常规腈纶纤维以及物理改性腈纶纤维有了一定的认识，同 时了解到物理改性腈纶的一些性能的变化，但是对其抗起毛球性能，还是不得而 知。这一章，主要是从不同角度，来比较常规腈纶与物理改性腈纶的抗起毛起球 性能。 第一节常规腈纶织物与物理改性腈纶织物抗起毛起球性能比较 一、织物抗起毛起球性能测试方法介绍 经多年的研究，人们制定了多种测定织物起毛起球的方法。其中主要是通过 模拟服用过程，再以试样起毛起球的程度来评定等级。我国国家标准主要采用如 下三种：起球箱法、马丁代尔法以及圆轨迹法。 1 、起球箱法 织物起球箱是用于织物在不受压力下进行起球的仪器。试验原理是将一定尺 寸的织物试样四块分别套在聚氨酯载样管上，然后放入衬有橡胶软木的箱内，试 验箱经一定次数( 如7 2 0 0 转、1 4 4 0 0 转) 翻转后，转速是6 0 r m i n 。取出试样在评级 箱内与标准样照对比，评定起球等级。该法一般适合于毛针织物及其它易起球的 织物。 2 、马丁代尔法 马丁代尔型磨损仪是将试样在一定的压力下与磨料进行摩擦起球的试验仪。 在进行织物起球试验时，试样装在试样夹头上与装在磨台上的本身织物进行摩 擦、试样能绕轴心自由转动，试样夹头与磨台相对运动的轨迹为李莎茹图形【3 1 】， 相对运动速度为4 5 4 8 r m i n 。仪器有自停开关，达到预定的转动次数时，自动停 止试验。经1 0 0 0 转试样与试样摩擦后，与标准样照对比，评定起球级数。马丁代 尔型磨损仪适用于毛织物及其它易起球的织物，但不适用于厚度超过3 m m 的织 物，因为这样的织物不能装进试样夹头。 东华大学硕上论文第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 3 、圆轨迹法 新修定的g b 厂r 4 8 0 2 1 1 9 9 7 纺织品织物起球试验圆轨迹法规定采用加压 法，即采用织物在受轻微压力下的起球程度来测定织物的起球性能。此法适用于 各类纺织织物。在圆轨迹起球仪上，按规定调节试样夹头和加重量及摩擦转数， 利用磨料使织物摩擦起毛起球。然后在规定的光照条件下，对此标准样照，评定 起球等级。 确定测试起毛起球程度的最佳方法时，首先应考虑的一点是测试条件与实际 情况的可比性。测试条件应尽可能模拟消费环境加诸于纺织品的压力作用。在选 择测试方法时，另一个同样重要的方面是测试结果的可重复性【3 2 】。 本课题采用马丁代尔法。该法能够很好地模拟衣服在穿着时的状态，而且该 方法可模仿实际情况下由于纺织品之间的相互磨擦而造成的毛球如羊毛衫与外 套背部、腋下、两侧胯部，羊毛衫与裤子等，其设定的运动规律和常压可保证实 验结果的高度可重复性。 二、织物起毛起球评定方法 对织物起球的评价方法很多，但是到目前为止还没有一种十分完善和理想的 方法。主要有以下几种方法： 1 、与标准样照对照评级 此法将试样与标准样照及所附文字说明对照目测评级。评级采用五级制，级 数越小表明起球程度越严重；反之，则抗起球性越好。这种方法目前用的较多， 尤其是在商检及贸易中。它虽然是一个快速的方法，但是有一定的局限性。首先， 这种方法需要比较有经验的试验人员，而且受主观影响较大。其次，由于只有 同种织物的毛球才可以相互比较，所以对每种织物必须制定一套标样。研究表明， 对不同织物组织和颜色的试样评级，结果经常会有出入。第三，对织物起球程度 评价很粗略，无法作定量的描述。最后，通常标准中要求摩擦一定时间后再来评 级，但是这与消费者的要求是矛盾的。不同的织物起球速度不同，摩擦时间过短 无法反映出整个起球的过程织物所表现出来的起毛起球性能。 2 、计算单位面积上的毛球数量n 和毛球质量m 计算单位面积上的毛球数量虽然可以反映织物的起球程度，但是不同形态和 2 1 东华大学硕士论文第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 大小的毛球在实际中给人的视觉感受不同，如果给予同等计数是不合理的。如果 把织物表面的毛球剪下后称平均质量，可以定量反映出织物起球程度的大小。但 是同质量线密度不同的纤维，其毛球在外观印象上未必是一样的。 3 、起球曲线法 为了了解整个起毛起球的全过程，有时用起球曲线来评定织物的起球程度。 起球曲线是指试样所承受的摩擦作用时间( 用一定的摩擦次数表示) 与试样单位 面积上起球的关系曲线。这种方法可以克服上述某些不足，在科研工作中有一定 的价值，但是花费的时间比较多。 4 、图像处理技术评价起球性能 从8 0 年代后期，国内外的一些学者开始尝试用图像处理技术评估起球性能。 计算机图像处理具有运算速度快、测试精度高，处理数据量大，结果再现性好等 特点，能使视觉信息的自动测试、客观化和智能化得以实现，因而为建立客观的 测试评价体系提供了技术支持。但是，图像处理方法目前还有很多问题需要探讨， 还在进一步研究和完善中f 3 引。 以上所列举的方法是现在主要采用的抗起毛起球性能评价方法，可根据不同 的情况来采用不同的方法。在参考了以上的评价方法后，结合本课题的特点，将 运用一些新的方法。 三、常规腈纶汗布与物理改性腈纶汗布抗起毛起球性能测试实验 1 、标准测试 ( 1 ) 测试试样：在相同的工艺条件下织制的两种针织汗布( 纤维为上海石化产抗 起毛起球腈纶( 1 6 7 d t e x ) 与常规腈纶( 1 6 7 d t e x ) ，分别以相同捻度( 6 2 捻1 0 c m ) 纯 纺，制得相同细度纱线( 2 l j t e x ) 。 ( 2 ) 测试仪器：马丁代尔起毛起球仪( 生产厂家：s d li n t e m a t i o n a lu d ，型号： m 2 3 5 ，产地：英格兰) 。 ( 3 ) 测试标准：g b 厂r4 8 0 2 2 1 9 9 7 纺织品织物起球试验马丁代尔法。 ( 4 ) 测试结果：经过测试的试样照片如图3 1 所示，可以看出改性前后的起毛 起球对比。 东牛 学碗i 论史第三 物理改性腑纶织物抗粒毛起肆性能研究 a 木改性腈纶织物b 改性睛纶织物 图3 - 1 摩擦1 0 0 0 转后两种织物的起毛起球状况 从图3 1 中可以看出，两种织物在马丁代尔上磨1 0 0 0 转以后，改性前后的织 物的起毛起球状况发生了明显的改变。改性后的腈纶织物的毛球数明显减少，而 且毛球体积比来改性的脯纶织物的小。在放大1 ( 1 倍的显微镜下观察两种织物的 毛球数井与样卡对照评级，如表3 一l 。 表3 1 两种腈纶汗布抗起毛起球性能测试结果 竺! 鲎! ! 銎! ! i 鲨兰竺竺! ! 差竺 常规脯纶汗布1 0 0 081 0 4相对较大 2 物理改性腈纶汗布 1 0 0 087 8相对较小 4 由表3 1 可以看出，物理改性针织汗布的毛球数比常规腈纶针织汗布的毛球 数少2 6 0 ，而且体积变小了，与样卡对比，抗起毛起球等级提高了两级，因此 在磨1 0 0 0 转的情况下毛球无论从个数还是从体积上，物理改性腈纶织物有了明显 的改善。 2 、起球落球性能测试 r1 ) 测试试样：在相同的工艺条件下织制的两种针织汀巾( 纤维为上海石化产 抗起毛起球腈纶( 16 7 d t e x ) 与常规腈纶( 16 7 d t e x ) ，分别以相同捻度( 6 2 捻1 ( ) c m ) 纯纺，得相同细度纱线( 2 8 t e x ) ( 2 ) 测试仪器：马i 代尔起毛起球仪( 生产r 家：s d li n 忙m a t l o n “l t d ，型 号：m 2 3 5 ，产地：英格兰) ； 东牛大学硕论文第三幸物目改性脯纶织物抗起毛起球性能研究 ( 3 ) 测试项目：把以上两种织物分别在马丁代尔上面磨5 0 0 转到4 0 0 0 转并 且每5 0 0 转取样一次，进行分析，印观察织物上的毛球个数井拍照。 ( 4 ) 试验数掘：经过上面的试验后，得到两种织物的起毛起球状况的照片，如 图3 - 2 和图3 0 。 从图中可以看出：在起球测试过程中，刚开始毛球比较少而且小，而且是 随着摩擦转数的增加，毛球逐渐增多并且变大。相同转数下常规腈纶织物的毛球 比物理改性腈纶织物的多而大。通过图片可以比较清楚地观察到物理改性腈纶的 抗起球效果明显优于常规腈纶。从表观上看常规腈纶织物体积大的毛球随着转数 的增多增多，而物理改性腈纶织物上体积大的毛球数在达到很小的个数后开始脱 落，在磨到4 0 0 0 转时，基本都脱落掉了。由此从表观上常规腈纶织物表现出严 重的起毛起球现象，而物理改性腈纶织物表现出来的是轻微的起毛起球或者小容 易发现有毛球的存在。由此可见毛球的脱落速度也是抗起毛起球性能一个重要指 标。 5 0 0 转1 。0 0 转1 5 叩转 3 0 0 0 转 豳3 2 不同摩擦转数f 常规腈纶起毛起球状况 东毕大学碗t 论文第二章物理改性脯纶织物抗起毛起球性能研究 5 0 0 转1 0 0 0 转 15 0 0 转2 0d 0 转 2 5 口0 转3 0 0 0 转 3 5 00 转 4 0 0 0 转 图3 0 不同摩擦转数f 物理改性腈纶起毛起球状况 为了能够更准确表示两种织物的起毛起球状况，现在对两种织物在不爿转数 f 的毛球数进行追踪得数据如表3 2 表3 2 不同摩擦转数f 毛球个数 ( 5 ) 试验结论： 从表32 可蚍看到从开始到结束物理改性腈纶纵物的毛球数始终是少于常 规腈纶织物的毛球数的，因此物理改性腈纶的抗起毛起球性能的确有了很大的提 高。为了能够更形象的表示出两种织物起毛起球趋势，以转数为横坐标，毛球数 为纵坐标画出两种织物随转数毛球的曲线图，如图3 4 东华大学硕上论文第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 厂k 。 回”h t r ，一 、 【】”h _ _ 一 、 。 7 “、 o 5 0 01 0 。o1 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 04 5 0 0 转敦( 转) 常规腈纶织物 物理改性腈纶织物 图3 4 两种织物起球曲线图 从图3 4 中可以得到以下的信息： 在相同摩擦转数下，物理改性腈纶织物毛球数明显比常规腈纶织物少。 常规腈纶毛球数高峰点在2 0 0 0 转左右，而物理改性腈纶毛球数高峰点在1 0 0 0 转左右，并且前者高峰点毛球数是后者的1 。7 7 倍。 在整个测试过程中，物理改性腈纶织物毛球数相对最高点下降了7 0 5 ，而常 规腈纶织物的毛球数相对最高点仅下降了2 7 5 ，可见物理改性腈纶织物的毛球 脱落更容易，更彻底。 从起球个数曲线图中可以看出，物理改性腈纶的毛球数曲线始终在常规腈纶的 毛球数曲线下方，说明了在摩擦5 0 0 转到4 0 0 0 转的过程中，物理改性腈纶织物 毛球数始终比常规腈纶织物毛球数少，因此物理改性腈纶的抗起毛起球性能确实 得到了很大提高。 ( 6 ) 新的评价方法： 由此从上面的分析可以发现一个新的评价抗起毛起球性能的指标：毛球脱落 率，即当毛球个数达到最高点到毛球个数稳定的时候，毛球的脱落程度，如上面 所说的在常规腈纶和物理改性腈纶在分别达到最高点后，直到它们接近稳定的时 候，如图3 4 所示，当摩擦次数达到3 0 0 0 转以后毛球个数变化比较小了，其趋 势表现为一条横线，这时可以说毛球数比较稳定了。其毛球脱落率就是用毛球数 最高点与稳定点的差比毛球数最高点，可用公式表示为： 幻 o 1 1 1 1 一牛一巅牛箭咿 东华大学硕t 二论文 第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 y = 等1 0 0 协l ， v 一毛球脱落率( ) n 一毛球数最高值( 个) n 一毛球数稳定值( 个) 采用这个公式可以得出常规腈纶的毛球脱落率为2 7 5 ，物理改性腈纶的毛 球脱落率为7 0 5 ，由此可见物理改性腈纶脱落率明显高于常规腈纶的脱落率， 因此可见物理改性腈纶的毛球不仅比物理改性腈纶的毛球数少而且脱落更彻底， 其抗起毛起球性能更好。从表观上看物理改性腈纶织物的毛球数会因为脱落迅速 和彻底而很难观察到，因此对其美观影响很小；然而常规腈纶织物的毛球不仅多 而且很难脱落下来，严重影响了其美观。 第二节常规腈纶织物与物理改性腈纶织物起球过程及其分析 在以上的试验中可以看到物理改性腈纶织物的毛球数始终比常规腈纶织物 的毛球数少，而且其脱落更彻底。从常规腈纶织物与物理改性腈纶织物的起球过 程来寻找其中的原因。 一、两种腈纶织物起毛起球过程 无论是常规腈纶织物还是物理改性腈纶织物，其起毛起球过程大体都经过 了，起毛_ 纠缠起球- 毛球增大一毛球脱落，四个阶段，但是不同织物不同原料， 会在不同的时间阶段经过以上过程。为了能够更好更形象的表示腈纶的起毛起球 过程，对常规腈纶织物与物理改性腈纶织物的起毛起球过程进行一下试验。 1 、试验材料及其试验方法 ( 1 ) 试验材料：纯纺常规腈纶汗布，纯纺物理改性腈纶汗布 ( 2 ) 实验方法：用三维视频成像系统拍摄两种纯纺腈纶汗布在马丁代尔起毛起 球仪上摩擦3 0 转，1 0 0 转，5 0 0 转，1 0 0 0 转时的毛球状况。 2 、试验结果及其分析 ( 1 ) 绒毛形成阶段：在腈纶纤维织物表面存在着一端松散和两端都受到握持作 用的纤维，由于腈纶纤维表面摩擦因数较小，纤维卷曲少及卷曲牢度低，纤维弹 末华大学碰论文第i 物理改性膪纶织物抗起毛起球性能研究 性较差，所以纱线中纤维的抱合力较差专织物受到摩擦的时候，表面一端松散 的绒毛很容易从纱线中滑移出来绒毛变长。两端都受到握持作用的线圈受到摩 擦后，比较松散的线圈一端中从纱线中滑移出米形成新的绒毛。如图3 5 足两种 腈纶织物在摩擦3 0 转时的表面绒毛状况。从图3 5 上可以看出在绒毛形成阶段， 常规腈纶与物理改性腈纶没有太大差别。 菊 a 常规腈纶织勘 瞬3 - 5 绒毛形成阶段 b 改性腈纶织物+ ( 2 ) 纠缠起球阶段：前人研究的结果显示，纤维表面由于受到了缓慢周期性的 扭转和弯曲变形而使纤维疲劳损坏，纤维分裂成更微细的纤维，导致纤维弯曲模 量下降，纤维易于弯曲和扭转，相互缠结起球，如图3 6 是两种腈纶纤维织物在 摩擦1 0 0 转时织物表面的毛球形成状况。由第二章得知，物理改性腈纶的断裂强 度、勾结强度、断裂比功等比常规腈纶的低尤其是勾结强度，物理改性腈纶比 常规腊纶低4 33 ，因此在此阶段，物理改性腈纶织物中有些纤维丌始断裂；而 常规腈纶织物中的纤维却随着摩擦转数的增加而纠缠更多的纤维，形成小毛球。 由此可见，物理改性腈纶在毛球形成的阶段就有很多的纤维因摩擦而断裂，所以 物理改性腈纶织物的毛球数在初始阶段就比常规腈纶织物的少。 彖* 日e i * 一* 物w 改忡腑纶目物抗起毛起球托能研究 霉 a 常规腈纶织物b 改性腈纶织物 h3 6 纠缠起球阶段 ( 3 ) 球体增大阶段：c 0 0 k e 提mr 纤维托 i 卷入机删，解释了球的增艮过程， 腑纶纤维山t 。抱台性较差，在摩擦的过程巾，纤维逐渐从纱线巾抽拔 术，破卷 入到毛球中，j 。是小球逐渐增大。如图3 7 足腈纶织物在经过5 0 0 转后表面的毛 球状况。 灞雾 7 7 ：曩 锶 _ 渤蠢 魂黟秽 l ；一霹 鳜酗 。 j 静 。 “ 、k t 一 a 常规腈纶织物b 改性腈纶织物+ l 刳3 7 球体增人阶段 从图3 - 7 可知，山十在毛球形成阶段，物理改性艏纶织物中的纤维部分断 裂不能形成毛球，凼此其毛球体积比常规腈纶织物小。 ( 4 ) 毛球脱落阶段：随着摩擦转数增加，纤维不断被扭转、弯曲，由此使纤维 疲劳损坏，撼终使纤维断裂，当毛球i ：所有的纤维鄙断裂扁毛球就会从织物上脱 鼍氅 聋叠幂 节，叫鬻、罐雾鼹攀：*凄 零。溢霉尊潼覃 叠，豁擎霸。聱耋帮0 东牛丈学i 论i第三章物理改性腑纶织物抗起毛起球性臆研究 落下来。由于常规腈纶纤维的断裂强力比较大因此纤维不容易断裂，因此毛球 比较难脱落下来，所以表现出起毛起球严重 如图3 - 8a ；而物理改性腈纶织物 由丁其断裂强度、断裂比功、勾结强度比常规膪纶的低，所以在1 0 0 0 转时纤维 断裂很多，如图3 8 b 但是这时大多说毛球并没有脱落，因为还有部分纤维没 有断裂，因此这时是毛球脱落临界状态。超过这个阶段，毛球会随着剩余纤维的 断裂而落下，这个结论可以从图3 4 验证得到，当1 0 0 0 转以后毛球数逐渐减少。 a 常规腈纶织物 幽3 8 毛球脱落阶段 二、两种脯纶织物起球与落球动态平衡分析 从上也可以得到织物起球过程其实是一个起球与落球动态平衡过程，在新毛 球形成的过程中也伴随着毛球的脱落，按照起球速度与落球速度的关系可把这个 过程分为四个阶段： 1 、起球速度大丁落球速度，表现为毛球逐渐增加。这个过程可以从图3 4 中看 出来，对常规腈纶来说是从5 0 0 转到2 0 0 0 转，对物理改性腈纶来说是从5 加转 到1 0 0 0 转。但这个过程中起球的速度经过了一个先增大再减小的过程，即起球 的加速度，经过了一个有正到负的过程。在这个过程中织物表面的毛绒被不断地 纠缠起球，表现为毛球增多，但织物表面的毛绒在大量毛球形成，以及从织物中 抽拔出来又变得困难的情况下，却在不断的减少，因此起球速度降低；但由于前 一个过程形成了大量毛球，随着转数的增加毛球开始大量地被磨下，落球速度增 加。由丁起球的初始速度大于落球的初始速度因此在这个阶段中总体上来看还 是起球速度大干落球速度，表现为毛球增加。 东华人学硕士论文第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 2 、起球速度等于落球速度，表现为达到毛球数的最高点。由第一阶段得知，起 球速度在降低，落球速度在增加，随着转数的增加，起球速度会与落球速度逐渐 接近而且会有一个交点。在图3 - 4 上，物理改性腈纶为1 0 0 0 转左右，常规腈纶 为2 0 0 0 转左右。这个阶段是个临界状态，但会很快别打破，因为这时起球与落 球的速度的加速度并不是零，就是说起球与落球的速度还在变化中，因此平衡会 很快被打破，但平衡打破后会进入另一个阶段。 3 、起球速度小于落球速度，表现为毛球数逐渐减少。在这个阶段中起球速度还 在不断的降低，但是落球速度却经历了一个从增加到降低的过程。在图3 4 上， 常规腈纶为2 0 0 0 转到3 3 0 0 转左右，物理改性腈纶为1 0 0 0 转到2 9 0 0 转左右，在 这个阶段起球速度还是由于毛绒进一步减少而逐渐降低，而落球速度也由于新毛 球数的降低而逐渐降低，最终起球速度与落球速度又一次相互靠近。由于毛球以 及毛绒的不断降低，两个速度的加速度都开始向零靠近，进入下一个阶段。 4 、起球速度与落球速度分别达到匀速相等，表现为毛球数不再发生变化。在图 3 4 上，常规腈纶为3 3 0 0 转以后，物理改性腈纶为2 9 0 0 转以后。从此以后毛球 数会在很长一段时间上保持不变。在经过了以上几个阶段变化以后，织物表面开 始变地比较稳定，在没有其它外界条件介入的情况下会保持很长一段时间不变。 三、两种腈纶织物起球落球速度曲线图分析 常规腈纶织物与物理改性腈纶织物起球落球速度曲线草图如图3 9 与图3 1 0 删 删 箭 蜘 播 箭 骝 5 0 01 0 0 015 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 0 摩擦转数 起球速度曲线。落球速度曲线 图3 9 常规腈纶织物起球与落球速度曲线图 3 l 东华大学硕上论文第三章物理改性腈纶织物抗起毛起球性能研究 趔 捌 酱 i 建 儡 胬 涮 爪 5 0 01 0 0 0l5 0 02 0 0 02 5 0 0 3 0 0 0 3 5 0 04 0 0 0 摩擦转数 。起球速度曲线。藩球速度曲线 图3 1 0 物理改性腈纶织物起球与落球速度曲线图 图3 9 与图3 1 0 ，从大体上表示了常规腈纶织物与物理改性腈纶织物在马丁 代尔摩擦中的