凉爽纤维的制备与性能研究毕业论文.doc

毕业论文题 目 凉爽纤维的制备与性能研究摘要：在炎热的夏天，人们渴望船上有凉爽纤维面料做成的服装，这种纤维的特点是能够迅速吸收和传输人体皮肤表面的汗液，并带走人体皮肤表面的热量，使人体产生凉爽舒适的感觉。柔滑软暖，清凉舒适，抑菌抗菌，绿色环保，天然保健的天然凉爽纤维竹纤维必将成为凉爽纤维中的领头军。本课题以竹纤维为例讲述了其制备过程及其纺纱工艺；通过具体实验分析了竹纤维织物的导热性及竹纤维的吸湿放湿性能 关键词：竹纤维 导热性 吸湿性Abstract：In hot summer, people are longing for a cool fabric material made dresses and the fibers are characterized by can be absorbed rapidly and transport of human skin and superficial Sweat and take the heat of the skin, keep the body a cool and comfortable feel soft. soft and warm and cool and comfortable, contain bacteria antimicrobial, green, the natural health care of the cool the bamboo fiber will be cool in the army. the fibers.This subject with bamboo fiber as an example is about the preparation process and the craft ； in concrete analysis of the experiment with bamboo fiber the thermal conductivity and bamboo fiber a damp down the wet performanceKey words：bamboo fiber Thermal conductivity 目录第一章 课题背景3 1.1凉爽的定义3 1.2合成凉爽纤维的研究现状3 1.3天然凉爽纤维6 1.4本课题的提出及意义7第二章 基础理论7 1.1纤维吸热导热原理7 1.2纤维吸湿导湿排汗的原理9第三章 天然凉爽纤维竹纤维的制备及纺丝工艺11 3.1竹纤维的制取 3.2竹纤维的形态结构 3.3竹纤维的纺纱要点第四章 天然凉爽纤维竹纤维的热湿性能测试与分析 4.1导热性 4.2吸放湿性参考文献第一篇 课题背景 近年来随着生活水平的不断提高人们已不在单一满足衣食住行的简单需求而是向健康、舒适等更高追求迈进。从穿衣角度讲已不再单一追求衣料的好看、耐用而是希望衣服在夏天或炎热潮湿的地方能起到降温、排汗的功能。夏日既是阳光暴晒的日子,也是人们大汗淋漓的季节,人们在防护自身免受紫外线侵袭的同时,又迫切需要穿着凉爽、舒适的服装。这就对我们现有的传统的纺织纤维提出了挑战,因此具有凉爽性的纤维材料受到了越来越多的人们的追捧。凉爽纺织品是未来消费市场的一大趋势。1.1凉爽的定义 凉爽的定义很广泛对于凉爽纤维来讲包括两个方面:第一凉就是能起到降温凉快的作用，这主要指纤维的导热性;第二爽就是干爽，快速排汗，主要指纤维的去湿导湿性。由于汗在干燥时需要气化热，就抑制了体温的上升，也就是说，由于人体所产生的汗能很快地发散、气化，与皮肤相接触的布料部分是干爽的。这样，穿着者就有清凉的感觉。1.2合成凉爽型纤维的研究现状 为了改善传统棉纤维及织物的排汗快干性并配合与日俱增的化学纤维生产吸湿快干凉爽型纤维的思想在化纤界应运而生。纺织专家尝试利用天然纤维和合成纤维的优点采取合理的搭配工艺、织物组织结构和必要的后整理技术开发出吸湿快干凉爽型纤维。1.2.1国外的研究情况1.2.1.1日本可乐丽公司的Soph i sta纤维【1】 日本可乐丽公司把该公司的功能性树脂乙烯一乙烯醇共聚物(EVOH日本商品名称为EVAL)作为主要成分用复合纺丝的方法制成与聚酷的双组分的复合纤维(商品名为Sophista )。这种纤维的最大特点是分子链上有亲水性的基团(OH基)这是目前的衣料用合成纤维所没有的。 EVOH纤维一Sophists的吸汗速干性和舒适性:Sophists是以EVOH为皮的皮芯型的复合纤维也就是说在纤维表面上覆盖着一层具有OH基的EVOH的性能来决定。穿着用Sophists纤维做的衣服时由于OH基所具有的亲水性可让汗很快被纤维的表面所吸收并扩散出去。由于汗在干燥时需要汽化热这就抑制子体温的上升。(如图)也就是说由于人体所产生的汗能很快地发散、气化，与皮肤相接触的布料部分是干爽的。这样，穿着者就有清凉的感觉。1.2.1.2美国杜邦公司生产的Coolmax纤维1 该纤维是具有四沟道(Tefra-channel)结构的聚醋纤维具有优良的芯吸能力，将疏水性合成纤维制成高导湿纤维将高度出汗皮肤上的汗液用芯吸导到织物表面蒸发冷却。实验证明在30min后湿度去除百分率:棉为52%四沟道聚醋纤维95%。人在运动或做其他活动时人体常常会产生汗水与湿气，天冷时汗水让你感到寒冷不适，汗水和湿气更使人闷热难受。杜邦公司高科技纤维是通过四管道纤维迅速将汗水和湿气导离皮肤表面并向四面八方分散让汗水挥发更快时刻保持皮肤干爽舒适。于是人体流汗皮肤表面与服装都不留汗持久舒爽透气冬暖夏凉倍感轻松。这种纤维应用于运动服装、军用轻薄保暖内衣特别有效，不仅能保持皮肤干爽和舒适而且具有优良的防寒保暖作用。1.2.1.3帝人公司开发的WELLKEY纤维【1】该纤维是聚醋中空纤维并且从纤维表面看有许多贯通到中空部分的细孔液态水可以从纤维表面渗透到中空部分这种纤维的结构以最大的吸水速度和含水率为目标在纺丝过程中共混了特殊的微孔形成剂后再将它溶解从而形成了这种纤维结构。该纤维具有优良的吸汗快干和干爽的独特风格主要用作衬裙、紧身衣、运动服、衬衫、训练服、外套等服装的面料。另外由于其吸水速干性和低干燥成本的优点在非衣料领域和医药卫生领域具有广阔的应用前景。1.2.1.4 Colmax和SWIFT纤维 Colmax和SWIFT纤维均为吸水、吸汗性聚丙烯睛纤维。Colax的截面为菊花状具有天然麻那样的干爽感觉。SWIFT纤维表面有许多沟槽同样有柔和和干爽的触感。由于采用了异形截面、空洞残留纺丝、表面亲和等组合技术纤维表面有许多细沟槽和空洞使表面积增加既具有天然纤维那样的优良的吸湿、扩散和蒸发性能又使织物的风格变得更好。1.2.1.5日本旭化成公司的高吸放湿聚醋纤维2 该纤维特点是吸湿量大，且放湿速度快。主要用于连裤袜、短裤等贴身衣着，能迅速地把蒸汽和汗液向外面释放，保持穿着舒适感。其吸湿性能几乎与棉在同一水平上，如果说棉的放湿是吸湿的517%的话，这种聚氨醋纤维几乎1%放湿，而且放湿速度极快。也就是说，在运动或高湿度环境下纤维从皮肤吸收水分，在静止或低湿度环境下可以迅速地放湿，又能重新发挥吸湿性能。因此也把这种纤维称为“能呼吸的纤维”。1.2.1.6日本东洋纺公司开发的一种Y形截面的涤纶称作“Tr i actor 【3】 该纤维Y形颜面例表面形成三条导湿沟槽。该公司根据感官测量技术，采用专门的纺丝技术，优化产品的导湿性能。使原来疏水性的涤纶纤维，通过改变纤维截面和纤维表面结构，成为导湿吸湿纤维。据称这种纤维的吸水性和吸湿性可以与天然纤维相媲美。1.2.1.7 Aerocool导湿排汗聚醋纤维 Aerocool是韩国晓星公司开发的一种具有良好导湿排汗功能的新型聚醋纤维。参照“首稽草”的四叶子形导湿排汗程序，利用纤维表面的细微沟槽和孔洞，将肌肤表层排出的湿气与汗水经由芯吸、扩散、传输的作用，迅速排出体外，使肌肤保持干燥与清凉。 Aerocool应用广泛，能纯纺，也能与棉、毛、丝、麻及各类化纤混纺或交织(可梭织，也可针织)，现大量应用于运动服装、衬衣、内衣、袜子和手套等产品中。穿上Aerocool制品，可告别酷热、闷湿的感觉，尽享凉爽与舒畅。由于Aerocool具有优良的导湿排汗性能，现己被韩、日等国的名牌运动服饰所采用，受到消费者的喜爱。1.2.2 国内研究情况1.2.2.1导湿干爽型涤纶长丝【4】广东珠江金纺集团开发的导湿干爽型涤纶长丝通过改变纤维截面形状使单纤维之间的空隙增大由于表面积的增大及毛细管效应使其导湿的性能大大提高。采用该纤维生产的织物导湿性能、水分的扩散性能好与棉等吸湿性好的纤维搭配采用合理的组织结构效果更好制成的运动服装干爽、清凉、舒适是夏季运动服装面料的首选。1.2.2.2江苏仪征化纤股份公司生产的Coolbet纤维【5】该纤维采用了全新的纤维截面形状设计将毛细管原理成功地运用到织物结构使其能够快速吸水、疏水、扩散和挥发从而保持人体皮肤的干爽感。同时山于聚酷纤维具有较高的湿屈服模量在湿润状态时也不会像棉纤维那样倒伏，始终能够保持织物与皮肤间舒适的微气候状态达到了提高舒适性的目的。该产品被下游纺织用户广泛应用于高档运动服装、衬衫、夹克、内衣等面料、服装的生产，具有广阔的市场前景。1.2.2.3 CoolTech导湿排汗纤维 CoolTech导湿排汗纤维是台湾新光合成纤维股份有限公司研制生产的。它采用了特殊的十字断面沟槽设计，提供了快速传导水分的管道，使纤维同时具有良好的导湿及快干功能，再加上纤维与皮肤接触点因断面设计而减少，保证流汗后的肌肤依然保持良好的干爽感。这种纤维主要用于制作工作服、衬衫、外套、夹克、背心、休闲服、时装、套装、内衣、胸罩、帽子、手套、袜子、护膝、毛巾和运动衣裤等，其用途十分广泛。1.2.2.4 Coolnice导湿排汗凉爽纤维 Coolnice纤维是顺德金纺集团与东华大学合作开发的异形截面涤纶纤维。Coolnice每根单纤周围存在四条微管道。使纤维间产生较大的空隙而具有良好的毛细效应。因此水分的扩散明显加快，润湿蒸发面积显著增大。水分的扩散和干燥速度大大增强。从而具有良好的排湿和导湿功效。同时，由于汗水的大量蒸发带走人体部分热量，使得体表温度有所下降，使人有凉爽的感觉。故被称为导湿排汗凉爽纤维。该纤维特别适合生产各种式样的运动及休闲场合穿着的服装面料。如户外休闲装、衬衫及凉爽牛仔布等。1.3 天然凉爽纤维1.3.1天然凉爽型纤维一麻纤维6,7 凉爽舒适是麻类纺织品的共同特点。检测织物凉爽舒适性的一项重要指标是织物的吸湿透气性，它直接关系到织物传递汗液的能力。纤维的吸湿是比较复杂的物理化学现象，吸湿时水分子先吸附在纤维表面，然后向内扩散，首先与大分子上的亲水性基团结合吸着水，然后逐渐充填内部的微小孔隙，称为毛细管凝结水。山于麻纤维分子中含有大量的亲水基团，易一与水分子结合并吸附水分子，同时大多数麻纤维都有松散的分子结构，麻纤维的中心又有细长空腔，与纤维表面纵向分布的许多裂纹和小孔洞相连，产生毛细效应，从而能大量充填毛细管凝结水，这些都使麻纤维吸湿多且快。所以在正常情况下，麻纤维的含水率一般保持在12%左右，在空气湿度达95%的情况下，它的含水率约为30 %。而麻纤维表面密布的裂隙和孔洞又有利于散湿。因此麻纤维不但吸湿性能好、而且放湿速率快。在气候干燥的春秋以及冬季，麻纤维有优良的保暖性能，而在夏季则凉爽宜人。再生麻纤维的电镜图:8可以发现从纤维纵向看沿纤维方向有众多条纹、沟痕有扭转而横截面呈梅花型。由于该纤维是一种再生纤维素纤维，大分子间氢键较少，再加上横截面结构呈梅花型，表面有沟痕决定了其吸湿性、透气性较好穿着时有凉爽的感觉。【9,10,11,12,13】1.3. 2大豆纤维大豆蛋白纤维的导湿透气性好，纤维光泽柔和，具有桑蚕丝的天然光泽和悬垂感，柔韧、蓬松、弹性好、比重轻、保暖性强，具有对人体独特的保健功能。大豆纤维可降解，是生态纤维的一种，可与蚕丝交织生产高档机织和针织面料。1.4 本课题的提出及意义竹纤维是通过高科技手段从竹子中提取出来的一种绿色无污染的环保型纤维。它具有良好的吸湿透气性、耐磨性及染色性。同时，竹纤维还具有天然抗菌、抑菌、防螨、防臭和抗紫外线作用。被业内专家称为“会呼吸的纤维”或“纤维皇后”。用竹纤维制成的面料被誉为“二十一世纪最具有发展前景的健康面料”。可以说，竹纤维理所应当是天然凉爽纤维代表。本课题所选凉爽纤维即为竹纤维，对竹纤维的制取，竹纤维面料的导热性及竹纤维的吸放湿性进行了深入的研究。第二章 基础理论 凉爽纤维能达到凉爽效果，主要包括两个方面，一方面纤维材料具有良好的导热功能，达到凉的目的。另一方面，纤维及其织物具有优良的吸湿导湿的功能，达到干爽的效果。2.1纤维吸热导热的原理2. 1.1.导热理论研究导热机理 当物体中存在温度梯度时，物体内将有热流通过，热流将由高温区向低温区流动，直到各处温度处处相等，达到新的热平衡状态为止，这种现象称之为热传导。热导率K是表征热传导能力大小的参数，由热传导的基本定律一傅立叶定律给出:f4-1 q=-K .gradT 式中:q一热流密度，单位W/m- gradT一温度梯度，单位K/m K一热导率，单位W/ (mK) 式中负号表示热流密度的方向与温度梯度的方向相反，即热导率是在单位负温度梯度作用下的物质内部所产生的热流密度。 不同高分子材料的导热机理是不同的。晶体的导热机理是排列整齐的晶粒的热振动，通常用声子的概念来描述。对于金属晶体，自由电子的运动对导热起主要作用，声子所作的贡献大多情况下可以忽略不计。在非金属晶体，如一般离子晶体的晶格中，自由电子是很少的，因此，晶格振动是它的主要导热机构，假设晶体中的一个质点处于较高的温度下，它的振动较强烈，平均振幅也较大，而其邻近质点所处的温度较低，热振动较弱。由于质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强的质点的影响下，振动加剧，热运动能量增加。这样就产生了在整个晶体中热量从温度高处向温度低处的传递。可以看出，非金属晶体热量是由晶格振动的格波来传递的。14,15,16晶体中粒子将在平衡位置附近作微振动，而且由于晶体内原子间存在着相互作用力，因此各个原子的振动并不是孤立的，而是相互联系的。整个晶格可以看作是一个相互祸合的振动系统，这个系统的运动通常就称为晶格振动。晶格振动对晶体的比热、热膨胀和热传导等热学性质有着重要的影响。非晶体的导热机理是依靠无规律排列的分子或原子围绕一个固定的位置做热振动，将能量依次传给相邻的分子或原子。由于非晶体可看作晶粒极细的晶体，因此也可用声子的概念来分析其导热。 有些晶体和非晶体如具有较好的透射性的玻璃和单晶体在一定温度下光子对导热起明显的作用。由上述可知，固体内部的导热载体分为三种电子、声子、光子。由于金属中存在大量的自由电子，其热导率比非金属大得多。晶体中由于微粒的远程有序性，声子起主要作用。在非金属材料中晶体热导率一般要比非晶体大。【17,18,19】2.1.2金属材料的导热机理 金属的热导率人可用下式表示: 式中入e为热导率的自由电子分量入p为声子分量。对于纯金属，入e远远大于入p，所以，入入e。故金属的导热性能主要取决于自由电子的运动。在室温及高于室温的条件下，纯金属热导率与电导率之间的关系符合Wiedman-Franz定律: 式中L为洛仑兹常数; 为电导率;T为绝对温度。温度升高时电导率下降，故入e基本不变或略有下降。在低温条件下，金属的热导率:式中表示由于声子对电子的散射引起的热阻，表示由于杂质等对电子散射引起的热阻。如果金属中含有杂质或其它元素，其热导率大为下降。2.1.3非金属材料的导热机理 非金属的导热主要依靠声子。非金属可分为晶体非金属和非晶体非金属两类。晶体非金属其热导率仅次于金属。虽然它是介电体，仍是一种较好的导热体。热导率特别高的晶体非金属是非常纯的单晶体，无杂质及错位等缺陷，只有声子相互间散射带来的热阻。温度降低时，声子相互散射减弱，由其引起的热阻以近似指数的规律下降，直到声子自由程被单晶体的界面限制时热阻才回升。与有序的晶体相比，非晶体非金属的规律性差，引起声子较强的非弹性散射及热导率的第止章基础理论显著下降。如果结构引起的声子非弹性散射是唯一产生热阻的因素，那么热导率应该和温度成正比。非金属材料的热能扩散速率主要取决于临近原子或基团的振动。在强共价键合的材料中，有序的晶体晶格中传热是比较有序的，尤其在较低的温度下，材料具有良好的的导热性，但随温度升高，晶格出现缺陷，热导率下降，因此无序无定形的固体呈现较低的导热性。2.2纤维吸湿导湿排汗的原理【20,21,22,23,24,25,26】2.2.1纤维导湿排汗的原理 何谓“吸湿排汗”?是指使不亲水的织物同时具有吸水性和快干性，一般来说，无论是天然纤维或是合成纤维都很难兼具这两种性能，但是吸湿排汗加工技术则可以做到这一点。 图2-1纤维表面排汗示意图 吸湿排汗织物的导湿原理可分为两类:一类是通过汗水在织物平面内快速扩散，增大汗水的蒸发面积，实现织物的导湿快干。另一类是通过毛细效应，将织物内层的汗水吸到织物外层，由织物外层蒸发，实现织物的导湿快干。利用第一类原理设计的织物，在人体大量出汗时，当汗水来不及干燥，人体与织物产生较长时间的粘着效应，影响人体舒适性和人体运动机能性。利用第二类原理设计的织物，在人体出汗后，汗水不在织物内表面扩散，而是被直接吸向织物外层，在织物外层蒸发，以保持织物内层的相对干燥，减小了人体与织物之间产生的粘着效应，提高了人体舒适性和人体运动机能性。 吸湿排汗纤维是利用纤维表面微细沟槽所产生的毛细现象使汗水经芯吸、扩散、传输等作用，迅速迁移至织物的表面并发散，从而达到导湿快干的目的。可以说，毛细管效应是最常用也是最直观的一种方法，可以表现织物吸汗能力以及扩散能力。也有人将吸湿排汗纤维称为“可呼吸纤维”。其实，吸湿排汗纤维是着眼于吸湿、排汗特性和衣服内的舒适性的功能纤维。关于吸湿性、排汗性的赋予以前是以天然纤维和合成纤维的复合为主流，用途只在狭窄的范围内开展，现在则以中空截面纤维或异形截面纤维之类使纤维自身特殊化以及湿、排湿聚合物共混的加工方法为主流。 凡是具有吸湿排汗功能的纤维一般都具有高的比表面积，表面有众多的微孔或沟槽，截面一般设计为特殊的异形状，利用毛细管原理，使得纤维能够快速的吸水、输水、扩散和挥发，能迅速吸收皮肤表面湿气和汗水，并排放到外层蒸发。其织物比传统的布料吸水率少14倍，比其它功能性布料更干爽一比纯棉快干5倍，比尼龙快干2倍。 图2-2高异形的纤维截面图 因此，纤维结构体(织物、针织物、不织布)的吸水是由于纤维间隙中的毛细管作用所产生的现象，对衣服的舒适性和卫生性的产生起到很大作用，是实用上的重要性能。对于毛细管现象在平衡状态下，毛细管直径越小，达到水分平衡状态所需要的时间越长，因此，吸水速度也成为现实的问题。目前，市面上的吸湿排汗织物可采用如下技术得到:异形断面纤维、中空多孔纤维、多层织物、亲水剂涂布以及对纤维进行表面改性等等。2. 2. 2导湿性能的表征方法27,28,292. 2. 2. 1毛细管效应或垂直芯吸法 毛细管效应是最常用也是最直观的一种方法，可以表现织物吸汗能力及扩散能力。测试方法是取束纤维加20捻或织物条在2BW0961P型毛效仪上测定，记录30min后水在纤维束或织物_L:的爬升高度。2. 2. 2. 2水分蒸发速率 试样置于滴定管口之下，以滴定管口距受测织物表面lcm距离，滴O.OSmL水于表面后，置于准确度0.001 g之微量天平悬空测试12min后其水分蒸发率(干燥速率)。水分蒸发率(%)=(I布重量变化1/O.OSmL水之重量2. 2. 3吸湿排汗纤维的研制 吸湿排汗纤维的研究开发，主要是通过物理改性和化学改性两种方法得以实施。即可以通过改变喷丝板微孔的形状，纺制具有表面沟槽的异形纤维;或采用与含有亲水基团的聚合物共混和复合共纺的方法，研制生产具有吸湿排汗性能的纤维。第三章 天然凉爽纤维竹纤维的制备及纺丝工艺竹，学名 Bambusoideae（Bambusaceae），是一种禾本科多年生木质化植物。全世界竹类植物约有70多属、1200多种，主要分布在热带及亚热带地区，少数竹类分布在温带和寒带。我国是世界竹资源第一大国，产量为800万吨/年，分布广泛。与传统的木资源相比，竹制品有强度高、韧性好、硬度高等优点。此外，竹的再生速度快，栽种成活后23年就可砍伐，使用竹制品可以有效地节约资源，保护环境。【30】竹纤维是通过高科技手段从竹子中提取出来的一种绿色无污染的环保型纤维。它具有良好的吸湿透气性、耐磨性及染色性。同时，竹纤维还具有天然抗菌、抑菌、防螨、防臭和抗紫外线作用。被业内专家称为“会呼吸的纤维”或“纤维皇后”。用竹纤维制成的面料被誉为“二十一世纪最具有发展前景的健康面料”。3.1竹纤维的制取 竹纤维是采用物理、机械的方法将竹子辗平、扭转、梳理，而后再对竹纤维脱胶、去除糖分、去除脂肪、消毒、晾干而成川。依据纤维手感、颜色、强度、分离情况、硬条并丝情况以及用手搓柔后纤维的分离情况等指标，经过多次试验，得出了竹纤维制取的一套较为合理的生产工艺。3.1.1实验材料 湖南的五月嫩毛竹。由于竹纤维素的含量随着竹龄的增加而减少，因此选取嫩毛竹较好。3.1.2实验器材 烧杯、水浴锅、木锤、干燥箱、量筒、电子秤。3.1.3工艺流程如一下: 整料-制片-浸泡-蒸煮-水洗-分丝-蒸煮-分丝-脱水-上油-干燥-梳纤-筛选3.1.4生产方法3.1.4.1预处理 预处理工序分为整料、制竹片、浸泡。首先将竹材去枝节与尖梢，锯成一定长度的竹筒;然后采用机械或手工方式将竹筒劈裂成一定宽度的竹片。由于竹材本身结构很致密，一般的蒸煮液很难渗透进去，因此竹片在进行下一道工序的蒸煮之前，需预先浸泡在特制的软化剂中使其润胀。纤维素纤维的润胀可分为结晶区间的润胀和结晶区内的润胀，只有让软化剂渗透到结晶区内才可形成无限润胀，从而大大降低脱胶难度。由于纤维素上的经基本身是有极性的，所以要求软化剂是极性的，并且溶剂极性越大，竹纤维的润胀程度越大。通过大量实验得出氨水和尿素的混合溶液效果很明显，使用2%的氨水和4%的尿素溶液混合成软化剂，浸泡1h，即可达到润胀要求。3.1.4.2分离 分离分为蒸煮、水洗、分丝三个步骤。首先蒸煮:将竹片仍然放在z%的氨水和4%的尿素的溶液混合液中蒸煮1h，温度为l00 CC，对其进行脱糖、脱脂、脱胶。注意蒸煮液中的氨水浓度不能太大，否则将降低竹纤维强度，并且会使竹纤维变黄。然后进行水洗:将蒸煮过的竹片取出，用水洗净，去除附着的浸泡液。接着分丝:采取机械方式捶打竹片，从而分离出粗纤维。3.1.4.3成形 成形工序大致要经过蒸煮、分丝、脱水、上油、软化等几个步骤。上一步分离所得到的粗纤维还含有许多的薄壁组织和木素，需通过碱液蒸煮:将分离工序所获得的粗纤维放在1%的NaOH溶液中蒸煮30min,温度为70，进一步润胀竹纤维，使木素分子的醚键断裂生成碱木素而溶于溶液中，并进一步抽提出半纤维素。分丝:将粗纤维分为更细的纤维，并用水冲洗脱胶。脱水:将制得的竹纤维放在离心机上脱水。软化:将脱水后的竹纤维浸油，使其具有一定的柔软度和光泽度。3.1.4.4后处理 后处理工序一般分3步:干燥、梳纤、筛选检验。在专用干燥设备上将纤维干燥40min ,温度为50，使含水率控制在10%以下;然后对其进行梳理，整理成竹纤维丝;去除短纤维及其粉末，并将其打包。3.2 竹纤维的形态结构【31,32,33,34】竹纤维的主要成分是竹纤维素，和其他纤维素高聚物相似，竹纤维素大分子链是由许多-D葡萄糖分子通过l，4苷键连接而成，分子式为 (C6H10O5)n ,聚合度(n)一般在1000000左右。其分子结构式如图2-3所示。纤维的形态随纤维的制取形式的不同而变化。图2-4、图2-5、图2-6分别描述了竹浆纤维、粘胶纤维及竹原纤维的横截面形态。竹浆纤维与普通粘胶纤维在横截面形态上是一致的，呈多边形不规则状，边缘呈锯齿形，其形态是湿法纺丝而形成的再生纤维素纤维所具有的普遍共性。同时可以看出，竹浆纤维和普通粘胶纤维横截面边缘均有不规则微孔。竹原纤维横截面为不规则的椭圆形、腰圆形等，内有中腔，且边缘有裂纹（见图），与苎麻纤维很相似。竹原纤维的纵向表面有横节与细状沟纹；竹浆纤维的纵向平直，表面有沟槽。 图2-3 竹纤维的分子结构式 2-4 竹浆纤维的横截面 图2-5粘胶的横截面 图2-6竹原纤维的横截面3.3 竹纤维的纺纱要点【35】竹纤维的湿态断裂伸长率大于干态断裂伸长率，加工过程中要注意它的干、湿性能变化,各工序要注意温湿度的控制，使生产顺利进行。3.3.1清棉工序：竹纤维与大多合成纤维一样，具有纤维整齐度好、含杂少的特点，但纤维强力低、表面光滑、抱合力差。工艺上采用“多松少打、以梳代打、尽量少落防粘卷”的原则。抓包机要少抓勤抓、减少打击、减少纤维损伤和防止短绒的产生。可将开棉机的打手改用梳针式的。三翼打手去掉刀片，给棉罗拉至打手的隔距要较棉的放宽一些。为减少纤维损伤，各部件打手速度均降低12%左右。尘棒角度要调成与打手回转方向夹角小一点或反装尘棒。竹纤维抱合力差，成卷松散、易粘连，不宜采用太小的棉卷定量和过长的棉卷长度。同时还要防止棉卷粘连。紧压罗拉两端的加压要较棉纯纺时为重。为了防止静电的产生,要求保持相对湿度大一些，一般控制在65%70%。3.3.2梳棉工序：竹纤维细度小、长度大、含杂少、初始模量小、易缠绕针布。因此，应合理选择针布，使梳棉机针布充塞少、纤维负荷轻、纤维转移率高、纤维损伤少，使单纤维状态良好，减少棉结和短绒。梳棉工序要采用“轻定量、低速度、中隔距、小张力”的工艺。降低刺辊和道夫速度，采用较大的锡林-刺辊速比(实践证明此速比在2.05时剥取完全)，以减少纤维损伤。锡林、刺辊和盖板的速度配置要低。锡林与盖板间的隔距要较纺棉时为大。棉网张力方面在生产中随机掌握。竹纤维与一般化纤没有什么大的差异，不会过多出现棉网下坠或棉网掉边的现象。相对湿度一般控制在60%65%范围内。3.3.3并条工序：由于竹纤维易缠绕皮辊和罗拉，故车速应适当降低(前罗拉的速度可选择300r/min)，适当加压，工艺配置一般采用“大隔距、小张力、重定量、慢速度”的原则，以增加纤维间的抱合力，保证足够的握持力和牵伸力。为使纤维经并条工序后充分伸直平行和混合。宜适当放大罗拉隔距(11mm21mm)。同时合理配置各道并后区牵伸，并保持通道光滑，无毛刺挂花。清洁上要保持棉条通道的充分光洁，防止出现涌喇叭口、堵圈条孔的现象。相对湿度要尽量保持在65%左右。3.3.4粗纱工序：粗纱工序掌握“低速度、适当捻系数、大隔距、小张力、轻定量”的工艺原则。竹纤维表面光滑，抱合性差，容易产生意外伸长，造成粗纱条干不匀，因而粗纱捻系数在保证细纱不出“硬头”的情况下适当偏大掌握(捻系数可选择7080)；粗纱牵伸部分工艺配置应保证不对条干造成过大恶化。总牵伸和后区牵伸倍数均应适当偏小掌握(若并合数为8根，牵伸倍数可选择7倍左右，后区牵伸倍数为1.2倍左右)，以保证粗纱条干水平。罗拉隔距参照纤维长度适当放大。粗纱捻度和卷绕密度应适当偏大，能提高粗纱内在质量，有利于提高细纱质量。3.3.5细纱工序：由于竹纤维柔软光滑、强力低，宜采用“大隔距、较高捻系数、低速度、小张力”的工艺原则，以减少纺纱中的断头和毛羽产生。所以应选用较大的后区罗拉隔距，较重的胶辊加压；后区牵伸倍数在保证不出硬头的前提下偏小掌握(后区牵伸倍数一般选择1.15倍左右)，总牵伸倍数的大小则以小于40倍为宜。适当降低锭速和车速(前罗拉的转速可选择200r/min)，减小离心力作用和静电积聚现象对细纱质量的不良影响。车间的相对湿度应控制在60%65%之间。3.3.6络筒工序：由于竹纤维之间的抱合力较差，吸湿性强，所以要选用小张力、低速度的工艺原则,并要保证纱线通道的光洁，以控制纱线毛羽的产生；络纱速度以不超过1000m /min为宜。相对湿度应控制在65%70%。第四章 天然凉爽纤维竹纤维的热湿性能测试与分析4.1 导热性 4.1.1 竹纤维织物设计4.1.1.1 纱线性能纯竹纱和纯棉纱的规格、性能指标如下:线密度均为31. 25 tex，单纱强力分别为242.2 cN,278.3 cN，伸长率分别为11.86%0 ,6.29%0，初始模量分别为141.6 cN/tex,140.9 cN/tex，回潮率分别为13.53% ,6.64%。4.1.1.2 纱线线密度纯竹纱、竹棉混纺纱（70/30）及纯棉纱的线密度均为31.25tex。4.1.1.3 组织设计 根据夏季服用织物轻薄、舒适的要求，设计了一上三下破斜纹、方平、一上三下右斜纹和凸条4种组织的织物。4.1.1.4 规格设计 根据纱线线密度及组织机构的特点，结合夏季织物的性能要求，确定了4种织物的规格见下表4.1.2试验仪器 YG( B)606型平板式保温仪。4.1.3试验结果与分析织物的导热性能反映了织物的热传递性能，其性能好坏用隔热率克罗(clo)表示【36,37】。，式中为传热系数【38】。值小，热阻小递性能好，即导热性能好，织物穿着凉爽。4种织物的clo值测试结果见图1从图1的测试结果可以看出，在组织和线密度相同的条件下，竹纤维织物的clo值小于竹棉混纺织物，且远远小于纯棉织物，表明竹纤维织物具有优良的导热性。即使在竹纤维中混人一定量的棉纤维，也因为竹纤维的导热性能好，使得竹棉混纺织物的导热性好于纯棉织物。 在4种组织结构中，凸条织物的紧度大，纱线排列紧密，空隙率小，隔热率大，不利于身体热量向外界传递，所以导热性较差;方平织物紧度小，织物薄，隔热率小，热传递性能好，导热性能则好。4.2 吸放湿性 4.2.1实验试样与实验仪器 经初步脱胶的毛竹纤维试样(残胶率8.11%)、黄麻纤维(残胶率6. 75 %)、亚麻纤维(残胶率6. 23 %)。采用Y802恒温烘箱、电子天平(精确度为0. 0001 g)、密封性能良好的玻璃干燥皿。4.2.2实验步骤4.2.2.1吸湿实验将试样在40-50低温烘箱内预烘0. 5一1 h，使纤维的回潮率大大低于其标准平衡回潮率。在恒温恒湿室内，称取试样的初始重量，尽量使试样保持蓬松状态，每隔5 min记录1次纤维重量，直至纤维达到吸湿平衡，将样品烘十，称取十重，计算回潮率。4.2.2.2放湿实验将试样放入底部盛有自来水的十燥缸内，密封、抽真空(使样品处于相对湿度为100%的环境中)，放置48 h，使试样达到吸湿平衡。回潮率的测试方法同4.2.2.1。4.2.3实验结果及分析4.2.3.1竹纤维的吸湿、放湿曲线 竹纤维的吸湿、放湿曲线见图1和图2。由图可以看出，1)竹纤维在标准状态下的回潮率为9. 5%左右。2)竹纤维的吸湿滞后性导致的标准状态下的平衡回潮率误差在0. 7%左右。3)在吸湿过程中，竹纤维的回潮率存在上下摆动的趋势。4.2.3.2竹纤维吸湿现象分析 纤维中水分了传递作用，受到纤维吸湿放热的影响。纤维吸湿放热，使纤维的温度升高，纤维中水汽压力增大，导致进入纤维的水汽分压梯度减小，降低水分了进入纤维的速度，纤维吸湿变慢【39】。其具体吸湿平衡过程为:吸湿过程开始时，大气中水汽压力使水分了进入纤维，纤维的回潮率变大逐渐达到外界大气中的水汽压力，这时纤维吸放湿暂时达到平衡，纤维质量趋于稳定，并有上下摆动的趋势，如图3所示。在试样温度下降后，吸湿作用重新开始。随着试样温度的下降，纤维的回潮率逐渐增加，试样中的水汽压力保持与大气中水汽压力趋向平衡的状态，直至达到吸湿完全平衡。4.2.4竹纤维吸、放湿回归方程的建立【40】 根据扩散理论，水分了向介质中扩散的速度与扩散方向的水分了浓度成i1，比例关系，比例常数称为扩散系数。当扩散过程中扩散系数保持一定时，水分了扩散速度将随介质中水分了浓度的增加而递减，水分了的浓度增加率与时间的关系为指数曲线。假定纤维吸湿过程为水分了通过空气扩散逐渐到达纤维之间及纤维内部。 裴克方程给出当扩散系数为D时扩散物质通过面积为A的垂直于浓度梯度的平面时的转移速率为: 对于本实验，水分了向纤维扩散的情况可简单的视为:水份从浓度的无限源(恒温恒湿实验室)向t时刻平均浓度为c的接受体(纤维)扩散。在这种情况下则有: 即在上述假定条件下纤维吸湿的理论曲线(在平衡过程中回潮率与时间的关系曲线)为指数曲线。因此选用回潮率对时间的回归方程通式为: 利用数学分析软件，对实验结果进行自定义函数曲线拟合得到回潮率对时间的回归方程为; 所得回归方程式与经验方程式【41】基本一致。这里a 扩散系数; 为纤维初始回潮率(%)W为纤维吸放湿过程中任意时刻的回潮率(%)，为纤维吸湿或放湿平衡回潮率(%)。绘制回归方程曲线如图4,图5所示。同法测得亚麻、黄麻的吸放湿过程回潮率回归方程分别为:4.2.5竹纤维吸放湿速率回归曲线的建立 通常纤维的吸湿速率都是用吸湿时间常数来表小。吸湿时间常数的物理意义，可以认为是假设纺织材料从十燥状态开始并以不变的开始吸湿速率进行吸湿，到达平衡回潮率所需的时间【42】，纤维放湿速率同样也会影响到服装面料的热湿舒适性，而事实上，纺织材料在整个吸湿过程中的吸、放湿速率是不断变化的，因此，有必要对纤维的吸、放湿速率建立其对应的回归曲线，以便于对其吸、放湿过程进行深入研究。 定义:标准状态下，单位质量的纤维材料瞬间(可以视为一个时间点)吸收(或放出)水份的量为纤维吸、放湿速率v，则有。由式(4)，可得到纤维吸、放湿速率回归方程通式为: 。从式(5) .( 6)，可得到钓一纤维吸、放湿速率回归方程：从式(7) （8）得亚麻吸、放湿速率回归方程：从式(9) ,(10)得黄麻吸、放湿速率回归方程： 竹纤维、亚麻、黄麻吸、放湿速率回归曲线见图6.图7。由图可见，纤维在整个吸放湿过程中的吸放湿速率不断变化:在刚开始吸放湿时，纤维吸放湿速率最大，随着时间的延长，纤维含湿量不断增加(减小)，纤维吸放湿速率呈指数形式衰减，当纤维达到吸放湿平衡时，其吸放湿速率降至最小，趋近于0。4.2.6竹纤维吸放湿特性分析 比较竹纤维、亚麻和黄麻纤维吸放湿速率曲线图(图6,图7)可以看出:标准状态下，竹纤维的初始吸放湿速率与亚麻纤维的吸放湿速率较为接近，略高于亚麻，两者的吸放湿速率均大于黄麻纤维;随着吸放湿时间的延长，纤维吸放湿速率迅速减小，亚麻纤维吸放湿速率减小速度最快钓一纤维次之黄麻纤维吸放湿速率减小最慢;在3种纤维中，亚麻纤维最快达到吸放湿平衡，其次为竹纤维和黄麻纤维，黄麻纤维最慢。4.2.7结论 竹纤维的标准回潮率接近并略高于亚麻纤维，高于黄麻纤维，即竹纤维的吸、放湿能力与亚麻纤维相近;竹纤维的初始吸放湿速率略高于亚麻纤维，高于黄麻纤维;在3种纤维中,竹纤维最初吸、放湿速率最快在人体开始发汗的短时间内水份转移量最高。从服装舒适性来看，竹纤维具有较大的回潮率，比热相对较低，具有凉爽感;纤维吸、放湿速度很快，可以迅速吸收人体排出的汗液，使人体感觉舒适。4.3结论1在组织和线密度相同的条件下，竹纤维织物的clo值小于竹棉混纺织物，且远远小于纯棉织物，表明竹纤维织物具有优良的导热性。即使在竹纤维中混人一定量的棉纤维，也因为竹纤维的导热性能好，使得竹棉混纺织物的导热性好于纯棉织物。2从服装舒适性来看，竹纤维具有较大的回潮率，比热相对较低，具有凉爽感;纤维吸、放湿速度很快，可以迅速吸收人体排出的汗液，使人体感觉舒适。参考文献【1】 秋廷英治，Sophista纤维的凉爽功能，国外纺织技术，2001 (6) : 41-42【2】 徐鹏摘译，日本功能纺织材料新进展【J】，国外纺织技术，2002 1【3】 徐晓辰，吸湿排汗聚醋纤维的开发及应用，合成纤维，2002 31(6):9-12【4】 曾五一运动服装新型纤维一高吸湿纤维文体用品与科技2003 (1): 31-32【5】 纺织导报2003 (2): 25【6】 邵松生，麻类纺织品的开发前景，2000年中国麻纺织发展研讨会论文集中国麻行业协会，2000, 83-88【7】 张海燕、胡雪敏，新型再生麻纤维及其产品开发，纤维技术，2005 (12)：56-58【8】 王林辉.浅谈中国麻业可持续发展及对策.中国麻业，2003 , 25 ( 6 ) : 296【9】 Barbara Scruggs&Joy Smith.兰麻:古老纤维焕新貌.中国麻业，2002,24（1）:51【10】 肖亮生.大麻.山东纺织科技.1989, (3): 61.【11】 V. 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