劉 蕊，孟家光，張琳玫，董旭鳳

（西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安710048）

0 引 言

隨著咖啡碳纖維的面世，人們對(duì)其研究越來(lái)越多.江蘇大生有限公司推出了咖啡碳纖維混紡紗線(xiàn)，采用咖啡碳纖維與蘭精粘膠等纖維混紡，生產(chǎn)出具有抑菌除臭、發(fā)散負(fù)離子、抗紫外線(xiàn)特性的新型功能性紗線(xiàn)［1］；田小迪等為了提高織物的功能性，對(duì)負(fù)離子紗線(xiàn)和咖啡碳紗線(xiàn)交織物的功能性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果得出當(dāng)負(fù)離子紗線(xiàn)與咖啡碳紗線(xiàn)的緯線(xiàn)排列比為1∶2時(shí)，織物的蓄熱保暖和釋放負(fù)離子的綜合性能較好［2］；吳鮮鮮對(duì)咖啡紗多功能紡織品進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)出具有多功能效果及良好服用性能的床上用品及五大系列織物，并對(duì)其服用性能進(jìn)行測(cè)試分析［3］.前者多是研究咖啡碳纖維與其他纖維的混紡，生產(chǎn)出具有某種特殊功能的新型紗線(xiàn)，或是提高紡織品的功能性，這些研究都是要建立在對(duì)咖啡碳功能性纖維基本性能的認(rèn)識(shí)與研究的基礎(chǔ)上，因此需要對(duì)咖啡碳纖維的基本性能進(jìn)行研究.文中參考其他功能性纖維的性能測(cè)試方法［4－5］，對(duì)咖啡碳纖維及咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的基本性能進(jìn)行測(cè)試與分析.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

華楙生化科技股份有公司生產(chǎn)的規(guī)格為75D/72F，細(xì)度為8.3tex的咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗.

1.2 儀器

KYKY－2800B型臺(tái)式掃描電鏡，傅立葉紅外光譜儀（美國(guó)Nicolet 5700型），YG020A型電子單紗強(qiáng)力儀，條干均勻度測(cè)試儀（YG131型），DHG－9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，JA3003N型電子天平，水浴鍋，JA3003N型電子天平.

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 截面形態(tài) 采用KYKY－2800B型臺(tái)式掃描電鏡，觀(guān)察分析咖啡碳纖維橫截面和縱向形態(tài)結(jié)構(gòu).

1.3.2 紅外光譜 采用傅立葉紅外光譜儀（美國(guó)Nicolet 5700型）對(duì)咖啡碳纖維進(jìn)行紅外光譜測(cè)試.

1.3.3 紗線(xiàn)強(qiáng)度 采用YG020A型電子單紗強(qiáng)力儀對(duì)咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試.

1.3.4 條干均勻度 采用條干均勻度測(cè)試儀（YG131型）測(cè)試咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的條干均勻度，測(cè)試指標(biāo)為CV值、細(xì)節(jié)、粗節(jié)和棉結(jié).

1.3.5 含濕量 采用DHG－9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱和JA3003N型電子天平，設(shè)定烘箱溫度為105±3℃.首先用天平稱(chēng)取5g的咖啡碳纖維紗線(xiàn)，然后放入溫度為105±3℃的干燥箱內(nèi)，烘1h后，取出紗線(xiàn)，迅速稱(chēng)取紗線(xiàn)的干重，然后再次將紗線(xiàn)放入烘箱，繼續(xù)烘10min，取出紗線(xiàn)，第二次迅速稱(chēng)取紗線(xiàn)的干重，如此反復(fù)烘干反復(fù)稱(chēng)重，直至兩次重量的差與后一次重量的比小于0.05%時(shí)，停止烘干，記最后一次所測(cè)得的紗線(xiàn)重量為紗線(xiàn)的干重.每次稱(chēng)重都應(yīng)在二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下進(jìn)行，即大氣壓力為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，溫度為20℃±2℃，相對(duì)濕度為65%±3%.含水率和回潮率計(jì)算如式（1），（2）.

1.3.6 耐熱性 采用DHG－9075A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、水浴鍋和JA3003N型電子天平測(cè)試咖啡碳長(zhǎng)絲紗的耐干熱和耐濕熱性能.以處理后紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力的變化和紗線(xiàn)的收縮程度作為評(píng)定其耐熱性的指標(biāo).耐濕熱性測(cè)試采用水浴鍋法，測(cè)試時(shí)間為30min；耐干熱性測(cè)試采烘箱烘燥紗線(xiàn)，烘燥時(shí)間為30s.

1.3.7 耐酸堿性 采用數(shù)字式p H計(jì)（p HS－3C型）和水浴鍋，以酸堿處理后紗線(xiàn)斷裂強(qiáng)力的變化情況為測(cè)試指標(biāo).用鹽酸分別配制出p H值為1，2，3，4的溶液，用碳酸鈉分別配制出p H值為9，10的溶液，再用氫氧化鈉分別配制出p H值為11，12的溶液，將水浴鍋分別加熱到25℃和100℃，然后將紗線(xiàn)依次放入所配溶液中，分別在水浴鍋中處理30min后，取出紗線(xiàn)，讓紗線(xiàn)自然晾干，然后測(cè)量經(jīng)過(guò)酸堿處理后紗線(xiàn)的斷裂強(qiáng)力.

2 結(jié)果與分析

2.1 咖啡碳纖維性能

2.1.1 截面形態(tài) 咖啡碳纖維的截面形態(tài)如圖1所示.從圖1（a）可以看出，咖啡碳纖維的橫截面呈不規(guī)則的橢圓形，且截面存在微小顆粒，具有明顯的中腔結(jié)構(gòu)，還存在一定的空隙；從圖1（b）可以看出，縱向呈圓柱體，表面也有許多微小顆粒.這些結(jié)構(gòu)有利于提高咖啡碳纖維的吸附效果.纖維縱橫截面存在微小顆粒是加入了咖啡碳粉體的緣故.

圖1 咖啡碳纖維的截面形態(tài)Fig.1 The cross－section of coffee carbon fiber

2.1.2 紅外光譜 咖啡碳纖維和滌綸纖維的紅外光譜圖分別如圖2～3所示.不同類(lèi)型的有機(jī)化合物含有不同的官能團(tuán)，而不同的官能團(tuán)具有自身所獨(dú)有的紅外吸收峰，即特征吸收峰［6］.由圖2，3可以看出，咖啡碳纖維和滌綸纖維的紅外光譜圖比較匹配，其主要吸收峰峰位基本相同，但是吸收峰峰強(qiáng)略有差別，是咖啡碳纖維中加入了咖啡碳粉體的原因.兩個(gè)光譜圖都在1 720cm－1左右有明顯的吸收峰，1 720cm－1左右的吸收峰為C O特征峰，表明咖啡碳纖維的主要成分是滌綸［7－8］.

圖2 咖啡碳纖維的紅外光譜圖Fig.2 Infrared spectrogram of coffee carbon fiber

圖3滌綸纖維的紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectrogram of polyester fiber

2.2 咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗性能

2.2.1 紗線(xiàn)強(qiáng)度 實(shí)驗(yàn)測(cè)得，咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的斷裂強(qiáng)力為284.56N，斷裂強(qiáng)度為34.28c N·tex－1，斷裂伸長(zhǎng)為97.20mm，斷裂伸長(zhǎng)率為19.44%，結(jié)果表明咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)均較好.紗線(xiàn)強(qiáng)度越大，用其所編織織物的強(qiáng)度就越大，編織過(guò)程中紗線(xiàn)會(huì)受到張力和摩擦作用，因此針織用紗需要有一定的強(qiáng)度，其大小直接影響織物的耐用性能.此外，在編織成圈時(shí)，紗線(xiàn)還會(huì)受到扭轉(zhuǎn)變形和彎曲，為了確保其在編織過(guò)程中順利彎紗成圈，降低紗線(xiàn)的斷頭率，針織用紗還應(yīng)該具有一定的延伸性.

2.2.2 條干均勻度 咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗條干均勻度的測(cè)試結(jié)果如表1所示.紗線(xiàn)沿長(zhǎng)度方向上橫截面的粗細(xì)均勻程度稱(chēng)為紗線(xiàn)的條干均勻度［9－10］，條干均勻度因纖維原料性質(zhì)差異而有所不同.由表1數(shù)據(jù)可得出，咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的條干均勻度較高，符合針織用紗的要求.針織用紗對(duì)條干均勻度的要求比機(jī)織用紗高，這是因?yàn)榕c機(jī)織物組織相比，針織物組織相對(duì)比較疏松，紗與紗之間的空隙相對(duì)較多，原紗的外觀(guān)品質(zhì)會(huì)在織物表面充分呈現(xiàn)，紗線(xiàn)的條干不勻會(huì)在織物表面顯著表現(xiàn)出來(lái)［11］.

表1 咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的條干均勻度測(cè)試結(jié)果Table 1 The evenness of coffee carbon fiber filament yarn

2.2.3 含濕量 實(shí)驗(yàn)測(cè)得，咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的含水率為1.32%；回潮率為1.30%，比滌綸的回潮率高3倍多，這是由于咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗中納米級(jí)的咖啡渣顆粒具有許多微小孔洞，這對(duì)咖啡碳纖維紗線(xiàn)進(jìn)行編織以及針織物在編織過(guò)程中的良好成型有著重要的意義.紗線(xiàn)的吸濕性較好時(shí)，在編織和穿著過(guò)程中不容易產(chǎn)生靜電，而且用其編織的織物吸濕性也好，穿著舒適.

2.2.4 耐熱性 表2為咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的耐濕熱和耐干熱性測(cè)試結(jié)果.表2數(shù)據(jù)顯示，咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗在熱水中煮30min后，紗線(xiàn)強(qiáng)度下降很小，且紗線(xiàn)收縮也不明顯.說(shuō)明咖啡碳纖維紗線(xiàn)的耐濕熱性較好.紗線(xiàn)在不同溫度下烘干30s后，在210℃～250℃時(shí)強(qiáng)度開(kāi)始下降，紗線(xiàn)開(kāi)始收縮，在280℃時(shí)紗線(xiàn)有燒焦的味道，這表明紗線(xiàn)的耐干熱性較好.

表2 咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的耐熱性測(cè)試結(jié)果Table 2 The heat resistance testing of coffee carbon fiber filament yarn

2.2.5 耐酸堿性 表3為經(jīng)酸堿處理后咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的斷裂強(qiáng)力.由表3可知，咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗在堿性條件下強(qiáng)力損失相對(duì)較大，說(shuō)明咖啡碳纖維耐酸不耐堿，這與滌綸耐酸性較強(qiáng)、耐堿性較弱的性質(zhì)一致.

表3 酸堿處理后咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的斷裂強(qiáng)力Table 3 Yarn breaking strength after acid and alkali treatment

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)咖啡碳纖維和咖啡碳纖維長(zhǎng)絲紗的各項(xiàng)基本性能進(jìn)行測(cè)試與分析，可知咖啡碳纖維的橫截面呈不規(guī)則的橢圓形，且截面存在微小顆粒，具有明顯的中腔結(jié)構(gòu)，還存在一定的空隙；縱向呈圓柱體，表面也有許多微小顆粒.這些結(jié)構(gòu)有利于咖啡碳纖維的吸附效果，體現(xiàn)出咖啡碳纖維針織物的透氣性、透濕性、吸水性和抑菌除臭等優(yōu)良性能.此外，咖啡碳纖維長(zhǎng)絲的紗線(xiàn)強(qiáng)力較好，斷裂伸長(zhǎng)率也較高，耐酸不耐堿，耐濕熱性和耐干熱性均較好，條干均勻度好，符合針織用紗的要求.

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