孫西超 周 婷 奚柏君 屠建宏 王雪飛

(1.紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，浙江 紹興312000；2.貴州順利達(dá)紡織科技有限公司，貴州 安順561200)

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的形貌及性能

孫西超1周 婷1奚柏君1*屠建宏2王雪飛2

(1.紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，浙江 紹興312000；2.貴州順利達(dá)紡織科技有限公司，貴州 安順561200)

采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的堿溶液處理蜂窩狀纖維表面后，系統(tǒng)分析了其形貌、機(jī)械性能、吸濕與放濕性能及熱性能.結(jié)果表明：處理后的纖維表面完整且微孔清晰，其斷裂強(qiáng)度比普通滌綸低；蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維具有吸濕快、放濕快的特點(diǎn)；纖維的玻璃化溫度為85 ℃，熔融溫度在275 ℃左右，起始裂解的溫度為352 ℃，半壽溫度為405 ℃，表明蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維具有較好的熱穩(wěn)定性，因此在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)應(yīng)充分考慮并利用其結(jié)構(gòu)的特殊性.

微孔結(jié)構(gòu)；形貌；機(jī)械性能；吸濕性能；熱性能

天然纖維織物缺乏易洗快干特性，而普通滌綸織物穿著悶熱、吸濕性差等缺陷，因此開發(fā)吸濕排汗、導(dǎo)濕快干的改性滌綸成為國內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)之一[1-3].目前，纖維截面異形化和蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)是提高纖維導(dǎo)濕的兩種主要方法，已經(jīng)生產(chǎn)的纖維截面有“+”型、“H”型和“Y”型等[4-5]，但有關(guān)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維表面結(jié)構(gòu)的報(bào)道較少.經(jīng)研究初步表明[6-7]，織物的吸濕性和快干性不僅與織物的組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與組成織物的纖維結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)濕性有關(guān)，因此研究蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維表面形態(tài)與性能的關(guān)系具有一定的意義.

本文以蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸短纖維為例，采用掃描電鏡(SEM)對(duì)其表面形態(tài)的微孔分布及特征進(jìn)行觀察，同時(shí)結(jié)合纖維的表面結(jié)構(gòu)分析，對(duì)纖維的機(jī)械性能、導(dǎo)濕性能的影響，最后研究纖維的熱性能，為蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維進(jìn)一步的研究與開發(fā)工作提供一定的理論依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原材料與設(shè)備

試驗(yàn)材料：蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸短纖維規(guī)格1.9 dtex，長度36 mm(貴州順利達(dá)紡織科技有限公司)，普通滌綸短纖規(guī)格1.9 dtex，長度36 mm(貴州順利達(dá)紡織科技有限公司).

試驗(yàn)設(shè)備：SNG-3000型掃描電鏡(韓國SEC CO.LTD)，XQ-2型短纖維強(qiáng)伸儀(上海新纖儀器有限公司)，Y802A型八籃恒溫烘箱(常州第二紡織儀器廠)，YG715B型恒溫恒濕箱(常州諾基儀器有限公司)，Diamond DSC型差式掃描量熱儀(鉑金埃爾默公司)，TG/DTA 6300型差動(dòng)熱量分析儀(鉑金埃爾默公司).

1.2 SEM測(cè)試

首先采用自然干燥法處理試樣，用纖維切片器將干燥后的纖維制成切片；接著利用濺射鍍膜儀對(duì)切片進(jìn)行鍍膜處理；最后觀察纖維的形貌[8].

1.3機(jī)械性能的測(cè)試

依據(jù)GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》，將試樣置于恒溫恒濕室中處理24 h，設(shè)置隔距20 mm及拉伸速度40 mm/min，測(cè)試20次，結(jié)果取平均值.

1.4纖維吸濕、放濕測(cè)試

參考GB/T 6503—2008《化學(xué)纖維回潮率試驗(yàn)方法》測(cè)試?yán)w維的吸濕和放濕性能.吸濕和放濕試驗(yàn)均取試樣50 g.放濕試驗(yàn)采用箱內(nèi)熱稱，烘箱溫度105 ℃，設(shè)置為10 min、15 min、20 min、30 min、60 min和90 min，測(cè)試3次取平均值；吸濕試驗(yàn)將試樣放置于在溫度為20℃、相對(duì)濕度為100% 的恒溫恒濕箱內(nèi)，處理時(shí)間和測(cè)試次數(shù)與放濕試驗(yàn)設(shè)置一致.

1.5熱性能的測(cè)試

采用差式掃描量熱儀(DSC)和差動(dòng)熱量分析儀測(cè)定蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸短纖維的熱行為[9-10].在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，DSC和TG/DTA的升溫速率取20 ℃/min，溫度為0～600 ℃.

2 結(jié)果與分析

2.1掃描電鏡觀察分析

圖1為蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維掃描電鏡觀察結(jié)果.從圖1(a)可以看出，纖維表面附有凹凸不平的顆粒狀雜質(zhì)，使得纖維表面的微孔沒有顯露出來，這是因?yàn)槲⒖桌w維由滌綸改性切片(含制空劑KH-100)經(jīng)熔融擠壓，在高壓閃爆裝置中生成微孔，經(jīng)特殊冷卻裝置和高牽伸裝置紡制而成，但在加工過程中所采用的油劑等雜質(zhì)殘留在纖維表面，造成纖維表面微孔沒有顯露出來.為此采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的堿溶液對(duì)纖維進(jìn)行清洗處理.圖1(b)為堿溶液處理后的纖維形貌圖，從圖中可以看出，經(jīng)過2%堿溶液處理后的纖維表面未受到破壞，雜質(zhì)已被清除且微孔清晰，但數(shù)量較少，這是因?yàn)橹瓶談┑暮枯^少造成的.由圖1可知，纖維粗細(xì)均勻，毛羽很少.

2.2機(jī)械性能對(duì)比分析

表1為蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果.由表1可知，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的斷裂強(qiáng)度為2.53 cN/dtex，斷裂伸長率為41.10%，與普通滌綸短纖相比，其斷裂強(qiáng)度下降較大，斷裂伸長率變化不大，這是因?yàn)榉涓C狀微孔結(jié)構(gòu)纖維表面的微孔分布影響其斷裂強(qiáng)力，在拉伸時(shí)微孔削弱了纖維的強(qiáng)力，因此蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的斷裂強(qiáng)度不大，在后道加工和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理控制張力.

(a)處理前形貌圖 (b)處理后形貌圖

表1 機(jī)械性能測(cè)試結(jié)果

2.3吸濕、放濕性能分析

圖2為纖維的吸濕與放濕曲線圖，其中的a、b、c和d分別表示蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的放濕曲線、吸濕曲線和普通滌綸的放濕曲線和吸濕曲線.

由圖2中的曲線a和曲線b可知，吸濕或者放濕在20 min時(shí)達(dá)到平衡；從曲線c和曲線d可以看出，當(dāng)吸濕或者放濕達(dá)到平衡時(shí)的時(shí)間接近30 min，說明在相同條件下，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的吸濕和放濕速度較快，吸濕回潮率和放濕回潮率總呈現(xiàn)先急后緩，最后達(dá)到平衡的趨勢(shì)，同時(shí)兩種纖維的放濕回潮率總大于吸濕回潮率，符合纖維材料“吸濕保守現(xiàn)象”的規(guī)律.造成這一現(xiàn)象的原因是蜂窩狀結(jié)構(gòu)纖維表面分布有不規(guī)則的微孔，有利于纖維的吸濕與放濕，因此蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維具有吸濕快、放濕快的特點(diǎn).當(dāng)濕度很高時(shí)，纖維的親水基團(tuán)迅速吸收大量自由水，同時(shí)纖維中的微小的間隙及范德華力的作用進(jìn)一步吸收少量自由水，而這種作用方式影響較??；當(dāng)受熱處理時(shí)，自由水迅速蒸發(fā)，隨著時(shí)間的推移，纖維的吸濕與放濕達(dá)到平衡，故出現(xiàn)曲線先急后緩，最后穩(wěn)定的現(xiàn)象.

圖2 纖維的吸濕與放濕曲線圖

2.4熱性能分析

圖3為蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的TG曲線和DSC曲線圖.從圖3的TG曲線可以看出，纖維的起始裂解溫度為352 ℃，當(dāng)質(zhì)量減少一半時(shí)的半壽溫度為405 ℃，當(dāng)溫度達(dá)到452 ℃時(shí)樣品基本裂解完畢.由圖3的DSC 曲線可知，蜂窩狀微孔纖維的玻璃化溫度是85 ℃，熔融溫度在275 ℃左右，這是因?yàn)榍衅刑砑恿薑H-100，其阻礙切片非結(jié)晶區(qū)分鏈段運(yùn)動(dòng)，使之在高溫下運(yùn)動(dòng).綜上，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維在紡絲條件下具有較好的熱穩(wěn)定性，符合熔融紡絲的溫度條件要求.

圖3 蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的TG和DSC曲線圖

3 結(jié)論

(1)掃描電鏡下蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維表面附有凹凸不平的顆粒狀雜質(zhì)，微孔未顯露出來.經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的堿溶液處理后，纖維表面完整，微孔清晰且數(shù)量較少.

(2)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的斷裂伸長率與普通纖維相比變化不大，但其斷裂強(qiáng)度下降較大，因此在后道加工和設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理控制張力.

(3)從吸濕、放濕試驗(yàn)結(jié)果可知，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維具有吸濕和放濕快的特點(diǎn)，吸濕回潮率和放濕回潮率總呈現(xiàn)先急后緩，最后達(dá)到平衡的趨勢(shì)，且吻合纖維材料的“吸濕保守現(xiàn)象”.

(4)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維玻璃化溫度是85 ℃，熔融溫度在275 ℃左右，起始裂解溫度為352 ℃，半壽溫度為405 ℃；當(dāng)溫度達(dá)到452 ℃時(shí)樣品基本裂解完畢，表明蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維具有較好的熱穩(wěn)定性.

[1]張紅霞,陳雪善,劉芙蓉,等.蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維表面形態(tài)觀察及其統(tǒng)計(jì)分析[J].紡織學(xué)報(bào),2009,30(2):13-17.

[2]張一平,許瑞超,陳莉娜,等.纖維異型形度對(duì)織物導(dǎo)濕快干性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2006,27(12):70-73,76.

[3]王其,濯涵,薛斌,等.不同截面纖維的毛細(xì)管特性研究[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2003,18(3):3-7.

[4]盧躍華,劉芙蓉,董洋,等.蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維的表面結(jié)構(gòu)及導(dǎo)濕機(jī)理[J].絲綢,2009，46(5):26-29.

[5]劉岳新,張均,趙志娟,等.聲速儀在PAN基碳纖維制備過程中的應(yīng)用[J].紡織學(xué)報(bào),2005,26(4):7-9.

[6]范菲,齊宏進(jìn).織物孔徑特性與織物結(jié)構(gòu)及芯吸性能的關(guān)系[J].紡織學(xué)報(bào),2007,28(7):38-41.

[7]黃艷麗.新型蜂窩狀微孔改性滌綸織物的性能[J].上海紡織科技,2011,39(2):52-53.

[8]干蜀毅.常規(guī)掃描電子顯微鏡的特點(diǎn)和發(fā)展[J].分析儀器,2000(1):51-53.

[9]湯成坦,薛元,顏志勇,等.熱處理對(duì)PET雙收縮絲結(jié)構(gòu)和性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2010,31(5):15-18.

[10]孫西超,占海華,葉建華.一步法異染FDY與普通FDY的性能比較[J].絲綢,2014,51(10):16-19.

StructureandPropertyofHoneycombFiber

Sun Xichao1Zhou Ting1Xi Bojun1Tu Jianhong2Wang Xuefei2

(1.School of Textile Engineering and Apparel Design, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000;2.Guizhou Shunlida Textile Technology Co., Ltd., Anshun, Guizhou 561200)

In order to study the structure and property of honeycomb fiber, the fiber surface was treated by alkaline solution whose mass fraction was 2%.The morphology of honeycomb fiber, tensile properties, hydroscopic property and thermal properties were analyzed.The results show that honeycomb fiber has good surface morphology and its micropore structure is clear, and its mechanical property is lower than ordinary PET’s.Honeycomb fiber has a characteristics of quick moisture absorption and release.Honeycomb fiber has a glass transition temperature of 85 ℃, a melting temperature of 275 ℃, an initial decomposition temperature of 352℃ and a half life of temperature of 405 ℃.That is to say, honeycomb fiber has good thermal stability and dimension stability in the process of processing and use..

micropore structure; morphology; mechanical property; hydroscopic property; thermal property

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2017.08.017

TS151

A

1008-293X(2017)08-0095-04

2016-06-08

貴州省重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(黔科合同重大專項(xiàng)字[2014]6006)

孫西超(1988- )，男，安徽亳州人，紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院實(shí)驗(yàn)師，研究方向：紡織材料結(jié)構(gòu)與性能、新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā).

奚柏君，女，紹興文理學(xué)院紡織服裝學(xué)院教授，E-mail：xbj66@126.com

(責(zé)任編輯鄧 穎)