高吸汗、排汗、速干功能性聚酯纖維結構與性能(共10頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上高吸汗、排汗、速干功能性聚酯纖維結構與性能北京服裝學院 服裝材料研究開發(fā)與評價北京市重點實驗室張大省 王 銳 周靜宜  合成纖維優(yōu)點諸多，也有不足。作為服用纖維尤以吸濕、可染、抗起球、抗靜電等性能不良需待改進，因而合成纖維的功能化課題倍受矚目。服用纖維的功能性，最終是反映在由纖維構成的集合體上，纖維集合體的改性通?？梢栽谒膫€層面上實施14：即（1）纖維制備用聚合物的改性；（2）單纖維的改性；（3）紗線及織造階段的改性；（4）染整加工階段的改性。1 高吸汗、排汗、速干織物的功能性機理分析解決織物的吸濕、排汗、干燥性能首先需要了解織物吸濕、排汗及干燥過

2、程。人體在著裝狀態(tài)下出汗時，汗液經(jīng)織物傳導至外界空間的過程可描述為兩種形式：一是液態(tài)的汗液直接接觸織物，并以液態(tài)水的形式將織物的內(nèi)表面潤濕并被織物吸收，又依靠紗線間或纖維間縫隙形成的毛細作用輸送至織物外表面，而后蒸發(fā)成水蒸汽擴散至外層空間；二是由人體汗液蒸發(fā)的水汽直接被構成織物的纖維表面所吸收，并在織物內(nèi)表面凝結成液態(tài)水，再以同樣機理傳輸?shù)娇椢锿獗砻?，蒸發(fā)成水蒸汽遷移至外層空間 57 ?？傊?，完成吸汗、排汗、速干過程，是由潤濕吸濕擴散蒸發(fā)幾步組成。（1）水對纖維材料集合體的潤濕過程。對于缺少極性親水性基團的合成纖維而言，它是完成總體過程的控制步驟，沒有潤濕就不會有吸濕擴散蒸發(fā)過程的發(fā)生。從化學

3、結構角度考慮，如能向織物或構成織物的纖維引入親水基團當是最佳方案；從物理結構角度考慮，若設法使纖維表面粗糙化、纖維截面異型化以及纖維的細旦化，即擴大水與纖維的接觸比表面積，都會有益于潤濕過程。（2）吸濕（或吸水）過程，纖維和織物被水分浸潤后，應當讓水分盡可能快地吸附于纖維和織物的表面和內(nèi)部。纖維化學結構的親水化、纖維表面的粗糙化、截面異型化以及細旦化等增加比表面積和提高毛細效應的措施無疑都是有益的。（3）擴散過程。是指織物所吸收的水份由織物的內(nèi)表面向外表面以及吸收的水分向織物四周擴散的表面積逐漸擴大過程。擴散過程主要依靠纖維內(nèi)空腔、單纖維內(nèi)的孔洞、單纖維內(nèi)的溝槽、構成紗線的單纖維間的縫隙以及織

4、物中紗線間的縫隙等所形成的毛細作用。因此，纖維截面異型化、細旦化、單纖維表面的形態(tài)以及織物組織結構的密實度，對改善水分的傳導作用都是有效的。（4）蒸發(fā)過程。是指織物吸收的水份向外層空間的蒸發(fā)，從而實現(xiàn)織物的速干過程。構成纖維大分子化學結構過多親水基團的存在（如棉纖維、粘膠纖維等），顯然是不利于速干的；而在物理結構方面，如上所述所有能夠導致增大蒸發(fā)比表面積截面異型化、細旦化和表面粗糙化的措施以及可以加速擴散過程的因素均可為水份的快速蒸發(fā)創(chuàng)造必要的條件；此外作為外因，即織物外側環(huán)境溫度和空氣流速對蒸發(fā)過程也有重要影響。2 關于吸汗、排汗、速干織物用纖維的前人經(jīng)驗國內(nèi)外已有很多相關報道，匯總后大體有

5、如下幾種方案： （1）紡制含親水基團的共聚酯纖維。8該方案纖維構成的織物提高了對水分的潤濕性能，但是導水能力和速干能力尚欠缺；（2）將PET與含親水性基團聚合物共混紡絲制造吸濕性纖維。913 該方案纖維構成的織物具有較好的對水潤濕性能，但是由于纖維大多為圓形截面，不能充分利用纖維間毛細效應產(chǎn)生的導水性能，有些屬中空纖維，它的良好保水性又會影響速干性能的發(fā)揮；（3）利用吸濕性聚合物的復合紡絲。1421制造以吸濕性高聚物為芯層，以聚酯為鞘層的皮芯纖維。無疑具有良好的吸濕、吸水能力，但是排濕能力不足，且大多為圓形截面，不能充分利用纖維間的毛細效應；（4）纖維斷面的異型化。2232包括中空、Y型、W型

6、、C型、扁平型或十字型等異型纖維以及表面附有溝槽或凹凸微坑和/或內(nèi)部微孔構造的異型纖維。該方案纖維構成的織物能充分發(fā)揮纖維間毛細效應產(chǎn)生的導水能力，較大的蒸發(fā)比表面積也使織物具有好的速干能力，但是纖維表面缺少親水集團，織物對水的潤濕性能尚顯不足；（5）纖維線密度的超細化。33采用改良的直接紡絲、復合紡絲或共混紡絲等技術制造超細纖維。該方案纖維構成的織物能充分利用纖維間毛細效應產(chǎn)生的導水能力和大蒸發(fā)比表面積提供的速干能力，但是織物對水的潤濕性欠缺。3.   新型吸汗、排汗、速干織物用纖維的結構設計思路本文作者在理論分析及對前人工作分析的基礎上，全面地考慮了潤濕、吸濕、擴散、速

7、干幾個過程的關系，提出了一種新的設計理念。認為只是分別單獨使用個別改性途徑，難于實現(xiàn)吸汗、排汗、速干的綜合功能，應當同時采取化學與物理改性相結合的方案,即采取多項措施實現(xiàn)對纖維的改性。包括：（1）纖維的親水化引入適量的吸濕性基團，提高織物的潤濕性能，又不影響其速干性能；（2）纖維內(nèi)部微孔化有利于織物的快速導水過程并進而實現(xiàn)快干；（3）纖維的細旦化、異型化提高水分輸送過程的毛細效應，擴大纖維的比表面積，有利于水分速干；（4） 纖維表面粗糙化擴大纖維的比表面積，有利于織物的潤濕及速干，同時提高染色織物的顯色性，使織物與人體成點接觸，克服臘感，改善穿著舒適性。4新型高吸汗、排汗、速干織物用纖維制備的

8、實施應當說前面提及的纖維結構設計思路的提出還僅僅是停留在對于現(xiàn)實世界的一種認識和解釋上，它還只是停留在紙面上的一種美好設想。如何實施來實現(xiàn)這種對纖維化學及物理結構的設計，使設想變?yōu)楝F(xiàn)實，這在人們的認識論上就進入了一個新的、更高級的階段對現(xiàn)實世界的改造的階段。就本文標題所涉及的纖維制備的內(nèi)容而言，實施方案的設計包括了共聚酯的合成和紡絲及拉伸-熱定型工藝設計。但是，若要最終得到高吸汗、排汗、速干織物還必須包含織物組織結構的設計和織物的堿減量處理工藝。也就是說新型高吸汗、排汗、速干織物的制備是一項從聚合物的制備直到染整加工為止的一整套系統(tǒng)工程。在未制得成品織物前都不能反映出該織物的功能性，而纖維的制

9、備是其中重要的一環(huán)。4.1 共聚酯的合成是保證最終織物具有高吸汗、排汗、速干功能的重要環(huán)節(jié)。包含共聚酯化學結構的設計和合成工藝條件的設計?；瘜W結構的設計應當考慮下述要求：a.要求共聚酯可與PET實現(xiàn)順利地共混紡絲，即要具有適宜的熱性能玻璃化溫度、結晶溫度、熔融溫度及分解溫度，保證切片的預結晶-干燥過程、紡絲-拉伸-熱定型等工藝的可操作性；b.共聚酯要有適宜的特性粘數(shù)，用以在紡絲過程中使共聚酯構成分散相，并控制它在纖維內(nèi)部和表面的分布；c.共聚酯必須具有適宜的堿水解性能，能夠保證織物堿減量過程中，在纖維表面實現(xiàn)粗糙化，纖維內(nèi)部形成微孔化；f. 共聚酯要具有吸濕性基團，以便賦予織物對水分的浸潤性。

10、依據(jù)上述要求，便可以考慮共聚酯合成過程必須選擇的共聚組分種類，并依據(jù)以往的直接的或間接的經(jīng)驗設計共聚組分的組合、用量。合成一系列具有不同特性粘數(shù)的含有少量成孔劑和磺酸鹽基團的共聚酯，與常規(guī)PET以規(guī)定的比例進行異型纖維的共混紡絲，使共聚酯分布于纖維斷面內(nèi)、外各部，再經(jīng)拉伸-熱定型等工藝過程，制成異型纖維。共聚酯母粒的合成與異型共混纖維制備工藝如圖1所示。4.2 切片預結晶-干燥、紡絲及拉伸-熱定型工藝       依據(jù)兩種原料切片的玻璃化溫度、結晶溫度、熔融溫度和流變性能設定預結晶-干燥、紡絲及拉伸-熱定型工藝；選擇適宜的噴絲板孔型及

11、孔徑確定；篩選適宜的聚酯與共聚酯的共混比例。合成一系列具有不同特性粘數(shù)的含有少量無機納米粉體成孔劑和磺酸鹽基團的共聚酯，與常規(guī)PET以規(guī)定的比例進行異型纖維的共混紡絲，使共聚酯分布于纖維斷面內(nèi)、外各部，再經(jīng)拉伸-熱定型等工藝過程，制成三葉形纖維。共聚酯母粒的合成與異型共混纖維制備工藝如圖1所示。                          &

12、#160;            圖1 共聚酯母粒的合成與異型共混纖維制備工藝5 新型吸汗、排汗、速干織物用纖維的結構與性能5.1 纖維的力學性能按照上述實施方案分別在長、短纖維生產(chǎn)線上紡制了數(shù)百噸纖維，主要的力學性能指標如下：短纖維：線密度1.151.45dtex,斷裂強度4.85.1cN/dtex，斷裂伸長18%20%。長絲：POY絲線密度205dtex/36f,斷裂強度1.8cN/dtex，斷裂伸長120%；DT絲線密度124dtex/36f,斷裂強度3.0cN/dtex，斷裂伸

13、長20%；DTY絲線密度125dtex/36f,斷裂強度2.6cN/dtex，斷裂伸長25%。完全可以滿足紡織加工要求。5.2 新型吸汗、排汗、速干織物用纖維的形態(tài)結構纖維結構分析結果是對前述設計思想實施效果的檢驗。如圖2所示，使用上述纖維織造成的機織物或針織物進行可控堿減量處理后，確實在三葉形纖維表面形成諸多溝槽或微坑的表面粗糙化構造，內(nèi)部呈現(xiàn)出眾多孔洞。纖維結構的分析結果表明了與原結構設計思想的一致性。                

14、0;                 圖2 堿減量處理后的纖維形態(tài)結構5.3 新型吸汗、排汗、速干織物的性能對堿減量處理后的織物吸汗、排汗、速干性能的分析結果同樣地驗證了最初設計思想的合理性。纖維上殘存的磺酸鹽基團為織物提供了對水的良好潤濕性能，又借助于附有溝槽或微坑構造的異型纖維間的毛細效應達成吸濕、擴散效果，擴大水對織物的潤濕面積。同時再加之纖維表面的諸多溝槽或微坑構造所形成的大蒸發(fā)比表面積，實現(xiàn)了汗液的快速蒸發(fā)，其汗液蒸

15、發(fā)速度是化學結構上含有大量吸濕基團的棉纖維（含羥基-OH）織物的一倍多。從而最終實現(xiàn)了織物的高吸汗排汗速干功能，相關評價結果見圖3、圖4、圖5及圖6所示。 圖3表示了織物的吸水高度，即縱向吸水效果；圖4 表示了水分沿織物平面擴散效果；此兩項均為利用毛細效應所致。圖5為織物的排水效果。結果均表明本研究纖維構成的織物具有優(yōu)良的吸汗、排汗及速干性能。                    &#

16、160;                                                 &#

17、160;                                             注：織物組織結構及組成為：（1）雙面斜紋（T80/C20）；（

18、2）平紋(T80/C20)；   （3）斜紋(T80/C20)；（4）斜紋（T100）；（5）雙斜(T80/C20 )；（6）方格(T80/C20)；（7）單斜(T80/C20)；（8）方格(T80/C20)；（9）平紋；（10）平紋（圓形T100）；（11）雙面斜紋（C100）；（12）平紋（T40/C40/R20）；（13）軍港綢平紋（T80/C20）19號為本研究樣品，1013號為對比樣品。(下同)               &

19、#160;              圖3 各種織物的吸水高度      圖4 織物的水滴消失時間（毛細效應平面擴散）       圖5 織物的排水性能 6 結論本文從對織物吸汗、排汗、速干機理分析入手，明確了織物完成吸汗、排汗、速干過程，是由潤濕吸濕擴散蒸發(fā)幾步組成。在認真分析了國內(nèi)外前人通常采用的 5 種解決相關產(chǎn)品思路的基礎上，提出

20、了一種新的吸汗、排汗、速干織物用纖維的結構設計理念，即認為只是分別單獨使用個別改性途徑，難于實現(xiàn)吸汗、排汗、速干的綜合功能，應當同時采取纖維的親水化，內(nèi)部微孔化，細旦化、異型化及纖維表面粗糙化等多項措施，實現(xiàn)對纖維的化學與物理改性相結合的方案，提高服裝穿著舒適性。合成了一系列具有特殊化學結構和規(guī)定特性粘數(shù)的共聚酯，將其按照規(guī)定比例與常規(guī)聚酯共混，采用異型噴絲板紡制成細旦三葉形纖維。將用該纖維織造的織物進行了可控的堿減量處理后，纖維的形態(tài)結構與原設計思想完全吻合；織物具有優(yōu)良的吸汗、排汗、速干性能。 參考文獻1 周曉滄 張林編譯 復合纖維材料的生產(chǎn)與應用 1998.5 2 佐

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