混合纖維的放濕過程研究

蘇玉恒,楊克克

(河南工程學院 紡織學院,河南 鄭州 450007)

纖維的吸濕性是指纖維材料與空氣中的水汽不斷進行交換，包括吸收和放出的性能.紡織纖維的吸濕性是紡織纖維重要的物理性能之一，會對紡織纖維及其制品的形態(tài)尺寸、質(zhì)量及物理機械性能產(chǎn)生影響，從而影響到對其加工的過程及使用性能[1],所以在進行紡織產(chǎn)品開發(fā)和應用時必然要考慮纖維的吸濕性能.

多數(shù)對紡織纖維吸放濕性能的研究基本上都集中在某種單一纖維的性能方面[2-5]，但現(xiàn)代紡織產(chǎn)品已經(jīng)很少采用單一纖維品種來生產(chǎn)，而趨向于采用多組分纖維混合來賦予產(chǎn)品更完善的使用性能或某些功能性如抗菌、防紫外線等[6]，對于混合纖維材料的吸濕性能通常采用按混比的加權(quán)平均方法來計算獲得，這種方法在計算混合材料的平衡回潮率方面較為可靠，但對于動態(tài)吸放濕過程是否適用，未見相關的報告.

本課題采集了幾種常見的紡織纖維進行不同混比的搭配，在充分混合的基礎上對混合材料的放濕過程進行了實驗研究，結(jié)果表明，不同吸濕性能的材料和采用不同混比混合的纖維混合體的放濕過程并不符合加權(quán)平均效應，且混合材料的吸濕性能差異越大，差別也越大.

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗材料采用普通棉纖維(329鋸齒棉)、棉型滌綸和棉型普通粘膠纖維,3種纖維的基本性質(zhì)如表1所示.

表1 試樣基本性質(zhì)Tab.1 Basic properties of samples

1.2 實驗儀器

采用Y802K快速八籃筒烘箱對材料進行烘干，用精度為0.01 g的電子天平稱量，其他儀器還包括溫濕度測試儀、計時器等.

1.3 實驗樣品的制備

1.3.1 樣品設計

對3種纖維材料分別采用兩種纖維混合體和3種纖維混合體，并設置不同的混比構(gòu)成實驗樣品，樣品編號及混合體組成見表2.

表2 樣品組成Tab.2 The combination of samples

1.3.2 試棉制備

根據(jù)實驗要求，每個試樣總量為50 g，按照每個試樣的混比，根據(jù)實際回潮率計算每個試樣中不同纖維需要混入的纖維量.稱取各試樣對應的單一纖維后，采用手工撕扯的方法將這兩種或者3種開松過的單一纖維混合均勻，手工混合一般15～20 min，以混合均勻為準.在纖維轉(zhuǎn)移和混合的過程中應避免纖維的損失和過分力度的撕扯，手工撕扯以及混合過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)最終收集在目標烘籃中，以免對最后的實驗結(jié)果造成影響.纖維的混合必須在稱重后及時進行，混合纖維的烘燥也必須在混合后及時進行，避免溫濕度對纖維質(zhì)量的影響.

1.3.3 實驗步驟

在標準大氣條件下分別進行放濕實驗，測定試樣的放濕曲線，并測試其在標準條件下的平衡回潮率.

將50 g的纖維試樣放入烘箱，打開并調(diào)節(jié)烘箱的溫度至105 ℃.開始烘燥后，每隔5 min將烘箱暫停一下，取出裝有目標纖維的烘桶，快速稱取試樣的質(zhì)量并做記錄，然后將烘桶放回原處按啟動按鈕繼續(xù)烘燥.每隔5 min重復以上操作一次.一般烘燥時間為1 h左右，直至稱取的質(zhì)量前后基本不發(fā)生變化或者質(zhì)量差的絕對值為0.01 g(電子天平的精度).此外，在烘燥過程中使排氣閥處于敞開狀態(tài).

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 平衡回潮率

實驗測得各試樣的平衡回潮率和依據(jù)加權(quán)平均方法的計算回潮率如表3所示.

表3 各試樣的平衡回潮率Tab.3 The balance moisture regain of samples %

表3中差異率是實測回潮率和計算回潮率之差與計算回潮率的比值百分率，由表3中的數(shù)據(jù)可見，加權(quán)平均計算的回潮率和實測回潮率的整體差異率較小，均不超過10%,這表明對于混合體的平衡回潮率，采用加權(quán)平均方法進行計算是基本符合實際的.幾個差異比較大的樣本均含有較高成分的粘膠纖維，表明混合纖維各成分之間的回潮率差異較大時，計算誤差可能會較大.

2.2 混合纖維體的放濕過程曲線

以時間為橫坐標，以每間隔5 min測得的纖維質(zhì)量計算出的回潮率為縱坐標可以繪制出各樣本的實際放濕曲線.以每個時間點上的單一纖維回潮率的加權(quán)平均為該時間點上的計算回潮率，可以繪制出理論放濕曲線，各纖維混合體樣本的放濕曲線見圖1～圖15.

圖1 棉、滌及棉/滌80/20放濕曲線Fig.1 Cotton, polyester and cotton/polyester 80/20 moisture release curves

圖2 棉、滌及棉/滌60/40放濕曲線Fig.2 Cotton, polyester and cotton/polyester 60/40 moisture release curves

圖3 棉、滌及棉/滌40/60放濕曲線Fig.3 Cotton, polyester and cotton/polyester 40/60 moisture release curves

圖4 棉、滌及棉/滌20/80放濕曲線Fig.4 Cotton, polyester and cotton/polyester 20/80 moisture release curves

圖5 棉、粘膠及棉/粘80/20放濕曲線Fig.5 Cotton, rayon and cotton/rayon 80/20 moisture release curves

圖6 棉、粘膠及棉/粘60/40放濕曲線Fig.6 Cotton, rayon and cotton/rayon 60/40 moisture release curves

圖7 棉、粘膠及棉/粘40/60放濕曲線Fig.7 Cotton, rayon and cotton/rayon 40/60 moisture release curves

圖8 棉、粘膠及棉/粘20/80放濕曲線Fig.8 Cotton, rayon and cotton/rayon 20/80 moisture release curves

圖9 滌綸、粘膠及滌/粘80/20放濕曲線Fig.9 Polyester, rayon and polyester/rayon 80/20 moisture release curves

圖10 滌綸、粘膠及滌/粘60/40放濕曲線Fig.10 Polyester, rayon and polyester/rayon 60/40 moisture release curves

圖11 滌綸、粘膠及滌/粘40/60放濕曲線Fig.11 Polyester, rayon and polyester/rayon 40/60 moisture release curves

圖12 滌綸、粘膠及滌/粘20/80放濕曲線Fig.12 Polyester, rayon and polyester/rayon 20/80 moisture release curves

圖13 棉/滌/粘20/20/60放濕曲線Fig.13 Cotton/polyester/rayon 20/20/60 moisture release curves

圖14 棉/滌/粘20/60/20放濕曲線Fig.14 Cotton/polyester/rayon 20/60/20 moisture release curves

圖15 棉/滌/粘60/20/20放濕曲線Fig.15 Cotton/polyester/rayon 60/20/20 moisture release curves

由圖1～4的曲線可見棉滌混合時的實際放濕過程與理論放濕過程存在較大差異，實際的放濕過程比理論上要緩慢很多，當混比變化時，兩曲線之間的差異形態(tài)基本不變.圖5～8中，棉與粘膠在各種混比下的理論與實測放濕曲線均很接近，并且由于粘膠纖維的快速放濕使得所有放濕曲線幾近重疊.圖9～12中，滌綸與粘膠纖維混合體在放濕過程的中段存在較大差異，實際的放濕過程比理論放濕曲線要快很多，但當粘膠的比例較高時，這種差異會變得很小.圖13～15是3種纖維混合體的放濕過程，3組曲線之間幾乎沒有什么相似之處，表現(xiàn)出更為復雜的變化.較明顯的變化是當滌綸的比例增加時,理論與實際的放濕過程表現(xiàn)出較大差異，放濕速度更快；而當棉的比例較大時,理論與實際的放濕曲線幾乎是一致的.

3 結(jié)論

通過對棉、滌綸和粘膠纖維3種常見纖維在不同混比下的放濕過程進行測試，得到了不同混比的放濕曲線，對這些放濕曲線的分析可以得到以下結(jié)論:

(1)不同纖維混合體的平衡回潮率與加權(quán)計算回潮率基本接近，但當兩種纖維的回潮率差異較大時，混合體的實際平衡回潮率與加權(quán)計算回潮率的差異會增大.

(2)纖維混合體的實際放濕過程與理論放濕過程存在差異，這種差異取決于纖維的種類.棉滌混合時，實際的放濕過程慢于理論放濕過程，而滌綸和粘膠混合時實際放濕過程卻快于理論放濕過程，棉與粘膠纖維混合體的實際放濕過程與理論放濕過程基本一致.

(3)3種纖維混合時，放濕過程則顯得更復雜.本課題中滌綸纖維比例的增大，使得實際的放濕過程快于理論過程.

根據(jù)上述結(jié)論，在進行混紡產(chǎn)品設計時，纖維混合體的放濕過程不能簡單地采用加權(quán)平均的方法來確定,需要通過調(diào)整混合體中纖維的種類對產(chǎn)品的放濕過程進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)整產(chǎn)品的服用性能.本課題的實驗采用烘箱進行烘干放濕，與實際的自然放濕過程可能存在差異，對混合纖維體的自然放濕過程仍需進一步研究.

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