蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸放濕性能研究

馮愛芬，張永久

(河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050018)

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸放濕性能研究

馮愛芬，張永久

(河北科技大學(xué)紡織服裝學(xué)院，河北石家莊 050018)

對蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸濕和放濕性能進行了研究。通過測試該新型纖維和普通聚酯纖維在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的吸濕、放濕回潮率，繪制出吸濕、放濕曲線, 并得到2種纖維達(dá)到吸濕、放濕平衡的過程中回潮率對時間的回歸方程。結(jié)果顯示，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的回潮率和初始吸濕和放濕速率遠(yuǎn)高于普通聚酯纖維的相應(yīng)性能，具有優(yōu)良的吸濕排汗性能。

蜂窩狀；微孔結(jié)構(gòu)；聚酯；吸濕；放濕

隨著人們生活水平的不斷提高，服裝的功能性與舒適性越來越受到人們的重視。聚酯纖維(滌綸)織物具有彈性好、挺括抗皺、保形性好，以及優(yōu)良的洗可穿性和耐用性等性能，被廣泛用作各類服裝面料。但是，由于聚酯纖維本身吸濕性差，所以穿著具有悶熱粘體感，易產(chǎn)生靜電，吸附灰塵和貼體，舒適性差。因此，賦予疏水性的聚酯纖維一定的吸濕性，就成了近年來化纖紡織業(yè)中的研究熱點之一。具有吸濕、快干性能的聚酯纖維就是在這種背景下應(yīng)運而生的[1]。

20世紀(jì)80年代初，帝人公司就開始研發(fā)具有吸濕、排汗的滌綸，并研制出中空微孔纖維。Coolmax是杜邦公司研發(fā)的功能性纖維，截面形狀特別，呈扁平“十”字四管狀，而且又是中空，纖維的管壁還透氣，使其具有吸濕、排汗、透氣等特性。由其制織的織物具有優(yōu)良的毛細(xì)效應(yīng)，能夠迅速將人體皮膚上的汗液抽離皮膚，傳輸?shù)矫媪媳砻鎻亩杆僬舭l(fā)，使皮膚保持干爽和舒適[2-3]。后來，臺灣的很多纖維生產(chǎn)商也先后研制出吸濕、排汗纖維，如Technofine,Topcool,Coolplus等[4]。國際上，許多纖維生產(chǎn)企業(yè)和公司也陸續(xù)研制出各種吸濕、排汗纖維，如東洋紡公司的“Ekslive”，韓國曉星公司的“艾麗酷”，帝人公司的“Wellkey·MA”等。中國也開發(fā)出具有優(yōu)良的吸濕、排汗性能的纖維，如儀征化纖公司的Coolbst、金紡集團的Cooldry和Coolnice、弘強公司的舒巢棉(SCM)等。

舒巢棉(SCM)是浙江上虞弘強彩色滌綸有限公司為了改善聚酯纖維的手感、吸濕透氣性能以及染色性能,采用化學(xué)兼物理的改性方法,自主開發(fā)出的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維。該纖維又稱吸濕排汗纖維或者“會呼吸”的纖維。纖維表面和內(nèi)部具有微孔結(jié)構(gòu)，吸濕快干、散熱快；在常溫常壓條件下用陽離子染料就能染色，而且染色時間短，得色率高，節(jié)約成本，手感柔軟蓬松、棉質(zhì)感強、懸垂性好、透氣性好，改善了普通滌綸纖維的不足，提高了織物的舒適性?？蓮V泛應(yīng)用于內(nèi)衣、運動服、休閑服、競技服、T恤衫、緊身衣褲、襯衣、西服、襯里、襪品等衣著[5]，還將用于其他用途發(fā)展，如家居、農(nóng)業(yè)、衛(wèi)生醫(yī)療等領(lǐng)域[5-7]。

本研究對蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸濕和放濕性能進行研究，并與普通聚酯纖維的吸濕和放濕性能進行對比，所得結(jié)論為該新型纖維的產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 實驗材料與方法

1.1試驗材料

1.33 dtex蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維和1.33 dtex普通聚酯纖維(浙江上虞弘強彩色滌綸有限公司提供)。

1.2試驗原理與方法

1.2.1 試驗原理

纖維吸(放)濕的快慢程度，用單位質(zhì)量的纖維在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，纖維回潮率的變化量來表示[8-9]：

(1)

其中：w為纖維吸(放)濕過程中任意時刻的回潮率；t為吸(放)濕時間。

吸濕速率和放濕速率的原理相同，但是過程相反。對式(1)進行積分可得回潮率對時間的回歸方程為

w=a+be-ct，

(2)

其中a，b，c為常數(shù)，即纖維在吸(放)濕平衡過程中，回潮率對時間的關(guān)系曲線為指數(shù)曲線。

由式(1)推導(dǎo)可知，纖維吸濕速率與放濕速率的回歸方程為

v=|-bce-ct|。

(3)

1.2.2 試驗儀器

MP-200A電子天平(精度0.001 g，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司提供)，Y802A型八籃恒溫烘箱(常州紡織儀器廠提供)，玻璃皿，YG715B型恒溫恒濕箱(寧波紡織儀器廠提供)。

1.2.3 試驗條件與方法

試驗參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6503—2008化學(xué)纖維回潮率試驗方法。

吸濕試驗：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下，稱取1 g的纖維，放到烘箱內(nèi)進行烘干和稱重。烘箱溫度為105 ℃，烘1 h后，在箱內(nèi)進行稱重，然后每隔10 min稱量一次，前后2次稱量差異不超過后一次稱量的0.05%時，后一次稱量的質(zhì)量為干重(恒重)，停止烘干。將達(dá)到恒重的試樣從烘箱取出，迅速放置在恒溫恒濕室內(nèi)(溫度(20±2)℃，相對濕度(65±5)%)進行稱重，該質(zhì)量為初始質(zhì)量(G0)。然后將纖維蓬松地放置在玻璃皿中，每隔5 min稱重一次，并記錄質(zhì)量(Gt)，直到前后2次稱量差異小于后一次稱量的0.05%為止。計算得到各試樣吸濕過程中的回潮率，并繪制吸濕曲線?；爻甭蔠t計算公式如下：

Wt=(Gt-G0)/G0×100%。

(4)

其中：G0為試樣的干重；Gt為時間t時纖維質(zhì)量。

放濕試驗：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下稱取1 g纖維試樣，放置在溫度為20 ℃，相對濕度為100%的恒溫恒濕箱內(nèi)96 h，使纖維達(dá)到吸濕飽和。取出試樣，迅速放到恒溫恒濕室(溫度(20±2)℃，相對濕度(65±5)%)，測量方法同上。最后將達(dá)到放濕平衡后的試樣烘干，稱取干重。計算得到各試樣放濕過程中的回潮率, 并繪制放濕曲線。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1纖維的吸濕、放濕曲線及分析

2.1.1 纖維的吸濕、放濕曲線

分別根據(jù)蜂窩纖維與聚酯纖維吸濕、放濕試驗過程中的記錄和纖維干重，計算其在不同時間的回潮率，并分別繪制出其吸濕和放濕曲線，如圖1和圖2所示。

圖1 纖維的吸濕曲線Fig.1 Moisture absorption curves of two fibers

從圖1中可以看出，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸濕平衡回潮率遠(yuǎn)大于普通聚酯纖維的回潮率，分別為1.19%和0.21%，前者是后者的5.67倍。然而，它們的吸濕速率具有相同的變化趨勢，均表現(xiàn)出先快后慢的特點。在吸濕的初始階段，它們的吸濕速率都比較快，隨著吸濕時間的增加，吸濕速度明顯減慢。蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維在吸濕25～40 min時吸濕速度有所減緩，而普通聚酯纖維在吸濕10～25 min時吸濕速度有所減緩，其后2種纖維的吸濕性均逐漸趨于平衡。

從圖2可以看出，在恒溫恒濕箱內(nèi)對纖維進行處理后，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的回潮率遠(yuǎn)大于普通聚酯纖維的回潮率。在放濕的初始階段, 這2種纖維都具有較快的放濕速率，然后隨著時間的延長，放濕速度有所減緩，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維在放濕25 min左右，放濕速度開始減慢，在45 min左右，達(dá)到放濕平衡。而普通聚酯纖維，在15 min左右，放濕速度就開始減慢，在30 min左右就達(dá)到放濕平衡狀態(tài)。放濕平衡后，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的放濕平衡回潮率為1.33%，普通聚酯纖維的放濕平衡回潮率為0.51%。兩者的放濕平衡回潮率均高于其吸濕平衡回潮率，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的放濕平衡回潮率比吸濕平衡回潮率高出11.77%，而普通聚酯纖維的放濕平衡回潮率比吸濕平衡回潮率高出142.88%。這是由纖維的吸濕滯后性導(dǎo)致的[10]?？梢钥闯?，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸濕、放濕平衡回潮率均比普通滌綸要高，分別高出466.67%和160.78%。

2.1.2 纖維吸濕、放濕現(xiàn)象分析

1)吸濕、放濕能力

纖維吸濕、放濕能力取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)形態(tài)。皮膚表面蒸發(fā)的氣態(tài)水分首先由本纖維吸收(吸濕)，然后經(jīng)由纖維表面放濕。液態(tài)水分則由纖維表面和內(nèi)部的孔洞以及纖維間的空隙所產(chǎn)生的毛細(xì)效應(yīng)使水分產(chǎn)生吸附、擴散和蒸發(fā)(放濕)。這2種作用使得水分發(fā)生遷移。這些性質(zhì)不僅與纖維表面電荷量和電性有關(guān)[11]，也與纖維的比表面積和內(nèi)部空隙有關(guān)。表面積越大，表面上的分子數(shù)越多，表面能也越大，表面的吸附能力越強，纖維表面吸附水分子的能力也就越強，表現(xiàn)為吸濕性越好[10]。

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維具有內(nèi)外貫穿的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)狀態(tài)，纖維的比表面積極大，是棉纖維的170倍，纖維中的微孔與微孔間相互貫通，并與大氣相通。所以，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸濕、放濕性能遠(yuǎn)好于普通聚酯纖維的，具有毛細(xì)管芯吸效應(yīng)，吸濕好,吸濕、放濕平衡回潮率高。

2)吸濕、放濕平衡回潮率

纖維吸收水分時，由于纖維分子與水分子之間的吸引而結(jié)合，水分子的動能降低而轉(zhuǎn)換成熱能被釋放出來，從而會產(chǎn)生熱量[11]。在吸濕初始階段，大氣中的蒸汽壓力較高，水分子進入纖維，使得纖維的回潮率變大，同時會釋放熱量，而熱導(dǎo)致纖維的溫度升高。水分子較多和溫度較高使纖維的蒸汽壓力逐漸變大，當(dāng)纖維的蒸汽壓力與空氣蒸汽壓力接近時，纖維達(dá)到瞬間的吸濕平衡，吸濕停止。但是，當(dāng)纖維的蒸汽壓力大于空氣蒸汽壓力時，纖維則開始放濕。由于纖維的吸濕熱很快轉(zhuǎn)移到空氣中，纖維又開始吸濕，直到纖維中的蒸汽壓力和溫度與大氣條件相同，吸濕停止，達(dá)到吸濕平衡。由于纖維內(nèi)的水分和溫度變化會引起纖維的蒸汽壓力變化，所以導(dǎo)致了纖維回潮率的上下波動。當(dāng)纖維在干燥狀態(tài)下，由于其內(nèi)部水分少，蒸汽壓力低，所有在吸濕初始階段，少量水分快速進入纖維內(nèi)引起溫度升高，但不足以使纖維的蒸汽壓力達(dá)到空氣中的蒸汽壓力值，所以纖維的回潮率不會發(fā)生上下波動的現(xiàn)象[12]。纖維的放濕過程與吸濕過程的原理相同，只是過程相反。從圖1和圖2可以看出，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸濕和放濕平衡回潮率具有較小的波動，而普通聚酯纖維基本上沒有波動。這是因為前者的回潮率較大，纖維的蒸汽壓力有一定的變化造成的，而后者的回潮率很小，所以蒸汽壓力基本上沒有變化。

2.2纖維吸濕、放濕回潮率及速率回歸方程的建立

在整個吸濕、放濕過程中，纖維的吸濕速度與放濕速度始終在變化中。將試驗結(jié)果進行了曲線擬合，得到的吸濕回潮率和放濕回潮率對時間的回歸方程見表1，同時可得到吸放濕回歸方程曲線，見圖3和圖4。

表1 纖維吸濕、放濕回潮率對時間的回歸方程Tab.1 Regression equations of fibers′ moisture absorption and liberation to time

圖3 纖維的吸濕回歸曲線Fig.3 Moisture absorption regression curves of two fibers

圖4 纖維的放濕回歸曲線Fig.4 Moisture liberation regression curves of two fibers

圖5 纖維的吸放濕速率曲線Fig.5 Rate curves of moisture absorption and liberation of two fibers

運用Origin75軟件，對試驗數(shù)據(jù)進行分析，得到纖維的吸放濕速率方程和曲線，如表2和圖5所示。從圖5可以看出，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維和聚酯纖維的吸濕、放濕速率都呈指數(shù)形式減弱。

在吸濕的初始階段，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維吸濕速率較快，并且吸濕速率隨時間快速下降；從吸濕10 min開始，吸濕速率明顯放慢，逐漸與聚酯纖維的吸濕速率相近；吸濕20 min后，與聚酯纖維的吸濕速率曲線開始重合，并逐漸趨于0，達(dá)到吸濕平衡。在放濕過程中，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的放濕速率比聚酯纖維的大，但是他們的放濕速率有相近的走勢；從10 min后開始，2種纖維的放濕速率都明顯減緩，但蜂窩狀聚酯纖維的放濕速率明顯高于聚酯纖維；從30 min開始，2種纖維的放濕速率逐漸重合，隨時間的延長而逐漸趨于0，達(dá)到放濕平衡。所以，蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維有優(yōu)良的吸濕和放濕性能。

表2 纖維吸濕、放濕速率回歸方程Tab.2 Regression equations of rates of fibers′ moisture absorption and liberation to time

3 結(jié) 論

1)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維具有優(yōu)良的吸濕性能和吸放濕性能，初始吸濕、放濕速率遠(yuǎn)高于普通聚酯纖維，可以迅速吸收人體排出的汗液，具有良好的吸濕排汗性能。

2)蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的表面和內(nèi)部具有相互貫通的微孔，提高了纖維的比表面積，具有遠(yuǎn)大于聚酯纖維的回潮率，提高了紡織的可加工性能，不易產(chǎn)生靜電，穿著舒適。

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Moisture absorption and liberation properties of honeycomb micropore modified polyester fiber

FENG Aifen，ZHANG Yongjiu

(School of Textile and Garment，Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei 050018, China)

The moisture absorption and liberation properties of honeycomb micropore modified polyester fiber were studied. Through testing moisture absorption， liberation regains of honeycomb micropore modified polyester fiber， and normal polyester fiber in standard atmospheric conditions, their moisture absorption and liberation curves were depicted. The regression equations of moisture regains to time during their reaching, the balance of moisture absorption and moisture liberation were obtained according to the curves. Their moisture absorption and liberation rate curves were analyzed, and the regression equations of the rates to time were obtained. The results show that the moisture regain, initial moisture absorption rate, and moisture liberation rate of honeycomb micropore modified polyester fiber is much higher than those of normal polyester fiber with excellent performance of the moisture absorbance and sweat transportation properties of honeycomb micropore modified polyester fiber.

honeycomb; micropore; polyester; moisture absorption; moisture liberation

1008-1542(2014)01-0046-05

10.7535/hbkd.2014yx01009

2013-05-07；

2013-11-20；責(zé)任編輯：張 軍

馮愛芬(1961-)，女，陜西華陰人，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事服裝材料性能及服裝心理與行為方面的研究。

E-mail:fengaf774@sohu.com

TS 101.9233

A

馮愛芬，張永久.蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)改性聚酯纖維的吸放濕性能研究[J].河北科技大學(xué)學(xué)報，2014，35(1)：46-50.

FENG Aifen，ZHANG Yongjiu.Moisture absorption and liberation properties of honeycomb micropore modified polyester fiber[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2014,35(1):46-50.