聚酰亞胺纖維絮片服用性能研究

謝焓+周永凱+于國(guó)杰

摘要：利用聚酰亞胺纖維保暖特性設(shè)計(jì)織造了聚酰亞胺纖維與中空滌綸混紡的保暖絮片，將其與市場(chǎng)常用絮片進(jìn)行通透性、壓縮性及保暖性對(duì)比測(cè)試。聚酰亞胺纖維絮片透氣性達(dá)到優(yōu)等保暖絮片等級(jí)的同時(shí)取得最小值，透濕性滿足人體日常需求，蓬松度和壓縮率較滌綸絮片稍差，回復(fù)率保持較高水準(zhǔn)，保暖性能明顯優(yōu)于市場(chǎng)常用絮片。

關(guān)鍵詞：聚酰亞胺；保暖絮片；中空滌綸；保暖性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TS179 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

A Study on the Comfort Property of Polyimide Thermal Insulation Floccules

Abstract： In this paper， a polyimide fiber/hollow polyester fiber blended floccules is designed and woven by making use of the warmth retention property of polyimide fiber， and a test for comparing the abovementioned floccules with its counterparts available on market in terms of air/moisture permeability， compressibility and warmth retention property is carried out. The test results show that the air permeability of the former can reach the top level for thermal insulation waddings， the moisture permeability can meet the need for comfortable feeling of wearer， the bulkiness and compression ratio are poorer than polyester fiberbased floccules， the recovery rate keeps at a high level and the thermal insulation performance is obviously better than latter.

Key words： polyimide； thermal insulation floccules； hollow polyester fiber； thermal insulation property

隨著纖維制品應(yīng)用領(lǐng)域的逐漸擴(kuò)大，多個(gè)高精尖領(lǐng)域也開(kāi)始使用纖維制品，高性能纖維應(yīng)運(yùn)而生。聚酰亞胺纖維是少有的幾種國(guó)內(nèi)研發(fā)工作能夠與國(guó)際同步的高性能纖維，其具有優(yōu)異的機(jī)械性能、穩(wěn)定性和耐受性，極佳的電學(xué)和熱學(xué)性能。近來(lái)有研究者發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺纖維具有很好的保溫隔熱性能，但相關(guān)報(bào)道較少。筆者試制的92.51 g/m2聚酰亞胺纖維絮片克羅值為1.59 clo，保暖性遠(yuǎn)高于近似單位面積質(zhì)量的羊絨纖維絮片和竹炭纖維絮片。本文設(shè)計(jì)織造了聚酰亞胺纖維與中空滌綸的混合絮片，并與市場(chǎng)上常用絮片進(jìn)行了比較，綜合評(píng)價(jià)了絮片的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試樣

設(shè)計(jì)織造了 4 種聚酰亞胺纖維保暖絮片，采用聚酰亞胺纖維與中空滌綸混合紡制的方式，分別編號(hào)為1# ～ 4#，同時(shí)又購(gòu)得 4 種市場(chǎng)中常用的絮片，分別編號(hào)為5# ～ 8#。絮片單位面積質(zhì)量是其品質(zhì)的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，與絮片各性能有著密切的關(guān)系，下文根據(jù)克重將 8 種絮片分為兩組進(jìn)行對(duì)比研究，分別為150 g/m2組和200 g/m2組。8 種保暖絮片的基本參數(shù)見(jiàn)表 1，8 種絮片都采用熱粘合加固方式，其中都混有5%的低熔點(diǎn)滌綸纖維，表 1 中未列出。

1.2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.2.1 表觀形態(tài)測(cè)試

運(yùn)用日本電子生產(chǎn)的JSM-5610型掃描電子顯微鏡觀察各絮片中纖維的橫截面及縱向形態(tài)特征。

1.2.2 通透性測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5453 — 1997《紡織品 織物透氣性的測(cè)定》測(cè)試絮片的透氣性能，試驗(yàn)面積選取20 cm2，壓降選取100 Pa，運(yùn)用寧波紡織儀器廠的YG461E型電腦式透氣性測(cè)試儀在同樣的條件下，在同一樣品的不同部位重復(fù)測(cè)定10次，最后取平均值。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12704.2 — 2009《紡織品 織物透濕性試驗(yàn)方法 第 2 部分：蒸發(fā)法》測(cè)試絮片的透濕性能，選取試驗(yàn)條件為溫度（38±2）℃，相對(duì)濕度50%±2%，運(yùn)用寧波紡織儀器廠的YG601H型電腦型織物透濕儀，將盛有一定質(zhì)量蒸餾水并封以試樣的透濕杯放置于規(guī)定溫度和濕度的儀器中，根據(jù)一定時(shí)間內(nèi)透濕杯質(zhì)量的變化計(jì)算試樣透濕率。

1.2.3 壓縮性測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 64003 — 2001《噴膠棉絮片》自制儀器并測(cè)試絮片的壓縮性能。自制儀器如圖 1 所示，由工作臺(tái)、測(cè)試壓片、砝碼、直尺 4 個(gè)部分構(gòu)成，其中工作臺(tái)和測(cè)試壓片的大小都為20 cm×20 cm，砝碼兩個(gè)，質(zhì)量都是 2 kg。

在距布邊10 cm以上的地方，沿縱向剪取幾塊大小為20 cm×20 cm的試樣，并堆疊使其組成 3 組質(zhì)量約為40 g的多層試樣。把一組試樣整齊地疊放在試驗(yàn)臺(tái)上，壓上測(cè)試壓片，中間加上 2 kg砝碼，30 s后取下砝碼，靜置30 s，重復(fù)操作 3 次，測(cè)定試樣四角的高度，取平均值，記h0。再加上 4 kg砝碼，30 s后測(cè)定試樣四角的高度，取平均值，記h1。最后除去 4 kg砝碼 3 min后，再測(cè)定試樣四角的高度，取平均值，記h2。每種絮片測(cè)試 3 組，并分別計(jì)算出絮片的蓬松度、壓縮率、回復(fù)率，最后取平均值。

1.2.4 保暖性測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11048 — 2008《紡織品 生理舒適性 穩(wěn)態(tài)條件下熱阻和濕阻的測(cè)定》測(cè)試織物的保暖性能，設(shè)定實(shí)驗(yàn)板表面溫度為35 ℃，氣候室溫度為20 ℃，相對(duì)濕度為65%，每種絮片裁取 3 塊大小為30 cm×30 cm的試樣，分別測(cè)試并計(jì)算出絮片的克羅值，最后取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 表觀形態(tài)

絮片中纖維的橫截面和縱向形態(tài)特征對(duì)絮片的各項(xiàng)性能有著直接的影響，本實(shí)驗(yàn)中絮片纖維的形貌如圖 2。

由圖 2 可以看出，所有纖維的橫向形態(tài)都接近圓形，聚酰亞胺纖維最細(xì)，平均直徑11.64 μm，1# ～ 6#中的中空滌綸類(lèi)似，都有較大的中腔，細(xì)度最大，且均勻度較差，平均直徑為23 μm左右，普通滌綸纖維細(xì)度均勻，略高于聚酰亞胺纖維，平均直徑15.24 μm；所有纖維的縱向形態(tài)都為表面較光滑的圓柱形。根據(jù)傳導(dǎo)散熱理論，導(dǎo)熱量大小與材料的導(dǎo)熱系數(shù)有正相關(guān)性，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)小于常用纖維，故增加服裝中的靜止空氣是改善服裝保暖性的有效措施。較細(xì)纖維的比表面積大，能吸附更多的靜止空氣，較大的中腔也能貯存更多的靜止空氣，這些都有助于絮片保暖性能的提升。

2.2 蓬松度和透氣率對(duì)保暖性的影響

本實(shí)驗(yàn) 8 種絮片的蓬松度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖 3。蓬松度一定程度上反應(yīng)了絮片的含氣量，含氣量又進(jìn)一步影響了絮片的保暖性能，含氣量過(guò)大，就會(huì)增加對(duì)流散熱，但是減小含氣量又會(huì)增加傳導(dǎo)散熱。由圖 3 可知，150 g/m2組中，5#絮片中的中空纖維經(jīng)過(guò)三維卷曲整理，其立體螺旋形態(tài)使得纖維間距增大，所以蓬松度最大；7#絮片采用普通滌綸纖維，纖維平直，易貼附在一起，絮片緊密，所以蓬松度次之；1#、3#、4#絮片由于聚酰亞胺纖維細(xì)度較細(xì)，手感粘滑，不能很好地在絮片中起支撐作用，所以蓬松度較低，且隨著聚酰亞胺纖維含量的增加蓬松度先增大后減小，這可能是由于相同質(zhì)量時(shí)較細(xì)的聚酰亞胺纖維根數(shù)更多，所以厚度增加，蓬松度增大，而隨著其含量繼續(xù)增加，中空纖維的框架作用減弱，纖維根數(shù)雖多但緊貼在一起，蓬松度變小。200 g/m2組中，6#絮片蓬松度最高，8#絮片次之，2#絮片最低，與150 g/m2組規(guī)律相同。

8 種絮片的透氣性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖 4。絮片的透氣率小，內(nèi)部空氣保持靜止，能有效保暖；透氣率大，則空氣產(chǎn)生流動(dòng)加速體表熱量向外傳遞。由圖 4 可知，150 g/m2組中，5#絮片中纖維呈立體螺旋形態(tài)，結(jié)構(gòu)蓬松，不定形氣孔較多，甚至形成直通氣孔，所以透氣率最高；7#絮片透氣率次之；1#、3#、4#絮片蓬松度低，纖維結(jié)合緊密，空氣難于流通，所以透氣率較低，且隨著聚酰亞胺纖維含量的增加呈減小趨勢(shì)，這可能是由于中空纖維形成的框架被較細(xì)的聚酰亞胺纖維填滿，且細(xì)度接近超細(xì)纖維，能夠在表面更好的吸附空氣，所以透氣率越來(lái)越低。200 g/m2組中，6#絮片透氣率最高，8#絮片次之，2#絮片最低，與150 g/m2組規(guī)律相同。

本實(shí)驗(yàn) 8 種絮片的質(zhì)量折算克羅值測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖 5。 150 g/m2組中，5#絮片克羅值最低，這可能由于絮片蓬松度高的同時(shí)透氣率也高，絮片內(nèi)的空氣出現(xiàn)流動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)流散熱，加速熱量的流失；7#絮片蓬松度和透氣率都較5#絮片略低，故克羅值較5#絮片略高；1#、3#、4#絮片雖蓬松度低于7#絮片，但透氣率低，絮片內(nèi)部為靜止空氣，絕大部分通過(guò)傳導(dǎo)散熱，所以克羅值高于5#、7#絮片，且隨著聚酰亞胺纖維含量的增加呈增大趨勢(shì)，這可能是由于聚酰亞胺纖維的導(dǎo)熱系數(shù)低于滌綸纖維，提高了傳導(dǎo)散熱的阻力。200 g/m2組中，2#絮片克羅值最高，8#絮片次之，6#絮片最低，與150 g/ m2組規(guī)律相同。

2.3 透濕率對(duì)舒適性的影響

在寒冷環(huán)境中，人體排汗以不顯汗為主，如若人體散發(fā)出來(lái)的濕氣不能及時(shí)的排出，人體會(huì)有悶熱感；由于水是熱的良導(dǎo)體，隨著濕氣繼續(xù)積累，服裝的保暖性會(huì)大大降低。本實(shí)驗(yàn) 8 種絮片的透濕性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖 6。

在熱環(huán)境下處于安靜坐姿狀態(tài)時(shí)，人體出汗量大約為60 ～ 200 g/（m2？h），在寒冷環(huán)境下，出汗量會(huì)大大減少；以上為有感出汗，而人體的無(wú)感出汗量約為15 ～ 20 g/（m2？h）。由圖 6 可以看出，8 種絮片的透濕率都高于60 g/（m2？h），即都能滿足服用需求，及時(shí)將濕氣排出衣外，保持衣內(nèi)濕度平衡；8 種絮片的透濕率數(shù)值都很接近，其中1#、3#、4#絮片隨著聚酰亞胺纖維含量的增加透濕率呈下降趨勢(shì)，可見(jiàn)聚酰亞胺纖維不利于濕氣的傳遞，原因可能是聚酰亞胺纖維吸濕能力差，且沒(méi)有中空滌綸的導(dǎo)濕效應(yīng)。

2.4 壓縮性對(duì)保暖持久性的影響

壓縮彈性好，絮片的體積密度穩(wěn)定，絮片中的空氣含量穩(wěn)定，在多次穿著使用后，仍能提供很好的保暖能力，賦予其優(yōu)良的保暖持久性。8 種絮片的壓縮回彈性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖 7。

由圖 7 可知，5#、6#絮片壓縮率最高，這可能是因?yàn)橹锌绽w維形成的立體螺旋結(jié)構(gòu)使得絮片蓬松度高，含氣量大，壓縮空間大；7#、8#絮片壓縮率次之；1# ～ 6#絮片壓縮率較差，這可能是因?yàn)榫埘啺防w維細(xì)軟粘滑，不能很好地在絮片中起支撐作用，蓬松度低，含氣量小，壓縮空間較少；8 種絮片的回復(fù)率很接近，都在95%以上，所以絮片在日常使用受到壓縮后，能夠迅速恢復(fù)原有的保溫效果。由1#、3#、4#絮片可以看出，隨著聚酰亞胺纖維的增加纖維的壓縮回彈性能受到影響，壓縮率增大，回復(fù)率減小，這是由于聚酰亞胺纖維細(xì)度較細(xì)，纖維光滑，受擠壓更易壓實(shí)，壓力撤去后較難恢復(fù)。

3 結(jié)論與開(kāi)發(fā)建議

（1）聚酰亞胺纖維絮片的保暖性能優(yōu)異，在達(dá)到相同保暖量的同時(shí)，可以做到更加輕便，滿足輕質(zhì)保暖的需求。透氣率達(dá)到優(yōu)等保暖絮片等級(jí)，同時(shí)還盡可能取得較小的透氣率值，減少絮片中空氣的流動(dòng)。透濕率能滿足人體日常排濕的量，確保人體穿著舒適性，并減少由于水分導(dǎo)致的保暖性下降。

（2）聚酰亞胺纖維絮片的蓬松度和壓縮率稍差，影響了絮片的含氣量，從而影響絮片保暖性能的進(jìn)一步提升，之后可以從此方面加以改進(jìn)；但蓬松度低意味著相同單位面積質(zhì)量時(shí)厚度較小，其能夠以更薄的厚度達(dá)到需要的保暖量，避免了服裝的臃腫，符合時(shí)下輕薄保暖的趨勢(shì)。絮片的回復(fù)率保持較高水準(zhǔn)，能確保絮片保暖性能的持久性，減少多次穿著后的保暖性能損失。

綜上所述，聚酰亞胺纖維絮片在滿足服用舒適性的同時(shí)，有著更好的保暖效果，可以在防寒保暖方面得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用；但是考慮到聚酰亞胺纖維的價(jià)格較高，在普通民用市場(chǎng)可能較難推廣，綜合其眾多特性，聚酰亞胺纖維可以更多地使用在功能性服裝當(dāng)中。例如，結(jié)合耐低溫、耐輻射、保暖等特性應(yīng)用于高山滑雪服、極地用服裝等方面；結(jié)合耐高溫、耐輻射、隔熱等特性應(yīng)用于煉鋼防護(hù)服等方面；結(jié)合阻燃、隔熱等特性應(yīng)用于消防服等方面；結(jié)合保暖、遠(yuǎn)紅外等特性應(yīng)用于保健服裝及用品等方面。

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