涼爽錦綸纖維的熱濕性能

張海霞， 張喜昌

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院， 河南 鄭州 450007)

涼爽錦綸纖維的熱濕性能

張海霞， 張喜昌

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院， 河南 鄭州 450007)

為探討涼爽錦綸纖維的熱濕性能，測(cè)試分析了纖維的細(xì)度不勻、拉伸性能、摩擦抱合性能、沸水收縮率和含油率等基本性能；在此基礎(chǔ)上，通過(guò)差熱分析、熱重分析、降溫實(shí)驗(yàn)、吸濕實(shí)驗(yàn)和放濕實(shí)驗(yàn)分別研究了涼爽錦綸纖維的熱性能、降溫性能和吸放濕性能。結(jié)果表明，涼爽錦綸纖維的細(xì)度不勻、拉伸性能和摩擦抱合性能比普通錦綸略差，沸水收縮率和含油率與普通錦綸相似；涼爽錦綸纖維的差示掃描量熱曲線(xiàn)與普通錦綸存在一定差異，在織造、染整等加工過(guò)程中的控制溫度應(yīng)低于370 ℃；涼爽錦綸纖維的降溫性能、吸放濕性能均優(yōu)于普通錦綸。

涼爽錦綸纖維； 基本性能； 熱性能； 降溫性能； 吸放濕性能

為了應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的危機(jī)，人們?cè)诎l(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)積極倡導(dǎo)低碳生活[1-2]。在氣候炎熱的夏季，人們更青睞于環(huán)保且涼爽舒適的纖維及其紡織品[3-4]。由于云母具有天然層狀結(jié)構(gòu)和導(dǎo)熱、吸水等功能，以常規(guī)纖維為載體，在紡絲過(guò)程中加入細(xì)微云母顆粒，得到具有降溫散熱功能的涼爽纖維[5-7]。目前常見(jiàn)的云母涼爽纖維主要有涼爽滌綸纖維和涼爽錦綸纖維，包括短纖維和長(zhǎng)絲，多用于開(kāi)發(fā)夏季涼爽舒適型針織面料[8-10]。本文以涼爽錦綸纖維為研究對(duì)象，在測(cè)試分析纖維基本性能的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究其熱濕性能，并與同規(guī)格的普通錦綸進(jìn)行對(duì)比分析，為涼爽錦綸纖維織物的開(kāi)發(fā)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試 樣

實(shí)驗(yàn)用涼爽錦綸纖維和普通錦綸的規(guī)格均為7.78 tex/48 f。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 纖維基本性能測(cè)試

線(xiàn)密度：YG086C型縷紗測(cè)長(zhǎng)儀，YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱，絞絲長(zhǎng)度為100 m，紗框轉(zhuǎn)速為200 r/min，同時(shí)搖取6縷絞絲，搖紗張力為3.89 cN，每種纖維搖取30縷。

拉伸性能：HD021NS型電子單紗強(qiáng)力儀，夾持距離為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，預(yù)加張力為3.89 cN，每種纖維測(cè)試30次。

摩擦抱合性能：Y731D型抱合力機(jī)，重錘質(zhì)量為500 g，磨輥往復(fù)次數(shù)為120 次/min，往復(fù)動(dòng)程為90 mm，繞絲根數(shù)20根，記錄10根長(zhǎng)絲出現(xiàn)6 mm及以上長(zhǎng)度劈裂時(shí)的摩擦次數(shù)，每種纖維測(cè)10次。

沸水收縮率：YG086C型縷紗測(cè)長(zhǎng)儀，1 m立式量尺，沸水浴鍋，YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱，絞絲長(zhǎng)度為10 m，沸煮時(shí)間為30 min，煮后試樣烘干溫度為55 ℃，烘干時(shí)間為60 min，預(yù)加張力為0.05 cN/dtex，每種纖維測(cè)試3次。

含油率：YG981B型纖維油脂快速抽出器，試樣質(zhì)量為1 g，四氯化碳溶劑取20 mL，每種纖維測(cè)試3次。

1.2.2 纖維的熱濕性能測(cè)試

熱分析：NETZSCH STA 449F3同步熱分析儀，溫度范圍為25～500 ℃，升溫速率為10 ℃/min。

降溫性能：YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱，WMY-01數(shù)字測(cè)溫儀。將5 g的纖維放入90 ℃的烘箱內(nèi)加熱1 h，快速取出試樣并立即用數(shù)字測(cè)溫儀測(cè)量試樣表面溫度，每隔10 s記錄1次，直至試樣表面溫度不再發(fā)生變化為止，繪制降溫曲線(xiàn)。

吸濕性能：YG747型通風(fēng)式快速八籃烘箱，電子天平(0.000 1 g)。稱(chēng)取5 g纖維，放入105 ℃的烘箱內(nèi)，烘燥25 min后開(kāi)始進(jìn)行箱內(nèi)稱(chēng)量，之后每隔5 min稱(chēng)量1次，直至前后2次質(zhì)量差異不超過(guò)后1次質(zhì)量的0.05%時(shí)，最后1次質(zhì)量視為干態(tài)質(zhì)量?？焖偃〕鲈嚇臃胖迷陔娮犹炱缴戏Q(chēng)量，每隔30 s記錄試樣質(zhì)量直至達(dá)到吸濕平衡為止。計(jì)算試樣吸濕過(guò)程的回潮率，繪制吸濕曲線(xiàn)。

放濕性能：YG501D型透濕試驗(yàn)箱，電子天平(0.000 1 g)。稱(chēng)取5 g纖維，放入相對(duì)濕度100%的透濕試驗(yàn)箱內(nèi)24 h，快速取出試樣放置在電子天平上稱(chēng)量，每隔30 s記錄1次，直至達(dá)到放濕平衡為止。計(jì)算試樣放濕過(guò)程中的回潮率，并繪制放濕曲線(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維基本性能分析

測(cè)試涼爽錦綸纖維和普通錦綸的基本性能，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 纖維的基本性能

由表1可知，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的實(shí)際線(xiàn)密度相同，略小于設(shè)計(jì)線(xiàn)密度，線(xiàn)密度偏差為-1.16%。與普通錦綸相比，涼爽錦綸纖維的線(xiàn)密度變異系數(shù)較大，斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂功、摩擦次數(shù)較小，沸水收縮率和含油率與普通錦綸較為接近。涼爽錦綸纖維可以采用與普通錦綸相似的生產(chǎn)工藝進(jìn)行織造和染整加工，但涼爽錦綸纖維由于線(xiàn)密度不勻，拉伸性能和摩擦抱合性能比普通錦綸略差，所以在生產(chǎn)加工過(guò)程中要注意控制張力，以減少斷頭，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2.2 纖維的熱濕性能分析

2.2.1 熱性能分析

涼爽錦綸纖維和普通錦綸的差示掃描量熱曲線(xiàn)和熱重曲線(xiàn)如圖1所示。由圖1可知，涼爽錦綸纖維在46.48～85.83 ℃有1個(gè)吸熱峰，峰值溫度為64.23 ℃，吸熱峰面積為91.04 μV·s/mg，這可能與水分揮發(fā)有關(guān)；在217.69～235.94 ℃有1個(gè)熔融吸熱峰，峰值溫度為227.17 ℃，吸熱峰面積為336.3 μV·s/mg；在401.12～417.85、423.42～480.39 ℃有2個(gè)相鄰的熱裂解吸熱峰，峰值溫度分別為409.91、458.16 ℃，吸收峰面積分別為23.97、1 279 μV·s/mg。普通錦綸DSC曲線(xiàn)中，熔融吸熱峰在254.97～268.75 ℃，峰值溫度為261.68 ℃，吸熱峰面積為359.4 μV·s/mg；熱裂解吸熱峰在366.95～394.54、400.57～442.69 ℃，峰值溫度分別為375.73、416.03 ℃，吸熱峰面積分別為289.2、327.3 μV·s/mg。涼爽錦綸纖維和普通錦綸的DSC曲線(xiàn)存在一定差異，可見(jiàn)添加云母顆粒后，對(duì)涼爽錦綸纖維的DSC曲線(xiàn)有一定影響。

由圖1可知，涼爽錦綸纖維在370 ℃附近開(kāi)始有明顯質(zhì)量變化，500 ℃時(shí)質(zhì)量變化率達(dá)到99.71%；普通錦綸在360 ℃附近開(kāi)始有明顯質(zhì)量變化，500 ℃時(shí)質(zhì)量變化率達(dá)到91.19%。建議涼爽錦綸纖維在織造、染整等加工過(guò)程中的溫度不要超過(guò)370 ℃，以保證纖維性能的穩(wěn)定。

2.2.2 降溫性能

根據(jù)降溫實(shí)驗(yàn)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)，繪制涼爽錦綸纖維和普通錦綸的步冷曲線(xiàn)，并利用MatLab軟件進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，如圖2所示。步冷曲線(xiàn)回歸方程為：涼爽錦綸纖維T1=1.59×10-3x4-0.08x3+1.34x2-10.31x+62.02，相關(guān)系數(shù)R2=96.68%；普通錦綸T2=0.92×10-3x4-0.05x3+0.92x2-8.74x+68.4，相關(guān)系數(shù)R2=97.85%。

由圖2可知，在整個(gè)降溫過(guò)程中，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的表面溫度均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，且涼爽錦綸纖維的表面溫度始終低于普通錦綸，尤其在降溫初期更為明顯，說(shuō)明涼爽錦綸纖維的降溫效果優(yōu)于普通錦綸。

對(duì)步冷曲線(xiàn)回歸方程進(jìn)行求導(dǎo)，得到2種纖維的降溫速率回歸方程：涼爽錦綸纖維V1=6.37×10-3x3-0.23x2+2.68x-10.31，普通錦綸V2=3.69×10-3x3-0.14x2+1.84x-8.74。借助MatLab軟件得到2種纖維的降溫速率曲線(xiàn)，如圖3所示。

由圖3可知，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的降溫速率均逐漸減小最終趨于零。在降溫初期(約2 min內(nèi))，涼爽錦綸纖維的降溫速率明顯大于普通錦綸，之后二者的降溫速率比較接近。涼爽錦綸纖維的降溫速率大于普通錦綸，是由于云母顆粒的加入，增加了纖維導(dǎo)熱性能，使纖維具有較好的涼爽感，這為開(kāi)發(fā)夏季涼爽型織物提供了有力保證。

2.2.3 吸濕性能

根據(jù)吸濕實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算回潮率，繪制涼爽錦綸纖維和普通錦綸的吸濕曲線(xiàn)，利用MatLab軟件進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，如圖4所示。吸濕曲線(xiàn)回歸方程為：涼爽錦綸纖維W1=7×10-8x4+1.03×10-5x3-1.85×10-3x2+0.08x+0.98，相關(guān)系數(shù)R2=98.61%；普通錦綸W2=-6×10-8x4+1.62×10-5x3-1.62×10-3x2+0.07x+1.02，相關(guān)系數(shù)R2=96.63%。

由圖4可知，在整個(gè)吸濕過(guò)程中，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的回潮率均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，且涼爽錦綸纖維的回潮率始終大于普通錦綸，說(shuō)明涼爽錦綸纖維的吸濕性能優(yōu)于普通錦綸，更適宜開(kāi)發(fā)夏季涼爽舒適性織物。

對(duì)吸濕曲線(xiàn)回歸方程進(jìn)行求導(dǎo)，得到2種纖維的吸濕速率回歸方程：涼爽錦綸纖維V1=2.94×10-7x3+3.1×10-5x2-3.71×10-3x+0.08，普通錦綸V2=-2.58×10-7x3+4.85×10-5x2-3.23×10-3x+0.07。借助MatLab軟件得到2種纖維的吸濕速率曲線(xiàn)，如圖5所示。

由圖5可知，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的吸濕速率均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小并趨于零。在吸濕初期(約7 min內(nèi))，涼爽錦綸纖維的吸濕速率大于普通錦綸，之后涼爽錦綸纖維的吸濕速率略小于普通錦綸并逐漸趨于一致。

2.2.4 放濕性能

根據(jù)放濕實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算回潮率，繪制涼爽錦綸纖維和普通錦綸的放濕曲線(xiàn)，并利用MatLab軟件進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，如圖6所示。放濕曲線(xiàn)回歸方程為：涼爽錦綸纖維W1=2×10-8x4-7.65×10-6x3+1.51×10-3x2-0.22x+14.78，相關(guān)系數(shù)R2=97.94%；普通錦綸W2=2×10-8x4-11.43×10-6x3+2.35×10-3x2-0.17x+12.36，相關(guān)系數(shù)R2=98.86%。

由圖6可知，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的放濕回潮率均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。在整個(gè)放濕過(guò)程中，涼爽錦綸纖維的回潮率均大于普通錦綸。

對(duì)放濕曲線(xiàn)回歸方程進(jìn)行求導(dǎo)，得到2種纖維的放濕速率回歸方程：涼爽錦綸纖維V1=6×10-8x3-2.29×10-5x2+3.02×10-3x-0.22，普通錦綸V2=8×10-8x3-3.43×10-5x2+4.69×10-3x-0.17。借助MatLab軟件得到2種纖維的放濕速率曲線(xiàn)，如圖7所示。

由圖7可知，涼爽錦綸纖維和普通錦綸的放濕速率均隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小最終趨于零。在放濕前期(約40 min內(nèi))，涼爽錦綸纖維的放濕速率大于普通錦綸，之后涼爽錦綸纖維的放濕速率略小于普通錦綸但相差不大。涼爽錦綸纖維由于添加了吸水性好的云母顆粒，增加了纖維保濕性能，適宜開(kāi)發(fā)夏季織物。

由2種纖維的吸、放濕曲線(xiàn)可知，纖維放濕平衡回潮率大于吸濕平衡回潮率，存在吸濕滯后性，且纖維達(dá)到放濕平衡所需的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于達(dá)到吸濕平衡所需的時(shí)間。

3 結(jié) 論

1)涼爽錦綸纖維的沸水收縮率、含油率與普通錦綸較為接近，但涼爽錦綸纖維的線(xiàn)密度不勻、拉伸性能和摩擦抱合性能比普通錦綸略差，生產(chǎn)加工過(guò)程中要注意控制張力，以保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2)由于云母顆粒的加入，對(duì)涼爽錦綸纖維的DSC曲線(xiàn)有一定影響，在織造、染整等加工過(guò)程中的溫度應(yīng)低于370 ℃，以保證纖維結(jié)構(gòu)性能的穩(wěn)定性。

3)涼爽錦綸纖維的降溫性能、吸濕性能和放濕性能均比普通錦綸好，適宜開(kāi)發(fā)夏季涼爽舒適型織物。

FZXB

[1] 張紅霞，黃錦波，祝成炎，等. 涼爽型桑蠶絲交織面料的開(kāi)發(fā)與性能評(píng)價(jià)[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2014，35(2)：39-42. ZHANG Hongxia, HUANG Jinbo, ZHU Chengyan, et al. Development and performance evaluation of cool-type interweave silk fabric [J]. Journal of Textile Research, 2014, 35(2):39-42.

[2] 張?chǎng)?，尚生春，付春? 新型冰爽針織面料的開(kāi)發(fā)[J]. 針織工業(yè)，2008(11)：34-35. ZHANG Xin, SHANG Shengchun, FU Chunlin. Development of new cool knitted fabrics [J]. Knitting Industries, 2008(11):34-35.

[3] 任強(qiáng)，張祥愛(ài). 涼爽保健型纖維的研究進(jìn)展[J]. 化纖與紡織技術(shù)，2015，44(1)：35-39. REN Qiang, ZHANG Xiang′ai. Research progress in cool and health-care fiber [J]. Chemical Fiber & Textile Technology, 2015, 44(1):35-39.

[4] 任曉剛，齊魯. 涼爽纖維的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 合成纖維工業(yè)，2010，33(1)：39-41. REN Xiaogang, QI Lu. Research progress and application of cool fiber [J]. China Synthetic Fiber Industry, 2010, 33(1):39-41.

[5] 魏洋. 新型降溫散熱纖維：云母冰涼纖維[J]. 聚酯工業(yè)，2011，24(6)：9-11. WEI Yang. A new cooling heat dissipation fiber:

cooling-mica fiber [J]. Polyester Industry, 2011, 24(6):9-11.

[6] 曹欣羊，段亞峰，錢(qián)樟寶，等. 功能性滌綸涼爽纖維生產(chǎn)工藝[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2007，28(7)：12-14，21. CAO Xinyang, DUAN Yafeng, QIAN Zhangbao, et al. Production process of the functional and cool polyester fiber [J]. Journal of Textile Research, 2007, 28(7):12-14, 21.

[7] 毛雄亮，寧佐龍，郁萍華，等. 納米云母改性聚酰胺6纖維的制備及其力學(xué)性能研究[J]. 現(xiàn)代紡織技術(shù)，2015(1)：6-8，12. MAO Xiongliang, NING Zuolong, YU Pinghua, et al. Study on preparation and mechanical properties of polyamide 6 fiber modified with nano-mica [J]. Advanced Textile Technology, 2015(1):6-8, 12.

[8] 魏賽男，劉智，姚繼明，等. 采用云母纖維開(kāi)發(fā)冰涼型提花針織面料[J]. 針織工業(yè)，2014(3)：11-12. WEI Sainan, LIU Zhi, YAO Jiming, et al. Development of jacquard knitted cool fabric by using mica fiber [J]. Knitting Industries, 2014(3):11-12.

[9] 劉變俠，孟家光，馮曉婷. 云母纖維針織面料的服用性能與綜合評(píng)價(jià)[J]. 針織工業(yè)，2013(3)：20-22. LIU Bianxia, MENG Jiaguang, FENG Xiaoting. An analysis on the wearing properties of mica fiber knitted fabric and the comprehensive evaluation [J]. Knitting Industries, 2013(3):20-22.

[10] 徐巧，叢洪蓮. 冰爽滌綸無(wú)縫內(nèi)衣面料熱濕舒適性的綜合評(píng)價(jià)[J]. 紡織學(xué)報(bào)，2013，34(11)：49-53，65. XU Qiao, CONG Honglian. Comprehensive evaluation of heat-moisture comfort of physcool seamless underwear fabrics [J]. Journal of Textile Research, 2013, 34(11):49-53, 65.

Heat-moisture performance of cool polyamide fibers

ZHANG Haixia, ZHANG Xichang

(CollegeofTextiles,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China)

In order to analyze the heat-moisture performance of cool polyamide fibers, the basic performance such as fiber fineness unevenness, tensile performance, friction performance, shrinkage rate in boiling water and oil content were tested and analyzed firstly. Based on this, the thermal performance, cooling performance, moisture absorption and liberation performance of cool polyamide fibers were studied, respectively, by differential scanning calorimetry, thermal gravimeter analysis, cooling test, moisture absorption and liberation test. The results show that the fineness unevenness, tensile performance and friction performance of cool polyamide are relatively poor compared with ordinary polyamide fibers, but the shrinkage rate in boiling water and oil content are close to ordinary polyamide fibers. There exist some differences in differential scanning calorimetric curve between cool polyamide fibers and ordinary polyamide fibers. During the process of weaving, dyeing and finishing, the temperature of cool polyamide fibers should be controlled lower than 370 ℃. The cooling performance, moisture absorption and liberation performance of cool polyamide fibers are better than those of ordinary polyamide fibers.

cool polyamide fiber； basic performance； thermal performance； cooling performance； moisture absorption and liberation performance

10.13475/j.fzxb.20150706105

2015-07-25

2015-12-08

河南省科技攻關(guān)計(jì)劃(142102210399)；河南省高?？萍紕?chuàng)新人才支持計(jì)劃(2012HASTIT025)；河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃(13IRTSTHN024)

張海霞(1971—)，女，教授，博士。主要研究方向?yàn)榧徔椥虏牧吓c新產(chǎn)品。E-mail：zhanghaixia8003@163.com。

TS 102.5

A