幾種再生纖維素纖維性能的測試分析

王 琳，曹秋玲，李夢君

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

幾種再生纖維素纖維性能的測試分析

王 琳，曹秋玲，李夢君

(河南工程學(xué)院 紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007)

測試分析了竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維和黏膠纖維的結(jié)構(gòu)與性能。結(jié)果表明，竹漿纖維和黏膠纖維縱向有明顯的溝槽，莫代爾纖維縱向溝槽較少，萊賽爾纖維縱向表面平滑無溝槽；4種纖維顯示出纖維素Ⅱ晶型特征，與萊賽爾纖維相比，竹漿纖維、莫代爾纖維與黏膠纖維的結(jié)晶度較低；纖維紅外譜圖顯示4種纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)和基團(tuán)大體相同；干態(tài)條件下竹漿纖維和黏膠纖維的斷裂強(qiáng)度小于萊賽爾纖維和莫代爾纖維，濕態(tài)條件下4種纖維的斷裂強(qiáng)度均有下降，斷裂伸長率均有增加。

再生纖維素纖維；結(jié)構(gòu)性能；分析

再生纖維素纖維是以自然界中廣泛存在的纖維素物質(zhì)(如棉短絨、木材、甘蔗渣、竹材、蘆葦、麻材等)中提取纖維素作為原料，通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)和機(jī)械加工而制成的[1]。由于耕地減少和石油資源的日益枯竭，天然纖維、合成纖維的產(chǎn)量將會受到越來越多的制約，而再生纖維素纖維由于原料來源廣、成本低廉，在人們?nèi)找嬷匾暭徔椘翻h(huán)保性能的今天，獲得了空前的發(fā)展機(jī)遇[2-3]。預(yù)計(jì)世界再生纖維素纖維消費(fèi)會持續(xù)增長，人均消費(fèi)量將會從2015年的0.6 kg/人·年提升到2030年的2.3 kg/人·年[4]。通過對竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維和黏膠纖維進(jìn)行測試，全面了解4種纖維的性能特點(diǎn)，為更好應(yīng)用再生纖維素纖維提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試樣

選取規(guī)格同為1.67 dtex×38 mm的竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 儀器和試驗(yàn)方法

采用Quanta250型掃描電子顯微鏡觀察纖維的縱向形態(tài)。把纖維充分剪碎成粉末狀，采用D8 ADVANCB X射線衍射儀對纖維結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，測量角度范圍2θ=5°～50°。將纖維試樣制備成溴化鉀壓片，利用Nicolet 6700型傅里葉變換紅外光譜儀測定纖維主要成分，波數(shù)范圍4 000～400 cm-1，掃描32次。利用YG747型通風(fēng)式快速八籃恒溫烘箱對纖維試樣進(jìn)行烘干，根據(jù)試樣的濕重與干重計(jì)算試樣的回潮率。利用XQ-2型單纖維強(qiáng)力儀測試試樣強(qiáng)伸度，上下夾持距離為10 mm，拉伸速度為10 mm/min，預(yù)加張力為0.2 cN。

2 結(jié)果和分析

2.1 纖維縱向形態(tài)

觀測到竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維的縱向形態(tài)如圖1～圖4所示。

圖1 竹漿纖維的縱向形態(tài)

可以看出，竹漿纖維和黏膠纖維的縱向特征相似，都有明顯的溝槽，這是由于2種纖維均采用濕法紡絲，表層和芯層凝固冷卻速度不同，結(jié)構(gòu)不同。莫代爾纖維是全芯層結(jié)構(gòu)的高濕模量黏膠，縱向溝槽較少，這些凹槽形成的孔隙能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的毛細(xì)管效應(yīng)，使得纖維具有良好的吸濕放濕性能[5]，并可增加纖維間的摩擦力和抱合力。而萊賽爾纖維采用NMMO溶劑法生產(chǎn)，生產(chǎn)方法較環(huán)保，纖維縱向表面平滑無溝槽。

圖2 萊賽爾纖維的縱向形態(tài)

圖3 莫代爾纖維的縱向形態(tài)

圖4 黏膠纖維的縱向形態(tài)

2.2 X射線衍射圖像

觀測到竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維的X射線衍射圖像如圖5所示。

由圖5可知，4種纖維的X射線衍射曲線形狀大致一樣，衍射峰的位置也基本相同，特征峰的2θ角均分布在12.3°、20.1°、21.3°左右。這是因?yàn)?種纖維同為再生纖維素纖維，顯示出纖維素Ⅱ晶型特征。與萊賽爾纖維相比，竹漿纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維的衍射峰較寬且不尖銳，結(jié)晶度均較低。

1 竹槳纖維；2 萊賽爾纖維；3 莫代爾纖維；4 黏膠纖維圖5 4種纖維的X射線衍射圖

2.3 紅外光譜

觀測到竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維的紅外光譜曲線如圖6所示。

1 竹槳纖維；2 萊賽爾纖維；3 莫代爾纖維；4 黏膠纖維圖6 4種纖維的紅外光譜圖

從圖6可以看出，4種纖維紅外譜圖特征峰區(qū)、峰位基本相同，但也稍有差異。在3 400 cm-1左右為-OH的伸縮振動峰,在2 900 cm-1處有-CH的伸縮振動吸收帶，在1 680 cm-1處因?yàn)槔w維素纖維吸水產(chǎn)生H-O-H的對稱和不對稱的伸縮振動峰，1 050 cm-1處為C-O-C伸縮振動峰，在900 cm-1處為-CH2的面外彎曲振動，620 cm-1處為-OH面外彎曲振動，這表明4種纖維均由纖維素組成，纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)和基團(tuán)大體相同。

2.4 回潮率

實(shí)測竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維的回潮率分別為12.8%、10.1%，11.2%和12.6%，表明4種纖維的吸濕性都很好，這是因?yàn)?種纖維主要組成均是纖維素，具有較多的親水性基團(tuán)。竹漿纖維和黏膠纖維吸濕尤其好，是因?yàn)槔w維結(jié)晶度相對較低，而纖維吸收水分基本上進(jìn)入無定形區(qū)，并且二者表面縱向溝槽的存在，也有助于吸濕能力的提高。

2.5 強(qiáng)伸性能

測得竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、黏膠纖維干濕態(tài)下強(qiáng)伸性能見表1。

表1 纖維的強(qiáng)伸性能

從表1可知，干濕態(tài)條件下竹漿纖維和黏膠纖維的斷裂強(qiáng)度小于萊賽爾纖維和莫代爾纖維，這是由于萊賽爾纖維和莫代爾纖維的結(jié)晶度和聚合度較高；濕態(tài)條件下4種纖維的斷裂強(qiáng)度均有下降，斷裂伸長率均有增加，特別是竹漿纖維和黏膠纖維的濕態(tài)斷裂強(qiáng)度下降明顯，這是因?yàn)橹駶{纖維和黏膠纖維在濕態(tài)情況下，大分子之間的距離增大，結(jié)合力變小，纖維大分子之間容易滑脫，并且其結(jié)晶區(qū)也較松散，導(dǎo)致強(qiáng)力下降而伸長率增加。

3 結(jié)語

竹漿纖維、萊賽爾纖維、莫代爾纖維和黏膠纖維同屬再生纖維素纖維，通過對這4種纖維進(jìn)行形態(tài)結(jié)構(gòu)、紅外光譜、X射線衍射、強(qiáng)伸性能測試，得知竹漿纖維和黏膠纖維縱向有明顯的溝槽，這些凹槽形成的孔隙能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的毛細(xì)管效應(yīng)，使竹漿纖維和黏膠纖維回潮率較高，莫代爾纖維縱向溝槽較少，萊賽爾纖維由于采用不同于濕法的溶劑法紡絲，纖維縱向表面平滑無溝槽；4種纖維的X射線衍射曲線形狀大致一樣，衍射峰的位置基本相同，顯示出纖維素Ⅱ晶型特征，與萊賽爾纖維相比，其他3種纖維結(jié)晶度較低；紅外譜圖顯示4種纖維特征峰區(qū)，峰位基本相同，表明4種纖維均由纖維素組成；干濕態(tài)條件下竹漿纖維和黏膠纖維的斷裂強(qiáng)度小于萊賽爾纖維和莫代爾纖維；由于吸濕之后竹漿纖維和黏膠纖維分子結(jié)合力明顯減弱，大分子之間容易滑脫，其濕態(tài)斷裂強(qiáng)度下降更加顯著，濕態(tài)條件下4種纖維的斷裂伸長率均有增加。

[1] 姚 穆.紡織材料學(xué)[M].3版.北京：中國紡織出版社，2009.

[2] 石東亮，李茂松.我國再生纖維素纖維的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].絲綢，2007，(7)：44-46.

[3] 張艷明.生物質(zhì)纖維在針織行業(yè)的應(yīng)用[J].紡織科技進(jìn)展，2016，(3)：8-12.

[4] 蘆長椿.醋酯纖維的開發(fā)與應(yīng)用新進(jìn)展[J].紡織導(dǎo)報(bào)，2016，(3)：36-42.

[5] 儲詠梅.竹纖維結(jié)構(gòu)性能與產(chǎn)品開發(fā)研究[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2005.

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Performance Test and Analysis of Several Regenerated Cellulose Fibers

WANG Lin, CAO Qiu-ling, LI Meng-jun

(School of Textile, Henan University of Engineering, Zhengzhou 450007, China)

The structure and properties of bamboo pulp fiber, lyocell fiber, modal fiber and rayon fiber were tested. The results showed that bamboo pulp fibers and viscose fibers had obvious grooves in the longitudinal direction, modal fibers had less grooves, and lyocell fibers had smooth longitudinal surface without grooves. The four fibers showed the cellulose II crystal characteristics. Compared with lyocell fiber, bamboo pulp fiber, modal fiber and viscose fiber had lower crystallinity. The infrared spectra of fiber showed that the chemical structures and groups of the four fibers were same substantially. Under dry conditions, the breaking strength of bamboo pulp fiber and viscose fiber was lower than that of lyocell fiber and modal fiber. Under wet conditions, the breaking strength of the four fibers decreased and the elongation at break increased.

regenerated cellulose fiber; structure properties; analysis

2017-04-17；

2017-04-25

紡織新產(chǎn)品開發(fā)河南省工程實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目(GCSYS201608)

王 琳(1965-)，男，教授，碩士，主要從事紡織新產(chǎn)品開發(fā)，E-mail：hntcwl@163.com。

TS101.92

A

1673-0356(2017)06-0032-03