采用定點(diǎn)測量法分析棉纖維與粘膠纖維溶脹性能

劉 超，汪澤幸，戴承友

(湖南工程學(xué)院紡織服裝學(xué)院，湖南湘潭 411100)

采用定點(diǎn)測量法分析棉纖維與粘膠纖維溶脹性能

劉 超，汪澤幸，戴承友

(湖南工程學(xué)院紡織服裝學(xué)院，湖南湘潭 411100)

分別采用蒸餾水和深藍(lán)KE-R活性染料對棉纖維和粘膠纖維進(jìn)行浸潤，通過定點(diǎn)測量法觀察兩種纖維吸水溶脹和染色溶脹后直徑的變化。結(jié)果表明: 棉纖維與粘膠纖維吸水和染色溶脹后直徑都有不同程度增加，且直徑不勻率減小。其中粘膠纖維溶脹率明顯大于棉纖維，染色后兩種纖維的溶脹率均低于吸水后的溶脹率。

棉纖維 粘膠纖維 溶脹性能 纖維直徑

在水溶液中纖維會吸水膨脹，導(dǎo)致纖維直徑變大，但并不完全溶解，這種現(xiàn)象稱為纖維的溶脹現(xiàn)象。棉纖維和粘膠纖維屬于親水性纖維，在水中會發(fā)生顯著溶脹[1]。纖維溶脹會使得微隙增大，有利于染料和化學(xué)試劑進(jìn)入纖維內(nèi)部，使染整加工得以順利進(jìn)行，但是溶脹會使得織物產(chǎn)生縮水問題，而且纖維吸水溶脹后直徑變粗，使織物變厚變硬，影響織物手感?？梢?，纖維的溶脹會影響紡織面料的染整工藝、尺寸穩(wěn)定和手感等性能。

纖維溶脹前后的直徑測量通常采用顯微鏡投影法，但是散亂的纖維經(jīng)過溶脹后再進(jìn)行直徑測量，無法保證溶脹前后測得的纖維直徑來源于同一根纖維，而且，即便是同一根纖維，由于纖維長度方向上直徑不勻率，測試位置不同，也會影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無法準(zhǔn)確反應(yīng)纖維的溶脹率。本實(shí)驗(yàn)采用顯微鏡定點(diǎn)測法可大大減小溶脹前后測量誤差，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

1 溶脹實(shí)驗(yàn)纖維直徑測量方法

本實(shí)驗(yàn)采用顯微投影測量法，所用儀器為CU-2纖維細(xì)度儀。為比較棉纖維和粘膠纖維上同一點(diǎn)溶脹前后直徑的變化，防止纖維在載玻片上發(fā)生移位，用雙面膠將纖維固定在載玻片上(如圖1所示)，對每根纖維只測量靠近膠帶紙1mm左右處纖維的直徑。因?yàn)榫嚯x雙面膠紙?zhí)牡胤捷^模糊，且膠紙對纖維的吸濕膨脹有影響，距離太遠(yuǎn)溶脹后很難保證測試在同一位置，影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。

圖1 纖維樣品測試的準(zhǔn)備

在溫度為25℃，相對濕度為65%的室內(nèi)，先測量干態(tài)時固定在載玻片上的纖維直徑，然后將該載玻片分別浸漬到蒸餾水和染料中，一定時間后再測量纖維直徑變化。測試儀通過CCD攝像頭及計(jì)算機(jī)將纖維圖像顯示在顯示器上，用計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝的纖維直徑測試軟件對纖維直徑進(jìn)行測試，記錄數(shù)據(jù)。如圖2和圖3所示為兩種纖維在顯微鏡下的直徑測試圖。

圖2 棉纖維直徑測試圖

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

導(dǎo)致纖維出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象的主要原因是纖維中具有部分無定型分子，無定型分子之間通過分子間力的互相作用，由于這些無定型分子都有一些很長的分子鏈，分子鏈之間的空隙比較大，部分水分子可嵌入無定型分子鏈之間的空隙，從而增大了無定型分子之間的分子間距，導(dǎo)致了在宏觀上可以觀察到的纖維吸水膨脹現(xiàn)象[1]。

2.1 纖維在水溶液中溶脹

本實(shí)驗(yàn)以棉纖維和粘膠纖維為研究對象，在溫度24℃，濕度65%條件下，將其浸泡在蒸餾水中15min， 分別測試棉纖維和粘膠纖維在干態(tài)和吸水溶脹后纖維直徑，每種纖維測試200根。

吸水溶脹前后纖維平均直徑如表2所示，圖4為兩種纖維吸水溶脹前后纖維直徑分布圖。由此可見，蒸餾水浸漬后纖維直徑明顯增大，棉纖維干態(tài)時平均直徑為15.12μm，而吸水溶脹后增加到18.33μm，溶脹率為21.16%，粘膠纖維干態(tài)時平均直徑為23.47μm，而吸水溶脹后增加到32.4μm，溶脹率為38.05%，粘膠纖維吸水后溶脹更顯著，主要原因是粘膠纖維無定型區(qū)更大，水分子更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部，導(dǎo)致纖維發(fā)生顯著溶脹，且粘膠纖維橫截面為不規(guī)則鋸齒形皮芯結(jié)構(gòu)，比表面積大易吸水膨脹[2]。經(jīng)過吸水溶脹后兩種纖維直徑分布也發(fā)生了變化，棉纖維干態(tài)直徑分布較寬，離散度大。而吸水溶脹后纖維直徑分布集中在14μm～24μm之間。粘膠纖維干態(tài)直徑分布較棉纖維的集中，因?yàn)檎衬z纖維屬于化學(xué)纖維，生產(chǎn)過程可控，因此粘膠纖維直徑相對較均勻，主要集中在20μm～27μm之間，吸水溶脹后纖維直徑分布明顯右移，主要集中在28μm～36μm之間。

表2 吸水溶脹前后纖維平均直徑

(a)棉纖維干態(tài)

(b)棉纖維吸水溶脹后

(c)粘膠纖維干態(tài)

(d)粘膠纖維吸水溶脹后

2.2 纖維在染液中的溶脹

實(shí)驗(yàn)儀器：HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋(見圖5)、燒杯、量筒、玻璃棒、溫度計(jì)。

染料配方：活性深藍(lán)色KE-R染料，濃度3wt%(見圖6是已配好的染液)

染色條件：室溫24℃，濕度65%，溫度為水浴恒溫55℃，染色時間60min。

操作步驟：

(1)配備染料，將配備好的染料倒入燒杯中；

(2)將燒杯浸入水浴恒溫鍋中，設(shè)置好水浴鍋的所需溫度，當(dāng)燒杯中的染液溫度達(dá)到所需溫度時，放入要測試的沾有纖維的載玻片，恒溫水浴染色一小時，水浴過程中攪拌，但不碰觸到載玻片；

(3)60min后取出載玻片，進(jìn)行染色后纖維的細(xì)度測試(圖7、圖8為粘膠纖維染色前后在顯微鏡下的投影測試圖)，每種纖維樣品數(shù)量200根。

圖5 HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋

圖6 深藍(lán)KE-R活性染料

圖7 粘膠纖維染前直徑測試圖

染色溶脹前后纖維平均直徑如表3所示，圖9為兩種纖維染色溶脹前后纖維直徑分布圖。由此可見，蒸餾水浸漬后纖維直徑明顯增大，棉纖維干態(tài)時平均直徑為15.90μm，而染色溶脹后增加到18.30μm，溶脹率為15.13%，粘膠纖維干態(tài)時平均直徑為23.37μm，而染色溶脹后增加到31.14μm，溶脹率為33.27%。棉纖維和粘膠纖維干態(tài)直徑分布與圖4接近，而染色溶脹后，棉纖維直徑集中在14μm～22μm之間，且纖維分布較集中。粘膠纖維染色溶脹后纖維直徑分布明顯右移，主要集中在25μm～35μm之間。兩種纖維染色后的溶脹率均低于吸水后的溶脹率，主要是由于染料中含有大量染料分子，與水分子相比，較難進(jìn)入纖維內(nèi)部，因此染色后的纖維溶脹率要低于吸水后的溶脹率。由此可見，染料大分子的存在會影響纖維的溶脹性能。

表3 纖維染色前后直徑變化

(a)棉纖維干態(tài)

(b)棉纖維染色溶脹后

(c)粘膠纖維干態(tài)

(d)粘膠纖維染色溶脹后

3 結(jié)語

棉纖維與粘膠纖維吸水和染色溶脹后直徑都有不同程度增加，且不勻率減小，其中粘膠纖維溶脹率明顯大于棉纖維，主要原因是粘膠纖維無定型區(qū)更大，水分子更容易進(jìn)入纖維內(nèi)部，導(dǎo)致纖維發(fā)生顯著溶脹，且粘膠纖維橫截面為不規(guī)則鋸齒形，皮芯結(jié)構(gòu)、比表面積大，易吸水膨脹。染色后兩種纖維的溶脹率低于吸水后的溶脹率，主要原因是染料中含有大量染料分子，與水分子相比，較難進(jìn)入纖維內(nèi)部，阻礙了纖維的溶脹。紡織品染色和后整理過程中纖維均會發(fā)生溶脹，對于吸濕性好的纖維，其溶脹效果更為明顯，而溶脹過程會使面料縮水，影響織物尺寸，因此更準(zhǔn)確的了解纖維溶脹情況，才能更好的控制染色和后整理工藝，保證面料的尺寸穩(wěn)定性。

[1] 于偉東. 紡織材料學(xué)[M].北京: 中國紡織出版社, 2012：15-45.

[2] 邱有龍. 粘膠行業(yè)新技術(shù)新產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2010(10):72-74.

2017-03-09

劉超(1985-)，女，碩士，講師，研究方向：紡織材料及產(chǎn)業(yè)用紡織品。

TS101，92+1

A

1008-5580(2017)03-0065-04