涼爽纖維的表征

戴 晴,周立明,沈佳宏

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院,上海200040)

所謂涼是指織物能對人體起到快速降溫的作用,該性能主要由纖維的導(dǎo)熱性能決定;爽即干爽,是指織物經(jīng)芯吸、擴散、傳輸?shù)确绞綄⑷梭w產(chǎn)生的氣態(tài)汗、液態(tài)汗迅速排放到織物的外層進而蒸發(fā),從而在人體皮膚表面與服裝內(nèi)側(cè)形成干燥的微氣候區(qū)。這也是通常所指的織物吸濕排汗及散濕性能[1],也就是討論導(dǎo)濕性能的評價測試方法。

通過多種試驗方法的比較,選擇了3種導(dǎo)濕性能平行試驗測試方法進行研究:水滴擴散時間法、芯吸高度法[3]、時間-蒸發(fā)量法。通過對這3種測試方法的篩選比較,優(yōu)選出最佳的涼爽纖維及其織物的導(dǎo)濕性能的評價測試方法,為建立更為準(zhǔn)確科學(xué)和有效的涼爽纖維制品的導(dǎo)濕表征方法提供參考。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

試驗所用樣品主要有:45/55滌綸/改性纖維,55/45滌綸/改性纖維,65/35滌綸/改性纖維,65/35滌綸/改性纖維(六角PK面料),65/35滌綸/改性纖維(雙面羅紋 ),72/28滌綸/改性纖維(六角PK面料)。

主要儀器:HITACHI TM3000掃描電子顯微鏡(捷克TESCN公司);哈氏切片器(溫州方圓儀器有限公司);Netzsch209F(德國耐馳科學(xué)儀器有限公司);Netzsch204F(德國耐馳科學(xué)儀器有限公司);電子天平,精度0.1 mg(北京賽多利斯儀器有限公司);OLETIR-560型FT-IR紅外光譜儀(美國熱電集團)。

紅外光譜儀測定條件:掃描次數(shù)32次;分辨率4 cm-1;檢測器DTGS KBr;掃描范圍4 000～675 cm-1(ATR晶體Ge)。

1.2 掃描電鏡法(SEM)

通過掃描電子顯微鏡(SEM)進行纖維縱向(表觀特征)和橫向(截面特征)的觀察獲得纖維微觀結(jié)構(gòu),比光學(xué)顯微鏡可獲得更清晰的纖維表面結(jié)構(gòu),成為纖維鑒別廣泛采用的鑒別方法,因此通過SEM來觀察涼爽纖維的形態(tài)特征。

試驗原理:根據(jù)不同纖維在掃描電鏡(SEM)下所呈現(xiàn)的不同縱向和橫向形態(tài)特征來辨別纖維。SEM由于具有放大倍數(shù)高、分辨率高、景深大、圖像清晰、立體感強、樣品制備較容易等優(yōu)點,特別適用于纖維的表觀形態(tài)觀察[2]。

試驗方法:觀察纖維縱向表面形態(tài)時,將纖維用導(dǎo)電膠粘在樣品架上,放入掃描電鏡中進行觀察。

1.3 熱重分析法(TG)

試驗原理:將樣品置于熱重(TG)分析儀中進行測試,得到試樣的TG曲線,樣品因加熱分解產(chǎn)生的氣體不經(jīng)任何物理或化學(xué)處理而直接進入紅外光譜儀,經(jīng)測試可以得到氣體產(chǎn)物的紅外光譜,根據(jù)試樣的TG曲線和氣體產(chǎn)物的紅外光譜,可對試樣的熱分解過程進行定性分析和定量評價。

試驗方法:將涼爽纖維樣品整理成束,用哈氏切片器切成粉末,稱取約5 mg樣品粉末放入氧化鋁坩堝,在氮氣氣氛中以10 K/min速率從室溫升溫至900℃,得到樣品的TG曲線。

1.4 差示掃描量熱法(DSC)

試驗原理:通過檢測樣品本身的熱物理性質(zhì)隨溫度或時間的變化,來研究其分子結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、分子運動的變化等;采用功率補償型DSC,研究在溫度控制下物質(zhì)隨溫度的變化,其物理量(ΔQ和ΔH)的變化,即通過程序控制溫度的變化,在溫度變化的同時,測量試樣和參比物的功率差(熱流率)與溫度的關(guān)系。

試驗方法:將涼爽纖維樣品整理成束,用哈氏切片器切成粉末,稱取約5 mg樣品粉末放入鋁坩堝,在氮氣氣氛中以10 K/min速率從室溫升溫至290℃,得到樣品的DSC曲線。

1.5 紅外光譜分析法(FT-IR)

傅里葉紅外光譜法主要是利用樣品在不同時間的紅外光譜吸收峰來判斷相應(yīng)熱分解階段物質(zhì)揮發(fā)出的氣體組分,以確定物質(zhì)的組成。

試驗原理:紅外光譜是分子振動吸收光譜,利用物質(zhì)的分子對紅外輻射的吸收,得到與分子結(jié)構(gòu)相應(yīng)的紅外光譜圖。紅外光譜圖主要可以用來鑒別纖維和對試樣進行定量分析。

試驗方法:剪取一定大小的試驗樣品(例如5 cm×5 cm),將其放于FT-IR紅外光譜儀的探測頭正下方,合上蓋子開始檢測,即可得到?jīng)鏊w維的紅外譜圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電鏡法

對涼爽纖維進行了橫截面及縱向測試,結(jié)果如圖1(縱向示意圖)和圖2(橫向示意圖)所示。

圖1 涼爽纖維掃描電鏡縱向示意圖

圖1 是涼爽纖維的縱向結(jié)構(gòu)示意圖(放大2 000倍),這種纖維通過表面的4條溝槽產(chǎn)生毛細效應(yīng),有可能起到?jīng)鏊墓πА?/p>

圖2是涼爽纖維的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖(放大2 000倍),該纖維為異形纖維,通過改變溝槽的形態(tài)結(jié)構(gòu),可以快速將人體皮膚排除的汗水和濕氣經(jīng)過芯吸、擴散傳輸?shù)娇椢锉砻?使皮膚感到干爽和舒適。圖3為掃描電鏡下普通聚酯纖維的橫截面形態(tài),其橫截面接近圓形。

圖2 涼爽纖維掃描電鏡橫向示意圖

圖3 聚酯纖維掃描電鏡橫向示意圖

2.2 熱重分析法

對涼爽纖維樣品和普通滌綸進行了TG測試。圖4為涼爽纖維的TG曲線,其最大失重溫度為420.6℃;圖5為普通滌綸樣品,其最大失重溫度也在420℃附近,說明涼爽纖維與普通滌綸的熱分解情況基本一致,因此無法利用TG區(qū)分這些樣品。

2.3 差示掃描量熱法

圖6為涼爽纖維的DSC曲線,其玻璃化溫度為在80℃附近,熔融溫度為255.4℃;圖7為普通滌綸的DSC曲線,其玻璃化溫度均在80℃附近,熔融溫度均在255.4℃附近,與涼爽纖維無明顯差別。因此無法利用DSC區(qū)分這些樣品。

圖4 涼爽纖維TG曲線示意圖

圖5 聚酯纖維TG曲線示意圖

圖6 涼爽纖維DSC曲線示意圖

2.4 紅外光譜分析法

從圖8、圖9可知,在波數(shù)1 800～1 650 cm-1范圍內(nèi)有C=0酯基團的特征吸收峰;在波數(shù)為1 200 cm-1附近處,有C-H基團的特征吸收峰。與聚酯纖維標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較可知涼爽纖維樣品也為聚酯纖維,涼爽纖維與聚酯標(biāo)樣的紅外圖譜出峰位置基本一致,無法根據(jù)特征峰區(qū)分涼爽纖維與聚酯纖維,紅外光譜法不能作為區(qū)分這2種纖維的表征手段。

圖7 聚酯纖維5DSC曲線示意圖

圖8 涼爽纖維紅外光譜圖

圖9 聚酯纖維紅外光譜圖

3 結(jié)論

通過對涼爽纖維進行不同手段的表征,得出:

(1)掃描電子顯微鏡測試結(jié)果顯示了涼爽纖維縱向結(jié)構(gòu)通過表面的4條溝槽產(chǎn)生毛細效應(yīng),有可能起到?jīng)鏊墓π?而涼爽纖維的橫向結(jié)構(gòu)顯示該纖維為異形結(jié)構(gòu)。

(2)熱重分析法測試結(jié)果顯示了涼爽纖維和普通滌綸纖維最大失重溫度均在420℃附近,因此無法利用TG進行區(qū)分。

(3)差示掃描量熱法測試結(jié)果顯示了樣品的玻璃化溫度均在75℃附近,熔融溫度均在255℃附近,因此無明顯差別。

(4)紅外光譜分析法測試結(jié)果顯示了涼爽纖維與聚酯標(biāo)樣的紅外圖譜出峰位置基本一致,無法根據(jù)特征峰區(qū)分涼爽纖維與聚酯纖維。