服裝紡織用吸濕發(fā)熱粘膠纖維的制備與性能分析

王晶

摘要：將具備吸濕發(fā)熱功能的添加劑摻入到粘膠中進(jìn)行共混紡絲，以此制備吸濕發(fā)熱粘膠纖維，并對吸濕發(fā)熱粘膠纖維的制備與性能作了檢測。結(jié)果表明，吸濕發(fā)熱粘膠纖維的橫截面呈不規(guī)則的鋸齒狀，且溝槽較多，深度較大，鋸齒狀十分突出。由于吸濕發(fā)熱粘膠纖維的結(jié)晶度相對較低，故取向度有所增大，斷裂強(qiáng)度顯著下降，而拉伸斷裂伸長率則稍有增大，回潮率提高較多，摩擦系數(shù)明顯上升.在相同條件下，同質(zhì)量吸濕發(fā)熱粘膠纖維在同體積中，溫度上升幅度顯著高于普通粘膠纖維，具有較好的吸濕發(fā)熱功能。

關(guān)鍵詞：服裝紡織;吸濕發(fā)熱;粘膠纖維;制備;性能

中圖分類號：TQ 437文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）04-0049-05

在服裝逐漸時裝化的趨勢下，人們對于舒適性與時尚性的要求不斷提高，而新型紡織保暖材料備受青睞，其能夠滿足人們對于舒適度與保溫度的多元化要求，由此衍生了一系列發(fā)熱與保溫性能良好的面料。為此，研究并開發(fā)具備吸濕發(fā)熱良好性能的粘膠纖維具有重要意義。本研究旨在通過研究尋求較佳吸濕發(fā)熱添加劑的用量，以確保共混液能夠滿足紡絲需求，并通過紡絲工藝獲得相對最佳的紡絲參數(shù)，實現(xiàn)最優(yōu)化吸濕發(fā)熱效果，由此制備出性能良好的吸濕發(fā)熱粘膠纖維。

1吸濕發(fā)熱粘膠纖維的試制工藝

在實驗條件下，采用相同堿纖維素，將吸濕發(fā)熱劑嚴(yán)格按照選定配比直接與紡絲液相融合，利用攪拌器進(jìn)行高速攪拌實現(xiàn)共混，制成共混紡絲液，并基于成纖樣機(jī)加以過濾、脫泡、熟成和紡絲，最后制成吸濕發(fā)熱粘膠纖維。具體工藝流程如圖1所示。

2共混紡絲液制備

2.1吸濕發(fā)熱劑的配制

根據(jù)共混紡絲中所含吸濕發(fā)熱劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，進(jìn)行定量吸濕發(fā)熱劑溶液的制備。

2.2粘膠原液的配制

2.2.1堿纖維素的配制

把漿粕浸漬到既定濃度堿中，以此制備出堿纖維素。具體反應(yīng)過程如式（1）所示。

壓榨后，將堿纖維素中包含的堿液及時去除，并將其粉碎，促使其演變成相對松散的絮狀。

2.2.2纖維素的老成

將堿纖維素暴露在空氣下，經(jīng)過一定時間后，利用空氣氧化作用，中斷纖維素分子鏈，調(diào)整粘膠的黏度，以此降低平均聚合度，防止黏度過高造成工藝流程難以有序進(jìn)行。但是，添加吸濕發(fā)熱劑并沒有提高粘膠的黏度，反而還有一定程度的下降，所以，應(yīng)根據(jù)實際情況有效減小并控制老成的氧化程度。

2.2.3纖維素磺酸酯的配制

基于堿纖維素和二硫化碳發(fā)生反應(yīng)，生成纖維素磺酸酯。具體反應(yīng)過程如式（2）、式（3）所示。

2.2.4纖維素磺酸酯的溶解

將纖維素磺酸酯在稀堿溶液中加以分解，制成具有良好性能的粘膠，就是所謂的溶解。纖維素磺酸酯溶解實際上就是把氫氧化鈉與水分子朝著磺酸酯內(nèi)部進(jìn)一步擴(kuò)散，磺酸酯溶脹，大分子之間的間距不斷擴(kuò)大，在達(dá)到溶脹極限值之后，便可以溶解成為粘膠，從而獲得黏性液體，就是所謂的粘膠原液。

2.2.5粘膠紡前的配制

為了順利實現(xiàn)粘膠原液紡絲，還需要對其進(jìn)行適當(dāng)處理。首先過濾掉粘膠中的固體或半溶粒子，避免后續(xù)堵塞紡絲噴絲孔，阻礙紡絲進(jìn)程，或影響成纖質(zhì)量。粘膠經(jīng)過3次過濾后，再進(jìn)行脫泡，以防止粘膠中的氣泡對紡絲造成斷頭影響。然后進(jìn)行熟成，根據(jù)吸濕發(fā)熱粘膠纖維特性控制溫度，使粘膠在既定時間內(nèi)始終處于靜止或流動狀態(tài)，確保能夠獲得紡絲性能較佳的粘膠紡絲液。

2.3共混紡絲液的配制

5種方案比較分析，共混膜在放入玻璃杯噴灑水汽后溫度都會明顯上升，方案4的試驗溫度提升效果最為顯著，其吸濕發(fā)熱劑的添加量處于最佳狀態(tài)，所以選擇方案4。將吸濕發(fā)熱劑與纖維素原液同時傳輸?shù)饺芙鈾C(jī)中，根據(jù)共混紡絲液配制方案4（表1）的配比，高速攪拌，實現(xiàn)2者充分混合，在室溫狀態(tài)下，靜置、過濾、脫泡和熟成，從而制成共混紡絲液。

3紡絲成形

紡絲選用一般凝固浴進(jìn)行固化成型并拉伸。纖維素的主要成分是纖維素、水和氫氧化鈉。在粘膠與噴絲頭相脫離并進(jìn)入凝固浴之后，纖維素磺酸酯則會立即凝固與分解。粘膠經(jīng)噴絲頭進(jìn)入，由于凝固浴具備硫酸與硫酸鹽作用，導(dǎo)致其中的堿被中和，纖維素磺酸鈉分解并凝固析出。粘膠纖維成型的凝固浴主要包含硫酸、硫酸鈉和硫酸鋅3大組成部分。凝固浴配比直接影響纖維成型，其中，硫酸含量為80～90ml/L;硫酸鈉含量為260～300g/L;硫酸鋅含量為10～15g/L。

在紡絲時，基于多孔噴絲頭的共混紡絲液需要傳送到凝固浴，以促使纖維素磺酸酯凝固成絲條狀態(tài)，再進(jìn)一步分解為水化纖維素。凝固與分解是同步進(jìn)行的，但程度明顯不同。其中在成型時，發(fā)生反應(yīng)如下。

其一，纖維素磺酸酯與酸發(fā)生分解反應(yīng)如式（4）所示。

在共混紡絲液通過噴絲孔的時候，受切向力的作用，共混紡絲液變換成各向異性細(xì)流狀態(tài)。細(xì)流與凝固浴組分呈雙擴(kuò)散狀態(tài)，結(jié)果導(dǎo)致纖維素磺酸酯中析出一定的再生纖維素。細(xì)流主要包括凝膠相與液相，在初生凝膠纖維中，先析出既有結(jié)晶粒子，粒子與大分子或締合體相結(jié)合，逐漸形成大型結(jié)晶范圍。因為大分子的活動性較小，結(jié)晶過程相對較慢，溶劑擴(kuò)散速度較慢，所以生成的纖維是截面結(jié)構(gòu)不均勻的皮芯結(jié)構(gòu)。

4紡絲工藝與后加工

4.1紡絲工藝參數(shù)

采用普通粘膠生產(chǎn)工藝進(jìn)行吸濕發(fā)熱粘膠纖維試紡，結(jié)果良好。同時，對吸濕發(fā)熱粘膠纖維工藝參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，具體參數(shù)如表2所示。

4.2后加工

吸濕發(fā)熱劑自身是透明狀的微黃色液體，所制成共混膜也是透明狀，但是并沒有明顯顏色，所以吸濕發(fā)熱劑與粘膠共混纖維只需要進(jìn)行水洗即可，其余則依據(jù)普通工藝展開，具體為拉伸、水洗、脫硫、水洗、酸洗、水洗、上油、烘干和打包。在經(jīng)過化學(xué)處理之后，都必須水洗，以利于及時將殘留化學(xué)藥液或雜質(zhì)去除干凈。硫在纖維上附著會導(dǎo)致其變黃，手感粗糙，強(qiáng)度下降，并且在后續(xù)進(jìn)行紡織時，較容易產(chǎn)生灰塵，對工作環(huán)境與工作人員健康造成威脅。所以，進(jìn)行脫硫處理是必要的流程，其目的是去除纖維內(nèi)不溶于水的膠態(tài)硫。而酸洗的目的則是將纖維內(nèi)不溶于堿溶液的物質(zhì)、重金屬和堿液及時去除干凈，以防止對纖維的外型美觀與品質(zhì)造成影響。上油的目的是提高纖維柔韌性與抗靜電性等，且可有效改善纖維的可紡性。

5吸濕發(fā)熱粘膠纖維的性能測試

5.1橫截面形態(tài)

將纖維切片，放到帶有甘油的載玻片上面，蓋上蓋玻片，使用鑷子輕壓蓋玻片，以此去除氣泡，然后放到顯微鏡上進(jìn)行觀察拍照。在顯微鏡下所觀察的橫截面，其中普通粘膠纖維與吸濕發(fā)熱粘膠纖維橫截面都為鋸齒狀，但是，后者的橫截面外輪廓則更加清晰，齒狀也更加明顯，并且主要呈現(xiàn)平滑凸起狀態(tài)。

5.2表面形態(tài)

通過離子噴金鍍膜，對表面形態(tài)進(jìn)行實時觀察。其中，吸濕發(fā)熱粘膠纖維的縱向溝槽分布十分密集，而且深度較突出，纖維比表面積也相對較大。所以，水汽極易被纖維所吸收，由此產(chǎn)生良好的吸濕發(fā)熱性能。

5.3結(jié)晶度與取向度

在電壓為40kV、電流為200mA、滯留時間為0.12S和步寬為0.02°的條件下，把200～300mg纖維剪成粉末狀，以此測試?yán)w維的結(jié)晶度。吸濕發(fā)熱劑與粘膠劑都是高分子物質(zhì)，2者共混之后，纖維的結(jié)晶度與取向度都會有所變化。基于結(jié)晶度計算的XRD曲線，可以得出普通粘膠纖維與吸濕發(fā)熱粘膠纖維的結(jié)晶度，其中，后者的結(jié)晶度相對偏低，但是并沒有太大顯著性影響。而普通粘膠纖維與吸濕發(fā)熱粘膠纖維的取向度基本相同，這主要是因為紡絲工藝對于纖維取向度有明顯影響，而2者都是采用濕法紡絲工藝進(jìn)行配制的。

5.4力學(xué)性能

通過反復(fù)30次測試，確定試樣長度為10mm，預(yù)加張力為200eN，獲得纖維的力學(xué)性能如表3所示。

由表3可知：吸濕發(fā)熱粘膠纖維的斷裂強(qiáng)度下降明顯，而伸長率卻有所上升，初始模量并未產(chǎn)生較大變化。這主要是因為粘膠紡絲液中添加了適當(dāng)?shù)木郾┧徕c，導(dǎo)致其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，結(jié)晶度有所下降，而聚丙烯酸鈉大分子在與纖維素相融合之后，會對纖維素分子生成氫鍵造成阻礙，在外力作用下，纖維素大分子出現(xiàn)異動，進(jìn)而導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度大大降低，伸長率卻有所上升。

5.5吸濕性能

利用箱外冷稱法進(jìn)行回潮率測試。大部分纖維在吸濕后會出現(xiàn)顯著變化，而吸濕能力對吸濕發(fā)熱性能有著較大影響。紡織材料含濕量的指標(biāo)為回潮率，據(jù)此，對吸濕發(fā)熱粘膠纖維與普通纖維回潮率進(jìn)行測試，結(jié)果如表4所示。

由表4可知：吸濕發(fā)熱粘膠纖維的回潮率明顯較高，表明在纖維中添加吸濕發(fā)熱劑可以在一定程度上提高其吸濕性能，且吸濕發(fā)熱粘膠纖維的吸濕性能相對較好，而吸濕性能對于吸濕發(fā)熱性能十分有利。

5.6吸濕發(fā)熱性能

利用若干500mL的燒杯、溫度計和微型噴霧器等試驗器具測試吸濕發(fā)熱性能。選擇2.5g纖維，將其密封到燒杯中，所測試的纖維具體升溫數(shù)據(jù)如表5所示。

由表5可知：普通粘膠纖維與吸濕發(fā)熱粘膠纖維在吸收微型噴霧器的水分之后，溫度都會明顯上升，而在相同的時間狀態(tài)下，后者的升溫值相對較高。在1～2min之內(nèi)，吸濕發(fā)熱粘膠纖維可以快速上升大約2.5℃，隨后升溫幅度漸緩。表明共混紡絲之后所制成的粘膠纖維具備快速升溫的良好特性。

6結(jié)論

綜上所述，與普通粘膠纖維性能對比測試發(fā)現(xiàn)，吸濕發(fā)熱粘膠纖維的截面外緣輪廓十分清晰，而且鋸齒狀非常明顯，溝槽也較深，外緣形狀曲率的變化幅度過大。通過試驗顯示，吸濕發(fā)熱粘膠纖維中的吸濕發(fā)熱劑與纖維素之間并未相分離，而吸濕發(fā)熱粘膠纖維的結(jié)晶度相對偏小，但是取向度卻基本相同。在常溫干濕狀態(tài)下，吸濕發(fā)熱粘膠纖維的斷裂強(qiáng)度明顯較小，而且下降程度也各不相同。另外，吸濕發(fā)熱粘膠纖維的回潮率相對偏高一些。總之，在相同條件狀態(tài)下，吸濕發(fā)熱粘膠纖維的吸濕發(fā)熱效果與性能良好。