涼感聚乙烯長絲的性能研究

謝 婷 錢 娟 張佩華

東華大學(xué) 紡織學(xué)院(中國)

涼感纖維具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，能夠快速將人體皮膚的熱量擴(kuò)散到環(huán)境中，給人以冰涼舒適的觸感，在夏季紡織品中廣泛應(yīng)用。目前市場上的涼感纖維主要為涼感聚酯纖維和涼感錦綸纖維，一般通過在紡絲過程中添加涼感礦物質(zhì)因子如云母、貝殼粉等高導(dǎo)熱系數(shù)的礦物質(zhì)顆粒實(shí)現(xiàn)涼感功能。涼感顆粒的添加會對纖維的力學(xué)性能以及織造性能產(chǎn)生影響，其添加量有限，因而接觸涼感效應(yīng)也受到一定限制。涼感聚乙烯長絲因具有較高的結(jié)晶度和軸向取向度，利于熱量沿纖維軸向快速傳遞[1]，屬于本征型導(dǎo)熱纖維。相較于普通紡織材料，其具有更高的紅外透過率，使得人體能夠通過涼感聚乙烯織物更快地向周圍環(huán)境傳遞熱量[2-3]。涼感聚乙烯長絲已在夏季床墊、窗簾、涼席等家紡領(lǐng)域應(yīng)用，但目前對于涼感聚乙烯長絲的性能研究及其在服用領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)較少。

本文測試了涼感聚乙烯長絲的表觀形態(tài)、拉伸性能、摩擦性能、吸濕性能，以及加捻長絲的潤濕性，并和普通聚酯長絲、涼感聚酯長絲進(jìn)行對比分析。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

線密度分別為8.33 tex/24 f(75 D/24 f)和11.1 tex/48 f(100 D/48 f)的兩種涼感聚乙烯全拉伸絲，來源于凱泰特種纖維科技有限公司。線密度均為8.33 tex/24 f(75 D/24 f)的普通聚酯和涼感聚酯拉伸變形絲，由泉州海天材料科技股份有限公司提供，其中涼感滌綸長絲添加了5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的云母母粒。

試驗(yàn)中的加捻涼感聚乙烯長絲均采用東華大學(xué)研制的DHU-N01型捻線試樣機(jī)，分別對兩種線密度長絲進(jìn)行100 捻/m，150 捻/m，200 捻/m的加捻，制備成共6種不同的加捻長絲試樣。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 表觀形貌

采用TM3000型臺式掃描電子顯微鏡(SEM)對涼感聚乙烯長絲和涼感滌綸長絲縱向表面進(jìn)行觀測。

1.2.2 摩擦性能

隨機(jī)選取4種長絲試樣中的單纖維，采用XCF-1A型纖維摩擦系數(shù)測試儀進(jìn)行測試，根據(jù)單纖線密度，張力夾負(fù)荷為100×10-3cN，摩擦輥轉(zhuǎn)速為30 r/min，測試指標(biāo)為靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)。

1.2.3 拉伸性能

參照GB-T 14344—2008《化學(xué)纖維 長絲拉伸性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，采用YG061—1500型電子單紗強(qiáng)力儀，測試長絲的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率。

1.2.4 吸濕性能

參照GB/T 9995—1997《紡織材料 含水和回潮 烘箱干燥法》標(biāo)準(zhǔn)，采用Y802N型八籃恒溫烘箱測試。將涼感聚乙烯長絲、普通滌綸長絲和涼感聚乙烯長絲進(jìn)行預(yù)調(diào)濕并測試烘前質(zhì)量，由于涼感聚乙烯長絲不耐高溫，烘燥溫度設(shè)置為75 ℃，烘燥時間為2 h，測試長絲烘燥后的質(zhì)量，回潮率R按公式(1)計算：

(1)

式中：R——試樣回潮率，%；

m0——試樣烘前質(zhì)量，g；

m1——試樣烘后質(zhì)量，g。

1.2.5 潤濕性能

運(yùn)用氣泡捕捉測試法，將長絲制成45 mm×6 mm排列均勻緊密的平整試樣層，粘在玻璃片中間，測試面朝上，采用OCA15EC型接觸角測量儀進(jìn)行測試，測試指標(biāo)為接觸角。

參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，取30 mm長度的長絲試樣，其中一端用夾子固定在毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)裝置上，垂直懸掛，下端裝上質(zhì)量為3 g的張力夾使試樣保持垂直浸入液體中，分別讀取1、5、10、20和30 min時標(biāo)尺上的數(shù)值，記錄為試樣不同時間的芯吸高度。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 表觀形貌

圖1是涼感聚乙烯長絲和涼感聚酯長絲的SEM圖?？煽闯?，涼感聚乙烯長絲相較于涼感聚酯長絲更順直，涼感聚酯長絲縱向轉(zhuǎn)曲更多，其絲束更蓬松。涼感聚乙烯長絲的縱向表面布滿溝槽和裂紋，利于水分傳導(dǎo)，表面較粗糙；而涼感聚酯長絲縱向表面較光滑，可見涼感母粒。

圖1 涼感聚乙烯和涼感聚酯長絲的縱向形態(tài)SEM圖

2.2 摩擦性能

4種纖維的靜、動摩擦系數(shù)的測試結(jié)果如表1所示。

表1 纖維摩擦系數(shù)

由表1可以看出，纖維線密度相同的情況下，涼感聚乙烯纖維的靜、動摩擦因數(shù)均小于普通聚酯纖維和涼感聚酯纖維，這是由于涼感聚乙烯纖維比縱向轉(zhuǎn)曲的滌綸纖維更加順直。兩種線密度的涼感聚乙烯纖維的動、靜摩擦系數(shù)差異較小，而涼感聚酯纖維的動、靜摩擦系數(shù)均明顯大于普通聚酯纖維，說明涼感母粒的添加增加了其與摩擦輥之間的作用力，對纖維的摩擦性能產(chǎn)生了影響。

2.3 拉伸性能

4種長絲試樣的拉伸力學(xué)性能如表2所示。

表2 長絲的拉伸性能

從表2可以看出，涼感聚乙烯長絲的斷裂強(qiáng)度小于聚酯長絲，斷裂伸長率遠(yuǎn)大于聚酯長絲且遠(yuǎn)大于100%，說明涼感聚乙烯長絲斷裂強(qiáng)度較低，伸長率大。其中11.1 tex/48 f涼感聚乙烯長絲斷裂強(qiáng)度大于8.33 tex/24 f涼感聚乙烯長絲，這是因?yàn)榍罢呖偩€密度大，且單纖數(shù)量多，纖維的比表面積大，使得纖維間的摩擦抱合力更大，因此能夠承受更大的軸向拉力。涼感聚酯長絲的斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度小于普通聚酯長絲，斷裂伸長率大于普通聚酯長絲，說明涼感母粒的添加對聚酯長絲的拉伸力學(xué)性能產(chǎn)生了一定影響。

2.4 吸濕性能

4種長絲的回潮率測試結(jié)果如表3所示。

表3 長絲回潮率

聚乙烯的基本結(jié)構(gòu)是聚乙烯分子，聚酯的基本組成為聚對苯二甲酸乙二醇酯，除了端醇羥基外無其他極性基團(tuán)，兩者均缺乏親水性基團(tuán)，吸濕性較差，因此回潮率均較低。在75 ℃烘燥條件下，兩種細(xì)度的涼感聚乙烯長絲回潮率未顯示出差異，均高于普通聚酯長絲，低于涼感聚酯長絲，這與玉石母粒的水合作用[5]有關(guān)。

2.5 加捻對吸濕性能的影響

長絲的吸濕性可通過接觸角和芯吸高度來綜合評判，親水性是產(chǎn)生芯吸效應(yīng)的必要條件，可以通過測量長絲的接觸角進(jìn)行評判。圖2是經(jīng)過加捻的涼感聚乙烯長絲的接觸角隨捻度變化的曲線圖。

圖2 涼感聚乙烯長絲接觸角隨捻度變化曲線圖

由圖2可知，涼感聚乙烯長絲經(jīng)100 捻/m，150 捻/m，200 捻/m捻度加捻后，接觸角先減小后增大，其中150捻/m的加捻長絲接觸角最小。結(jié)合纖維集合體的接觸角θ計算公式[4]進(jìn)行分析：

cosθ=fAcosθA-fB

(2)

式中：θ——纖維集合體的接觸角，(°)；

fA——纖維的面積分?jǐn)?shù)；

θA——纖維的接觸角，(°)；

fB——孔隙的面積分?jǐn)?shù)。

可看出當(dāng)0°<θ<90°，fA和θA相同的情況下，適當(dāng)增加長絲捻度可降低孔隙率，從而提高潤濕性，當(dāng)捻度過大時會造成毛細(xì)管過小或堵塞的情況，此時fA減小，cosθ減小，接觸角增大。11.1 tex/48 f涼感聚乙烯長絲比8.33 tex/24 f規(guī)格長絲的接觸角小，分析原因是由于11.1 tex/48 f長絲的單纖數(shù)量多，溝槽和裂紋更多，粗糙度較大，因此長絲的比表面積較大，接觸角小。

圖3a)為不同捻度的8.33 tex/24 f涼感聚乙烯加捻長絲芯吸高度隨時間的變化曲線，圖3b)為不同捻度的11.1 tex/48 f涼感聚乙烯加捻長絲芯吸高度隨時間的變化曲線。

圖3 加捻涼感聚乙烯長絲芯吸高度-捻度曲線圖

由圖3可看出，涼感聚乙烯長絲的芯吸高度隨著捻度的增加，先上升后下降，150 捻/m的加捻長絲芯吸高度最大。這是由于長絲經(jīng)加捻后，內(nèi)部的毛細(xì)管有效直徑減小，毛細(xì)管壓力增大，芯吸高度上升。隨著捻度的繼續(xù)增加，毛細(xì)管直徑進(jìn)一步減小，捻幅增加使水分上升相同高度所需經(jīng)過的毛細(xì)管路徑相應(yīng)增加，長絲內(nèi)部的單纖內(nèi)外轉(zhuǎn)移加劇，長絲內(nèi)部水分傳輸通道的不連續(xù)性增加，造成芯吸高度下降。11.1 tex/48f加捻長絲芯吸高度低于對應(yīng)捻度的8.33 tex/24f長絲，這是因?yàn)殚L絲中毛細(xì)管雖然數(shù)量更多，但是長絲中的單纖排列更加復(fù)雜，使得毛細(xì)管不連續(xù)性增加，造成芯吸高度下降。

3 結(jié)論

通過測試對比分析涼感聚乙烯長絲和普通聚酯長絲、涼感聚酯長絲的力學(xué)性能得出，涼感聚乙烯長絲的拉伸斷裂強(qiáng)度最低，斷裂伸長率最大，單纖維摩擦系數(shù)最?。粵龈芯埘ラL絲相較于普通聚酯長絲，拉伸斷裂強(qiáng)度較低，斷裂伸長率較大，摩擦系數(shù)較大，涼感云母母粒的添加對其綜合性能產(chǎn)生了一定的影響。

通過測試對比分析涼感聚乙烯長絲和普通聚酯長絲、涼感聚酯長絲的吸濕性能得出，涼感聚酯長絲的吸濕性最佳，涼感聚乙烯長絲次之，普通聚酯長絲最差。通過加捻可增強(qiáng)涼感聚乙烯長絲的吸濕性，長絲的接觸角和芯吸高度隨著捻度的增加先上升后下降，可適當(dāng)控制長絲的捻度使其具有最佳的吸濕性。