工藝參數(shù)對織物性能的影響及結(jié)合國畫的應(yīng)用

盧沛

摘 要：針對傳統(tǒng)棉質(zhì)服裝材料透氣效果差、抗菌性差的問題，提出用熔體靜電紡絲技術(shù)制備一種抗菌保溫型聚乙烯織物，并從可見光透明度和紅外透光率角度，確定該織物制備的最佳工藝及性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：聚乙烯織物紅外透過率主要受纖維直徑的影響，聚乙烯織物紅外透過率隨纖維直徑的增加而減小;當(dāng)在聚乙烯纖維織物熔液質(zhì)量濃度為6%、紡絲電壓為24 V、給進(jìn)速率為0.3 mL/h的工藝條件下，聚乙烯織物纖維直徑較小，約為7 μm。該工藝制備的聚乙烯纖維織物厚度為184.5～433.5 μm，滿足服裝材料要求，可用于服裝的制作。

關(guān)鍵詞：服裝纖維;熔體靜電紡絲技術(shù);聚乙烯纖維;透紅外

中圖分類號：TQ342 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0088-04

隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，大家對服裝材料的要求也越來越高;傳統(tǒng)服裝材料雖然能夠滿足人們的基本需求，但對一些特殊領(lǐng)域工作者來說還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，對服裝材料進(jìn)行改革是現(xiàn)在較為重要的研究課題，其中增加服裝的舒適性和抗菌性是課題中占比較大的部分。為增加服裝舒適性和抗菌性，我國很多學(xué)者也作出大量研究，如提出將現(xiàn)代傳感技術(shù)植入特殊材料制備的智能服裝中，增加其舒適度[1];從材料出發(fā)，尋找一種抗菌性能較優(yōu)的服裝纖維材料[2]。以上學(xué)者的研究為服裝材料的創(chuàng)新提供了參考。聚乙烯材料因?yàn)槠淇咕Ч玫玫搅藦V泛運(yùn)用，但目前將聚乙烯材料用于服裝設(shè)計(jì)的研究較少?；诖耍疚膰L試以聚乙烯材料為主要原料制備新型抗菌性能良好的服裝材料。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：液體石蠟（AR，東鑫贏舜新材料有限公司）、高分子量聚乙烯（通用型 ，山東省寧津縣新興化工有限公司）、二氯甲烷（AR，山東拉雅化學(xué)有限公司）。

主要設(shè)備：精密電子天平（JJ124BC，南京曉曉儀器設(shè)備有限公司）、磁力攪拌器（DF-101S，濟(jì)南歐萊博電子商務(wù)有限公司）、冷場發(fā)射掃描電鏡（SU9000，南通欣躍實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備有限公司）、全自動(dòng)離子濺射儀（TD-2000M，北京新興百瑞技術(shù)有限公司）。

1.2 試驗(yàn)步驟

（1）用電子天平精準(zhǔn)稱取一定質(zhì)量的高分子量聚乙烯、抗氧化劑、液體石蠟;

（2）將3種材料混合均勻后置于DF-101S型磁力攪拌器中充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢柁D(zhuǎn)速和時(shí)間分別為500 r/min和2 h;并油浴加熱至120 ℃，使混合溶液形成均勻聚乙烯纖維紡絲熔液;

（3）提前對20 mL玻璃注射器進(jìn)行預(yù)熱，使其溫度保持在130 ℃，然后開始吸取聚乙烯纖維紡絲熔液。在吸取聚乙烯纖維熔液過程中，持續(xù)用熱風(fēng)槍加熱紡絲針頭，確保裝入聚乙烯纖維熔液后，其能從針頭處流出;

（4）將裝有溶液的注射器固定在計(jì)量泵中，將錫箔紙貼在收集裝置處，收集聚乙烯纖維;

（5）持續(xù)用橡膠針筒注射器加熱套對玻璃注射器加熱，針頭用電路板快速拆焊臺進(jìn)行加熱;在針頭和硅橡膠針筒注射器加熱套間放入鐵氟龍板，避免針頭處的高壓電與注射器加熱套交流電發(fā)生擊穿現(xiàn)象;為保證針頭溫度達(dá)到所需高度，用鐵氟龍軟管對針頭進(jìn)行集中加熱;

（6）設(shè)置聚乙烯纖維紡絲參數(shù)，進(jìn)行靜電聚乙烯纖維紡絲。聚乙烯纖維紡絲時(shí)要注意清理聚團(tuán)的聚乙烯纖維紡絲熔液，直到聚乙烯纖維紡絲完成;具體聚乙烯纖維紡絲流程如圖1所示[3-4]。

1.3 性能測試

1.3.1 聚乙烯纖維形貌和結(jié)構(gòu)表征

提前用TD-2000M型自動(dòng)離子濺射儀對待測樣品噴金，噴金時(shí)間為10 min;然后將經(jīng)處理的樣品用導(dǎo)電膠進(jìn)行固定，置于SU9000型冷場發(fā)射掃描電鏡下，觀察并分析其形貌特征。

1.3.2 聚乙烯纖維織物紅外透過率

透紅外纖維具有良好的透氣和抗菌效果。在纖維中加入微粒子，會導(dǎo)致纖維有多個(gè)孔洞出現(xiàn)，增加了其表面積，表面活性及表面狀態(tài)的吸附、擴(kuò)散能力提高，使產(chǎn)品具備一定殺菌功能;因此，纖維紅外透過率越高，纖維織物的抗菌效果越好[5]。本文選擇直徑分別為10.85、20.52、30.5和50.5 μm的聚乙烯纖維進(jìn)行紅外透過率分析;用光譜消光系數(shù)分析直徑對纖維紅外透過率影響，樣品光譜消光系數(shù)由比爾定律得到，其表達(dá)式為[6-7]：

τλ=exp（-∫L0Ce，λd x）

式中：L為樣品厚度;τλ為光譜透過率;Ce，λ為光譜消光系數(shù)。

因本文采用的是均質(zhì)材質(zhì)，因此光譜消光系數(shù)與樣品厚度無關(guān)，上式可轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

Ce，λ=-ln（τλ）L

1.3.3 聚乙烯纖維可見光不透明度分析

本文制備的聚乙烯纖維用于服裝中需要對其可見光不透明度進(jìn)行分析，分別選擇聚乙烯薄膜和厚度不同的聚乙烯纖維織物、棉質(zhì)織物、杜邦紙對同一圖案進(jìn)行遮蓋;在可見光的情況下，觀察其不透明度。

2 結(jié)果與討論

2.1 紡絲熔液質(zhì)量濃度對聚乙烯纖維的影響

試驗(yàn)證明，當(dāng)紡絲熔液質(zhì)量濃度為6%～10%時(shí)，聚乙烯纖維的形貌較好[8]。在恒定電壓和給進(jìn)速率的條件下，改變紡絲熔液質(zhì)量濃度，觀察其直徑變化。圖2為不同質(zhì)量濃度的紡絲熔液制備的聚乙烯纖維掃描電子顯微鏡圖，其中圖2（a）、（b）和（c）分別表示質(zhì)量濃度分別為6%、8%和10%時(shí)紡絲熔液制備的聚乙烯纖維形貌。

由圖2可知，3種質(zhì)量濃度紡絲熔液制備的聚乙烯纖維排列錯(cuò)亂，但形貌良好;用Nano Measure 軟件對纖維直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，隨紡絲熔液質(zhì)量濃度增加，纖維直徑也直線增加;用質(zhì)量濃度分別為6%、8%、10%時(shí)紡絲熔液制備的聚乙烯纖維直徑分別為6.57、10.87和22.19 μm。

這是因?yàn)榧徑z熔液質(zhì)量濃度較低，紡絲液黏度也較低，使得聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)能力加強(qiáng)。當(dāng)電場力對其產(chǎn)生作用時(shí)，纖維拉伸更為輕松，更易形成較細(xì)纖維;當(dāng)紡絲熔液質(zhì)量濃度較高時(shí)，紡絲液黏度也隨之增加，聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)能力受到了一定的限制，纖維的拉伸細(xì)化也得到了很大限制;因此，纖維直徑會明顯增加。從工藝考慮，選擇紡絲熔液最佳質(zhì)量濃度為6%。

2.2 紡絲電壓對聚乙烯纖維的影響

在紡絲熔液質(zhì)量濃度為6%、恒定聚乙烯熔液給進(jìn)速率條件下改變紡絲電壓，觀察其聚乙烯纖維直徑變化。圖3為不同紡絲電壓下聚乙烯纖維SEM圖，其中圖3（a）、（b）、（c）分別表示紡絲電壓分別為16、20和24 V時(shí)的聚乙烯纖維形貌。結(jié)合圖3和Nano Measure軟件對纖維直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，聚乙烯纖維直徑隨紡絲電壓的增加表現(xiàn)出直線降低的趨勢。在紡絲電壓分別為16、20、24 V時(shí)的聚乙烯纖維直徑分別為14.71、8.15和6.85 μm，這是因?yàn)楫?dāng)紡絲電壓較低時(shí)，使得熔液溶體只有較少電荷分布所致。射流時(shí)，其表面電荷斥力和電場力會克服溶體本身的粘應(yīng)力。但此時(shí)電場力小，聚合物的溶體加速度隨之變小，拉伸時(shí)間長[9]。同時(shí)，電荷分布不均還會導(dǎo)致射流飛行不穩(wěn)定和射流鞭動(dòng)范圍相對較廣的情況，讓纖維直徑變大。紡絲電壓增加，熔液溶體表面電荷密度隨之變大，因此電荷密度形成的射流拉伸力和射流加速度隨之增加。對溶體拉伸有促進(jìn)作用，以致聚乙烯纖維直徑減小;為了避免過高電壓與塑化系統(tǒng)用引起擊穿，因此選擇24 V為最佳紡絲電壓。

2.3 給進(jìn)速率對聚乙烯纖維的影響

為驗(yàn)證不同質(zhì)量濃度的聚乙烯熔液的給進(jìn)速率對聚乙烯纖維的影響，在熔液質(zhì)量濃度為6%、紡絲電壓為24 V時(shí)，只改變給進(jìn)速率，觀察纖維直徑變化情況，結(jié)果如圖4所示。其中，圖4（a）、（b）、（c）分別表示給進(jìn)速率為 0.3、0.5和0.7 mL/h的纖維形貌。用Nano Measure軟件對纖維直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，隨給進(jìn)速率的增加，纖維直徑也表現(xiàn)出直線增加的趨勢。當(dāng)給進(jìn)速率分別為0.3、0.5和0.7 mL/h時(shí)對應(yīng)的纖維直徑分別為10.24、20.39和50.75 μm。這是因?yàn)樵诤愣徑z電壓條件下，隨給進(jìn)速率的增加，電荷在熔液溶體表面的密度相對減小，電荷分布不均，使得熔液溶體牽引力變小，粘應(yīng)力增加，加速度隨之變小。因此，隨拉伸時(shí)間的增加，纖維直徑也隨之變大。

2.4 聚乙烯纖維織物紅外透過率

圖5為聚乙烯纖維織物紅外透過率測試結(jié)果。

由圖5可知，消除厚度影響后，聚乙烯纖維直徑增加，樣品整體消光性也隨之增加。這說明了紡織透紅外纖維織物過程中，纖維紅外透過率可通過減小纖維直徑來提高[10]。

2.5 聚乙烯纖維織物可見光不透明度

圖6為不同材質(zhì)織物的可見光不透明度測試結(jié)果。其中，圖6（a）表示厚度為32.0 μm的聚乙烯薄膜的可見光透明度;圖6（b）、（c）、（d）、（e）分別表示厚度為101.5、150.5、184.5和433.5 μm的聚乙烯纖維織物的可見光透明度;圖6（f）表示厚度為460.5 μm棉質(zhì)織物可見光透明度;圖6（g）表示厚度為260.5 μm的杜邦紙可見光透明度。

由圖6可知，聚乙烯薄膜呈完全透明狀，無法成為制作服裝的材料;雖聚乙烯薄膜紅外透過率較高，但也不能成為服裝制作材料。當(dāng)聚乙烯纖維織物厚度為101.5 μm時(shí)，雖有一定透明度，但無法遮蓋圖案。當(dāng)聚乙烯纖維織物厚度增加至184.5 μm時(shí)，肉眼幾乎無法觀察織物下圖案，這滿足服裝設(shè)計(jì)要求。在繼續(xù)增加纖維織物厚度至433.5 μm時(shí)，不透明度可達(dá)90%，高于傳統(tǒng)棉質(zhì)織物。因此用該聚乙烯纖維織物制作服裝時(shí)，可選擇纖維織物的厚度為184.5～433.5 μm。

3 結(jié)語

本文以高分子聚乙烯和液體石蠟為主要原料，以熔液溶體靜電紡絲裝置制備新型透紅外聚乙烯纖維，并對其性能進(jìn)行研究，得到的具體結(jié)論：

（1）隨熔液質(zhì)量濃度的增加，聚乙烯纖維直徑直線上升。當(dāng)質(zhì)量濃度為6%時(shí)，聚乙烯纖維直徑為6.57 μm;

（2）隨紡絲電壓的增加，聚乙烯纖維直徑在表面電荷的作用下，表現(xiàn)為直線下降趨勢;

（3）隨給進(jìn)速率的增加，在熔液溶體表面電荷密度作用下，聚乙烯纖維表現(xiàn)為增加趨勢;

（4）聚乙烯纖維織物紅外透過率結(jié)果表明，纖維直徑越小，制作的織物紅外透過率越高;

（5）當(dāng)聚乙烯纖維織物厚度為184.5 μm，在可見光條件下，能有效遮蓋圖案，達(dá)到服裝制作要求。

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