聚乳酸纖維與棉纖維不同混紡比對紗線力學(xué)性能的影響

趙 凱，潘福奎，王 春

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

紡織原料在近十年期間，隨著科技進(jìn)步，己被大量開發(fā)及應(yīng)用。其中綠色環(huán)保纖維特別受市場歡迎。早在20世紀(jì)就有人在開拓玉米食用之外的功能，時(shí)至今日誕生的玉米纖維，使紡織業(yè)增添了一種新的綠色環(huán)保纖維[1-3]，同時(shí)也為玉米的開發(fā)生產(chǎn)提供了新的途徑。

玉米聚乳酸纖維是將玉米發(fā)酵制得乳酸，經(jīng)由縮合聚合反應(yīng)制成聚乳酸，利用耦合制成具有良好機(jī)械物理性能的較高分子量聚乳酸[4-6]，再經(jīng)過關(guān)鍵的化學(xué)改質(zhì)，將其強(qiáng)度、保水性提升，并將其纖維化。利用玉米淀粉加上獨(dú)特技術(shù)，經(jīng)不斷研制后生產(chǎn)出Nature Works PAL聚乳酸，現(xiàn)已成為一些大公司生產(chǎn)聚乳酸纖維的生產(chǎn)原料。

1 玉米聚乳酸纖維自身性能與發(fā)展應(yīng)用

1.1 玉米聚乳酸纖維的性能

玉米纖維具有高結(jié)晶性與高配向性，所以它既耐熱又耐拉，利用一般熔融紡絲法，即可制成各種長絲及短纖，但因其耐酸不耐堿，無法進(jìn)行堿減量加工，纖維外觀透明度好，主要特性包括：單纖強(qiáng)力為0.0407 cN/dtex，伸長率為47%，縮率為0.3%，T/C為600C，TM熔點(diǎn)為166℃，耐溫度在1300℃以內(nèi)。

1.2 玉米聚乳酸纖維在當(dāng)前工業(yè)中的的應(yīng)用

1.2.1優(yōu)良的服用性在服裝工業(yè)中的應(yīng)用

該纖維具有較高的強(qiáng)力，織物光澤柔和亮麗，抗縐防縮性能好，有芯吸排汗和抗紫外線功能。用其制成的面料柔軟，可與絲綢媲美，有絲綢般的光澤和舒適的手感，皮膚接觸感覺良好，具有抗菌性和防霉性。用其制成的服裝具有很好的水?dāng)U散性，經(jīng)過染色處理后，表面會(huì)析出很多側(cè)細(xì)孔，與羊毛的鱗片狀有異曲同工之效果，能很快吸汗并迅速干燥，快速將汗排出。用其制成的織物具有很好的懸透性、滑爽性、光澤及免燙效果[7-9]。用其制成的織物外觀透明度好，具有良好的回彈性，對許多溶劑包括干洗劑，有很好的穩(wěn)定性，能防污、耐日照、耐氣候，是新一代的綠色纖維。

1.2.2生態(tài)環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域

該纖維采用分散染料常壓染色，染色性好，所需原料全部來自玉米，是一種新型的完全生物降解的合成纖維。其制品廢棄后在土壤或海水中經(jīng)微生物作用，可分解為二氧化碳和水，燃燒時(shí)不會(huì)散發(fā)毒氣，不會(huì)造成污染，因而它是一種可再生的綠色纖維，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ纳鷳B(tài)性紡織原料[10-12]。

1.2.3廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

該纖維可以代替各種紡織原料，可制作成紗、織物、編織物、非織造布，可以加工成短纖維、復(fù)絲和單絲[13-16]，可以與棉、羊毛或粘膠等可分解性纖維混紡。

2 實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定及實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的是玉米聚乳酸纖維同棉纖維按照不同的混紡比進(jìn)行紡紗，實(shí)驗(yàn)條件是在室溫22℃，濕度為60%;拉伸速度500 mm/min；拉伸距離500 mm；測試次數(shù)30次；修正系數(shù)為1。

所用混紡紗線，玉米聚乳酸纖維含量依次是：30%、 40%、60%、70%、 90%、 100%。實(shí)驗(yàn)測量混紡紗線所用的實(shí)驗(yàn)儀器為YG061型電子單紗強(qiáng)力儀。用該儀器依次測得50次數(shù)據(jù)然后剔除異常數(shù)據(jù)，最終選取30組數(shù)據(jù)，取得平均值得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，并繪出力學(xué)性能與不同混紡比的關(guān)系曲線。

3 拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1混紡比與斷裂強(qiáng)度的關(guān)系(見圖1)

圖1 不同混紡比與斷裂強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線

3.2混紡比與斷裂功的關(guān)系曲線(見圖2)

圖2 混紡紗線斷裂功與不同混紡比間的關(guān)系曲線

3.3混紡比與初始模量的關(guān)系(見圖3)

圖3 混紡紗線初始模量與不同混紡比間的關(guān)系曲線

3.4斷裂伸長率與混紡比關(guān)系曲線(見圖4)

圖4 混紡紗線斷裂伸長率與不同混紡比間的關(guān)系曲線

4 實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論

4.1聚乳酸玉米纖維/棉纖維混紡紗的斷裂強(qiáng)度隨著聚乳酸纖維含量的提高，呈現(xiàn)先降低后增高的變化現(xiàn)象。在聚乳酸纖維與棉混紡時(shí)，聚乳酸纖維的含量在40%時(shí)其混紡紗的斷裂強(qiáng)度最低。其原因是當(dāng)聚乳酸纖維含量低時(shí)，由于棉纖維的伸長取向度比較高起到主要抗拉伸作用，而隨著聚乳酸纖維的提高，由于兩種纖維在結(jié)晶度、取向度等方面有所不同，在聚乳酸纖維含量為40%左右時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的弱環(huán)現(xiàn)象，而后隨著聚乳酸纖維的提高，這種弱環(huán)現(xiàn)象就會(huì)不斷地減弱，從而使混紡紗線的斷裂強(qiáng)力又不斷提高。

4.2聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗的斷裂比功隨著聚乳酸纖維含量的提高，呈現(xiàn)先升高后降低的變化現(xiàn)象。在聚乳酸纖維與棉混紡時(shí)，聚乳酸纖維的含量為90%時(shí)其混紡紗的斷裂比功最高。

4.3隨著聚乳酸纖維在混紡紗線中所占比例的提高，聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗的初始模量呈現(xiàn)先降低再增大的趨勢。在聚乳酸纖維/棉纖維混紡時(shí)的初始模量在聚乳酸纖維的比例為90%時(shí)達(dá)到最小值。

4.4隨著聚乳酸纖維在混紡紗線中所占比例的提高，聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗的斷裂伸長率呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，當(dāng)聚乳酸纖維在聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗線所占比例為90%時(shí)，聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗的斷裂伸長率最高。

綜合上述，我們可以根據(jù)生產(chǎn)用途或穿著需要在聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗線的比例上找到最佳優(yōu)化方案，以便于更好地發(fā)揮兩種纖維彼此優(yōu)勢的同時(shí)減輕纖維自身缺點(diǎn)所帶來的不足[17-18]。相信聚乳酸纖維/棉纖維混紡紗的使用前景會(huì)越來越被人們看好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王晶晶,萬明. 淺談?dòng)衩桌w維[J].輕紡工業(yè)與技術(shù),2011,(40)2:60—61.

[2] 張技術(shù).新型環(huán)保纖維——玉米纖維[J].毛紡科技，2006，(5)：28—30.

[3] 金離塵.聚酯家族中的新成員——PLA[J].聚酯工業(yè),2002,15(5):14—17.

[4] 楊慶斌，秦德清，陳素英，等.捻系數(shù)和混紡比與玉米纖維紗強(qiáng)伸性能的關(guān)系[J].棉紡織技術(shù)，2007,35(11):646—648.

[5] 胡志波, 薛少林，王珍珍.玉米纖維及其混紡紗的性能[J].國外化纖技術(shù), 2012,41(2):23—47.

[6] 楊慶斌, 王瑞,劉逸新.玉米纖維的基本力學(xué)性能研究[J].紡織科學(xué)研究,2006,(4):46—51.

[7] 藺衛(wèi)濱,劉承縉.PLA纖維的特性分析及應(yīng)用前景[J].山東紡織科技,2006,(3):54—56.

[8] 楊慶斌，王瑞，劉逸新，等.熱處理對玉米纖維力學(xué)性能的影響[J].紡織學(xué)報(bào),2008,(4)29:47—50.

[9] 薛敏敏,倪福夏.聚乳酸纖維及其應(yīng)用[J].應(yīng)用縱橫,2006,(9):46—49.

[10] 張會(huì)青,張繼亮,李梅.聚乳酸纖維混紡轉(zhuǎn)杯紗的工藝實(shí)踐[J].上海紡織科技,2006,34(3):55—56.

[11] 趙娜,石英斌,周銀娟.生物降解高分子材料———聚乳酸及纖維的研究及發(fā)展前景[J].嘉興學(xué)院學(xué)報(bào),2005,17(2):51—54.

[12] 王軍梅,敬凌霄.玉米聚乳酸纖維針織產(chǎn)品的開發(fā)[J].紡織科技進(jìn)展，2006(5)：64—66.

[13] 劉森．玉米纖維性能與用途的探討[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2002，(4)：39—41．

[14] 萬震，李克讓，謝均．新型生態(tài)紡織纖維[J].毛紡科技，2005，(3)：20—23．

[15] 邵敬黨．聚乳酸(PLA)纖維的研究與開發(fā)利用[J].毛紡科技，2005，(5)：29—32．

[16] 耿琴玉,胡學(xué)梅.聚乳酸纖維及其產(chǎn)品開發(fā)[J].山東紡織科技，2004，45(2)：54—56.

[17] 譚震,楊慶斌,劉元鵬．聚乳酸纖維混紡織松弛性能及建模的研究[J]．山東紡織科技，2007，48(5)：1—3.

[18] 劉杰,王慧嫻,盧士艷.聚乳酸纖維及其織物服用性能的研究[J].山東紡織科技，2007，48(4)：4—7.