服裝紡織用吸濕發熱粘膠纖維的制備與性能分析

王晶

摘要：將具備吸濕發熱功能的添加劑摻入到粘膠中進行共混紡絲，以此制備吸濕發熱粘膠纖維，并對吸濕發熱粘膠纖維的制備與性能作了檢測。結果表明，吸濕發熱粘膠纖維的橫截面呈不規則的鋸齒狀，且溝槽較多，深度較大，鋸齒狀十分突出。由于吸濕發熱粘膠纖維的結晶度相對較低，故取向度有所增大，斷裂強度顯著下降，而拉伸斷裂伸長率則稍有增大，回潮率提高較多，摩擦系數明顯上升.在相同條件下，同質量吸濕發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，具有較好的吸濕發熱功能。

關鍵詞：服裝紡織;吸濕發熱;粘膠纖維;制備;性能

中圖分類號：TQ 437文獻標識碼：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熱與保溫性能良好的面料。為此，研究并開發具備吸濕發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，實現最優化吸濕發熱效果，由此制備出性能良好的吸濕發熱粘膠纖維。

1吸濕發熱粘膠纖維的試制工藝

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

2共混紡絲液制備

2.1吸濕發熱劑的配制

根據共混紡絲中所含吸濕發熱劑的質量分數，進行定量吸濕發熱劑溶液的制備。

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，經過一定時間后，利用空氣氧化作用，中斷纖維素分子鏈，調整粘膠的黏度，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行。但是，添加吸濕發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，應根據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生反應，生成纖維素磺酸酯。具體反應過程如式（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部進一步擴散，磺酸酯溶脹，大分子之間的間距不斷擴大，在達到溶脹極限值之后，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

為了順利實現粘膠原液紡絲，還需要對其進行適當處理。首先過濾掉粘膠中的固體或半溶粒子，避免后續堵塞紡絲噴絲孔，阻礙紡絲進程，或影響成纖質量。粘膠經過3次過濾后，再進行脫泡，以防止粘膠中的氣泡對紡絲造成斷頭影響。然后進行熟成，根據吸濕發熱粘膠纖維特性控制溫度，使粘膠在既定時間內始終處于靜止或流動狀態，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，其吸濕發熱劑的添加量處于最佳狀態，所以選擇方案4。將吸濕發熱劑與纖維素原液同時傳輸到溶解機中，根據共混紡絲液配制方案4（表1）的配比，高速攪拌，實現2者充分混合，在室溫狀態下，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入凝固浴之后，纖維素磺酸酯則會立即凝固與分解。粘膠經噴絲頭進入，由于凝固浴具備硫酸與硫酸鹽作用，導致其中的堿被中和，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，再進一步分解為水化纖維素。凝固與分解是同步進行的，但程度明顯不同。其中在成型時，發生反應如下。

其一，纖維素磺酸酯與酸發生分解反應如式（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流狀態。細流與凝固浴組分呈雙擴散狀態，結果導致纖維素磺酸酯中析出一定的再生纖維素。細流主要包括凝膠相與液相，在初生凝膠纖維中，先析出既有結晶粒子，粒子與大分子或締合體相結合，逐漸形成大型結晶范圍。因為大分子的活動性較小，結晶過程相對較慢，溶劑擴散速度較慢，所以生成的纖維是截面結構不均勻的皮芯結構。

4紡絲工藝與后加工

4.1紡絲工藝參數

采用普通粘膠生產工藝進行吸濕發熱粘膠纖維試紡，結果良好。同時，對吸濕發熱粘膠纖維工藝參數進行進一步調整，具體參數如表2所示。

4.2后加工

吸濕發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，所以吸濕發熱劑與粘膠共混纖維只需要進行水洗即可，其余則依據普通工藝展開，具體為拉伸、水洗、脫硫、水洗、酸洗、水洗、上油、烘干和打包。在經過化學處理之后，都必須水洗，以利于及時將殘留化學藥液或雜質去除干凈。硫在纖維上附著會導致其變黃，手感粗糙，強度下降，并且在后續進行紡織時，較容易產生灰塵，對工作環境與工作人員健康造成威脅。所以，進行脫硫處理是必要的流程，其目的是去除纖維內不溶于水的膠態硫。而酸洗的目的則是將纖維內不溶于堿溶液的物質、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吸濕發熱粘膠纖維的性能測試

5.1橫截面形態

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，并且主要呈現平滑凸起狀態。

5.2表面形態

通過離子噴金鍍膜，對表面形態進行實時觀察。其中，吸濕發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，由此產生良好的吸濕發熱性能。

5.3結晶度與取向度

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，以此測試纖維的結晶度。吸濕發熱劑與粘膠劑都是高分子物質，2者共混之后，纖維的結晶度與取向度都會有所變化。基于結晶度計算的XRD曲線，可以得出普通粘膠纖維與吸濕發熱粘膠纖維的結晶度，其中，后者的結晶度相對偏低，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行配制的。

5.4力學性能

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

由表3可知：吸濕發熱粘膠纖維的斷裂強度下降明顯，而伸長率卻有所上升，初始模量并未產生較大變化。這主要是因為粘膠紡絲液中添加了適當的聚丙烯酸鈉，導致其聚集態結構發生了變化，結晶度有所下降，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，纖維素大分子出現異動，進而導致斷裂強度大大降低，伸長率卻有所上升。

5.5吸濕性能

利用箱外冷稱法進行回潮率測試。大部分纖維在吸濕后會出現顯著變化，而吸濕能力對吸濕發熱性能有著較大影響。紡織材料含濕量的指標為回潮率，據此，對吸濕發熱粘膠纖維與普通纖維回潮率進行測試，結果如表4所示。

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

5.6吸濕發熱性能

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據如表5所示。

由表5可知：普通粘膠纖維與吸濕發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下，后者的升溫值相對較高。在1～2min之內，吸濕發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結論

綜上所述，與普通粘膠纖維性能對比測試發現，吸濕發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，吸濕發熱粘膠纖維中的吸濕發熱劑與纖維素之間并未相分離，而吸濕發熱粘膠纖維的結晶度相對偏小，但是取向度卻基本相同。在常溫干濕狀態下，吸濕發熱粘膠纖維的斷裂強度明顯較小，而且下降程度也各不相同。另外，吸濕發熱粘膠纖維的回潮率相對偏高一些。總之，在相同條件狀態下，吸濕發熱粘膠纖維的吸濕發熱效果與性能良好。