醋青纖維性能測(cè)試與分析

安 莉 李海瓊 李鳳艷

(天津工業(yè)大學(xué)，天津，300386)

醋青纖維是由腈綸前驅(qū)體與醋酸纖維在分子級(jí)水平上相結(jié)合得到的一種新型纖維[1]，集合了天然纖維素和腈綸的特點(diǎn)，具有強(qiáng)力較高、結(jié)實(shí)耐磨、吸濕性高、不易起毛起球和起靜電等優(yōu)點(diǎn)[2-3]。競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)對(duì)于高檔腈綸材料服裝的需求越來(lái)越大，各種方式改性的腈綸也日益受到廣泛關(guān)注，這種新型纖維的出現(xiàn)必然會(huì)推動(dòng)新型纖維面料的發(fā)展。

目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)醋青纖維紗線(xiàn)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。本文以醋青纖維為研究對(duì)象，對(duì)纖維力學(xué)性能、摩擦性能、微觀(guān)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了測(cè)試，并與腈綸進(jìn)行比較與分析，期望可為該類(lèi)新型纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供一定的理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料

醋青纖維規(guī)格35 mm×1.21 dtex，腈綸規(guī)格35 mm×1.45 dtex。

1.2 纖維表征及性能測(cè)試

1.2.1纖維微觀(guān)結(jié)構(gòu)測(cè)試

使用Phenom proX型飛納臺(tái)式掃描電鏡，觀(guān)察纖維的縱向微觀(guān)形態(tài)。測(cè)試前對(duì)纖維進(jìn)行噴金處理。采用Nicolet iS50型傅立葉紅外光譜儀，測(cè)試醋青纖維和腈綸的紅外光譜圖。測(cè)試波數(shù)范圍為4 000 cm-1～400 cm-1，分辨率為4 cm-1。

1.2.2力學(xué)性能

根據(jù)GB/T 14337—2008《化學(xué)纖維 短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法》，采用YM-06A型電子單纖維強(qiáng)力儀測(cè)試?yán)w維力學(xué)性能。測(cè)試條件：夾持隔距20 mm，測(cè)試速度10 mm/min，預(yù)加張力0.12 cN/dtex。測(cè)試50次，結(jié)果取平均值。

1.2.3摩擦因數(shù)

分別采用水和抗靜電劑處理醋青纖維和腈綸，然后在Y151型纖維摩擦系數(shù)測(cè)試儀(常州德普紡織科技有限公司)上，測(cè)試?yán)w維的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)。預(yù)加張力為0.157 cN/dtex，金屬輥轉(zhuǎn)速為30 r/min。纖維的動(dòng)、靜摩擦因數(shù)計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

u=0.733[log10f0-log10(f0-M)]

(1)

式中：u為纖維動(dòng)或靜摩擦因數(shù)，f0為張力夾頭質(zhì)量(156.8 mg)，M為表盤(pán)指針讀數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 纖維微觀(guān)形態(tài)

圖1為醋青纖維和腈綸掃描電鏡照片。

(a)醋青纖維

圖1 纖維的微觀(guān)表面形態(tài)

如圖1所示，醋青纖維和腈綸表面縱向均有一定數(shù)量的溝槽結(jié)構(gòu)，且醋青纖維表面溝槽結(jié)構(gòu)更多。醋青纖維的這種細(xì)微溝槽可以看作毛細(xì)管，毛細(xì)管效應(yīng)使它具有良好的芯吸性能[4-5]。因此預(yù)測(cè)，醋青纖維在吸濕性能上優(yōu)于腈綸。

2.2 纖維紅外光譜圖

圖2為醋青纖維和腈綸的紅外光譜圖測(cè)試結(jié)果。由于醋青纖維是在腈綸分子上引進(jìn)醋酸纖維素的羥基從而改善其性能，為便于分析與比較，圖中還列出了醋酸纖維的紅外光譜圖。

如圖2所示，醋酸纖維中存在的特征吸收峰包括3 485 cm-1、1 730 cm-1、1 270 cm-1處，分別由—OH伸縮振動(dòng)、酯羰基C=O伸縮振動(dòng)和乙酰酯鍵引起的[6]；醋青纖維與腈綸紅外光譜圖基本相似，在2 230 cm-1、1 440 cm-1、1 225 cm-1處分別出現(xiàn)特征吸收峰，不同的是，將700 cm-1～1 100 cm-1處的光譜圖放大(見(jiàn)圖2中右側(cè)放大圖)后發(fā)現(xiàn)，醋青纖維在1 020 cm-1附近有小的吸收峰，對(duì)應(yīng)于醋酸纖維的特征吸收峰位置，認(rèn)為這是纖維合成過(guò)程中，聚丙烯腈與醋酸共聚物的產(chǎn)物所引起的[7]。

圖2 醋青纖維和腈綸的紅外光譜圖

2.3 纖維力學(xué)性能

纖維在紡織加工和紡織品使用過(guò)程中會(huì)受到各種各樣的外力作用而發(fā)生變形，其抵抗外力的能力十分重要。因此，我們對(duì)醋青纖維和腈綸的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下。

纖維名稱(chēng) 醋青纖維 腈綸

斷裂強(qiáng)度

/cN·dtex-13.55±1.33 3.65±1.52

斷裂功

/cN·mm 16.92±6.37 14.98±7.21

斷裂伸長(zhǎng)率

/% 32.38±4.94 23.28±11.04

彈性模量

/cN·dtex-170.25±24.79 73.54±20.69

可以看出，與腈綸相比，醋青纖維的斷裂強(qiáng)度與腈綸接近，但斷裂伸長(zhǎng)率略高，約高出28.1%；醋青纖維彈性模量略低于腈綸。當(dāng)其他條件相同時(shí)，纖維的彈性模量越大，織物越硬挺；反之，越柔軟。因此說(shuō)明醋青纖維較腈綸在小負(fù)荷作用下更容易變形，預(yù)期醋青纖維的織物手感更加柔軟。

2.4 纖維摩擦因數(shù)

纖維的摩擦力會(huì)影響纖維的梳理、牽伸、卷繞等工藝，并且也會(huì)影響紗線(xiàn)和面料的質(zhì)量。通過(guò)測(cè)試并比較纖維的摩擦性能可預(yù)測(cè)纖維的可紡性和紡織品的服用性。為綜合考慮回潮和靜電等因素，分別選擇水和抗靜電劑(自制)作為溶劑，用噴壺噴灑纖維多次并確保每次噴灑量保持一致的前提下，研究了噴灑不同次數(shù)溶劑后，纖維放置不同時(shí)間后的靜摩擦因數(shù)和動(dòng)摩擦因數(shù)，結(jié)果如圖3所示。其中，腈綸的靜摩擦因數(shù)為0.37，動(dòng)摩擦因數(shù)為 0.26 ；醋青纖維的靜摩擦因數(shù)為0.27，動(dòng)摩擦因數(shù)為0.21。

(a)水對(duì)醋青纖維的處理

(b)水對(duì)腈綸的處理

(c)抗靜電劑對(duì)醋青纖維的處理

(d)抗靜電劑對(duì)腈綸的處理

圖3 不同溶劑處理對(duì)兩種纖維摩擦性能的影響

由圖3可知，未用溶劑處理纖維時(shí)，腈綸的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)都大于醋青纖維；在使用水處理纖維時(shí)，腈綸的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)都有所減小，而醋青纖維的靜摩擦因數(shù)減少，動(dòng)摩擦因數(shù)有增大趨勢(shì);在噴灑水2次處理腈綸并密封15 min時(shí)，其靜、動(dòng)摩擦因數(shù)差值最小。在相同條件下，由圖3可知，醋青纖維的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)差值也是最小的；在使用抗靜電劑處理纖維時(shí)，腈綸的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)有減小的趨勢(shì)，而醋青纖維的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)均呈現(xiàn)先減少后緩慢增大的趨勢(shì)；在噴灑抗靜電劑2次處理腈綸并密封15 min時(shí)，其靜、動(dòng)摩擦因數(shù)差值最小，但靜、動(dòng)摩擦因數(shù)的變化沒(méi)有相同情況下溶劑為水的變化明顯。通過(guò)觀(guān)察水、抗靜電劑在不同條件下對(duì)醋青纖維的摩擦性能的影響可以預(yù)測(cè)，水對(duì)腈綸、醋青纖維的摩擦性能影響比抗靜電劑的大[8]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，水和抗靜電劑對(duì)醋青纖維和腈綸的靜、動(dòng)摩擦因數(shù)影響很大，特別是腈綸。總體來(lái)講，腈綸的靜摩擦因數(shù)較大，不利于成紗，易引起靜電，為紗線(xiàn)、紡織品加工帶來(lái)麻煩。因此，通過(guò)對(duì)腈綸的分子水平改性得到的醋青纖維在防靜電性能上得到了改善。

3 結(jié)論

(1)醋青纖維具有較好的吸濕性，與普通腈綸相比，在紡紗過(guò)程中不易起靜電。

(2)醋青纖維斷裂強(qiáng)度與腈綸相近，但是斷裂伸長(zhǎng)率較高，纖維手感柔軟。

(3)根據(jù)醋青纖維的性能測(cè)試結(jié)果可以預(yù)見(jiàn)，醋青纖維織物將會(huì)在吸濕性、尺寸穩(wěn)定性、防靜電性和耐磨性等方面具有優(yōu)勢(shì)。