三種羽絨纖維的性能對比分析

黃 圳，許鵬俊，唐 虹，張成蛟，曹宗華

(1.南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.閩江學(xué)院 現(xiàn)代服裝技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，福建 福州 350108；3.波司登國際服飾(中國)有限公司，上海 200433)

按照纖維種類，填充性保暖材料可以分為：天然、合成和混合型填充材料[1]。其中，羽絨作為保暖性能最好的天然纖維而被廣泛應(yīng)用于保溫服裝、床上用品等[2-3]，其中冰島雁鴨絨因?yàn)槠浒嘿F、稀有，被評為世界上羽絨產(chǎn)品的最高級(jí)，更是被冠以“羽絨中的寶石”稱號(hào)，其羽絨制品價(jià)格也相當(dāng)昂貴。

羽絨的宏觀研究方面，目前國內(nèi)現(xiàn)有對羽絨的研究多從種類、填充量等角度對其保暖性性能進(jìn)行研究。在填充物方面的研究中，有研究者對不同種類的填充物進(jìn)行了主觀實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)德高納米絨的保暖性能最好[4]。在填充量的研究中，環(huán)境條件不變時(shí)，在一定的填充范圍內(nèi)，熱阻隨單位填充量增大而增大[5]。在填充方式的研究中，在數(shù)量相同的情況下，條形微胞結(jié)構(gòu)的羽絨填充比格狀填充更加保暖[6]。在服裝領(lǐng)域，GB/T 14272—2011《羽絨服裝》通過絨子含量和蓬松度來表征其保暖性。蓬松度與含絨率線性相關(guān)，含絨率越高，蓬松度越高[7]。

羽絨的微觀結(jié)構(gòu)研究方面，有研究者對白鴨絨和白鵝絨進(jìn)行過微觀結(jié)構(gòu)表征，白鴨絨和白鵝絨絨小枝上結(jié)節(jié)形態(tài)不同[8]，且羽絨絨小枝上存在一定間距的骨節(jié)，因此不利于紡絲[9]。目前對羽絨的微觀結(jié)構(gòu)研究不詳細(xì)且不充分，缺少對多種羽絨纖維結(jié)構(gòu)的研究，多采用以一種羽絨代表羽絨整體的方式進(jìn)行概述[10]，多對白鴨絨和白鵝絨進(jìn)行局部形態(tài)觀察[11-12]，缺少整體的觀察記錄。冰島雁鴨絨作為一種昂貴稀缺的羽絨資源，目前還沒有對其微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究。

本文的主要研究對象為白鴨絨，冰島雁鴨絨，白鵝絨。通過掃描電鏡、X射線衍射和紅外吸收光譜試驗(yàn)觀察和分析了其微觀形貌和元素構(gòu)成，通過對填充織物的保暖性測試，對比3種羽絨的保暖性能，為其服用研究提供理論支撐。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本文實(shí)驗(yàn)中，用到了白鴨絨(產(chǎn)地中國)、冰島雁鴨絨(產(chǎn)地冰島)、白鵝絨(產(chǎn)地中國)，3種羽絨照片如圖1所示，均由波司登股份有限公司提供，試驗(yàn)用羽絨均為成熟朵絨，即由一顆絨核以及諸多放射狀絨枝構(gòu)成，每條絨枝上又帶有成百條絨小枝。圖2為30 cm×30 cm的充絨織物，根據(jù)GB/T 14272—2011《羽絨服裝》、GB/T 35762—2017《紡織品 熱傳遞性能試驗(yàn)方法 平板法》，把白鴨絨、白鵝絨、冰島雁鴨絨以4 g充絨量填充進(jìn)30 cm×30 cm的防絨布中，以便對其進(jìn)行保暖性能測試。

圖1 羽絨照片

圖2 羽絨填充織物

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

Zeiss Supra 55型掃描電子顯微鏡(德國Carl Zeiss AG公司)，Ultima IV型組合型多功能水平X射線衍射儀(日本Rigaka公司)，Nicolet iS10型傅里葉變換紅外光譜儀(美國Thermo Fisher公司)，YG606N織物保暖性能測試儀(宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 微觀形貌

白鴨絨、冰島雁鴨絨、白鵝絨的成熟朵絨中，白鴨絨和冰島雁鴨絨絨枝長度在1.0～1.7 cm，而白鵝絨的絨枝長度普遍達(dá)到1.5～2.3 cm。

3種羽絨絨枝電鏡掃描照片如圖3所示。可見，3種羽絨的絨枝上都生有絨小枝，白鴨絨的絨小枝長度在400 μm左右，冰島雁鴨絨的絨小枝長度在500 μm左右，白鵝絨的絨小枝長度在700 μm左右。且同一品種的羽絨，絨朵的體型越大(即絨核越大、絨枝越長)，其絨小枝也越長。

圖3 羽絨絨枝電鏡掃描照片(×120)

3種羽絨的絨枝表面電鏡掃描照片如圖4所示。3種羽絨絨枝表面長有縱向的溝壑紋理。絨小枝從絨枝中長出，根部被絨枝包裹，絨小枝表面也有縱向紋理，但相較于絨枝更加致密。絨枝直徑從根部到梢端越來越細(xì)，白鴨絨和冰島雁鴨絨的中段絨枝直徑為14 μm左右，白鵝絨的中段絨枝直徑為18 μm左右。因?yàn)樵谙嗤慕q枝直徑的情況下，冰島雁鴨絨相比白鴨絨具有更長的絨小枝。絨小枝在羽絨纖維中起到支撐和保持絨枝間距的作用，因此宏觀表現(xiàn)為冰島雁鴨絨的蓬松性比白鴨絨更佳。

圖4 羽絨絨枝表面電鏡掃描照片(×5 000)

3種羽絨的絨小枝起始端電鏡掃描照片如圖5所示。3種羽絨的絨小枝均從絨枝上以45°長出，并在距離絨小枝根部40～50 μm的位置生有結(jié)點(diǎn)，絨小枝長出時(shí)呈扁平狀，在結(jié)點(diǎn)位置慢慢變?yōu)閳A柱形。

圖5 羽絨絨小枝起始端電鏡掃描照片(×1 000)

3種羽絨的絨小枝結(jié)點(diǎn)電鏡掃描照片如圖6所示。3種羽絨從絨小枝結(jié)點(diǎn)位置開始，絨小枝開始變細(xì)，截面開始由扁圓形變?yōu)閳A形。白鵝絨的絨小枝直徑比白鴨絨和冰島雁鴨絨的大。

圖6 羽絨絨小枝結(jié)點(diǎn)電鏡掃描照片(×10 000)

3種羽絨的絨小枝中末端電鏡掃描照片如圖7所示。可見，3種羽絨在其絨小枝的末端都長有叉狀結(jié)點(diǎn)，白鴨絨和冰島雁鴨絨的結(jié)點(diǎn)間距為30～40 μm，白鵝絨的結(jié)點(diǎn)間距為40～50 μm。根據(jù)羽絨成熟狀況的不同，其絨小枝上可能全是叉狀結(jié)點(diǎn)，也可能既有叉狀結(jié)點(diǎn)又存在三角結(jié)點(diǎn)。一般而言，越靠近絨小枝末端，其叉狀結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的概率越高。

圖7 羽絨絨小枝中末端電鏡掃描照片(×1 000)

3種羽絨的絨小枝叉狀結(jié)節(jié)電鏡掃描照片如圖8所示。3種羽絨的叉狀結(jié)點(diǎn)均存在3個(gè)長短不一的尖角，可將其看成是由三角結(jié)點(diǎn)生長而成。羽絨層的分叉結(jié)構(gòu)使其更加蓬松，因此保暖性更好。

圖8 羽絨絨小枝叉狀結(jié)節(jié)電鏡掃描照片(×5 000)

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)

白鴨絨、冰島雁鴨絨、白鵝絨的X射線衍射圖如圖9所示。整體來看，羽絨的X射線衍射圖屬于非晶質(zhì)衍射圖，X射線衍射強(qiáng)度變化平緩。白鴨絨和冰島雁鴨絨在衍射角2θ在26.5°左右出現(xiàn)衍射峰，衍射峰在峰位、峰強(qiáng)對應(yīng)相近，說明2種纖維中部分晶胞屬同種品型，具有相同的形狀和尺寸。冰島雁鴨絨和白鵝絨在9.7°和19.2°比白鴨絨多2個(gè)衍射峰。此外，在衍射角33°～49°之間，3種羽絨均出現(xiàn)彌散的隆峰，這是短程非晶態(tài)的表現(xiàn)。

圖9 X射線衍射圖

2.3 基團(tuán)構(gòu)成

圖10 紅外光譜圖

2.4 保暖性能

3種羽絨按照工藝要求填充后，進(jìn)行保暖性測試，其織物熱阻如圖11所示。可見，在填充等量羽絨后，織物的保暖性能顯著提升，未填充織物的熱阻為0.157 clo，白鴨絨填充織物的熱阻為1.360 clo，冰島雁鴨絨填充織物的熱阻為1.413 clo，白鵝絨填充織物的熱阻為1.501 clo。其中白鴨絨使得防絨布的保暖性能提升了767%，冰島雁鴨絨使得防絨布保暖性能提升了801%，白鵝絨使得防絨布的保暖性能提升了858%。3種羽絨在化學(xué)組成上相似，但是發(fā)現(xiàn)白鵝絨的保暖性最好，冰島雁鴨絨的保暖性次之，白鴨絨的保暖性最差。其原因是因?yàn)榘座Z絨的絨枝和絨小枝比白鴨絨和冰島雁鴨絨都長，等量填充進(jìn)織物后更加蓬松，絨枝之間可以儲(chǔ)存更多的靜止空氣，從而提升了保暖性能。而冰島雁鴨絨雖然在絨枝直徑上和白鴨絨相近，但是冰島雁鴨絨具有更長的絨小枝，利于空氣和熱量的儲(chǔ)存。

圖11 織物熱阻

3 結(jié) 論

①根據(jù)掃描電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)觀察，3種羽絨的結(jié)構(gòu)都是從絨核上長出絨枝，絨枝上生有絨小枝，絨小枝上長有結(jié)點(diǎn)和分叉。白鵝絨的絨枝和絨小枝最長，且在相同絨枝直徑的情況下，冰島雁鴨絨相比白鴨絨具有更長的絨小枝。絨小枝在羽絨纖維中起到支撐和保持絨枝間距的作用，因此宏觀表現(xiàn)為冰島雁鴨絨的蓬松性比白鴨絨更佳。羽絨優(yōu)異的保暖性能得益于其層層的分叉結(jié)構(gòu)。

②根據(jù)X射線衍射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)識(shí)到羽絨中沒有過多的結(jié)晶部分，基本以非晶態(tài)的形式存在，結(jié)晶部分中，白鴨絨和冰島雁鴨絨的晶胞更加相似。

③根據(jù)傅里葉紅外光譜分析，白鴨絨、冰島雁鴨絨、白鵝絨的化學(xué)成分基本上完全相同。

④根據(jù)對3種羽絨填充織物的保暖性研究，發(fā)現(xiàn)白鵝絨的保暖性最好，冰島雁鴨絨的保暖性次之，白鴨絨的保暖性最差。