工藝參數對織物性能的影響及結合國畫的應用

2022-04-01 22:47:57盧沛

粘接 2022年2期

盧沛

摘要：針對傳統棉質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。試驗結果表明：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;當在聚乙烯纖維織物熔液質量濃度為6%、紡絲電壓為24 V、給進速率為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。

關鍵詞：服裝纖維;熔體靜電紡絲技術;聚乙烯纖維;透紅外

中圖分類號：TQ342 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0088-04

隨著我國經濟水平的發展，大家對服裝材料的要求也越來越高;傳統服裝材料雖然能夠滿足人們的基本需求，但對一些特殊領域工作者來說還遠遠不夠。因此，對服裝材料進行改革是現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，我國很多學者也作出大量研究，如提出將現代傳感技術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，尋找一種抗菌性能較優的服裝纖維材料[2]。以上學者的研究為服裝材料的創新提供了參考。聚乙烯材料因為其抗菌效果好得到了廣泛運用，但目前將聚乙烯材料用于服裝設計的研究較少。基于此，本文嘗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，山東拉雅化學有限公司）。

主要設備：精密電子天平（JJ124BC，南京曉曉儀器設備有限公司）、磁力攪拌器（DF-101S，濟南歐萊博電子商務有限公司）、冷場發射掃描電鏡（SU9000，南通欣躍實驗儀器設備有限公司）、全自動離子濺射儀（TD-2000M，北京新興百瑞技術有限公司）。

1.2 試驗步驟

（1）用電子天平精準稱取一定質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攪拌，攪拌轉速和時間分別為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玻璃注射器進行預熱，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，持續用熱風槍加熱紡絲針頭，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量泵中，將錫箔紙貼在收集裝置處，收集聚乙烯纖維;

（5）持續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生擊穿現象;為保證針頭溫度達到所需高度，用鐵氟龍軟管對針頭進行集中加熱;

（6）設置聚乙烯纖維紡絲參數，進行靜電聚乙烯纖維紡絲。聚乙烯纖維紡絲時要注意清理聚團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構表征

提前用TD-2000M型自動離子濺射儀對待測樣品噴金，噴金時間為10 min;然后將經處理的樣品用導電膠進行固定，置于SU9000型冷場發射掃描電鏡下，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，會導致纖維有多個孔洞出現，增加了其表面積，表面活性及表面狀態的吸附、擴散能力提高，使產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的聚乙烯纖維進行紅外透過率分析;用光譜消光系數分析直徑對纖維紅外透過率影響，樣品光譜消光系數由比爾定律得到，其表達式為[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。

因本文采用的是均質材質，因此光譜消光系數與樣品厚度無關，上式可轉變為：

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、棉質織物、杜邦紙對同一圖案進行遮蓋;在可見光的情況下，觀察其不透明度。

2 結果與討論

2.1 紡絲熔液質量濃度對聚乙烯纖維的影響

試驗證明，當紡絲熔液質量濃度為6%～10%時，聚乙烯纖維的形貌較好[8]。在恒定電壓和給進速率的條件下，改變紡絲熔液質量濃度，觀察其直徑變化。圖2為不同質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）分別表示質量濃度分別為6%、8%和10%時紡絲熔液制備的聚乙烯纖維形貌。

由圖2可知，3種質量濃度紡絲熔液制備的聚乙烯纖維排列錯亂，但形貌良好;用Nano Measure 軟件對纖維直徑進行統計發現，隨紡絲熔液質量濃度增加，纖維直徑也直線增加;用質量濃度分別為6%、8%、10%時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。

這是因為紡絲熔液質量濃度較低，紡絲液黏度也較低，使得聚合物鏈段運動能力加強。當電場力對其產生作用時，纖維拉伸更為輕松，更易形成較細纖維;當紡絲熔液質量濃度較高時，紡絲液黏度也隨之增加，聚合物鏈段運動能力受到了一定的限制，纖維的拉伸細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

在紡絲熔液質量濃度為6%、恒定聚乙烯熔液給進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時的聚乙烯纖維形貌。結合圖3和Nano Measure軟件對纖維直徑進行統計可知，聚乙烯纖維直徑隨紡絲電壓的增加表現出直線降低的趨勢。在紡絲電壓分別為16、20、24 V時的聚乙烯纖維直徑分別為14.71、8.15和6.85 μm，這是因為當紡絲電壓較低時，使得熔液溶體只有較少電荷分布所致。射流時，其表面電荷斥力和電場力會克服溶體本身的粘應力。但此時電場力小，聚合物的溶體加速度隨之變小，拉伸時間長[9]。同時，電荷分布不均還會導致射流飛行不穩定和射流鞭動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用引起擊穿，因此選擇24 V為最佳紡絲電壓。

2.3 給進速率對聚乙烯纖維的影響

為驗證不同質量濃度的聚乙烯熔液的給進速率對聚乙烯纖維的影響，在熔液質量濃度為6%、紡絲電壓為24 V時，只改變給進速率，觀察纖維直徑變化情況，結果如圖4所示。其中，圖4（a）、（b）、（c）分別表示給進速率為 0.3、0.5和0.7 mL/h的纖維形貌。用Nano Measure軟件對纖維直徑進行統計可知，隨給進速率的增加，纖維直徑也表現出直線增加的趨勢。當給進速率分別為0.3、0.5和0.7 mL/h時對應的纖維直徑分別為10.24、20.39和50.75 μm。這是因為在恒定紡絲電壓條件下，隨給進速率的增加，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，粘應力增加，加速度隨之變小。因此，隨拉伸時間的增加，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為不同材質織物的可見光不透明度測試結果。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。當聚乙烯纖維織物厚度為101.5 μm時，雖有一定透明度，但無法遮蓋圖案。當聚乙烯纖維織物厚度增加至184.5 μm時，肉眼幾乎無法觀察織物下圖案，這滿足服裝設計要求。在繼續增加纖維織物厚度至433.5 μm時，不透明度可達90%，高于傳統棉質織物。因此用該聚乙烯纖維織物制作服裝時，可選擇纖維織物的厚度為184.5～433.5 μm。

3 結語

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，并對其性能進行研究，得到的具體結論：

（1）隨熔液質量濃度的增加，聚乙烯纖維直徑直線上升。當質量濃度為6%時，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，表現為直線下降趨勢;

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

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

（5）當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，達到服裝制作要求。

【參考文獻】

[1] 于佐君，張冰潔，孫健.功能性材料創新在智能服裝發展中的應用[J].西安工程大學學報，2019，32（2）：129-135.

[2] 周孟嬌，王雙紅，賈清秀，等.載銀型生物基聚酰胺/聚乳酸纖維膜的抗菌性能[J].高分子材料科學與工程，2019，35（3）：53-59.

[3] 谷英姝，任寶娜，趙莉，等.基于靜電紡絲的聚乳酸納米纖維應用研究進展[J].北京服裝學院學報（自然科學版），2020，40（3）：78-87.

[4] 時雅菁.從香奈兒設計經歷看服裝設計思維創新的五種方法[J].武漢紡織大學學報，2019，32（3）：22-26.