新型再生纤维素纤维的拉伸性能对比

陈莉娜, 孔繁荣, 赵春生, 许瑞超

(河南工程学院 河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州 450007)

新型再生纤维素纤维的拉伸性能对比

陈莉娜, 孔繁荣, 赵春生, 许瑞超

(河南工程学院 河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州 450007)

通过对再生蛋白质复合纤维素纤维、麻赛尔、Outlast空调黏胶纤维、红黄蓝3种原液着色黏胶纤维及普通的黏胶纤维这7种再生纤维素纤维的拉伸性能测试，运用对数方差分析判定各拉伸指标的一致性，选取有显著性差异的指标，使用灰色聚类进行纤维拉伸性能的综合评判.借助Matlab软件计算可知，当置信度α=0.1时，7种纤维的断裂比功、断裂强力、断裂伸长率和断裂强度都有显著性差异.7种纤维的拉伸性能综合评价结果是普通黏胶纤维最好，原液着色黏胶次之，Outlast空调黏胶纤维最差.通过在黏胶纤维纺丝液中加入某种物质或者改变纺丝液的某种成分进行新型再生纤维素纤维的开发，会影响纤维材料的强伸性能.

再生纤维素纤维；拉伸性能；一致性检验；灰色聚类

再生纤维素纤维以其良好的吸湿性与柔软的手感一直深受人们的喜爱.近年来，随着纺织科技的发展，人们对纺织品功能性和舒适性的要求也越来越高，通过在传统纤维材料中添加或复合一定的物质而生产的具有某方面特性和功能的新型再生纤维素纤维不断涌现.比如，山东海龙股份有限公司和武汉纺织大学共同研制的将蛋白质和纤维素复合在一起而形成的再生蛋白质复合纤维素纤维[1]，山东海龙股份有限公司利用黄麻为原料生产的麻赛尔纤维[2]，美国杜邦公司通过在再生纤维素纤维上添加微胶囊相变材料而生产的具有调温功能的Outlast空调黏胶纤维[3]，河南新乡白鹭化纤公司生产的无须染色、节能环保的原液着色黏胶纤维[4]等.通过对这些纤维进行拉伸性能测试，对比其线密度、断裂强力、断裂伸长率、断裂比功、初始模量等方面的差异，以期为生产和应用提供理论指导.

1 实验

1.1 材料

再生蛋白质复合纤维素纤维、麻赛尔纤维、Outlast空调黏胶纤维、红黄蓝3种原液着色黏胶纤维及普通黏胶纤维，其名义线密度均为1.67 dtex、长度均为38 mm.

1.2 仪器

XD-1振动式细度仪和XQ-2型纤维强伸度仪，均为上海新纤仪器有限公司生产.

1.3 方法和过程

用XD-1振动式细度仪和XQ-2型纤维强伸度仪联机逐根测试纤维的细度和强伸性能，每种纤维随机取样30根.测试过程中，纤维拉伸时的预加张力设定为0.25 cN，夹持器的定长距离设为20 mm，测试定伸长负荷时的伸长率设定为10%[5].实验前,需要将纤维在标准大气压状态下放置24 h进行预调湿.

2 结果与分析

2.1 实验结果

每种纤维随机测试30次，各项性能的平均值如表1所示.表1中，蛋白代表再生蛋白质复合纤维素纤维，红、黄、蓝分别代表该颜色的原液着色黏胶纤维，麻赛尔指麻赛尔纤维，Outlast指空调黏胶纤维，普通指普通黏胶纤维，后面的式(1)中采用相同的表示方法.

表1 再生纤维素纤维的拉伸性能测试结果Tab.1 Tensile properties of the regenerated cellulose fiber test results

2.2 一致性检验

一致性检验是借助对数方差分析判定测试结果有无显著性差异.对数方差分析对总体的非正态性不敏感，对方差的显著性差异具有专一性，所以在使用时不要求对总体分布做任何假设[6].将以上7种再生纤维素纤维的每一项拉伸性能测试结果作为一个样本进行对数方差分析，判定这些样本是否来自同一个总体，即该项拉伸性能是否有显著性差异.

对每一种纤维的每一个测试指标随机取样10～25次，置信度α取0.1，使用Matlab计算其F-检验的统计量Fs，与F-分布临界值表查到的统计量Fi对比.若Fs>Fi，说明这7种纤维的该项拉伸性能存在显著性差异；若Fs

表2 再生纤维素纤维的一致性检验结果Tab.2 Consistency check result of the regenerated cellulose fiber

由表2可以看出，7种纤维的断裂比功差异最大，纤维的断裂伸长率、断裂强力和断裂强度也出现了显著性差异，线密度、初始模量和定伸长负荷没有显著性差异.由表1可知，普通黏胶纤维的断裂比功、断裂强力和断裂伸长率在7种纤维中都是最大的，这说明在黏胶纤维的纺丝原液中加入某种物质(不管是Outlast空调纤维中的微胶囊或蛋白质复合纤维素中的蛋白质粉体，还是有色黏胶中的颜料色浆)或者改变纺丝液的某种成分(麻赛尔纤维以天然黄麻为原料做成浆粕)，都会在一定程度上影响纤维材料的强伸性能，使纤维的断裂比功、断裂伸长率、断裂强力和断裂强度发生变化，但对纤维的线密度、定伸长负荷和初始模量基本没有影响.这是由于纤维的线密度主要由喷丝孔的形状和尺寸决定，受纺丝原液的影响较少，而定伸长负荷和初始模量没有显著变化，则说明加入这些材料对纤维在小变形条件下承受外力作用时抵抗变性的能力[7]影响甚微，即不改变黏胶纤维的刚柔性.

3 拉伸性能综合评判

将7种再生纤维素纤维作为评价对象，采用灰色聚类的方法对这7种再生纤维素纤维的拉伸性能进行综合评判.根据表2的计算结果，取断裂比功、断裂伸长率、断裂强力和断裂强度这4个具有显著性差异的性能指标为评价指标.每种指标的测量值均设定为越大越好，纤维的综合性能分为优、中、差.

经过Matlab软件计算得到7种纤维对应的聚类系数矩阵，如式(1)所示.

(1)

从式(1)可以看出，7种再生纤维素纤维的综合性能优劣顺序为普通黏胶纤维>黄色原液着色黏胶纤维>红色原液着色黏胶纤维>蓝色原液着色黏胶纤维>麻赛尔纤维>蛋白质复合纤维素纤维>Outlast空调黏胶纤维，即普通黏胶纤维的综合拉伸性能最好，空调黏胶纤维的综合拉伸性能最差.这说明，Outlast空调黏胶纤维中加入的微胶囊相变材料对纤维强伸性的影响较大，这是由于相变材料以微小颗粒状均匀分散在黏胶纺丝原液中，在一定程度上破坏了纤维浆液的连续性，从而造成了纤维强伸性的降低，进而降低了材料的韧性，使纤维材料抵抗外力破坏的能力降低；以天然黄麻为原料制浆共聚生产的麻赛尔纤维比传统黏胶纤维的强伸性也下降了不少；在黏胶纺丝原液中加入蛋白质超细粉体或者颜料色浆都会影响色浆的连续性和纯净度，但没有相变材料的影响大，这与加入量也有关系.综上所述，在进行新型再生纤维素纤维开发时，尤其是在纤维原液中添加某些功能性材料时，要注意所加入的功能性材料对纤维本身结构和性能的影响，只有兼顾纤维材料的功能和力学性能，才能生产出高性价比的新型纤维材料.

4 结论

(1)在置信度α=0.1时，7种再生纤维素纤维的断裂比功、断裂伸长率、断裂强力和断裂强度呈现显著性差异，而纤维的线密度、初始模量和定伸长负荷没有显著性差异.

(2)7种纤维的拉伸性能综合评价结果是普通黏胶纤维>红色原液着色黏胶纤维>黄色原液着色黏胶纤维>蓝色原液着色黏胶纤维>麻赛尔纤维>再生蛋白质复合纤维素纤维>Outlast空调黏胶纤维.

(3)在黏胶纤维纺丝液中加入某种物质或者改变纺丝液的某种成分，会在一定程度上降低材料的强伸性能，所以在进行新型再生纤维素纤维开发时要兼顾纤维材料的功能和力学性能.

[1] 马君志，李昌垒，孙东升，等.新型蛋白质复合再生纤维素纤维的开发应用[J].针织工业，2013(10)：4-6.

[2] 田素峰，马君志，王东.麻赛尔绿色环保纤维[J].针织工业，2009(10):31-32.

[3] 张海霞，张喜昌，许瑞超.Outlast黏胶纤维的结构与调温性能[J].纺织学报，2012(2)：6-9.

[4] 陈莉娜，孔繁荣，许瑞超.原液着色黏胶纤维的拉伸性能研究[J].河南工程学院学报：自然科学版，2014，26(1):19-21.

[5] 孔繁荣，陈莉娜，杨明霞.原液着色黏胶纤维的弹性分析[J].河南工程学院学报：自然科学版，2015，27(4):17-20.

[6] 郁崇文，汪军，王新厚.工程参数的最后优化设计[M].上海：东华大学出版社，2003.

[7] 于伟东，储才元.纺织物理[M].上海：东华大学出版社，2002：73-76.

2016-02-19

2014年河南省科技发展计划项目(142102210404)；郑州市2013年度科技发展计划项目(131PPTGG414-3)

陈莉娜(1982-)，女，河南漯河人，讲师，主要研究再生纤维材料的性能与针织产品的开发.

TS111.9

A

1674-330X(2016)02-0009-03