采用定点测量法分析棉纤维与粘胶纤维溶胀性能

刘 超，汪泽幸，戴承友

(湖南工程学院纺织服装学院，湖南湘潭 411100)

采用定点测量法分析棉纤维与粘胶纤维溶胀性能

刘 超，汪泽幸，戴承友

(湖南工程学院纺织服装学院，湖南湘潭 411100)

分别采用蒸馏水和深蓝KE-R活性染料对棉纤维和粘胶纤维进行浸润，通过定点测量法观察两种纤维吸水溶胀和染色溶胀后直径的变化。结果表明: 棉纤维与粘胶纤维吸水和染色溶胀后直径都有不同程度增加，且直径不匀率减小。其中粘胶纤维溶胀率明显大于棉纤维，染色后两种纤维的溶胀率均低于吸水后的溶胀率。

棉纤维 粘胶纤维 溶胀性能 纤维直径

在水溶液中纤维会吸水膨胀，导致纤维直径变大，但并不完全溶解，这种现象称为纤维的溶胀现象。棉纤维和粘胶纤维属于亲水性纤维，在水中会发生显著溶胀[1]。纤维溶胀会使得微隙增大，有利于染料和化学试剂进入纤维内部，使染整加工得以顺利进行，但是溶胀会使得织物产生缩水问题，而且纤维吸水溶胀后直径变粗，使织物变厚变硬，影响织物手感。可见，纤维的溶胀会影响纺织面料的染整工艺、尺寸稳定和手感等性能。

纤维溶胀前后的直径测量通常采用显微镜投影法，但是散乱的纤维经过溶胀后再进行直径测量，无法保证溶胀前后测得的纤维直径来源于同一根纤维，而且，即便是同一根纤维，由于纤维长度方向上直径不匀率，测试位置不同，也会影响实验数据，无法准确反应纤维的溶胀率。本实验采用显微镜定点测法可大大减小溶胀前后测量误差，使实验数据更为准确。

1 溶胀实验纤维直径测量方法

本实验采用显微投影测量法，所用仪器为CU-2纤维细度仪。为比较棉纤维和粘胶纤维上同一点溶胀前后直径的变化，防止纤维在载玻片上发生移位，用双面胶将纤维固定在载玻片上(如图1所示)，对每根纤维只测量靠近胶带纸1mm左右处纤维的直径。因为距离双面胶纸太近的地方较模糊，且胶纸对纤维的吸湿膨胀有影响，距离太远溶胀后很难保证测试在同一位置，影响实验准确性。

图1 纤维样品测试的准备

在温度为25℃，相对湿度为65%的室内，先测量干态时固定在载玻片上的纤维直径，然后将该载玻片分别浸渍到蒸馏水和染料中，一定时间后再测量纤维直径变化。测试仪通过CCD摄像头及计算机将纤维图像显示在显示器上，用计算机内安装的纤维直径测试软件对纤维直径进行测试，记录数据。如图2和图3所示为两种纤维在显微镜下的直径测试图。

图2 棉纤维直径测试图

2 实验结果及分析

导致纤维出现溶胀现象的主要原因是纤维中具有部分无定型分子，无定型分子之间通过分子间力的互相作用，由于这些无定型分子都有一些很长的分子链，分子链之间的空隙比较大，部分水分子可嵌入无定型分子链之间的空隙，从而增大了无定型分子之间的分子间距，导致了在宏观上可以观察到的纤维吸水膨胀现象[1]。

2.1 纤维在水溶液中溶胀

本实验以棉纤维和粘胶纤维为研究对象，在温度24℃，湿度65%条件下，将其浸泡在蒸馏水中15min， 分别测试棉纤维和粘胶纤维在干态和吸水溶胀后纤维直径，每种纤维测试200根。

吸水溶胀前后纤维平均直径如表2所示，图4为两种纤维吸水溶胀前后纤维直径分布图。由此可见，蒸馏水浸渍后纤维直径明显增大，棉纤维干态时平均直径为15.12μm，而吸水溶胀后增加到18.33μm，溶胀率为21.16%，粘胶纤维干态时平均直径为23.47μm，而吸水溶胀后增加到32.4μm，溶胀率为38.05%，粘胶纤维吸水后溶胀更显著，主要原因是粘胶纤维无定型区更大，水分子更容易进入纤维内部，导致纤维发生显著溶胀，且粘胶纤维横截面为不规则锯齿形皮芯结构，比表面积大易吸水膨胀[2]。经过吸水溶胀后两种纤维直径分布也发生了变化，棉纤维干态直径分布较宽，离散度大。而吸水溶胀后纤维直径分布集中在14μm～24μm之间。粘胶纤维干态直径分布较棉纤维的集中，因为粘胶纤维属于化学纤维，生产过程可控，因此粘胶纤维直径相对较均匀，主要集中在20μm～27μm之间，吸水溶胀后纤维直径分布明显右移，主要集中在28μm～36μm之间。

表2 吸水溶胀前后纤维平均直径

(a)棉纤维干态

(b)棉纤维吸水溶胀后

(c)粘胶纤维干态

(d)粘胶纤维吸水溶胀后

2.2 纤维在染液中的溶胀

实验仪器：HH-4数显恒温水浴锅(见图5)、烧杯、量筒、玻璃棒、温度计。

染料配方：活性深蓝色KE-R染料，浓度3wt%(见图6是已配好的染液)

染色条件：室温24℃，湿度65%，温度为水浴恒温55℃，染色时间60min。

操作步骤：

(1)配备染料，将配备好的染料倒入烧杯中；

(2)将烧杯浸入水浴恒温锅中，设置好水浴锅的所需温度，当烧杯中的染液温度达到所需温度时，放入要测试的沾有纤维的载玻片，恒温水浴染色一小时，水浴过程中搅拌，但不碰触到载玻片；

(3)60min后取出载玻片，进行染色后纤维的细度测试(图7、图8为粘胶纤维染色前后在显微镜下的投影测试图)，每种纤维样品数量200根。

图5 HH-4数显恒温水浴锅

图6 深蓝KE-R活性染料

图7 粘胶纤维染前直径测试图

染色溶胀前后纤维平均直径如表3所示，图9为两种纤维染色溶胀前后纤维直径分布图。由此可见，蒸馏水浸渍后纤维直径明显增大，棉纤维干态时平均直径为15.90μm，而染色溶胀后增加到18.30μm，溶胀率为15.13%，粘胶纤维干态时平均直径为23.37μm，而染色溶胀后增加到31.14μm，溶胀率为33.27%。棉纤维和粘胶纤维干态直径分布与图4接近，而染色溶胀后，棉纤维直径集中在14μm～22μm之间，且纤维分布较集中。粘胶纤维染色溶胀后纤维直径分布明显右移，主要集中在25μm～35μm之间。两种纤维染色后的溶胀率均低于吸水后的溶胀率，主要是由于染料中含有大量染料分子，与水分子相比，较难进入纤维内部，因此染色后的纤维溶胀率要低于吸水后的溶胀率。由此可见，染料大分子的存在会影响纤维的溶胀性能。

表3 纤维染色前后直径变化

(a)棉纤维干态

(b)棉纤维染色溶胀后

(c)粘胶纤维干态

(d)粘胶纤维染色溶胀后

3 结语

棉纤维与粘胶纤维吸水和染色溶胀后直径都有不同程度增加，且不匀率减小，其中粘胶纤维溶胀率明显大于棉纤维，主要原因是粘胶纤维无定型区更大，水分子更容易进入纤维内部，导致纤维发生显著溶胀，且粘胶纤维横截面为不规则锯齿形，皮芯结构、比表面积大，易吸水膨胀。染色后两种纤维的溶胀率低于吸水后的溶胀率，主要原因是染料中含有大量染料分子，与水分子相比，较难进入纤维内部，阻碍了纤维的溶胀。纺织品染色和后整理过程中纤维均会发生溶胀，对于吸湿性好的纤维，其溶胀效果更为明显，而溶胀过程会使面料缩水，影响织物尺寸，因此更准确的了解纤维溶胀情况，才能更好的控制染色和后整理工艺，保证面料的尺寸稳定性。

[1] 于伟东. 纺织材料学[M].北京: 中国纺织出版社, 2012：15-45.

[2] 邱有龙. 粘胶行业新技术新产品的发展现状及趋势[J]. 纺织导报, 2010(10):72-74.

2017-03-09

刘超(1985-)，女，硕士，讲师，研究方向：纺织材料及产业用纺织品。

TS101，92+1

A

1008-5580(2017)03-0065-04