蜂窝状微孔结构纤维的形貌及性能

孙西超 周 婷 奚柏君 屠建宏 王雪飞

(1.绍兴文理学院 纺织服装学院，浙江 绍兴312000；2.贵州顺利达纺织科技有限公司，贵州 安顺561200)

蜂窝状微孔结构纤维的形貌及性能

孙西超1周 婷1奚柏君1*屠建宏2王雪飞2

(1.绍兴文理学院 纺织服装学院，浙江 绍兴312000；2.贵州顺利达纺织科技有限公司，贵州 安顺561200)

采用质量分数2%的碱溶液处理蜂窝状纤维表面后，系统分析了其形貌、机械性能、吸湿与放湿性能及热性能.结果表明：处理后的纤维表面完整且微孔清晰，其断裂强度比普通涤纶低；蜂窝状微孔结构纤维具有吸湿快、放湿快的特点；纤维的玻璃化温度为85 ℃，熔融温度在275 ℃左右，起始裂解的温度为352 ℃，半寿温度为405 ℃，表明蜂窝状微孔结构纤维具有较好的热稳定性，因此在设计和生产时应充分考虑并利用其结构的特殊性.

微孔结构；形貌；机械性能；吸湿性能；热性能

天然纤维织物缺乏易洗快干特性，而普通涤纶织物穿着闷热、吸湿性差等缺陷，因此开发吸湿排汗、导湿快干的改性涤纶成为国内外专家学者关注的热点之一[1-3].目前，纤维截面异形化和蜂窝状微孔结构是提高纤维导湿的两种主要方法，已经生产的纤维截面有“+”型、“H”型和“Y”型等[4-5]，但有关蜂窝状微孔结构纤维表面结构的报道较少.经研究初步表明[6-7]，织物的吸湿性和快干性不仅与织物的组织结构有关，而且与组成织物的纤维结构及其导湿性有关，因此研究蜂窝状微孔结构纤维表面形态与性能的关系具有一定的意义.

本文以蜂窝状微孔结构涤纶短纤维为例，采用扫描电镜(SEM)对其表面形态的微孔分布及特征进行观察，同时结合纤维的表面结构分析，对纤维的机械性能、导湿性能的影响，最后研究纤维的热性能，为蜂窝状微孔结构纤维进一步的研究与开发工作提供一定的理论依据.

1 实验部分

1.1实验原材料与设备

试验材料：蜂窝状微孔结构涤纶短纤维规格1.9 dtex，长度36 mm(贵州顺利达纺织科技有限公司)，普通涤纶短纤规格1.9 dtex，长度36 mm(贵州顺利达纺织科技有限公司).

试验设备：SNG-3000型扫描电镜(韩国SEC CO.LTD)，XQ-2型短纤维强伸仪(上海新纤仪器有限公司)，Y802A型八篮恒温烘箱(常州第二纺织仪器厂)，YG715B型恒温恒湿箱(常州诺基仪器有限公司)，Diamond DSC型差式扫描量热仪(铂金埃尔默公司)，TG/DTA 6300型差动热量分析仪(铂金埃尔默公司).

1.2 SEM测试

首先采用自然干燥法处理试样，用纤维切片器将干燥后的纤维制成切片；接着利用溅射镀膜仪对切片进行镀膜处理；最后观察纤维的形貌[8].

1.3机械性能的测试

依据GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》，将试样置于恒温恒湿室中处理24 h，设置隔距20 mm及拉伸速度40 mm/min，测试20次，结果取平均值.

1.4纤维吸湿、放湿测试

参考GB/T 6503—2008《化学纤维回潮率试验方法》测试纤维的吸湿和放湿性能.吸湿和放湿试验均取试样50 g.放湿试验采用箱内热称，烘箱温度105 ℃，设置为10 min、15 min、20 min、30 min、60 min和90 min，测试3次取平均值；吸湿试验将试样放置于在温度为20℃、相对湿度为100% 的恒温恒湿箱内，处理时间和测试次数与放湿试验设置一致.

1.5热性能的测试

采用差式扫描量热仪(DSC)和差动热量分析仪测定蜂窝状微孔结构涤纶短纤维的热行为[9-10].在氮气保护下，DSC和TG/DTA的升温速率取20 ℃/min，温度为0～600 ℃.

2 结果与分析

2.1扫描电镜观察分析

图1为蜂窝状微孔结构纤维扫描电镜观察结果.从图1(a)可以看出，纤维表面附有凹凸不平的颗粒状杂质，使得纤维表面的微孔没有显露出来，这是因为微孔纤维由涤纶改性切片(含制空剂KH-100)经熔融挤压，在高压闪爆装置中生成微孔，经特殊冷却装置和高牵伸装置纺制而成，但在加工过程中所采用的油剂等杂质残留在纤维表面，造成纤维表面微孔没有显露出来.为此采用质量分数为2%的碱溶液对纤维进行清洗处理.图1(b)为碱溶液处理后的纤维形貌图，从图中可以看出，经过2%碱溶液处理后的纤维表面未受到破坏，杂质已被清除且微孔清晰，但数量较少，这是因为制空剂的含量较少造成的.由图1可知，纤维粗细均匀，毛羽很少.

2.2机械性能对比分析

表1为蜂窝状微孔结构纤维的机械性能测试结果.由表1可知，蜂窝状微孔结构纤维的断裂强度为2.53 cN/dtex，断裂伸长率为41.10%，与普通涤纶短纤相比，其断裂强度下降较大，断裂伸长率变化不大，这是因为蜂窝状微孔结构纤维表面的微孔分布影响其断裂强力，在拉伸时微孔削弱了纤维的强力，因此蜂窝状微孔结构纤维的断裂强度不大，在后道加工和设计时应合理控制张力.

(a)处理前形貌图 (b)处理后形貌图

表1 机械性能测试结果

2.3吸湿、放湿性能分析

图2为纤维的吸湿与放湿曲线图，其中的a、b、c和d分别表示蜂窝状微孔结构纤维的放湿曲线、吸湿曲线和普通涤纶的放湿曲线和吸湿曲线.

由图2中的曲线a和曲线b可知，吸湿或者放湿在20 min时达到平衡；从曲线c和曲线d可以看出，当吸湿或者放湿达到平衡时的时间接近30 min，说明在相同条件下，蜂窝状微孔结构纤维的吸湿和放湿速度较快，吸湿回潮率和放湿回潮率总呈现先急后缓，最后达到平衡的趋势，同时两种纤维的放湿回潮率总大于吸湿回潮率，符合纤维材料“吸湿保守现象”的规律.造成这一现象的原因是蜂窝状结构纤维表面分布有不规则的微孔，有利于纤维的吸湿与放湿，因此蜂窝状微孔结构纤维具有吸湿快、放湿快的特点.当湿度很高时，纤维的亲水基团迅速吸收大量自由水，同时纤维中的微小的间隙及范德华力的作用进一步吸收少量自由水，而这种作用方式影响较小；当受热处理时，自由水迅速蒸发，随着时间的推移，纤维的吸湿与放湿达到平衡，故出现曲线先急后缓，最后稳定的现象.

图2 纤维的吸湿与放湿曲线图

2.4热性能分析

图3为蜂窝状微孔结构纤维的TG曲线和DSC曲线图.从图3的TG曲线可以看出，纤维的起始裂解温度为352 ℃，当质量减少一半时的半寿温度为405 ℃，当温度达到452 ℃时样品基本裂解完毕.由图3的DSC 曲线可知，蜂窝状微孔纤维的玻璃化温度是85 ℃，熔融温度在275 ℃左右，这是因为切片中添加了KH-100，其阻碍切片非结晶区分链段运动，使之在高温下运动.综上，蜂窝状微孔结构纤维在纺丝条件下具有较好的热稳定性，符合熔融纺丝的温度条件要求.

图3 蜂窝状微孔结构纤维的TG和DSC曲线图

3 结论

(1)扫描电镜下蜂窝状微孔结构纤维表面附有凹凸不平的颗粒状杂质，微孔未显露出来.经质量分数为2%的碱溶液处理后，纤维表面完整，微孔清晰且数量较少.

(2)蜂窝状微孔结构纤维的断裂伸长率与普通纤维相比变化不大，但其断裂强度下降较大，因此在后道加工和设计时应合理控制张力.

(3)从吸湿、放湿试验结果可知，蜂窝状微孔结构纤维具有吸湿和放湿快的特点，吸湿回潮率和放湿回潮率总呈现先急后缓，最后达到平衡的趋势，且吻合纤维材料的“吸湿保守现象”.

(4)蜂窝状微孔结构纤维玻璃化温度是85 ℃，熔融温度在275 ℃左右，起始裂解温度为352 ℃，半寿温度为405 ℃；当温度达到452 ℃时样品基本裂解完毕，表明蜂窝状微孔结构纤维具有较好的热稳定性.

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[2]张一平,许瑞超,陈莉娜,等.纤维异型形度对织物导湿快干性能的影响[J].纺织学报,2006,27(12):70-73,76.

[3]王其,濯涵,薛斌,等.不同截面纤维的毛细管特性研究[J].合成技术及应用,2003,18(3):3-7.

[4]卢跃华,刘芙蓉,董洋,等.蜂窝状微孔结构纤维的表面结构及导湿机理[J].丝绸,2009，46(5):26-29.

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[9]汤成坦,薛元,颜志勇,等.热处理对PET双收缩丝结构和性能的影响[J].纺织学报,2010,31(5):15-18.

[10]孙西超,占海华,叶建华.一步法异染FDY与普通FDY的性能比较[J].丝绸,2014,51(10):16-19.

StructureandPropertyofHoneycombFiber

Sun Xichao1Zhou Ting1Xi Bojun1Tu Jianhong2Wang Xuefei2

(1.School of Textile Engineering and Apparel Design, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000;2.Guizhou Shunlida Textile Technology Co., Ltd., Anshun, Guizhou 561200)

In order to study the structure and property of honeycomb fiber, the fiber surface was treated by alkaline solution whose mass fraction was 2%.The morphology of honeycomb fiber, tensile properties, hydroscopic property and thermal properties were analyzed.The results show that honeycomb fiber has good surface morphology and its micropore structure is clear, and its mechanical property is lower than ordinary PET’s.Honeycomb fiber has a characteristics of quick moisture absorption and release.Honeycomb fiber has a glass transition temperature of 85 ℃, a melting temperature of 275 ℃, an initial decomposition temperature of 352℃ and a half life of temperature of 405 ℃.That is to say, honeycomb fiber has good thermal stability and dimension stability in the process of processing and use..

micropore structure; morphology; mechanical property; hydroscopic property; thermal property

10.16169/j.issn.1008-293x.k.2017.08.017

TS151

A

1008-293X(2017)08-0095-04

2016-06-08

贵州省重大科技专项资助项目(黔科合同重大专项字[2014]6006)

孙西超(1988- )，男，安徽亳州人，绍兴文理学院纺织服装学院实验师，研究方向：纺织材料结构与性能、新产品设计开发.

奚柏君，女，绍兴文理学院纺织服装学院教授，E-mail：xbj66@126.com

(责任编辑邓 颖)