凉爽纤维的表征

2019-01-28周立明沈佳宏

纺织科技进展 2019年1期

戴晴,周立明,沈佳宏

(上海市质量监督检验技术研究院,上海200040)

所谓凉是指织物能对人体起到快速降温的作用,该性能主要由纤维的导热性能决定;爽即干爽,是指织物经芯吸、扩散、传输等方式将人体产生的气态汗、液态汗迅速排放到织物的外层进而蒸发,从而在人体皮肤表面与服装内侧形成干燥的微气候区。这也是通常所指的织物吸湿排汗及散湿性能[1],也就是讨论导湿性能的评价测试方法。

通过多种试验方法的比较,选择了3种导湿性能平行试验测试方法进行研究:水滴扩散时间法、芯吸高度法[3]、时间-蒸发量法。通过对这3种测试方法的筛选比较,优选出最佳的凉爽纤维及其织物的导湿性能的评价测试方法,为建立更为准确科学和有效的凉爽纤维制品的导湿表征方法提供参考。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

试验所用样品主要有:45/55涤纶/改性纤维,55/45涤纶/改性纤维,65/35涤纶/改性纤维,65/35涤纶/改性纤维(六角PK面料),65/35涤纶/改性纤维(双面罗纹 ),72/28涤纶/改性纤维(六角PK面料)。

主要仪器:HITACHI TM3000扫描电子显微镜(捷克TESCN公司);哈氏切片器(温州方圆仪器有限公司);Netzsch209F(德国耐驰科学仪器有限公司);Netzsch204F(德国耐驰科学仪器有限公司);电子天平,精度0.1 mg(北京赛多利斯仪器有限公司);OLETIR-560型FT-IR红外光谱仪(美国热电集团)。

红外光谱仪测定条件:扫描次数32次;分辨率4 cm-1;检测器DTGS KBr;扫描范围4 000～675 cm-1(ATR晶体Ge)。

1.2 扫描电镜法(SEM)

通过扫描电子显微镜(SEM)进行纤维纵向(表观特征)和横向(截面特征)的观察获得纤维微观结构,比光学显微镜可获得更清晰的纤维表面结构,成为纤维鉴别广泛采用的鉴别方法,因此通过SEM来观察凉爽纤维的形态特征。

试验原理:根据不同纤维在扫描电镜(SEM)下所呈现的不同纵向和横向形态特征来辨别纤维。SEM由于具有放大倍数高、分辨率高、景深大、图像清晰、立体感强、样品制备较容易等优点,特别适用于纤维的表观形态观察[2]。

试验方法:观察纤维纵向表面形态时,将纤维用导电胶粘在样品架上,放入扫描电镜中进行观察。

1.3 热重分析法(TG)

试验原理:将样品置于热重(TG)分析仪中进行测试,得到试样的TG曲线,样品因加热分解产生的气体不经任何物理或化学处理而直接进入红外光谱仪,经测试可以得到气体产物的红外光谱,根据试样的TG曲线和气体产物的红外光谱,可对试样的热分解过程进行定性分析和定量评价。

试验方法:将凉爽纤维样品整理成束,用哈氏切片器切成粉末,称取约5 mg样品粉末放入氧化铝坩埚,在氮气气氛中以10 K/min速率从室温升温至900℃,得到样品的TG曲线。

1.4 差示扫描量热法(DSC)

试验原理:通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化,来研究其分子结构、聚集态结构、分子运动的变化等;采用功率补偿型DSC,研究在温度控制下物质随温度的变化,其物理量(ΔQ和ΔH)的变化,即通过程序控制温度的变化,在温度变化的同时,测量试样和参比物的功率差(热流率)与温度的关系。

试验方法:将凉爽纤维样品整理成束,用哈氏切片器切成粉末,称取约5 mg样品粉末放入铝坩埚,在氮气气氛中以10 K/min速率从室温升温至290℃,得到样品的DSC曲线。

1.5 红外光谱分析法(FT-IR)

傅里叶红外光谱法主要是利用样品在不同时间的红外光谱吸收峰来判断相应热分解阶段物质挥发出的气体组分,以确定物质的组成。

试验原理:红外光谱是分子振动吸收光谱,利用物质的分子对红外辐射的吸收,得到与分子结构相应的红外光谱图。红外光谱图主要可以用来鉴别纤维和对试样进行定量分析。

试验方法:剪取一定大小的试验样品(例如5 cm×5 cm),将其放于FT-IR红外光谱仪的探测头正下方,合上盖子开始检测,即可得到凉爽纤维的红外谱图。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜法

对凉爽纤维进行了横截面及纵向测试,结果如图1(纵向示意图)和图2(横向示意图)所示。

图1 凉爽纤维扫描电镜纵向示意图

图1 是凉爽纤维的纵向结构示意图(放大2 000倍),这种纤维通过表面的4条沟槽产生毛细效应,有可能起到凉爽的功效。

图2是凉爽纤维的横截面结构示意图(放大2 000倍),该纤维为异形纤维,通过改变沟槽的形态结构,可以快速将人体皮肤排除的汗水和湿气经过芯吸、扩散传输到织物表面,使皮肤感到干爽和舒适。图3为扫描电镜下普通聚酯纤维的横截面形态,其横截面接近圆形。

图2 凉爽纤维扫描电镜横向示意图

图3 聚酯纤维扫描电镜横向示意图

2.2 热重分析法

对凉爽纤维样品和普通涤纶进行了TG测试。图4为凉爽纤维的TG曲线,其最大失重温度为420.6℃;图5为普通涤纶样品,其最大失重温度也在420℃附近,说明凉爽纤维与普通涤纶的热分解情况基本一致,因此无法利用TG区分这些样品。

2.3 差示扫描量热法

图6为凉爽纤维的DSC曲线,其玻璃化温度为在80℃附近,熔融温度为255.4℃;图7为普通涤纶的DSC曲线,其玻璃化温度均在80℃附近,熔融温度均在255.4℃附近,与凉爽纤维无明显差别。因此无法利用DSC区分这些样品。

图4 凉爽纤维TG曲线示意图

图5 聚酯纤维TG曲线示意图

图6 凉爽纤维DSC曲线示意图

2.4 红外光谱分析法

从图8、图9可知,在波数1 800～1 650 cm-1范围内有C=0酯基团的特征吸收峰;在波数为1 200 cm-1附近处,有C-H基团的特征吸收峰。与聚酯纤维标准谱图比较可知凉爽纤维样品也为聚酯纤维,凉爽纤维与聚酯标样的红外图谱出峰位置基本一致,无法根据特征峰区分凉爽纤维与聚酯纤维,红外光谱法不能作为区分这2种纤维的表征手段。