新型再生纖維素纖維的拉伸性能對(duì)比

陳莉娜, 孔繁榮, 趙春生, 許瑞超

(河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450007)

新型再生纖維素纖維的拉伸性能對(duì)比

陳莉娜, 孔繁榮, 趙春生, 許瑞超

(河南工程學(xué)院 河南省服用紡織品工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450007)

通過對(duì)再生蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素纖維、麻賽爾、Outlast空調(diào)黏膠纖維、紅黃藍(lán)3種原液著色黏膠纖維及普通的黏膠纖維這7種再生纖維素纖維的拉伸性能測(cè)試，運(yùn)用對(duì)數(shù)方差分析判定各拉伸指標(biāo)的一致性，選取有顯著性差異的指標(biāo)，使用灰色聚類進(jìn)行纖維拉伸性能的綜合評(píng)判.借助Matlab軟件計(jì)算可知，當(dāng)置信度α=0.1時(shí)，7種纖維的斷裂比功、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率和斷裂強(qiáng)度都有顯著性差異.7種纖維的拉伸性能綜合評(píng)價(jià)結(jié)果是普通黏膠纖維最好，原液著色黏膠次之，Outlast空調(diào)黏膠纖維最差.通過在黏膠纖維紡絲液中加入某種物質(zhì)或者改變紡絲液的某種成分進(jìn)行新型再生纖維素纖維的開發(fā)，會(huì)影響纖維材料的強(qiáng)伸性能.

再生纖維素纖維；拉伸性能；一致性檢驗(yàn)；灰色聚類

再生纖維素纖維以其良好的吸濕性與柔軟的手感一直深受人們的喜愛.近年來，隨著紡織科技的發(fā)展，人們對(duì)紡織品功能性和舒適性的要求也越來越高，通過在傳統(tǒng)纖維材料中添加或復(fù)合一定的物質(zhì)而生產(chǎn)的具有某方面特性和功能的新型再生纖維素纖維不斷涌現(xiàn).比如，山東海龍股份有限公司和武漢紡織大學(xué)共同研制的將蛋白質(zhì)和纖維素復(fù)合在一起而形成的再生蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素纖維[1]，山東海龍股份有限公司利用黃麻為原料生產(chǎn)的麻賽爾纖維[2]，美國(guó)杜邦公司通過在再生纖維素纖維上添加微膠囊相變材料而生產(chǎn)的具有調(diào)溫功能的Outlast空調(diào)黏膠纖維[3]，河南新鄉(xiāng)白鷺化纖公司生產(chǎn)的無須染色、節(jié)能環(huán)保的原液著色黏膠纖維[4]等.通過對(duì)這些纖維進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，對(duì)比其線密度、斷裂強(qiáng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂比功、初始模量等方面的差異，以期為生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論指導(dǎo).

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

再生蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素纖維、麻賽爾纖維、Outlast空調(diào)黏膠纖維、紅黃藍(lán)3種原液著色黏膠纖維及普通黏膠纖維，其名義線密度均為1.67 dtex、長(zhǎng)度均為38 mm.

1.2 儀器

XD-1振動(dòng)式細(xì)度儀和XQ-2型纖維強(qiáng)伸度儀，均為上海新纖儀器有限公司生產(chǎn).

1.3 方法和過程

用XD-1振動(dòng)式細(xì)度儀和XQ-2型纖維強(qiáng)伸度儀聯(lián)機(jī)逐根測(cè)試?yán)w維的細(xì)度和強(qiáng)伸性能，每種纖維隨機(jī)取樣30根.測(cè)試過程中，纖維拉伸時(shí)的預(yù)加張力設(shè)定為0.25 cN，夾持器的定長(zhǎng)距離設(shè)為20 mm，測(cè)試定伸長(zhǎng)負(fù)荷時(shí)的伸長(zhǎng)率設(shè)定為10%[5].實(shí)驗(yàn)前,需要將纖維在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下放置24 h進(jìn)行預(yù)調(diào)濕.

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

每種纖維隨機(jī)測(cè)試30次，各項(xiàng)性能的平均值如表1所示.表1中，蛋白代表再生蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素纖維，紅、黃、藍(lán)分別代表該顏色的原液著色黏膠纖維，麻賽爾指麻賽爾纖維，Outlast指空調(diào)黏膠纖維，普通指普通黏膠纖維，后面的式(1)中采用相同的表示方法.

表1 再生纖維素纖維的拉伸性能測(cè)試結(jié)果Tab.1 Tensile properties of the regenerated cellulose fiber test results

2.2 一致性檢驗(yàn)

一致性檢驗(yàn)是借助對(duì)數(shù)方差分析判定測(cè)試結(jié)果有無顯著性差異.對(duì)數(shù)方差分析對(duì)總體的非正態(tài)性不敏感，對(duì)方差的顯著性差異具有專一性，所以在使用時(shí)不要求對(duì)總體分布做任何假設(shè)[6].將以上7種再生纖維素纖維的每一項(xiàng)拉伸性能測(cè)試結(jié)果作為一個(gè)樣本進(jìn)行對(duì)數(shù)方差分析，判定這些樣本是否來自同一個(gè)總體，即該項(xiàng)拉伸性能是否有顯著性差異.

對(duì)每一種纖維的每一個(gè)測(cè)試指標(biāo)隨機(jī)取樣10～25次，置信度α取0.1，使用Matlab計(jì)算其F-檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量Fs，與F-分布臨界值表查到的統(tǒng)計(jì)量Fi對(duì)比.若Fs>Fi，說明這7種纖維的該項(xiàng)拉伸性能存在顯著性差異；若Fs

表2 再生纖維素纖維的一致性檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Consistency check result of the regenerated cellulose fiber

由表2可以看出，7種纖維的斷裂比功差異最大，纖維的斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度也出現(xiàn)了顯著性差異，線密度、初始模量和定伸長(zhǎng)負(fù)荷沒有顯著性差異.由表1可知，普通黏膠纖維的斷裂比功、斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率在7種纖維中都是最大的，這說明在黏膠纖維的紡絲原液中加入某種物質(zhì)(不管是Outlast空調(diào)纖維中的微膠囊或蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素中的蛋白質(zhì)粉體，還是有色黏膠中的顏料色漿)或者改變紡絲液的某種成分(麻賽爾纖維以天然黃麻為原料做成漿粕)，都會(huì)在一定程度上影響纖維材料的強(qiáng)伸性能，使纖維的斷裂比功、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度發(fā)生變化，但對(duì)纖維的線密度、定伸長(zhǎng)負(fù)荷和初始模量基本沒有影響.這是由于纖維的線密度主要由噴絲孔的形狀和尺寸決定，受紡絲原液的影響較少，而定伸長(zhǎng)負(fù)荷和初始模量沒有顯著變化，則說明加入這些材料對(duì)纖維在小變形條件下承受外力作用時(shí)抵抗變性的能力[7]影響甚微，即不改變黏膠纖維的剛?cè)嵝?

3 拉伸性能綜合評(píng)判

將7種再生纖維素纖維作為評(píng)價(jià)對(duì)象，采用灰色聚類的方法對(duì)這7種再生纖維素纖維的拉伸性能進(jìn)行綜合評(píng)判.根據(jù)表2的計(jì)算結(jié)果，取斷裂比功、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度這4個(gè)具有顯著性差異的性能指標(biāo)為評(píng)價(jià)指標(biāo).每種指標(biāo)的測(cè)量值均設(shè)定為越大越好，纖維的綜合性能分為優(yōu)、中、差.

經(jīng)過Matlab軟件計(jì)算得到7種纖維對(duì)應(yīng)的聚類系數(shù)矩陣，如式(1)所示.

(1)

從式(1)可以看出，7種再生纖維素纖維的綜合性能優(yōu)劣順序?yàn)槠胀つz纖維>黃色原液著色黏膠纖維>紅色原液著色黏膠纖維>藍(lán)色原液著色黏膠纖維>麻賽爾纖維>蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素纖維>Outlast空調(diào)黏膠纖維，即普通黏膠纖維的綜合拉伸性能最好，空調(diào)黏膠纖維的綜合拉伸性能最差.這說明，Outlast空調(diào)黏膠纖維中加入的微膠囊相變材料對(duì)纖維強(qiáng)伸性的影響較大，這是由于相變材料以微小顆粒狀均勻分散在黏膠紡絲原液中，在一定程度上破壞了纖維漿液的連續(xù)性，從而造成了纖維強(qiáng)伸性的降低，進(jìn)而降低了材料的韌性，使纖維材料抵抗外力破壞的能力降低；以天然黃麻為原料制漿共聚生產(chǎn)的麻賽爾纖維比傳統(tǒng)黏膠纖維的強(qiáng)伸性也下降了不少；在黏膠紡絲原液中加入蛋白質(zhì)超細(xì)粉體或者顏料色漿都會(huì)影響色漿的連續(xù)性和純凈度，但沒有相變材料的影響大，這與加入量也有關(guān)系.綜上所述，在進(jìn)行新型再生纖維素纖維開發(fā)時(shí)，尤其是在纖維原液中添加某些功能性材料時(shí)，要注意所加入的功能性材料對(duì)纖維本身結(jié)構(gòu)和性能的影響，只有兼顧纖維材料的功能和力學(xué)性能，才能生產(chǎn)出高性價(jià)比的新型纖維材料.

4 結(jié)論

(1)在置信度α=0.1時(shí)，7種再生纖維素纖維的斷裂比功、斷裂伸長(zhǎng)率、斷裂強(qiáng)力和斷裂強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著性差異，而纖維的線密度、初始模量和定伸長(zhǎng)負(fù)荷沒有顯著性差異.

(2)7種纖維的拉伸性能綜合評(píng)價(jià)結(jié)果是普通黏膠纖維>紅色原液著色黏膠纖維>黃色原液著色黏膠纖維>藍(lán)色原液著色黏膠纖維>麻賽爾纖維>再生蛋白質(zhì)復(fù)合纖維素纖維>Outlast空調(diào)黏膠纖維.

(3)在黏膠纖維紡絲液中加入某種物質(zhì)或者改變紡絲液的某種成分，會(huì)在一定程度上降低材料的強(qiáng)伸性能，所以在進(jìn)行新型再生纖維素纖維開發(fā)時(shí)要兼顧纖維材料的功能和力學(xué)性能.

[1] 馬君志，李昌壘，孫東升，等.新型蛋白質(zhì)復(fù)合再生纖維素纖維的開發(fā)應(yīng)用[J].針織工業(yè)，2013(10)：4-6.

[2] 田素峰，馬君志，王東.麻賽爾綠色環(huán)保纖維[J].針織工業(yè)，2009(10):31-32.

[3] 張海霞，張喜昌，許瑞超.Outlast黏膠纖維的結(jié)構(gòu)與調(diào)溫性能[J].紡織學(xué)報(bào)，2012(2)：6-9.

[4] 陳莉娜，孔繁榮，許瑞超.原液著色黏膠纖維的拉伸性能研究[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，26(1):19-21.

[5] 孔繁榮，陳莉娜，楊明霞.原液著色黏膠纖維的彈性分析[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，27(4):17-20.

[6] 郁崇文，汪軍，王新厚.工程參數(shù)的最后優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：東華大學(xué)出版社，2003.

[7] 于偉東，儲(chǔ)才元.紡織物理[M].上海：東華大學(xué)出版社，2002：73-76.

2016-02-19

2014年河南省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(142102210404)；鄭州市2013年度科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(131PPTGG414-3)

陳莉娜(1982-)，女，河南漯河人，講師，主要研究再生纖維材料的性能與針織產(chǎn)品的開發(fā).

TS111.9

A

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