結(jié)構(gòu)要素對PTT類織物形狀記憶功能的影響研究

陳淑樺，陳翠婷，陳思霞，眭建華

(蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215006)

PTT纖維是從石油工藝路線及生物玉米工藝路線通過PTA與PDO聚合、紡絲制成的新型聚酯纖維[1-2]。雖然PTT面料具有形狀記憶功能并非研發(fā)者初衷，但“形狀記憶”這一概念一經(jīng)提出便催熱市場。“形狀記憶”織物[3-4]是指由具有形狀記憶功能的紗線通過交織而成的織物，或者是利用具有形狀記憶特性的化學(xué)整理劑對傳統(tǒng)織物進(jìn)行整理而得到的具有“形狀記憶”功能的紡織品?！靶螤钣洃洝惫δ苁侵缚椢锝?jīng)過形變后，在特定條件下能暫時固定其形變并在外界條件下回復(fù)其原始形狀的能力。因此它包含了織物易于可塑成形功能和易于恢復(fù)原狀功能兩部分。可塑成形指面料受一定外部作用從原始形狀變成某一擬定形狀的能力，恢復(fù)原狀指已成形的面料在一定外部作用下又能回到原始形狀的能力[5-8]。

目前市場的形狀記憶織物主要有純PTT作經(jīng)緯的“全記憶”、PTT與PET交織的“半記憶”、純PET作經(jīng)緯的“仿記憶”三類。本文主要對比研究不同結(jié)構(gòu)要素下的織物可塑成形性能和塑形恢復(fù)性能。

1 試驗

1.1 試驗材料

表1 試驗樣品

選擇的樣品有下列特點：

(1)1#至8#樣品為純PTT長絲作經(jīng)緯的全記憶織物，9#為PTT長絲作經(jīng)、PET長絲作緯交織的半記憶織物，10#為純PET長絲作經(jīng)緯的仿記憶織物。其中，9#與1#之間、10#與4#之間組織相同、蓋覆系數(shù)較為接近。

1.2 試驗方法

1.2.1 織物可塑成形性能測試

1.2.1.1 試驗裝置

設(shè)計采用圖1所示的溝槽式裝置測試，分試驗臺和壓條兩部分，試驗臺由3～5個等寬、等長、等高、等隔距的溝槽組成，其中寬度b=10 mm、高度h=15 mm、長度l=100 mm、隔距a=6 mm。壓條可嵌壓于溝槽中，因此數(shù)量與溝槽數(shù)相等，寬度b′=b-2～3 mm、高度h′=h+5～10 mm、長度l′=l+5～10 mm。另行配備厚度為0.1mm的單面貼膜，試驗時對于不同厚度的樣布采用不同層數(shù)貼膜加以調(diào)整。

(a)試驗臺 (b)壓條圖1 溝槽式測試裝置

1.2.1.2 試驗方法

(1)在樣品隨機位置分別剪取經(jīng)向、緯向及45°斜向剪取樣片，尺寸10 cm×10 cm，各向樣片數(shù)5;

(2)將樣片熨平并置于溫度(20±2)℃、濕度(65±2)%恒溫恒濕室內(nèi)平衡24 h。測試樣布厚度，并據(jù)此對壓條貼膜;

(3)將樣片鋪設(shè)于試驗臺上方，測取經(jīng)向指標(biāo)時取經(jīng)向樣片，其經(jīng)向與溝槽垂直(或緯向與溝槽平行)；測取緯向指標(biāo)時取緯向樣片，其緯向與溝槽垂直(或經(jīng)向與溝槽平行)；測取斜向指標(biāo)時取斜向樣片，樣品邊沿與溝槽平行。鋪樣時，樣片頭端超出試驗臺20～30 mm，如圖2(a)所示。將第一根壓條對準(zhǔn)樣片頭端的溝槽位置將樣片輕輕壓入，如圖2(b)所示，樣片頭端高出試驗臺5～15 mm;

(4)依次將其他壓條嵌入，嵌壓時要確保樣片與試驗臺的每個平面密貼，如圖2(c)所示。在壓條上方外加50 N壓力，時間5 min。去除加壓，靜置 5 min，如圖2(d)所示;

(5)夾持樣片頭端超出部分，輕輕取出樣片，并自然懸垂30 min，如圖2(e)所示;

(6)將樣片輕輕置于水平臺面，如圖(f)所示。用游標(biāo)卡尺測取樣片每個拱起部分的最大高度值，分別記作Hi，單位mm，精度0.1 mm。

(a)鋪樣 (b)嵌入壓條 (c)靜置

(d)取出壓條 (e)垂直懸掛 (f)平鋪測試圖2 織物可塑成形性能測試

1.2.1.3 測試評定

按公式(1)計算所有Hi的平均值，記作塑形高度H。

(1)

式中：n為溝槽數(shù)。

1.2.2 織物塑形恢復(fù)性能測試

1.2.2.1 試驗裝置

設(shè)計采用如圖3所示的滑塊式裝置，該裝置原理上模仿人的手掌平撫，由臺板和滑塊組成。臺板為長500 mm、寬270 mm的長方形平板，沿長度方向配有刻度尺(單位mm)，一端配有樣布夾?；瑝K為長120 mm、寬30 mm、質(zhì)量200～300 g的長方條形金屬塊，可在重力碼牽引下沿導(dǎo)軌在臺板上自樣布夾端滑動。

圖3 滑塊式測試裝置

1.2.2.2 試驗方法

(1)在樣品隨機位置分別剪取經(jīng)向、緯向樣片，尺寸210 mm×100 mm，各向樣片數(shù)5；

(2)將樣片熨平并置于溫度RH(20±2)℃、濕度RH(65±2)%恒溫恒濕室內(nèi)平衡24 h；

(3)將樣片沿長度方向往復(fù)折疊，單向折幅 20 mm，共折疊10次(折疊部分總長度200 mm，多余的10 mm為樣布夾夾持部分)，50 N加壓，時間24 h；

(4)去除壓力，將樣片置于臺板上，并用樣布夾將未折疊部分夾緊。自然恢復(fù)5 min，讀取樣片長度數(shù)，取平均值，記作L0i, 單位mm，精度0.1 mm；

(5)將滑塊靠貼樣布夾輕輕置于樣片上方，滑塊接上牽引線，牽引線另一端連接100 g重力碼，快速釋放重力碼，使滑塊平貼樣片快速滑行，如圖4(a)所示；

(6)撤去滑塊，靜置5 min，讀取樣布長度值，取平均值，記作L1i, 單位mm，精度0.1 mm。

(a)試驗中 (b)試驗后圖4 織物塑形恢復(fù)性能測試

1.2.2.3 測試評定

(2)

ε值越大，形狀恢復(fù)性能越好。設(shè)定ε值在85%以上為優(yōu)，80%～85%為良，80%以下為一般。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗結(jié)果

試驗測試結(jié)果如表2所示。

表2 塑形高度、折痕恢復(fù)率測試結(jié)果

注：Hj、Hw、Hx分別表示經(jīng)向、緯向和45°角的塑形高度

2.2 結(jié)構(gòu)要素對織物可塑成形性能的影響

2.2.1 材料要素

(1)由表2可以看出，同為平紋組織的樣品中，1#至5#的純PTT的全記憶織物基本都在Ⅲ級及以上，可塑成形性好。9#樣品H值的各向級數(shù)均為Ⅱ級，可塑成形性明顯比相近規(guī)格的1#差。10#樣品H值的級數(shù)為Ⅰ～Ⅱ級，遠(yuǎn)差于4#。因此分析認(rèn)為，PTT纖維是實現(xiàn)織物可塑成形性能的好材料，PET纖維的這一性能顯然遠(yuǎn)不如PTT，即使將PET與PTT交織，可塑性也出現(xiàn)顯著降低。

(2)9#Hj、Hw、Hx值相近，說明采用PTT與PET交織，對織物各個方向的可塑成形性能影響是一致的。

2.2.2 組織緊度要素

表2中，規(guī)格相近、組織松緊不同的三個樣品的H級數(shù)基本接近，H值的排序基本為3#>8#>6#，這說明在其他結(jié)構(gòu)要素相近的條件下，織物組織平均浮長越小，交織結(jié)構(gòu)越緊，則其可塑成形性越好。分析原因認(rèn)為，組織越緊，經(jīng)緯之間的交織幾何結(jié)構(gòu)越牢固，有助于PTT纖維良好可塑成形性能的發(fā)揮。

2.2.3 織物蓋覆系數(shù)要素

她不但對梁閏生要避嫌疑，跟他們這一伙人都疏遠(yuǎn)了，總覺得他們用好奇的異樣的眼光看她。珍珠港事變后，海路一通，都轉(zhuǎn)學(xué)到上海去了。同是淪陷區(qū)，上海還有書可念。她沒跟他們一塊走，在上海也沒有來往。

圖5為根據(jù)表2中1#～5#的H值測試結(jié)果繪制的E-H曲線圖。

圖5 1#～5#E-H曲線圖

可以看出，E-Hj、E-Hw、E-Hx三條曲線均呈先遞增再遞減態(tài)勢，拐點分別在E值的97%～98%、97%～98%、98%～99%位置，達(dá)到Ⅲ級及以上的織物，其總蓋覆系數(shù)E值處于一定區(qū)域范圍內(nèi)。

(1)樣品的E值都在90%以上，這說明實現(xiàn)織物良好可塑成形性，除了好的材料、緊致的織物組織，還必須配置一定高的經(jīng)緯緊密度。E值達(dá)在97%～99%是織物可塑成形性最優(yōu)區(qū)域。

(2)三條曲線在拐點之前的斜率相近，接近45°，上升速率相當(dāng)，說明隨著E值增大，織物可塑成形性能隨之有較為明顯的提高，并且各向提高情況相同。

(3)三條曲線在拐點之后，E-Hj、E-Hw曲線呈快速下降狀，E-Hj曲線下降速率更大，E-Hx曲線呈緩慢下降并趨于平衡狀。說明織物蓋覆系數(shù)E值過大，反而會降低其可塑成形性能，單方向的影響更為顯著。分析認(rèn)為織物過于緊密，可能導(dǎo)致了纖維受到較大的軸向牽伸作用，使其產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的形變，破壞了纖維原有的優(yōu)良可塑性能。

表2中，E值為97.87%的6#，其H值各項指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于E值為103.71%的7#，同樣說明了E值過大，織物的可塑成形性變差。

(4)三條曲線基本呈E-Hw在上、E-Hj在下、E-Hx處于中間位置的狀態(tài)。分析認(rèn)為，樣品的經(jīng)密遠(yuǎn)高于緯密、Ej遠(yuǎn)大于Ew的配置，緯紗在織物幾何結(jié)構(gòu)中的屈曲程度遠(yuǎn)大于經(jīng)紗，使織物的可塑性能獲得提高。

2.3 織物塑形恢復(fù)性能

2.3.1 纖維材質(zhì)的影響

由表2可以看出，同為平紋組織的樣品中，1#～5#的ε值評定均為良或優(yōu)，塑形恢復(fù)性能好。9#織物，經(jīng)向采用PTT，εj評定與1#相同，緯向采用PET，εw評定為一般，比1#差。10#的εj、εw評定均為一般，均差于4#。說明纖維材料對織物的塑形恢復(fù)性能有影響，采用PTT作為織物原料可以明顯提高織物的塑形恢復(fù)性能。

2.3.2 組織緊度的影響

表2中規(guī)格相近、組織松緊不同的3#、6#、8#三個樣品的塑形恢復(fù)性評定情況相同，經(jīng)向塑形恢復(fù)性能級別都是良，緯向塑形恢復(fù)性能級別都是優(yōu)，可見織物的組織結(jié)構(gòu)對塑形恢復(fù)性能的影響不大。

2.3.3 織物塑形恢復(fù)性與織物蓋覆系數(shù)關(guān)系

1#～5#五個不同蓋覆系數(shù)的純PTT織物樣品的ε值都在良以上，其中總蓋覆系數(shù)E為97.17%的2#樣品的εj、εw值均在90%，均為最好?？梢姡椢锟偵w覆系數(shù)在90%～110%，可以使織物獲得優(yōu)良的塑形恢復(fù)性能，當(dāng)總蓋覆系數(shù)為97%時，織物的塑形恢復(fù)性能最好。

3 結(jié)論

顯然，PTT類形狀記憶織物的可塑成形性能、塑形恢復(fù)性能與原料、組織、緊密度是密切相關(guān)的。

(1)具有優(yōu)良可塑成形性的織物，其總蓋覆系數(shù)基本都在90%以上。選用PTT長絲作經(jīng)緯具有更好的可塑成形性?？椢锝M織結(jié)構(gòu)越緊密，可塑成形性越好?？椢锷w覆系數(shù)在97%～99%之前，隨著蓋覆系數(shù)增加，交織越緊密，可塑成形性越好，但蓋覆系數(shù)過大，可塑成形性反而變差。

(2)純PTT纖維織物均具有優(yōu)良塑形恢復(fù)性能，部分或者全部使用PET纖維，則會降低其性能。織物組織的變化對其塑形恢復(fù)性能影響不大。織物總蓋覆系數(shù)在97%附近，其塑形恢復(fù)性能最好，減小或增大蓋覆系數(shù)，都會降低其塑形恢復(fù)性。