（纺织工程专业论文）lyocell织物原纤化的研究及评价.pdf

摘要 y 9 0 8 7 9 5 l y o c e l l 纤维是一种新型纤维素纤维，被誉为2 1 世纪最具潜力的纤维。一方面其 具有优良的性能，具有高的干湿强力，吸湿性，染色性穿着舒适性，同时又有很 好的抗皱性和尺寸稳定性，可以生物降解，另一方面，其生产工艺绿色环保，对环 境无污染。l y o c e l l 纤维具有较高的取向度和结晶度，但微晶间侧向抱合力较弱，在 洛胀状态及一定机械作用下时，其纵向比较薄弱的部分会有微纤分裂出来，即所谓 的原纤化。利用l y o c e l l 纤维的这种特性，可以使l y o c e l l 织物获得多种不同外观和 美感，但同时这种特性也给生产加工带来些不便。 迄今为止，国际上还没有任何评价织物原纤化程度的统一标准。本文中建立了 一种评价织物原纤化程度的方法等级评定法。采用光学生物显微镜观察从经过 次级原纤化处理的织物表面刮下的纤维的头端，由观察者根据纤维头端的形态对其 进行评级，得到不同处理程序织物的原纤化等级的均值及c v 值，确定织物的原纤化 程度。这一方法可以比较不同工艺的处理效果。 l y o c e l l 织物的原纤化处理，般包括初级原纤化、酶处理和次级原纤化三个加 工步骤。本文用四因素三水平正交实验法确定了初级原纤化的较佳工艺参数。较佳 的初级原纤化工艺条件为：浴比l ：2 0 ，p h 值l l ，处理时间9 0m i n ，处理温度1 0 04 c 。 通过比较处理时间相同、酶用量不同时和处理时间不周、酶用量相同时的织物强力 下降率和失重率确定了酶处理的较佳处理工艺。较佳的酶处理工艺为：在p h 值4 5 ， 温度5 0 。c 时，酶用量2 9 l ，处理时间4 5 m i n 。 本文采用三种方法对l y o c e l l 织物进行次级原纤化处理织物洗涤法、家用洗 衣机洗涤法、起毛起球法。家用洗衣机洗涤法和起毛起球法处理织物可以使织物达 到完全原纤化的要求，织物洗涤法处理的效果不好，不能使织物完全原纤化。家用 洗衣机洗涤法用时长处理效果没有起毛起球法好。机械作用的时间及作用方式是影 响原纤化程度的关键。 硕士研究生翟黎莉( 纺织工程) 指导老师于湖生教授 关键词：l y o c e l l 织物；原纤化；原纤化方法；评价 a b s t r a c t w i t ht h em o s t p o t e n t i a lf i b e ri n2 1 “t oi t sc r e d i t ，l y o c e l lf i b e ri sak i n do f n e wt y p e c e l l u l o s ef a b r i c o nt h eo n eh a n d ，i th a se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e ，s u c ha sh i g hd r ya n dw e t s t r e n g t h ，h i g hm o i s t u r ea b s o r p t i o n ，h i g hd y e i n ga n db i o d e g r a d a b i l i t y ；o nt h eo t h e rh a n d ， i t sp r o d u c i n gp r o c e s si sg r e e na n dn op o p u l a t i o nt oe n v i r o n m e n t t h o u g ht h e r ei sah i g h p r o p o r t i o no fah i g h l yo r i e n t e d ，c r y s t a l l i n er e g i o nw i t h i nt h ef i b e r , t h el a t e r a lc o h e s i o n b e t w e e nt h ec r y s t a l l i t e si sw e e k w h e ns u b j e c t e du n d e rm e c h a n i c a ls t r e s si ns w o l t e ns t a t e ， t h ef i b e r st e n dt op r o d u c es u r f a c ef i b r i l s t h i sw e tf i b r i l l a t i o nb e h a v i o rc a nb e m a n i p u l a t e dt oc r e a t eav a r i e t yo ff i n i s h e dh i g hf a s h i o na p p a r e lb u tt h i sb e h a v i o ra l s o b r i n g ss o m ed i s a d v a n t a g ei nt h ep r o d u c i n gp r o c e s s s of a r t h e r eh a sb e e nn oa n yu n i f o r mc r i t e r i o no nt h ee v a l u a t i o no f t h ef i b r i l l a t i o n d e g r e eo fl y o c e l lf a b r i c “r a n k a s s e s s i n go ff i b r i l l a t i o n ”i sd e v e l o p e d i nt h i sp a p e rt o e v a l u a t et h ef i b r i l l a t i o nd e g r e eo ff a b r i c sw h i c hh a v eb e e np r o c e s s e db yd i f f e r e n t t e c h n o i 6 9 i e i ：t h e f i b r i l l a t i o nd e g r e eo f t h ef a b r i ci sg i v e nb yo b s e r v i n gt h et o po f f i b e r s w h i c ha l es c r a p e df r o mt h ef a b r i c t h i sc r i t e r i o nc a nc o m p a r et h ef i b r i l l a t i o nd e g r e eo f f a b r i c sw h i c ha r et r e a t e db yd i f f e r e n ts e c o n d a r yf i b r i l l a t i o np r o c e s s t h ef i b r i l l a t i o nt r e a ti n c l u d e st h ep r i m a r yf i b r i l l a t i o n ，t h ee n z y m ec l e a na n dt h e s e c o n d a r yf i b r i l l a t i o n i nt h i sp a p e r , t h em a i np a r a m e t e r so f t h ep r i m a r yf i b r i l l a t i o nw e r e d e t e r m i n e dt h o u g hf o u rf a c t o r s - t h r e el e v e le x p e r i m e n t t h em a i np a r a m e t e r sw e r ea s f o l l o w s ：p r o c e s s i n gt e m p e r a t u r e1 0 0 ( 2 ，p r o c e s s i n gt i m e9 0m i n u t e s ，p h1l a n dl i q u o r r a t i ol ：2 0 t h ef a b r i cc a nb ei m p a a e dag o o dc l e a ns u r f a c ew h e nt h ed o s a g eo f t h e e n z y m ei s2 9 la n dt h ep r o c e s s i n gt i m ei s4 5m i n u t e s i nt h es e c o n d a r yf i b r i l l a t i o ns t a g e ，t h ef a b r i c sw e r et r e a t e dt h o u g ht h r e e m e t i l o d s f a b r i cw a s h i n g w a s h e rw a s h i n ga n dp i l l i n g t h ef i b r i l l a t i o nd e g r e eo f f a b r i c sc a nr e a c ht h ed e m a n do ff i b r i l l a t i o nt h o u g hw a s h e rw a s h i n ga n dp i l l i n gt r e a t i n g , j a p a n e s ew a s h i n gc a n t t h et r e a t i n ge f f e c tt h o u g hp i l l i n gi sb e a e rt h a nw a s h e rw a s h i n g p o s t g r a d u a t es t u d e n t ：l i l iz h a i ( t e x t i l e ) d i r e c t e db yp r o f s h e n g h uy u k e y w o r d s ：l y o e e l lf a b r i c ；f i b r i l l a t i o n ；f i b r i l l a t i o nm e t h o d s ；e v l a u a t i o n 第一章概论 第一章概论 1 12 1 世纪最具发展潜力的纤维l y o c ei i 纤维 1 1 1 l y o c e ii 纤维的开发背景 在2 0 世纪，化学纤维迅猛发展，给人们生活和产业进步带来巨大变革，各种高 性能纤维相继开发成功，技术日新月异。但是也存在着原料制造、纤维生产过程中 环境污染及废弃产品回收的问题。与此同时，人们越来越追求自然、崇尚自然，对 纺织品的生产加工提出了新的更高的要求。一方面要求纤维性能及风格特征要趋于 天然化，另一方面要求纤维的生产加工做到无污染、无毒性。因此环保型纺织品、 生态纺织品及绿色纺织品成为了研究与开发的重点f l 】。 如我们所知，在纤维素纤维生产工艺上，传统的方法是用纤维素衍生物的溶液 进行加工成形的。但是，以往所用的溶剂如铜氨络合物溶液都无一例外地表现出了 工艺上生产困难和环境污染等问题，所以，寻找一种合适的溶剂，能将纤维素直接 溶解成溶液，工业上又能加工成形、环境上污染小，一直是人们所探讨的重要问题。 在2 0 世纪7 0 年代中期，美国e n c a 公司和德国o b e r n b u r g 的e n k a 研究部门，以“n e w c e l l ” 为名立项开始了基础研究，其目标是生产一种不同于粘胶纤维的新型的纤维素短纤 维和长丝。1 。经过十几年的努力，研究工作者终于开发出一种生产过程无污染的、 绿色环保的新型纤维。该纤维的名称由国际人造纤维及合成纤维标准局( b i s f a ) 命 名，美国联邦贸易委员会也确认这种再生纤维素纤维名称为l y o c e l l 纤维。1 9 8 7 年， a k z o 公司授予奥地币u l e n z i n g 公司生产许可证，该纤维商品名为l e n z i n gl y o c e l l 纤 维。1 9 9 0 年授予英国c o u r t a u l d s 公司生产许可证，该l y o c e l l 纤维的商品名为 t e n c e l 3 0 l y o c e l l 纤维一问世就被誉为2 l 世纪最具发展潜力的纤维。这主要有两个方面的 原因：一是其生产工艺的绿色环保，二是纤维的优良性能叽 1 1 1 1l y o c e l l 纤维生产工艺的优势 与其他再生纤维素纤维的生产过程相比，l y o c e l l 纤维的生产过程有很大的优势。 1 绿色环保性 l y o c e l l 纤维的原料是浆粕，主要来自于3 5 年生的速生植物，采用天然及非 化学合成方法制造而成，不会对生态环境造成破坏及污染。l y o c e l l 纤维本身可以被 土壤完全分解，不会造成环境的二次污染。 l y o e e l l 纤维是以n - 甲基吗啉氧化物( n m e t h y lm o r p h o l i n eo x i d e ，简称 n m m o ) 的水合物为溶剂，采用干湿法纺丝闭路式生产的再生纤维素纤维。其纺丝 过程是：温度约为1 0 0 ( 2 的溶剂先通过一个合适的喷丝板，纤维素穿越过冷却气流 青岛大学硕士学位论文 进入纺丝浴后发生再生作用。在适度的拉伸作用下，纤维被牵伸，再进行清洗、烘 干、卷绕。整个纺丝过程以物理变化为主，不像传统的粘胶纤维纺丝生产过程那样 大量使用烧碱、二硫化碳、硫酸等易于污染环境的化学试剂【7 】。 此外，溶剂n m m o 毒性很低，而且在生产过程中可以进行反复的吸水、脱水， 回收简单且回收率可达到9 9 以上，对环境几乎无污染。 2 创新性 l y o c e l l 纤维的生产技术对传统的粘胶纤维生产技术是一次革命，生产一吨粘胶 纤维需用是约2 0 小时，消耗浆粕约3 0 4 5 吨，水约3 0 0 吨，而生产一吨l y o c e l l 纤维用时约为3 小时，消耗浆粕约为1 0 5 吨，溶剂约7 0 公斤。l y o c e l l 纤维的生 产过程简化了纤维生产流程、降低了能源和其他原材料的消耗、减少了占地、缩短 了生产周期。 1 1 1 2l y o c e l l 纤维优良的性能 l y o c e l l 纤维不仅有类似棉纤甚至优于棉纤的舒适性和染色性，粘胶纤维的吸湿 透气、穿着舒适的特点，同时又有很好的抗皱性和尺寸稳定性，其湿强度和力学性 能与涤纶纤维接近。 l y o c e l l 纤维有严重的原纤化现象，利用这一特性可以进行一系列的产品性能设 计，提高纺织面料的附加值，为染整加工和织物设计的研究者提供了一个充分发挥 其创新能力的巨大空间“1 。 1 1 2l y o c e l l 纤维的分类 l y o c e l l 纤维成功工业化生产后，在其原有的生产工艺的基础上又研制了新型 的l y o c e l l 纤维“3 。主要分类为： 1 普通型l y o c e l l 纤维 普通型l y o c e l l 纤维包括l y o c e l l 长丝与短纤。长丝主要以a k z on o b e l 公司的 n e w c e l l 为代表，短纤主要有t e n c e l 、l e n z i n gl y o c e l l 、a l c e r u 、c o c e l 、a c e l l 等， 这些品种都是以浆粕为原料，采用n m m o 作为溶剂进行纺丝，纺丝过程中n m m o 的 回收率可达9 9 以上。 2 交联型l y o c e l l 纤维 普通型的l y o c e l l 纤维有很强的原纤化倾向，为克服普通型的l y o c e l l 纤维的原 纤化现象，a c o r d i s 公司与l e n z i n g 公司分别研制了交联型的l y o c e l l 纤维。a e o r d i s 公司的商标名为t e n c e l a1 0 0 、t e n c e l a2 0 0 ，l e n z i n g 公司的商标名为l e n z i n g l y o c e l l f 。 a c o r d i s 公司开发的t e n c e la1 0 0 纤维，以添加交联剂的方式使原纤间产生交联 第一章概论 作用，在保持其他优良性能不变的情况下，产品表面不会形成微纤，特别适用于针 织品的加工。该公司开发的新型非原纤化纤维t e n c e la2 0 0 与t e n c e la1 0 0 不同， 具有碱稳定性，因此与棉混纺的织物能经受全丝光处理。t e n c e la2 0 0 具有与棉相 似的染色亲和性，染色效果一致均匀。t e n c e la2 0 0 几乎不释放甲醛，更适宜制作 内衣和婴儿服。该公司t e n c e la1 0 0 与t e n c e la2 0 0 的生产工艺属专利保护。 l e n z i n g 公司开发出不发生原纤化的纤维l e n z i n gl y o c e l ll f ，仍以n m m o 为 溶剂，经空气浴和n m m o 的水溶液纺丝成形。防止纤维原纤化的技术处理是在纤维 整理过程中进行化学交键，即在纤维素分子中间添入防止出现原纤化的键联结剂。 l e n z i n g 公司使用的这种键联结剂属专利配方，其含有活性染料中的稳固基团，不会 危及环境。l e n z i n gl y o c e l ll f 纤维的开发解决了以织物整理处理原纤化工艺复杂、 成本高的问题，它用化学交键的方法，在纤维的生产过程中克服了纤维的原纤化倾 向。由于纤维素大分子之间形成的交键效果，使l e n z i n gl y o c e l ll f 纤维在机械加 工和织物整理过程中都不产生原纤化现象，经多次水洗也不发生原纤化。l e n z i n g l y o c e l ll f 纤维的横截面与l y o c e l l 纤维一样，各项指标均在同一水平，只是强度和 伸长度略有下降，纤维仍具有永久的卷曲效果。但由于交键剂的作用，l e n z i n g l y o c e l ll f 纤维呈现阳离子的性能，会降低某些染料( 如直接染料) 的亲和力。 l e n z i n gl y o c e l ll f 纤维的耐晒性和耐湿性与l e n z i n gl y o c e l l 纤维没有差别。 3 超细型l y o c e l l 纤维 基于l y o c e l ll f 纤维的技术，l e n z i n g 公司开发了超细型l y o c e l l 纤维m i c r o l y o c e l l ，规格为0 9 d t e x x 3 4 m m ，主要用于针织内衣与女士外衣面料，产量较小。 1 1 3 国内外开发的l y o c e ii 纺织品系列产品 1 1 3 1 国外开发的l y o e e l l 纺织品 国外开发的l y o c e l l 纺织品主要有以下七个系列“1 ： 1 牛仔布系列 这是l y o c e l l 纤维最重要的应用之一，主要有1 0 0 l y o c e l l 、l y o c e l l 棉、 l y o c e l l 粘、l y o c e l l 氨纶弹力牛仔布。 2 套装系列 l y o c e l l 呢绒面料大致有三类： ( 1 ) 欧洲采用普通型l y o c e l l 毛条来生产纯纺或l y o c e l i 毛混纺的精纺面料。 l y o c e l l 毛条是采用a c o r d i s 公司的l y o c e l l 丝柬。 ( 2 ) l y o c e l l 涤混纺仿毛织物。如西班牙t a m 公司生产的6 5 3 5 l y o c e l l 涤织物是匹 染或色织仿毛织物，采用精纺呢绒提花花纹，这类织物多采用桃皮绒工艺处理， 青岛大学硕士学位论文 使织物的外观富有变化。 ( 3 ) l y o c e l l 与毛交织精纺花呢。如意大利s p i r i t 公司生产的5 0 5 0 l y o c e l l 毛色织 花呢，精纺条格花呢。 3 休闲系列 斜纹、卡其、细帆布、灯芯条、小提花是l y o c e l l 织物主要的应用面料，有纯纺 的，也有l y o c e l l 棉、l y o e e i 粘胶、l y o c e l l e 麻、l y o c e l l 尼龙、l y o c e l l 氨 纶混纺织物。 4 色织系列 多为精纺的4 0 3 色织细纺府绸，各类条格花型细米通条格，色泽鲜艳布身柔滑。 悬垂性好。这一系列的织物多采用t e n c e la1 0 0 纤维。 5 衬衫内衣料系列 用作衬衫和内衣的面料多为细支l y o c e l l 织物、l y o c e l l 氨纶弹力织物、 l y o c e l l 丝交织物。 6 针织系列 这是l y o c e l l 应用的大类产品，占l y o c e l l 使用量的7 ，尤其是轻磅弹性针织布， 是女性内衣的理想质料。随t e n c e la1 0 0 型的开发成功，t e n c e la1 0 0 在针织品上 使用日益增加。 7 非织造布系列 这类产品主要是水刺无纺布、非织造布过滤材料。 1 1 3 2 国内开发的l y o c e l l 纺织品 国内开发的l y o c e l l 织物主要有机织和针织品的纯纺品和与棉、毛、麻、丝、化 纤等混纺交织产品“。 1 棉型产品 这类产品包括卡其、府绸、斜纹类和色织、牛仔布、牛滓纺、提花类。 2 毛型产品 这柒产品主要是精纺呢绒，l y o c e l l 羊绒混纺羊毛衫。上海春竹羊毛衫公司的 l y o c e l l 羊毛衫已批量生产与销售。我l n 彭j l y o c e l l 与羊绒的混纺产品的开发是国际 首创，并获得a c o r d i s 公司的好评。 l y o c e l l - 与i 羊绒混纺可得到明显优点：增加羊绒衫强力和身骨；使羊绒衫 具有丝般光泽；降低羊绒衫的成本。 3 麻型产品 由于最近欧美流行亚麻和l y o c e l l 产品。我国湖南洞庭麻纺织厂和广东深圳一带 4 第一章概论 生产企业开发和出口了不少亚麻l y o c e l l 混纺交织产品。 4 丝型产品 已开发出l y o c e l l 绢丝混纺针织产品，使产品具有独特的风格。 5 在工业上的应用 l y o c e ll 纤维在工业应用上用于过滤材料、传送带、篷盖布、香烟过滤嘴、缝纫 线、无纺布、保温絮料等产业用纺织品。功能性的l y o c e l l 纤维有抗静电纤维、导电 纤维及阻燃纤维等。 6 特殊效果织物 利用l y o c e l l 纤维原纤化的性能可以生产具有特殊效果的织物如桃皮绒织物，仿 麂皮织物等。 l1 4l y o c e i l 纤维及其织物的应用 l y o c e l l 纤维及织物可用于以下各类纺织品【2 】： 1 用于高档纺织品、上装、夹克、牛仔裤、衬衫、运动衫。 2 可以满足高强度与高吸收性的专用织物。 3 特别适合于非织造织物，主要是水刺、湿法成网的非织造布。 4 用于石油、汽车工业、医学领域和卫生部门的过滤介质。由于l y o c e l l 纤维 具有阻挡煤焦油的性能，可以用来做香烟的过滤嘴。 5 用于加工湿揩布。 6 用于加工医用棉签和纱布。 7 用于电池隔离膜和涂层物。 8 利用其易于生物降解的性能，可用来制造一次性纺织品。 9 纺成的高强度转杯纱线，可以用来加工成各种类型的产业用织物和家用装饰 布。 1 0 成为棉纤维之后首先用于加工成真正具有牛仔布外观的纤维。 1 1 5l y o e e i l 纤维的发展趋势 随着l y o c e l l 纤维种类多样性的开发，织物的应用领域的扩展，l y o c e l l 纤维的 发展趋势也有所改变【5 1 。 1 1 5 1 产能向亚洲转移 目前l y o c e l l 纤维的生产区域主要集中在欧美，但销售区域主要在亚洲，特别是 中国。2 0 0 3 年l l j 弓l e n z i n g 公司在上海建立销售公司，表明其销售战略重心在向亚洲 转移! 面对越来越大的市场需求量，l y o c e l l 纤维的产能也有向亚洲转移的趋势，这 青岛大学硕士学位论文 主要考虑$ | j l y o c e l l 纤维的制造成本与销售价格。亚洲特别是中国的粘胶生产商一旦 在制造技术上获得突破，降低生产成本，大的产能扩张是有可能的。 1 1 5 2 发展差别化l y o c e l l 差别化也是l y o c e l l 纤维的发展趋势，如同粘胶纤维的差别化，功能性纤维是差 别化纤维的重要组成部分。开发差别化纤维的趋势就是要使其具有某种功能，如抗 菌、抗静电、阻燃等，以迎合消费者对功能性纺织品的追求。而集多种功能于一身 的差别化纤维更是一个新的发展方向，如阻燃纤维，除具有阻燃功能外，还兼有抗 静电、抗起球、抗菌和防霉等功能。因此，功能性l y o c e l 纤维会更受市场欢迎。 1 1 5 3 拓展应用领域 以往，l y o c e l l 纤维的产品主要用于针织服装、内衣、休闲服等，产业用的比例 很小。今后，l y o c e l l 纤维向装饰用与产业用纺织品领域发展也是一个趋势。 1 2 l y o c e | i 纤维及其织物的性质 1 2 1l y o c e ii 纤维的结构 1 2 1 1l y o c d l 纤维的结构 l y o c d l 纤维与粘胶纤维同属纤维素纤维，它们有许多共同之处，如吸湿透气性 好，不带静电，热稳定性好等，但是l y o c e l l 纤维除了完全继承了粘胶纤维的优点外， 又弥补了粘胶纤维的一部分缺点，如强度特别是湿强、初始湿模量、折皱恢复性及 尺寸稳定性等性能都有提高，可以说l y o c e l l 纤维几乎吸取了人造纤维及合成纤维的 全部优点，同时又摒弃了二者的不足。这些改进可以说是由l y o c e l l 纤维的结构决定 的”1 。l y o c e l l 纤维的结构是一种特殊的皮芯层结构，其结构模型图见图1 1 所示： 图1 1l y o c e l l 纤维的结构模型图 第一章概论 表1 1 几种纤维的微观结构 纤维种类聚合度 结晶度( )取向度双折射率 棉2 0 0 0 - - 3 0 0 07 0 l y o c e l l 纤维 5 0 0 5 5 05 0高0 0 0 6 1 1 粘胶纤维 2 5 0 3 0 03 0 低 0 0 0 4 2 8 l y o c e l l 纤维的横截面为圆形，皮芯结构，皮层很薄，各项均相；不同于粘胶纤 维的锯齿形皮芯结构。这主要是由于它们的纺丝过程不同。粘胶生产时需氧化裂解， 因而降低了聚合度，一般聚合度在2 5 0 3 0 0 之间，结晶度为3 0 ，而在l y o c e l l 纤维的 纺丝过程中，无须裂解，木质纤维素原有的晶体没有遭到破坏，纺丝后形成含原纤 明显的超分子结构，因而聚合度高，可达5 0 0 5 5 0 ，结晶度达5 0 。同时，由于l y o c e l l 纤维的牵伸主要在干态下进行，因而其取向度高，即使在无定形区，l y o c e l l 纤维也 有相当程度的取向。l y o c e l l 纤维是靠牵伸诱导结晶和取向的，因而其结晶化趋于沿 纤维轴向排列，形成层状结构。它有特殊的皮芯层结构，原纤间排列十分规整，这 些微观结构上的差别形成了纤维性能上的改变。同时，由于高度结晶和取向，从而 导致了l y o c e l l 纤维极极易原纤化。1 。 l y o c e l l 纤维的皮芯结构的主要构成如下“： 1 l y o c e l l 纤维由复合结构的皮层和芯层构成，芯层主要由巨原纤高度平行排 列组成，中间夹有无定形区。 2 皮层分内外两亚层：相对较薄的外受层和较厚的内皮层。外皮层的纤维素大 分子取向度较低，内皮层的取向度要高一些。整个皮层大分子的取向度沿纤 维的轴向占有一定的优势。皮层具有独特的无定形结构，其中的大部分大分 子没有充分伸直，彼此间靠羟基之间的氢键形成一些相互联结，但数量不多， 大分子相互之间排列紊乱，相互纠缠呈网状，使皮层结构相当致密，有很好 的伸缩弹性。 3 芯层主要是由沿纤维轴向排列、有很高取向度且结构相当规整的巨原纤组 成。巨原纤的结构完整致密，呈接近单晶状态。巨原纤的尺寸有两档，其中 一档的直径在0 5 砣0 i im 之间，平均直径0 9 6 pf f l ；另一档在0 1 7 0 2 7 1 1m 之间，平均直径0 2 5 um 。 7 青岛大学硕士学位论文 4 巨原纤之间是由从巨原纤中伸出的纤维素大分子以及可能存在的少量基原 纤构成的无定形区。许多无定形区大分子或基原纤两端进入不同的巨原纤结 晶区把它们联结起来。 1 2 2l y o c e 纤维的性麓 l y o c e l l 纤维及其他几种纤维的物理机械性能的比较见表1 _ 2 所示 表1 2 几种纤维的物理机械性能对照【“ 指标l y o e e l j涤纶 槁 粘胶富强纤维 细度( d t e x ) 1 71 71 71 7 1 7 干强( c n t e x )4 2 4 44 2 5 22 3 2 82 3 2 53 8 干伸长率( )1 4 1 6 2 5 3 57 92 0 2 5l l 湿强( c n t e x )3 7 4 l 4 2 4 72 7 3 11 0 1 22 6 湿伸长率( )1 6 1 8 2 5 3 51 2 1 42 5 3 51 2 湿模量( 5 e x t ) 2 7 02 1 01 0 05 01 1 0 回潮率( ) 1 1 50 58 1 31 2 5 沸水收缩率( ) 2 6 8o 0 54 5 54 0 94 ，0 9 1 2 2 1 强度 由表1 2 可知，l y o c e u 纤维的干强与涤纶相当，远高于棉和普通粘胶纤维，是 所有纤维素纤维中强度最高的一种。值得注意的是，其湿强仅比干强降低了1 5 ， 而粘胶纤维的湿强是干强的5 0 左右，而且它也是再生纤维素纤维中第一个湿强超 过棉纤维的纤维。 1 2 2 2 模量 l y o c e l l 纤维在5 伸长时的湿模量达2 7 0 c n t e x ，远远高出了棉纤维和粘胶纤维， 甚至比涤纶还要高。 1 2 2 3 沸水收缩率 l y o c e l l 纤维的沸水收缩率低于桷和黏胶纤维，这就使其在湿加工时有良好的保 形性和尺寸稳定性。 1 2 2 4 吸湿性 第一章概论 l y o c e l l 纤维有较好的吸湿性。其吸湿性优于棉，但不如粘胶纤维。 1 2 2 5 湿膨润性1 2 1 l y o c e l l 纤维的溶胀度与棉和粘胶纤维的比较见表1 3 表1 3 溶胀度比较 纤维种类 横向( )纵向( ) l y o c e l l 纤维 4 0 00 0 3 粘胶纤维 3 1 02 6 0 棉纤维 8 00 6 0 由表1 3 可知，在湿润条件下，l y o c e l l 纤维横向具有很强的膨胀性，纵向几乎没 有膨胀，横纵向的膨胀比超过1 0 0 0 。这是因为l y o c e l l 纤维大分子沿纤维轴向的高结 晶比，高定向性，使无定形区侧面连接少，产生沿纤维轴向规则排列的空穴，吸水 后，水分子进入多孔部分，使其有很强的横向膨胀。 l y o c e l l 纤维在水中发生横向溶胀，湿态直径比干态直径大约增2 n 3 0 。l y o c e l l 纤维在氢氧化钠溶液中横向溶胀比在水溶液中发生横向溶胀更强，在合适浓度时， 其直径能增2 n 2 0 0 以上。 利用l y o c e l l 纤维的湿膨润性，当l y o c e l l 织物在氢氧化钠溶液中处理时，可以 巧妙地、有效地处理l y o c e l l 织物。这是因为当纤维受到碱的影响，无定性区和结晶 区纤维的氢键会断裂，将碱洗掉后，纤维溶胀作用又降低。如果织物再次用水进行 湿处理，纤维又发生溶胀作用，不过溶胀程度不同，因此，游离空间仍然被保留， 从而使织物更柔软，改善了织物的蓬松性和柔软感，同时也可以控制织物的尺寸稳 定性。 此外由于l y o c e l l 纤维的湿膨润性使得l y o c e l l 织物浸入水中后，因剧烈溶胀而 织物变得很硬，尤其是厚重织物，则呈板状。在加工过程中会产生折痕、擦伤和色 斑等疵点，而且这类疵点有很强的“记忆性”会持久的保存下来，由纤维的湿膨润 性引起的这种性质就称为l y o c e l l 织物的湿刚性。 1 _ 2 2 6 染色性“” l y o c e l l 纤维有很好的染色性，可以用纤维素纤维染色用的所有染料，但由于其 结晶度及取向度高，因而其染色速度慢，染料在纤维内部的渗透及扩散性差，易造 成表面染色及色差等不良后果。 1 2 2 7 原纤化 纤维的原纤化是指湿态下纤维与纤维或者纤维与金属的物体发生湿摩擦时，纤 维沿纤维主体剥离成为直径更小的原纤以及进而纰裂成为更加细小的微原纤的过 青岛大学硕士学位论文 程。纤维原纤化后的示意图如图1 2 “。 一l ， l2 ，- 司 譬 乡 一 - _ 收 图1 2 原纤化后纤维示意图 原纤化是l y o c e l l 纤维最重要的性质。l y o c e l l 纤维普通型是所有纤维素纤维中 最易原纤化的纤维，也是原纤化程度最高的纤维。几种纤维素纤维原纤化时的微原 纤数及等级见表1 4 所示。 表l 4 几种纤维素纤维的原纤化程度 纤维类型微原纤数 原纤化等级 粘胶纤维 11 棉纤维 42 富强纤维l o3 l e n s z i n gl y o c e l l 纤维 4 54 c o u r t a u l d sl y o c e ll 纤维6 05 原纤化意味着原纤维沿着各自纤维的纤维表面发生分裂，这是由纤维在水中溶 胀且受到机械力的作用引起的。尽管原纤化成为一个问题，但是原纤化有可能获得 特殊效果，如柔软的触感、砂洗效果和细微短绒感，也可以用来增加吸收能力“。 对于染整工作者来说，l y o c e l l 织物的原纤化具有双重效应一方面通过控制染色 和整理过程中的机械作用并利用生物酶的作用，可以生产出不同手感和美感的织物， 如桃皮绒织物，极大地扩大了l y o c e l l 织物的市场定位范围。另一方面，它给织物的 生产和使用带来诸多不便，使织物在染色、整理加工时会产生褶皱、擦伤和刮伤等。 在使用过程中会产生起毛、起球及色光变化脚3 。 1 0 第一章概论 1 2 3l y o c e ii 纤维织物的特性 由于l y o c e l l 纤维有许多优良的性能，因此其织物相应的也有很多优良的特性。 1 2 3 1l y o c e l l 织物的优良特性“”1 1 l y o c e l l 纤维的高强度使它适于制造超细纤维，织造轻薄织物和厚重织物， ，制得的超薄织物的外观效果、手感、悬垂性和加工性能良好，厚重织物厚重 而不臃肿。 2 l y o c e l l 纤维的高湿模量赋予t l y o c e l l 纤维织物的缩水率很低的特点。如 t e n c e l 纱线的沸水收缩率只有0 0 4 。 3 l y o c e l l 纤维圆形截面和纵向良好的外观使l y o c e l l 纤维织物具有丝绸般的 光泽、良好的手感和悬垂性。 4 l y o c e l l 织物的水洗尺寸稳定，反复水洗外观、手感几乎没有变化，不易起 毛起球“”。 1 2 3 2l y o c e ll 织物原纤化性能 1 l y o c e l l 织物最突出的特性还是原纤化现象。利用这种原纤化现象可以达到下列 效果”： ( 1 ) 可以最大限度地发挥出桃皮绒风格的触感； ( 2 ) 通过对原纤化进行巧妙的控制，可以获得天然卷曲形成高蓬松感； ( 3 ) 可以表现出高回弹性和良好的悬垂感； ( 4 ) 可以获得适度的防皱性和优良的尺寸稳定性； ( 5 ) 因其具有优良的染色性，故可以得到较高的发色性。 2 原纤化现象在工业生产中的不利方面“”： ( 1 ) 初级原纤化产生的原纤多为长短不一的较长的绒毛，若不除去，不仅影响 外观，严重时还会缠结成球，加工时会产生摩擦痕，不易消除，给后加工带来一定 的难度； ( 2 ) 原纤化可以导致染色不匀，形成色斑，严重影响织物外观； ( 3 ) 原纤化不足，在服用过程中可能会引起再次原纤化，严重影响服用性能。 1 3 本课题研究的目的和意义 如上介绍，l y o c e l l 纤维及其织物有许多优良的特性，其中易于原纤化是这种 纤维的重要特点之一。它一方面为开发特殊织物效果( 如桃皮绒织物、n 洁n n ) 扩大市场提供了潜力，另一方面又限制了一定产品的应用( 如仿真丝织物等) ，并且 给加工工艺带来了许多困难。要想充分发挥原纤化特点的优势就要求能够合理有效 青岛大学硕士学位论文 的控制原纤化程度。建立合理的原纤化程度的评价方法已经成为l y o c e l l 工艺开发 中的重点工作之一，也是当务之急。迄今为止，国内外对l y o c e l l 纤维原纤化程度 的评定还没有统一的标准。本课题的目的就是通过研究确定l y o c e l l 纤维原纤化的 产生条件和方法及程度的评价体系。评价体系包括原纤化程度的测试方法及表征。 l y o c e l l 纤维及其织物是顺应了可持续发展的绿色消费的需求而研究开发的产 物，是自然与科技和谐结合的最佳作品。在以后的若干年中，l y o c e l l 织物在整个 纺织品中所占的份额，将以难以想象的速度递增。不同工艺得到的l y o c e l l 纤维样 品由于结构性能的差异，原纤化能力也就有很大差别。这就给生产者和科学研究者 造成了定的麻烦。原纤化的方法及评价体系的确定对科学研究和工业生产都有很 重要的意义。 第二章l y o e e l l 纤维及其织物的原纤化机理 第二章l y o c ei j 纤维及其织物原纤化的机理 2 1l y o c e ii 纤维巨原纤间的作用力 l y o c e l l 纤维的原纤化倾向是由于下述因素引起的：异乎寻常的高结晶度、从 n m m o 中纺出的纤维素丝的高溶胀能力和巨原纤之间以及巨原纤中微原纤间微弱 的键合力。l y o c e l l 纤维具有较高的结晶度和取向度，而且具有明显的原纤结构， 更为突出的是其取向结晶排列( 沿纤维轴向) 非常高。这使l y o c e l l 纤维在湿状态 下会产生易于原纤化的趋势”“。 2 1 1 无定形区作用力 l y o c e l l 纤维的无定形区主要集中在皮层。伸缩弹性很好的皮层对巨原纤束的“捆 扎”作用对于纤维的稳定存在起了很大的作用。巨原纤柬之间的无定形区与巨原纤 间是靠微弱的氢键联结。由于无定形区有较多的缝隙和孔洞，这些空洞的存在进一 步削弱了巨原纤之间的联结。一旦皮层和无定形区被破坏，“捆扎”力和联结力消失， 纤维就难以稳定存在。 2 1 2 巨原纤束间的作用力 巨原纤之问是由从巨原纤中伸出的纤维素大分子以及可能存在的少量基原纤构 成的无定形区组成的。许多无定形区大分子或基原纤两端进入不同的巨原纤结晶区 把它们联结起来。这是巨原纤之间主要的联系方式，也是比较脆弱的。 2 2 l y o c e li 纤维原纤化的机理 2 2 1 l y o c e ii 纤维原纤化的条件 原纤化与纤维的结构特征有关。不同类型的纤维素纤维的原纤化程度有所差异， 但l y o c e l l 纤维的原纤化程度在纤维素纤维中是最高的。l y o c e l l 纤维只有具备以下 全部或者大部分因素，才有可能发生原纤化现象“。 1 处在润湿状态或者湿态条件下： 2 。截面方向的极度膨胀( 如碱处理时) ，减少了原纤或大分子之间的纵向结合力： 纵向结晶相当大( 纵向结晶排列高达9 0 ) ： 3 有机械作用力施加于纤维本身； 4 合适的温度、p i 值以及溶液的浴比等因素。 原纤化的严重程度依据当时的外部处理因素而定，如碱处理的浓度、温度、机 青岛大学硕士学位论文 械力施加的大小等条件。但是，以下两个条件是l y o c e l l 纤维产生原纤化必不可少的： ( 1 ) 湿膨胀状态。干态下的l y o c e l l 纤维在外力作用下呈现较强的塑性而不会产生 原纤化。 ( 2 ) 机械外力的作用，特别是机械压力及摩擦力。 2 2 2l y o c e ii 纤维原纤化的机理 简单的说，l y o c e l l 纤维原纤化的机理是：l y o c e l l 纤维在纺丝过程中纤维素原 有的晶体结构未遭到破坏，纺丝后形成含原纤明显的超分子结构，有较高的结晶度 和取向度，而巨原纤问的横向结合力较弱。在润湿状态下，非晶态或无定形的纤维 吸收了相当于自身重量几倍的水而膨胀，纤维多孔部分的溶胀拆散了连接结晶单元 的氢键，减弱了纤维巨原纤之间的结合力，而机械作用加速了纤维巨原纤之间的剥 离，容易在纤维表面形成原纤。 具体阐述其原纤化机理为：原纤化只发生在l y o c e l l 纤维被充分浸润之后，这是 因为干态下的l y o c e l l 纤维内部缺乏强大的内应力。皮层与芯层之间、芯层巨原纤与 巨原纤之间没有强烈的相互分离的趋势，所以在外部应力的作用下表现出塑性变形。 但被水浸润后无定形区会发生膨胀，大分子间距离增大，巨原纤问的作用力减弱。 l y o c e l l 纤维在干态和膨胀状态下的结构见图2 1 、图2 2 。 猢粼 图2 1 芯层干态结构 图2 2 芯层膨胀状态结构 以在n a o h 溶液中膨胀为例，由于纤维素大分子上富含饱和和未饱和的亲水性 基团一o h ，在结晶区也有大量的未饱和的一o h ，这些极性基团可以