（纺织材料与纺织品设计专业论文）吸湿排汗类异形纤维横截面特征研究与吸湿排汗性能评估.pdf

东华大学硕士学位论文 摘要 吸湿排汗类异形纤维横截面特征研究与吸湿排汗性能评估 摘要 吸湿排汗面料是未来功能性面料消费市场的趋势之一，用异形截面聚酯纤维来做 吸湿排汗面料是最直接、最有效的方法。 本课题研究了吸湿排汗类异形截面聚酯纤维，对该类纤维的横截面特征参数进行 了研究，并对该类纤维织物的吸湿排汗性能进行了评估。 研究异形截面聚酯纤维的横截面特征，用包埋切片法获取纤维横截面图片。采用 树腊对纤维进行包埋，避免了传统火棉胶法对纤维的太大的挤压，后道切片也不需较 高的切片熟练程度。用手摇切片机切片，可得到厚度适中的、可在显微镜下清楚观察 的切片。通过反复试验，获得纤维切片，然后用显微镜成像系统拍摄纤维的横截面照 片。对包埋切片方法进行了深入的研究，对比了包埋切片法所获得的图片与火棉胶法 图片的效果。获得了接近真实的、适合图像处理的异形纤维横截面图片。包埋切片法 可对纱线做包埋，能保持纱线中纤维的排列不变，纤维问的空隙基本不变。本课题对 纱线切片也作了尝试，获得了较接近真实的纱线横截面图。 吸湿排汗类异形纤维的横截面，有其独特的特征，本课题根据获得的纤维横截面 图以及前人对纤维横截面和吸湿理论的研究，提出了吸湿排汗类异形纤维的横截面特 征参数，并说明了在纱线横截面中，各纤维横截面参数对纱线芯吸参数的影响。实测 了吸湿排汗类异形纤维的横截面特征参数，分析了该类纤维的特点，比较了不同横截 面纤维的横截面特征参数测量值。 在纱线横截面图的基础上，从理论上分析了不同横截面纤维形成纱线的毛细效应 参数，比较了不同横截面纤维形成纱线后对毛细效应的影响。 异形截面聚酯纤维的吸湿排汗效果最终通过织物的吸湿排汗性能来体现，所以本 课题依据液态水的传递原理，分析比较了织物吸湿排汗性能测试的方法标准，并分析 了一种最新制定的表征纺织品中液态水动态传递的方法，该方法动态测试了织物上下 两个表面的含水量，较为综合、全面地反映了织物的吸湿排汗效果。 依据新的液态水动态传递性能测定方法，对市场上的2 6 种由异形纤维制成的吸 湿排汗面料性能进行了评估，用聚类分析方法把吸湿排汗面料分为5 类，各类中织物 东华大学硕士学位论文摘要 的吸湿排汗性能差异较明显。实验表明7 3 的面料被分至吸湿排汗效果良好及以上的 类别中，异形截面纤维有着很好的吸湿排汗效果。比较了不同横截面异形纤维的吸湿 排汗效果，并与纤维横截面的研究结果进行了对比。 关键词：吸湿排汗，异形纤维，横截面特征，评价，测试 2 东华大学硕士学位论文 摘要 t h ec i 姐乙c t e r i s t i co fs h a p e df i b e r sa n d e 、後l u a t i o no ft h e i rm o i s t u r ema n a g e m 匣n t p r o p e r t i e s a b s t r a c t f a b r i c sw i t he x c e l l e n tm o i s t u r em a n a g e m e n tp r o p e r t i e sc a nb ef o u n do n t h em a r k e ta n dw i d e l yu s e df o rs p o r t s w e a r m o s to ft h e s ef a b r i c sa r em a d eb y s h a p e dc r o s ss e c t i o nf i b e r s i nt h i s t h e s i s ，t h ec r o s s s e c t i o n s o fs h a p e df i b e r sw i t hm o i s t u r e m a n a g e m e n tp r o p e r t i e sw e r es t u d i e da n dt h ef a b r i cm o i s t u r em a n a g e m e n t p r o p e r t i e so f t h e s ef i b e r sw e r ea l s oe v a l u a t e d i no r d e rt os t u d yt h ef i b e rc r o s s s e c t i o n ，r e s i ne m b e d d i n gm e t h o dw a s u s e d w i t hr o t a r ym i c r o t o m e ，t h ep r o p e rt h i c k n e s ss e c t i o nc a nb eo b t a i n e d ，a n d f i b e r si ns u c hs e c t i o nc a l lb eo b s e r v e db yl i g h tm i c r o c o p yc l e a r l y c o m p a r e d w i t hh a n dm i c r o t o m em e t h o d ，t h i sm e t h o dc a l la v o i dt h ep r e s s u r et ot h ef i b e r d u r i n gs a m p l ep r e p a r a t i o n t h es l i c i n gp r o c e d u r ei se a s i e ra n dt h ei m a g e sw i t h t h i sm e t h o da r ec l e a r e r w i t hr e s i ne m b e d d i n gm e t h o d ，f i v ek i n d so fs h a p e d f i b e rc r o s s s e c t i o nw e r eo b t a i n e d r e s i ne m b e d d i n gm e t h o di sa l s os u i t a b l ef o r t h ey a r nc r o s ss e c t i o nm a k i n g ，w h i c hm a k e st h ef i b e ra s s i g n m e n ti nt h ei m a g e o f t h ey a mc r o s ss e c t i o no r i g i n a l b a s e do nt h ei m a g e so ft h ef i b e rc r o s s s e c t i o nw eo b t a i n e da n dt h et h e o r y 东华大学硕士学位论文 摘要 o ft h ey a r nw i c k i n g , c h a r a c t e r i s t i c so ft h ef i b e rc r o s ss e c t i o nw e r ei n t r o d u c e d a n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e s ec h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e i ri n f l u e n c eo nt h e y a r nw i c k i n g w a sa l s o a n a l y z e d t h ec h a r a c t e r i s t i c o ff o u rk i n d so f c r o s s - s e c t i o ns h a p e df i b e rw e r em e a s u r e d t h er e s u l t so f d i f f e r e n tc r o s ss e c t i o n f i b e rw e r ea n a l y z e d w i t ho n ey a mc r o s ss e c t i o na n df o u rf i b e rc r o s ss e c t i o n s ，t h ep a r a m e t e r s o fy a mw i c k i n gw e r ec a l c u l a t e d t h er e s u l t so fd i f f e r e n tc r o s ss e c t i o nf i b e r w e r ea n a l y z e di nt h e o r y t h ee n du s eo ft h e s es h a p 甜f i b e r si st om a k ef a b r i c so fm o i s t u r e m a n a g e m e n tp r o p e r t i e s ，s ot h em o i s t u r em a n a g e m e n tp r o p e r t i e so ft h ef a b r i c w e r ea l s os t u d i e d t h es t a n d a r d sc o n c e r n e dt oe v a l u a t et h ef a b r i c sm o i s t u r e m a n a g e m e n tp r o p e r t i e sa r ec o m p a r e da n da n a l y z e da n dan e ws t a n d a r di s i n t r o d u c e d u s i n gt h i sn e ws t a n d a r d ，t w e n t y - s i xc o m m e r c i a lm o i s t u r em a n a g e m e n t f a b r i c s ，w h i c hm a d eo fs h a p e df i b e r , w e r et e s t e da n de v a l u a t e d b a s e do nt h e c l u s t e ra n a l y s i s ，t h ef a b r i c sw e r es o r t e di nf i v eg r a d e s i tw a sf o u n dt h a tm o r e t h a n7 3 o fa 1 1f a b r i c sw e r ei ng o o do ra b o v eg o o dm o i s t u r em a n a g e m e n t f a b r i cg r a d e t h em o i s t u r em a n a g e m e n t p r o p e r t yo ff a b r i c sc o n f i n e dd i f f e r e n t c r o s s s e c t i o nf i b e rw a sa l s oc o m p a r e d t h er e s u l to ft h i se v a l u a t i o ni s c o r r e l a t e dt ot h ec a l c u l a t i n gp a r a m e t e ro f t h ey a r nw i c k i n g s u p e r v i s e db yd r w ux i o n g - y i n ga n dp r o f s h a n y u a nw a n g k e yw o r d s ：m o i s t u r em a n a g e m e n tp r o p e r t i e s ，s h a p e df i b e nc r o s ss e c t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，m o i s t u r em a n a g e m e n te v a l u a t i o n ，t e s t 4 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负 责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：住氧 日期：2 0 0 6 年1 月4 日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名：住整、 日期：2 0 0 6 年1 月4 日 指导教师签名： 日期：) 矿年，相，珀 2 东华大学硕士学位论文第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 异形纤维横截面特征研究概况 纤维的横截面形状影响着纱线和织物的性能【1 】，利用不同的喷丝板横截面形状和 尺寸可以纺制出不同横截面形状的异形纤维 2 - 4 。 喷丝板孔道横截面和相应的纤维横截面示意图见图1 - 1 1 5 1 ，圆形纤维与十字形纤 维立体图见图1 - 2 【6 】。 图卜1 非圆形喷丝板孔道横截面和相应的纤维横截面示意图 ( a ) ( b ) 图卜2 圆形纤维、十字形纤维截面立体固( a ) 圆形纤维立体图，( b ) 十字形纤维立体图 1 i 1 异形纤维横截面特征研究 要研究异形纤维截面特征，首先必颏做纤维横截面切片，得到纤维的横截面照片。 然后对纤维的横截面特征做分析。 ( 1 ) 异形纤维截面切片方法与观察方法 对于纤维横截面特征的研究，主要是采用切片的方法，切片是研究纤维横截面特 征的前提。根据切片工具、试样制作的不同，有6 种切片方法【7 - 1 0 】：铜板或不锈钢切 东华大学硕士学位论文 第1 章绪论 片法，软木塞切片法，哈氏切片机法，赛璐路板切片法树脂包埋手摇切片机法和石 蜡包埋手摇切片机法。 ( 1 ) 铜板切片法。铜板切片法是一种最简单的纤维、纱线切片制作方法，制作快 速，可以对纤维、纱线的横截面进行一般的观察，切片相对较厚。铜板大小和普通的 载玻片相同，厚0 5 m m ，中间有直径o 5 m m 的小孔，用羊毛纤维包覆一根纱线通过 锦纶丝牵引穿过铜板小孔，使它正好塞满小孔，用手轻轻牵引时不致发生滑移，同时 要注意不能使纤维、纱线过分受到挤压产生形变，从而影响实验效果。然后用锋利的 单面刀片将铜板两面突出部分的纤维切除，这样就可以直接在放大5 0 5 0 0 倍的显微 镜下对铜板小孔中被羊毛纤维包覆的纱线进行观察，手工描绘或通过计算机图像采集 系统得到纤维、纱线的截面图片。包覆的羊毛纤维最好采用白色透明性较强的，这样 可以使纱线的横截面轮廓比较清楚。如果观察比较灰暗或经染色的纤维、纱线，可以 加上少许2 溴萘，提高纱线与羊毛纤维的反差。由于切片比较厚，实验效果较差，这 一方法现已很少使用。 ( 2 ) 软木塞切片法。软木塞切片法也是最简单的一种纤维、纱线切片制作方法。 具体做法是先将带有锦纶丝线的缝纫机针穿过软木塞中央，然后退出缝纫机针而使锦 纶丝线留在软木塞内，这样使锦纶丝线的两头位于软木塞的一边而在另一边形成线 圈。将平行伸直的纱线放进线圈。然后拖引锦纶丝两端使纱线穿过软木塞。用锋利的 单面刀片切取厚度约为0 5 m m 的软木塞片，用甘油将软木塞薄片粘贴在盖玻片上， 这样就可以利用小而强的光从下向上照射纤维、纱线而进行在显微镜下观察。这种方 法制作快速，和铜板切片法一样，也只是用于对纤维、纱线横截面进行一般的观察， 切片相对较厚，目前也很少使用。 ( 3 ) 赛璐路板切片法 此切片技术在切片时，选用厚0 5 m m 的赛璐路板，用针尖在板上扎一个小孔， 然后使纱线穿过，如图i - 2 所示。再用刀片将纱线切下制作切片。此法也仅局限于对 纤维截面的一般观察。 - 掣脒 2 东华大学硕士学位论文第l 章绪论 图i - 2 赛璐珞切片不意图 ( 4 ) 哈氏切片法 哈氏切片法是利用y1 7 2 型纤维切片器( 亦称为哈氏切片器) 将纤维或纱线切成薄 片的方法。 切片的操作程序详见文献【1 0 】。 哈氏切片法可以切出厚度为l o 3 0 m m 的纤维切片，能够适应各种纱线实验研究 工作的需要，但不能获得更薄的切片，切片质量同操作者的熟练程度有相当大的关系 并且由于纤维在切片之前和切片过程中受到较大的挤压容易变形，使实验结果受到影 响，但是这种方法简便快捷易学易用，所以被广泛使用。张鸣等“1 用哈氏切片法和 显微摄影仪，对麻、棉复合纱和麻、棉混纺纱的截面作了研究，通过对麻纤维的转移 指标的计算和对纱线截面纤维分布的分析，提供了麻纤维在其中的径向分布规律。查 正红掣1 2 】也是应用哈氏切片法和显微摄影仪采用汉密尔顿转移指数，分析了喷气纱、 环锭纱截面内纤维的径向分布规律，于伟东等【n 1 采用哈氏切片法和计算机图像采集和 处理技术分析了不同混纺比的毛涤混纺纱的毛型感，探讨了毛、涤混纺比与汉密尔顿 转移指数、表面纤维混纺百分率及毛纤维有效覆盖率的关系，分析了不同混纺比的毛 涤混纺纱截面5 等份圆环中的实际混纺比和填充紧密度。于伟东1 卅研究麻涤混纺纱 时，也采用了羊毛包裹纱线用哈氏切片器迸行切片。 哈氏切片法存在的主要问题：纤维在切片之前和切片过程中，受到较大的挤压， 纤维容易变形，使实验结果受到影响。 ( 5 ) 石蜡包埋手摇切片机法 石蜡包埋手摇切片机法切片实验程序： ( 1 ) 取3 - 5 根纱线，将纱线拉整理平直，先放人8 0 乙醇中浸润2m i n ，再放入9 0 的 乙醇中浸润2r a i n ，接着再放入无水乙醇中用同样方法处理后再放入乙醚乙醇混合液 中。 ( 2 ) 放入3 5 火棉胶液处理，取出晾干，得到较为硬挺的棒状试样。 ( 3 ) 把棒状试样放入蜡模中，往蜡模中倒入即将凝固的石蜡溶液，冷却凝固石蜡块，试 样包埋在石蜡中。 ( 2 ) 用手摇切片机切取适当厚度的连续的带纤维的蜡片。 a 将蜡块夹在标本固定架上，转动蜡块固定螺丝，将蜡块夹紧与切片刀平行，调节到 蜡块与刀口靠近。 b 将回转式切片机的调节器校正至需要切的厚度，一般纤维切片6 1 0 i - lm 最为适宜， 3 查兰查堂堡主堂垡堡奎笙! 童丝笙 但纤维切片在1 0t ai n 左右仍能清晰观察形状。 c 顺时针摇动旁边手轮，使木块上下移动，切成带状的连续切片，用镊子或毛笔轻轻 取下切片放在载玻片上备用。 而对纱线切片要做好准备工作，主要是纱线的包埋工作。通常采用石蜡包埋，或 者采用动物骨胶包埋、火棉胶石蜡双重包埋。采用动物骨胶包埋、火棉胶石蜡双重包 埋，切片的最小厚度约为8 u m ，并且从脱水、包埋、修块、切片、封片的整套操作繁 复，成片率低。另外还要寻找锋利的刀片或自己制作玻璃刀片。在切片的过程中要十 分地仔细、沉着和有耐心，尽量减少切片过程中纤维或纱线所受到的挤压，同时力争 获得更多的连续切片。 手摇切片机法是利用较锋利的固定刀片，通过蓝柄滑块的往复运动得到较薄的连 续切片，切片厚度的调节范围为l 1 0 0a m 。 ( 6 ) 树脂包埋手摇切片机法 国外有学者用树脂包埋方法对棉纤维进行了包埋切片，b e r l i n 1 5 】测定棉纤维的横 截面面积时，为了保持纤维形状不变，运用了极性低粘介质( u l t r a - l o w - v i s c o s i t y ) 包 埋纤维。b o y l s t o n t l 司介绍了一种树脂包埋棉纤维的技术。他俩的包埋技术对搞纤维截 面图的制作取得了较好的效果。国内施楣梧【1 7 1 等以普通生物切片机为基本设备，选用 玻璃刀和适当的包埋剂，对纱线、织物等纺织材料的连续切片进行了研究。 从以上的介绍可知，铜板或不锈钢切片法，软木塞切片法，哈氏切片机法。这些 方法均有明显的缺点和局限性，用于纤维和纱线截面切片，纤维或纱线均受到严重挤 压，所获得的纤维、纱线截面与非挤压状态下的截面形状差异甚大。且操作难度较大， 对切片人员有一定的技术要求。 石蜡包埋轮转式和树脂包埋轮转式方法可用于纤维、纱线和织物切片，所获得的 切片，纤维挤压较小，纱线的截面形状变化不大。 但石蜡切片还受石蜡硬度与纤维材料的硬度问差异制约，树脂包埋切片法是获得 挤压变形较小的纤维截面切片和纱线截面切片的方法。 切片的观察方法有显微镜观察记录法和显微镜摄影法1 9 1 。 i 、显微镜观察记录法 利用显微镜可观察并分析纤维截面特征。此法是按纤维或纤维在纱中的截面形 状，观察并记录纤维的分布。此法常用来做棉麻混纺纱混纺成份识别。该方法费时、 费眼力且容易出错。 2 、显微镜摄影法 4 东华大学硕士学位论文 第1 章绪论 该方法采用专用的显微镜摄影装置。实验者须先调好显微镜，使图像不仅能在显 微镜中观察清晰，而且在照相机中也能清晰成像，并可拍摄图像。该方法所得到的图 像较为清晰，光线的强弱，拍摄的快慢，截面中的杂质等会影响图像的清晰度。 ( 2 ) 异形纤维截面特征研究 许多学者研究了异形纤维截面的表征，表征化纤异形度已有的指标：径向异形度、 截面异形度和特征异形度等 1 s l 。 王府梅( 1 9 1 汇总研究了一百多种异形纤维截面，归纳并制订了纤维异形度的四个指 标：凸叶高度，椭圆度，截面折曲角，空隙率。希望运用这些指标把异形纤维的性能 和截面特征联系起来。 伴随着图像处理技术的发展，图像处理技术也运用到了纤维截面分析上【2 0 】。 b x u 2 1 】用几何算子和傅立叶算子对纺织纤维的特征进行了研究。沈瑞庆 2 2 1 用数字图象 方法测量了纺织纤维截面积。对化纤异形度的自动测量方法，吴兆平和余序芬 2 3 - 2 6 进 行了大量研究。他们研究了三叶形纤维异形度自动测量的方法，v 字形纤维的特征异 形度夹角e ，还提出了理想三角形模型及其相应异形度指标值。于伟东 2 7 1 等研究了 三角形、三叶形、五叶形、v 字形涤纶短纤，哑铃形涤纶短纤，中空涤纶短纤纤维异 形度的快速测量方法。于伟东脚1 还对三叶形涤纶长丝，哑铃形涤纶短纤和v 字形涤纶 长丝异形度的自动测量做了研究。 此外，韩春艳【2 卿研究了四孔中空纤维中空度测试方法，陈葭玲d o 采用半定量测试 方法测量了三叶异形丝异形度，王君泽研究纤维截面异形度的计算机辅助测量，姚 重高1 3 2 】研究了利用数字化仪与计算机联机测试化学纤维异形度。异形度的测量还可通 过问接的方法【埘。 以上学者的工作为异形度的研究奠定了基础，但受切片方法的局限，纤维截面形 状的挤压很难避免。本课题运用树脂包埋切片方法获得纤维截面图，减少截面制样对 截面形状的影响，研究异形纤维的截面特征。 ( 3 ) 截面对性能的影响探讨 纤维的材料与形状特征影响纤维的性能，纤维及纤维在纱线中的排列影响纱线的 性能，纱线及纱线在织物中的排列影响织物的性能，因而纤维的形状特征是影响纱线 及织物性能的本质。m a b u e n o 6 】研究了纤维截面形状对织物表面性能的影响，p v a l s t o n 和s m h a n s e n 3 4 1 研究不同截面形状异形涤纶与棉混纺的纺纱工艺特点， k y u n g w o o 3 5 , 3 6 】分析了纤维截面形状对扭矩的影响，胡盼盼【3 7 1 等尝试过评价不同喷丝 板纺得的异形纤维的吸湿排汗效果，而喷丝孔的形状和最终纺得的丝的截面形状还有 5 查竺查堂堡主兰垡笙壅，茎! 里丝丝 一定差异，胡的研究还是有一定的局限性。本课题研究反映纱线芯吸性能的纤维截面 特征参数，探讨不同截面纤维对毛细管参数的影响。 1 1 2 吸湿排汗类异形纤维 用异形截面纤维来达到吸湿排汗效果是目前最直接，最有效的方法。异形截面纤 维用来做吸湿排汗面料，具有天然纤维和化学纤维的许多优点，比亲水后整理更环保， 研究异形纤维导湿性能，使其发挥经济效益和社会效益具有重意义。 吸湿排汗异形纤维主要包括十字形，五角形，四叶形等截面形状的纤维，由于其 良好的服用性能，能够广泛应用于紧身衣裤、衬衣、女式外衣、运动服、西裤、衬里、 装饰制品等领域1 3 s l 。 1 2 异形纤维吸湿排汗原理 1 2 ，1 异形纤维产品中水传递的影响因素 影响纤维吸湿的因素【3 9 】有： ( 1 ) 亲水基团的作用：主要是天然动物纤维和植物纤维( 包括再生纤维) 。 ( 2 ) 直接和间接吸收水分子：亲农基团直接吸收水。 ( 3 ) 结晶区和无定形区：全部或几乎全部的吸湿作用都发生在无定形区。 ( 4 ) 滞后现象：在同一大气中，一个原来干燥的试样往往要比一个原来湿润的试 样具有较多的交键数和较少的吸湿量。 ( 5 ) 有限膨胀：膨胀是由于纤维分子被所吸收的水分子推开而产生的。 ( 6 ) 毛细管水分：湿度较高( 一般r h 9 9 ) 时，纤维问纤维表面的隙缝中的表面 张力，可把液态水保持着。 ( 7 ) 吸湿与膨胀：水分渗到高聚物浓度区，聚合物就膨胀。这种现象一直继续下 去，直至聚合物变形所产生的应力足以制止更多的水分流入时为止。 ( 8 ) 表面吸附：主要讨论外表面的吸附。外表面的吸附对吸湿纤维无足重轻；非 吸湿纤维，纤维的吸湿大部分或全部是由于外表面吸附所造成。物质内部分子受到周 围分子的引力，平均说来，在各方向上相同的，但物质表面上的分子受到内层分子与 外界的引力不同，因此产生了各种表面现象。由于表面分子引力的不平衡，使它比内 部的分子具有更多的能量，称为表面能。固体的表面能不能使固体的表面缩小，但它 东华大学硕士学位论文 第l 章绪论 有吸附其它物质降低表面能的倾向。这就是固体表面的吸附作用。当纤维置于大气中 时，纤维表面( 包括内表面) 就会吸附一定量的水汽和其它分子。纤维表层的化学组 成和物理结构不同。对水汽的吸附能力也不同。 而表面能与表面大小( 包括内表面) 有关，表面积愈大，表面上的分子数愈多， 表面能也愈大。吸附其它物质的倾向也愈大。 对于异形涤纶纤维来说，影响纤维吸湿的主要因素为表面吸附。 单位质量纤维所具有的表面积。称为纤维的比表面积，纤维愈细，纤维内部缝隙 愈多，表面愈呈现微细的凹凸状态，纤维截面异形度愈大，则纤维的比表面积愈大， 吸湿能力愈强。 1 2 2 纱线湿传递研究 对于纤维集合体的湿传递性能，姚穆4 m ，王其h 1 j 对纱线中纤维排列，毛细孔形 状进行过理论研究，也有学者1 3 3 1 用毛细效应来研究纱线、织物传导液态水的能力。 有学者 4 2 - 4 5 分别研究了不同截面异形纤维的导湿性能，并对异形纤维的织物吸湿 排汗效果产生原因提出以下依据： 1 ) 表面积 如前所述，异形纤维与圆形纤维相比较，表面积增加使液态水的传导面积增大， 汽态水的蒸发面积也增大。凡是具有导湿快干功能的纤维一般都具有高的比表面积， 表面有众多的沟槽。表面积在纤维横截面中的反映为纤维的周长。 2 ) 毛细现象的芯吸效应 芯吸性是纱线的重要特性，它与织物吸湿导湿有关，因而与织物的穿着舒适性相 关。因此，芯吸问题属于纺织品舒适性问题的范畴。吸性好的织物穿着时不易产生闷 热感。从本质上来说，芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能。通俗地讲是水分子 沿纤维表面形成的毛细管上升并从另端析出水珠的性能。人们研究纱线的芯吸性 能，其目的是为研究人体皮肤上蒸发的汗液通过织物散发到体外的速度。 异形纤维之间和异形纤维束之间形成的毛细管数量比相同细度的圆形纤维之间 和圆形纤维束之间形成的毛细管数量要增加许多，形成毛细效应时，虽然毛细管当量 半径变小，但总的来说，由于毛细管数量的增加，纤维充实度减小，毛细效应比圆形 纤维明显。截面一般设计为特殊的异形状，利用毛细管原理，使得纤维能够快速的输 水、扩散和挥发，能迅速吸收皮肤表面湿气和汗水，并排放到外层蒸发。 东华大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 2 3 织物湿传递的基本理论及评价方法 服装面料的湿传递主要有两种形式脚】：( 1 ) 以汽态水形式。当人体的水分蒸发时， 水蒸汽通过服装中纤维或纱线的孔隙直接传递出去，或者这些水蒸汽先在服装上凝 结，再散发到空气中。通常这种传递形式是在潜汗状态下发生的。( 2 ) 以液态水形式。 液态水由织物的毛细作用而传递，称为芯吸传递，其过程分吸湿、放湿两部分，可分 别用吸水率与散湿率反映。通常这种传递形式是在显汗状态下发生的。显汗是指当外 界温度等于或超过皮肤温度或者人体进行激烈活动时，人体汗腺分泌汗液。 服装织物的湿传递的过程【4 7 】主要有：( 1 ) 由于服装织物空隙的存在，液态水从织 物空隙中渗出。( 2 ) 织物的吸水性使织物吸收水分，并向周围环境散发。( 3 ) 当汗液 量愈来愈大时，织物以毛细管作用传递液态水。表卜1 为水分通过织物的传递途径与 机理分析。 表i 1 织物的湿传递机理 研究证明，在不同出汗状态下，服装面料湿传递的机理和途径不同，一般情况下， 在潜汗状态时纺织面料的湿传递与湿气的扩散和材料的吸放湿能力有关；在显汗状态 时水分的迁移能力和再次蒸发能力是主要因素【4 射。 本课题着重讨论的是涤纶异形截面纤维类织物中显汗状态下的湿传递，即液态水 的传递。 织物吸湿排汗性能的测试方法主要有拒水性测试方法，吸水性测试方法等。国内 外许多学者或机构在对液态水传递研究的基础上，建立了一系列相应的标准，这些方 法均有其合理性，但它们测试的指标都是单项的，静态的，而用新的s n 标准【4 9 1 中的 方法测试的是液态水动态传递的综合性能。 这部分内容将在第4 章详细介绍。 8 东华大学硕士学位论文 第l 章绪论 1 3 本课题的研究内容和研究方法 1 3 1 研究背景及意义 世界各大权威纺织机构研究表明，吸湿排汗及相关功能性纺织品是未来消费市场 的趋势之一，据预测，该类产品在2 0 0 5 年全球市场的销售额可达5 0 至1 0 0 亿美元， 而异形截面聚酯纤维是做吸湿排汗类面料最直接、最有效的方法【5 0 1 。对异形截面聚酯 纤维及其产品的研究对生产厂商、质检部门以及消费者都具有重大的指导意义。 本课题应用树脂包埋切片技术对异形截面纤维做了研究，研究了吸湿排汗类异形 纤维的横截面特征参数，并对异形截面纱线截面做了探索：依据一种新的测试方法对 异形截面纤维的面料进行了评估，对不同截面纤维的吸湿排汗性能进行了比较，并与 纤维横截面的研究结果进行了对比。 前人对异形纤维截面的研究主要用哈氏切片法切片，获取纤维的横截面图片，本 课题采用树脂包埋纤维，手摇切片机法切片，所获得纤维截面图片更接近纤维真实形 态，并且纤维截面图片的清晰度也有很大的提高。 为了获得纤维截面没有挤压，较接近真实纤维形态的横截面图片，本课题对涤纶 纤维包埋、切片、拍片技术做了研究。本课题所研究的树脂包埋切片技术比传统的哈 氏切片法相比，有纤维挤压变形小，纤维之间空隙变化小，图片清晰等优点。该技术 作为一项纺织材料试验的实验技术，可在纺织材料试验中广泛采用。包埋切片技术可 用于原料和产品检验方面，根据纤维截面的形态特征结合物理、化学性质，对原料和 产品进行鉴别和质量分析。包埋切片技术用于科研方面，通过切片拍照可分析研究染 料在纤维内的渗透扩散程度、混纺纱中不同纤维分布与转移特征以及纱和织物的几何 形态等。 前人对纤维截面特征的研究主要集中在异形纤维的非圆形程度以及自动测量的实 现，表征异形纤维的截面特征，是异形纤维生产商及异形纤维产品检测部门所密切关 注的问题，如何准确的表征吸湿排汗异形纤维的横截面特征，对于异形纤维的生产控 制、以及检测部门的质量检测都具有重要的意义。本课题从纤维吸湿排汗性能的角度， 研究纤维的横截面特征。 本课题的研究目标为十字形系列纤维，五角形、四管道形、w 形纤维，这些纤维 的主要功能为吸湿排汗产品的原料。表征吸湿排汗异形纤维横截面特征，本课题借鉴 了已有的异形度参数，对原有异形度参数进行了扩展，探讨异形纤维截面特征与毛细 9 东华大学硕士学位论文 第1 章绪论 效应参数的关系，同时总结前人提出的异形纤维截面特征参数来表征研究目标的特 性。本课题还针对十字形，五角形，四管道形纤维，提出了计算机可识别并区分的横 截面特征参数，为计算机自动识别纤维提供了依据。 前人研究表明异形纤维的截面形态影响着纤维的性能，不同截面的异形纤维有不 同的吸湿排汗效果，许多学者认为最直接的就是对毛细管当量半径的影响。但由于受 纤维、纱线切片技术的制约，异形纤维截面特征方面的研究成果还比较少，这方面的 研究对纤维生产，以及纱线导湿理论具有重要意义。本课题研究采用树脂包埋切片法， 对纱线做了切片，对纱线的截面毛细孔隙特征进行了探索。 异形截面聚酯纤维的吸湿排汗效果最终通过织物的吸湿排汗性能来体现。消费者 希望运动服在激烈运动时能及时吸汗、排汗，而对于商场中一件运动服，用肉眼很难 辨别面料的吸湿排汗性能；各大纺织纤维生产商用不同的加工方法生产出了不同截面 ( 十字形，五角形，四管道形) 的异形纤维，来满足面料吸湿排汗的要求，生产商也 希望能有一项综合的指标来反映面料的吸湿排汗性能。可见，全面客观地评价纺织品 的吸湿排汗性能，对指导厂家进行产品生产、开发，消费者明白消费，具有重要意义。 所以本课题依据液态水的传递原理，分析比较了织物吸湿排汗性能测试的方法标准， 并分析了一种最新制定的表征纺织品中液态水动态传递的方法，该方法动态测试了织 物上下两个表面的含水量，可较为综合、全面地反映了织物的吸湿排汗效果。 本课题用这个新的测试方法，对市场上各种异形纤维吸湿排汗面料进行了评估。 比较了不同横截面异形纤维的吸湿排汗效果，并与纤维横截面的研究结果进行了对 比。这样的一种评价体系，对扩大异形纤维的用途，让市场和企业认识到异形纤维的 特殊用途是非常有社会和经济意义的。 1 3 2 研究内容 本课题用树脂包埋切片法对异形纤维、纱线进行切片，获取到比哈氏切片法更清 晰，更接近纤维真实形态的纤维截面图片。研究异形纤维的横截面特征参数。对液态 水在纺织品中传递的测试方法进行了研究，并运用m o i s t u r em a n a g e m e n tt e s t e r ( “液态 水的动态传递”或“液态水管理”测试仪，简称m m t ) 方法，对异形纤维织物吸湿排汗性 能进行评估。 1 收集了市场上2 6 种具有吸湿排汗功能的异形纤维织物。 2 通过对包埋方法和切片方法的反复试验，获取了异形纤维纱线的横截面图。 3 观察并总结吸湿排汗类异形纤维的横截面特征，论证并测量与吸湿排汗性能直接 1 0 东华大学硕士学位论文 第1 章绪论 相关的纤维截面特征参数。 4 应用毛细管理论模型，探讨纱线中纤维横截面特征参数，对纱线截面中的孔隙的 影响，探讨影响纤维比表面积的纤维横截面特征参数。 5 比较现有标准中液态水传递的测试方法。 6 应用一种较全面新的测试方法对2 6 种异形纤维织物进行评估。 1 3 3 研究方法 1 从市场上收集各种截面形状的吸湿排汗异形纱线及织物，汇总不同截面形状的异 形纤维。 2 用树脂包埋纤维，用轮转式切片机切片，获取对纤维截面无挤压的切片。 3 由奥林巴斯b x 5 1 显微镜及图像处理系统，获取异形纤维纱线横截面。 4 用咖t 测试异形纤维吸湿排汗面料的吸湿排汗指标 参考文献 o w a d a , c o n t r o lo f f i b e rf o r ma n dy a r na n df a b r i cs 佃】c t l l j t e x t 1 n s t ，1 9 9 2 ，8 3o ) ，3 2 2 3 4 7 k g r e e n w o o d ，m s e ，et i ，el n s t p ，m o d i f i e ds e c t i o ns y n t h e t i cf i b e r s ，t e x t i l er e c o r d e r , 1 9 6 0 ， n o v e m b e r , 6 2 6 3 1 1 3 李明伟，王成扬，中间相沥青熔纺异形纤维的工艺研究0 ) a p 问相沥青的性质与异形喷丝板的 设计，合成纤维工业，1 9 9 7 ，2 0 ( 5 ) ，1 3 1 5 李明伟，王成扬，中间相沥青熔纺异形纤维的工艺研究0 1 3 纺丝工艺及纤维形态，合成纤维工 业，1 9 9 8 ，2 1 ( 1 ) ，2 0 - 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