再生竹纤维的微结构和性能研究

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再生竹纤维是我国近年来发展的资源广泛、具有应用前景的新型纤维。再生竹纤维是以竹材为原料,用化学方法制成竹浆加工制成的纺织纤维。再生竹纤维与传统的粘胶纤维在结构性能上有相似之处,但也有其独自特点。   本文系统研究了再生竹纤维的微结构和分子结构,研究了再生竹纤维物理机械性能、染色性能与工艺以及舒适性能等方面内容,探讨了再生竹纤维性能和结构之间的关系,并将再生竹纤维结构性能与棉和粘胶纤维做了对比。对再生竹纤维结构性能进行系统和较全面的研究,为再生竹纤维生产工艺进一步优化、再生竹纤维产品设计和质量提高提供理论依据。   本文利用红外光谱仪、X-射线仪、扫描电镜等测试仪器,研究了再生竹纤维的红外谱图、分子量、聚合度、形态结构和超分子结构。研究结果表明,再生竹纤维的红外谱图与粘胶纤维的红外谱图相类似,粘胶纤维和再生竹纤维的光谱图指纹区中存在峰位一致、峰面积接近的特征峰,证实了再生竹纤维具有纤维素纤维的典型特征。再生竹纤维具有与普通粘胶纤维类似的形态结构,横截面为锯齿状圆形或椭圆形,截面中有空腔,具有皮芯结构。纵向表面光滑,但存在深浅不等的沟槽。利用X-射线衍射方法研究了再生竹纤维的结晶度,采用双折射法测试了再生竹纤维的取向度。再生竹纤维属纤维素Ⅱ晶型,其晶体结构是折叠链结构,分子间结合力弱,结晶度比棉纤维和粘胶纤维低,较低的结晶度决定了纤维的强度较低,但延伸度较高。无定形区含量多,增加了纤维对染料和水分子的可及度。由于上述再生竹纤维表面形态结构和内部微结构的特点,决定了再生竹纤维吸湿性能和染色性能优良。   本文研究了再生竹纤维的力学性能,测试了再生竹纤维的强力、伸长、模量及弹性回复等指标。再生竹纤维的强力较低,但伸长率较高,强力和伸长率的变异系数较大。再生竹纤维的屈服应力和屈服应变都较低,弹性恢复性能较差,因此再生竹纤维织物的抗折皱性能较低。在再生竹纤维吸湿性能研究中,进行了纤维吸湿和放湿过程的测试,建立了再生竹纤维的吸湿放湿经验回归方程,吸放湿理论值与实测值的相关性良好。测试了再生竹纤维织物的摩擦性能、热性能及舒适性能。   染色色彩鲜艳是再生竹纤维制品的一个重要特点,本文首次系统地研究了再生竹纤维的染色理论问题与染色工艺,以直接菊黄G染料为基础,研究了再生竹纤维的染色热力学,得到再生竹纤维的吸附等温线,并与粘胶纤维和棉纤维作了对比。再生竹纤维对染料的吸附符合弗莱因德利胥经验方程式。首次测得了再生竹纤维的有效吸附体积,测试结果与理论上对再生竹纤维有效吸附体积的计算梧符。在研究了再生竹纤维、粘胶纤维和棉纤维有效吸附体积的基础上,计算了它们的染色亲和力、染色热和染色熵。结果表明,用直接菊黄G在同一温度下染色,再生竹纤维的染色热、染色熵和染色亲和力都要比棉和粘胶纤维高,这与再生竹纤维染色的实际情况相一致。   本文研究了再生竹纤维、粘胶纤维和棉纤维的染色动力学,包括染色速率曲线、扩散系数、半染时间和染色速率常数等。研究结果表明,再生竹纤维的上染性能比棉和粘胶纤维好。研究了再生竹纤维及织物的活性染料和直接染料染色工艺,包括染色速率曲线和上染百分率。大多数活性染料均适用于再生竹纤维织物的染色,同样的染色条件,活性染料在再生竹纤维上的上染速率比棉和粘胶纤维快,上染百分率和粘胶纤维相仿,但比棉纤维高。   再生竹纤维的摩擦系数相对其它纤维低,表明再生竹纤维制品手感柔滑,但纤维在纺纱时的抱和力较差。利用DSC测试了再生竹纤维受热后的吸放热曲线,并与粘胶纤维作了对比。再生竹纤维与粘胶纤维都具有较高的裂解温度,它们的热稳定性能都较好,再生竹纤维的导热。能力比棉纤维小。再生竹纤维的透湿性和透气性好于棉和粘胶织物。利用灰色聚类分析理论研究了再生竹纤维的舒适性能,认为在温度较高环境中再生竹纤维织物具有优于棉纤维织物的舒适性能,而在温度较低的环境下再生竹纤维织物的舒适性能比棉织物要差,说明再生竹纤维织物适于制作夏季服装。   研究结果表明,再生竹纤维属纤维素纤维,其结晶度、取向度较低,无定型区较大,强力较低,伸长率较大。再生竹纤维具有良好的吸湿放湿性能和染色性能,是一种比较理想的服装用纤维材料。在上述研究再生竹纤维结构和性能的基础上,与诸多厂家合作,开发了系列再生竹纤维纺织品,包括纯再生竹纤维、竹/棉混纺、竹/粘胶混纺、竹/羊绒混纺等针织物、机织物。将理论研究成果应用于生产实践中,对再生竹纤维混纺的纤维种类、类型及混纺比例的选择以及再生竹.纤维及其混纺织物的产品设计、纺纱工艺,织造工艺,染色工艺的制定起指导作用。研究开发的系列再生竹纤维纺织品,产品风格独特,投放市场后深受消费者欢迎,产生了较大的社会经济效益。本研究内容以“健康舒适型再生竹纤维纺织品的开发”项目在青岛市科技局立项,作为青岛市科技攻关项目,已于2005年1月通过省级鉴定。   在本文研究的基础上,我们将与再生竹纤维生产厂家加强合作,进一步研究再生竹纤维成形工艺的优化,提高再生竹纤维的质量,开发高强、高性能再生竹纤维品种,扩大再生竹纤维纺织品市场,使之产生更大的社会经济效益。
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