再生蛋白粘膠纖維的蠕變性能分析

孔繁榮, 陳莉娜，楊明霞

(1.河南工程學院，河南 鄭州 450007； 2.河南省服用紡織品工程技術研究中心，河南 鄭州 450007；3.紡織新產品開發河南省工程實驗室，河南 鄭州 450000)

再生蛋白粘膠纖維的蠕變性能分析

孔繁榮1,2,3, 陳莉娜1,2,3，楊明霞1,2,3

(1.河南工程學院，河南 鄭州 450007； 2.河南省服用紡織品工程技術研究中心，河南 鄭州 450007；3.紡織新產品開發河南省工程實驗室，河南 鄭州 450000)

文章對比分析了普通粘膠纖維、再生蛋白粘膠纖維、空調粘膠纖維和麻賽爾纖維的蠕變性能，得出和普通粘膠纖維相比，無論是蛋白的加入還是微膠囊的加入都使得纖維在一定負荷時更容易發生蠕變。采用Boltzmann、Power和Polynomial三種模型對纖維的蠕變性能進行擬合，得出Power模型在擬合蠕變性能時的相關系數最高。

再生蛋白粘膠纖維；蠕變；模型

1 前言

再生蛋白粘膠纖維是將羊毛的毛料溶解，經提純和改性之后再與木漿、竹漿或棉漿溶液共混，經濕法紡絲而制得的一種新型蛋白質纖維。與普通粘膠纖維相比，再生蛋白粘膠纖維中引入的蛋白質成分并沒有使粘膠組分的基本結構發生改變，蛋白質成分只是分布于纖維的無定形區，而不是在蛋白粘膠纖維的表面[1]。李明華在角蛋白質與粘膠纖維素接枝共聚物成纖及其性能的研究中，對粘膠與羊毛角蛋白接枝進行研究，結果表明，羊毛角蛋白質和粘膠纖維素在加入引發劑時可以發生反應，還研究了蛋白溶液和粘膠原液共混體系的流變性能[2]；王淑花、戴晉明在羊毛蛋白改性粘膠纖維的性能中，研究了羊毛蛋白改性粘膠纖維的表面結構、形貌和力學性能，結果表明，羊毛蛋白顆粒在粘膠纖維表面形成了包覆層，在不改變纖維微細結構的前提下，提高了粘膠纖維的濕強度[3]；李高雯和李文斌在羊毛粉體/粘膠共混纖維的染色性能研究中，利用活性染料對共混纖維進行染色，分析共混纖維的上染速率，以及pH值、溫度、羊毛粉體含量和純堿用量對共混纖維上染百分率的影響，由此得出最佳工藝參數[4]；李高雯在羊毛粉體/粘膠共混纖維的結構與染色性能研究中，對其結構和染色性能進行研究，并將其染色性能和結構與其他蛋白質粘膠共混纖維以及粘膠纖維的染色性能和結構進行對比[5]。

隨著這種新型的蛋白質纖維制品越來越多地出現在大眾的視野之中，問題也就接踵而至。在紡織加工和使用過程中，會出現如織布機長期停車紗線下垂，卷裝或半制品儲存太久會松爛等問題，這些都與纖維的蠕變和應力松弛有一定的關系。因此，對復合蛋白纖維粘彈性的研究是非常有必要的。纖維的粘彈性表現為蠕變和應力松弛，二者發生的本質是相同的，基于此，文中選用了纖維的蠕變作為對象，用普通粘膠、空調粘膠和麻賽爾纖維作為對比進行蠕變性能的分析，并找出適合再生蛋白粘膠纖維蠕變性能的力學模型，并結合實驗數據進行曲線擬合。

2 再生蛋白粘膠纖維的蠕變性能測試與分析

2.1 實驗儀器與材料

實驗儀器采用上海新纖儀器有限公司生產的XQ-2型纖維強伸度儀。

實驗材料為普通粘膠纖維、再生蛋白粘膠纖維、空調粘膠纖維和麻賽爾纖維，規格是1.78 dtex，38 mm。

實驗中夾持距離為20 mm，每種纖維每組做5根，取平均值進行對比分析。

2.2 實驗結果與分析

2.2.1 不同纖維材料的蠕變性能對比

圖1為纖維在負荷值為1.6cN(四種纖維最小斷裂強力的50%)條件下各纖維的伸長率-時間曲線。實驗中拉伸速度設置為20mm/min來比較不同材料纖維的蠕變性能。

圖1 四種纖維在負荷值為1.6 cN 條件下的伸長率-時間曲線

由圖1可知，起初四種纖維的伸長率相接近，但隨著時間的延長，四條曲線之間的距離由小變大，且都隨著時間的延長伸長率逐漸增大。再生蛋白粘膠纖維與麻賽爾纖維的伸長率曲線幾乎重合，說明這兩種纖維的抗蠕變性能接近，而空調粘膠纖維的伸長率最大，說明空調粘膠纖維的抗蠕變性能最差，這可能與空調粘膠纖維中微膠囊的加入有關。再生蛋白粘膠纖維的抗蠕變性能不及普通粘膠纖維，可能是蛋白的加入使纖維材料的柔性增加，大分子鏈較容易發生滑移錯位，所以較容易發生蠕變。

2.2.2 對復合蛋白粘膠纖維蠕變曲線的擬合

纖維材料的粘彈性行為以及長期使用性能常常采用粘彈性模型來進行定型的概括以及預測。通過對實驗數據進行分析得出，該實驗較適合采用Boltzmann模型、Power模型和Polynomial模型。采用Origin8.0軟件，計算出擬合曲線中的模型參數，并將擬合出來的函數曲線繪制出來，與實際測得的實驗數據進行對比。

(1) Boltzmann模型擬合

Boltzmann模型的表達式如公式1所示：

(1)

四種纖維在1.6cN(四種纖維最小斷裂強力的25%)、拉伸速度為20mm/min時的Boltzmann模型擬合曲線如圖2所示，表1為不同纖維的Boltzmann模型擬合參數和擬合相關系數。

(2)Power模型擬合

Power模型的表達式如公式2所示。

(2)

四種纖維在1.6cN(四種纖維最小斷裂強力的25%)、拉伸速度為20mm/min時的Power模型擬合曲線如圖3所示，表2為不同纖維的Power模型擬合參數及擬合相關系數。

圖2 不同纖維的Boltzmann模型擬合曲線 表1 不同纖維的Boltzmann模型 擬合參數和擬合相關系數

試樣A1A2擬合相關系數普通粘膠纖維-875.433531.953130.98241再生蛋白粘膠纖維-1188.225132.088280.97260空調粘膠纖維-975.517942.652780.98428麻賽爾纖維-887.375772.282160.98107

圖3 不同纖維的Power模型擬合曲線

(3)Polynomial模型擬合

Polynomial模型的表達式如公式3所示

y=A+B×x+C×x2+D×x3

(3)

四種纖維在1.6cN(四種纖維最小斷裂強力的25%)、拉伸速度為20mm/min時的Polynomial模型擬合曲線如圖4所示，表3為不同纖維的Polynomial模型擬合參數及擬合相關系數。

表2 不同纖維的Power模型擬合參數及擬合相關系數

表3 不同纖維的Polynomial模型擬合參數及擬合相關系數

圖4 不同纖維的Polynomial模型擬合曲線

綜上所述，Boltzmann模型、Power模型和Polynomial模型均能很好地對普通粘膠纖維、再生蛋白粘膠纖維、空調粘膠纖維和麻賽爾纖維進行蠕變曲線的擬合，擬合相關系數均在0.97以上。對再生蛋白粘膠纖維而言，Power模型的擬合相關系數達到0.99以上，更接近于1。

3 結論

綜上所述，再生蛋白粘膠纖維的抗蠕變性能優于空調纖維和麻賽爾纖維，但沒有普通粘膠纖維好。Boltzmann模型、Power模型和Polynomial模型均能很好地對普通粘膠纖維、再生蛋白粘膠纖維、空調粘膠纖維和麻賽爾纖維進行蠕變曲線的擬合，擬合相關系數均在0.97以上。對再生蛋白粘膠纖維而言，Power模型的擬合相關系數達到0.99以上，更接近于1。

隨著人們生活水平的提高和環保意識的增強，綠色產品越來越多地為人們所接受，再生蛋白粘膠纖維是利用不可紡蛋白質纖維或廢棄的蛋白質材料，與其它聚合物混合制成的新型纖維。這種新型蛋白質纖維，一方面將廢棄的羊毛及其它動物毛發加以回收利用，節約了資源，提高了廢棄毛發的價值；另一方面可以改善纖維的性能，使之更加符合現代人們對織物的使用需求。

[1] Alexander P, Huson RF, Fox M. The Reaction of Oxdizing Agents with Wool[J]. The Biochemical Journal, 1950, 46(1): 27—32.

[2] 李明華.角蛋白質與粘膠纖維素接枝共聚物成纖及其性能的研究[D].山東：青島大學，2007：1—5.

[3] 姜巖，隋淑英，姜麗.大豆蛋白/粘膠共混纖維及其性能[J].紡織學報，2006，27(2)：71—73.

[4] 李高雯，李文斌.羊毛粉體/粘膠共混纖維的染色性能研究[J].毛紡科技，2013，41(7)：7—10.

[5] 李高雯.羊毛粉體/粘膠共混纖維的結構與染色性能研究[D].湖北：武漢紡織大學，2013：1—5.

Creep Properties of Regenerated Protein Viscose Fiber

KongFanrong1,2,3,ChenLina1,2,3，YangMingxia1,2,3

(1. Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 450007, China;2.Henan Clothing Textiles Engineering Research Center, Zhengzhou 450007，China;3. Henan Engineering Laboratory of New Textiles Development, Zhengzhou 450000，China)

Creep properties were compared with the ordinary viscose fiber, regenerated protein viscose fiber, air conditioning viscose fiber and Jutecell fiber, and it was concluded that compared with ordinary viscose fiber, both proteins and micro capsule added into the viscose made creep occurred more easily. Three models of Boltzmann, Power and Polynomial were used to fit the creep properties of the fibers, and the correlation coefficient of Power model in fitting creep properties was obtained.

regenerated protein viscose fiber; creep;model

2016-03-16

孔繁榮(1980—)，女，河南新鄉人，講師。

鄭州市2013年度科技發展計劃(131PPTGG414-3), 2014年河南省科技發展計劃(142102210404)。

TS102.51+2

A

1009-3028(2016)02-0001-03