涼感聚乙烯長絲的性能研究

謝 婷 錢 娟 張佩華

東華大學 紡織學院(中國)

涼感纖維具有較高的導熱系數，能夠快速將人體皮膚的熱量擴散到環境中，給人以冰涼舒適的觸感，在夏季紡織品中廣泛應用。目前市場上的涼感纖維主要為涼感聚酯纖維和涼感錦綸纖維，一般通過在紡絲過程中添加涼感礦物質因子如云母、貝殼粉等高導熱系數的礦物質顆粒實現涼感功能。涼感顆粒的添加會對纖維的力學性能以及織造性能產生影響，其添加量有限，因而接觸涼感效應也受到一定限制。涼感聚乙烯長絲因具有較高的結晶度和軸向取向度，利于熱量沿纖維軸向快速傳遞[1]，屬于本征型導熱纖維。相較于普通紡織材料，其具有更高的紅外透過率，使得人體能夠通過涼感聚乙烯織物更快地向周圍環境傳遞熱量[2-3]。涼感聚乙烯長絲已在夏季床墊、窗簾、涼席等家紡領域應用，但目前對于涼感聚乙烯長絲的性能研究及其在服用領域的產品開發較少。

本文測試了涼感聚乙烯長絲的表觀形態、拉伸性能、摩擦性能、吸濕性能，以及加捻長絲的潤濕性，并和普通聚酯長絲、涼感聚酯長絲進行對比分析。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

線密度分別為8.33 tex/24 f(75 D/24 f)和11.1 tex/48 f(100 D/48 f)的兩種涼感聚乙烯全拉伸絲，來源于凱泰特種纖維科技有限公司。線密度均為8.33 tex/24 f(75 D/24 f)的普通聚酯和涼感聚酯拉伸變形絲，由泉州海天材料科技股份有限公司提供，其中涼感滌綸長絲添加了5%質量分數的云母母粒。

試驗中的加捻涼感聚乙烯長絲均采用東華大學研制的DHU-N01型捻線試樣機，分別對兩種線密度長絲進行100 捻/m，150 捻/m，200 捻/m的加捻，制備成共6種不同的加捻長絲試樣。

1.2 試驗方法

1.2.1 表觀形貌

采用TM3000型臺式掃描電子顯微鏡(SEM)對涼感聚乙烯長絲和涼感滌綸長絲縱向表面進行觀測。

1.2.2 摩擦性能

隨機選取4種長絲試樣中的單纖維，采用XCF-1A型纖維摩擦系數測試儀進行測試，根據單纖線密度，張力夾負荷為100×10-3cN，摩擦輥轉速為30 r/min，測試指標為靜摩擦系數和動摩擦系數。

1.2.3 拉伸性能

參照GB-T 14344—2008《化學纖維 長絲拉伸性能試驗方法》標準，采用YG061—1500型電子單紗強力儀，測試長絲的斷裂強力和斷裂伸長率。

1.2.4 吸濕性能

參照GB/T 9995—1997《紡織材料 含水和回潮 烘箱干燥法》標準，采用Y802N型八籃恒溫烘箱測試。將涼感聚乙烯長絲、普通滌綸長絲和涼感聚乙烯長絲進行預調濕并測試烘前質量，由于涼感聚乙烯長絲不耐高溫，烘燥溫度設置為75 ℃，烘燥時間為2 h，測試長絲烘燥后的質量，回潮率R按公式(1)計算：

(1)

式中：R——試樣回潮率，%；

m0——試樣烘前質量，g；

m1——試樣烘后質量，g。

1.2.5 潤濕性能

運用氣泡捕捉測試法，將長絲制成45 mm×6 mm排列均勻緊密的平整試樣層，粘在玻璃片中間，測試面朝上，采用OCA15EC型接觸角測量儀進行測試，測試指標為接觸角。

參考FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細效應試驗方法》標準，取30 mm長度的長絲試樣，其中一端用夾子固定在毛細效應試驗裝置上，垂直懸掛，下端裝上質量為3 g的張力夾使試樣保持垂直浸入液體中，分別讀取1、5、10、20和30 min時標尺上的數值，記錄為試樣不同時間的芯吸高度。

2 試驗結果與分析

2.1 表觀形貌

圖1是涼感聚乙烯長絲和涼感聚酯長絲的SEM圖。可看出，涼感聚乙烯長絲相較于涼感聚酯長絲更順直，涼感聚酯長絲縱向轉曲更多，其絲束更蓬松。涼感聚乙烯長絲的縱向表面布滿溝槽和裂紋，利于水分傳導，表面較粗糙；而涼感聚酯長絲縱向表面較光滑，可見涼感母粒。

圖1 涼感聚乙烯和涼感聚酯長絲的縱向形態SEM圖

2.2 摩擦性能

4種纖維的靜、動摩擦系數的測試結果如表1所示。

表1 纖維摩擦系數

由表1可以看出，纖維線密度相同的情況下，涼感聚乙烯纖維的靜、動摩擦因數均小于普通聚酯纖維和涼感聚酯纖維，這是由于涼感聚乙烯纖維比縱向轉曲的滌綸纖維更加順直。兩種線密度的涼感聚乙烯纖維的動、靜摩擦系數差異較小，而涼感聚酯纖維的動、靜摩擦系數均明顯大于普通聚酯纖維，說明涼感母粒的添加增加了其與摩擦輥之間的作用力，對纖維的摩擦性能產生了影響。

2.3 拉伸性能

4種長絲試樣的拉伸力學性能如表2所示。

表2 長絲的拉伸性能

從表2可以看出，涼感聚乙烯長絲的斷裂強度小于聚酯長絲，斷裂伸長率遠大于聚酯長絲且遠大于100%，說明涼感聚乙烯長絲斷裂強度較低，伸長率大。其中11.1 tex/48 f涼感聚乙烯長絲斷裂強度大于8.33 tex/24 f涼感聚乙烯長絲，這是因為前者總線密度大，且單纖數量多，纖維的比表面積大，使得纖維間的摩擦抱合力更大，因此能夠承受更大的軸向拉力。涼感聚酯長絲的斷裂強力和斷裂強度小于普通聚酯長絲，斷裂伸長率大于普通聚酯長絲，說明涼感母粒的添加對聚酯長絲的拉伸力學性能產生了一定影響。

2.4 吸濕性能

4種長絲的回潮率測試結果如表3所示。

表3 長絲回潮率

聚乙烯的基本結構是聚乙烯分子，聚酯的基本組成為聚對苯二甲酸乙二醇酯，除了端醇羥基外無其他極性基團，兩者均缺乏親水性基團，吸濕性較差，因此回潮率均較低。在75 ℃烘燥條件下，兩種細度的涼感聚乙烯長絲回潮率未顯示出差異，均高于普通聚酯長絲，低于涼感聚酯長絲，這與玉石母粒的水合作用[5]有關。

2.5 加捻對吸濕性能的影響

長絲的吸濕性可通過接觸角和芯吸高度來綜合評判，親水性是產生芯吸效應的必要條件，可以通過測量長絲的接觸角進行評判。圖2是經過加捻的涼感聚乙烯長絲的接觸角隨捻度變化的曲線圖。

圖2 涼感聚乙烯長絲接觸角隨捻度變化曲線圖

由圖2可知，涼感聚乙烯長絲經100 捻/m，150 捻/m，200 捻/m捻度加捻后，接觸角先減小后增大，其中150捻/m的加捻長絲接觸角最小。結合纖維集合體的接觸角θ計算公式[4]進行分析：

cosθ=fAcosθA-fB

(2)

式中：θ——纖維集合體的接觸角，(°)；

fA——纖維的面積分數；

θA——纖維的接觸角，(°)；

fB——孔隙的面積分數。

可看出當0°<θ<90°，fA和θA相同的情況下，適當增加長絲捻度可降低孔隙率，從而提高潤濕性，當捻度過大時會造成毛細管過小或堵塞的情況，此時fA減小，cosθ減小，接觸角增大。11.1 tex/48 f涼感聚乙烯長絲比8.33 tex/24 f規格長絲的接觸角小，分析原因是由于11.1 tex/48 f長絲的單纖數量多，溝槽和裂紋更多，粗糙度較大，因此長絲的比表面積較大，接觸角小。

圖3a)為不同捻度的8.33 tex/24 f涼感聚乙烯加捻長絲芯吸高度隨時間的變化曲線，圖3b)為不同捻度的11.1 tex/48 f涼感聚乙烯加捻長絲芯吸高度隨時間的變化曲線。

圖3 加捻涼感聚乙烯長絲芯吸高度-捻度曲線圖

由圖3可看出，涼感聚乙烯長絲的芯吸高度隨著捻度的增加，先上升后下降，150 捻/m的加捻長絲芯吸高度最大。這是由于長絲經加捻后，內部的毛細管有效直徑減小，毛細管壓力增大，芯吸高度上升。隨著捻度的繼續增加，毛細管直徑進一步減小，捻幅增加使水分上升相同高度所需經過的毛細管路徑相應增加，長絲內部的單纖內外轉移加劇，長絲內部水分傳輸通道的不連續性增加，造成芯吸高度下降。11.1 tex/48f加捻長絲芯吸高度低于對應捻度的8.33 tex/24f長絲，這是因為長絲中毛細管雖然數量更多，但是長絲中的單纖排列更加復雜，使得毛細管不連續性增加，造成芯吸高度下降。

3 結論

通過測試對比分析涼感聚乙烯長絲和普通聚酯長絲、涼感聚酯長絲的力學性能得出，涼感聚乙烯長絲的拉伸斷裂強度最低，斷裂伸長率最大，單纖維摩擦系數最小；涼感聚酯長絲相較于普通聚酯長絲，拉伸斷裂強度較低，斷裂伸長率較大，摩擦系數較大，涼感云母母粒的添加對其綜合性能產生了一定的影響。

通過測試對比分析涼感聚乙烯長絲和普通聚酯長絲、涼感聚酯長絲的吸濕性能得出，涼感聚酯長絲的吸濕性最佳，涼感聚乙烯長絲次之，普通聚酯長絲最差。通過加捻可增強涼感聚乙烯長絲的吸濕性，長絲的接觸角和芯吸高度隨著捻度的增加先上升后下降，可適當控制長絲的捻度使其具有最佳的吸濕性。