1、不同细度超细羊毛纤维的性能测试与结构分析 董春燕 朱明辉 张鹏飞 程浩南 江西服装学院 中国纺织科学研究院中纺标检验认证有限公司 陕西出入境检验检疫局 摘 要： 取 6 组不同细度的超细羊毛纤维作为实验材料, 对其进行拉伸和弯曲压缩性能测试, 结合扫描电子显微镜照片和 X-射线衍射图进行分析, 探究纤维细度对拉伸性能、弯曲压缩性能和大分子结构的影响。结果显示:随着超细羊毛纤维细度的不断增大, 纤维的断裂强度呈现逐渐减小的趋势, 但断裂伸长率、抗弯刚度和结晶度整体呈现增大的趋势。等效弯曲模量由于不受纤维直径的影响, 其数值没有发生明显的变化。电镜照片显示随着纤维细度的增大, 纤维表面的鳞片度变大
2、, 鳞片翘角变小、纤维直径和鳞片间距的比值变小。关键词： 超细羊毛; 拉伸性能; 弯曲压缩性能; 细度; 作者简介：董春燕, 硕士, 讲师, 主要研究方向为服装材料应用及纺织服装教育。作者简介：程浩南, E-mail:。收稿日期：2017-01-04Performance test and structure analysis of superfine wool fibers with different finenessDONG Chunyan ZHU Minghui ZHANG Pengfei CHENG Haonan Jiangxi Institute of Fashion Techno
3、logy; Chinatesta Textile Testing Shaanxi Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau; Abstract： The microstructures of ultrafine wool fibers were investigated by scanning electron microscopy ( SEM) and X-ray diffraction ( XRD) , and the microstructures of ultrafine wool fibers were investigated by m
4、eans of tensile and bending compressive tests. And structural effects. The results showed that the fracture strength decreased with the increase of the fineness of the ultrafine wool fibers, but the elongation at break the flexural rigidity and crystallinity of the fibers showed a decreasing trend.T
5、he equivalent flexural modulus was not affected by the diameter of the fiber, and its value did not change significantly. Electron microscopic photographs showed that the degree of scale increased with the increase of fiber fineness, and the ratio of the diameter of fiber to the scale was smaller.Ke
6、yword： superfine wool; tensile properties; bending compression; fineness; Received： 2017-01-04超细羊毛面料因轻薄滑爽, 契合羊毛面料向轻薄化发展的趋势, 越来越受到消费者的青睐1-3。为了满足超细羊毛产品的市场需求, 提高产品质量, 超细羊毛性能及结构的研究逐渐成为热点4-5。服用纤维作为面料织造过程中最重要的组成部分, 其细度在一定程度上决定了面料质量和使用价值, 尤其是羊毛纤维的细度, 直接影响羊毛的品质和用途6-7。此外, 超细羊毛纤维的细度直接影响可纺纱线的细度, 在服装面料加工成型和使用过程
7、中起着至关重要的作用8-9。本文选取细度不同的 6 组天然超细羊毛纤维, 对其进行部分性能测试与结构分析, 研究不同细度条件下其性能及结构的变化, 为超细羊毛纤维的应用与研究提供理论参考。1 实验1.1 原料采用平均细度分别为 14.5、15.5、16.5、17.5、18.5、19.5m 的 6 组天然超细羊毛纤维, 每组取出 30 根。1.2 实验方法1.2.1 拉伸性能测试目的:测试不同细度条件下纤维的断裂强力、断裂强度和断裂伸长等指标。仪器:YG (B) 001 A 型电子单纤维强力机 (温州际高检测仪器有限公司) 。条件:参照 GB/T 143372008化学纤维短纤维拉伸性能实验方法
8、测试。1.2.2 弯曲压缩性能测试目的:测试不同细度条件下纤维的峰值力、等效弯曲模量和抗弯刚度等指标。仪器:JWQ03C 单纤维压缩弯曲仪 (上海中晨数字技术设备有限公司) 。条件:温度 20, 相对湿度 65%。1.2.3 SEM 测试目的:测试不同细度条件下纤维的电镜照片。仪器:KYKY-2800B 型扫描电子显微镜 (北京中科科仪技术发展有限公司) 。条件:温度 20, 相对湿度 65%, 扫描电压 20 k V, 放大 1 000 倍。1.2.4 X-射线衍射测试目的:绘制不同细度条件下纤维的 X-射线衍射曲线。仪器:SHIMADZM-7000 型 X 衍射仪 (日本岛津公司) 。条件
9、:采用 Cu-K 射线, 扫描速度 8 deg/min, 预定时间设置为 0.15 s, 管电压和管电流分别为 40 k V 和 40 m A, 2 范围 270。2 结果与分析2.1 拉伸性能通过对每组纤维试样的断裂强力、断裂伸长、断裂强度和断裂伸长率等测试结果求平均值, 得到超细羊毛纤维拉伸性能测试结果, 见表 1。由表 1 可知:在 14.519.5m 细度范围内, 随着超细羊毛细度的不断增加, 纤维的断裂强度整体呈现逐渐减小的趋势, 其中细度为 14.5m 超细羊毛纤维的强度最大, 平均强度为 1.32 c N/dtex;随着超细羊毛细度的增加, 纤维的断裂伸长率整体呈现逐渐增大的趋势
10、, 其中细度为 19.5m 超细羊毛纤维的强度伸长最大为 49.28%。这是因为超细羊毛的拉伸性能与纤维本身的皮质层分布有直接的联系, 羊毛纤维中的皮质细胞包含正皮质细胞和偏皮质细胞, 且这 2 种细胞所表现出的性状不同。羊毛纤维越细, 其皮质细胞中的正皮质细胞含量越多, 纤维大分子的结晶度和取向度较高, 硫元素含量较少, 羊毛纤维的性质较为稳定, 呈现大强度小伸长。反之, 羊毛纤维越粗, 其皮质细胞主要为偏皮质细胞, 导致纤维间质成分较多, 含硫量较高, 且构成它的微原纤排列相对混乱松散, 这种结构赋予了偏皮质细胞较大的可变性, 所以, 在拉伸性能测试过程中表现为小强度大伸长的现象。表 1
11、超细羊毛纤维拉伸性能测试结果 下载原表 2.2 弯曲压缩性能在温度 20, 湿度 65%的条件下, 对 6 组不同细度的超细羊毛纤维进行弯曲压缩性能测试, 获得纤维峰值力、等效弯曲模量和抗弯刚度等指标, 超细羊毛纤维压缩弯曲性能测试结果见表 2。表 2 超细羊毛纤维压缩弯曲性能测试结果 下载原表 由表 2 可得:随着超细羊毛细度的增加, 单纤维峰值力和抗弯刚度整体上随着纤维直径的增加而逐渐增加, 细度为 19.5m 超细羊毛纤维的峰值力和抗弯刚度分别为 0.41 m N 和 1.2210c Ncm, 但是等效弯曲模量随着纤维细度增加并没有呈现明显的变化趋势, 且基本稳定在 2.20 GPa 左
12、右。这是因为等效弯曲模量的大小很大程度上是由纤维自身的分子结构决定的, 基本不受纤维细度的影响, 在数值上等效于纤维的拉伸模量和纯压缩模量沿纤维截面积分的平均值10。抗弯刚度在一定程度上反映的是纤维刚硬或者柔软程度, 由纤维等效弯曲模量 (纤维本质弯曲因素) 和惯性矩 (横截面因素, 受纤维截面形态和直径的影响) 的乘积来表征, 是反映纤维抵抗弯曲变形能力的一个重要指标11。一般情况下, 随着纤维的直径增加, 纤维的惯性矩越大, 在等效弯曲模量基本不变的情况下, 抗弯刚度变大。2.3 扫描电镜分析羊毛纤维由表皮层和皮质层组成, 表皮层是片状角质组织, 又称鳞片层。鳞片层约占纤维质量的 10%,
13、 鳞片层具有保护纤维的作用, 可以通过改变鳞片的排列方向和紧密程度, 对羊毛纤维的吸湿性、缩绒性和亮度进行改变。本文实验采用扫描电子显微镜观察不同细度超细羊毛纤维鳞片层的图像, 不同细度超细羊毛纤维的扫描电子显微镜照片见图 1。图 1 不同细度超细羊毛纤维的扫描电子显微镜照片 (1 000) 下载原图由图 1 可知, 超细羊毛鳞片结构多数呈不规则的环状、斜环状, 排列分布不均匀但清晰整齐, 每个鳞片形成一个套环, 紧贴于毛干周围, 一个鳞片的根部由另一个鳞片的梢部覆盖, 覆盖间距较小, 密度较大, 一般 1 mm 内大约有 95 个鳞片, 而且鳞片翘角小。随着纤维细度的增加, 纤维表面的鳞片度
14、 (单位面积中的鳞片个数) 变大, 鳞片翘角变小, 纤维直径和鳞片间距的比值变小。2.4 X-射线衍射测试分析超细羊毛的结晶度与纤维的结构、化学组成和生长特性等密切相关, 直接影响着超细羊毛的细度、强度和初始模量等参数, 纤维结晶区的大小和所占纤维的比例, 直接影响纤维的性能和加工工艺的控制。不同细度超细羊毛纤维的 X-射线衍射图见图 2。图 2 不同细度超细羊毛纤维的 X-射线衍射图 下载原图由图 2 可以看出, 不同细度羊毛纤维的特征峰位置十分相近。但随着羊毛细度的增加, 羊毛纤维的特征峰强度逐渐增加, 从而使得纤维的结晶度整体也呈现逐渐增大的趋势。3 结论本文通过对不同细度超细羊毛的拉伸
15、和弯曲压缩性能进行测试, 并对不同细度条件下的扫描电子显微镜照片和 X-射线衍射图进行分析, 得到以下结论:(1) 在超细羊毛拉伸性能测试的过程中, 由于受羊毛纤维皮质层分布的影响, 纤维的断裂强度随着细度的增大整体呈现逐渐减小的趋势, 但断裂伸长率却随着细度的增大而逐渐增大。(2) 在超细羊毛弯曲压缩性能测试的过程中, 等效弯曲模量由于不受纤维直径的影响。抗弯刚度在惯性矩影响下随着纤维细度的增大而逐渐变大。(3) 随着超细羊毛细度的增加, 电镜照片显示纤维表面的鳞片度变大, 鳞片翘角变小, 纤维直径和鳞片间距的比值变小。X 射线衍射曲线显示纤维的结晶度逐渐上升。参考文献1李涛, 陈美玉.国产
16、超细羊毛织物风格的研究J.西安工程大学学报, 2011, 25 (1) :10-12. 2马印, 狄友波, 曲娴.改性超细羊毛功能整理对其服用性能的影响J.毛纺科技, 2010, 38 (12) :5-9. 3朱明辉, 杨建忠.超细羊毛和羊绒的弯曲压缩性能对比研究J.毛纺科技, 2016, 44 (3) :15-18. 4胡雪玉, 李龙, 郑秋生.轻薄型毛织物生产J.毛纺科技, 2010, 38 (1) :53-57. 5姚穆.细毛绵羊及超细羊毛发展的现状与前瞻:中国羊业进展:第三届中国羊业发展大会论文集C.北京:中国畜牧业协会:2006. 6朱明辉, 杨建忠.超细羊毛和羊绒的弯曲压缩性能对比
17、研究J.毛纺科技, 2016, 44 (3) :15-18. 7高瑞东, 杨建忠, 李发洲.变异山羊绒纤维集合体的压缩性能J.毛纺科技, 2011, 39 (2) :39-41. 8岑丽丽, 杨建忠, 李发洲.变异山羊绒压缩弯曲性能研究J.毛纺科技, 2013, 41 (1) :54-58. 9田晓姗, 孙润军.不同细度超细羊毛的力学性能研究J.毛纺科技, 2013, 41 (6) :62-64. 10刘宇清, 于伟东, 陈鲁铁.纤维弯曲性能测量J.中国纤检, 2006 (4) :22-31. 11朱明辉, 杨建忠, 郭昌盛, 等.超细羊毛的弯曲压缩性能研究J.毛纺科技, 2016, 44 (2) :1-4.
