1、干热对蚕蛹蛋白粘胶纤维丝线强力的影响千热对蚕蛹蛋白粘胶纤维丝线强力的影响田鲁平闵洁东华大学化工学院蛹蛋白粘胶长丝是近年开发的新型蛋白复合纤维.它是采用化学方法提取纺丝用蛋白质,再在一定条件下将其与粘胶纺丝原液共混.经湿法纺丝加工而制得.纤维素形成纤维骨架部分.蛋白质集于表面,二者形成分子间的稳定结合,构成了纤维特定的皮芯结构.该纤维具备了粘胶丝和蚕丝的优点和特性.外层的蛹蛋白含有大量适合人体皮肤吸收的多种氨基酸,其保健作用十分明显.由于性能优良,该产品的开发,符合现代人回归自然,崇尚天然的环保意识,是丝绸行业采用新原料开发具有环保,健康型新产品的又一个选择.以蛹蛋白粘胶长丝为原料开发丝绸新产品
2、,需对该纤维的性能有一个基本了解.纤维丝线的断裂强力直接影响纤维以后的织造,染色,整理,服用等性能.干热条件是影响纤维强力的一个重要因素.本文专门研究了蚕蛹蛋白粘胶纤维的干,湿断裂强力以及干热对其断裂强力的影响,并与粘胶纤维做了比较.警孽馨嚣莘毫擎 i 茸 f 譬强|豫| 毫臻曩鬻黉薯毫叠薯 l 薏誊萎奠|臻.5r 毫|尊 i.-甚蠢避._ll. 一 l_0,i|l1I固体的强度或称为极限强度,是材料抵抗破坏所能承受的最大外力.从宏观上看,它是不可逆的,也是不可回复的.样品在破坏时断裂为数个部分.从微观角度看,是某一类或几类键发生大规模的破坏.因此强度(若用单位面积上的断裂应力计算)必然与单位
3、面积上的键数量和键的本质相关,它决定于键的类型.对纤维而言,最重要的键型包括:分子间作用力即范德华力,氢键,共价键.其强度大小依次为:范德华力氢键共价键2】.决定材料的强度的主要因素有两类:其一是材料的结构;其二是测试条件或使用条件.从结构角度考虑,提高纤维分子间作用力,引入交联键和增加分子链的刚性均有利于提高材料的强度.分子链化学成分决定以后.分子量及其分布对强度有较大的影响.一般来说.分子量越大,强度越高.结晶和取向状况是材料极其重要的结构参数.近来大量研究试验证明.决定纤维强度最主要的基本结构因素是纤维中非晶区的取向系数.另外.纤维中存在许多裂隙,空洞,气泡以及缺陷,杂质等弱点,这必将引
4、起应力集中,致使纤14期维强度下降.从测试条件方面考虑:温度,湿度,拉伸速率 ,试样长度等均对测试结果有影响.t,.-.毫 Ll 一一一._|ll 一|越2 拣,与|_0l.2.1 试验材料蚕蛹蛋白粘胶纤维纱线(125D/25f)粘胶纤维纱线(120D/2f)2.2 试验仪器H5KS 织物强力测试仪(Hounsfield.SDL.Co)2.3 试验方法在 H5KS 织物强力测试仪上,将试样拉断,拉伸长度为15cm(Lo),在拉伸速度为 100mm/s,读出纤维断裂时的力(F).测 30 次,求出绝对强力的均值,然后根据公式算出纤维的断裂强力.断裂强度=绝对强力 (F)/纤维的纤度2.4 断裂强
5、力的测试方法试验温度为 20士 2,相对湿度 65%3%,拉伸速度lOOmm/s.式样长度为 15cmt2.5 断裂强力测定的数据处理方法各种纤维材料断裂强力测定的数据.都是将 20 次测定值求其平均值和方差后,将置信度设为 98%.求出其置信区间.将超出置信区间的测定数据舍弃,而将落在置信区间内的测定数据求出平均值5】.2.6 试验内容2.6.1 蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维的干,湿断裂强力.湿处理条件为:室温.蒸馏水中浸 60min.2.6.2 经过热处理后蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维的干断裂强力热处理条件为:温度(60C,IO0C,120C,160C,200X,220C,240C),在每个温
6、度下分别处理时间(10min,20min,30rain,40min,50min,60min),每种纤维每个温度下有6 个样品.每种纤维共有 6x7=42 个样品.0 一|一一 10 珐毒|毒 0lll|叠 .i|.E斌栎?|_j|l 毫_一,_3.1 蚕蛹蛋白粘胶纤维和粘胶纤维的干,湿断裂强力总第表 1 粘胶纤维与蚕蛹蛋白纤维的干湿断裂强力项目干强(N/tex)湿强(N/rex)蚕蛹蛋白 0-33150.2112粘胶 0.35340.2474(1)蚕蛹蛋白纤维和粘胶纤维一样.都是纤维的干强远远大于湿强.蚕蛹蛋白粘胶纤维的湿强比干强下降 36.3%,粘胶纤维的湿强比干强下降 30.0%,我们知道
7、粘胶纤维由于其自身大分子的聚合度较低,结晶度低,取向度也不高的原因导致其干断裂机理是大分子链之间的相对滑移,湿强比干强小的原因是由于水分子进入纤维的大分子空隙中,增大了分子之间的距离,使大分子间的吸引力减弱,更有利于大分子之间的相对滑移.而蚕蛹蛋白纤维只是粘胶与蛋白质共混的产物.粘胶纤维含量远远大于蚕蛹蛋白纤维的含量.而且这种蛋白质来源于脱胶后的蚕蛹,主要为球蛋白,主要是分布在纤维的无定形区.基本上对粘胶纤维的结晶度和结品形式影响不大.所以我们可以认为蚕蛹蛋白粘胶纤维的基本的断裂机理和粘胶纤维是一样的.主要原因都是分子链或其他结构单元问的相对滑移.所以两种纤维都是湿强比干强小.(2)蚕蛹蛋白纤
8、维的干强和湿强都比粘胶纤维略小.说明蛋白质主要分布在纤维的无定型区.蛋白质分子的引入,可能会稍稍增加了粘胶分子链之间的交连,但主要还是增加了大分子之间的距离,从而削弱分子问的作用力,更利于分子链之间的滑移;还有一个原因可能是蛋白质分子本身是亲水型的分子.在湿的状态下,更有利于纤维溶涨,增大分子链之间的距离,减小分子链之间的作用力,所以蚕蛹蛋白纤维与粘胶纤维相比,干强和湿强都要来得小.3.2 干热对粘胶纤维断裂强力的影响0.0.0.0己 0.0.蕊 0.0.00l020:l0405060L/mjn图 1 牯胶纤维强力在不同温度下随时间变化曲线由图 1 可以看出:(1)粘胶纤维的强力在不同温度下.
9、随着处理时间的延长基本上呈现减小的趋势;温度为 100C 时,处理时间小于40min 时,纤维的强力变化不明现,处理时间大于 40min 时.纤维强力明显下降;温度为 120和 160C 时,在短时间内 ,纤维强力先明显下降,然后随着处理时间的延长,纤维强力下降又变缓;在温度为 200以及高于 200C 的高温区 .随着处理时间的延长.纤维强力急剧下降.(2)温度为 60时,粘胶纤维的强力呈现先下降后上升1 期再下降的趋势,处理时间为 20rain 时,粘胶纤维的强力下降到最小,时间为 40rain 时.纤维的强力又上升到接近粘胶原纤维的强力.3.3 干热对蚕蛹蛋白粘胶纤维断裂强力的影响图 2
10、 蚕踊蛋白纤维强力在不同温度下随时间的变化曲线由图 2 可以看出:(I)蚕蛹蛋白粘胶纤维的强力在各个温度下基本上是随着处理时间的延长而下降.60和 100cI=的变化曲线比较平,而 220C 和 240C 时的变化曲线却比较陡,说明温度低的时候蚕蛹蛋白粘胶纤维的强力下降比较缓慢.温度高的时候下降比较剧烈.(2)对 60和 1时的变化曲线,均出现了强力先下降后上升再下降的趋势.6o时处理 40rain 的蚕蛹蛋白粘胶纤维的强力比处理 30rain 的大.10012 时是 30rain 的比20min 的大.我们认为在干热处理的条件下有两种因素可能导致纤维强力的变化,一是由于温度的升高,纤维大分子
11、链断裂以及大分子链之间的交连被破坏,这些原因都可以使纤维的断裂强力减小,而温度越高,分子链断裂和分子链之间交连被破坏就越剧烈,所以温度越高,数据线就越陡,时间越长,分子链断裂和分子链之间交连被破坏程度也越大.所以随着处理时间的延长.纤维的断裂强力下降.二是由于温度的升高和处理时间的延长.纤维分子链之间可能会发生交联,使纤维分子链之间的距离减小,增大纤维分子链之间的引力,这种作用可以使纤维的强力变大,这可能就是出现 60cI=和 100cI=时蚕蛹蛋白粘胶纤维以及 100C 粘胶纤维强力变化的原因.在温度低的时候,第一种作用比较缓慢,所以有可能出现强力增大的情况.而在温度高的时候第一种作用太剧烈.使纤维强力下降也比较剧烈.参考文献:1张洪曲,郑丹 .蛹蛋白粘胶长丝织造及染色性能研究【J 】.四川丝绸,200O(3):22 242高绪珊纤维应用物理学 l 中国纺织出版社,2001.458.4703染整工艺原理(第一册)啤中国纺织出版社,1997.1374宋湛华等. 纱线强力与伸长率测试与应用【J】.中国纺织出版社.16 一 ll35胡凤霞等. 真丝新材料的双折射取向结构研究【J 】.丝绸,1999(3):121515
