木棉保暖材料及其保溫機(jī)理的研究.pdf

1、目前，占紡織原料60％以上是化學(xué)纖維，并且主要是用石油制造的合成纖維。隨著石油資源枯竭以及合成纖維生產(chǎn)、使用、廢棄全過程對環(huán)境危害問題的日益突出，人類不得不重新審視天然纖維資源。受耕地、牧場等多種資源的限制，棉、毛、絲、麻四大類天然纖維的可增長量非常有限。
　　 為挖掘和利用“沉睡”的天然纖維資源，彌補(bǔ)紡織原材料的不足，同時(shí)為開發(fā)綠色紡織品添磚加瓦，本文在測試分析木棉纖維基本性能的基礎(chǔ)上，有針對性地開發(fā)出適合木棉纖維的絮狀材料制

2、造技術(shù)，包括木棉絮料和木棉羽絨混纖絮料，并且推導(dǎo)出改進(jìn)的纖維集合體傳熱模型。
　　 (1)木棉纖維的基本性能
　　 由木棉纖維的SEM照片，觀測到其橫向?yàn)楸”诖笾锌战Y(jié)構(gòu)，胞壁厚度僅僅為1μm左右，纖維直徑約為20μm，胞壁斷面有微孔呈現(xiàn)。纖維縱向表面光滑無轉(zhuǎn)曲，纖維根端封閉。纖維受外力作用下斷裂面呈撕裂狀，斷口不齊。同為吉貝屬木棉的印尼產(chǎn)木棉和泰國產(chǎn)木棉的形態(tài)結(jié)構(gòu)無明顯差異，和國產(chǎn)木棉屬木棉的形態(tài)結(jié)構(gòu)也基本一致。

3、　　 木棉纖維的長度范圍和亞洲棉比較接近，為16～24mm;線密度為0.6～0.9dtex，比棉纖維中線密度最低的海島棉還要低;原產(chǎn)地為印尼和泰國的木棉纖維的直徑范圍為17～22μm。
　　 采用XQ-1單纖維強(qiáng)伸度儀測試了四種木棉纖維的拉伸性能，木棉纖維的拉伸曲線與棉纖維和麻纖維類似，沒有明顯的屈服點(diǎn)。不同原產(chǎn)地的木棉纖維拉伸性能存在差異，原產(chǎn)地相同拉伸性能也比較接近。木棉纖維的強(qiáng)力均值在1.44～1.71cN之間，斷裂伸長

4、率的范圍為1.8～4.2％，均有一定的離散性。木棉的斷裂強(qiáng)度范圍為2.03～2.70cN/dtex，初始模量范圍為45～116cN/dtex，與棉纖維相差不大，但是其絕對強(qiáng)力比棉纖維低。木棉纖維的斷裂伸長率小于棉纖維。
　　 采用KES-FB2純彎曲測試儀測試?yán)w維片的方法可以有效地折算出單纖維的彎曲性能指標(biāo)。木棉單纖維的彎曲剛度為0.823×10-5cN.cm2，小于采用相同的測試方法測試的七孔中空滌綸纖維、四孔中空滌綸纖維和P

5、TT纖維的彎曲剛度。這四種纖維的彎曲剛度與纖維線密度呈明顯的線性關(guān)系，隨纖維線密度的增加，彎曲剛度增大。木棉纖維折算到每tex的相對彎曲剛度為20.80×10-4cN.cm2.tex-2，明顯大于棉纖維和其他所測試的三種纖維。
　　 (2)木棉絮料
　　 由于木棉纖維長度短、強(qiáng)度低，容易飛揚(yáng)、漂浮等特性，傳統(tǒng)紡織設(shè)備很難加工木棉纖維。本文開發(fā)出氣流成網(wǎng)等一整套工藝技術(shù)，制作木棉絮狀材料，可以使木棉纖維含量高達(dá)80％。

6、r>　　 成功試制四種木棉絮料。壓縮性能測試結(jié)果表明，含有四孔三維卷曲中空滌綸、七孔三維卷曲中空滌綸和PTT纖維的三種絮料的壓縮功彈性回復(fù)率好于噴膠棉，這三種纖維的使用可以有效地提高絮料的壓縮回復(fù)性能。木棉含量80％的絮料的壓縮功彈性回復(fù)率略低于噴膠棉，四種木棉絮料的壓縮功彈性回復(fù)率相比手工鋪絮木棉絮料要高很多，說明粘結(jié)纖維的使用可以有效地提高絮料的壓縮功彈性回復(fù)率。分析經(jīng)過壓縮性能測試后木棉絮料的SEM截面照片，木棉纖維的中空狀態(tài)得

7、以保持，合理的機(jī)器加工方式對木棉纖維的損傷有限，有利于絮料的持久保暖。
　　 采用Pearson相關(guān)性分析分析了纖維線密度、中空度、卷曲數(shù)和卷曲回復(fù)率與絮料的體積密度、壓縮率、線性度和彈性回復(fù)率之間的相關(guān)度。三維卷曲纖維的使用有利用提高絮料的蓬松度，壓縮率也會增加，而線性度會降低。絮料的壓縮彈性回復(fù)率與纖維中空度呈負(fù)相關(guān)，中空度越大絮料的壓縮彈性回復(fù)率越小。
　　 木棉含量80％和含有中空纖維的絮料的面密度熱阻大于含有P

8、TT纖維的絮料，說明中空纖維的使用有利于減輕服裝重量。四種木棉絮料的厚度熱阻均大于噴膠棉。木棉含量80％的絮料的面密度熱阻和厚度熱阻均大于其他三種木棉絮料，與手工鋪絮木棉絮料和白鵝絨也很接近，說明木棉纖維絮料有良好的保暖性能。
　　 木棉絮料具有一定的防蛀性能，驅(qū)螨率達(dá)到87.54％，驅(qū)螨效果明顯，對于大腸桿菌具有明顯的殺菌和抑菌效果，對于金黃色葡萄球菌無明顯的殺菌和抑菌效果，以上特性源于木棉纖維的特性，與纖維外壁的蠟質(zhì)有一定關(guān)

9、系。
　　 (3)木棉羽絨混纖絮料
　　 總結(jié)了木棉羽絨混纖絮料的試制經(jīng)驗(yàn)。喂給機(jī)中原料總重量以1.5～2公斤為宜，約占喂給機(jī)儲料箱的70％～80％。當(dāng)原料中含有羽絨或者飛絲時(shí)，隨著羽絨含量的增加，喂入輥轉(zhuǎn)速呈線形遞減趨勢。使用低熔點(diǎn)滌綸粘結(jié)比使用ES纖維作為粘結(jié)纖維溫度要低。面密度每增大100g/m2，固結(jié)時(shí)間約需翻一倍。
　　 木棉羽絨混纖絮料中混入細(xì)旦滌綸等合纖可以有效地提高絮料的壓縮功彈性回復(fù)率。粘結(jié)纖維

10、含量小范圍的增加會提高壓縮功彈性回復(fù)率，但是不明顯。以木棉纖維取代羽絨或飛絲會導(dǎo)致壓縮功彈性回復(fù)率略微下降，當(dāng)其含量變化較小時(shí)差異并不明顯。
　　 羽絨的使用有利于提高絮料的保暖性。木棉纖維對絮料保暖性的貢獻(xiàn)僅次于羽絨，高于其他合纖。羽絨飛絲的使用會導(dǎo)致絮料的保暖性下降，但是下降程度不大。
　　 (4)改進(jìn)的纖維集合體傳熱模型
　　 以Woo等的模型為基礎(chǔ)模型，改進(jìn)了基本結(jié)構(gòu)單元的計(jì)算方法，給出了改進(jìn)模型。推導(dǎo)過

11、程中，引入了接觸熱阻的分析。將去掉接觸熱阻影響因子的改進(jìn)模型和Woo等模型的預(yù)測值與試樣導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)測值進(jìn)行了分析和比較。對于熔噴非織造布，改進(jìn)模型和Woo等的模型都能比較準(zhǔn)確地預(yù)測纖維集合體的導(dǎo)熱系數(shù)。對于作為保暖材料使用的低密度纖維集合體，在受到較小壓力時(shí)，纖維體積分?jǐn)?shù)很小，改進(jìn)模型和Woo等的模型的預(yù)測值都偏小。當(dāng)纖維體積分?jǐn)?shù)為3％左右時(shí)，預(yù)測值都比較準(zhǔn)確。在受到壓力較大時(shí)，改進(jìn)模型的預(yù)測值較為準(zhǔn)確。
　　 初步計(jì)算了接觸