海島型結(jié)構(gòu)色纖維的設(shè)計與加工研究.pdf

1、自然界中豐富的顏色給了人類最美好的視覺感受，從顏色產(chǎn)生的機理上，顏色可以分為結(jié)構(gòu)色和化學色。相對于化學色，結(jié)構(gòu)色具有環(huán)保、不褪色等優(yōu)點，在裝飾、防偽、顯示等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價值。纖維結(jié)構(gòu)色作為結(jié)構(gòu)色的重要研究方向，避免了染料的使用，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本文以減少纖維結(jié)構(gòu)色中入射角度帶來的虹彩效應(yīng)為研究目標，設(shè)計一種新型海島型結(jié)構(gòu)色纖維。利用激光輻射加熱拉伸海島纖維的方法減少海島纖維的直徑，并對拉伸工藝進行了理論和實

2、驗分析。主要工作如下:
　　 1.海島型結(jié)構(gòu)色纖維的設(shè)計。我們設(shè)計了正方型、三角型及蜂窩狀的三種海島纖維結(jié)構(gòu)，分析了入射光角度對纖維反射光譜的影響，得出蜂窩狀的海島纖維可以明顯減少由于入射角度變化引起的顏色變化。然后我們以蜂窩狀海島纖維結(jié)構(gòu)為研究對象，設(shè)計了折射率差在0.2以上、層數(shù)在10～17層、島直徑在140nm～220nm范圍的密排海島纖維結(jié)構(gòu)，分析了折射率差、纖維層數(shù)、島直徑和島間距對顏色的影響。結(jié)果表明:纖維的層數(shù)對顏

3、色色調(diào)的影響很小，島直徑及間距對飽和度的影響很小，而上述四個參數(shù)對明度都有影響。
　　 2.海島纖維熱拉伸性能研究。用示差掃描量熱法測量聚酯/聚丙烯(PET/i-PP)海島纖維熱流隨著溫度的變化關(guān)系，得出PET/i-PP海島纖維最高使用溫度為175℃;用熱機械分析儀進行了海島纖維熱拉伸實驗，探索了拉伸工藝如溫度、加熱速率、拉伸力及拉力增加速率對海島纖維應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響。結(jié)果表明:在相同的應(yīng)變下，溫度的增加減少了海島纖維拉伸應(yīng)力

4、和提高了拉伸倍數(shù);加熱速率越小，海島纖維在越低的溫度下開始拉伸變形;拉伸力的增加進一步降低了海島纖維形變所需的溫度;拉力的增加速率越快，相同的應(yīng)變下需要的拉伸力越大。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)出PET/i-PP海島纖維的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變應(yīng)變速率溫度方程中的四個關(guān)鍵影響參數(shù)，并擬合出這四個參數(shù)隨著溫度的線性變化關(guān)系。
　　 3.激光輻射拉伸海島纖維的理論和實驗研究。首先，我們建立了激光輻射拉伸海島纖維的數(shù)學模型，分析了初始速率、初始應(yīng)力及激光

5、光斑直徑對纖維應(yīng)變分布的變化規(guī)律的影響，得出初始速率的增加與初始應(yīng)力的減少對纖維應(yīng)變分布的影響相同，且隨著激光光斑直徑的增加最大應(yīng)變也略微增加。其次，我們搭建了激光輻射拉伸纖維的裝置，對纖維的拉伸工藝進行了實驗研究。結(jié)果表明在不用激光輻射加熱下海島纖維最大拉伸比為4.1倍;在激光輻射加熱的情況下，隨著拉伸倍數(shù)的增加，穩(wěn)定拉伸的激光功率在8W以內(nèi)。我們利用正交試驗法分析了供給輪速率、激光功率及透鏡距離對纖維拉伸性能的影響，得出海島纖維的最