羽絨纖維及其集合體結(jié)構(gòu)和性能的研究.pdf

1、羽絨作為天然纖維原料，具有輕、軟、暖等特點，可以制造各類服用保暖材料，具有不可取代性，其本質(zhì)原因在于羽絨體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及空間分叉形式，而這方面的研究都很少，對其認(rèn)識嚴(yán)重不足。 本文首次對我國太湖鵝自鵝絨纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)進行了細(xì)致的研究。利用掃描電子顯微鏡技術(shù)觀察了羽絨纖維的外觀形態(tài)結(jié)構(gòu)，得到了羽絨纖維各級分叉結(jié)構(gòu)的定量長度和細(xì)度，對羽絨纖維中各級小纖維和節(jié)點的分布特點和表面特征進行了闡述：成功地

2、制取了結(jié)構(gòu)分辯性良好的羽絨纖維超薄切片，利用透射電子顯微鏡技術(shù)，觀察了羽絨纖維內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)，獲得了各部分結(jié)構(gòu)的基本尺寸和形態(tài)組成；利用紅外光譜技術(shù)得到了羽絨纖維的的紅外光譜圖，分析了基本結(jié)構(gòu)鍵吸收峰特征；利用氨基酸分析技術(shù)分析了羽絨纖維的基本氨基酸組成，得到羽絨纖維氨基酸種類和內(nèi)部結(jié)合鍵構(gòu)成與羊毛基本相同，某些氨基酸在含量上存在差異；利用X—衍射技術(shù)和薩那蒙補償法，研究了羽絨纖維結(jié)晶和取向結(jié)構(gòu)，羽絨纖維結(jié)晶度稍高于羊毛纖維，取向度較羊毛

3、纖維相差較多。 本文首次對羽絨絨枝纖維的導(dǎo)熱性能、彎曲性能、潤濕性能以及熱性能進行了定量的遜試和分析。利用樹脂包埋松散纖維束的制樣方法，測試了纖維包埋塊的基本物性和導(dǎo)熱參數(shù)，并利用加權(quán)平均數(shù)值方法計算了羽絨纖維的導(dǎo)熱系數(shù)值，得到羽絨纖維的導(dǎo)熱性能低于羊毛纖維；利用針對測試單纖維壓縮彎曲性能的測量裝置對絨枝單纖維的彎曲性能進行了測試和分析，結(jié)果表明絨枝纖維的相對抗彎剛度和彎曲模量均小于羊毛纖維，但彎曲恢復(fù)功系數(shù)大于羊毛纖維；測試了

4、絨枝纖維的接觸角和比表面能，結(jié)果表明羽絨纖維的潤濕性遠低于羊毛纖維；最后利用DSC技術(shù)，對羽絨纖維進行了熱性能測試。 本文首次將分形理論應(yīng)用于羽絨纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的定量分析和表征，這也是本文的主要創(chuàng)新點之一。研究表明羽絨纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)具有觀顯的自相似性和標(biāo)度不變性，因此羽絨外觀具有顯著的分形性：利用計算機模擬的理論計算和Sandbox方法的實際測算，分別得到了羽絨纖維的分形維數(shù)值為1.66和1.678，證明了理論模擬的一定的準(zhǔn)確性，

5、評價了分形維數(shù)對羽絨纖維性能的特殊意義。 本文對羽絨纖維集合體的各項物理性能進行了定量的測量和研究。根據(jù)WRONZ蓬松測試儀的原理，對羽絨纖維集合體的蓬松性能進行測試，羽絨纖維集合體的蓬松性是其它纖維集合體的3～8倍；利用變密度纖維集合體傳導(dǎo)性的原位綜合測量裝置對羽絨纖維集合體的壓縮性能和透氣性能進行了動態(tài)測試，結(jié)果表明羽絨纖維集合體的壓縮性好于其他纖維集合體，當(dāng)初始體積分?jǐn)?shù)較小時，纖維體積分?jǐn)?shù)和壓縮率隨外界壓力的增加而變化明顯

6、，具有典型的壓縮曲線特征。羽絨纖維集合體的壓縮恢復(fù)性低于羊毛纖維集合體；羽絨纖維集合體的透氣性隨體積分?jǐn)?shù)增加，逐漸變小，與其他纖維集合體相比，羽絨纖維的透氣性最差；利用烘箱法測試了羽絨纖維集合體在不同大氣狀態(tài)下的吸濕性能，得到了羽絨纖維集合體的吸、放濕等溫線以及吸濕等濕線，羽絨纖維集合體的吸濕性在不同溫濕度狀態(tài)下都低于羊毛：利用平板式保暖儀對羽絨纖維集合體的保暖性能進行了定量的測試，結(jié)果表明相同體積分?jǐn)?shù)的羽絨纖維集合體的保暖性能好于其他

7、纖維集合體，在體積分?jǐn)?shù)為0.002～0.005范圍時，羽絨纖維集合體保暖性最好。 綜合羽絨單纖維以及纖維集合體的各項特征和性能，討論了羽絨單纖維性能對集合體物理性能的影響，評價了導(dǎo)致羽絨纖維集合體保暖機制的主次因素。羽絨纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)的分形性特征，賦予了羽絨纖維集合體的高度蓬松性和空氣不流動性，是導(dǎo)致羽絨集合體優(yōu)良保暖性能的最主要因素；羽絨纖維自身較低的導(dǎo)熱系數(shù)，在一定程度上降低了由于纖維間熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生熱量損失，為集合體保暖提供

8、了輔助作用；羽絨的分形結(jié)構(gòu)及較好的彎曲恢復(fù)性能，使羽絨纖維集合體在壓縮后輕輕攪動下迅速恢復(fù)良好的蓬松狀態(tài)，為集合體的保暖提供了必要的條件；羽絨纖維吸濕性和潤濕性較小的特點，為羽絨纖維集合體在濕度較大條件下的保暖作用提供了有利的因素。 本文首次將分形理論用于纖維集合體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，利用Micro CT測試技術(shù)，對纖維集合體進行斷層掃描，觀察纖維集合體的纖維排列和分布，通過計算斷層分形維數(shù)，對纖維排列進行了定量化的表征，這種方法打