聚酰亚胺纤维絮片服用性能研究

谢焓+周永凯+于国杰

摘要：利用聚酰亚胺纤维保暖特性设计织造了聚酰亚胺纤维与中空涤纶混纺的保暖絮片，将其与市场常用絮片进行通透性、压缩性及保暖性对比测试。聚酰亚胺纤维絮片透气性达到优等保暖絮片等级的同时取得最小值，透湿性满足人体日常需求，蓬松度和压缩率较涤纶絮片稍差，回复率保持较高水准，保暖性能明显优于市场常用絮片。

关键词：聚酰亚胺；保暖絮片；中空涤纶；保暖性能

中图分类号：TS179 文献标志码：A

A Study on the Comfort Property of Polyimide Thermal Insulation Floccules

Abstract： In this paper， a polyimide fiber/hollow polyester fiber blended floccules is designed and woven by making use of the warmth retention property of polyimide fiber， and a test for comparing the abovementioned floccules with its counterparts available on market in terms of air/moisture permeability， compressibility and warmth retention property is carried out. The test results show that the air permeability of the former can reach the top level for thermal insulation waddings， the moisture permeability can meet the need for comfortable feeling of wearer， the bulkiness and compression ratio are poorer than polyester fiberbased floccules， the recovery rate keeps at a high level and the thermal insulation performance is obviously better than latter.

Key words： polyimide； thermal insulation floccules； hollow polyester fiber； thermal insulation property

随着纤维制品应用领域的逐渐扩大，多个高精尖领域也开始使用纤维制品，高性能纤维应运而生。聚酰亚胺纤维是少有的几种国内研发工作能够与国际同步的高性能纤维，其具有优异的机械性能、稳定性和耐受性，极佳的电学和热学性能。近来有研究者发现聚酰亚胺纤维具有很好的保温隔热性能，但相关报道较少。笔者试制的92.51 g/m2聚酰亚胺纤维絮片克罗值为1.59 clo，保暖性远高于近似单位面积质量的羊绒纤维絮片和竹炭纤维絮片。本文设计织造了聚酰亚胺纤维与中空涤纶的混合絮片，并与市场上常用絮片进行了比较，综合评价了絮片的各项性能指标。

1 实验

1.1 实验试样

设计织造了 4 种聚酰亚胺纤维保暖絮片，采用聚酰亚胺纤维与中空涤纶混合纺制的方式，分别编号为1# ～ 4#，同时又购得 4 种市场中常用的絮片，分别编号为5# ～ 8#。絮片单位面积质量是其品质的一项综合指标，与絮片各性能有着密切的关系，下文根据克重将 8 种絮片分为两组进行对比研究，分别为150 g/m2组和200 g/m2组。8 种保暖絮片的基本参数见表 1，8 种絮片都采用热粘合加固方式，其中都混有5%的低熔点涤纶纤维，表 1 中未列出。

1.2 实验项目

1.2.1 表观形态测试

运用日本电子生产的JSM-5610型扫描电子显微镜观察各絮片中纤维的横截面及纵向形态特征。

1.2.2 通透性测试

根据标准GB/T 5453 — 1997《纺织品 织物透气性的测定》测试絮片的透气性能，试验面积选取20 cm2，压降选取100 Pa，运用宁波纺织仪器厂的YG461E型电脑式透气性测试仪在同样的条件下，在同一样品的不同部位重复测定10次，最后取平均值。

根据标准GB/T 12704.2 — 2009《纺织品 织物透湿性试验方法 第 2 部分：蒸发法》测试絮片的透湿性能，选取试验条件为温度（38±2）℃，相对湿度50%±2%，运用宁波纺织仪器厂的YG601H型电脑型织物透湿仪，将盛有一定质量蒸馏水并封以试样的透湿杯放置于规定温度和湿度的仪器中，根据一定时间内透湿杯质量的变化计算试样透湿率。

1.2.3 压缩性测试

根据标准FZ/T 64003 — 2001《喷胶棉絮片》自制仪器并测试絮片的压缩性能。自制仪器如图 1 所示，由工作台、测试压片、砝码、直尺 4 个部分构成，其中工作台和测试压片的大小都为20 cm×20 cm，砝码两个，质量都是 2 kg。

在距布边10 cm以上的地方，沿纵向剪取几块大小为20 cm×20 cm的试样，并堆叠使其组成 3 组质量约为40 g的多层试样。把一组试样整齐地叠放在试验台上，压上测试压片，中间加上 2 kg砝码，30 s后取下砝码，静置30 s，重复操作 3 次，测定试样四角的高度，取平均值，记h0。再加上 4 kg砝码，30 s后测定试样四角的高度，取平均值，记h1。最后除去 4 kg砝码 3 min后，再测定试样四角的高度，取平均值，记h2。每种絮片测试 3 组，并分别计算出絮片的蓬松度、压缩率、回复率，最后取平均值。

1.2.4 保暖性测试

根据标准GB/T 11048 — 2008《纺织品 生理舒适性 稳态条件下热阻和湿阻的测定》测试织物的保暖性能，设定实验板表面温度为35 ℃，气候室温度为20 ℃，相对湿度为65%，每种絮片裁取 3 块大小为30 cm×30 cm的试样，分别测试并计算出絮片的克罗值，最后取平均值。

2 结果与讨论

2.1 表观形态

絮片中纤维的横截面和纵向形态特征对絮片的各项性能有着直接的影响，本实验中絮片纤维的形貌如图 2。

由图 2 可以看出，所有纤维的横向形态都接近圆形，聚酰亚胺纤维最细，平均直径11.64 μm，1# ～ 6#中的中空涤纶类似，都有较大的中腔，细度最大，且均匀度较差，平均直径为23 μm左右，普通涤纶纤维细度均匀，略高于聚酰亚胺纤维，平均直径15.24 μm；所有纤维的纵向形态都为表面较光滑的圆柱形。根据传导散热理论，导热量大小与材料的导热系数有正相关性，空气的导热系数小于常用纤维，故增加服装中的静止空气是改善服装保暖性的有效措施。较细纤维的比表面积大，能吸附更多的静止空气，较大的中腔也能贮存更多的静止空气，这些都有助于絮片保暖性能的提升。

2.2 蓬松度和透气率对保暖性的影响

本实验 8 种絮片的蓬松度测试结果见图 3。蓬松度一定程度上反应了絮片的含气量，含气量又进一步影响了絮片的保暖性能，含气量过大，就会增加对流散热，但是减小含气量又会增加传导散热。由图 3 可知，150 g/m2组中，5#絮片中的中空纤维经过三维卷曲整理，其立体螺旋形态使得纤维间距增大，所以蓬松度最大；7#絮片采用普通涤纶纤维，纤维平直，易贴附在一起，絮片紧密，所以蓬松度次之；1#、3#、4#絮片由于聚酰亚胺纤维细度较细，手感粘滑，不能很好地在絮片中起支撑作用，所以蓬松度较低，且随着聚酰亚胺纤维含量的增加蓬松度先增大后减小，这可能是由于相同质量时较细的聚酰亚胺纤维根数更多，所以厚度增加，蓬松度增大，而随着其含量继续增加，中空纤维的框架作用减弱，纤维根数虽多但紧贴在一起，蓬松度变小。200 g/m2组中，6#絮片蓬松度最高，8#絮片次之，2#絮片最低，与150 g/m2组规律相同。

8 种絮片的透气性测试结果见图 4。絮片的透气率小，内部空气保持静止，能有效保暖；透气率大，则空气产生流动加速体表热量向外传递。由图 4 可知，150 g/m2组中，5#絮片中纤维呈立体螺旋形态，结构蓬松，不定形气孔较多，甚至形成直通气孔，所以透气率最高；7#絮片透气率次之；1#、3#、4#絮片蓬松度低，纤维结合紧密，空气难于流通，所以透气率较低，且随着聚酰亚胺纤维含量的增加呈减小趋势，这可能是由于中空纤维形成的框架被较细的聚酰亚胺纤维填满，且细度接近超细纤维，能够在表面更好的吸附空气，所以透气率越来越低。200 g/m2组中，6#絮片透气率最高，8#絮片次之，2#絮片最低，与150 g/m2组规律相同。

本实验 8 种絮片的质量折算克罗值测试结果见图 5。 150 g/m2组中，5#絮片克罗值最低，这可能由于絮片蓬松度高的同时透气率也高，絮片内的空气出现流动，产生对流散热，加速热量的流失；7#絮片蓬松度和透气率都较5#絮片略低，故克罗值较5#絮片略高；1#、3#、4#絮片虽蓬松度低于7#絮片，但透气率低，絮片内部为静止空气，绝大部分通过传导散热，所以克罗值高于5#、7#絮片，且随着聚酰亚胺纤维含量的增加呈增大趋势，这可能是由于聚酰亚胺纤维的导热系数低于涤纶纤维，提高了传导散热的阻力。200 g/m2组中，2#絮片克罗值最高，8#絮片次之，6#絮片最低，与150 g/ m2组规律相同。

2.3 透湿率对舒适性的影响

在寒冷环境中，人体排汗以不显汗为主，如若人体散发出来的湿气不能及时的排出，人体会有闷热感；由于水是热的良导体，随着湿气继续积累，服装的保暖性会大大降低。本实验 8 种絮片的透湿性测试结果见图 6。

在热环境下处于安静坐姿状态时，人体出汗量大约为60 ～ 200 g/（m2？h），在寒冷环境下，出汗量会大大减少；以上为有感出汗，而人体的无感出汗量约为15 ～ 20 g/（m2？h）。由图 6 可以看出，8 种絮片的透湿率都高于60 g/（m2？h），即都能满足服用需求，及时将湿气排出衣外，保持衣内湿度平衡；8 种絮片的透湿率数值都很接近，其中1#、3#、4#絮片随着聚酰亚胺纤维含量的增加透湿率呈下降趋势，可见聚酰亚胺纤维不利于湿气的传递，原因可能是聚酰亚胺纤维吸湿能力差，且没有中空涤纶的导湿效应。

2.4 压缩性对保暖持久性的影响

压缩弹性好，絮片的体积密度稳定，絮片中的空气含量稳定，在多次穿着使用后，仍能提供很好的保暖能力，赋予其优良的保暖持久性。8 种絮片的压缩回弹性能测试结果见图 7。

由图 7 可知，5#、6#絮片压缩率最高，这可能是因为中空纤维形成的立体螺旋结构使得絮片蓬松度高，含气量大，压缩空间大；7#、8#絮片压缩率次之；1# ～ 6#絮片压缩率较差，这可能是因为聚酰亚胺纤维细软粘滑，不能很好地在絮片中起支撑作用，蓬松度低，含气量小，压缩空间较少；8 种絮片的回复率很接近，都在95%以上，所以絮片在日常使用受到压缩后，能够迅速恢复原有的保温效果。由1#、3#、4#絮片可以看出，随着聚酰亚胺纤维的增加纤维的压缩回弹性能受到影响，压缩率增大，回复率减小，这是由于聚酰亚胺纤维细度较细，纤维光滑，受挤压更易压实，压力撤去后较难恢复。

3 结论与开发建议

（1）聚酰亚胺纤维絮片的保暖性能优异，在达到相同保暖量的同时，可以做到更加轻便，满足轻质保暖的需求。透气率达到优等保暖絮片等级，同时还尽可能取得较小的透气率值，减少絮片中空气的流动。透湿率能满足人体日常排湿的量，确保人体穿着舒适性，并减少由于水分导致的保暖性下降。

（2）聚酰亚胺纤维絮片的蓬松度和压缩率稍差，影响了絮片的含气量，从而影响絮片保暖性能的进一步提升，之后可以从此方面加以改进；但蓬松度低意味着相同单位面积质量时厚度较小，其能够以更薄的厚度达到需要的保暖量，避免了服装的臃肿，符合时下轻薄保暖的趋势。絮片的回复率保持较高水准，能确保絮片保暖性能的持久性，减少多次穿着后的保暖性能损失。

综上所述，聚酰亚胺纤维絮片在满足服用舒适性的同时，有着更好的保暖效果，可以在防寒保暖方面得到进一步的开发和应用；但是考虑到聚酰亚胺纤维的价格较高，在普通民用市场可能较难推广，综合其众多特性，聚酰亚胺纤维可以更多地使用在功能性服装当中。例如，结合耐低温、耐辐射、保暖等特性应用于高山滑雪服、极地用服装等方面；结合耐高温、耐辐射、隔热等特性应用于炼钢防护服等方面；结合阻燃、隔热等特性应用于消防服等方面；结合保暖、远红外等特性应用于保健服装及用品等方面。

参考文献

[1] 杨军杰，逄媛媛，卢晶，等.国产耐高温聚酰亚胺纤维的产业化[J].高科技纤维与应用，2013（1）：16-18，52.

[2] 裘愉发.主要高性能纤维的特性和应用[J].现代丝绸科学与技术，2010（1）：17-19，24.

[3] 张国慧，张娜，杨诚，等.轶纶聚酰亚胺短纤维耐化学性研究[J].高科技纤维与应用，2012（4）：25-34，40.

[4] 李建萍.高功能纤维及其发展概况[J].成都纺织高等专科学校学报，2001（2）：9-12.

[5] 何焕焕.高性能聚酰亚胺纤维的发展[J].纤维标准与检验，1988（6）：28-29.

[6] 张清华，陈大俊，丁孟贤.聚酰亚胺纤维[J].高分子通报，2001（5）：66-72.

[7] 尹朝清，徐园，张清华.聚酰亚胺纤维及其阻燃特性[J].纺织学报，2012（6）：116-120.

[8] 孙飞，逄媛媛，刘丽杰，等.聚酰亚胺——轶纶的热稳定性研究[J].合成纤维，2012（6）：6-9.