再生蛋白粘胶纤维的蠕变性能分析

孔繁荣, 陈莉娜，杨明霞

(1.河南工程学院，河南 郑州 450007； 2.河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州 450007；3.纺织新产品开发河南省工程实验室，河南 郑州 450000)

再生蛋白粘胶纤维的蠕变性能分析

孔繁荣1,2,3, 陈莉娜1,2,3，杨明霞1,2,3

(1.河南工程学院，河南 郑州 450007； 2.河南省服用纺织品工程技术研究中心，河南 郑州 450007；3.纺织新产品开发河南省工程实验室，河南 郑州 450000)

文章对比分析了普通粘胶纤维、再生蛋白粘胶纤维、空调粘胶纤维和麻赛尔纤维的蠕变性能，得出和普通粘胶纤维相比，无论是蛋白的加入还是微胶囊的加入都使得纤维在一定负荷时更容易发生蠕变。采用Boltzmann、Power和Polynomial三种模型对纤维的蠕变性能进行拟合，得出Power模型在拟合蠕变性能时的相关系数最高。

再生蛋白粘胶纤维；蠕变；模型

1 前言

再生蛋白粘胶纤维是将羊毛的毛料溶解，经提纯和改性之后再与木浆、竹浆或棉浆溶液共混，经湿法纺丝而制得的一种新型蛋白质纤维。与普通粘胶纤维相比，再生蛋白粘胶纤维中引入的蛋白质成分并没有使粘胶组分的基本结构发生改变，蛋白质成分只是分布于纤维的无定形区，而不是在蛋白粘胶纤维的表面[1]。李明华在角蛋白质与粘胶纤维素接枝共聚物成纤及其性能的研究中，对粘胶与羊毛角蛋白接枝进行研究，结果表明，羊毛角蛋白质和粘胶纤维素在加入引发剂时可以发生反应，还研究了蛋白溶液和粘胶原液共混体系的流变性能[2]；王淑花、戴晋明在羊毛蛋白改性粘胶纤维的性能中，研究了羊毛蛋白改性粘胶纤维的表面结构、形貌和力学性能，结果表明，羊毛蛋白颗粒在粘胶纤维表面形成了包覆层，在不改变纤维微细结构的前提下，提高了粘胶纤维的湿强度[3]；李高雯和李文斌在羊毛粉体/粘胶共混纤维的染色性能研究中，利用活性染料对共混纤维进行染色，分析共混纤维的上染速率，以及pH值、温度、羊毛粉体含量和纯碱用量对共混纤维上染百分率的影响，由此得出最佳工艺参数[4]；李高雯在羊毛粉体/粘胶共混纤维的结构与染色性能研究中，对其结构和染色性能进行研究，并将其染色性能和结构与其他蛋白质粘胶共混纤维以及粘胶纤维的染色性能和结构进行对比[5]。

随着这种新型的蛋白质纤维制品越来越多地出现在大众的视野之中，问题也就接踵而至。在纺织加工和使用过程中，会出现如织布机长期停车纱线下垂，卷装或半制品储存太久会松烂等问题，这些都与纤维的蠕变和应力松弛有一定的关系。因此，对复合蛋白纤维粘弹性的研究是非常有必要的。纤维的粘弹性表现为蠕变和应力松弛，二者发生的本质是相同的，基于此，文中选用了纤维的蠕变作为对象，用普通粘胶、空调粘胶和麻赛尔纤维作为对比进行蠕变性能的分析，并找出适合再生蛋白粘胶纤维蠕变性能的力学模型，并结合实验数据进行曲线拟合。

2 再生蛋白粘胶纤维的蠕变性能测试与分析

2.1 实验仪器与材料

实验仪器采用上海新纤仪器有限公司生产的XQ-2型纤维强伸度仪。

实验材料为普通粘胶纤维、再生蛋白粘胶纤维、空调粘胶纤维和麻赛尔纤维，规格是1.78 dtex，38 mm。

实验中夹持距离为20 mm，每种纤维每组做5根，取平均值进行对比分析。

2.2 实验结果与分析

2.2.1 不同纤维材料的蠕变性能对比

图1为纤维在负荷值为1.6cN(四种纤维最小断裂强力的50%)条件下各纤维的伸长率-时间曲线。实验中拉伸速度设置为20mm/min来比较不同材料纤维的蠕变性能。

图1 四种纤维在负荷值为1.6 cN 条件下的伸长率-时间曲线

由图1可知，起初四种纤维的伸长率相接近，但随着时间的延长，四条曲线之间的距离由小变大，且都随着时间的延长伸长率逐渐增大。再生蛋白粘胶纤维与麻赛尔纤维的伸长率曲线几乎重合，说明这两种纤维的抗蠕变性能接近，而空调粘胶纤维的伸长率最大，说明空调粘胶纤维的抗蠕变性能最差，这可能与空调粘胶纤维中微胶囊的加入有关。再生蛋白粘胶纤维的抗蠕变性能不及普通粘胶纤维，可能是蛋白的加入使纤维材料的柔性增加，大分子链较容易发生滑移错位，所以较容易发生蠕变。

2.2.2 对复合蛋白粘胶纤维蠕变曲线的拟合

纤维材料的粘弹性行为以及长期使用性能常常采用粘弹性模型来进行定型的概括以及预测。通过对实验数据进行分析得出，该实验较适合采用Boltzmann模型、Power模型和Polynomial模型。采用Origin8.0软件，计算出拟合曲线中的模型参数，并将拟合出来的函数曲线绘制出来，与实际测得的实验数据进行对比。

(1) Boltzmann模型拟合

Boltzmann模型的表达式如公式1所示：

(1)

四种纤维在1.6cN(四种纤维最小断裂强力的25%)、拉伸速度为20mm/min时的Boltzmann模型拟合曲线如图2所示，表1为不同纤维的Boltzmann模型拟合参数和拟合相关系数。

(2)Power模型拟合

Power模型的表达式如公式2所示。

(2)

四种纤维在1.6cN(四种纤维最小断裂强力的25%)、拉伸速度为20mm/min时的Power模型拟合曲线如图3所示，表2为不同纤维的Power模型拟合参数及拟合相关系数。

图2 不同纤维的Boltzmann模型拟合曲线 表1 不同纤维的Boltzmann模型 拟合参数和拟合相关系数

试样A1A2拟合相关系数普通粘胶纤维-875.433531.953130.98241再生蛋白粘胶纤维-1188.225132.088280.97260空调粘胶纤维-975.517942.652780.98428麻赛尔纤维-887.375772.282160.98107

图3 不同纤维的Power模型拟合曲线

(3)Polynomial模型拟合

Polynomial模型的表达式如公式3所示

y=A+B×x+C×x2+D×x3

(3)

四种纤维在1.6cN(四种纤维最小断裂强力的25%)、拉伸速度为20mm/min时的Polynomial模型拟合曲线如图4所示，表3为不同纤维的Polynomial模型拟合参数及拟合相关系数。

表2 不同纤维的Power模型拟合参数及拟合相关系数

表3 不同纤维的Polynomial模型拟合参数及拟合相关系数

图4 不同纤维的Polynomial模型拟合曲线

综上所述，Boltzmann模型、Power模型和Polynomial模型均能很好地对普通粘胶纤维、再生蛋白粘胶纤维、空调粘胶纤维和麻赛尔纤维进行蠕变曲线的拟合，拟合相关系数均在0.97以上。对再生蛋白粘胶纤维而言，Power模型的拟合相关系数达到0.99以上，更接近于1。

3 结论

综上所述，再生蛋白粘胶纤维的抗蠕变性能优于空调纤维和麻赛尔纤维，但没有普通粘胶纤维好。Boltzmann模型、Power模型和Polynomial模型均能很好地对普通粘胶纤维、再生蛋白粘胶纤维、空调粘胶纤维和麻赛尔纤维进行蠕变曲线的拟合，拟合相关系数均在0.97以上。对再生蛋白粘胶纤维而言，Power模型的拟合相关系数达到0.99以上，更接近于1。

随着人们生活水平的提高和环保意识的增强，绿色产品越来越多地为人们所接受，再生蛋白粘胶纤维是利用不可纺蛋白质纤维或废弃的蛋白质材料，与其它聚合物混合制成的新型纤维。这种新型蛋白质纤维，一方面将废弃的羊毛及其它动物毛发加以回收利用，节约了资源，提高了废弃毛发的价值；另一方面可以改善纤维的性能，使之更加符合现代人们对织物的使用需求。

[1] Alexander P, Huson RF, Fox M. The Reaction of Oxdizing Agents with Wool[J]. The Biochemical Journal, 1950, 46(1): 27—32.

[2] 李明华.角蛋白质与粘胶纤维素接枝共聚物成纤及其性能的研究[D].山东：青岛大学，2007：1—5.

[3] 姜岩，隋淑英，姜丽.大豆蛋白/粘胶共混纤维及其性能[J].纺织学报，2006，27(2)：71—73.

[4] 李高雯，李文斌.羊毛粉体/粘胶共混纤维的染色性能研究[J].毛纺科技，2013，41(7)：7—10.

[5] 李高雯.羊毛粉体/粘胶共混纤维的结构与染色性能研究[D].湖北：武汉纺织大学，2013：1—5.

Creep Properties of Regenerated Protein Viscose Fiber

KongFanrong1,2,3,ChenLina1,2,3，YangMingxia1,2,3

(1. Henan Institute of Engineering, Zhengzhou 450007, China;2.Henan Clothing Textiles Engineering Research Center, Zhengzhou 450007，China;3. Henan Engineering Laboratory of New Textiles Development, Zhengzhou 450000，China)

Creep properties were compared with the ordinary viscose fiber, regenerated protein viscose fiber, air conditioning viscose fiber and Jutecell fiber, and it was concluded that compared with ordinary viscose fiber, both proteins and micro capsule added into the viscose made creep occurred more easily. Three models of Boltzmann, Power and Polynomial were used to fit the creep properties of the fibers, and the correlation coefficient of Power model in fitting creep properties was obtained.

regenerated protein viscose fiber; creep;model

2016-03-16

孔繁荣(1980—)，女，河南新乡人，讲师。

郑州市2013年度科技发展计划(131PPTGG414-3), 2014年河南省科技发展计划(142102210404)。

TS102.51+2

A

1009-3028(2016)02-0001-03