凉爽锦纶纤维的热湿性能

张海霞， 张喜昌

(河南工程学院 纺织学院， 河南 郑州 450007)

凉爽锦纶纤维的热湿性能

张海霞， 张喜昌

(河南工程学院 纺织学院， 河南 郑州 450007)

为探讨凉爽锦纶纤维的热湿性能，测试分析了纤维的细度不匀、拉伸性能、摩擦抱合性能、沸水收缩率和含油率等基本性能；在此基础上，通过差热分析、热重分析、降温实验、吸湿实验和放湿实验分别研究了凉爽锦纶纤维的热性能、降温性能和吸放湿性能。结果表明，凉爽锦纶纤维的细度不匀、拉伸性能和摩擦抱合性能比普通锦纶略差，沸水收缩率和含油率与普通锦纶相似；凉爽锦纶纤维的差示扫描量热曲线与普通锦纶存在一定差异，在织造、染整等加工过程中的控制温度应低于370 ℃；凉爽锦纶纤维的降温性能、吸放湿性能均优于普通锦纶。

凉爽锦纶纤维； 基本性能； 热性能； 降温性能； 吸放湿性能

为了应对全球气候变暖的危机，人们在发展经济的同时积极倡导低碳生活[1-2]。在气候炎热的夏季，人们更青睐于环保且凉爽舒适的纤维及其纺织品[3-4]。由于云母具有天然层状结构和导热、吸水等功能，以常规纤维为载体，在纺丝过程中加入细微云母颗粒，得到具有降温散热功能的凉爽纤维[5-7]。目前常见的云母凉爽纤维主要有凉爽涤纶纤维和凉爽锦纶纤维，包括短纤维和长丝，多用于开发夏季凉爽舒适型针织面料[8-10]。本文以凉爽锦纶纤维为研究对象，在测试分析纤维基本性能的基础上，重点研究其热湿性能，并与同规格的普通锦纶进行对比分析，为凉爽锦纶纤维织物的开发提供参考。

1 实验部分

1.1 试 样

实验用凉爽锦纶纤维和普通锦纶的规格均为7.78 tex/48 f。

1.2 实验方法

1.2.1 纤维基本性能测试

线密度：YG086C型缕纱测长仪，YG747型通风式快速八篮烘箱，绞丝长度为100 m，纱框转速为200 r/min，同时摇取6缕绞丝，摇纱张力为3.89 cN，每种纤维摇取30缕。

拉伸性能：HD021NS型电子单纱强力仪，夹持距离为500 mm，拉伸速度为500 mm/min，预加张力为3.89 cN，每种纤维测试30次。

摩擦抱合性能：Y731D型抱合力机，重锤质量为500 g，磨辊往复次数为120 次/min，往复动程为90 mm，绕丝根数20根，记录10根长丝出现6 mm及以上长度劈裂时的摩擦次数，每种纤维测10次。

沸水收缩率：YG086C型缕纱测长仪，1 m立式量尺，沸水浴锅，YG747型通风式快速八篮烘箱，绞丝长度为10 m，沸煮时间为30 min，煮后试样烘干温度为55 ℃，烘干时间为60 min，预加张力为0.05 cN/dtex，每种纤维测试3次。

含油率：YG981B型纤维油脂快速抽出器，试样质量为1 g，四氯化碳溶剂取20 mL，每种纤维测试3次。

1.2.2 纤维的热湿性能测试

热分析：NETZSCH STA 449F3同步热分析仪，温度范围为25～500 ℃，升温速率为10 ℃/min。

降温性能：YG747型通风式快速八篮烘箱，WMY-01数字测温仪。将5 g的纤维放入90 ℃的烘箱内加热1 h，快速取出试样并立即用数字测温仪测量试样表面温度，每隔10 s记录1次，直至试样表面温度不再发生变化为止，绘制降温曲线。

吸湿性能：YG747型通风式快速八篮烘箱，电子天平(0.000 1 g)。称取5 g纤维，放入105 ℃的烘箱内，烘燥25 min后开始进行箱内称量，之后每隔5 min称量1次，直至前后2次质量差异不超过后1次质量的0.05%时，最后1次质量视为干态质量。快速取出试样放置在电子天平上称量，每隔30 s记录试样质量直至达到吸湿平衡为止。计算试样吸湿过程的回潮率，绘制吸湿曲线。

放湿性能：YG501D型透湿试验箱，电子天平(0.000 1 g)。称取5 g纤维，放入相对湿度100%的透湿试验箱内24 h，快速取出试样放置在电子天平上称量，每隔30 s记录1次，直至达到放湿平衡为止。计算试样放湿过程中的回潮率，并绘制放湿曲线。

2 结果与讨论

2.1 纤维基本性能分析

测试凉爽锦纶纤维和普通锦纶的基本性能，测试结果如表1所示。

表1 纤维的基本性能

由表1可知，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的实际线密度相同，略小于设计线密度，线密度偏差为-1.16%。与普通锦纶相比，凉爽锦纶纤维的线密度变异系数较大，断裂强度、断裂伸长率、断裂功、摩擦次数较小，沸水收缩率和含油率与普通锦纶较为接近。凉爽锦纶纤维可以采用与普通锦纶相似的生产工艺进行织造和染整加工，但凉爽锦纶纤维由于线密度不匀，拉伸性能和摩擦抱合性能比普通锦纶略差，所以在生产加工过程中要注意控制张力，以减少断头，保证生产的顺利进行。

2.2 纤维的热湿性能分析

2.2.1 热性能分析

凉爽锦纶纤维和普通锦纶的差示扫描量热曲线和热重曲线如图1所示。由图1可知，凉爽锦纶纤维在46.48～85.83 ℃有1个吸热峰，峰值温度为64.23 ℃，吸热峰面积为91.04 μV·s/mg，这可能与水分挥发有关；在217.69～235.94 ℃有1个熔融吸热峰，峰值温度为227.17 ℃，吸热峰面积为336.3 μV·s/mg；在401.12～417.85、423.42～480.39 ℃有2个相邻的热裂解吸热峰，峰值温度分别为409.91、458.16 ℃，吸收峰面积分别为23.97、1 279 μV·s/mg。普通锦纶DSC曲线中，熔融吸热峰在254.97～268.75 ℃，峰值温度为261.68 ℃，吸热峰面积为359.4 μV·s/mg；热裂解吸热峰在366.95～394.54、400.57～442.69 ℃，峰值温度分别为375.73、416.03 ℃，吸热峰面积分别为289.2、327.3 μV·s/mg。凉爽锦纶纤维和普通锦纶的DSC曲线存在一定差异，可见添加云母颗粒后，对凉爽锦纶纤维的DSC曲线有一定影响。

由图1可知，凉爽锦纶纤维在370 ℃附近开始有明显质量变化，500 ℃时质量变化率达到99.71%；普通锦纶在360 ℃附近开始有明显质量变化，500 ℃时质量变化率达到91.19%。建议凉爽锦纶纤维在织造、染整等加工过程中的温度不要超过370 ℃，以保证纤维性能的稳定。

2.2.2 降温性能

根据降温实验测得的温度数据，绘制凉爽锦纶纤维和普通锦纶的步冷曲线，并利用MatLab软件进行曲线拟合，如图2所示。步冷曲线回归方程为：凉爽锦纶纤维T1=1.59×10-3x4-0.08x3+1.34x2-10.31x+62.02，相关系数R2=96.68%；普通锦纶T2=0.92×10-3x4-0.05x3+0.92x2-8.74x+68.4，相关系数R2=97.85%。

由图2可知，在整个降温过程中，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的表面温度均随着时间的延长而下降，且凉爽锦纶纤维的表面温度始终低于普通锦纶，尤其在降温初期更为明显，说明凉爽锦纶纤维的降温效果优于普通锦纶。

对步冷曲线回归方程进行求导，得到2种纤维的降温速率回归方程：凉爽锦纶纤维V1=6.37×10-3x3-0.23x2+2.68x-10.31，普通锦纶V2=3.69×10-3x3-0.14x2+1.84x-8.74。借助MatLab软件得到2种纤维的降温速率曲线，如图3所示。

由图3可知，随着时间的延长，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的降温速率均逐渐减小最终趋于零。在降温初期(约2 min内)，凉爽锦纶纤维的降温速率明显大于普通锦纶，之后二者的降温速率比较接近。凉爽锦纶纤维的降温速率大于普通锦纶，是由于云母颗粒的加入，增加了纤维导热性能，使纤维具有较好的凉爽感，这为开发夏季凉爽型织物提供了有力保证。

2.2.3 吸湿性能

根据吸湿实验测得的数据计算回潮率，绘制凉爽锦纶纤维和普通锦纶的吸湿曲线，利用MatLab软件进行曲线拟合，如图4所示。吸湿曲线回归方程为：凉爽锦纶纤维W1=7×10-8x4+1.03×10-5x3-1.85×10-3x2+0.08x+0.98，相关系数R2=98.61%；普通锦纶W2=-6×10-8x4+1.62×10-5x3-1.62×10-3x2+0.07x+1.02，相关系数R2=96.63%。

由图4可知，在整个吸湿过程中，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的回潮率均随着时间的延长而增加，且凉爽锦纶纤维的回潮率始终大于普通锦纶，说明凉爽锦纶纤维的吸湿性能优于普通锦纶，更适宜开发夏季凉爽舒适性织物。

对吸湿曲线回归方程进行求导，得到2种纤维的吸湿速率回归方程：凉爽锦纶纤维V1=2.94×10-7x3+3.1×10-5x2-3.71×10-3x+0.08，普通锦纶V2=-2.58×10-7x3+4.85×10-5x2-3.23×10-3x+0.07。借助MatLab软件得到2种纤维的吸湿速率曲线，如图5所示。

由图5可知，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的吸湿速率均随着时间的延长而逐渐减小并趋于零。在吸湿初期(约7 min内)，凉爽锦纶纤维的吸湿速率大于普通锦纶，之后凉爽锦纶纤维的吸湿速率略小于普通锦纶并逐渐趋于一致。

2.2.4 放湿性能

根据放湿实验测得的数据计算回潮率，绘制凉爽锦纶纤维和普通锦纶的放湿曲线，并利用MatLab软件进行曲线拟合，如图6所示。放湿曲线回归方程为：凉爽锦纶纤维W1=2×10-8x4-7.65×10-6x3+1.51×10-3x2-0.22x+14.78，相关系数R2=97.94%；普通锦纶W2=2×10-8x4-11.43×10-6x3+2.35×10-3x2-0.17x+12.36，相关系数R2=98.86%。

由图6可知，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的放湿回潮率均随着时间的延长而减小。在整个放湿过程中，凉爽锦纶纤维的回潮率均大于普通锦纶。

对放湿曲线回归方程进行求导，得到2种纤维的放湿速率回归方程：凉爽锦纶纤维V1=6×10-8x3-2.29×10-5x2+3.02×10-3x-0.22，普通锦纶V2=8×10-8x3-3.43×10-5x2+4.69×10-3x-0.17。借助MatLab软件得到2种纤维的放湿速率曲线，如图7所示。

由图7可知，凉爽锦纶纤维和普通锦纶的放湿速率均随着时间的延长而逐渐减小最终趋于零。在放湿前期(约40 min内)，凉爽锦纶纤维的放湿速率大于普通锦纶，之后凉爽锦纶纤维的放湿速率略小于普通锦纶但相差不大。凉爽锦纶纤维由于添加了吸水性好的云母颗粒，增加了纤维保湿性能，适宜开发夏季织物。

由2种纤维的吸、放湿曲线可知，纤维放湿平衡回潮率大于吸湿平衡回潮率，存在吸湿滞后性，且纤维达到放湿平衡所需的时间要远远大于达到吸湿平衡所需的时间。

3 结 论

1)凉爽锦纶纤维的沸水收缩率、含油率与普通锦纶较为接近，但凉爽锦纶纤维的线密度不匀、拉伸性能和摩擦抱合性能比普通锦纶略差，生产加工过程中要注意控制张力，以保证生产的顺利进行。

2)由于云母颗粒的加入，对凉爽锦纶纤维的DSC曲线有一定影响，在织造、染整等加工过程中的温度应低于370 ℃，以保证纤维结构性能的稳定性。

3)凉爽锦纶纤维的降温性能、吸湿性能和放湿性能均比普通锦纶好，适宜开发夏季凉爽舒适型织物。

FZXB

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Heat-moisture performance of cool polyamide fibers

ZHANG Haixia, ZHANG Xichang

(CollegeofTextiles,HenanInstituteofEngineering,Zhengzhou,Henan450007,China)

In order to analyze the heat-moisture performance of cool polyamide fibers, the basic performance such as fiber fineness unevenness, tensile performance, friction performance, shrinkage rate in boiling water and oil content were tested and analyzed firstly. Based on this, the thermal performance, cooling performance, moisture absorption and liberation performance of cool polyamide fibers were studied, respectively, by differential scanning calorimetry, thermal gravimeter analysis, cooling test, moisture absorption and liberation test. The results show that the fineness unevenness, tensile performance and friction performance of cool polyamide are relatively poor compared with ordinary polyamide fibers, but the shrinkage rate in boiling water and oil content are close to ordinary polyamide fibers. There exist some differences in differential scanning calorimetric curve between cool polyamide fibers and ordinary polyamide fibers. During the process of weaving, dyeing and finishing, the temperature of cool polyamide fibers should be controlled lower than 370 ℃. The cooling performance, moisture absorption and liberation performance of cool polyamide fibers are better than those of ordinary polyamide fibers.

cool polyamide fiber； basic performance； thermal performance； cooling performance； moisture absorption and liberation performance

10.13475/j.fzxb.20150706105

2015-07-25

2015-12-08

河南省科技攻关计划(142102210399)；河南省高校科技创新人才支持计划(2012HASTIT025)；河南省高校科技创新团队支持计划(13IRTSTHN024)

张海霞(1971—)，女，教授，博士。主要研究方向为纺织新材料与新产品。E-mail：zhanghaixia8003@163.com。

TS 102.5

A