红花含量对红花粘胶纤维性能影响

杨　陈

(江西服装学院，南昌　330201)



红花含量对红花粘胶纤维性能影响

杨陈

(江西服装学院，南昌330201)

摘要：通过湿法纺丝制备不同红花含量的红花粘胶纤维，探讨红花含量对红花粘胶纤维性能的影响。结果表明：随着纺制的红花粘胶纤维中红花含量的升高，红花粘胶纤维的双折射率、结晶度、晶粒尺寸、热重分析质量残存率和纤维断裂强度均有不同程度的下降，而纤维的断裂伸长率却有不同程度的上升，但并未改变红花粘胶纤维纤维素Ⅱ的晶型结构。红花含量的提高使得纤维的分子结构稳定性与力学性能下降。

关键词：红花粘胶纤维；双折射率；热学性能；分子结构；力学性能

再生纤维素纤维是以天然纤维素为材料通过湿法纺丝制备的具有较好透气、吸湿、抗静电与柔软舒适性的化学纤维，其中以粘胶纤维应用最为广泛，使用量最大[1-2]。随着人们生活水平的提高，对功能性粘胶纤维要求越来越高，对粘胶纤维的改性技术也愈加成熟。红花是一种菊科的草本植物，具有止痛、通经，对降血脂、冠心病及高血压等具有较好的抑制和治疗作用[3-4]。本文通过把提取的红花黄色素按照不同的比例与粘胶纤维纺丝液进行混合，试图通过湿法纺丝纺制出拥有上述二者优点，具有医用价值的红花粘胶纤维。韩倩[5]在该方面做了尝试，但其研究侧重红花粘胶纤维的抗菌性能，并未对红花粘胶纤维的结构性能等进行深入研究，本文通过纺制不同红花含量的红花粘胶纤维，分析研究红花含量对纤维性能的影响，为开发具有保健性能的红花粘胶纤维提供一定的参考依据。

1实验部分

1.1实验材料

红花黄色素(上海倍卓生物科技有限公司，下文均简称为“红花”)、粘胶纤维纺丝液(纺丝液的聚合度为520；α-纤维素的质量分数94%；购自新乡白鹭化纤集团有限责任公司)、七水合硫酸锌(江苏强盛化工有限公司)、无水硫酸钠(苏州高峰精细化工有限公司)、硫酸(质量分数为98%，山东三方化工集团有限公司)、丙酮(东莞市宏川化工有限公司)、液体石蜡油(河北衡水圣康化工有限公司)、α-溴萘(湖北深远大化工有限公司)、溴化钾(天津金汇太亚化学试剂有限公司)，以上化学试剂均为分析纯。

1.2实验仪器

自制湿法纺丝机、YZG真空干燥机(常州市金陵干燥设备有限公司)、GT-TH-S-80Z可程式恒温恒湿试验箱(湖北高天试验设备有限公司)、XQ-1型纤维强伸度仪(常州第二纺织仪器厂有限公司)、FA1204电子分析天平(上海精胜科学仪器有限公司)、WYA-2W阿贝折射仪(苏州江东精密仪器有限公司)、YYP-210系列偏光显微镜(上海仪圆光学仪器有限公司)、NETZSCH STA409PC同步热分析仪(德国耐驰仪器制造有限公司)、D2 PHASER X射线衍射仪(德国布鲁克AXS公司)。

1.3实验方法

1.3.1纺丝工艺参数

将红花黄色素与粘胶纺丝液的比例按照3∶97，6∶94，9∶91，12∶88，15∶85进行充分混合，使得红花的含量在红花粘胶纤维中分别占3%，6%，9%，12%，15%，使用湿法纺丝机对不同比例的红花粘胶纤维纺丝液进行纺丝。纺丝机工艺参数设置：喷丝速度130m/min，卷绕速度145m/min，纺丝头直径0.06mm(0.06mm纺丝头的选用使得纺制出来的红花粘胶纤维的线密度均为1.62dtex)，牵伸倍数1.12，凝固浴长度1m，凝固浴的温度45～55℃(凝固浴的配比为：七水合硫酸锌10g/L、无水硫酸钠150g/L、硫酸140g/L)，将纺制出来的红花粘胶纤维在温度85℃的YZG真空干燥机中进行烘干。将纺制出来的红花粘胶纤维剪切成长度为33mm短纤维，利用FA1204电子分析天平称取上述剪切好的红花粘胶纤维50g，共称取5份，分别放到装有1000mL的质量分数为15%丙酮溶液中，对纤维表面凝固浴中的表面残留化学试剂进行清洗，在丙酮溶液中清洗时间为10min。10min后，将红花粘胶纤维用蒸馏水进行反复清洗，去除纤维表面的化学试剂残留，将清洗后的红花粘胶纤维再次放置到温度为85℃的烘箱中再次干燥至恒重(下述所有实验所用的红花粘胶纤维均为清洗后烘干纤维)。

1.3.2双折射测定

将清洗后的不同含量的红花粘胶纤维按照同一方向平行伸直排列整齐待用。使用量筒分别量取液体石蜡油(折射率为1.470)与α-溴萘(折射率为1.658)充分混合，使混合溶液的折射率在1.47～1.66之间[6]。将上述排列好的红花粘胶纤维依次投入到液体石蜡油(与α-溴萘混合溶液中，使得红花粘胶纤维在混合溶液中浸泡3min后取出放置在载玻片上，利用YYP-210系列偏光显微镜观察确定贝克线的位置后，使用WYA-2W阿贝折射仪测试红花粘胶纤维的浸液折射率，以分析不同含量的红花黄色素粘胶纤维的取向度，该实验重复三次，计算三次测试的平均值。

1.3.3热重分析

将不同含量的红花粘胶纤维利用哈氏切片器以半格为步长切成纤维碎末后，使用NETZSCH STA409PC同步热分析仪在氮气保护条件下测试不同含量的红花粘胶纤维的热重曲线，升温速率为20℃/min，实验测试为温度范围室温至600℃。

1.3.4X衍射测试

将不同含量的红花粘胶纤维利用哈氏切片器以半格为步长切成纤维碎末后制成红花粘胶纤维碎末压片。使用D2 PHASER X射线衍射仪测试对纤维碎末压片进行X衍射测试。测试参数为：扫描角度范围为为5°～45°；Cu靶；Kα射线波长为0.154nm；扫描的速度为0.01°/min；采取连续扫描的扫描方式。利用Spline样条函数对测试数据绘制的衍射曲线进行去除杂点后，利用Peakfit4.0软件对X衍射曲线进行分峰处理，并利用以下公式[7]计算不同含量的红花粘胶纤维的结晶度及晶粒尺寸：

(1)

式(1)中，Cr为红花粘胶纤维的结晶度；Sa为红花粘胶纤维无定形峰的面积；Sc为红花粘胶纤维结晶峰的面积；

(2)

式(2)中，L为纤维晶粒尺寸；k为谢洛常数，取0.89；λ为X衍射测试时的入射波长，取值为0.154nm；β为衍射峰的半高宽，计算成弧度(π)再代入公式进行计算。

1.3.5力学性能测试

取不同含量的红花粘胶纤维放置在温度为20℃，相对湿度为65%RH的GT-TH-S-80Z可程式恒温恒湿试验箱中平衡24h。使用XQ-1型纤维强伸度仪测定红花粘胶纤维的断裂强度与断裂伸长率。纤维强伸度仪测试参数为：红花粘胶纤维的夹持长度为20mm；纤维的初始张力为0.2cN；采取CRE拉伸方式，拉伸速度20mm/min，测试力的精度为0.01cN，伸长的精度为0.01mm。每种含量的红花粘胶纤维测试30根，排除测试过程中出现的过大与过小的异常数据后，计算其平均值。

2结果与讨论

2.1双折射测定

不同含量红花粘胶纤维的双折射率测试结果如图1所示。从图1可以看出，红花粘胶纤维的双折射率随着红花含量比例的升高而不断下降。由纤维双折射率与纤维取向度的关系可知，纤维的双折射率与纤维的取向度呈现正相关。由此可知，红花粘胶纤维的取向度随着红花含量的升高而不断下降，由此可以推知，红花粘胶纤维随着纤维中红花含量的升高而各向异性不断降低，而纤维的力学性能随着纤维红花含量的升高而不断下降，这一点在下文的红花粘胶纤维的力学性能测试中得到验证。

图1　红花含量与红花粘胶纤维双折射率关系曲线

2.2热重分析

不同比例红花粘胶纤维的热重分析曲线如2所示。从图2可以看出，无论红花含量的比例如何，红花粘胶纤维的TG曲线走势大致一致。TG曲线大致可以分为4个温度阶段进行区别，分别为0～120℃、120～300℃、300～360℃与360～600℃。TG曲线的走势大致相同也说明红花含量的变化并未改变红花粘胶纤维的晶型结构。同时，随着红花含量的升高，红花粘胶纤维的质量残存率在不断下降。究其原因主要是，红花含量的提高降低了纤维的结晶度，增加了无定型区的比例，这一点可以从下文的X衍射实验中得到验证。另一方面由于红花黄色素的耐高温性能要低于粘胶纤维的纤维素，因此，随着红花含量的升高，红花粘胶纤维的耐高温性能不断下降。

注：按图中箭头所指，从下到上分别是比例为15%，12%，9%，6%，3%红花粘胶纤维图2　不同含量的红花粘胶纤维的TG曲线

2.3X衍射

表1红花粘胶纤维晶粒结构参数测试结果

红花含量/%结晶度/%晶粒尺度/nmD1D2D3334.44.823.483.23632.24.753.413.19930.14.643.323.081227.24.513.212.931524.44.223.132.67

注：按图中箭头所指，从上到下分别是比例为3%，6%，9%，12%，15%红花粘胶纤维图3　不同含量的红花粘胶纤维的X衍射曲线

2.4力学性能

不同含量的红花粘胶纤维的力学性能测试结果如图4所示。从图4可以看出，随着红花含量的不断增加，红花粘胶纤维的断裂强度不断下降，而断裂伸长率却不断上升。这是由于红花含量的提高使得红花粘胶纤维的结晶度与晶粒尺寸不断减小，同时也造成了纤维的取向度的不断下降，致使纤维的力学性能降低。对断裂强度与断裂伸长率与红花含量的关系曲线分别使用S曲线与指数增长函数进行拟合，得式(3)、式(4)(拟合误差范围在0.0005之内，以准确分析红花含量与红花粘胶纤维力学性能的关系)，对公式的拟合可以准确把握在生产中红花含量与红花粘胶纤维之间的关系，为生产提供参考依据。

(3)

(4)

其中，y1为红花粘胶纤维断裂强度/cN·dtex-1；y2为红花粘胶纤维断裂伸长率/%；x为红花含量/%，取值范围为3%～15%

图4　红花粘胶纤维力学性能与红花含量关系曲线

3结论

通过湿法纺丝纺制不同红花含量的红花粘胶纤维并测试其性能。结果表明，随着纺制的红花粘胶纤维中红花含量的升高，红花粘胶纤维的双折射率、结晶度、晶粒尺寸、热重实验质量残存率和纤维断裂强度均有不程度的下降，纤维的断裂伸长率却有不同程度的上升，但并未改变红花粘胶纤维纤维素Ⅱ的晶型结构。由此可知，红花含量的提高使得纤维的分子结构稳定性与力学性能下降。

参考文献：

[1] 朱正锋，齐大鹏，蔡丽丽，等.阻燃粘胶纤维的性能研究[J].中原工学院学报，2010,21(4):37-40.

[2] 朱正锋，齐大鹏.阻燃粘胶纤维的热力学性能研究[J].人造纤维，2011,25(1):2-4.

[3] 今世元.今世元中药材传统鉴别经验[M].北京：中国中医药出版社，2010.194-195.

[4] 郑虎占，董泽宏，佘靖.中药现代研究与应用第三卷[M].北京：学苑出版社，1998:20-57.

[5] 韩倩.红花活性物提取及与纤维素共混制备功能性纤维工艺研究[D].郑州：中原工学院，2013.

[6] 顾俊晶.再生竹纤维结构与性能研究[D].苏州：苏州大学，2009.

[7] 刘瑞刚，胡学超，章谭莉.粘胶纤维素在NMMO中溶解前后结晶结构的变化[J].中国纺织大学学报，1998,24(4):7-10.

(责任编辑：张祖尧)

Influence of Safflower Content on Performance of Safflower Viscose

YANGChen

(Jiangxi Institute of Fashion Technology, Nanchang 330201, China)

Abstract：This study prepares safflower viscose with different contents of safflower through wet spinning, and discusses the influence of safflower content on the performance of safflower viscose. The result shows that, with the increase of safflower content in safflower viscose spun, birefringence, degree of crystallinity, grain size, mass survival rate in thermogravimetric experiment and breaking strength of safflower viscose reduce to different extents, while its elongation at break increases at different degrees, but the crystal structure of cellulose II of safflower viscose is not changed. The increase of safflower content reduces the stability of molecular structure and mechanical properties of fiber.

Key words：safflower viscose; birefringence; thermal performance; molecular structure; mechanical properties

收稿日期：2015-09-02

作者简介：杨陈(1980-)，男，重庆永川人，讲师，硕士，主要从事功能性纺织材料的开发。

中图分类号：TQ341.1

文献标志码：A

文章编号：1009-265X(2016)04-0001-04