醋青纤维性能测试与分析

安 莉 李海琼 李凤艳

(天津工业大学，天津，300386)

醋青纤维是由腈纶前驱体与醋酸纤维在分子级水平上相结合得到的一种新型纤维[1]，集合了天然纤维素和腈纶的特点，具有强力较高、结实耐磨、吸湿性高、不易起毛起球和起静电等优点[2-3]。竞争日益激烈的市场对于高档腈纶材料服装的需求越来越大，各种方式改性的腈纶也日益受到广泛关注，这种新型纤维的出现必然会推动新型纤维面料的发展。

目前，国内已经开始对醋青纤维纱线进行产品开发。本文以醋青纤维为研究对象，对纤维力学性能、摩擦性能、微观结构等进行了测试，并与腈纶进行比较与分析，期望可为该类新型纤维产品的开发提供一定的理论指导和数据支持。

1 试验部分

1.1 原料

醋青纤维规格35 mm×1.21 dtex，腈纶规格35 mm×1.45 dtex。

1.2 纤维表征及性能测试

1.2.1纤维微观结构测试

使用Phenom proX型飞纳台式扫描电镜，观察纤维的纵向微观形态。测试前对纤维进行喷金处理。采用Nicolet iS50型傅立叶红外光谱仪，测试醋青纤维和腈纶的红外光谱图。测试波数范围为4 000 cm-1～400 cm-1，分辨率为4 cm-1。

1.2.2力学性能

根据GB/T 14337—2008《化学纤维 短纤维拉伸性能试验方法》，采用YM-06A型电子单纤维强力仪测试纤维力学性能。测试条件：夹持隔距20 mm，测试速度10 mm/min，预加张力0.12 cN/dtex。测试50次，结果取平均值。

1.2.3摩擦因数

分别采用水和抗静电剂处理醋青纤维和腈纶，然后在Y151型纤维摩擦系数测试仪(常州德普纺织科技有限公司)上，测试纤维的动、静摩擦因数。预加张力为0.157 cN/dtex，金属辊转速为30 r/min。纤维的动、静摩擦因数计算公式见式(1)。

u=0.733[log10f0-log10(f0-M)]

(1)

式中：u为纤维动或静摩擦因数，f0为张力夹头质量(156.8 mg)，M为表盘指针读数。

2 结果与讨论

2.1 纤维微观形态

图1为醋青纤维和腈纶扫描电镜照片。

(a)醋青纤维

图1 纤维的微观表面形态

如图1所示，醋青纤维和腈纶表面纵向均有一定数量的沟槽结构，且醋青纤维表面沟槽结构更多。醋青纤维的这种细微沟槽可以看作毛细管，毛细管效应使它具有良好的芯吸性能[4-5]。因此预测，醋青纤维在吸湿性能上优于腈纶。

2.2 纤维红外光谱图

图2为醋青纤维和腈纶的红外光谱图测试结果。由于醋青纤维是在腈纶分子上引进醋酸纤维素的羟基从而改善其性能，为便于分析与比较，图中还列出了醋酸纤维的红外光谱图。

如图2所示，醋酸纤维中存在的特征吸收峰包括3 485 cm-1、1 730 cm-1、1 270 cm-1处，分别由—OH伸缩振动、酯羰基C=O伸缩振动和乙酰酯键引起的[6]；醋青纤维与腈纶红外光谱图基本相似，在2 230 cm-1、1 440 cm-1、1 225 cm-1处分别出现特征吸收峰，不同的是，将700 cm-1～1 100 cm-1处的光谱图放大(见图2中右侧放大图)后发现，醋青纤维在1 020 cm-1附近有小的吸收峰，对应于醋酸纤维的特征吸收峰位置，认为这是纤维合成过程中，聚丙烯腈与醋酸共聚物的产物所引起的[7]。

图2 醋青纤维和腈纶的红外光谱图

2.3 纤维力学性能

纤维在纺织加工和纺织品使用过程中会受到各种各样的外力作用而发生变形，其抵抗外力的能力十分重要。因此，我们对醋青纤维和腈纶的力学性能进行测试，结果如下。

纤维名称 醋青纤维 腈纶

断裂强度

/cN·dtex-13.55±1.33 3.65±1.52

断裂功

/cN·mm 16.92±6.37 14.98±7.21

断裂伸长率

/% 32.38±4.94 23.28±11.04

弹性模量

/cN·dtex-170.25±24.79 73.54±20.69

可以看出，与腈纶相比，醋青纤维的断裂强度与腈纶接近，但断裂伸长率略高，约高出28.1%；醋青纤维弹性模量略低于腈纶。当其他条件相同时，纤维的弹性模量越大，织物越硬挺；反之，越柔软。因此说明醋青纤维较腈纶在小负荷作用下更容易变形，预期醋青纤维的织物手感更加柔软。

2.4 纤维摩擦因数

纤维的摩擦力会影响纤维的梳理、牵伸、卷绕等工艺，并且也会影响纱线和面料的质量。通过测试并比较纤维的摩擦性能可预测纤维的可纺性和纺织品的服用性。为综合考虑回潮和静电等因素，分别选择水和抗静电剂(自制)作为溶剂，用喷壶喷洒纤维多次并确保每次喷洒量保持一致的前提下，研究了喷洒不同次数溶剂后，纤维放置不同时间后的静摩擦因数和动摩擦因数，结果如图3所示。其中，腈纶的静摩擦因数为0.37，动摩擦因数为 0.26 ；醋青纤维的静摩擦因数为0.27，动摩擦因数为0.21。

(a)水对醋青纤维的处理

(b)水对腈纶的处理

(c)抗静电剂对醋青纤维的处理

(d)抗静电剂对腈纶的处理

图3 不同溶剂处理对两种纤维摩擦性能的影响

由图3可知，未用溶剂处理纤维时，腈纶的静、动摩擦因数都大于醋青纤维；在使用水处理纤维时，腈纶的静、动摩擦因数都有所减小，而醋青纤维的静摩擦因数减少，动摩擦因数有增大趋势;在喷洒水2次处理腈纶并密封15 min时，其静、动摩擦因数差值最小。在相同条件下，由图3可知，醋青纤维的静、动摩擦因数差值也是最小的；在使用抗静电剂处理纤维时，腈纶的静、动摩擦因数有减小的趋势，而醋青纤维的静、动摩擦因数均呈现先减少后缓慢增大的趋势；在喷洒抗静电剂2次处理腈纶并密封15 min时，其静、动摩擦因数差值最小，但静、动摩擦因数的变化没有相同情况下溶剂为水的变化明显。通过观察水、抗静电剂在不同条件下对醋青纤维的摩擦性能的影响可以预测，水对腈纶、醋青纤维的摩擦性能影响比抗静电剂的大[8]。

试验结果表明，水和抗静电剂对醋青纤维和腈纶的静、动摩擦因数影响很大，特别是腈纶。总体来讲，腈纶的静摩擦因数较大，不利于成纱，易引起静电，为纱线、纺织品加工带来麻烦。因此，通过对腈纶的分子水平改性得到的醋青纤维在防静电性能上得到了改善。

3 结论

(1)醋青纤维具有较好的吸湿性，与普通腈纶相比，在纺纱过程中不易起静电。

(2)醋青纤维断裂强度与腈纶相近，但是断裂伸长率较高，纤维手感柔软。

(3)根据醋青纤维的性能测试结果可以预见，醋青纤维织物将会在吸湿性、尺寸稳定性、防静电性和耐磨性等方面具有优势。