新丽赛纤维的形态结构与性能分析

潘跃山,陈 霞,江 慧,汪 军

(1.山东黄河三角洲纺织科技研究院有限公司,山东 滨州 256600;2.东华大学 纺织学院,上海 201620)

0 引言

波里诺西克短纤维(Polynosic)在2004年实现国产化,商品名为丽赛(Richcel)纤维,该纤维凭借优异的服用性能以及生物可降解特性受到市场青睐并迅速发展[1],但在2006年因变故导致停产退出市场。近期,浙江汇纤纺织科技有限公司在原丽赛纤维基础上改进生产工艺,开发出一种新丽赛纤维[2]。

新丽赛纤维继承了原丽赛纤维良好的可纺性及服用性,其各项指标接近Lyocell纤维和Modal纤维,但新丽赛纤维在价格方面更具优势[3],且纤维生物可降解,对环境比较友好,符合市场发展趋势,是服用和家用纺织品以及非织造材料的理想原料。

由于未见文献对新丽赛纤维性能进行报道,笔者使用X射线衍射仪、扫描电镜、单纤维强力仪等仪器对新丽赛纤维的结构与性能进行系统测试,并分析新丽赛纤维的特点,这对于将新丽赛纤维推向市场,推动再生纤维素纤维多样化具有现实意义。

1 试验

1.1 试验材料

新丽赛纤维规格为1.10 dtex×38 mm,粘胶纤维规格为1.30 dtex×38 mm,分别来自浙江汇纤纺织科技有限公司和江苏澳洋集团有限公司。

1.2 仪器

试验测试仪器为:Hitachi TM3000型SEM台式扫描电子显微镜,Bruker D8型X射线衍射仪,YG747型通风式快速八篮烘箱,LLY-06 EDC型电子单纤维强力仪,XCF-1A型纤维摩擦系数测试仪,XR-1A型纤维比电阻测试仪,光学显微镜等。

2 检测结果与讨论

2.1 纤维截面与表面形态特征

使用Hitachi TM3000型SEM台式扫描电子显微镜观察对比新丽赛纤维与普通粘胶纤维的截面与表面形态特征,结果见图1。

a) 新丽赛纤维

b) 粘胶纤维图1 纤维的截面与表面形态

新丽赛纤维的截面呈不规则形状,表面有纵向沟槽,与原丽赛纤维的圆形截面不同,新丽赛纤维的截面与粘胶纤维的截面形态更接近。新丽赛纤维的异形截面使纤维的比表面积增大,缩短了水分在织物中的吸收、扩散、蒸发过程,从而提高了织物的吸湿排汗性能以及透气性[4],但沟槽的出现会对纤维的侧向受力性能产生不利影响,降低纤维的耐久性[5]。

2.2 新丽赛纤维结晶度

使用Bruker D8型X射线衍射仪测试新丽赛纤维的结晶度,并使用分峰法借助OriginPro 2021b软件分析测试数据[6],结果见图2。

图2 新丽赛纤维X射线衍射曲线

图2中,新丽赛纤维X射线衍射曲线分别在2θ为12.35°,21.13°,35.96°时出现衍射峰,计算得新丽赛纤维的结晶度为50.78%,高于粘胶纤维约35%的结晶度,低于棉纤维约65%的常规结晶度,与原丽赛纤维45%～50%的结晶度接近[7-8](本文原丽赛纤维数据均来自文献[7-8])。纤维结晶度决定纤维的吸湿性能,一般来说,纤维的结晶度越低,吸湿性能越好。因此新丽赛纤维的吸湿性能相比棉纤维较好,也意味着其着色性能良好,上染率高。

2.3 纤维力学性能

参照标准[9],利用LLY-06 EDC型电子单纤维强力仪测试各纤维的强伸性能,对比结果见表1。

表1 不同纤维力学性能比较

由表1可知,新丽赛纤维的干、湿态断裂强度均高于粘胶纤维,与原丽赛纤维性能接近,均属于高强度、中伸长类型纤维,粘胶纤维则具有低强度、高伸长的特点;从湿态强度下降程度来看,新丽赛纤维的湿强损失率为3.46%,而粘胶纤维的湿强损失率为19.93%,因此新丽赛纤维在耐洗涤性、洗可穿性等服用性能方面较粘胶纤维更为优良;其干、湿态初始模量接近原丽赛纤维,均高于粘胶纤维,保证了织物的尺寸稳定性,不易起皱,在服用方面表现良好。

2.4 纤维摩擦性能

采用XCF-1A型纤维摩擦系数测试仪(绞盘法)对各纤维的摩擦性能进行测试,结果见表2。

表2 不同纤维摩擦性能比较

分析表2得知,新丽赛纤维间动、静摩擦因数相较于粘胶纤维偏低,这由纤维表面形态、材质所决定,截面形态不规则的纤维,一般摩擦因数较小[10]。纤维间的摩擦因数低,抱合力变差,生产环节易产生毛羽,纱线强度降低,也会影响织物的抗起毛、起球性能。新丽赛纤维与金属的摩擦因数高于粘胶纤维,纤维与金属的摩擦因数越高,在纺织加工过程中更易出现缠罗拉问题。

2.5 纤维回潮率

参照标准[11],使用YG747型通风式快速八篮烘箱对各纤维的回潮率进行测试,可知新丽赛纤维、粘胶纤维、原丽赛纤维的标准回潮率分别为12.00%,12.63%,13.00%。

新丽赛纤维的标准回潮率虽略低于普通粘胶纤维和原丽赛纤维,但远高于棉纤维等天然纤维素纤维,具有较好的吸湿性能,能够有效减少生产过程中静电的产生,确保纺织过程顺利。

2.6 纤维抗静电性能

参照标准[12],使用XR-1A型纤维比电阻测试仪测试各纤维比电阻,测试结果见表3。

表3 纤维比电阻测试结果

分析表3可知,3种纤维的比电阻在同一数量级,这说明三者的抗静电性能差距较小;新丽赛纤维质量比电阻数量级为107～108,说明抗静电性能良好,在纺纱过程中不易产生静电,不易吸附罗拉、胶辊等专件器材,与其他化纤混纺对新丽赛纤维制品的抗静电性能也有较大改善。

2.7 新丽赛纤维抗菌性能

新丽赛纤维具有一定的天然抗菌性,参照标准[13],采用振荡法进行抗菌性能测试,针织物为纬平组织(100%新丽赛纤维),密度为176 g/m2,选择3种最常见的菌种进行测试,测得其对白色念珠菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为84%,77%,>99%,可知新丽赛纤维具备一定的天然抗菌性能。

2.8 新丽赛纤维耐碱性能

新丽赛纤维属于富强纤维品类,具有耐碱性能,能与棉混纺进行丝光处理[14]。因此,使用烧碱溶液对新丽赛纤维和粘胶纤维进行碱处理,通过表面形态、纤维强度、失重率等表征其耐碱性能的大小。

试验参数:碱处理时间为150 s,温度为10 ℃;溶液浓度为20 g/L～50 g/L,呈梯度增加。2种纤维的纤维强度和失重率测试结果见表4,纤维的表面形态如图3所示。

表4 烧碱浓度对纤维质量的影响

a) 新丽赛纤维

b) 粘胶纤维图3 40 g/L烧碱浓度下纤维表面形态

分析表4得知,2种纤维经过浸碱处理后,强度均有下降,但二者对碱液的敏感程度不同。粘胶纤维对碱液更为敏感,浓度为20 g/L的碱液对其造成10.09%的失重率,强度损失较大;当碱液浓度达到50 g/L时,纤维出现结团融合等问题,无法分离;而新丽赛纤维在经过浓度为50 g/L的碱液处理后失重率仍能保持在较低水平。

从图3纤维表面形态看,当碱液浓度为40 g/L时,粘胶纤维表面的沟槽已被腐蚀,变少变浅,纤维出现细节,这会对纤维强度产生较大影响;而同等条件下,新丽赛纤维表面未出现细节,沟槽腐蚀程度较浅。因此,新丽赛纤维的耐碱性能优于粘胶纤维,且当碱液浓度为20 g/L～30 g/L时,纤维状态比较稳定,适合进行丝光相关的产品开发,有利于提高纤维制品的光泽和手感。

3 结论

异形截面的结构赋予了新丽赛纤维良好的吸湿透气性。在力学性能方面,其具有高强度、中伸长、湿态强力损失小等特点,力学性能接近原丽赛纤维而优于粘胶纤维,保证了纤维制品的尺寸稳定性、耐洗涤性等服用性能,初始模量适中,具有纤维素纤维特有的柔软手感,适合开发针织面料。

新丽赛纤维结晶度介于粘胶纤维与棉纤维之间,既保证了纤维强力,又有优良的吸湿性能,同时赋予其织物优良的导湿透气性、无静电及柔软滑糯性。优良的吸湿性能使新丽赛纤维的应用场景更加广泛,在非织造布领域也可应用,如开发面膜、湿巾、擦脸巾等产品。

天然的抗菌性使新丽赛产品比其他再生纤维素纤维更适合开发内衣、袜子、婴幼儿服装等领域的产品;其耐碱性能良好,可以与棉混纺进行丝光处理,以提升产品的光泽和手感。

综上所述,无论是从原料和生产对环境的友好程度而言,还是从纤维本身性能而言,新丽赛纤维都是一种市场前景广阔、应用场景广泛的纤维材料,符合未来市场的发展趋势。