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1、第2 8 卷第1 期 2 0 0 7 年1 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 1 J a n 2 0 0 7 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) o i 0 0 1 0 0 4 木棉絮料的压缩性能测试分析 楼英,王府梅,刘维 ( 东华大学纺织学院,上海2 0 1 6 2 0 ) 摘要为提高传统木棉絮料的强度和持久回弹性,拓宽其应用范围,自主开发了一项专利技术,利用纤维堆砌结 构提高絮料强力和回弹性。通过测试对比传统木棉絮料和利用专利技术制造的新型木棉絮料的压缩性能,比较不
2、同化学纤维与木棉混合的新型絮料的差异,发现混入合纤后的木棉絮料尽管初始蓬松度没有纯化纤絮料大,柔软 性没有纯木棉絮料好,但是新型木棉合纤混纤絮料的压缩弹性有了明显的提高。 关键词木棉纤维;中空纤维;蓬松度;压缩率;压缩功弹性率 中图分类号:T S l 0 2 9 2 3 1 文献标识码:A C o m p r e s s i b i l i t yo fk a p o kw a d d i n g L O UY i n g ,W A N GF u m e i ,L I UW e i ( C o l l e g eo fT e x t i l e ,D o n g h u aU n i v e
3、r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 1 6 2 0 ,C h i n a ) A b s t r a c t T h ea p p l i c a t i o no ft r a d i t i o n a lk a p o kw a d d i n gi sl i m i t e dt oan a r r o ws c o p ed u et oi t sw e a k n e s so f i n t e n s i t y ,d u r a t i o no fc o m p r e s s i o na n dr e c o v e r y ,S Oap a
4、t e n t e dt e c h n o l o g yt oi m p r o v ei t sp e r f o r m a n c ew a s d e v e l o p e d I nt h i sp a p e r w et e s t e dt h ec o m p r e s s i b i l i t yo fk a p o kw a d d i n gp r o d u c e dw i t ht r a d i t i o n a lm e t h o da n d t h a tb yp a t e n t e dt e c h n o l o g y ,a n d
5、a n a l y z e dt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nn e wt y p e so fk a p o kw a d d i n gm i x e dw i t h d i f f e r e n tc h e m i c a lf i b e r s T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h er e s i l i e n c eo fk a p o kw a d d i n gc o n t a i n i n gc h e m i c a lf i b e r s i so b v
6、i o u s l yi m p r o v e dt h o u g hi t si n i t i a lb u l k i n e s si ss m a l l e rt h a nt h a to fp u r ec h e m i c a lw a d d i n ga n dp l i a b i l i t yi s n o tc o m p a r a b l et ot h a to fp u r ek a p o kw a d d i n g K e yw o r d s k a p o k ;h o l l o wf i b e r ;b u l k i n e s s
7、 ;c o m p r e s s i b i l i t y ;r e s i l i e n c eo fc o m p r e s s i o nw o r k 目前对木棉纤维的研究远没有棉、毛、丝、麻那 样深入,对其性能的认识也只是大概了解。通过测 试分析8 种木棉纤维的形态结构,发现木棉纤维长 约1 6 2 1m m ,线密度约0 6 0 9d t e x ,直径约1 9 2 2 灶m ,断裂强力约1 4 1 7c N ,断裂伸长约 1 8 一4 2 。木棉纵向外观呈圆柱型,表面光滑, 不显转曲;截面为圆形或椭圆形,中段较粗,根端钝 圆,梢端较细,两端封闭,细胞中充空气,纤维的中空
8、度高达8 0 9 0 l lJ 。木棉纤维的突出特性在于高 中空度和天然超细,在絮料、纺织等领域具有开发利 用价值。 最初是选用棉、木棉、羊毛和羽绒等天然纤维做 填充絮料,随着化学纤维制造技术的迅速发展,各种 化纤絮料逐步占据填充料市场。化纤絮料尽管在一 定程度上提高了絮料的压缩弹性,但是因化纤本身 具有吸湿性差,柔软度不够等缺点,加上石油资源日 渐短缺,人们环保意识逐渐提高,使得人类重新重视 天然资源。 木棉纤维作为絮料具有化学纤维和棉、毛、丝、 麻等天然纤维所不具备的优点,如体积质量轻,具有 薄壁中空结构,不含有化肥、农药残留物等,其缺点 是细短,表面光滑,抱合力差,如果采用原始的絮料 制
9、作方法在除尘除杂处理后直接铺网成絮,絮料的 强度低,压缩回弹性能差,保暖效果随时间衰减太 快。为解决这些问题,开发了一种制作木棉絮料的 新方法:选用2 5 9 0 天然木棉纤维、5 4 0 收稿日期:2 0 0 5 0 6 1 2修回日期:2 0 0 6 0 2 1 7 作者简介:楼英( 1 9 7 9 一) ,女,硕士生。主要研究方向为纺织材料与纺织品设计。王府梅,通讯作者,E m a i l :w f u m e i d h u e d u c n 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to
10、remove the watermark 第1 期楼英等:木棉絮料的压缩性能测试分析 低熔点纤维、0 7 0 压缩回弹性好的化学纤维,将 纤维原料混合开松后,进行成网处理,而后再对纤网 进行粘合处理。本文主要对比利用该专利技术制造 的新型木棉絮料与传统木棉絮料的压缩性能,并分 析不同化学纤维与木棉纤维混合的新型絮料的压缩 性能差异。 1实验 1 1 絮料试制 采用印度尼西亚的爪哇木棉纤维和自主开发的 专利技术生产的絮料试样,如表1 所示。表1 中的 试样E 为对比絮料。各种原料性状见表2 。新型絮 料的拉伸强度提高较传统木棉絮料A 1 极为明显, 见图1 。 表1 絮料试样 T a b 1 W
11、 a d d i n gs a m p l e s 表2 原料性状 T a b 2M a t e r i a lp r o p e r t i e s f2 5 嚣 吊2 0 Z 呈1 5 蜊 矮10 碟 搭O 5 肇 氧0 A 1 A 2 BCD 试样 图1 不同絮料拉伸强度的比较 F i g 1C o m p a r i s o no ft e n s i l es t r e n g t ho fd i f f e r e n tw a d d i n g 1 2 压缩性能测试 用改装的K E S F B 3 压缩测试仪,压缩仪压脚由 原来的2c m 2 改装为1 0c m 2 ,压脚升
12、降速度设定为 1m m 5 s ,最大压力根据人体对絮料可能产生的压强 设定为9 8 0c N ,参照F Z T 0 1 0 5 1 2 1 9 9 8 测试絮料的 压缩性能。 选6 块大小为1 2c mX1 2c m 的试样,每块连续 测3 个压缩循环。压缩性能指标如下。 1 ) 定压厚度L 和L 是在连续压缩过程中,对 应于给定压力时的厚度。t 为0 0 5k P a 轻压时絮片 的厚度,咒为9 8 0k P a 重压时絮片的厚度。 2 ) 蓬松度曰( c m 3 g ) 为规定轻压作用下单位质 量的试样所具有的体积,即体积密度的倒数。 B = 1 0 3T o M ( 1 ) 式中膨为试
13、样的面密度。该指标可结合厚度、压缩 率、面密度等用以评价絮片蓬松、柔软、厚实等特性。 3 ) 压缩率E M C ( ) 可表征絮片的变形能力,也 即抗压缩能力,其值越大表示絮片越易变形,也即抗 压缩能力差。 E M C = ( T o 一瓦) ,T oX1 0 0 ( 2 ) 4 ) 压缩功W C 定义为压缩过程中外力P 对单 位面积试样所做的功。其值越大表示絮片越蓬松。 相应的还有压缩回复功指标W C ,表示压缩回复过 程中压力P 对单位面积试样所作的功。 W C = 弘T d 肖 ( 3 ) 5 ) 压缩功弹性率R C ( ) 表征絮片第n 次的压 缩弹性回复性能,一般其值越大,表示试样的
14、压缩回 复性能越好。式中n 表示连续压缩中的第n 个压 缩循环,1 表示第1 个压缩循环。 R C 。= W C 7 。W C l 1 0 0 ( 4 ) 6 ) 压缩曲线的线性度L C 表示压缩过程中曲线 接近于直线的程度,在数值上等于压力变形曲线下 的面积对该曲线两端点连线下面积之比。式中P 。 为最大的压力值。 L C = 2 W C P 。( L L )( 5 ) 2 实验结果分析 表3 为各项压缩性能指标的测试结果。因为不 同试样指标只有在面密度相同的基础上才有比较意 义,所以各项指标已折算到面密度为2 0 0g m 2 时的 指标值。 2 1 不同制造技术的絮料压缩性能的比较 图1
15、 7 为各试样间压缩性能的比较。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 。1 2 i 纺织学报第2 8 卷 蠢雾m 山 A lA 2BCDE 试样 图2 絮料重压厚度的比较 F i g 2C o m p a r i s o no fd i f f e r e n tw a d d i n gt h i c k n e s si ns t r e s s 3 5 0 幺 3 0 0 目2 5 0 遗2 0 0 襄1 5 0 1 0 0 A 1A 2BCDE
16、 试样 图3 絮料蓬松度的比较 F i g 3C o m p a r i s o no fd i f f e r e n tw a d d i n gb u l k i n e s s A 1A 2BC DE 试样 图4 絮料压缩率的比较 F i g ,4C o m p a r i s o no fd i f f e r e n tw a d d i n gc o m p r e s s i o nr a t i o 0 4 0 - 3 毯 蒸仉2 Ol 0 0 A lA 2BCDE 试样 图5 絮料压缩线性度的比较 F i g 5 C o m p a r i s o no fd i f f
17、e r e n tw a d d i n gl i n e a r i t y o fc o m p r e s s i o nc u r v e 0 ,詹刘 A 1A 2 B CDE 试样 图63 个压缩循环的压缩功比较 F i g 6C o m p a r i s o no fd i f f e r e n tw a d d i n g c o m p r e s s i o ne n e r g yi nt h r e ec i r c l e s 图2 中A 2 的重压厚度明显大于A 1 的,重压厚 度越大,絮料越不易被压扁,可见采用专利技术得到 的絮料比采用传统技术的絮料耐压,这一点
18、在图4 中也可以得到说明。图4 中A 1 的压缩率大于A 2 的,即用专利技术制做的絮料不易被压薄,能够保持 更加蓬松的结构。 图3 中A 1 和A 2 的蓬松度基本接近,说明2 种 未经过重压的絮料的初始蓬松度没有差异。 加 m 一79自。,已、罄骠出 “ 如 黔 舳 “ 爨、辫婿出 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 期 楼英等:木棉絮料的压缩性能测试分析 1 3 图73 个压缩循环的压缩弹性回复率比较 F i g 7C o m p a r
19、i s o no fd i f f e r e n tw a d d i n g r e s i l i e n c er a t ei nt h r e ec i r c l e s 对于纺织材料和纺织制品的连续重复压缩,按 F Z T0 1 0 5 1 2 一1 9 9 8 的标准压缩次数必须大于5 次。 本实验证明,对于絮料的压缩,经过一轮的压缩回复 后,第2 次压缩时压缩功会出现明显的减小,但是第 2 轮结束之后的压缩功均无明显变化。从图6 、7 中 可以清楚地看到,第1 个循环的W C 明显地大于第 2 个循环的,但是第2 、3 个循环的W C 基本相同;而 对于压缩回复功,3 次循
20、环几乎重合,所以可认为在 类似的压缩实验中,只需采用2 次循环压缩即可。 按日本风格计量与标准化委员会的研究结论, 当弯曲刚度等性能相近时,压缩功越大,纺织品越丰 厚、柔软。图6 中A 1 和A 2 的压缩功基本相同,说明 利用专利技术使A 2 中产生的胶结点对柔软度没有 负面影响;相反,比较二者在第1 和第2 次2 个循环 中的压缩功衰减率,A 1 为2 1 4 ,A 2 为1 9 6 1 ,可 见利用专利技术可以使絮料的压缩功衰减变慢,使 其持久柔软性变好。 图7 中,A 2 的压缩弹性回复率明显高于A l 的, 说明专利技术使纤维间结构增强,可以显著地提高 絮料的压缩弹性回复性能,最终使
21、絮料的持久保暖 效果得到明显提高。 2 2 混用不同化学纤维的絮料压缩性能 比较用不同P E T 纤维与木棉纤维混合的新型 絮料的压缩性能,以确定最佳的原料成分。 图2 中A 1 和A 2 的重压厚度值最大,说明木棉 纤维含量越高,絮料越不易被压薄;图4 中加人中空 P E T 纤维的B 和c 絮料压缩率有所上升,也说明了 这一点。尽管加入P ,I T I 的D 絮料压缩率有所降低, 但主要是由于P r r 为实心纤维且细度细,使得絮料 变得比较密实。 图3 中,加P I T I 的絮料蓬松度最小,而加入中空 P E T 纤维的絮料蓬松度较大,A l 和A 2 絮料的蓬松 度居中。从市场购得的
22、喷胶棉絮料的蓬松度尽管最 大,但考虑到其手感僵硬,弯曲刚度大,不适合制作 被子等要求柔软的产品,只能用于床垫等平铺产品。 可见加入粗纤度中空P E T 纤维有利于提高絮料的 蓬松度,即提高初始的保暖效果。 线性度是表征材料压缩难易程度的指标,即线 性度小表明絮料被压薄时单位厚度所需的下压力较 小。图5 中,加入中空P E T 纤维后的絮料线性度明 显变小,说明中空P E T 纤维的混入使絮料变得易于 压缩。这里的易于压缩是对压缩的整个过程而言, 指絮料变形比较容易,与图4 中的需降低压缩率并 不矛盾,因为所谓的压缩率降低可使絮料不易被压 扁的说法是对压缩的结果而言,絮料耐压。 图7 中,加入P
23、 E T 纤维的木棉絮料B 、C 、D 的压 缩弹性回复率明显地要高于纯木棉絮料,甚至比纯 P E T 的喷胶棉絮料还要高,说明按一定比例加入的 P E T 纤维对于提高木棉絮料压缩回弹性能起到极好 的作用,有力地验证了加入弹性纤维可提高木棉絮 料压缩回弹性方案的可行性。再将B 、C 、D 三者进 行比较:加入了P T T 纤维的D 絮料W C 提高最多, 主要是m 弹性高聚物的贡献;而加人中空P E T 纤 维的B 和c 絮料的W C 也提高不少,主要由较粗的 中空结构做贡献。 3结论 1 ) 木棉絮料的柔软度高,抗压薄性能好。 2 ) 用专利技术制造的木棉絮料的抗压缩性能和 持久蓬松柔软性好。 3 ) 木棉纤维中混用P E T 纤维可提高絮料的压 缩功弹性回复率,弹性聚酯P T T 的作用最明显,但中 空P E T 纤维对提高蓬松度有利。秘 参考文献: 1 肖红,于伟东,施楣梧木棉纤维的特征与应用前 景 J 东华大学学报:自然科学版,2 0 0 5 ,3 1 ( 2 ) :1 2 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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