异形纤维

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摘要异形纤维在合成纤维成形过程中,采用异形喷丝孔纺制的、具有非圆形截面的纤维或中空纤维,称为异形截面纤维,简称异形纤维(Shaped fiber,Profiled fiber)。 需要说明的是,采用圆形喷丝孔湿纺所得纤维(如粘胶纤维和腈纶等)的横截面也并非正圆形,可能呈锯齿形、腰子形...

异形纤维

异形纤维在合成纤维成形过程中,采用异形喷丝孔纺制的、具有非圆形截面的纤维或中空纤维,称为异形截面纤维,简称异形纤维(Shaped fiber,Profiled fiber)。

需要说明的是,采用圆形喷丝孔湿纺所得纤维(如粘胶纤维和腈纶等)的横截面也并非正圆形,可能呈锯齿形、腰子形或哑铃形。尽管如此,它们并不能称为异形纤维。

异形纤维性质

异形纤维所具有的独特性质,主要体现在以下几个方面:

(1)具有优良的光学性能。纤维无金属般炫目的极光,但是具有柔和、素雅、真丝般光泽,有些截面的纤维具有特殊光泽,如五叶形、三角形。

(2)纤维截面异形化,使丝条的比表面积增大,故相应增加了纤维的覆盖能力,并使透明性减小。

(3)由于截面的特殊形状,增加了纤维间的抱合力、蓬松性、透气性,并改善了丝条的硬挺性。

(4)减少了合成纤维的蜡状感,使手感更加舒适。

(5)能提高染色的深色感和鲜明性,使所染颜色更加鲜艳。

异形纤维特点

异形纤维具有特殊的光泽,并具有蓬松性、耐污性和抗起球性,纤维的回弹性与覆盖性也可得到改善。例如,三角形横截面的涤纶或锦纶与其他纤维的混纺织物有闪光效应;十字形横截面的锦纶回弹性强;五叶形横截面的聚酯长丝有类似真丝的光泽,抗起球性、手感和覆盖性良好;扁平、带状、哑铃形横截面的合成纤维具有麻、羚羊毛和兔毛等纤维的手感与光泽;中空纤维的保暖性和蓬松性优良,某些中空纤维还具有特殊用途,如制作反渗透膜,用于制造人工肾脏,并可用于海水淡化、污水处理、硬水软化、溶液浓缩等。

异形纤维性能

1.力学性能

(1)断裂强度。异形长丝与相应的普通长丝相比,断裂强度无甚差异,这点可由1.67tex(15旦)的单丝和5tex(45旦)复丝的试验所得数据证实。然而纺制0.5tex(4.5旦)短纤维时,中空异形纤维的断裂强度大约降低1%。具有特殊意义的是纤维的截面异形化对抗弯曲和耐磨牢度方面的影响,异形纤维由于易形成应力集中源,纤维强度较圆形截面纤维低10%~20%。

(2)抗弯性能和耐磨性。在截面积相同的情况下,异形截面纤维比同种圆形纤维难弯曲,这和异形纤维截面的几何特征有关。将涤纶的不同截面异形纤维织物和圆形纤维织物的抗弯刚度进行测定对比,其结果表明,三角形等异形截面纤维织物都具有比圆形纤维织物高的抗弯刚度。

2.舒适性能

(1)手感。众所周知,天然纤维的截面形状是不规则的,纤维粗细也很不均匀,再加上天然纤维表面一般都有许多很细的皱纹存在,因此,天然纤维具有风格良好的手感,它们或者硬挺、丰满,或者柔软舒适。合成纤维截面异形化后,纤维有了类似于天然纤维的非圆形截面,因而手感方面也有所改善,由圆形截面纤维制得的织物,触摸时常有一种似蜡状物的软滑感。而异形截面纤维的织物,由于纤维的比表面积增大,特别是纤维的摩擦系数随着纤维截面的变化而变化,纤维静、动摩擦系数的差值相应增大,从而改变了织物的蜡状感。而对中空纤维来讲,其硬挺度、手感等受到纤维中空度的影响。在一定范围内,中空纤维的硬挺度随中空度增加而加大。但中空度过大时,纤维壁会变薄,纤维也变得容易被挤瘪、压扁,使硬挺度反而降低。

(2)抗起球性。普通圆形截面的合成纤维易起毛起球。由于纤维强力高,摩擦时纤维缠绕,附在织物表面产生的球粒不易脱落,球粒会越积越多,严重影响织物外观和手感。纤维异形化后,由于纤维比表面积增加,丝条内纤维间的抱合力增大,纤维头难于从织物中滑出,加之异形纤维的耐磨性较圆形纤维差,滑出布面的纤维头容易从织物上脱落,所以织物的起毛起球现象大大减少。试验表明,锯齿形、枝翼形截面纤维滑出起球的倾向最小。五角星形、H形、扁平截面纤维和羊毛等纤维混纺,比纯纺起球少得多。

(3)蓬松性与透气性。一般情况下,异形纤维的蓬松性要比普通合成纤维好,做成的织物手感也更厚、蓬松、丰满、质轻,透气性也好。异形纤维截面越复杂,或者纤维异形度越高,纤维及织物的蓬松性和透气性就越好。例如,三角形和五星形聚酯纤维织物的蓬松度可比圆形纤维织物高5%~8%。因此,在织物面密度相同的情况下,异形纤维织物就显得更厚实、更蓬松,保暖性和透气性也更好。同样,中空纤维也具有更好的蓬松性和保暖性。对同规格纤维而言,中空度增加,中空部分面积增大,纤维蓬松度也增大,纤维集合体的蓬松性也增加,有时甚至蓬松度可增加50%以上。

(4)导湿性能。有学者分别研究了不同截面异形纤维的导湿性能,并对异形纤维的织物吸湿排汗效果产生原因提出以下依据。

①比表面积。异形纤维与圆形纤维相比较,比表面积增加使液态水的传导面积增大,气态水的蒸发面积也增大。凡是具有导湿快干功能的纤维一般都具有高的比表面积,表面有众多的沟槽。

②芯吸效应。芯吸性是纱线的重要特性,它与织物吸湿导湿有关,因而与织物的穿着舒适性相关。因此,芯吸问题属于纺织品舒适性问题的范畴。芯吸性好的织物穿着时不易产生闷热感。从本质上来说,芯吸是一种维持毛细管内流体迁移的性能。通俗来讲,是水分子沿纤维表面形成的毛细管上升并从另一端析出水珠的性能。异形纤维之间和异形纤维束之间形成的毛细管数量比相同线密度的圆形纤维之间和圆形纤维束之间形成的毛细管数量要增加许多,形成毛细效应时,虽然毛细管当量半径变小,但总体来说,由于毛细管数量的增加,纤维充实度减小,毛细效应比圆形纤维明显。截面一般设计为特殊的异形,利用毛细管原理,使得纤维能够快速地输水、扩散和挥发,能迅速吸收皮肤表面的湿气和汗水,并排放到外层蒸发。

3.光泽

异形截面纤维的最大特征是其独特的光学效果,这也是早期制造这类纤维的主要目的之一。

(1)异形纤维的光泽与入射光方向的关系。圆形纤维表面对光的反射强度与入射光的方向无关,异形纤维表面对光的反射强度却随着入射光的方向而变化。异形纤维的这种光学特点增强了纤维的光泽感,使人眼在不同方向、不同位置接收到不同的光学信息而产生良好的感官感受。如三角形截面涤纶会发出丝绸般的光泽,而五叶形截面显示出类似人造丝、醋酯丝般的光泽。与圆形截面相比,截面凹凸的个数越多,光泽的扩散性越好,光泽越柔和、鲜艳。然而,虽然异形纤维具有光泽效应,反射率大,在相同条件下染色时染料吸收量大,但染色却偏浅。因此,如要从外观上得到同样深度的颜色,必须比圆形截面纤维增加10%~20%的染料。不过,在视觉上由于光泽的影响,似乎鲜艳度有增加的感觉。异形截面丝较圆形丝表面对光的反射程度大,难以透光,制成织物后,反映在人们的视觉上,织物的覆盖性能比较好,不容易被沾污。

(2)异形纤维的光泽与纤维截面形态的关系。异形纤维的光泽与纤维截面形态有较大的关系,当一束平行光照射于不同截面形态的纤维表面时,会发生不同的光泽效应。例如,三角形截面,三角形截面纤维(透明柱)就像三角形的分光棱镜一样。三棱镜能将光分成七色,应能看到各种颜色,但因棱镜太小,并且又是多个棱镜组合在一起(一根单纤维为一棱镜),因此,不能识别出各种颜色,各色光再度以集合的状态射入眼中。入射光通过单纤维(一个三棱镜)分成各色光,这种色光从各单纤维表面以各色分别再反射,这与珍珠色的发生机理相似,因此,视觉上的合成光具有奥妙的光泽。中空三角形截面,因内部反射首先不产生光谱的分光作用,而表面反射和内部反射这两种反射光亮度增加,所以中空型的三角形纤维的光泽效应更好。

4.保暖性能

聚酯絮棉和羽绒常被作为保暖材料,它们都是利用包含静止空气来达到保暖性能的。因为静止空气传热系数最低,约为羊毛、聚酰胺纤维和聚酯纤维的1/10。经测试,静止空气、羊毛、聚酰胺纤维、聚酯纤维和棉的传热系数分别为0.022、0.19、0.22、0.245和0.56。由于热量的传导和对流占总体的50%以上(表10-7),所以有效地抑制传导和对流的发生是面料能否保暖的关键。中空纤维保暖原理是将空气分隔,形成无对流的封闭状态,多层的静止空气抑制了热传导和空气对流,使保暖性能大大提高。

5.防污性能

由于异形截面纤维的反射光增强,纤维及其织物的透光度减小,因而织物上的污垢不易显露出来,从表面上看织物的耐污性就提高了。此外,异形纤维(包括中空纤维)透光率较圆形纤维低,表明异形纤维透光性较差,纤维和织物透明度较低。有人曾将异形中空复丝和圆形锦纶丝做成经编针织物,比较它们的透光性。发现本色中空纤维针织物的透光性比圆形纤维针织物的透光性低。

6.染色性能

异形纤维由于比表面积增大,上色速度加快,上染率明显增加。但由于异形化后纤维反射光强度增大,而使色泽的显色性降低,颜色深度变浅。不过,在视觉上由于光泽的影响,似乎鲜明度有增加的感觉。因此,对异形纤维染色时,要想从外观上获得同样的深度,必须比圆形纤维增加10%~20%的染料,但染料吸收量大使染色成本增加。实际生产中可以通过适当地确定纤维的线密度和单丝根数,在一定程度上降低染料的消耗而保证足够的颜色深度。

异形纤维应用

目前异形纤维不仅在衣着、装饰及产业用纺织品三大领域内有着广阔的市场前景,也是非织造布及仿皮涂层的理想材料。例如,在地毯领域中,异形纤维的特点是有弹性、不起球、有高度的蓬松性、覆盖性和防污效果。在非织造布领域,异形纤维的附着性比圆形纤维大得多。在工业卫生领域,用X、H形纤维制造的毛刷类产品,其清洁度要好得多。中空纤维除衣着领域外,在污水处理、浓缩分离、海水淡化、人工肾脏方面也得到广泛应用。伴随着异形纤维品种的多样化,其在纺织产品上的应用也日益广泛。

异形纤维属于什么纤维

合成纤维

异形纤维如何测试细度

纤维细度仪通过摄像机采集纤维纵向及横截面显微图像,在软件智能辅助下快速实现纤维纵向直径数据测试,并具备纤维种类标注、统计分析、EXCEL输出、电子报表等功能,适用于纤维细度测量以及混纺纤维混纺含量的测试。并能够观察中空纤维和异形纤维的截面形状。

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