木棉保暖材料及其保溫機理的研究.pdf

1、目前，占紡織原料60％以上是化學纖維，并且主要是用石油制造的合成纖維。隨著石油資源枯竭以及合成纖維生產(chǎn)、使用、廢棄全過程對環(huán)境危害問題的日益突出，人類不得不重新審視天然纖維資源。受耕地、牧場等多種資源的限制，棉、毛、絲、麻四大類天然纖維的可增長量非常有限。
　　 為挖掘和利用“沉睡”的天然纖維資源，彌補紡織原材料的不足，同時為開發(fā)綠色紡織品添磚加瓦，本文在測試分析木棉纖維基本性能的基礎上，有針對性地開發(fā)出適合木棉纖維的絮狀材料制

2、造技術，包括木棉絮料和木棉羽絨混纖絮料，并且推導出改進的纖維集合體傳熱模型。
　　 (1)木棉纖維的基本性能
　　 由木棉纖維的SEM照片，觀測到其橫向為薄壁大中空結構，胞壁厚度僅僅為1μm左右，纖維直徑約為20μm，胞壁斷面有微孔呈現(xiàn)。纖維縱向表面光滑無轉曲，纖維根端封閉。纖維受外力作用下斷裂面呈撕裂狀，斷口不齊。同為吉貝屬木棉的印尼產(chǎn)木棉和泰國產(chǎn)木棉的形態(tài)結構無明顯差異，和國產(chǎn)木棉屬木棉的形態(tài)結構也基本一致。

3、　　 木棉纖維的長度范圍和亞洲棉比較接近，為16～24mm;線密度為0.6～0.9dtex，比棉纖維中線密度最低的海島棉還要低;原產(chǎn)地為印尼和泰國的木棉纖維的直徑范圍為17～22μm。
　　 采用XQ-1單纖維強伸度儀測試了四種木棉纖維的拉伸性能，木棉纖維的拉伸曲線與棉纖維和麻纖維類似，沒有明顯的屈服點。不同原產(chǎn)地的木棉纖維拉伸性能存在差異，原產(chǎn)地相同拉伸性能也比較接近。木棉纖維的強力均值在1.44～1.71cN之間，斷裂伸長

4、率的范圍為1.8～4.2％，均有一定的離散性。木棉的斷裂強度范圍為2.03～2.70cN/dtex，初始模量范圍為45～116cN/dtex，與棉纖維相差不大，但是其絕對強力比棉纖維低。木棉纖維的斷裂伸長率小于棉纖維。
　　 采用KES-FB2純彎曲測試儀測試纖維片的方法可以有效地折算出單纖維的彎曲性能指標。木棉單纖維的彎曲剛度為0.823×10-5cN.cm2，小于采用相同的測試方法測試的七孔中空滌綸纖維、四孔中空滌綸纖維和P

5、TT纖維的彎曲剛度。這四種纖維的彎曲剛度與纖維線密度呈明顯的線性關系，隨纖維線密度的增加，彎曲剛度增大。木棉纖維折算到每tex的相對彎曲剛度為20.80×10-4cN.cm2.tex-2，明顯大于棉纖維和其他所測試的三種纖維。
　　 (2)木棉絮料
　　 由于木棉纖維長度短、強度低，容易飛揚、漂浮等特性，傳統(tǒng)紡織設備很難加工木棉纖維。本文開發(fā)出氣流成網(wǎng)等一整套工藝技術，制作木棉絮狀材料，可以使木棉纖維含量高達80％。

6、r>　　 成功試制四種木棉絮料。壓縮性能測試結果表明，含有四孔三維卷曲中空滌綸、七孔三維卷曲中空滌綸和PTT纖維的三種絮料的壓縮功彈性回復率好于噴膠棉，這三種纖維的使用可以有效地提高絮料的壓縮回復性能。木棉含量80％的絮料的壓縮功彈性回復率略低于噴膠棉，四種木棉絮料的壓縮功彈性回復率相比手工鋪絮木棉絮料要高很多，說明粘結纖維的使用可以有效地提高絮料的壓縮功彈性回復率。分析經(jīng)過壓縮性能測試后木棉絮料的SEM截面照片，木棉纖維的中空狀態(tài)得

7、以保持，合理的機器加工方式對木棉纖維的損傷有限，有利于絮料的持久保暖。
　　 采用Pearson相關性分析分析了纖維線密度、中空度、卷曲數(shù)和卷曲回復率與絮料的體積密度、壓縮率、線性度和彈性回復率之間的相關度。三維卷曲纖維的使用有利用提高絮料的蓬松度，壓縮率也會增加，而線性度會降低。絮料的壓縮彈性回復率與纖維中空度呈負相關，中空度越大絮料的壓縮彈性回復率越小。
　　 木棉含量80％和含有中空纖維的絮料的面密度熱阻大于含有P

8、TT纖維的絮料，說明中空纖維的使用有利于減輕服裝重量。四種木棉絮料的厚度熱阻均大于噴膠棉。木棉含量80％的絮料的面密度熱阻和厚度熱阻均大于其他三種木棉絮料，與手工鋪絮木棉絮料和白鵝絨也很接近，說明木棉纖維絮料有良好的保暖性能。
　　 木棉絮料具有一定的防蛀性能，驅螨率達到87.54％，驅螨效果明顯，對于大腸桿菌具有明顯的殺菌和抑菌效果，對于金黃色葡萄球菌無明顯的殺菌和抑菌效果，以上特性源于木棉纖維的特性，與纖維外壁的蠟質有一定關

9、系。
　　 (3)木棉羽絨混纖絮料
　　 總結了木棉羽絨混纖絮料的試制經(jīng)驗。喂給機中原料總重量以1.5～2公斤為宜，約占喂給機儲料箱的70％～80％。當原料中含有羽絨或者飛絲時，隨著羽絨含量的增加，喂入輥轉速呈線形遞減趨勢。使用低熔點滌綸粘結比使用ES纖維作為粘結纖維溫度要低。面密度每增大100g/m2，固結時間約需翻一倍。
　　 木棉羽絨混纖絮料中混入細旦滌綸等合纖可以有效地提高絮料的壓縮功彈性回復率。粘結纖維

10、含量小范圍的增加會提高壓縮功彈性回復率，但是不明顯。以木棉纖維取代羽絨或飛絲會導致壓縮功彈性回復率略微下降，當其含量變化較小時差異并不明顯。
　　 羽絨的使用有利于提高絮料的保暖性。木棉纖維對絮料保暖性的貢獻僅次于羽絨，高于其他合纖。羽絨飛絲的使用會導致絮料的保暖性下降，但是下降程度不大。
　　 (4)改進的纖維集合體傳熱模型
　　 以Woo等的模型為基礎模型，改進了基本結構單元的計算方法，給出了改進模型。推導過

11、程中，引入了接觸熱阻的分析。將去掉接觸熱阻影響因子的改進模型和Woo等模型的預測值與試樣導熱系數(shù)的實測值進行了分析和比較。對于熔噴非織造布，改進模型和Woo等的模型都能比較準確地預測纖維集合體的導熱系數(shù)。對于作為保暖材料使用的低密度纖維集合體，在受到較小壓力時，纖維體積分數(shù)很小，改進模型和Woo等的模型的預測值都偏小。當纖維體積分數(shù)為3％左右時，預測值都比較準確。在受到壓力較大時，改進模型的預測值較為準確。
　　 初步計算了接觸