新型再生纖維素纖維的性能對(duì)比與鑒別

　　進(jìn)入新世紀(jì)，資源和環(huán)境問題引起了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。在這一背景下，天然纖維素再次得到了重視。自然界纖維素年產(chǎn)量約1000億噸，大約只有2．5％是通過再生途徑制作成纖維等加以利用的。纖維素資源非常豐富，纖維素是可再生的自然資源，具有可延續(xù)性；纖維素具有環(huán)保性，可參和自然界的生態(tài)循環(huán)。作為面料纖維，纖維素纖維具有優(yōu)良的吸濕性、穿著舒適性，一直是面料品和衛(wèi)生用品的重要原材料。所以纖維素纖維是新世紀(jì)理想、有前途的布料原材料之一。近年來，出現(xiàn)丁Modal、Tencel等新一代再生纖維素纖維，隨著新型再生纖維素纖維在生產(chǎn)中的大量應(yīng)用，需要對(duì)其性能特點(diǎn)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，以便更好地用于生產(chǎn)，開發(fā)新產(chǎn)品。

　　1.再生纖維素纖維的進(jìn)展
　　在再生纖維素纖維之中，粘膠纖維是僅遲于纖維素硝酸酯纖維的古老的化學(xué)纖維品種之
　　一。1891年，克羅斯(Cross)、貝文(Bevan)和比德爾(Beadle)等首先制成纖維素黃酸鈉溶液，由于這種溶液的粘度很大，因而命名為"粘膠"。粘膠遇酸后，纖維素又重新析出。根據(jù)這個(gè)原理，在1893年進(jìn)展成為一種制備化學(xué)纖維的方法，這種纖維被命名為粘膠纖維。到1905年，米勒爾(Muller)等創(chuàng)造了一種稀硫酸和硫酸鹽組成的凝固浴，實(shí)現(xiàn)了粘膠纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。
　　一個(gè)世紀(jì)以來，粘膠纖維生產(chǎn)不斷進(jìn)展和完善。在20世紀(jì)30年代末期，出現(xiàn)丁強(qiáng)力粘膠纖維；50年代初期，高濕模量類粘膠纖維實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；到了60年代初期，粘膠纖維的進(jìn)展達(dá)到了高峰，其產(chǎn)量占化學(xué)纖維總產(chǎn)量的80％以上。從60年代中期起，粘膠纖維的進(jìn)展趨于平緩。
　　一般粘膠短纖維雖具有優(yōu)良的服用性能和廣泛的適用范圍，但也存在一些嚴(yán)峻缺點(diǎn)，主要是在濕態(tài)時(shí)劇烈溶脹，使纖維的斷裂強(qiáng)度顯著下降，在較小的負(fù)荷下就簡單伸長(即濕模量很低)。因此，織物清洗時(shí)受到揉搓力簡單變形，干燥后強(qiáng)烈收縮，尺寸很不穩(wěn)定。又由于一般粘膠短纖維不耐堿，經(jīng)堿溶液處理后，強(qiáng)度和濕模量明顯下降，斷裂伸長上升，纖維素劇烈溶脹并有部分溶化。因此，一般粘膠短纖維和棉的混紡化纖織物織物不能經(jīng)受改善織物外觀的絲完處理。一般粘膠短纖維的另一缺點(diǎn)是，織物進(jìn)行上色整理時(shí)必須采取松式，因?yàn)闈衲Ａ枯^低，如在張力下進(jìn)行上色整理，織物在使用時(shí)劇烈收縮，因此，上色整理不便連續(xù)進(jìn)行。
　　為了克服上述缺點(diǎn)，人們研制出高濕模量粘膠短纖維。這種纖維除具有高強(qiáng)力、低伸長和低膨化度外，其主要特點(diǎn)是具有較高的濕模量，因此有高濕模量粘膠纖維之稱。由于高濕模量粘膠纖維具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，因此有人稱它為第二代粘膠纖維。主要有兩個(gè)品種：
　　(1)波里諾西克(Polynosie)纖維，亦稱為經(jīng)典高濕模量纖維。·它的特點(diǎn)是濕態(tài)斷裂強(qiáng)度和濕模量非常高，但這種纖維生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本高，而且斷裂伸長較小，勾結(jié)強(qiáng)度和耐磨性能較差。我國的商品名稱為富強(qiáng)纖維。
　　(2)變化型高濕模量粘膠纖維，簡稱為高濕模量纖維(或稱為HWM纖維)。這類纖維的干強(qiáng)力和濕強(qiáng)力略低于波里諾西克纖維。但斷裂伸長較高，勾結(jié)強(qiáng)度非常優(yōu)良，濕模呈低于波里諾西克纖維，但和棉大致相同。已基本克服上述一般粘膠短纖維的幾項(xiàng)嚴(yán)峻缺陷，而且克服了波里諾西克纖維勾強(qiáng)較差、脆性較大的缺點(diǎn)。
　　Modal纖維是奧地利蘭精(Lenzing)公司生產(chǎn)的新一代再生纖維素纖維。是以中歐森林中的山毛櫸木漿粕為原材料制成。Modal纖維采納高濕模量粘膠纖維的制造工藝，從其性能看它屬于變化型高濕模量纖維
　　Lyocell纖維采納的是一種全新的制造工藝，這是再生纖維素纖維生產(chǎn)中的一次重大突破。Lyocell纖維是以N-甲基氧化嗎啉(NMMO)一H20為溶劑，用干濕法紡制的再生纖維素纖維。1980年由德國Akzo-Nobel公司首先取得工藝和產(chǎn)品專利，1989年由國際人造纖維和合成纖維委員會(huì)(BISFA)正式命名。Tencel是英國Courtanlds公司生產(chǎn)的Lyocell纖維的商品名稱．在我國稱其為天絲。目前工業(yè)化生產(chǎn)的還有奧地利Lenzing公司生產(chǎn)的Lyocell纖維和德國Akzo-Nobel公司生產(chǎn)的Newcell纖維。Lyocell纖維采納的制造工藝生產(chǎn)周期知，生產(chǎn)過程無污染，所生產(chǎn)的纖維較一般粘膠纖維性能有很大優(yōu)勢(shì)。
　　2.結(jié)構(gòu)和性能
　　從生產(chǎn)工藝看，目前再生纖維素纖維基本可分為購類：一類是以粘膠纖維為代表的傳統(tǒng)型生產(chǎn)工藝，這其中包含一般粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維、Modal纖維等；另一類是以Lyocell纖維為代表的新型溶劑法生產(chǎn)工藝，包含英國Courtanlds公司生產(chǎn)的Tencel、奧地利Lenzing公司生產(chǎn)的lyocell、德國Akzo-Nobel公司生產(chǎn)的Newcell纖維等。從大分子結(jié)構(gòu)看，幾種再生纖維親纖維均是由纖維素大分于構(gòu)成。它們的結(jié)構(gòu)特征見表1。

　　Lyocell纖維和富強(qiáng)纖維的聚合度高于一般粘膠纖維和高濕模量粘膠纖維。Lyocell纖維有更集中的分子量分布。纖維的聚合度對(duì)纖維物理機(jī)械性質(zhì)，特別是對(duì)斷裂強(qiáng)度、勾強(qiáng)和勞累強(qiáng)度有肯定影響。一般情況下隨著纖維素聚合度的增加，纖維的強(qiáng)度有所增加。
　　超分子結(jié)構(gòu)要素主要包含結(jié)晶度、晶粒大小、結(jié)構(gòu)單元沿纖維軸的取向度等。每一結(jié)構(gòu)要素對(duì)纖維的物理機(jī)械性能都有肯定的影響。使用不同結(jié)構(gòu)因素相結(jié)臺(tái)的方法，可以在很廣的范圍內(nèi)改變和調(diào)節(jié)纖維的物理結(jié)構(gòu)，從而改變纖維的物理機(jī)械性能。各種再生纖維素纖維的品種較多，各品種的物理機(jī)械性能差別較大，主要是使用不同的成形下藝，獲得具有不同結(jié)構(gòu)的纖維，因而纖維的性質(zhì)也各異。
　　Tencel纖維屬單斜晶系纖維素Ⅱ晶型。Tencel纖維的結(jié)晶度高于其他各種再生纖維素纖維。Tencel纖維比其他仟種再生纖維素纖維有更高的取向度和沿纖維軸向的規(guī)整性。Tencel纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，縫隙孔洞少。由于Tencel纖維取向度很高，纖維易于原纖化。
　　富強(qiáng)纖維的超分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有較高的結(jié)晶度，晶粒大，有較高的取向度。由于富強(qiáng)纖維的大晶粒結(jié)構(gòu)，纖維脆性較高，勞累性能較差，勾強(qiáng)也較低。
　　高濕模量粘膠纖維超分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是聚合度、結(jié)晶度和取向度高于一般粘膠纖維小于富纖和Tencel纖維，結(jié)晶顆粒較富強(qiáng)纖維小，適中。
　　纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)其物理機(jī)械性能也有較大的影響。富強(qiáng)纖維的橫截面結(jié)構(gòu)和一般粘膠纖維和強(qiáng)力粘膠纖維不同，為較圓滑的圓形或接近于圓形的全芯層結(jié)構(gòu)。高濕模量粘膠纖維為圓滑的皮芯結(jié)構(gòu)，皮層厚度大于一般粘膠纖維，Modal纖維也為皮芯結(jié)構(gòu)。Tencel纖維有規(guī)整的圓柱形外觀，是以芯結(jié)構(gòu)，但皮層很薄。
　　皮層的結(jié)構(gòu)和芯層不同，皮層的結(jié)晶度較低，結(jié)晶粒子微小而眾多，取向度較高，側(cè)序低而且分布比較均勻；芯層的結(jié)晶度較高，結(jié)晶粒子比較粗大，取向度較低，側(cè)序高而且分布不太均勻。
　　纖維結(jié)構(gòu)上的差異必定會(huì)反映在性能上，表2所示是幾種再生纖維素纖維的物理機(jī)械性能。
　　在幾種再生纖維素纖維中，富強(qiáng)纖維的斷裂強(qiáng)度高，和滌綸纖維相近；在濕態(tài)下的強(qiáng)度損失較小，一般不入于30％；斷裂伸長率較低，由于較低的斷裂伸長率，織物經(jīng)水洗后坐形較小。富強(qiáng)纖維有相當(dāng)高的彈性回復(fù)率，使織物有較高的尺寸穩(wěn)定性，也比較耐褶皺；初始模量和棉纖維相近，在小的或中等負(fù)荷下產(chǎn)生的變形不大。富強(qiáng)纖維的水洗收縮率和棉纖維相似，比一般粘膠纖維小一倍。富強(qiáng)纖維勾結(jié)強(qiáng)度較差，僅是棉纖維的一半，所以富強(qiáng)纖維的脆性較大。富強(qiáng)纖維的抗堿性是全部粘膠纖維中高的，使其和棉的混紡化纖織物織物能經(jīng)受絲完處理。
　　

　　高濕模量粘膠纖維的強(qiáng)度高于棉和一般粘膠纖維，低于富強(qiáng)纖維和Tencel纖維；濕強(qiáng)損失小于30％；伸長和勾強(qiáng)小于一般粘膠纖維，高于富強(qiáng)纖維，和Telicel纖維相近；模量小于富強(qiáng)纖維，和棉相似，遠(yuǎn)高于一般粘膠纖維；堿穩(wěn)定性較差。
　　Modal纖維雖屬高濕模量纖維，但其性能有所不同。和高濕模量纖維相比，濕態(tài)下的強(qiáng)度損失約40％，斷裂伸長率較小，濕模量也略小，但比一般粘膠有明顯優(yōu)勢(shì)。Modd纖維具有較好的抗堿性，可和棉混紡化纖織物進(jìn)行絲完處理。
　　Tencel纖維屬高強(qiáng)、高模、中伸型纖維。Tencel纖維干、濕強(qiáng)力都很大，干強(qiáng)和滌綸接近，濕強(qiáng)約為干強(qiáng)的85％，濕強(qiáng)僅下降15％，這說明Tencel纖維能承受機(jī)械作用力及化學(xué)藥劑的處理，不易使織物造成損傷。Teneel纖維的斷裂伸長率在干、濕兩種狀態(tài)下變化也很小，濕態(tài)下的斷裂伸長率僅增加約10％，這對(duì)整理和使用都特別有利。Tencel纖維用堿液處理時(shí)簡單出現(xiàn)原纖化，但新型Tencel纖維的這一性能有所改進(jìn)。
　　3新型纖維素纖維的鑒別
　　再生纖維素纖維的化學(xué)組成相同，許多性能相近，這給鑒別造成肯定的困難。但纖維生成和整理工藝有所不同，必定在性能上有所差異?？紤]到鑒別方法的有用性，這里僅對(duì)常用的一些鑒別方法進(jìn)行探討。試樣選用目前流行的幾種再生纖維素纖維，并選棉纖維作為對(duì)比。
　　3．1顯微鏡觀看法
　　顯微鏡觀看法的試驗(yàn)原理是根據(jù)纖維縱向和橫截面形態(tài)的差異，通過顯微鏡觀看來鑒別纖維。

　　3．2燃燒法來源:
　　燃燒法的試驗(yàn)原理是利用纖維燃燒時(shí)及燃燒后的特征來區(qū)分纖維種類。

　　3．3溶化法來源:
　　溶化法的試驗(yàn)原理是利用各種纖維在不同化學(xué)溶劑中、不同溫度下的溶化特性來確定其品種的。

　　3．4藥品著色法
　　藥品著色法的試驗(yàn)原理是將纖維放在試劑中顯色，根據(jù)顏色的差別來鑒別纖維。試劑為I2-KI試劑。

　　3．5試驗(yàn)結(jié)果分析和商量
　　顯微鏡觀看法對(duì)試樣縱向形態(tài)進(jìn)行觀看，棉、粘膠纖維和Teneel纖維都有較明顯的結(jié)構(gòu)特征，Modal纖維的縱向溝槽較少，約1個(gè)-2個(gè)，有可能和粘膠纖維、Tencel纖維混淆。只通過縱向形態(tài)區(qū)分有困難，通過橫截面形態(tài)區(qū)分較為簡單，只是纖維截面切片制作需技術(shù)熟練?？偟恼f來用顯微鏡觀看法是可以鑒別以上四種纖維的。
　　由于化學(xué)組成相同，用燃燒法鑒別以上四種纖維較困難，這四種纖維只是在燃燒中的冒煙及灰燼方面略有不同。在燃燒過程中，Tencel纖維有較多的白煙產(chǎn)生，燃燒后灰燼也相對(duì)較多一些。而棉和粘膠的灰燼少呈灰白色，Tencel纖維和Modal纖維的灰燼呈黑色。但燃燒法可作為預(yù)備試驗(yàn)，用于鑒別纖維素纖維。
　　溶化法鑒別以上四種纖維的試驗(yàn)現(xiàn)象各有所不同，棉不溶于37％的鹽酸和60％的硫酸，Modal纖維溶化迅速，粘膠纖維在常溫下需攪拌4min后才溶化，而Tencel纖維則需加熱才溶化。因此可用溶化法來鑒別這四種纖維。
　　藥品著色法鑒別時(shí)，著色水洗后，除棉不上色，其余三種纖維均呈黑的藍(lán)青色，但經(jīng)干燥后，粘膠、Modal、Tencel這三種纖維的顏色有所不同。因此，可用此方法來鑒別這四種纖維。但這種方法易受人為因素的影響，如水洗程度等，必須重復(fù)驗(yàn)證。
　　綜上所述，鑒別這四種纖維有效的方法為溶化法；顯微鏡觀看法雖比較直觀，但做纖維截面切片比較麻煩；藥品著色法需認(rèn)真、認(rèn)真；用燃燒法鑒別這四種纖維是有困難的。
　　4結(jié)語
　　(1)再生纖維素纖維資源豐富、可再生、環(huán)保，加之新型溶劑性制造工藝的出現(xiàn)，必將成為21世紀(jì)有前途的面料纖維。
　　(2)再生纖維素纖維從一般粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維到當(dāng)今流行的Modal纖維和Tencel纖維，纖維性能得到了很大的改進(jìn)。特別是Tencel纖維，不僅性能優(yōu)良，而且徹底改變了再生纖維素纖維傳統(tǒng)牛產(chǎn)中的環(huán)境污染問題。
　　(3)鑒別常見再生纖維素纖維有效的方法為溶化法；顯微鏡觀看法和藥品著色法也各有肯定優(yōu)勢(shì)；但常用的燃燒法較難發(fā)揮作用。
　　

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