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化學纖維的主要指标

生活 更新时间:2024-08-16 05:22:04

化學纖維的主要指标(化學纖維的主要品質指标)1

纖維的品質是指對纖維制品的使用價值有決定意義的許多指标的總體而言。反映纖維品質的主要指标有物理性能指标,包括纖維的長度、細度、比重、光澤、吸濕性、熱性能、電性能等;機械性能指标,包括斷裂強度、斷裂伸長、初始模量、回彈性、耐多次變形性等;穩定性能指标,包括對高溫和低溫的穩定性、對光-大氣的穩定性、對化學試劑的穩定性及對微生物作用的穩定性等;加工性能指标包括纖維的抱合性,起靜電性和染色性等;短纖維的附加品質指标包括纖維長度、卷曲度、纖維疵點等。

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一、細度

細度是纖維粗細的程度。分直接指标和間接指标兩種。直接指标一般用纖維的直徑和截面積表示,由于纖維截面積不規則,且不易測量,通常用直接指标表示其粗細的時候并不多,故常采用間接指标表示。間接指标是以纖維質量或長度确定,即定長或定重時纖維所具有的質量(定長制)或長度(定重制)。

在化纖生産中,因原材料、設備運轉狀态和工藝條件的波動都會使未拉伸絲、拉伸絲的條幹不均勻。因此,測定纖維沿長度方向的條幹均勻度是衡量纖維質量變化的重要指标,它影響纖維的物理-機械性能與染色性能,還影響纖維的紡織加工性能及織物外觀。

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二、吸濕性

吸濕性(moisture absorption)是纖維的物理性能指标之一,通常把纖維材料從氣态環境中吸收水分的能力、稱為吸濕性。表征吸濕性的指标有:

1.回潮率與含水率:纖維材料中的水分含量,即吸附水的含量,通常用回潮率(Moisture regain)或含水率(Moisture content)表達。前者是指纖維所含水分的質量與幹燥纖維質量的百分比,後者是指纖維所含水分質量與纖維實際質量的百分比。化纖行業一般用回潮率來表示纖維吸濕性的強弱。

2.标準狀态下的回潮率與公定回潮率:各種纖維的實際回潮率随環境溫濕度而變,為了比較各種纖維材料的吸濕能力,将其放在統一的标準大氣條件下(20℃、65%相對濕度)一定時間後,使它們的回潮率在“吸濕過程”中達到一個穩态值,這時的回潮率為标準狀态下的回潮率。

在貿易和成本計算中,纖維材料往往并不處于标準狀态,為了方便計重和核價的需要,必須對各種纖維材料的回潮率做出人為統一規定,稱之為公定回潮率。主要紡織纖維的回潮率如下:

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三、密度

纖維的密度(densities),是指單位體積纖維的質(重)量,常用單位為g/cm3 。由于物質組成、大分子排列堆砌以及纖維形态結構不同,各種纖維的密度是不同的,主要化學纖維品種中,丙綸的密度最小,粘膠纖維的密度最大。主要紡織纖維的密度如下:

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四、拉伸性能

纖維材料在使用中會受到拉伸、彎曲、壓縮、摩擦和扭轉作用,産生不同的變形。化學纖維在使用過程中主要受到的外力是張力,纖維的彎曲性能也與其拉伸性能有關,因此拉伸性能是纖維最重要的機械性能。它包括強力和伸長兩個方面,因此又稱強伸性能。

(一)斷裂強度

斷裂強度是表征纖維品質的主要指标,提高纖維的斷裂強度可改善制品的使用性質。纖維的斷裂強度,通常有以下幾種表示方法:

1.斷裂強力:亦稱絕對強力或斷裂負荷,簡稱強力。即纖維材料受外界直接拉伸到斷裂時所需的力,單位為牛頓(N),衍生單位有厘牛頓(cN)、毫牛頓(mN)、千牛頓(kN)等。各種強力機上測得的讀數都是強力。強力與纖維的粗細有關,所以對不同粗細的纖維,強力沒有可比性。

2.相對強度:拉斷單位細度纖維所需要的強力稱為相對強度,即纖維的斷裂強力與線密度之比,用以比較不同粗細的纖維拉伸斷裂性質的指标,單位為N/tex。

斷裂強度高,纖維在加工過程中不易斷頭、繞輥,最終制成的紗線和織物的牢度也高;但斷裂強度太高,纖維的剛性增加,手感變硬。

(二)斷裂伸長

纖維拉伸至斷裂時的伸長率稱為斷裂伸長率(Elongation at break),它表示纖維承受拉伸變形的能力。

斷裂伸長率大的纖維手感比較柔軟,在紡織加工時,可以緩沖所受到的力,毛絲、斷頭較少;但斷裂伸長率也不宜過大,否則織物容易變形。普通紡織纖維的斷裂伸長率在10% ~30%範圍内比較合适。但對于工業用強力絲,則一般要求斷裂強度高、斷裂伸長率低,使其産品不易變形。

(三)初始模量

初始模量(Initial modulus)亦稱彈性模量或楊氏(Young’s)模量,表示試樣在小負荷下變形的難易程度,反映了材料的剛性。

纖維的初始模量取決于高聚物的化學結構以及分子間相互作用力的大小。大分子柔性越強,纖維的初始模量就越小,也就容易發生形變。對于由同一種高聚物制得的纖維,若分子間的作用力愈大,取向度或結晶度越高,則纖維的初始模量就越大。在主要的化學纖維品種中,以滌綸的初始模量最大,錦綸則較小,因而滌綸織物挺括,不易起皺;而錦綸易起皺,保形性差。

幾種常見化學纖維的拉伸指标如下:

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(四)回彈性

材料在外力作用下(拉伸或壓縮)産生的形變,在外力除去後,恢複原來狀态的能力稱為回彈性(Elastic recovery)。纖維在負荷作用下,所發生的形變包括三部分:普彈形變、高彈形變和塑性形變。這三種形變,不是逐個依次出現而是同時發展的,隻是各自的速度不同。因此,當外力撤除後,可回複的普彈形變和松弛時間較短的那一部分高彈形變(急回彈形變)将很快回縮,并留下一部分形變,即剩餘形變,其中包括松弛時間長的高彈形變(緩回彈形變)和不可複的塑性形變。剩餘形變值越小,纖維的回彈性越好。

纖維的回彈性與其制品的尺寸穩定性和折皺性有密切關系。回彈性高的纖維(例如滌綸)制成的服裝不易起皺,具有挺括等特性。

五、耐疲勞性

耐疲勞性通常是指纖維在反複負荷作用下,或在靜負荷的長時間作用下引起的損傷或破壞。

疲勞破壞的機理從能量學角度,可以認為是外界作用所消耗的功達到了材料内部的結合能(斷裂功),使材料發生疲勞;也可以從形變學角度認為是外力作用産生的變形和塑性變形的積累達到了材料的斷裂伸長,使材料發生疲勞。一般說來,回彈性較好的纖維,其耐疲勞性就高,如錦綸的回彈性較好,它的耐疲勞性最好。

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六、耐磨性

所謂磨損,一般指材料由于機械作用從固體表面不斷失去少量物質的現象,即兩個固體表面接觸作相對運動,伴随着摩擦引起的減量過程。

影響纖維耐磨損性能的因素非常複雜。首先是纖維的分子結構和微觀結構。一般情況下,分子主鍊鍵能強,分子鍊柔曲性好,聚合度好,取向高度、結晶度适當,結晶顆粒較細較勻,纖維的玻璃化溫度在使用溫度附近時,耐磨損性能較好。從纖維性能方面看,纖維表層硬度高,拉伸急彈性恢複率高,拉伸斷裂比功大,恢複功系數高時,耐磨損性能較好。另外,溫濕度、試樣張力、磨料的種類、形狀、硬度等都對耐磨損性能有影響。

常見纖維耐磨性能高低順序如下:錦綸>丙綸>維綸>乙綸>滌綸>腈綸>氯綸>羊毛>蠶絲>棉>麻>富強纖維>銅氨纖維>粘膠>醋酯纖維>玻璃纖維。

七、耐熱性和熱穩定性

纖維及其制品在加工過程中要經受高溫的作用(如染整、烘幹等),在使用過程中也常常要接觸到高溫(如洗滌和熨燙),工業和技術用纖維則更要受到高溫的長時間作用,因此對高溫作用的穩定性,是材料穩定性能指标之一。

耐熱性:表征纖維在升高溫度下測得的機械性能的變化,這種變化在回複至常溫時往往能夠恢複(屬于可複變化),因此亦稱物理耐熱性。

熱穩定性(Thermal stability):表征纖維受熱後,機械性能的不可複變化,這種變化是将纖維加熱并冷卻至常溫後測得的,系聚合物發生了降解或化學變化所緻,因此亦稱化學耐熱性。

高聚物的化學結構是影響纖維耐熱性(包括熱穩定性)的主要因素之一。天然的纖維素纖維和再生的水化纖維素纖維耐熱性很高,這類纖維不是熱塑性的,因而在升溫下它們不會軟化或發生粘結。合成纖維在升溫下強度的降低程度比水化纖維素纖維為高。主要化學纖維品種中,粘膠纖維耐熱性最好,而滌綸的熱穩定性最好。

高聚物分子中形成交聯結構可以提高纖維的耐熱性,如聚乙烯醇的縮醛化。借助于加入少量抗氧劑或鍊裂解過程的阻滞劑,可使纖維的熱裂解和熱氧化裂解程度大為減小,可提高纖維熱穩定性,但不能提高纖維的耐熱性。

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八、熱收縮

熱收縮是纖維熱性能之一,指受熱條件下纖維形态尺寸收縮,溫度降低後不可逆。纖維産生熱收縮是由于纖維存在内應力,熱收縮的大小用熱收縮率(Heat-shrinkage)表示,它是指加熱後纖維縮短的長度占原長度的百分率。

根據加熱介質不同,有沸水收縮率、熱空氣收縮率和飽和蒸汽收縮率等。對纖維熱收縮處理,品種不同采取的熱處理條件也不同。常見化學纖維熱收縮處理條件:

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纖維熱收縮率的大小,與熱處理的方式、處理溫度和時間等因素有關,一般情況下,纖維的收縮在飽和蒸汽中最大,在沸水中次之,在熱空氣中最小。氯綸在100℃熱氣中收縮率達50%以上,維綸的沸水收縮率約為5%,正常加工滌綸短纖維的沸水收縮率約為1%。

九、阻燃性

纖維燃燒是纖維物質在遇到明火高溫時的快速熱降解和劇烈化學反應的結果。阻燃性是纖維的穩定性能指标之一,亦稱防燃性。描述纖維燃燒性能的指标有極限氧指數LOI、着火點溫度T、燃燒時間t、火焰溫度TB等指标。其中應用較為廣泛的為極限氧指數。

所謂極限氧指數,是指試樣在氧氣和氮氣的混合氣中,維持完全燃燒所需的最低氧氣體積分數。限氧指數愈高,說明燃燒時所需氧氣的濃度愈高,常态下纖維愈難燃燒。根據LOI數值的大小,可将纖維燃燒性能分為四類:

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常見化學纖維極限氧指數:

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十、化學穩定性

對化學作用的穩定性是材料的穩定性能之一,亦稱耐化學性。它是纖維抵抗化學試劑作用的能力的量度。對微生物作用的穩定性是指纖維抵抗蛀蟲、黴菌作用的能力,亦稱耐微生物性。

化學纖維對化學試劑作用的穩定性主要決定于其聚合物的結構。一般碳鍊化學纖維比雜鍊化學纖維對酸堿的穩定性好,但與側基也有關系,例如:腈綸纖維的大分子鍊上有氰基,因此不耐強堿。

滌綸纖維化學穩定性主要取決于分子結構。滌綸纖維除耐堿性差以外,耐其它化學試劑性能均比較優良。滌綸纖維耐微生物作用,不受蛀蟲、黴菌等作用。

錦綸纖維耐堿性、耐還原劑作用的能力很好,但耐酸性和耐氧化劑作用性能比較差。錦綸纖維耐微生物作用的能力較好,在淤泥水或堿中,耐微生物作用的能力僅次于氯綸纖維,但有油劑或上漿劑的錦綸纖維,耐微生物作用的能力降低。

腈綸纖維耐酸、堿性好,35%鹽酸、65%硫酸、45%硝酸對其強度無影響,在50%苛性鈉和28%氨水中強度幾乎不下降。腈綸纖維耐蟲蛀,耐黴菌性能好。

(來源:廣東紡織服裝圈、中國纖維流行趨勢)

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