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紫外線對(duì)棉纖維力學(xué)性能的影響因素分析
點(diǎn)擊次數(shù)：508 發(fā)布時(shí)間：2017-1-11
- 棉織物以其較好的吸濕、導(dǎo)汗與透氣性能受到人們的青睞，被廣泛應(yīng)用于各類服飾品中?？椢镌谑褂眠^程中不可避免會(huì)受到紫外線的照射，在紫外線照射下棉纖維容易發(fā)生光氧化反應(yīng)，產(chǎn)生老化現(xiàn)象，不僅影響織物的顏色，還嚴(yán)重影響織物的力學(xué)性能，降低織物的耐穿性。但利用紫外線輻照也能改變纖維的表面性能，更可以賦予材料吸濕、抗菌、消臭、防靜電等性能。本文以河南南陽(yáng)產(chǎn)二級(jí)鋸齒白棉為材料，分析棉纖維在紫外線作用下外觀形貌、摩擦因數(shù)與拉伸性能的變化，為棉纖維改性及拓展其利用開發(fā)途徑提供一定的參考依據(jù)。
l 實(shí)驗(yàn)部分
1．1實(shí)驗(yàn)材料與儀器
河南南陽(yáng)產(chǎn)二級(jí)鋸齒白棉。規(guī)格：長(zhǎng)度29 mm，線密度1．62 dtex，主體馬克隆值A(chǔ)。KH一7700型數(shù)字三維視頻顯微鏡，YG982X型標(biāo)準(zhǔn)光源箱，101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，Spec—traRad輻照度光譜儀，F(xiàn)R一1204型恒溫恒濕試驗(yàn)箱，Y151型纖維摩擦因數(shù)測(cè)定儀，Y162A型束纖維強(qiáng)力機(jī)。
1．2實(shí)驗(yàn)方法
1．2．1 棉纖維的紫外線照射處理
分別取棉纖維7份，每份3 g，利用101型電熱鼓風(fēng)干燥箱將7份棉纖維在20℃條件下*烘干，并將烘干后的棉纖維分別裝進(jìn)透明密閉的玻璃容器中，選擇標(biāo)準(zhǔn)光源箱中的UV光源(峰值波長(zhǎng)365 nm，紫外燈光源。此時(shí)紫外燈表面的輻射照度180 W／m2；將玻璃瓶放置在紫外燈正下方100 mm的位置，利用SpectraRad輻照度光譜儀檢查玻璃瓶中的輻射照度為64 W／m2)，輻照時(shí)間點(diǎn)分別為50 h、100 h、200 h、500 h、1 000 h、2 000 h、5 000 h。
1．2．2纖維微觀形貌觀察
分別取紫外線輻照5 000 h的棉纖維試樣與未經(jīng)處理的棉纖維試樣各30根，利用KH一7700型數(shù)字三維視頻顯微鏡，在倍率為500倍的條件下觀察棉纖維微觀形貌，并利用數(shù)字三維視頻顯微鏡上的比例尺度計(jì)算棉纖維天然轉(zhuǎn)曲的扭曲率，每組30根(共3組)，取其平均值。
1．2．3纖維的表面摩擦性能
利用101型電熱鼓風(fēng)干燥箱將未經(jīng)處理的棉纖維與經(jīng)紫外線輻照的棉纖維烘干，在溫度20℃、相對(duì)濕度65％條件下調(diào)濕24 h，與膠輥、鋼輥、棉纖維輥(摩擦輥的制作方法在此不再贅述，詳見儀器的操作說明書)進(jìn)行測(cè)試，每種試樣測(cè)試100次，取其平均值。
1．2．4拉伸性能
將未經(jīng)處理的棉纖維與經(jīng)紫外線輻照的棉纖維烘干后在溫度20℃、相對(duì)濕度65％條件下調(diào)濕24 h。依據(jù)GB／T 6101《棉纖維斷裂強(qiáng)力試驗(yàn)方法束纖維法》規(guī)定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，共測(cè)試10束棉纖維，計(jì)算纖維斷裂比強(qiáng)度，取其平均值。
2結(jié)果與討論
2．1 纖維形貌
棉纖維的天然轉(zhuǎn)曲照片見圖1。
經(jīng)計(jì)算可知，未經(jīng)處理的棉纖維與紫外線輻照5 ooO h的棉纖維扭曲率分別為78％和54％(每組組內(nèi)試樣天然轉(zhuǎn)曲的扭曲率變化幅度均在±5％，說明了試樣天然轉(zhuǎn)曲的扭曲率數(shù)值變化的穩(wěn)定性與可信度)，棉纖維縱向天然轉(zhuǎn)曲的扭曲率經(jīng)過不同照射處理呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí)可以看到經(jīng)過處理后，棉纖維表面光澤暗淡，可以推知紫外線的照射使得纖維分子中的微原纖內(nèi)應(yīng)力減小，使得棉纖維天然轉(zhuǎn)曲的扭曲率下降。
2．2表面摩擦因數(shù)
按照前述實(shí)驗(yàn)方法，分別測(cè)試了未處理的棉纖維與經(jīng)紫外線輻照的棉纖維與膠輥、鋼輥、棉纖維輥的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)摩擦因數(shù)(每組組內(nèi)試樣的摩擦因數(shù)變化幅度均在±5％，說明了試樣摩擦因數(shù)數(shù)值變化的穩(wěn)定性與可信度)。測(cè)試結(jié)果見圖2、圖3和圖4。
由圖2、圖3和圖4可以明顯看出，棉纖維的表面摩擦因數(shù)隨實(shí)驗(yàn)時(shí)間的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。
從棉纖維一膠輥表面摩擦因數(shù)、棉纖維一鋼輥表面摩擦因數(shù)與棉纖維一棉輥表面摩擦因數(shù)三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算可知，在各組中動(dòng)態(tài)摩擦因數(shù)與靜態(tài)摩擦因數(shù)的下降速率大致一致，這說明纖維的變化程度對(duì)其動(dòng)態(tài)摩擦因數(shù)與靜態(tài)摩擦因數(shù)的變化方向與速率大致相同。
2．3拉伸性能
依照前述實(shí)驗(yàn)方法，棉纖維的斷裂比強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試結(jié)果見圖5、圖6。由圖5和圖6可以看出，棉纖維的斷裂比強(qiáng)度隨輻照時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，而斷裂伸長(zhǎng)率隨輻照時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，說明紫外線輻照對(duì)棉纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷。
由纖維素I的晶型結(jié)構(gòu)可知，纖維晶胞之間主要以C—C、C一0、C—H等化學(xué)鍵連接。由化學(xué)鍵的鍵能計(jì)算可知，C—C、C—O、C—H化學(xué)鍵的鍵能分別是81 kcal／m01、87 kcal／mol、87 kcal／mol，均小于波長(zhǎng)365 nm的紫外線所輻射出來的光子能量(136 kcal／m01)，晶胞間其他化學(xué)鍵的能量也均低于136 kcaI／mol，在此不一一列舉。因此棉纖維在高能量的紫外線輻射下能量逐漸積累，當(dāng)能量積累到一定程度，纖維大分子之間電子能級(jí)躍遷劇烈，導(dǎo)致化學(xué)鍵周圍的電子云處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，從而與空氣中的氧氣發(fā)生光氧化反應(yīng)。光氧化反應(yīng)使得棉纖維的纖維素鏈斷裂，分子長(zhǎng)度變短，聚合度降低，無(wú)定形區(qū)比例增加，晶區(qū)減小。這就造成了棉纖維強(qiáng)力弱環(huán)的增加，纖維的斷裂比強(qiáng)度降低邸。]。
對(duì)兩公式進(jìn)行求導(dǎo)可知，纖維的斷裂比強(qiáng)度變化速率與斷裂伸長(zhǎng)率的變化速率zui快的時(shí)間段均在50 h～100 h之間。這說明紫外線的輻照在50 h～100 h時(shí)間段中纖維的內(nèi)部反應(yīng)比較快。 - 更多關(guān)于 抗紫外線測(cè)試儀：http://www.kzcsy。。ｃｏｍ