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搞清楚! 棉纤维形成折皱原理、经物理整理后强度下降原因

2020-04-27 14:53


天然纤维织物,特别是棉织物具有手感天然、吸湿透气、抗静电、穿戴舒适、经济实惠等长处,所以深受人们的喜欢。在织物纤维中,以棉纤维的产值最大、运用最广,不过纯棉织物有弹性差、易起皱、洗后需熨烫,并且易受微生物的侵袭导致纤维霉变和脆损的缺陷。为进步织物的抗皱性,在染整加工中,要进行抗皱收拾[1]。近年来,人们崇尚天然,棉纤维织物又遍及盛行,而跟着人们生活水平的进步和生活节奏的加速,人们对服装不只要求穿戴舒适,对坚持平坦外观、照料简洁也提出了更高要求,因而,抗皱和耐久压烫收拾再一次成为研讨的热门。


 

01 棉抗皱差的原因

棉纤维归于纤维素纤维,而纤维素纤维是由失水葡萄糖单元组成的高聚物。一个纤维素分子是6000~7000个单元组成的长链。这些纤维素长链分子,在一些区域内彼此平行摆放,并彼此构成氢键和范德华引力,这样的区域称为晶区。在这些区域内,纤维素链严密牢固地与相邻分子链结合在一起。能够信任,在晶区内,纤维素分子间是没有空间可让水分子和树脂分子进去的。别的,因为相邻纤维素链问的强力很强,所以纤维素链的相对运动是很困难的,即便发作分子的相对位移,待应力消除,其结合力就马上使位移分子回复到原本方位。所以能够以为结晶区是用来防皱的。

现代理论以为,在纤维素分子链的结晶区之问,存在着序列较差的无定形区。因为在这个区域内,纤维素分子不是摆放的十分有序。在无定型区,纤维链间的问隔较大,相邻链问的引力也低于晶区,所以在无定形区的纤维素链间,水分子、树脂分子和染料分子都可进入。因为纤维相邻链问引力较低,折皱引起的应力能够使纤维素链发作相对位移,一旦应力去除,也因为没有满足的约束力能使纤维素分子回到其原本的方位,这样就使织物发作折皱,所以折皱能够为是在无定型区发作的。

为了使纤维或织物具有防皱功能,就有必要在无定形区紧邻的纤维素分子问添加一些衔接。处理时,织物要坚持所需求的形状。这样引进的分子,至少应具有两个以上能与纤维素发作反响的基团。在恰当的催化剂条件下,这样分子一般被称为纺织树脂,实际上被称为“预缩体”较为适宜。

纤维素链的交键有必要考虑其它两个要素。榜首,引进的交键有必要处于拉紧状况。假如要进步纤维和织物在正常运用条件下的抗皱性或褶裥安稳性,则处理时也要坚持这种条件。第二,纤维素吸收水分之后就会溶胀,不管是在规范状况下吸收水分,仍是浸入水中或水溶液中,溶胀是因为水分子进入无定型区的纤维素链问,强制将链推开的成果。假如纤维素纤维交链是在高度溶胀状况下进行的,例如,用无机酸和甲醛水溶液处理纤维素织物。当烘干时,纤维素就瘪缩,这样交键就松懈了。在干瘦条件下,因为折皱而引起纤维素分子的相对运动,这样使松懈的交键只是拉直而己。因为交键被部分拉直,所引起的应力将使位移分子康复到原本方位。可是,交键中原子绕价键的搬运将抵消上述回复力,使形变坚持最小位罱。事实上,松懈的交键没有干态抗皱性。

综上所述,在湿态或其他非水介质中,在高度溶胀状下进行共价键合,其成果具有湿态防皱性和褶裥坚持性,但干态防皱性和褶裥坚持性很小。如在高湿下。

干态烘焙构成共价键合,其成果是具有干态抗皱性和褶裥坚持性,相同也具有必定程度的湿态抗皱性和褶裥坚持性。此外,干态烘焙交键会下降纤维素的吸水和溶胀才能。在纤维素中引进交键,不只能取得所需的成果,即抗皱性、褶裥坚持性和易于性,也能带来严峻缺陷,即下降了物理强度。

纤维素纤维织物的抗皱效果首要是依托纤维素分子上很多的反响性基团与收拾剂交联,约束了结构单元之问的相对位移得到的。


 

02 棉纤维折皱构成原因

一般以为是因为遭到较大外力效果后,纤维超分子结构内各区域遭到应力效果而发作不同程度的形变,纤维根本结构单元之间发作了相对位移,导致原本的氢键开裂,并在新的方位从头建立起难以回复的新的氢键系统,使纤维或织物的形变得不到康复而构成的。因而关于纤维素纤维的抗皱机理,一般以为抗皱收拾液中,收拾剂的效果有两个方面,一方面,因为收拾剂与纤维分子的反响性基团发作交联反响后发作的捆绑效果,使得纤维结构单元的相对位移遭到了约束:另一方面,因为收拾剂与纤维分子发作了反响而引进了高能量的交联键,添加了纤维结构单元之问的弹性,即添加了各结构单元侧发作相对位移后回复到原本方位的才能,然后添加了纤维的回复弹性,因而,织物的抗皱功能得到了进步。

而棉纤维由β-D葡萄糖经过1,4-甙键联接起来的纤维素大分子组成的,在纤维素分子中每个葡萄糖环上都保存三个能够构成氢键的自在羟基。所以棉织物抗皱效果首要是依托纤维素分子上很多的反响性基团与收拾剂交联,约束了结构单元之问的相对位移得到的。

 

03 棉抗皱构成原理

棉纤维是由β-2D葡萄糖剩基经过1,4甙键联接起来的纤维素大分子组成的。在纤维素分子中每个葡萄糖环上都保存有3个能够构成氢键的自在羟基。当纤维遭到外力时,在规整度高的结晶区,分子链摆放规整,构成的氢键较多,并且能一起接受外力的效果。所以,在不超越弹性极限的外力效果下,一般只发作较小的可逆形变,即普弹形变。在规整度较低的无定形区,羟基大多处于游离状况,构成的氢键较少,在洗刷或穿戴过程中饱尝外力效果时,纤维素分子沿着外力的方向发作必定的形变,根本结构单元相对滑移,羟基在新的方位又会发作新的氢键从头摆放。当外力去除后,系统发作蠕变回复,若新构成的氢键发作的阻力大于回复力,使系统形变不能康复,便呈现了永久形变。因为氢键摆放的多样性而发作多种形状改变,这种不均一并且不可逆形变的微观体现便是织物的折皱。

别的,棉纤维在水中溶胀时横截面的面积增大40%以上,而长度改变不大,因为经纬纱交错而体现为不均匀缩短和枯燥时不均匀康复,也是褶皱构成的原因之一。


 

04 抗皱机理

织物的抗皱收拾首要有共价交联和树脂固定两种机理。

共价交联是选用含有两个或两个以上官能团的多官能化合物作为交联剂,与纤维中相邻分子链上的羟基发作反响构成桥联共价结合,交联反响往往需求催化剂。而树脂固定则是将高分子材料包覆在纤维素分子周围或沉积在纤维分子之间,然后约束分子链的变形或分子链间的相对滑移。这样,当系统遭到外力效果时,因为共价交联或树脂的固定,不只可削减纤维素大分子的形变,更首要的是安稳了原有的氢键结构,下降了构成新氢键的可能性,进步了形变的康复才能,然后到达抗皱的意图。 

由抗皱收拾的机理能够看出,假如在抗皱收拾操作时纺织品已构成某种形状,则在抗皱收拾后亦倾向于坚持该形状,如裤线、裙褶。因而,耐久压烫收拾的办法和机理与抗皱收拾相仿。   

假如纤维素在溶胀状况下被固定,枯燥后交联的纤维则处于松懈状况,所以仍可呈现折皱,但遇水后纤维溶胀只能到达原固定状况而使折皱消失。这种功能即为“湿抗皱性”皱性。   

值得注意的是,纤维素的交联不只会使手感变差,还会导致抗张力强度下降。这是因为交联约束了纤维素分子的移动和内旋转,外力效果下易构成应力会集而发作开裂。当然,抗皱收拾特别是酸催化系统也会构成纺织品强度下下降纤维分子间的效果力,添加纤维的滑润柔软性也可起到抗皱效果。有机硅和液氨处理抗皱的机理首要是这种效果。


 

05 棉经抗皱树脂收拾后强度下降

棉织物经抗皱收拾后,凡纤维中的树脂含量越高,即交联程度越高,纤维的机械物理功能改变越大,棉纤维的吸湿膨化越小,弹性回复度越高。而开裂强度、延伸度、扯破强度、耐磨强度等的下降则与交联程度成反比。所以在树脂收拾时,不能只管进步织物的弹性而忽视物理目标,应该统筹而求得平衡。

关于一些物理机械功能下降的原因,首要在于棉纤维的物理结构状况。棉纤维的无定形部分决议纤维的柔曲性和开裂延伸度,而树脂恰恰首要是在无定形部分起效果。纤维的强度取决于分子链间的侧吸附力。纤维的侧吸附力除了来自少量纤维链的相互羁绊效果外,首要是次价键,特别是氢键的效果。纤维中的结晶分子链结合很紧,不易翻开,而无定形部分中分子链结合比较松懈,所以纤维强度和无定形部分中分子链间的次价键总才能巨细有很大联系,假如损坏了次价键,则纤维的强度下降。棉织物经树脂收拾后,纤维的无定形部分中,分子链的部分氢键被损坏,而代以共价键,一起有些羟基被树脂分子封闭,起不了氢键的效果,更因为有些树脂在纤维中发作沉积现象,把原本结晶度很高、柔曲性较差的棉纤维变得更生硬,严格地约束了分子链的自在活动特性。一旦遭到应力,就不易将负荷均匀地分配给各个纤维单元结构,成果构成负荷会集现象。所以纤维的弹性尽管进步,而开裂强度却下降。

合成树脂在纤维无定形部分发作了交键和沉积,改变了纤维分子链的易滑动性,所以下降了纤维的开裂延伸度。纤维的延伸特性反映了纤维的柔韧性,若纤维的延伸度较小,则脆性较大。织物的撕破强度和耐磨度与纤维的柔韧性有关。树脂收拾后,添加了纱线的摩擦阻力,约束了自在活动,当织物处于撕裂状况时,假如纤维的延伸度小.纱线的相对滑动又遭到约束,集合到撕裂效果点的纱线数量较少,所以用较小的力气就能够将织物撕破。织物的耐磨度与纤维的延伸度及弹性回复性的联系密切。树脂收拾后,纱线的刚性添加,自在活动才能减小,耐磨度相应下降。

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