PAN静电纺微纳米纤维包芯纱的制备及其水分传递性能研究

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静电纺丝技术作为新兴的微纳米纤维制备技术,具有较大的研发及应用价值,目前已经在微纳米纤维膜和纱线方面有了较多的研究,但其机械性能较差,难以真正运用到传统纺织工艺上,限制了高性能微纳米纤维在传统纺织品上的应用。此外,由微纳米纤维带来的尺度效应已经在水分传导领域有了一定的探索,具有非常优异的吸湿导水性或超疏水性,是一种良好的工程材料,但能够真正将其落实到传统纺织品上的研究还非常少。首先,本文利用课题组自制的纳米纤维纱线机,将最广泛使用的高聚物之一聚丙烯腈(PAN)与不同支数的天然纤维棉纱、合成纤维腈纶纱、涤纶纱通过静电纺丝技术制备成了微纳米纤维包芯纱,得出了各种包芯纱最佳纺丝参数,在溶液流量和纺丝电压相同的情况下制得PAN包芯纱的表面形态无太大差异。测得不同支数包芯纱的微纳米纤维层厚度及包覆率,厚度上,棉为45-58μm,腈纶为36-45μm,涤纶为34-47μm;包覆率上,棉为6.5-56.3%,腈纶为7.0-30.0%,涤纶为6.4-51.9%,利用更细的芯纱可制得皮芯比更大的包芯纱。再对芯纱进行测试发现,随支数增大,芯纱直径减小,捻度增大,腈纶和涤纶毛羽减少,棉毛羽先增后减,其中腈纶的毛羽最大。其次,通过自行设计的方法运用电子单纤维强力仪粗略测试了16S、21S、32SPAN包芯纱的皮芯结合力,对同支数芯纱有结合力大小值PAN/腈纶>PAN/涤纶>PAN/棉,对同种类芯纱,随芯纱变细结合力逐渐减小,将结合力除以皮芯接触面积得到单位面积皮芯结合力(单位×10~3N/m~2),PAN/腈纶分别为48.5,36.6,21.6,PAN/涤纶分别为34.9,33.5,23.6,PAN/棉分别为19.6,15.2,11.2,腈纶和涤纶的包芯纱单位面积结合力与其芯纱表面毛羽值呈正相关,棉因表面含有较多非纤维素类杂质而稍有差异。另外,PAN微纳米纤维的包覆增大了纱线整体的断裂强力,提高了棉和涤纶的芯吸高度,降低了腈纶的芯吸高度,纱线越细,包芯纱及其芯纱的芯吸高度越低。对比芯吸高度增量发现,微纳米纤维对粗芯纱的影响强于细芯纱,芯吸高度增量与包芯纱单位面积结合力值基本成正相关,皮芯相互作用越强对芯吸增量影响越大,其中棉略不稳定。PAN微纳米纤维的包覆还能大大增强纱线表面的浸润性,同时带来皮芯层间的差动毛细效应。最后,将PAN微纳米纤维包芯纱作为纬纱制成了织物,其SEM图显示织物中的微纳米纤维与微米纤维相差2个数量级,不同支数芯纱织造的织物结构参数不同。对织物进行水分传递性能测试,发现PAN微纳米纤维加入后,在织物的瞬时接触角方面,棉由128°减小至111°,吸水快10 s,腈纶由148°减小至105°,吸水更快,涤纶由136°减小至100°,由不吸水变为吸水;在芯吸高度方面,织物纬向芯吸高度与其包芯纱趋势相同;在织物透湿量方面,腈纶上升,棉和涤纶影响较小;在织物水分蒸发速率方面,3类织物的蒸发速率都有所增大,其中PAN/涤纶织物#40S蒸发最快。根据MMT测试结果,同类织物中液态水综合管理性能最优的如下:PAN/棉织物#12.5S的单向传递指数达到了802.0%(5级),液态水动态传递综合指数为0.64(4级);PAN/腈纶织物#40S的综合指标值分别为70.5%(2级)和0.51(3级);所有织物中PAN/涤纶织物#10S的单向传递指数最高,为924.6%(5级),液态水动态传递综合指数最高,为0.75(4级)。可根据实用目的选取合适的纱线进行织物的制备,如快速吸水织物、单向导湿排汗织物等。
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