木棉纖維的微細結構及破損機理研究.pdf

1、木棉纖維是一種綠色環(huán)保的天然纖維，具有質量輕、天然保暖、抗菌、環(huán)保、隔音等特性。因其纖維扭轉剛度較大，紡紗時毛羽多，紗線強力較低，耐磨性較差，之前多用作填充絮料。在環(huán)保問題備受關注的今天，木棉纖維成為人們的理想選擇。隨著木棉混紡紗線紡紗技術的突破和上漿技術的改進，木棉混紡紗在服用市場的應用已備受關注，木棉紡織品也隨之涌入市場。但是，一些木棉產品在使用過程中存在嚴重的掉毛現(xiàn)象，其掉落的纖維究竟是什么成分，木棉纖維在紗線中的分布如何，以及木

2、棉纖維在使用過程中的磨損破壞形式是什么樣的，其破壞是否與木棉纖維的結構有關，木棉纖維的結構又是怎樣的，目前這些問題都沒有得到解決。為探明木棉纖維的破損機理，本文實驗考查了木棉纖維在加工和使用過程中的磨損和損耗情況，通過化學處理得到木棉纖維的結構形態(tài)和物質組成分布情況，并分析了木棉纖維的斷裂形態(tài)和斷裂機理。主要的研究內容及結論如下：
　?。?）通過木棉纖維在紗線的徑向分布情況以及木棉棉混紡紗與純棉混紡紗毛羽的比較，得出木棉纖維容易向

3、紗線外側轉移，木棉棉混紡紗的毛羽量明顯比同線密度的純棉紗多。通過測試比較14.58tex木棉/棉20/80混紡紗與由該紗織造的防羽絨面料中各纖維的根數(shù)比，發(fā)現(xiàn)木棉紗線在高密織造和染整加工過程中會被磨損掉一部分，特別是作為經(jīng)紗的木棉紗磨損量會略大。比較木棉混紡毛巾在使用前和使用后纖維根數(shù)比的變化情況，發(fā)現(xiàn)洗臉用6周后毛巾中木棉纖維的根數(shù)比明顯下降，損失量較多。該結果的產生與紗線結構有關，木棉纖維容易向紗線外側轉移，以毛羽的形式存在的概率高

4、，更容易被磨損脫落。
　?。?）利用不同的顯微鏡觀察、紅外分析、化學處理實驗發(fā)現(xiàn)，木棉纖維的S層由薄帶狀單元螺旋狀排列而成，螺距約為8～12μm，接縫線處結構疏松，成為纖維強度和剛度的弱環(huán)。薄帶狀單元的縱向存在與纖維的軸向平行的條紋，說明該結構單元具有更小的細長結構單元（細度約0.1μm）軸向堆砌而成，而且細長結構單元也是由纖維素、木質素和半纖維素沿軸向間隔排列堆砌而成。經(jīng)過濃堿處理后，木質素和和半纖維素會被溶解，使纖維表皮S層分

5、解成為顆粒狀的碎片，這些碎片的形狀大多呈不規(guī)則的方形。木棉纖維表皮下的主體層W層主要由纖維素組成， W1層的表面結構呈現(xiàn)沿規(guī)律的編織結構，其結構特征類似于表面凹凸不平的樹皮。W1層由細長結構單元沿軸向緊密排列“編織”而成，此細長結構單元的直徑約0.2μm、長度一般在1.0μm以上，其軸向與纖維軸的一致性很高。
　?。?）觀察了一系列木棉纖維的斷裂破損形態(tài)，發(fā)現(xiàn)其經(jīng)歷磨損或反復受力后，留下了很多一節(jié)一節(jié)的橫向折痕，折痕都垂直于纖維軸

6、向，木棉纖維極有可能在折痕處斷裂。測試了使用6年的木棉被角落堆積的木棉纖維碎屑長度，主要集中分布在255～360μm之間，約是纖維直徑的7～12倍，是纖維長度的1/133～1/22，其中長度分布在255～290μm之間的纖維最多。磨損掉下碎屑的長度往往是數(shù)個折痕間或螺旋狀接縫線間的長度。經(jīng)長期使用磨損的木棉纖維斷口并不整齊，即斷裂面不是一個平面，表明磨損斷裂是一個漸變過程，每次細胞壁的一小部分發(fā)生斷裂，直至細胞的二端全部分離。在破損的過