微波對纖維素纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響及應(yīng)用研究.pdf

1、纖維素纖維是一類重要的紡織原料而且資源豐富，人們在重視纖維素纖維使用性能的同時，對纖維素纖維的利用、處理和研究進(jìn)行了重新認(rèn)識和發(fā)掘。而微波加熱處理技術(shù)是一種節(jié)能高效的熱能技術(shù)，微波處理紡織材料正是微波技術(shù)與紡織領(lǐng)域相結(jié)合而開辟出來的新領(lǐng)域。
　　 盡管微波處理技術(shù)發(fā)展較早，但是關(guān)于微波對纖維作用的研究，大多數(shù)國家主要從事其應(yīng)用方面的研究，而關(guān)于微波與纖維相互作用的微觀機(jī)理方面的研究未見報道，因而目前仍然沒有一套完備理論對微波與含

2、水纖維素纖維的相互作用進(jìn)行描述，對于微波處理后的纖維素纖維結(jié)構(gòu)與性能的研究也未見系統(tǒng)的文獻(xiàn)報道。
　　 本文選擇棉和苧麻為天然纖維素纖維的代表，粘膠、天絲和醋酸纖維素纖維為再生纖維素纖維的代表，采用不同微波處理參數(shù)，對不同狀態(tài)參數(shù)的五種纖維素纖維的外觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，得出微波處理對纖維素纖維結(jié)構(gòu)與性能的影響規(guī)律，并將微波干燥應(yīng)用于纖維素纖維產(chǎn)業(yè)的毛巾干燥行業(yè)。首次建立了纖維素纖維微波干燥的動力學(xué)模

3、型，系統(tǒng)的描述了微波作用下的纖維素纖維的失水程度和過程。同時首次采用核磁共振技術(shù)，對于微波處理前后的棉纖維進(jìn)行晶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)表征的研究和對比，得出微波處理后棉纖維結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化趨勢。并將微波處理技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)中的毛巾烘干處理工序中。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 研究了纖維素纖維的介電特性，對纖維素纖維中水分的狀態(tài)：游離水和束縛水的介電特性進(jìn)行了分析和闡述，并對纖維素纖維的微波損耗進(jìn)行了分析，建立了纖維素纖維的細(xì)度(Ntex)

4、與纖維單位長度的微波損耗(Pl)之間的關(guān)系式。
　　 研究了微波處理后五種纖維素纖維的失水規(guī)律。醋酸纖維素纖維的干燥曲線和其它四種纖維差別較大。開始醋酸纖維素纖維干燥速率最大，隨著水分的損失，粘膠和天絲的干燥速率逐漸成為最大，其次是棉纖維和苧麻；對于不同初始回潮率的同種纖維來說，干燥曲線的形狀基本相同，即干燥規(guī)律相似，而且隨著纖維初始回潮率的增加，微波干燥時間逐漸增加；隨著潤脹程度的增大，對于水分的去除也就越困難；隨著功率以及纖

5、維含雜率的增大，棉纖維的干燥速率大大增強。
　　 研究了微波干燥動力學(xué)模型，纖維素纖維的干燥模型可以用Page方程MR=exp(-ktn)來表示。經(jīng)回歸擬合得出的方程可以用于描述棉纖維微波干燥過程中水分的變化情況。
　　 研究了不同回潮率的纖維進(jìn)行微波處理后強伸性能的變化。除了醋酸纖維素纖維，其余四種纖維在初始回潮率為0的時候，經(jīng)過微波處理，纖維強度都是顯著性下降的；隨著初始回潮率的增大，棉纖維、粘膠、天絲的斷裂伸長率有

6、了顯著性的提高，其中升高的幅度為粘膠>天絲>棉纖維，苧麻沒有顯著性提高；在回潮率較小的范圍內(nèi)，微波處理之后纖維的初始模量是增大的，隨著回潮率的增大，初始模量變化不顯著。
　　 研究了微波功率與時間對纖維強伸性能的影響。對于棉，粘膠和天絲來說，在微波處理時間一定的情況下，隨著微波功率的增大，纖維強度和斷裂伸長率先增大，后減小。在微波處理功率一定的條件下，隨著微波處理時間的延長，棉纖維、粘膠和天絲的纖維強度先上升，后下降，而苧麻只出

7、現(xiàn)強度下降的數(shù)據(jù)點；隨著微波時間的延長，棉和粘膠的斷裂伸長率先上升，后下降，苧麻只有顯著下降的數(shù)據(jù)點，而天絲只有顯著上升的數(shù)據(jù)點；初始模量均先上升，后下降，但是下降后的數(shù)值也比原樣的數(shù)值高。
　　 通過SEM圖觀察可知，微波處理后的纖維橫截面和表面形貌變得粗糙但是變化微小，苧麻和天絲表面出現(xiàn)細(xì)小的裂縫和斷紋，棉和粘膠的表面變化比較小，醋酸纖維素纖維表面幾乎沒有變化。
　　 通過X衍射分析可知，實驗所提供的微波處理不會引起

8、纖維素纖維內(nèi)部晶體基本結(jié)構(gòu)的變化，但是微波作用之后的棉，粘膠和天絲的結(jié)晶度以及晶粒尺寸均有下降，而且微波對于再生纖維素纖維的晶區(qū)作用比滅然纖維素纖維作用強烈。
　　 通過紅外光譜分析可知，經(jīng)過微波處理后棉纖維的化學(xué)組成沒有改變，在3100～3600cm-1區(qū)間內(nèi)兩條譜線的峰形不同，說明微波處理后纖維的分子間氫鍵、分子內(nèi)氫鍵發(fā)生了變化。微波處理之后的吸濕指數(shù)增大。
　　 通過核磁共振碳譜表征分析可知，微波處理之后的結(jié)晶度要

9、小于原樣，但是由于微波處理之后的棉纖維有相當(dāng)高的側(cè)向有序指數(shù)，其在C2，3，5共振區(qū)域有更好的清晰度。X衍射和核磁共振均表明棉纖維是以纖維素Iβ為主，微波處理改變了纖維素的晶型，晶型含量Iα和Iβ均降低，但是比例基本保持不變，微波處理之后向次晶轉(zhuǎn)化。
　　 以干燥毛巾為例，研究了微波在纖維素纖維產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)的干燥方式進(jìn)行了對比。將初始回潮率為300％的純棉一等品毛巾分別采用微波和烘箱兩種方式進(jìn)行干燥，結(jié)果表明，采用微波