木棉纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)及破損機(jī)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(zhì)量輕、天然保暖、抗菌、環(huán)保、隔音等特性。因其纖維扭轉(zhuǎn)剛度較大，紡紗時(shí)毛羽多，紗線強(qiáng)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(guān)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(shù)的突破和上漿技術(shù)的改進(jìn)，木棉混紡紗在服用市場(chǎng)的應(yīng)用已備受關(guān)注，木棉紡織品也隨之涌入市場(chǎng)。但是，一些木棉產(chǎn)品在使用過程中存在嚴(yán)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(jié)構(gòu)有關(guān)，木棉纖維的結(jié)構(gòu)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(jī)理，本文實(shí)驗(yàn)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(xué)處理得到木棉纖維的結(jié)構(gòu)形態(tài)和物質(zhì)組成分布情況，并分析了木棉纖維的斷裂形態(tài)和斷裂機(jī)理。主要的研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　（1）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(cè)轉(zhuǎn)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(cè)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(huì)被磨損掉一部分，特別是作為經(jīng)紗的木棉紗磨損量會(huì)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(jié)果的產(chǎn)生與紗線結(jié)構(gòu)有關(guān)，木棉纖維容易向紗線外側(cè)轉(zhuǎn)移，以毛羽的形式存在的概率高

4、，更容易被磨損脫落。
　　（2）利用不同的顯微鏡觀察、紅外分析、化學(xué)處理實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)疏松，成為纖維強(qiáng)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(jié)構(gòu)單元具有更小的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元（細(xì)度約0.1μm）軸向堆砌而成，而且細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元也是由纖維素、木質(zhì)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(zhì)素和和半纖維素會(huì)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(jié)構(gòu)呈現(xiàn)沿規(guī)律的編織結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征類似于表面凹凸不平的樹皮。W1層由細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元沿軸向緊密排列“編織”而成，此細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)單元的直徑約0.2μm、長(zhǎng)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(fù)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(cè)試了使用6年的木棉被角落堆積的木棉纖維碎屑長(zhǎng)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(zhǎng)度的1/133～1/22，其中長(zhǎng)度分布在255～290μm之間的纖維最多。磨損掉下碎屑的長(zhǎng)度往往是數(shù)個(gè)折痕間或螺旋狀接縫線間的長(zhǎng)度。經(jīng)長(zhǎng)期使用磨損的木棉纖維斷口并不整齊，即斷裂面不是一個(gè)平面，表明磨損斷裂是一個(gè)漸變過程，每次細(xì)胞壁的一小部分發(fā)生斷裂，直至細(xì)胞的二端全部分離。在破損的過