化学纤维闭键机能目标

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  三、化学纤维主要性能指标 1 长度 高温和低温的稳定性 细度 比重 对光-大气的稳定性 物理性能指标 光泽 稳定性能指标 化学试剂的稳定性 微生物作用的稳定性 抱合性 吸湿性 热性能 电性能 断裂强度 断裂伸长 加工性能指标 起静电性 染色性 纤维长度 机械性能指标 (力学性能指标) 初始模量 回弹性 耐多次变 形性 短纤维的附加 品质指标 卷曲度 纤维疵点 2 (一)细度 直接(直径、截面积)、间接指标 化学纤维工业中通常以单位长度的纤维质量,即线密度(旧称纤度)表示,常用 的有以下三种表示方法: 1.表示方法 (1)特(tex)或分特(dtex) 1000米长的纤维的重量克数称为特,Tt=1000×Gk/L;其十分之一为分特。 对同一种纤维来讲(即纤维的比重一定时),特数越小,单纤维越细,手感越柔 软,光泽柔和且易变形加工。 3 (2)旦(denier) 9000米长的纤维的重量克数称为旦,Td=9000×Gk/L 对同一种纤维来讲(即纤维的比重一定时),旦数越小,单纤维越细。 (3)公制支数 公制支数简称公支,是指单位质量(g)的纤维所具有的长度(m)。Nm=L/ Gk 对同一种纤维而言,支数越高,表示纤维越细。 特或分特、旦数和支数的数值可相互换算,关系如下: 旦数×支数=9000 特数×支数=1000 旦数=9×特数 1d=9tex 分特数=10×特数 4 2.测定方法 ? 用得最广的是中段切取称重法,Tt=1000×G/(nL) ? 间接法利用振动仪或气流仪测定纤维的细度。国际上推荐采 用振动法来测量单根化学纤维的线密度。 纤维两端夹持 ,由仪器在纤维上施加一横向振动,使纤维产生共 振 P ? 250 N= 2 2 Lf 式中:N----纤维的线密度(g/cm); P----张力(cN); L----纤维的长度(cm); f----共振频率(Hz) 5 XD-1型振动式细度仪 XD-1型振动式纤维细度仪原理结构图 6 (二)吸湿性:吸湿性是纤维的物理性能指标之一,通常把纤维材料 从气态环境中吸收水分的能力称为吸湿性。 1.吸湿性指标 (1)回潮率与含水率 含水率 回潮率 M? G ? G0 ?100 G 其间相互关系为: W? 100M 100 ? M G ?G0 W? ? 100 G0 或 M? 100W 100 ? W (2)标准状态下的回潮率与公定回潮率 将纤维材料放在统一的标准大气条件下(20℃、65%相对湿度)一定时间后, 使它们的回潮率在“吸湿过程”中达到一个稳态值,这时的回潮率为标准状 态下的回潮率。在检验贸易和成本计算中,纤维材料往往并不处于标准状态, 为了方便计重和核价的需要,必须对各种纤维材料的回潮率做出人为统一规 定,称之为公定回潮率。 7 2.吸湿性的检测方法 直接测定法是直接获取纤维中水 分重量的测定方法,从而计算出含水 率或回潮率。如烘箱法、红外线辐射 法、吸湿剂干燥法、真空干燥法等。 其中烘箱法应用最广。 间接法测定法是利用纤维材料中含水 多少与某些物理性质(如电阻、电容、水 分子振动吸收性能等)密切相关的原理, 通过测量这些性质来推测含水率或回潮率, 如电阻测试法、电容测试法。 通风式快速八篮烘箱 8 (三)密度:单位体积纤维的质(重)量,常用单位为g/cm3 。 主要化学纤维品种中,丙纶的密度最小,粘胶纤维的密度最大。 测定纤维密度的方法很多,有液体浮力法、比重瓶法、气体容积法、液体温 升悬浮法和密度梯度法等。其中密度梯度法精确度较高,也较简单。 表1 主要纺织纤维的密度 9 (四)拉伸性能 比应力 亚 麻 苎麻 棉 涤纶 锦纶 锦纶 蚕丝 腈纶 粘胶 醋酯 羊毛 应变 (%) 图1 常见纤维的应力—应变曲线 醋酯 凯夫拉 应力 (g/d) 玻璃 人造丝 钢丝 聚酯 尼龙 应变 (%) 图2 产业用纤维的应力-应变曲线 应力 (g/tex) 应力—应变综合曲线 C断裂点 B(屈服点) 线性 塑性 弹性 屈服应变 12 1.断裂强度:断裂强度是表征纤维品质的主要指标,提高纤维的断裂强度可改善 制品的使用性质。纤维的断裂强度,通常有以下几种表示方法: (1)断裂强力 亦称绝对强力或断裂负荷,简称强力。即纤维材料受外界直接拉伸到断裂 时所需的力,单位为牛顿(N),衍生单位有厘牛顿(cN)、毫牛顿(mN)、千牛顿 (kN)等。各种强力机上测得的读数都是强力。强力与纤维的粗细有关,所以对 不同粗细的纤维,强力没有可比性。 (2)相对强度 拉断单位细度纤维所需要的强力称为相对强度,即纤维的断裂强力与线密 度之比,用以比较不同粗细的纤维拉伸断裂性质的指标,单位为N/tex。 1g/d=0.0882N/tex=8.82cN/tex=0.882cN/dtex (3)强度极限 纤维单位截面积上能承受的最大强力,单位为帕斯卡(Pa)。 13 (4)断裂长度:以自身重量拉断纤维所具有的长度,单位为千米(km)。 电子纤维强力机 纤维强力仪 14 2.断裂伸长:纤维拉伸时产生的伸长占原来长度的百分率称为伸长率。纤维拉 伸至断裂时的伸长率称为断裂伸长率,它表示纤维承受拉伸变形的能力。 断裂伸长率大的纤维手感比较柔软,在纺织加工时,可以缓冲所受到的力,毛 丝、断头较少;但断裂伸长率也不宜过大,否则织物容易变形。普通纺织纤维的 断裂伸长率在10% ~30%范围内比较合适。但对于工业用强力丝,则一般要求断 裂强度高、断裂伸长率低,使其产品不易变形。 断裂伸长率 = L - L0 L0 ×100% 3.初始模量 初始模量亦称弹性模量或杨氏(Young s)模量,为纤维受拉伸而当伸长为 原长的1%时所受的应力,即应力—应变曲线(或称负荷—伸长曲线)起始一段 直线部分的斜率,单位为 N/tex,如图2-3中直线 OY的斜率。初始模量表示试 样在小负荷下变形的难易程度,反映了材料的刚性。 15 图3 纤维初始模量与屈服点的求法 图4 断裂功的求法 在主要的化学纤维品种中,以涤纶的初始模量最大,锦纶则较小,因而涤纶织 物挺括,不易起皱,而锦纶则易起皱,保形性差。 16 4. 屈服应力与屈服应变 在拉伸曲线上,图线的坡度由较大转向较小时,表示材 料对于变形的抵抗能力逐渐减弱,这一转折点称为屈服点, 如图3中的P点。屈服点处所对应的应力和伸长就是它的屈服 应力和屈服应变。屈服点是纤维开始明显产生塑性变形的转 变点。一般而言,屈服点高的纤维,不易产生塑性变形,拉 伸弹性较好,其制品的抗皱性较好。 17 5.断裂功 ? 断裂功为材料拉伸至断裂时外力所做之功。 ? 可以从负荷伸长曲线下的面积求出。 ? 断裂功反映纤维的韧性。 W ?? Lmax 0 F (l )dl W↑ ,耐冲击性(韧性)↑ 断裂比功:拉断单位细度, 1cm长的纤维所需的能量 18 6.回弹性 (1)一次负荷回弹性质——回弹率和弹性功 测定的方法是先施加一定的负荷(或使产生一定的伸 长),然后撤去负荷,经松弛一定时间(30s或 60s,视测 定仪器和方法而定)后,测定剩余伸长。 ?e ? t-? p 回弹率(?) ? ? 100 ? ? 100 ?t ?t 弹性功可表示如下: 卸荷时所回复的功 CBDC的面积 弹性功 ? ? 伸长时所做的总功 ABDCA的面积 19 回弹率又有两种不同的测定方法:一种叫定负荷回弹率,另一种叫定伸 长回弹率。 图5 形变时纤维的弹性和塑性伸长 图6 纤维的多次循环负荷—延伸曲线)多次循环负荷回弹性质 纤维在实际使用中不会只受一次拉伸而断裂,而是经受反复多次 微弱而方向和频率经常变化的负荷作用,因此需要相应的纤维耐多次 循环负荷的测定方法,才能够正确地反映使用过程中的性能。在测定 负荷—延伸性质时,如果在达到断裂负荷以前就停止增加负荷,并逐 渐减小,以致完全撤去负荷,这种增加和撤去负荷的过程可以循环重 复很多次,就得到多次循环负荷—延伸曲线。 纤维的回弹性与其制品的尺寸稳定性和折皱性有密切关系。回弹 性高的纤维(例如涤纶)制成的服装不易起皱,具有挺括等特性。 21 (五)热收缩 沸水收缩率:将纤维放在沸水中煮沸30min后,其收缩后的长度与原来长度之比。 干热空气收缩率:经干热空气处理前后长度的差数对处理前纤维长度之比的百分 率 。1 预加张力:0.075 cN/dtex,按名义线℃或按 有关规定,允许误差±1℃。3热处理时间:30 min。4热处理后平衡时间;30 min。5 试验次数:30次。 对纤维热收缩处理,品种不同采取的热处理条件也不同,见表1: 表 1 纤维热收缩处理条件 22 (六)阻燃性 阻燃性是纤维的稳定性能指标之一,亦称防燃性。描述纤维燃烧性能的 指标有极限氧指数LOI、着火点温度T、燃烧时间t、火焰温度TB等指标。其中 应用较为广泛的为极限氧指数。 极限氧指数LOI(Limiting Oxygen Index)来定量区分纤维的燃烧性, 简称限氧指数或氧指数,是指试样在氧气和氮气的混合气中,维持完全燃烧 所需的最低氧气体积分数:(O2,21%) Vo 2 LOI ? ?100? Vo 2 ? VN 2 23 数值的大小,可将纤维燃烧性能分为四类,见表2。 表2 根据LOI值对纤维燃烧性能的分类 各种化学纤维的限氧指数见下表3 表3 化学纤维的限氧指数 24 自动氧指数仪 垂直法织物阻燃仪 25 (七)导电性: 在电场作用下,电荷在纤维材料中定向移动而产生电 流的特征称为纤维材料的导电性质。反映纤维材料导电性质的物理量为 纤维的比电阻。质量比电阻就是长度为1cm,质量为1g的材料在一定 温度下所具有的电阻。越大,导电性越差。 表4 几种常用化学纤维的质量比电阻 26 (八)含油率和上油率 化学纤维的含油率是指化学纤维上油剂干重占含油纤维干重的百分率 K? 油剂干重 ?100? 含油纤维干重 上油率是指化学纤维上油剂干燥质量占脱油剂后纤维干燥质量的百分率。 R? 油剂干重 ?100? 脱油剂后试样干重 测量含油率通常采用萃取法。计算公式为: 含油率=(G2-G1)/G0×100% 含油率低,静电;过高,黏缠现象 27 高效玻璃索氏萃取器 全自动索氏萃取器) 索氏抽提器 28 (九)短纤维的附加品质指标 1.切断长度 表示化学纤维的长度指标有平均长度、长度偏差、超长纤维率、短 纤维率及倍长纤维含量等。 平均长度:是指纤维长度的平均值。一般都用重量加权的平均长度 长度偏差:指实测纤维平均长度和纤维名义长度的差异百分率 超长纤维率:指超长纤维重量占纤维总重量的百分率。棉型超过名 义长度5mm以上且小于倍长纤维;中长型超过10mm 短纤维率:指短纤维重量占纤维总重量的百分率。 倍长纤维含量:以100 g纤维所含倍长纤维重量的毫克数表示。超过 纤维名义长度2倍及以上 29 2.卷曲度:由于化学纤维的表面比较光滑,不象棉纤维那样有天然扭曲,也不象羊 毛那样表面有鳞片,因此纤维之间的抱合力比较小,不利于纺织加工,为了改善这 一性能,增加化学纤维与棉、毛混纺时的抱合力,改善纤维的柔软性,必须将纤维 进行卷曲加工。化学纤维卷曲性能检验在卷曲弹性仪上进行。 通常采用单位长度纤维上的卷曲数来表示卷曲度。一般供棉纺用的化学纤维要 求高卷曲度(4~5.5个/cm),供精梳毛纺的化学纤维及制膨体毛条的长纤维要求中 卷曲度(3.5~5个/cm),为了全面地表征化学纤维的卷曲度,可采用下列指标: (1)卷曲数 Jn 卷曲数是表示卷曲多少的指标,是指单位长度(10mm或25mm)内纤维的卷曲 个数,其公式如下(化纤12-14个/25mm ) Ja Ja Jn ? ? 25或Jn ? ? 10 2 Lo 2 Lo 30 (2)卷曲率J (10-15%卷曲程度) (3)卷曲回复率Jw (10%,卷曲牢度) Jw ? L1 ? L 2 ? 100? L1 L1 ? L 2 (4)卷曲弹性恢复率Jd (70-80% ) Jd ? ? 100? L1 ? L 0 L1 ? L 0 J? ? 100? L1 YG362卷曲弹性仪 31 3.外观疵点: 含杂是指除纤维以外的夹杂物。 疵点是指生产过程中形成的不正常异状纤维: 僵丝(脆而硬的丝) 并丝(粘合在一起不易分开的数根纤维) 硬丝(由于纺丝不正常而产生的比未牵伸丝更粗的丝) 注头丝(由于纺线不正常,中段或一端呈硬块的丝) 未牵伸丝(未经牵伸或牵伸不足而产生的粗而硬的丝) 胶块(没有形成纤维的小块聚合体) 硬板丝(因卷曲机挤压形成的纤维硬块) 粗纤维(直径为正常纤维4倍及以上的单纤维) 32